液态金属微滴制备装置设计及工艺研究

发布时间：2020-10-09 00:11

　　液态金属(Ga-In合金)作为柔性电子封装用导体材料,在室温下即呈现液态,具有良好的工艺适形性、高电导率和无毒等特性,成为了制备新型柔性导线中的重要导体材料。当前制备柔性液态金属导线的方法主要为简单工具直写式、打印机打印法和注射泵挤出法等,在一定程度上存在精度和稳定性的问题,易导致制备出的柔性导线存在尺寸不均匀的现象。因此,本文提出了一种使用电磁按需驱动制备微滴的方法,研究微滴的形成过程,为后期柔性导线的3D打印做一些探索性工作。本文主要研究内容如下:在建立物理模型的基础上,对电磁驱动式微喷射的过程进行可行性分析,通过理论计算,可得出实现微喷射的条件。在此基础上进行了电磁驱动微滴喷射系统的设计,选取了合适的磁场源和电流源;对驱动腔和辅助装置进行设计,成功搭建了电磁驱动微滴喷射试验装置。通过高速摄影技术对微喷射过程进行全程跟踪拍摄,分析了喷射过程中电参数对于微滴形成过程的影响。基于磁场强度0.63T,电流最大幅值可达40A,喷嘴孔径为448μm的电磁驱动式微滴制备装置,研究了驱动波形、电流幅值和频率以及脉冲加载时间等控制参数对于微喷射过程的影响。得到仅当驱动波形设置为脉冲波可实现微喷射频率与输入频率之间的一一对应关系的结论。建立了微喷射过程电流幅值与最低频率组配值之间的理论模型,解释了输入脉冲电流幅值与微喷射极限频率之间的正比关系。通过调节控制参数(脉冲频率、电流幅值)研究其对微喷射过程中微滴的平均直径和微滴平均速度的影响,得到输入脉冲频率与微滴平均直径及微滴平均速度成反比,输入电流幅值与微滴平均直径和微滴平均速度成正比的结论。
【学位单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN05;TG14
【部分图文】：

原理图,微滴,原理图,腔体

第 3 章实验平台搭建第 3 章实验平台搭建文设计的电磁驱动式微滴喷射实验平台原理如图 3-1 所示，在驱动腔体大小、波形、方向、频率可控的电流，在腔体两侧施加磁场使其与电流正交，此时驱动腔体内的液态金属即可在受到洛伦兹力作用从喷嘴处喷设计难点是使电流仅流经驱动腔体内的液态金属，而不从其他部分分装置可继续用于后期进行柔性导线 3D 打印平台的开发，需要考虑腔体移动情况。

电磁铁,磁铁

但电磁铁发热情况严重，当连续使用超过 0.5h 时，由于散热情况差，两侧线圈部分发烫严重，严重影响了液态金属的物理性能；其次该电磁铁质量超过 45kg，在进行微滴喷射装置搭建时质量过大导致难以加持。所以选择磁性与电磁铁相当，且易于装配的永磁铁作为磁场发生源。根据实际情况选择了 20mm*10mm*5mm 的杉钴耐高温磁铁，该磁铁由钐、钴和部分稀土组合熔炼制造出的一种磁性材料，这种材料有很强的抗腐蚀、抗氧化性能，且当温度发生变化时（350℃以内），化学稳定性以及温度稳定性都表现良好。该磁铁作为磁场发生源既满足了恒定场强的要求，且质量及体积小，便于加持于驱动腔体两侧，为后续基于该装置进一步搭建柔性导线 3D 打印平台做准备。杉钴永磁铁的材质为 Sm2co 2:17。为了获得大于 0.5T 的场强，选择两块厚度方向充磁的磁铁进行叠加，两组磁铁间隔 10mm，此时产生场强为恒定的 0.63T使用的杉钴永磁铁如图 3-3 所示。

永磁铁

【相似文献】