采用过电铸工艺制造金属微细阵列网板

针对制作尺度10μm的超小微细阵列网板非常困难的问题,提出了采用过电铸工艺制造超小尺寸微细阵列网板的方法。建立了过电铸工艺过程的电场模型,利用有限元分析技术对过电铸工艺过程进行模拟仿真。选取优化的工艺参数(烘胶120℃/60min,曝光3000mJ/cm2,显影2min等)利用光刻制作了高度为50μm、直径为50μm的AZEXP125nXT-10A光刻胶群柱结构,以此胶膜结构作为模具进行了过电铸工艺实验,并与仿真结果进行对比,结果证明了有限元仿真的正确性。最后,通过过电铸缩孔2h获得了厚度达70μm,孔径为4μm的微细阵列网板结构。实验表明,过电铸工艺是一种低廉、安全、可批量生产的制作超小阵列网板的方法。     

涡轮叶片冷却孔电火花加工管电极的铜电铸层制备及其抗电蚀性

以降低高温镍基合金涡轮叶片冷却孔电火花加工电极损耗率为目标,基于精密电铸工艺,优化了铸液工艺参数,在添加纳米La₂O₃条件下制备了铜管电极的铜电铸层,并将其与未添加La₂O₃所制备的铜电铸层进行了材料性能对比分析。以Inconel 718镍基合金叶片冷却孔为加工对象,利用所制备的带有纯铜电铸层的管电极进行了抗电蚀性能对比研究。试验结果表明：铸液中La₂O₃的添加量为1.2g/L时,铜电铸层晶粒最细,晶粒平均直径为15.9μm,表面粗糙度降至0.140μm,显微硬度可达98.2HV;用其制成的铜管电极损耗率较普通紫铜管电极和未添加纳米La₂O₃的铜管电极损耗率分别降低了13.29%和7.26%。     

UV-LIGA制作超高微细阵列电极技术

采用UV-LIGA技术制作了超高金属微细阵列电极,并利用电解置桩的方法辅助去除SU-8胶。通过单次涂胶和提高前烘温度、降低后烘温度的方法制作了厚度达1mm的SU-8胶结构;采取反接电极法在金属基底上电解得到微坑,增强电铸金属电极与金属基底的结合力,保证去胶后电铸金属的完整性。选取优化的工艺参数:单次注射式涂胶,前烘110℃/12h,适量曝光剂量,分步后烘50℃/5min、70℃/10min、90℃/30min,反接电极电解10V/15min等,获得了高900μm、线宽300μm的金属微细阵列电极结构。试验表明,UV-LIGA技术是一种高效、经济的制造超高微细阵列电极的有效手段。     

UV-LIA制作超高微细阵列电极技术研究

超高金属微细阵列电极在微细加工领域和生命科学领域有广泛应用。本文采用UV-LIGA技术制作超高金属微细阵列电极,并利用电解置桩的方法辅助去除SU-8胶。通过单次涂胶、提高前烘温度、降低后烘温度的方法制作了厚度达1mm的SU-8胶结构;采取反接电极法在金属基底上电解得到微坑,增强电铸金属电极与金属基底的结合力,保证去胶后电铸金属的完整性。选取优化的工艺参数：单次注射式涂胶;前烘110℃/12h;适量曝光剂量;分步后烘50℃/5min、70℃/10min、90℃/30min;反接电极电解10V/15min等,获得了高900μm、线宽300μm的金属微细阵列电极结构。试验表明,UV-LIGA技术是一种高效、经济的制造超高微细阵列电极的有效手段。     

微机电系统用电铸镍铁合金的制备及其电磁性能

研究了电铸镍铁合金制备过程中工艺条件对电铸层成分的影响,获得含铁质量分数20%电铸层的最佳工艺条件为镀液硫酸亚铁含量6 g/L、pH值2.5、温度55℃、电流密度3.5 A/dm2;讨论了镀层形貌及电磁性能的变化关系.结果表明:制备的镀层表面光亮、结构致密,晶面为(111)、(220)、(200).该铸镍铁合金矫顽力最小为2.95×10-2 A/m,表现出较强的顺磁性.剩磁力随着铸层铁含量的增大呈下降趋势,饱和磁化强度为IJ85合金的10%,具有优良的电磁性能.可以用于制造微型磁执行器与传感器元件.     

模板微电铸工艺制备金字塔形镍纳米尖

为了获得可靠的金属纳米尖的制作方法,设计了基于模板微电铸工艺制备金字塔型纳米Ni尖的工艺流程并进行了实验验证。利用(100)型单晶硅的各向异性腐蚀特性在40%的KOH溶液中腐蚀以制备倒金字塔型的硅模具,采用磁控溅射与正胶剥离工艺获得了厚度为200 nm的Ni种子层薄膜并进行金属图形化,之后进行微电铸实验,最后,利用KOH腐蚀硅模具以释放金字塔型实体Ni纳米尖。实验结果表明:利用ICP干法刻蚀代替HF酸腐蚀SiO_2掩蔽窗口,可将模具制作的相对误差降低约9%;金字塔型Ni纳米尖的底部边长尺寸约为140μm,纳米尖最小曲率半径为54 nm;微电铸工艺复制精度约为99%。采用微电铸工艺并结合硅片自停止刻蚀技术,能够稳定可靠地制备出金字塔型Ni纳米尖,实现了金属纳米尖的批量化制备,从而降低了制造成本,为纳米尖的广泛应用奠定了基础。     

丘形柔性神经微刺激电极阵列

为了实现电极位点与靶细胞的良好接触,改善刺激效果,同时保证刺激电极自身安全,本文提出了一种具有圆滑外形的丘形柔性神经微电极阵列。以光敏性聚酰亚胺(Durimide 7510)为基质材料,利用光刻和金属层图形化结合电镀工艺,本文制作了6×6丘形柔性神经微电极阵列,每个电极位点底面直径为150μm,高度约为50μm。通过数值模拟、形貌观测和电学性能测试对制备的微电极进行了评价。实验结果显示,相对于传统的平面微电极阵列（具有相同底面积）,三维丘形电极位点的阻抗（@1kHz）降低了约4倍,可实现更有效的刺激。而相对于塔形电极,丘形电极则具有更均匀的表面电流密度分布,有利于电极长期工作的安全性。     

微电铸工艺中含N’N-二乙基硫脲添加剂时金属铜填洞机理研究

为了研究含N’N-二乙基硫脲添加剂的微电铸工艺金属铜填洞机理,本文采用线性伏安法、循环电压电流溶出法(CVS)、扫描电镜(SEM)以及XRD测量法研究N’N-二乙基硫脲对微电铸工艺电化学行为的影响,并借助塔菲尔方程,研究微电铸铜反应过程中的电极动力学参数。结果显示：当微电铸铜工艺中加入N’N-二乙基硫脲添加剂时,产生活性极化,提高了铜离子还原时所需的活化能,金属离子的放电速度从2.2214 mA/ cm2降低 到约0.076 mA/ cm2,这样增加了反应时的过电位,促使电极表面晶核成型速度增加,晶体成长速度由2.57μm /min 降低到约0.17μm /min,铜离子的平滑能力提高约50%。这样可以有效减小微电铸时的边沿效应,使金属铜具有良好的填充微型孔洞的能力。本实验通过微电铸工艺成功地将金属铜填充入宽为10μm,深宽比为4：1的微型凹槽中,且镀层内没有空洞、空隙以及细缝等缺陷。     

用于复制柱面微透镜阵列的铸塑工艺

在光刻热熔成型以及电铸复制得到的柱面微透镜阵列镍模板基础上，采用铸塑工艺得到了高质量的PMMA柱面微透镜阵列。本文介绍了静态铸塑的模具设计、工艺过程、参数控制及测试分析。对柱面微透镜阵列的表面形貌分析表明，铸塑复制的面形误差小于0.5μm．     

在金属基底上制作高深宽比金属微光栅的方法

根据光学领域对高深宽比金属微器件的需求,利用UV-LIGA工艺在金属基底上制作了具有高深宽比的金属微光栅。采用分层曝光、一次显影的方法制作了微电铸用SU-8胶厚胶胶模,解决了高深宽比厚胶胶模制作困难的问题。由于电铸时间长易导致铸层缺陷,故采取分次电铸等措施得到了电铸光栅结构;同时通过线宽补偿的方法解决了溶胀引起的线宽变小问题。在去胶工序中,采用"超声-浸泡-超声"循环往复的方法。最终,制作了周期为130μm、凸台长宽高为900μm×65μm×243μm的金属微光栅,其深宽比达到5,尺寸相对误差小于1%,表面粗糙度小于6.17nm。本文提出的工艺方法克服了现有方法制作金属微光栅时高度有限、基底易碎等局限性,为在金属基底上制作高深宽比金属微光栅提供了一种可行的工艺参考方案。     

Fe-SiCp复合电铸层的制备工艺

研究在Q235钢表面上复合电铸铁基SiCp摩擦材料的制备工艺,探讨了镀液中SiCp的浓度、电流密度、pH值和镀液温度对电铸层中SiCp含量和电铸层性能的影响规律.结果表明当镀液中SiCp的浓度为35 g/L、电流密度为3.5 A/dm2、pH值在1～1.5、镀液温度为35℃时,复合电铸摩擦层的干摩擦因数在0.55～0.60,磨损率小于0.42×10-7 cm3/J,达到了常规法生产的粉末冶金摩擦材料所要求的性能指标.     

脉冲电铸镍-氧化钕纳米复合沉积层的工艺研究

电化学沉积层的制备是电铸技术的关键环节。本文采用脉冲电铸技术制备N i-Nd2O3纳米复合沉积层,考察了镀液中Nd2O3纳米颗粒添加量、平均电流密度、占空比、脉冲频率对纳米复合沉积层中Nd2O3含量及纳米复合沉积层显微硬度的影响,并对纳米复合沉积层的表面形貌进行了分析。结果表明,在镀液中Nd2O3纳米颗粒添加量20 g/L~30 g/L、脉冲平均电流密度2 A/dm2~4 A/dm2、占空比0.2~0.4和脉冲频率1000 Hz的条件下,可获得Nd2O3含量大的高硬度复合沉积层,并且沉积层表面平整、光滑,晶粒细小,组织均匀致密。     

活动屏蔽膜板高深宽比微细电铸技术研究

针对金属微结构器件制造难的问题,提出了活动屏蔽膜板高深宽比微细电铸技术,通过屏蔽膜板动态地限制电沉积的区域,可以用低深宽比的膜板图形加工出高深宽比的金属微结构,并且免除了去胶等难题。在对活动屏蔽膜板微细电铸电场及传质进行分析的基础上,开展试验研究,获得了特征尺寸为500μm,深宽比分别为3和5的微静电梳状驱动器梳齿及微圆柱电极阵列。     

用于复制柱面微透镜阵列的铸塑工艺

在光刻热熔成型以及电铸复制得到的柱面微透镜阵列镍模板基础上,采用铸塑工艺得到了高质量的 PMMA 柱面微透镜阵列。文中介绍了静态铸塑的模具设计、工艺过程、参数控制及测试分析。微透镜阵列面形误差小于0.5μm。光刻热熔技术可分为三个步骤:①光刻胶板在掩模的遮蔽下进行紫外曝光;②对已曝光的光刻胶板进行显影和清洗;③热熔成型。     

金属掺杂SnO2基H2/C2H2气体传感阵列及检测特性

H_2和C_2H_2是电力变压器的主要故障特征气体,其浓度组分可有效反映油纸绝缘放电故障类型。提出一种基于金属掺杂SnO_2基气体传感阵列的H_2/C_2H_2检测方法。该方法中的气体传感阵列由纯SnO_2及Au、Cu、Pd金属掺杂SnO_2等四种传感元件组成,基于温度调制技术分别采集气体传感阵列在3种工作温度下对单一和混合气体的稳态响应结果,采用多输出支持向量回归(M-SVR)算法定量估计待测气体浓度。结果表明,金属掺杂可有效改善SnO_2基气体传感元件对H2和C2H2的气敏特性;对待测气体中H_2和C_2H_2浓度的定量估计与真实浓度的平方相关系数分别为0. 974 5和0. 961 4,为电力变压器油中溶解H_2/C_2H_2故障特征气体的检测提供了一种新思路。     

微细电解加工中空电极侧壁绝缘层的制备工艺研究

针对孔径100～200μm高深宽比微细孔电解加工中,电极侧壁绝缘层在电解液冲击和气泡撕裂中易损伤/脱落等问题,本文提出一种丙烯酸环氧树脂电泳法的中空电极侧壁绝缘制备工艺。通过优化工艺参数并开展加工实验,比较加工孔尺寸及形貌、加工后电极表面形态,结果表明丙烯酸环氧树脂电泳法制备的中空电极侧壁绝缘层,具有较高的致密性、均匀性、耐久性和一致性。最后,在500μm厚304不锈钢片上加工出入口180.6μm、出口173.8μm、深宽比约为3的微细阵列孔,其锥度比非侧壁绝缘电极加工的孔减少了约70%以上,基本为直孔,可满足实际需求,进而验证了本方法的应用可行性。     

微电铸中电流-流体耦合场数值分析及实验

微电铸是LIGA/UV-LIGA的核心技术,在微机电系统和微纳米制造领域有着很好的应用前景。为了探究微电铸的内在规律,需要对影响铸层生长的阴极电流密度和流体流场进行数值仿真研究。以微流控芯片的微模具为研究对象,在建立微电铸的数学模型的基础上,分别给出描述电流密度和流体流场的偏微分方程。运用有限元法对微电铸体系进行三维数值仿真,得到电流密度分布和流体流场分布的数值结果。选择十字铸层上的测量点,由测量点处电流密度和流体流速仿真数据计算出微电铸4小时的铸层生长高度仿真值,与相同工艺条件的微电铸实验铸层生长高度进行对比。结果表明,对应各测量点微电铸生长高度仿真值和实验值的变化趋势接近,绝对偏差小,最大绝对偏差为4.437μm,最小绝对偏差为0.264μm。这种数值仿真方法能够用于微电铸工艺和设计的辅助分析,缩短微电铸工艺的开发周期。     

飞秒激光切割与微细电阻滑焊组合制备三维金属微结构

提出了一种采用飞秒激光切割结合微细电阻滑焊制备3D金属微结构的工艺方法(微型化双工位金属箔叠层制造法,(Micro-DLOM)),并通过制备具有复杂形状的3D微型腔模具验证了该工艺方法的可行性。首先,以厚度为10μm的0Cr18Ni9不锈钢箔为基材,在110mW的飞秒激光功率、100μm/s的切割速度和0.75μm的切割补偿量下获得二维微结构,并分析了激光功率和切割速度对切割精度的影响;然后,利用微细电阻滑焊对多层二维微结构进行热扩散焊接,通过多层二维微结构的叠加拟合形成具有曲面特征的微型腔,并对焊接区进行了X射线衍射(XRD)分析。分析发现:微细电阻滑焊所产生的热量仅使焊接区主要物相的相对含量发生了变化,而没有使该区域产生新的物相。与UV-LIGA工艺相比,本工艺可以加工具有自由曲面特征的三维微结构,并且单层钢箔越薄,成形精度越高;与飞秒激光分层平面扫描烧蚀工艺相比,本工艺仅需切割每层二维结构的轮廓,提高了成形效率;与微细电火花加工工艺相比,虽然所成形的微型腔表面粗糙度相对较差,但却省去了制备微电极的工艺步骤,并且不存在微电极工作过程中的损耗问题,所以可以加工深宽比不受限制的微模具。     

微细电铸Over-plating成型过程的数值模拟与实验研究

微细电铸的Over-plating过程对电铸成型金属器件的质量有直接影响。通过有限元方法对微细电铸过程的电场进行建模分析,利用迭代边界法对Over-plating动态过程的阴极电流密度分布进行数值模拟;通过对直径300μm、深100μm微孔结构的电铸实验,得到了不同时间下Over-plating过程的电铸层形貌;实验结果与数值模拟有着很好的一致性,表明基于有限元的迭代边界分析方法是合理的,也为后续对微细电铸Over-plating成型过程的定量分析提供了参考。     

超声时效技术在微注塑模具制作中的应用

针对金属微注塑模具UV-LIGA制作过程中由于SU-8胶内应力过大而引起的胶膜破裂、变形甚至脱落等问题,提出将超声时效技术应用于微注塑模具的制作工艺.首先,利用紫外光刻工艺制备了电铸胶膜,在显影前使用自制的超声时效装置对胶膜进行超声处理.然后,采用无背板生长方法在38CrNiMnMo模具钢基底上直接进行镍金属的电铸生长,讨论并解决了工艺过程中遇到的SU-8胶浮胶变形、非圆形基片的匀胶、胶膜中的气泡以及微电铸层结合不牢等问题.最后,制作出微通道宽度和高度分别为80 μm和35 μm的微注塑模具.实验结果表明,超声时效技术的使用避免了由于SU-8胶内应力过大引起的破裂、变形甚至从基底脱落等缺陷,增强了UV-LIGA技术制作微注塑模具的能力,提高了制作微注塑模具的成功率.