半导体硅材料微细电火花加工技术

为了拓展微细电火花加工技术的应用领域,开展了半导体硅材料的微细电火花加工技术研究,从硅材料的抗腐蚀系数、掺杂浓度、掺杂类型以及硅材料的晶向特性等几方面对硅材料的微细电火花加工性能进行研究;在自主开发的微细电火花加工机床上进行了大量工艺实验,研究了不同加工规准下不同掺杂类型硅材料的微细电火花加工工艺规律,并与加工不锈钢材料的工艺规律进行对比分析;阐述了不同工作液类型对硅材料加工后性能的影响;在此基础上进行硅材料的微结构加工实验,给出加工实例.在N型硅和P型硅上分别加工出了最窄梁宽为23μm和12μm的微细梁,并在P型硅上实现了直径为0.15 mm的微半球以及外环直径为4mm,具有24个微型叶片的微型涡轮盘的加工.     

微齿轮轴的微细电火花加工

采用微细电火花铣削与微细电火花线切割组合加工复杂微小零件。以带轴的微小齿轮为例,在分析其结构特点及微细电加工特性的基础上,规划了微小齿轮轴的组合电加工工艺流程,分析了组合加工中的精度和效率,实现了节圆直径为350μm的微小齿轮轴的制造。     

Experimental study of MWEDM technology

This work deals with an experimental investigation of the machining characteristics of Micro Wire Electrical Discharge Machining (MWEDM). The MWEDM process consists of only one cutting operation yawing with machining conditions. Experimental results show that the peak current and pulse duration have an obvious influence on surface roughness and machining time, and they also have an optimum value for the highest cutting speed. The servo reference voltage influences the surface roughness and machining time as well. In particular,the surface characteristics of work-pieces and a micro wire electrode were analyzed in detail too. Utilizing a micro wire electrode with diameter 30μm, MWEDM can machine a micro slot 38μm wide, which proves that the discharge gap can be controlled not more than 4μm. It can also machine micro gears respectively with a module 40μm, thickness lmm, and a module 100μm, thickness 3.5mm. All kinds of micro shaped holes and complex micro parts can be easily machined as well.     

微细特种加工组合系统及应用

为了改善微细特种加工工艺,提出并研究了具有实体工具的微细特种加工的组合技术.对几种微细特种加工工艺进行分析,找出其共同特征.将微细电火花、微细超声、微细电解加工组合在同一系统中.采用了模块化设计,针对该系统研制了基本模块,配备了视频显微系统.用微细电火花工艺加工出直径5μm的微细轴和直径6μm的微细孔以及形状复杂的微结构,用倒置式电火花-超声复合工艺加工出深径比25的微细孔,用微细超声工艺加工出直径13μm的微细孔,用微细电解工艺加工出直径100μm的微细孔.这种组合扩大了微细特种加工的范围,提高了加工效率.     

皮焦级超微能电火花加工电源技术研究

为了解决长期困扰微细电火花加工的降低单脉冲放电能量难题,对RC脉冲电源放电特性进行了试验研究.通过一系列实验证实了RC脉冲电源放电时没有电火花维持电压现象,电火花加工可以在低于常规电火花维持电压的低电压下进行,此时的单脉冲放电能量最小可达2.5×10-12J,使微细电火花单脉冲放电能量由过去的微焦耳级剧降到皮焦耳级,为实现超微能的纳米尺度电火花加工奠定了基础.在此基础上设计了一种新型可控的RC脉冲电源,并使用该电源加工出了直径仅为Φ4.5μm的微轴和直径仅为Φ8μm的微孔.     

微细电解加工及其复合加工技术

结合近几年微细电解加工技术的发展状况,阐述了常规微细电解加工技术、微细电火花电解复合加工技术、微细超声电解复合加工技术、微细激光电解复合加工技术等方面的最新研究进展,研究表明微细电解加工及其复合加工技术是实现难加工材料或具有复杂特殊结构微细金属零件的理想加工制造方法。     

脉冲参数主动匹配式micro-EDM脉冲电源

为了提高微细电火花加工(micro-EDM)效率,设计了一种脉冲参数主动匹配式micro-EDM脉冲电源．采用等能量加工的方法,对不同的脉冲匹配参数进行加工效率对比实验,设计了脉冲参数主动匹配式脉冲电源的结构、功能和控制策略,并进行了加工实验验证．结果表明: 选定合适的脉宽和脉间参数,使极间电容单次充电和单次放电,可获得最高的加工效率;该电源脉冲参数可根据极间电压和极间电容的大小自动调整;进行微小孔加工,加工连续性较好,加工效率和加工质量较高．利用该电源可进行微细加工,加工效率较传统电源有显著的提升,并能保证较高的加工质量．     

电解加工技术的应用和发展

结合电解加工技术应用发展的关键,综述了促进电解加工技术进步的重要研究工作,列举了计算机技术在电解加工工艺、阴极设计、控制和设备方面的部分应用实例以及微细电化学加工的研究进展,阐述了复合、组合集成是拓宽电解加工应用范围的有效途径的理念．分析了目前航空、航天、兵器工业对电解加工需求增长以及石油采掘对电解加工的需求异军突起的情况,电解加工技术的日臻完善和新的发展机遇预示着电解加工的春天到了．     

UV-LIGA技术在微型模具型腔加工中的应用研究

为了实现微小注射模具型腔的精密加工,针对微小尺度模具型腔的加工难点,通过改良常规UV-LIGA工艺技术,选用合适的基底材料5CrNiMo,采用在基底表面上直接进行电铸生长的无背板生长方法,加工出具有50μm和100μm特征尺寸的哑铃型塑件微型腔.研究结果表明,无背板方法可实现在钢基底表面上直接通过电铸工艺获得微型模具型腔,省去了电铸背板步骤,既简化了工艺过程、缩短了整个工艺的制造周期,又增强了铸层与基底的结合力,可大大提高模具的形状精度.     

Simulation and design of a self-heating continuous-flow PCR chip

A novel continuous-flow PCR chip adopting self-heating, passive-cooling mode to realize the DNA fragments amplification was presented. Using the ANSYS finite element analysis, the temperature distribution of the chip is simulated and analyzed. The optimal size of the chip is 30 × 22 mm2, the roundabout micro-channel is the 90 μm width, 40 μm depth. Two micro-heater with the nickel-chrome alloy material film are formed on the side of silicon belonging to denaturation and renaturation zones needed for PCR reaction, and two adiabatic structures with groove on side of silicon by anisotropy etching. By the mede of heating local zones at single side,three wider constant temperature zones could be formed, which are 60 ℃ ,72 ℃ ,95 ℃ and suitable for PCR,and the temperature-difference could be restricted in less than 5 ℃.     

加热切削的发展与现状

本文以加热切削专题文献数据库中的大量文献为依据,对近三十年来加热切削技术发展的历史与过程进行了追溯,重点介绍了电加热切削、等离子加热切削、激光加热切削发展的现状,对其国内外研究方向,研究水平进行了分析比较。另外,对各种加热切削法的特点及问题。也进行了概括。本文认为:加热切削是对难加工材料进行高效率切削的有效方法之一,在我国有极大的推广和应用价值。     

较大尺寸的内六角盲孔的加工

在一根长达６００ｍｍ以上的某大轴的一端,需要加工出一段较大尺寸的内六角盲孔,如果采用通常的机械方法加工,是比较困难的或效率很低。若采用电解加工,其方法是可行的,经试验与使用证明,效果与效率都是不错的。现就这个问题,来进行工艺参数与阴极等方面的设计。     

空气中电火花沉积微螺旋结构的研究

为深入研究电火花沉积微型结构方法,提出了一种新的微细电火花沉积方法.对微细电火花沉积加工的基本原理进行分析,预测了其实现条件,使用通用的电火花成形加工机床,在空气介质和特定电参数下用铜电极可以沉积出微三维螺旋结构.实验得出了电参数和工作介质对微螺旋结构的影响.在只使用z轴进给的情况下,在高速钢工件表面沉积出外径为0.19 mm、线径为0.1 mm,高度为3.39 mm的19圈微螺旋结构.测试显示微螺旋材料呈明显的分层结构,具有较强的耐腐蚀性,其成分取决于工具电极材料,但电极中的Zn被氧化为ZnO.此外,在实验基础上对微螺旋结构的形成进行了初步探讨.     

大气电弧等离子体技术在熔石英表面加工中的应用

为了快速获得无亚表面损伤光学表面,提出了一种新型的大气电弧射流等离子体加工方法,该方法的装置采用转移弧电弧放电原理产生大气射流等离子体,通过调节改变喷枪的气压及几何结构,对束斑的尺寸及能量密度进行调节,同时基于其束斑高能离子的物理效应,研究了大气条件下熔石英表面材料的加工工艺.实验结果表明:当采用等离子体喷枪嘴孔径2.5mm,作用距离为2.0mm时,对熔石英的峰值去除速率可达到82.9μm·min-1,单次抛光后,元件表面粗糙度Ra值由237nm下降到103nm.     

低压大位移静电微驱动器驱动机理分析

针对微电子机械系统领域中横向加载单向变形静电微驱动器存在位移过小或驱动电压过大的问题,提出一种纵横弯曲硅基大位移低电压静电微驱动器．分析了静电调节力、温度应力和挤压力对微梁变形的影响．基于纵横弯曲理论,推导出位移放大系数δ．仿真结果发现,纵横弯曲微驱动器的驱动机理实质是通过位移放大系数δ,放大单向加载横向驱动器变形量,从而实现大位移、低电压驱动目的;5V驱动电压可实现高达17.5μm的位移,远大于目前传统横向加载单向变形微驱动器的变形量．     

微细阵列孔的铸造法制备及表征

为了获得大深径比的微细阵列孔,以铝作为基体金属并采用铸造法制备了微细阵列孔.根据预期阵列孔的结构,编排并固定预制体的孔芯.将预制体放置在自制金属型中进行浇注,使熔融金属铝液围绕于预制体的孔芯,待铝液凝固后抽出孔芯得到微细阵列孔.利用激光共聚焦显微镜测量微细阵列孔的孔壁粗糙度,并计算微细阵列孔的形状因子.结果表明,由铸造法制备的微细阵列孔的分布十分规律密集,孔径大小基本一致.微细阵列孔的形状非常趋近于圆形,孔壁十分光滑,且深径比很大.     

超纯水微细电解加工的可行性研究

针对绿色制造和微细加工的需求,对一种新型微细电解加工方法——超纯水微细电解加工进行了基础研究.在试验原理的基础上,研制了试验装置,研究了阳离子交换膜促进超纯水水解离的机理及其提高电解加工过程中电流密度的因素,并通过工艺试验在不锈钢薄片上加工出微小孔,从而论证了超纯水微细电解加工的可行性.     

硅基大位移低驱动电压静电微驱动器变形分析

针对目前横向加载单向变形静电微驱动器存在的位移过小或驱动电压过大的问题,提出一种基于纵横弯曲变形原理的硅基大位移低电压静电微驱动器模型,将弹性力由传统意义的恢复力改变为驱动力,推导出微驱动器挠度变形的控制方程．通过仿真发现,该驱动器的驱动位移高达145μm,远大于目前微驱动器的变形量; 驱动电压仅为5V,远低于目前微驱动器的驱动电压值．     

水力喷射和水力磨粒喷射加工原理及工业应用

水力喷射和水力磨粒喷射加工(WJM和AJWM)作为一种新技术在现代工业上己崭露头角。本文系统地阐述了喷射加工原理及其先进工艺系统,介绍了喷射加工试验研究结果及加工数据,并对该加工技术在工业上的应用做了概述。文章指出,喷射加工由于具有其它加工方法不可及的优点,其工业应用将日益广泛。     

Design and Fabrication of 2-DOF Micromirror Array Based on Electro-Thermal Actuators

Scanning micromirrors and their arrays are keycomponents in optical micro-electronic-mechanic sys-tem( MOEMS) designed for a broad range of applica-tions including optical switches ,i maging, projectiondisplay,optical data storage , bar code reading, bio-medical engineering,and beamsteeringfor free-spaceoptical communication. Micromachining is a particu-larly attractive technology enabling the creation ofminiaturized,lightweight ,lowenergy,and low-costscanning micromirrors . The challenge is…