玻璃微细流路模压成形仿真及实验研究
发布时间：2021-04-29 14:12
微流控芯片技术是一种以亚毫米尺度的流体工程操作为特征的技术,在提高医疗诊断效率和生物学研究方面显示出相当大的前景。玻璃芯片的传统的加工方法如干法刻蚀、湿法刻蚀等所需的加工步骤多,成本高,难以实现高精度制备,限制了其大批量生产的可能性。模压成形技术工艺过程简单,能够模压具有微小结构的复杂表面,可实现高效复制以及批量化生产,这为玻璃微细流路成形提供了新的工艺方法。针对微结构模具加工困难、玻璃成形精度及质量难以准确控制等问题,本文研究了玻璃微流控芯片中典型微细流路的成形工艺。在MSC.Marc非线性有限元软件平台上基于广义麦克斯韦模型建立了仿真模型,对钠钙玻璃成形过程进行了模拟,研究了模压温度和模压速度对成形沟槽深度和充型率的影响,最后通过实验结果验证了所建立的仿真模型的有效性。主要内容如下:（1）实验研究了碳化钨模具的飞秒激光加工工艺,采用田口正交试验法研究了扫描功率、扫描速度、重复扫描层数对加工表面粗糙度及加工深度的影响情况,优化了工艺参数。结果表明随着激光功率的增大、扫描速度减小和扫描层数增加,加工深度显著增加。激光功率、扫描速度、扫描层数对表面粗糙度值造成的影响较小。（2）结合非线性...
【文章来源】：湖南大学湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
物理符号含义对照表
第1章 绪论
1.1 课题来源
1.2 课题研究背景及意义
1.3 国内外研究现状
1.3.1 微结构模具加工现状
1.3.2 微结构模压成形现状
1.4 研究目的与内容
1.5 本章小结
第2章 钠钙玻璃材料性质及模压成形理论
2.1 模压用玻璃材料
2.2 钠钙玻璃材料性质
2.2.1 钠钙玻璃的粘度
2.2.2 钠钙玻璃的比热容
2.2.3 钠钙玻璃的弹性模量
2.2.4 钠钙玻璃的热膨胀系数
2.3 钠钙玻璃的粘弹性性质
2.3.1 结构松弛分析
2.3.2 应力松弛现象
2.3.3 粘弹性力学模型
2.4 本章小结
第3章 微细流路模具飞秒激光加工
3.1 模具材料选择及设计
3.2 模具加工方法与实验准备
3.2.1 飞秒激光加工
3.2.2 田口正交实验设计
3.3 飞秒激光加工参数对表面粗糙度的影响
3.4 飞秒激光加工参数对加工深度的影响
3.5 模具加工参数综合优化
3.6 本章小结
第4章 微细流路三维模压仿真分析
4.1 模压仿真参数设定
4.2 压型阶段成形参数对最大残余应力的影响
4.2.1 模压温度对最大残余应力的影响
4.2.2 模压速率对最大残余应力的影响
4.3 压型阶段成形参数对成形沟槽深度的影响
4.3.1 模压温度对成形沟槽深度的影响
4.3.2 模压速率对成形沟槽深度的影响
4.4 本章小结
第5章 玻璃微细流路模压成形实验
5.1 模压实验设备简介
5.2 微细流路模压成形实验
5.2.1 模压实验前期准备
5.2.2 模压实验流程介绍
5.3 微细流路模压成形实验结果分析
5.3.1 模压温度对微细流路成形性能的影响
5.3.2 模压压力对微细流路成形性能的影响
5.3.3 仿真分析和实验结果对比
5.4 本章小结
总结与展望
参考文献
附录 A 攻读学位期间参与的研究课题
附录 B 攻读学位期间所发表的学术论文目录
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]PDMS微流控芯片中的微通道加工技术[J]. 袁哲,李宗安,唐文来,朱莉娅,徐泽玮,迟翔,张馨宇,杨继全. 微纳电子技术. 2019(03)
[2]离子束刻蚀辅助飞秒激光加工制备碳化硅微光学元件[J]. 于磊,杨双宁,刘学青,李德辉. 光子学报. 2018(12)
[3]基于有限元仿真的硫系玻璃模压工艺参数优化[J]. 刘学儒,薛常喜. 激光与光电子学进展. 2018(08)
[4]基于玻璃基材的微流控芯片制造工艺[J]. 周兵高,郭钟宁,于兆勤,张文斌. 机电工程技术. 2017(02)
[5]微槽结构光学玻璃元件模压成形数值仿真分析[J]. 余剑武,李婵,谢望清,尹韶辉,易成. 兵器材料科学与工程. 2017(01)
[6]应用于TGV的ICP玻璃刻蚀工艺研究[J]. 张名川,靖向萌,王京,杨盟,于大全. 真空科学与技术学报. 2014(11)
[7]硫系玻璃的粘弹性及模压工艺的仿真[J]. 刘卫国,沈萍. 红外与激光工程. 2012(03)
[8]超硬微结构表面模具的精密磨削加工技术[J]. 郭兵,赵清亮,JACKSON Mark J,赵玲玲. 机械工程学报. 2011(23)
[9]SiC材料的低速率浅刻蚀工艺研究[J]. 贾护军,杨银堂,柴常春,李跃进. 真空科学与技术学报. 2009(04)
[10]Pyrex玻璃的ICP刻蚀技术研究[J]. 江平,侯占强,彭智丹,肖定邦,吴学忠. 传感技术学报. 2008(04)
博士论文
[1]干法刻蚀辅助飞秒激光加工技术研究[D]. 刘学青.吉林大学 2017
[2]准分子激光损伤K9玻璃和熔石英的理论与实验研究[D]. 王玺.中国科学技术大学 2016
[3]热压玻璃透镜里的残余应力研究[D]. 陶波.中国科学技术大学 2013
硕士论文
[1]超声振动辅助微光学玻璃元件模压仿真和实验研究[D]. 李婵.湖南大学 2018
[2]激光辅助水射流加工4H-SiC材料的工艺与去除机理研究[D]. 惠庆志.山东大学 2018
[3]飞秒激光加工玻璃材料微结构技术研究[D]. 王敏.深圳大学 2016
[4]BK7玻璃旋转超声加工表面/亚表面损伤特征分析与评价[D]. 刘俊良.哈尔滨工业大学 2016
[5]透镜阵列热压加压阶段型腔填充机理和残余应力的研究[D]. 卢景红.复旦大学 2014
[6]微细流路沟槽的激光铣削试验研究[D]. 胡亚峰.大连理工大学 2008
本文编号：3167677
【文章来源】：湖南大学湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
物理符号含义对照表
第1章 绪论
1.1 课题来源
1.2 课题研究背景及意义
1.3 国内外研究现状
1.3.1 微结构模具加工现状
1.3.2 微结构模压成形现状
1.4 研究目的与内容
1.5 本章小结
第2章 钠钙玻璃材料性质及模压成形理论
2.1 模压用玻璃材料
2.2 钠钙玻璃材料性质
2.2.1 钠钙玻璃的粘度
2.2.2 钠钙玻璃的比热容
2.2.3 钠钙玻璃的弹性模量
2.2.4 钠钙玻璃的热膨胀系数
2.3 钠钙玻璃的粘弹性性质
2.3.1 结构松弛分析
2.3.2 应力松弛现象
2.3.3 粘弹性力学模型
2.4 本章小结
第3章 微细流路模具飞秒激光加工
3.1 模具材料选择及设计
3.2 模具加工方法与实验准备
3.2.1 飞秒激光加工
3.2.2 田口正交实验设计
3.3 飞秒激光加工参数对表面粗糙度的影响
3.4 飞秒激光加工参数对加工深度的影响
3.5 模具加工参数综合优化
3.6 本章小结
第4章 微细流路三维模压仿真分析
4.1 模压仿真参数设定
4.2 压型阶段成形参数对最大残余应力的影响
4.2.1 模压温度对最大残余应力的影响
4.2.2 模压速率对最大残余应力的影响
4.3 压型阶段成形参数对成形沟槽深度的影响
4.3.1 模压温度对成形沟槽深度的影响
4.3.2 模压速率对成形沟槽深度的影响
4.4 本章小结
第5章 玻璃微细流路模压成形实验
5.1 模压实验设备简介
5.2 微细流路模压成形实验
5.2.1 模压实验前期准备
5.2.2 模压实验流程介绍
5.3 微细流路模压成形实验结果分析
5.3.1 模压温度对微细流路成形性能的影响
5.3.2 模压压力对微细流路成形性能的影响
5.3.3 仿真分析和实验结果对比
5.4 本章小结
总结与展望
参考文献
附录 A 攻读学位期间参与的研究课题
附录 B 攻读学位期间所发表的学术论文目录
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]PDMS微流控芯片中的微通道加工技术[J]. 袁哲,李宗安,唐文来,朱莉娅,徐泽玮,迟翔,张馨宇,杨继全. 微纳电子技术. 2019(03)
[2]离子束刻蚀辅助飞秒激光加工制备碳化硅微光学元件[J]. 于磊,杨双宁,刘学青,李德辉. 光子学报. 2018(12)
[3]基于有限元仿真的硫系玻璃模压工艺参数优化[J]. 刘学儒,薛常喜. 激光与光电子学进展. 2018(08)
[4]基于玻璃基材的微流控芯片制造工艺[J]. 周兵高,郭钟宁,于兆勤,张文斌. 机电工程技术. 2017(02)
[5]微槽结构光学玻璃元件模压成形数值仿真分析[J]. 余剑武,李婵,谢望清,尹韶辉,易成. 兵器材料科学与工程. 2017(01)
[6]应用于TGV的ICP玻璃刻蚀工艺研究[J]. 张名川,靖向萌,王京,杨盟,于大全. 真空科学与技术学报. 2014(11)
[7]硫系玻璃的粘弹性及模压工艺的仿真[J]. 刘卫国,沈萍. 红外与激光工程. 2012(03)
[8]超硬微结构表面模具的精密磨削加工技术[J]. 郭兵,赵清亮,JACKSON Mark J,赵玲玲. 机械工程学报. 2011(23)
[9]SiC材料的低速率浅刻蚀工艺研究[J]. 贾护军,杨银堂,柴常春,李跃进. 真空科学与技术学报. 2009(04)
[10]Pyrex玻璃的ICP刻蚀技术研究[J]. 江平,侯占强,彭智丹,肖定邦,吴学忠. 传感技术学报. 2008(04)
博士论文
[1]干法刻蚀辅助飞秒激光加工技术研究[D]. 刘学青.吉林大学 2017
[2]准分子激光损伤K9玻璃和熔石英的理论与实验研究[D]. 王玺.中国科学技术大学 2016
[3]热压玻璃透镜里的残余应力研究[D]. 陶波.中国科学技术大学 2013
硕士论文
[1]超声振动辅助微光学玻璃元件模压仿真和实验研究[D]. 李婵.湖南大学 2018
[2]激光辅助水射流加工4H-SiC材料的工艺与去除机理研究[D]. 惠庆志.山东大学 2018
[3]飞秒激光加工玻璃材料微结构技术研究[D]. 王敏.深圳大学 2016
[4]BK7玻璃旋转超声加工表面/亚表面损伤特征分析与评价[D]. 刘俊良.哈尔滨工业大学 2016
[5]透镜阵列热压加压阶段型腔填充机理和残余应力的研究[D]. 卢景红.复旦大学 2014
[6]微细流路沟槽的激光铣削试验研究[D]. 胡亚峰.大连理工大学 2008
本文编号：3167677
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/3167677.html
