离心辅助微模塑法制备金属微器件

发布时间：2017-05-30 00:00

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【摘要】：采用离心辅助微模塑法制备微器件,分别制备了铁镍合金微流道、微阵列、微反应器和微齿轮。该方法包括以下步骤：(1)用聚二甲基硅氧烷(PDMS)弹性模复制原始硅模板的微结构；(2)通过对浆料参数的优化制备出分散性良好,固含量高达85wt%的Fe-Ni乙醇基浆料；(3)采用离心注模的方法对浆料进行成型；(4)干燥24h后脱模,于1040℃、1050℃、1060℃、1070℃和1080℃五种不同的烧结温度在氢气气氛下烧结。 着重考察了粒径的测定、吸光度的测定、粘度的测定及Zeta电位的测定对浆料分散性的优化,结果表明,当分散剂含量为1.5wt%、pH=4时,浆料的分散性最佳。 本实验采用离心注模的方法对浆料进行成型,外加的离心力有助于浆料填充微结构。此外,选用无水乙醇作溶剂可使生坯均匀干燥,促进了生坯结构的完整性。选用PVP作分散剂使生坯内部颗粒分布均匀,促进了烧结后的微器件表面孔隙均匀。 烧结实验在管式电阻炉中,氢气气氛下进行。通过热重分析和烧结过程容易出现的缺陷确定了最佳烧结工艺,烧结第一阶段采用2.5℃/min的烧结速率加热到672℃,第二阶段烧结采用5℃/min的烧结速率加热,最后阶段保温30min,烧结后的微器件结构完整,表面无裂纹。 讨论了不同烧结温度下的收缩率、孔隙率、腐蚀后表面结构和显微硬度,结果表明,微器件在1070℃时已经致密,其收缩率为12.50%,孔隙率为2.74%,最大显微硬度为167.77HV。为了证明离心辅助微模塑法制备微器件具有良好的复制性,还讨论了硅模板、PDMS模、微器件生坯和烧结后微器件的表面粗糙度,结果表明：硅模板、PDMS模、微器件生坯和烧结后微器件的表面粗糙度相差不大,烧结后的微器件的表面粗糙度最大,其值为161.5nm,充分说明了离心辅助微模塑法制备微器件具有的良好复制性。 离心辅助微模塑法是一种低成本且有效的微器件的制备方法,克服了一般软刻蚀法对微结构复制的精准性低的问题。
【关键词】：微模塑 离心注模 浆料 微器件
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH16;TH-39
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第1章 绪论10-28
• 1.1 微机械制造技术的发展10-11
• 1.2 软刻蚀技术11-16
• 1.2.1 软刻蚀技术的提出11-12
• 1.2.2 软刻蚀技术的核心12-13
• 1.2.3 复制微模塑13-14
• 1.2.4 转移微模塑14
• 1.2.5 毛细微模塑14-15
• 1.2.6 溶剂辅助微模塑15-16
• 1.2.7 微接触印刷16
• 1.2.8 近场光刻蚀16
• 1.3 浆料的分散性16-22
• 1.3.1 浆料的分散方法16-17
• 1.3.2 浆料分散性稳定机制17-18
• 1.3.3 浆料分散性影响因素18-20
• 1.3.4 浆料分散效果的表征20-22
• 1.4 浆料注模成型22-23
• 1.5 软刻蚀技术制备微器件的研究进展23-27
• 1.6 本课题的研究意义和主要内容27-28
• 第2章 实验部分28-33
• 2.1 实验材料与仪器28-30
• 2.2 实验方法30-31
• 2.2.1 PDMS弹性模的制备30
• 2.2.2 浆料的制备30
• 2.2.3 生坯的制备与烧结30-31
• 2.3 测试与表征31-33
• 2.3.1 pH值的测定31
• 2.3.2 粒径和Zeta电位的测定31
• 2.3.3 粘度的测定31
• 2.3.4 吸光度的测定31
• 2.3.5 生坯的热重分析31-32
• 2.3.6 微结构形貌表征32
• 2.3.7 收缩率的测定32
• 2.3.8 孔隙率的测定32
• 2.3.9 金相分析32
• 2.3.10 显微硬度的测定32
• 2.3.11 表面粗糙度的测定32-33
• 第3章 浆料参数的确定与分散性研究33-42
• 3.1 引言33
• 3.2 浆料固相含量的确定33
• 3.3 浆料球磨时间的确定33-35
• 3.4 浆料的分散性研究35-41
• 3.4.1 平均粒径35-36
• 3.4.2 吸光度36-38
• 3.4.3 粘度38-40
• 3.4.4 Zeta电位40-41
• 3.5 本章小结41-42
• 第4章 离心辅助微模塑成型与烧结研究42-52
• 4.1 引言42
• 4.2 PDMS弹性模42-43
• 4.3 离心参数的确定43
• 4.4 生坯43-45
• 4.5 烧结研究45-50
• 4.5.1 生坯的热重分析45
• 4.5.2 烧结过程缺陷的产生和避免45-46
• 4.5.3 烧结工艺的确定46-47
• 4.5.4 收缩率与孔隙率47-48
• 4.5.5 腐蚀后表面微结构和显微硬度48-49
• 4.5.6 表面粗糙度49-50
• 4.6 本章小结50-52
• 结论52-53
• 参考文献53-58
• 致谢58-59
• 附录A (攻读学位期间发表的学术论文)59

【参考文献】

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1 周兆英,叶雄英,崔天宏,张联;微米纳米技术及微型机电系统[J];光学精密工程;1998年01期

2 苏博;吴有智;孟军虎;吕晋军;;陶瓷微器件的软刻蚀成形研究进展[J];材料科学与工程学报;2013年04期

3 王U，

本文编号：405914