Cold-isopress-based process for fabrication of stainless steel micromachine components

This letter presents in detail a new process for the fabrication of 3D stainless steel microcomponents using cold-isopressing techniques. The process starts by producing deep SU-8 master moulds and their negative soft micromoulds in polydimethylsiloxane (PDMS), preparing stainless steel semi-solid paste with high solid loading, filling the soft micromoulds, covering the filled moulds and putting them under hydrostatic pressure. After the pressure is released the green microparts are obtained, de-bound and sintered in vacuum at 1350degC. The resultant microparts show the same quality as the SU-8 master moulds without deformation. The effect of applied hydrostatic pressure on the density of the green and sintered parts as well as the linear shrinkage is discussed in detail. The maximum density of the sintered parts and its corresponding linear shrinkage are found to be 98.6 and 13deg, respectively.     

Characterisation of stainless steel microparts fabricated by soft moulding technique

A fabrication process of 316-L stainless steel microcomponents and characterisation of their surface roughness and porosity is presented. The fabrication process is divided into two parts. In the first part, SU-8 master moulds and their negative replicas from soft moulds are fabricated using photolithography and soft moulding techniques, respectively. The second part includes preparing stainless steel slurry using super fine stainless steel powder and binder, filling the soft moulds, obtaining the green parts, de-binding and sintering to the final parts. The resultant microparts reflect the same quality as the SU-8 master moulds. The surface roughness and porosity of the microparts are investigated using stereo imaging technique and X-ray microtomography, respectively. The average surface roughness Ra measures 132.2 nm and the overall porosity is found to be 4.5 .     

金属粉末激光气化去除与烧结成形初探

激光选区烧结成形(SLS)技术是自下而上通过添加材料来成形的加成技术,它是不同于传统的自上而下的材料去除方式的机械加工方法.然而目前还没有一种将材料去除与加成相结合的激光加工成形技术.在研究激光与粉末材料相互作用时观察到粉末材料被气化的同时,激光光束周围的粉末被烧结的现象,利用这一现象探讨了激光气化烧结成形(LVS)的新方法,它既利用激光将粉末材料气化去除,同时又利用激光将粉末烧结加成在一起,形成所需的形状.该技术在制备、成形微型薄壁件时有独特的优势,薄壁的厚度由数个粉末颗粒组成,有望在激光烧结粉末微成形领域得到广泛应用.     

水基流延法制备片式PTC陶瓷

以PVA和PAA乳液为粘合剂,用水基流延法制备了BaTiO3基片式PTC陶瓷基片。研究了粘合剂、固相含量等对浆料黏度及流变行为的影响,同时对流延基片的干燥工艺、烧成曲线等也进行了研究。结果表明,将流延干燥后的基片,在1 320℃空气中烧结30 min,所得PTC样品的升阻比大于6个数量级,温度系数大于16%/℃,能够满足叠层PTC器件的制备要求。     

不锈钢表面光纤激光掩膜微细电解复合加工

为了实现不锈钢微细电解定域加工,提出激光掩膜表面改性微细电解复合加工技术。研发了激光掩膜微细电解复合加工装置,并进行样件加工试验。首先,采用光纤激光在304不锈钢表面扫描加热进行打标图案,利用X射线光电子能谱分析(XPS)对不锈钢表面激光打标图案进行分析,发现激光在不锈钢表面打标时被空气氧化生成铁、铬等氧化物,生成的打标图案具有耐腐蚀性,形成保护性掩膜。然后进行电解加工,由于掩膜图案在电解过程中起到保护作用,选择合适的电解加工参数,在不锈钢表面能加工复杂的微结构。最后利用SEM、光学轮廓仪来观测微结构形貌、粗糙度等。研究结果表明:利用激光表面改性,结合微细电解加工能实现304不锈钢微结构的快速加工,该工艺在微细加工领域具有很好的发展前景。     

烧结气氛对烧结NdFeB磁体显微结构的影响

对NdFeB合金的Ar保护烧结和真空烧结进行了对比研究。SEM显微观察发现,与Ar保护烧结的磁体相比,真空烧结磁体中的点状和块状富Nd相相对较小,且存在着明显的线状缺陷。蒸气压理论计算表明,真空烧结时烧结保温过程中Nd和添加元素Dy的饱和蒸气压均大大高于外压,因此Nd和Dy均存在着明显的挥发和烧损,这是造成真空烧结磁体中富Nd相较小以及存在着明显的线状晶界缺陷的主要原因。     

用PAT研究SrTiO3双功能陶瓷的缺陷结构

测定了不同气氛烧结的SrTiO₃双功能陶瓷的正电子湮灭(PAT)寿命谱,其平均寿命随着烧结气氛中H₂含量的增加而减小.这是还原烧结气氛使瓷体中形成较多的氧缺位,氧缺位捕获两个弱束缚电子形成F'-色心所致.弱束缚电子在禁带内形成局域能级,并使材料的电子浓度增大.x衍射分析结果证明了材料晶体结构的变化.     

CO2激光选区烧结铁粉制造微型金属零件的研究

使用激光进行微成形的方法有多种 ,本文介绍了通过激光选区烧结技术 (SLS)来进行激光微成形的试验。通过大量的工艺试验和对激光选区烧结微成形过程中影响因素的系统分析 ,探讨了激光选区烧结微成形的工艺参数对激光扫描金属粉末的烧结线宽和烧结深度的影响 ,并最终成形了米粒大小的金属实体。     

不锈钢-陶瓷在真空中的封接

介绍了不锈钢材料代替铁镍、铜镍材料和陶瓷在真空中的封接。在不锈钢封接环的应用中,重点注意封接环和过渡环的设计、焊料的选择和用量、封接环的软化处理、钎焊工艺控制、零件品质的控制。     

激光直接烧结成形金属零件的实验研究

分析了激光熔池的动态快速冷凝及“球化”效应机理，基于此采用激光烧结直接成形工艺对铁粉和Ni45合金粉末进行了一系列的激光烧结实验。结果表明,直接烧结单组元铁粉易出现翘曲变形和“球化效应”，成形质量不高，即使调整工艺参数获得多层烧结件，但致密度较低;而在基体上烧结Ni45合金粉末,在合适的工艺参数下获得了致密组织较好的多层烧结件，内部组织细密均匀，表面光滑平整，且与基体结合牢固。     

飞秒激光制备表面微纳结构数值模拟与实验研究北大核心CSCD

微纳米尺度的表面结构在表面工程中有着许多特殊的性能和应用,为了研究飞秒激光制备不锈钢表面微纳结构的机理,基于经典双温模型理论对飞秒激光烧蚀304不锈钢的过程进行了数值模拟计算。经过计算得到了不同激光能量密度、不同烧蚀深度处电子与晶格系统温度的演化规律,确定了飞秒激光单脉冲作用下的烧蚀阈值,通过数值模拟得到飞秒激光烧蚀不锈钢只发生在材料的表面,对内部的材料影响很小。最后使用飞秒激光微纳加工系统在不锈钢表面制备了微纳结构,多边形微孔结构保持了高质量的边缘形貌,在孔的内壁出现了周期性结构。     

氮化硅的选区激光烧结成型研究

应用陶瓷粉末的选区激光烧结(SLS)成型原理,以氮化硅(Si3N4)和环氧树脂(EP)为材料,采用机械混合的方法制备SLS用Si3N4陶瓷粉末,测试其流动性和松装密度,进行选区激光烧结实验并制备试件。采用扫描电子显微镜观察烧结件的微观形貌,测试其三点抗弯强度。结果表明,优化Si3N4和EP粉末的粒径级配可有效增大铺粉密度、烧结件的致密度和强度。粉末粒径接近单层厚度时烧结件易发生移动和翘曲,粒径＜40 μm时,粉末易于粘附铺粉辊。     

固相反应烧结法制备CCTO陶瓷

采用固相反应烧结法制备了CaCu3Ti4O12(CCTO)陶瓷,研究了其烧结性能、结构和介电性能。在1120℃烧结即可获得单相CCTO致密陶瓷,其收缩率高达22.3%。εr随着烧结温度升高而明显增大,且具有明显的频率敏感性,利用复阻抗谱分析了CCTO陶瓷的介电特性。于1120℃,烧结3h制备的CCTO陶瓷的εr为3005(室温,1kHz)。     

Low-Temperature Sintering with Nano-Silver Paste in Die-Attached Interconnection

Traditional materials used in chip-level interconnections are not compatible with the high-temperature operation of wide-bandgap high-power semiconductor devices; therefore, this paper studies sintered nano-silver as a novel interconnect material mounting semiconductor devices onto metallized substrates. A low-temperature sintering process was employed in the preparation of a sintered nano-silver die-attachment. The physical mechanisms in volatilization and burnout of the added organic components employed in nano-silver paste were analyzed primarily by thermal gravimetric analysis (TGA) to obtain a reasonable temperature-controlling profile. The shear strength of sintered nano-silver joints was investigated, and the evolution of microstructure in the nano-silver paste sintering process was observed using a scanning electron microscope (SEM) in this process. The effects of sintering temperature, heating rate, and holding time during the sintering process were analyzed according to the densification mechanism. The microstructural observations and shear strength tests showed that a sintering temperature of 285°C, heating rate of 10°C/min, and holding time of 60 min were the best conditions for using this kind of silver paste.     

层间扫描策略对SLM直接成型金属零件质量的影响

为了通过选区激光熔化技术直接快速成型高致密度及高表面质量零件,采用正交试验对316L不锈钢粉末进行了光纤激光选区熔化成型研究,分析了正交实验中存在的扫描线间搭接缺陷及零件外边凸起缺陷,随后“层间错开”扫描策略因为更好的扫描线间润湿效果及成型效率而被应用于实验中,进行扫描线间搭接情况及层间熔接情况显微观察。层间层内扫描线具有良好的冶金结合,孔隙率大大减少,获得了高致密化的成型效果;使用优化的工艺参量与扫描策略成型具有空间曲面的个性化手术模板,硬度与致密度分别达HV0.3250和95.8%。结果表明,层间扫描策略对选区激光熔化技术直接成型金属零件成型效果良好。     

硼硅酸盐玻璃/氧化铝低温共烧陶瓷材料的烧结

采用硼硅酸盐玻璃与氧化铝复合烧结低温共烧陶瓷基板材料,研究了该复合材料的烧结行为。结果表明,该复合材料可以实现低温烧结(825~975℃),相对密度达到94.7%以上。在烧结过程中,w(玻璃)为60%的复合材料的收缩率最大(17.1%),w(玻璃)为50%的复合材料的烧结速率最大(14.5μm/℃),最大烧结速率与复合材料玻璃含量的变化不是严格的单调关系。     

不锈钢半球形零件的引伸模设计与研究

不锈钢半球引伸,因其强度大、硬度高和不易压边,引伸时极易起皱,成形质量差。通过对不锈钢零件材料性能和引伸成形工艺分析,确定了合理的成形工艺方案,设计了在液压机上成形半球形零件的引伸模,有效地防止了零件的起皱,提高了合格率,解决了高强度不锈钢半球引伸成形的难题。     

飞秒激光加工不锈钢微型悬臂梁的工艺研究

为了研究飞秒激光对不锈钢材料的加工工艺,采用基于飞秒激光材料烧蚀的微细加工方法,深入研究了飞秒激光高效高质量微细加工不锈钢材料的工艺条件与参量优化,并应用于微型不锈钢悬臂梁的制作。分析了激光能量密度、激光扫描速度、重复扫描次数对加工形貌和蚀除速率的影响,制作出了高质量的微米量级的不锈钢微型悬臂梁。结果表明,飞秒激光微细加工是一种极具前途与极具柔性的微机电系统器件加工手段。     

瓷粉粒度和形貌对成瓷性能的影响

瓷粉的颗粒度分布和颗粒的形貌是瓷粉的重要特性。它们对流延的生瓷片性能、烧成后晶粒尺寸、熟瓷的致密性、熟瓷的强度、烧结温度以及烧结时x ,y,z方向的收缩率等均会产生重要的影响。本文主要介绍这些特性产生的机理和影响程度。     

Poly-Si thin-film transistors on steel substrates

We report the successful fabrication of poly-Si thin-film transistors (TFTs) on stainless steel substrates. The TFTs were fabricated on a 500 μm thick polished stainless steel substrate using furnace crystallized amorphous Si deposited by PECVD. These devices typically have threshold voltages of 8.6 V, linear effective mobilities of 6.2 cm²/V·s and subthreshold slopes of 0.93 decade/V. This work demonstrates the feasibility of poly-Si TFTs on stainless steel substrates and identifies some critical issues involved in poly Si processing on stainless steel. This will enable the fabrication of arrays with integrated drivers on a cheap, flexible and durable substrate for various displays and other large area array microelectronic applications