陶瓷微型零件的软刻蚀成形与缺陷控制

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:laq_sky
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
软刻蚀技术结合陶瓷的湿法成型为陶瓷微型零件的制备提供了一系列低成本、简单的(近)净成形技术,其制备过程主要包括弹性聚合物(通常用聚二甲基硅氧烷(PDMS》)模具的复制、高分散陶瓷浆料的制备、浆料在PDMS模具中的填充、生坯的干燥、脱模和烧结等步骤。其中,注模过程中,陶瓷浆料在PDMS模具微结构中由于表面张力和粘阻力的作用使得注模困难,容易导致生坯微结构的不完整;干燥过程中,毛细管力的作用容易导致在生坯中产生微裂纹等缺陷;脱模过程中,生坯与PDMS模具模壁的界面粘着容易导致生坯微结构的断裂。本论文以软刻蚀成形的关键过程与缺陷控制为研究对象,得到的主要结论如下:  1.制备了不同固相含量(70、75和80 wt.%)、不含粘结剂的高分散Al2O3水基浆料。通过加入NH4-PAA作为分散剂以提高浆料的分散性,NH4-PAA在水基陶瓷浆料中起电空间稳定机制。确定了制备高分散Al2O3水基浆料的最佳参数和分散工艺:分散剂NH4-PAA的含量为粉末质量的18 mg/g(1.8 wt.%);pH=11;球磨时间为20h,其中球料比为3∶1。  2.用以上所制的不同Al2O3浆料制备了不同横向特征尺寸(60~120μm)的微流道,发现浆料的固相含量决定了浆料的注模能力、成形过程中的尺寸收缩和生坯的烧结特性。三种浆料都不能制得横向特征尺寸为100μm的微流道;固相含量≤70 wt.%的浆料可以制得横向特征尺寸为100μm的微流道;固相含量>75wt.%的浆料可以制得横向特征尺寸为120μm的微流道。固相含量越高,浆料的粘度越大,注模能力越差,导致制得的生坯微结构不完整,但制得的微流道生坯密度高,尺寸收缩小,且在较低的温度下即可烧结致密。  3.发展了一种新的软刻蚀成形方法—离心辅助微模塑法,在注模过程中借助离心力的作用以提高浆料的注模能力,并用高固相含量(80 wt.%)的Al2O3水基浆料制备了微结构完整的微流道和较大面积(3cm×2cm)的微混合器。与微浇注法相比,离心辅助微模塑法可以改善生坯中颗粒的堆积,制得的生坯密度高、强度大,在较低的温度下就可烧结致密。在1600℃烧结1h后,得到的Al2O3微混合器致密度为98.7%,Vickers硬度为20.9 GPa,抗弯强度为328.2 MPa,与块体Al2O3的性能相当。离心辅助微模塑法用固相含量80 wt.%的Al2O3水基浆料可制得横向特征尺寸≥60μm、深宽比≤2的微结构。  4.发现PDMS模具表面的润湿性对陶瓷微型零件的软刻蚀成形起决定作用:在注模过程中,PDMS模具表面的润湿性影响陶瓷浆料的流动注模能力;在脱模过程中PDMS模具与微型零件生坯的界面粘着决定了脱模质量,而界面粘着也与PDMS模具的表面润湿性密切相关。未经处理的PDMS模具表面呈疏水性,我们用plasma技术对PDMS模具进行表面改性,使得注模时的PDMS模具呈亲水性以提高浆料的流动充模能力;plasma处理过的PDMS模具表面存在疏水性自恢复现象,使得脱模时的PDMS模具表面呈疏水性以提高生坯的脱模质量。用固相含量75 wt.%的Al2O3水基浆料成功制备了横向特征尺寸为60μm的微流道和较大面积(3 cm×2 cm)的微混合器,微结构完整无缺陷。  5.与陶瓷薄膜的干燥类似,干燥过程中因为水分的蒸发导致在生坯中产生毛细力,毛细力对生坯施加压力,而通常情况下生坯粘附在基底表面,基底对生坯的表面约束导致在生坯中产生横向的张力,容易导致生坯中产生微裂纹。我们用多种表面润湿性不同的材料作为基底制备Al2O3微流道生坯,发现在硬质基底上干燥的生坯中可能会有微裂纹的产生,而在柔软的疏水性的聚合物薄膜基底上干燥的生坯微结构完整,没有微裂纹的产生,主要是因为疏水性的柔软的聚合物基底消除了基底对生坯的约束作用。
其他文献
期刊
在新时期发展的背景下,先进的科学技术被广泛运用到社会发展的各个领域.高校作为人才培养的主要阵地,将先进的科学技术运用到高校图书馆建设活动中,促使高校图书馆朝着信息化
期刊
期刊
20世纪70年代以后,聚丙烯(PP)以价格低廉、来源丰富、加工简单、易于回收和较好的性价比等优势在汽车领域得到迅速发展,尤其是PP用于制造保险杠所占比例也越来越大。但是纯PP材
随着我国科技水平的迅速发展,人们对建筑的追求也在提升,比如个性化、私人定制的流行使得建筑业带来有了极大的挑战,而BIM技术在建筑结构中应用给建筑业的发展带来了新的契机
聚合物填充材料的制备是实现高性能聚合物材料的重要途径之一。本论文采用新型动态三螺杆挤出成型技术,制备具有良好性能的聚丙烯复合材料,进一步拓宽了聚丙烯的应用领域。由于
在信息化、科技化时代之下,各种现代教育策略以及管理手段备受关注,为了实现管理资源的合理配置及利用,许多事业单位在开展档案管理工作的过程之中,以信息化建设为依据,积极
花生不仅是世界,也是我国重要的经济与油料作物,它是世界贸易量最大的坚果商品,每年的贸易量约1×10吨。我国的花生种植面积约占世界花生种植面积的1/6,总产量占世界的1/3,是我国
我国具有悠久的历史并且属于四大文明古国,同时拥有大量的文物,因此对于现阶段我国在文物管理方面的任务相对较重.随着信息技术的不断的发展与应用范围的不断扩展从而大幅度