有限元在金属微结构电铸特性分析中的应用

为改善高深宽比金属微结构的电铸成型质量,采用有限元方法分析微细电铸的电场和流场的分布特点,及搅拌方式、电场和流场分布对微细电铸质量的影响。研究表明:搅拌对电铸区域的影响只集中在微区的入口部分,深度小于55μm,扩散过程成为金属沉积的限制性因素;电力线曲率随电铸深宽比增大而提高,导致电铸微区内金属离子传输能力不均匀。微细电铸过程中,搅拌速度提高并不能改善金属沉积的传质条件;辅助超声的复合搅拌在相同条件下能提高金属沉积速度,减少铸层缺陷、改善传质。实现了表面光滑、侧壁陡直的金属微结构的电铸成型。     

微细电铸电流密度的有限元分析

微细电铸过程中,阴极表面的电流密度分布直接影响沉积层的质量.通过对电沉积基本原理的分析,得到了电流密度及其分布对电沉积过程和沉积层质量的影响关系,结果表明,阴极表面金属层的沉积速率与电流密度成正比,沉积层厚度分布与电流密度分布一致.重点利用有限元方法对电沉积系统中电流密度进行了计算,对于不同形状和不同导电化处理方法的微结构,计算结果表明,在导电基底上制作微结构模型以有利于电沉积的结晶;设计用于微细电铸工艺的微结构时,应尽量避免侧壁与基板为锐角的结构,应选取较小的深宽比.从而为基于微细电铸工艺微结构设计的优化提供了基础.     

电铸铜的应用研究

电铸铜能制造某些难以用机械加工方法制造的特殊形状的金属制品,只需针对零件结构的特点,设计合理心模,便可实现零件的精密成型制造。本文对电铸铜工艺及工艺条件的影响进行了浅析,并结合工艺对电铸槽等关键部件进行了阐述。     

三维微结构制作现状与进展

随着微机电系统(MEMS)的深入研究和快速发展,三维微细加工技术对于微机电的开发和生产具有非常重要的意义.详细介绍了现阶段三维微结构各种制作方法和工艺技术,分析了其原理和特点,比较了各种方法的优劣;讨论了三维微结构开发现状及有待解决的关键技术,综述了利用电子束曝光技术进行三维微结构制作的应用现状并指出了其发展前景.     

LIGA和微细EDM技术制造不锈钢微结构的研究

通过LIGA技术与微细电火花技术相结合，可以在硬质合金、不锈钢等材料上加工出微结构，这一新的方法必将拓宽微细加工的能力和应用范围。利用LIGA技术制备线宽70μm、厚度达730μm的铜工具电极，采用微细电火花技术在不锈钢片上加工出线宽90μm、具有复杂形状的微结构。     

微电铸技术及其工艺优化进展研究

随着微机电系统(MEMS)和微影微电铸微模铸(LIGA)两种技术的发展,微电铸工艺正逐渐展现着其独特的魅力和发展潜力。然而,现有工艺中存在的缺陷也严重阻碍了其进一步发展。因此,对微电铸工艺进行深入研究,突破其工艺瓶颈,将对微加工工艺的应用和推广起着重要作用。着眼于目前微电铸工艺中存在的不足,从工艺缺陷的理论形成机理出发,总结了近期微电铸领域在工艺缺陷的改进方面所做出的努力及成果,并对微电铸工艺未来的发展趋势提出了一些看法。     

电镀法制作活动微结构的牺牲层工艺

报道了一种采用电镀方法制作活动微结构的牺牲层工艺，该牺牲层技术可用于微电子机械装置中活动部件的制作。利用电镀形成Ｚｎ牺牲层，结合微细加工技术中的ＬＩＧＡ工艺对该工艺进行了验证，制作出可活动的微齿轮结构，齿轮直径为２５０μｍ。     

金属修饰的微结构光纤偏振分束器

提出了一种金属修饰的微结构光纤偏振分束器,并且利用全矢量有限元法仿真分析了该偏振分束器的长度与其结构参数的关系,进而得出了该偏振分束器长度随孔间距、占空比变化的一般规律。研究结果表明:当其他结构参数一定时,该偏振分束器长度会随着孔间距的减小而减短;占空比减小,偏振分束器长度也会随之减短。最终综合考虑其性能与金属材料带来的损耗的影响,设计出一种结构简单的微结构光纤偏振分束器。该偏振分束器长度为3.523 mm,在其工作波长1。55 m处消光比高达74.9 dB,消光比高于20 dB的波长范围为1.53~1.57 m之间的40 nm范围,覆盖了整个光通信的C波段范围。并且该偏振分束器有着较好的冗余特性,在偏振分束器长度存在5%的误差时,仍能保持较好的性能。     

LCD导光板微结构成型技术及发展趋势

导光板表面的微结构是实现其导光功能的光键,随着计算机模拟技术的发现,微结构的新型设计不断涌现,而微结构成型技术随之不断发展。文章介绍了导光板微结构的基本形式、微结构的成型方法及发展情况,对导光板微结构成型技术的发展趋势做出展望。     

贝壳的微结构研究

贝壳的微结构研究毛振伟周贵恩李凡庆贾云波（中科院中国科学技术大学结构分析开放研究实验室，合肥２３００２６）生物材料很多是生物高分子和生物陶瓷构成的天然复合材料，经过亿万年的进化，形成优化的形态和结构，是新复合材料的设计值得借鉴的。贝壳是一种较典型的生...     

MEMS热膜式微型流量传感器的研制

针对微型流量传感器的应用问题,提出了一种可以准确测量各种气体微型流量、基于MEMS工艺的新型MEMS热膜式传感器。基于热量传递原理的热膜式流量传感器由一个加热器和一对微型温度传感器组成,只要测得两个温度传感器的温度差值,就能得到气体的流量。分析了该器件的原理并进行了ANSYS仿真,设计了器件的结构,进行MEMS工艺开发,制作出可实用化的产品。测试表明,该器件的测量量程达到0.5～200m3/h,精度1.5级,响应时间20ms,量程比1:400,显示该器件测量流量的功能达到了实用化水平。     

拉伐尔型微喷管流场的三维模拟

微喷管设计的优劣将直接影响到微型推进系统的设计及其性能好坏.运用DSMC(direct simulation Monte-Carlo)方法对三维微喷管进行管内气体流动模拟,并对不同蚀刻深度及不同雷诺数喷管进行了模拟分析,仿真中采用与实际分子碰撞过程更为接近的内能松弛模型及CLL物面反射模型.结果表明,三维微喷管推力性能随雷诺数的增加而增大,推力及推力效率随着喷管蚀刻深度的减少而降低,由于三维喷管侧壁附面层的影响,蚀刻深度大于3倍喉部尺寸,才能避免对喷管性能的影响.     

45钢喷射电镀Ni层激光重熔温度场数值模拟及其性能研究

根据传热学理论和数值模拟方法研究了45钢喷射电镀Ni层激光重熔温度场的分布规律,考虑了热物性参数、对流换热、相变潜热等随温度变化的因素,应用ANSYS有限元分析软件,建立了连续移动三维瞬态激光重熔喷射电镀Ni层温度场的计算模型。利用建立的模型所优选的参数,进行了激光重熔试验,研究了45钢喷射电镀Ni层激光重熔后试件的性能特点。     

基于流线的流场可视化研究与实现

系统分析了用流线技术实现流场可视化的方法和步骤,采用基于流动模式和与区域矢量大小相对应的密度控制相结合的种子点布局方法,实现了具体流场的可视化.结果较为全面地体现了流场的主要特征,同时对流线附以颜色信息,使可视化效果更加直观.     

激光同轴送粉喷嘴射流场研究

激光同轴送粉喷嘴是激光直接制造系统中核心部件之一,喷嘴的保护气体流场对金属粉末的流动和零件材料的性能影响较大.研究应用粒子图像测速(PIV)技术测量激光同轴送粉喷嘴轴截面保护气体的流场,并对此进行了相应的计算与分析.结果表明,喷嘴三个喷口之间的壁厚对喷嘴附近的流场影响较大,促使喷嘴喷口处产生两对对称旋涡,不利于粉末的输送和聚焦.喷嘴的三个喷口的喷出气流速度一致时,速度界面的湍流扩散和动量交换较小,将产生一个有利于输送金属粉末的稳定流场.     

反舰导弹喷管流场及红外辐射特征研究

为了评估反舰导弹喷管和尾流在超音速飞行状态下的流场特性和红外辐射特性,以"雄风3"反舰弹的尾喷管为研究对象,建立了相应的二维仿真计算模型.流场计算结果表明,凝相颗粒对尾喷流的流场特性有显著影响.相比于纯气相,加入凝相颗粒后喷流轴向高温区长度明显增加,马赫数下降更快.红外辐射特征计算结果表明,喷管及尾流的红外辐射特征表现...     

用于微装配的三维微力传感器的研究

采用硅基应变片设计了一种可用于精密微装配作业过程,检测x、y、z方向微接触力的三维微力传感器;经微小改动后,该传感器可成为五维微力传感器。分析了力传感器测量原理,建立其测量模型,并设计了传感器信号放大电路。测试了微力传感器的性能指标,在x、y、z3个方向的微力测量分辨率为0.001 N,测量精度可达0.005 N,测量范围为-0.5~ 0.5 N。最后设计了微装配作业控制系统,并利用该传感器实现力位移混合控制,顺利完成了180μm微型轴与200μm微型孔间的精密微装配实验研究。     

仿生毛发气流传感器在流场中的传感特性研究

模仿昆虫感受器的结构,设计制备了一种仿生毛发气流传感器——表面对称电极含金属芯聚偏氟乙烯(PVDF)纤维（SMPF）传感器。基于流体力学理论和第一类压电方程建立了SMPF的气流传感模型。搭建了实验系统,验证了SMPF对于气流速度的传感能力。实验结果表明,SMPF的输出信号和气流速度的平方成线性关系,验证了理论模型,表明SMPF具有感知气流速度的能力。将纤维呈阵列排布置于风洞流场中,用气流对纤维阵列进行冲击,搭建实验系统,验证了纤维在流场中的传感特性,并进行有限元仿真分析。实验结果表明,在风洞装置中,当有气流流过时,会产生流动边界层,且沿着气流速度方向边界层厚度越来越厚,同一截面上的气流速度差也越来越大。实验结果验证了理论模型,表明SMPF具有感知流场分布的能力。     

微尺度下激光冲击金属材料的特性分析

为了提高微光机电系统产品的可靠性,采用微米尺度的激光冲击处理能够改善金属及金属薄膜材料的机械性能。而微米尺度的激光冲击处理与毫米尺度的激光冲击处理在理论分析、处理过程中的材料特性、适用理论等方面存在着较大的不同。对微尺度效应、材料的弹塑性理论、材料非线性进行了理论分析与探讨。对于等离子体的物理发展过程及空间结构,提出了旋转椭球体模型,这一结果对进一步研究、建立微尺度激光冲击强化等离子体三维模型奠定了理论基础。