硅溶胶制壳工艺_模具设计与制造_微精密铸造工艺研究进展

  本文关键词：微精密铸造工艺研究进展，由笔耕文化传播整理发布。

Ｊｕｌ．２００７Ｖｏｌ．５６

Ｎｏ．７

铸造

６７３

ＦＯＵＮＤＲＹ

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专题综述

摘要：三维复杂形状的金属微构件的微细加工一直是微机械研究的重点和热点，近年来涌现出许多的加工工艺，比较

而言，微精密铸造工艺在高效制备三维复杂形状的微构件方面具有十分独到的优势。文中从微精密铸造工艺、合金、铸型材料及相关理论等几个方面综述了国外基于熔模铸造的微精密铸造工艺的发展现状，并讨论了现有微精密铸造工艺的不足，提出了微精密铸造工艺的发展方向，同时，对作者在金属型微精密铸造工艺方面的研究作了简要的介绍。

关键词：微机械；微精密铸造；微熔模；微构件中图分类号：ＴＧ２４９．５

文献标识码：Ａ

文章编号：１００１－４９７７（２００７）０７－０６７３－０６

ＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｇｒｅｓｓｏｆＭｉｃｒｏｐｒｅｃｉｓｉｏｎＣａｓｔｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

ＬＩＢａｎｇ－ｓｈｅｎｇ１，２，ＲＥＮＭｉｎｇ－ｘｉｎｇ１，２，ＦＵＨｅｎｇ－ｚｈｉ２

（１．Ｍｉｃｒｏ／ｎａｎｏＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｏｆＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５０００１，Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，

Ｈａｒｂｉｎ１５０００１，Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｉｎｇｏｆｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｍｅｔａｌｍｉｃｒｏｐａｒｔｗｉｔｈｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄｓｈａｐｅｉｓｔｈｅｅｍｐｈａｓｉｓａｎｄｈｏｔｓｐｏｔｏｆｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎａｌｌｔｈｅｔｉｍｅｓ．Ｍｉｃｒｏｐｒｅｃｉｓｉｏｎｃａｓｔｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｈａｓｐａｒｔｉｃｕｌａｒａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｎｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｍｅｔａｌｍｉｃｒｏｐａｒｔｗｉｔｈｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄｓｈａｐｅｅｆｆｉｃｉｅｎｔｌｙｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｍａｎｙｏｔｈｅｒｍａｃｈｉｎｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓａｐｐｅａｒｅｄｉｎｒｅｓｅｎｔｙｅａｒｓ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄｐｒｅｓｅｎｔｓｔａｔｕｓｏｆｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔｃａｓｔｍｉｃｒｏｐｒｅｃｉｓｉｏｎｃａｓｔｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｂｒｏａｄａｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄｆｒｏｍａｓｐｅｃｔｓｏｆｍｉｃｒｏｃａｓｔｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ，ｍｉｃｒｏｃａｓｔｉｎｇａｌｌｏｙ，ｍｉｃｒｏｃａｓｔｉｎｇｍｏｕｌｄｍａｔｅｒｉａｌｓａｎｄｒｅｌａｔｅｄｔｈｅｏｒｙ．Ｔｈｅｓｈｏｒｔａｇｅｏｆｃｕｒｒｅｎｔｍｉｃｒｏｐｒｅｃｉｓｉｏｎｃａｓｔｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｄｉｒｅｃｔｉｏｎｈａｖｅｂｅｅｎｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅｔｈｅａｕｔｈｏｒ＇ｓｒｅａｓｅａｒｃｈｗｏｒｋｏｎｍｅｔａｌｍｏｕｌｄｍｉｃｒｏｐｒｅｃｉｓｉｏｎｃａｓｔｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｒｅｂｒｉｅｆｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＭＥＭＳ；ｍｉｃｒｏ－ｐｒｅｃｉｓｉｏｎｃａｓｔｉｎｇ；ｍｉｃｒｏ－ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ；ｍｉｃｒｏｐａｒｔ

自从美国加州大学伯克利分校于１９８８年研制成功直径６０￣１２０!ｍ的硅微型静电电机［１］以来，微机械就因其广阔的应用前景和巨大的经济潜力而成为２１世纪最具科研性的热点问题之一。到目前为止，微机械已在航空航天、航海、原子能、生物工程、军事、化工、卫生医疗、机器人等方面有着十分广泛的应用，并将深刻影响国民经济和国防科学技术的发展。各国科学家和政府都对微机械的研究给予了足够的重视。从微机械的设计、加工、装配到应用，都进行了广泛而深入的研究，尤其是对微机械的微细加工技术。自２０世纪８０年代以来，各种微细加工新工艺层出不穷，具有代表性的主要有以下几种：硅基表面和体加工工艺［２－４］、高能束刻蚀工艺［５］、ＬＩＧＡ工艺［６－７］、超精密机械加工工艺［８－９］以及微细电火花工艺［１０－１１］等。但上述工艺都存在

一些缺陷，或加工材料单一，或加工尺寸范围窄，或加工费用昂贵，或只能进行二维及准三维加工，或加工效率低下［１２］，从而限制了其更广泛的应用。

—微２０００年以来，一种全新的微机械加工工艺——精密铸造工艺在德国问世，并在世界范围受到高度关注。微精密铸造工艺是利用微尺度型腔的铸型来制造整体尺寸在微米尺度或带有微米尺度微细结构的金属微构件的一种加工工艺。主要应用于介入外科手术的仪器、生物工艺仪器等领域［１３］。这种工艺依托于传统的铸造工艺，继承了传统铸造工艺的全部优点，如可加工材料种类多，低成本、高效率，可加工复杂三维形状等，有效的弥补了现有工艺的缺点。微精密铸造工艺是在对金属三维微构件的需求背景下出现的，迄今为止，只有德国、日本和韩国及中国等少数几个国

基金项目：国家自然科学基金项目（５０４７５０２８）；国防基础科研重大项目子项目（Ｋ１４０１０６０１３０）。收稿日期：２００７－０２－１４收到初稿，２００７－０４－２６收到修订稿。

作者简介：李邦盛（１９６０－），男，，哈尔滨人，教授，主要从事微铸造成形、钛基合金熔模精密铸造成形、铝基和钛基复合材料的研究。

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微精密铸造工艺研究进展

李邦盛１，２，任明星１，２，傅恒志２

（１．哈尔滨工业大学微纳米技术研究中心，黑龙江哈尔滨１５０００１；）２．哈尔滨工业大学材料科学与工程学院，黑龙江哈尔滨１５０００１

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