隨著MEMS技術(shù)的迅速發(fā)展,金屬微器件獲得了廣泛的關(guān)注與應(yīng)用。微電鑄工藝是制作金屬微器件的主要方法之一。在微電鑄工藝過(guò)程中,不均勻的電結(jié)晶現(xiàn)象使鑄層內(nèi)不可避免地會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力。過(guò)大的殘余應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致鑄層出現(xiàn)翹曲、分層甚至脫落等不容忽視的宏觀問(wèn)題,嚴(yán)重影響金屬微器件的尺寸精度、制作成品率、機(jī)械性能及使用壽命。本文基于微電鑄層殘余應(yīng)力仿真和測(cè)量方法的研究,提出了三種減小微電鑄層殘余應(yīng)力的方法。具體研究工作包括以下五個(gè)部分:研究了鑄層殘余應(yīng)力的組成形式,建立了微電鑄層殘余應(yīng)力的仿真模型。基于等效參考溫度法利用虛擬溫度載荷模擬鑄層殘余應(yīng)力。采用實(shí)驗(yàn)測(cè)量與仿真計(jì)算相結(jié)合的方法,研究了鑄層殘余應(yīng)力的實(shí)際測(cè)量值與虛擬溫度載荷的數(shù)學(xué)關(guān)系,得到了鑄層等效參考溫度的取值范圍。以常用電鑄材料Ni為例,進(jìn)行了五組不同等效參考溫度值的鑄層殘余應(yīng)力仿真研究,確定了滿足仿真模型精度要求的Ni鑄層等效參考溫度為235.15 K。該模型適用于特征尺寸為微米量級(jí)的電鑄金屬微結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力分布仿真研究。為了探索電鑄金屬微結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力測(cè)量方法,基于Guglielmi復(fù)合沉積模型研究了復(fù)合沉積過(guò)程中鑄層內(nèi)殘余應(yīng)力與固體顆粒受力... 

【文章來(lái)源】：大連理工大學(xué)遼寧省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：144 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
主要符號(hào)表
1 緒論
    1.1 課題研究背景與意義
    1.2 微電鑄層殘余應(yīng)力的研究現(xiàn)狀
        1.2.1 殘余應(yīng)力的形成機(jī)理
        1.2.2 殘余應(yīng)力的仿真研究
        1.2.3 殘余應(yīng)力的測(cè)量方法
        1.2.4 減小殘余應(yīng)力的方法
    1.3 本文的研究思路與內(nèi)容
2 微電鑄層殘余應(yīng)力的仿真模型
    2.1 引言
    2.2 有限元模擬的相關(guān)理論及方法
        2.2.1 ANSYS Workbench有限元模擬
        2.2.2 有限元模擬的基本步驟
        2.2.3 線性靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析模塊
    2.3 微電鑄層殘余應(yīng)力的仿真方法
        2.3.1 殘余應(yīng)力的簡(jiǎn)化
        2.3.2 等效參考溫度法
    2.4 微電鑄層殘余應(yīng)力仿真模型的建立
        2.4.1 微電鑄層殘余應(yīng)力的性質(zhì)
        2.4.2 微電鑄層殘余應(yīng)力的仿真
    2.5 結(jié)果分析與討論
        2.5.1 鑄層等效參考溫度的確定
        2.5.2 鑄層熱應(yīng)力對(duì)殘余應(yīng)力的影響
    2.6 本章小結(jié)
3 基于微拉曼光譜測(cè)量金屬微結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力的方法研究
    3.1 引言
    3.2 基于MRS測(cè)量金屬微結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力的原理
        3.2.1 拉曼光譜的應(yīng)力測(cè)量原理
        3.2.2 鑄層內(nèi)殘余應(yīng)力與固體顆粒受力間的相互關(guān)系
        3.2.3 β-SiC顆粒的應(yīng)力計(jì)算方法
    3.3 金屬微結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力測(cè)量實(shí)驗(yàn)
        3.3.1 復(fù)合微電鑄層的制作
        3.3.2 復(fù)合鑄層殘余應(yīng)力的測(cè)量
    3.4 結(jié)果分析與討論
        3.4.1 XRD法與MRS法測(cè)量結(jié)果對(duì)比
        3.4.2 基于MRS測(cè)量金屬微結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力方法的可靠性檢驗(yàn)
    3.5 本章小結(jié)
4 預(yù)置應(yīng)力釋放因素減小金屬微結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力的研究
    4.1 引言
    4.2 預(yù)置應(yīng)力釋放因素的金屬微結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力仿真研究
        4.2.1 微結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力仿真
        4.2.2 應(yīng)力集中系數(shù)計(jì)算
        4.2.3 應(yīng)力不均勻系數(shù)計(jì)算
    4.3 預(yù)置應(yīng)力釋放因素減小金屬微結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力方法的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
        4.3.1 金屬微結(jié)構(gòu)的制作
        4.3.2 金屬微結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力的測(cè)量
    4.4 結(jié)果分析與討論
    4.5 本章小結(jié)
5 摻雜β-SiC顆粒減小微電鑄層殘余應(yīng)力的研究
    5.1 引言
    5.2 Ni-SiC復(fù)合電鑄工藝參數(shù)優(yōu)化
        5.2.1 Ni-SiC復(fù)合鑄層殘余應(yīng)力的正交試驗(yàn)
        5.2.2 正交試驗(yàn)過(guò)程
        5.2.3 Ni-SiC復(fù)合鑄層性能測(cè)試
        5.2.4 正交試驗(yàn)結(jié)果及極差分析
    5.3 摻雜β-SiC顆粒減小鑄層殘余應(yīng)力的機(jī)理分析
        5.3.1 電流密度對(duì)鑄層殘余應(yīng)力的影響
        5.3.2 顆粒質(zhì)量濃度對(duì)鑄層殘余應(yīng)力的影響
        5.3.3 磁力攪拌轉(zhuǎn)速對(duì)鑄層殘余應(yīng)力的影響
        5.3.4 電鑄溫度對(duì)鑄層殘余應(yīng)力的影響
    5.4 本章小結(jié)
6 兆聲輔助電鑄減小微電鑄層殘余應(yīng)力的研究
    6.1 引言
    6.2 兆聲微電鑄實(shí)驗(yàn)
    6.3 微電鑄層性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)
        6.3.1 殘余應(yīng)力測(cè)量
        6.3.2 位錯(cuò)密度測(cè)量
        6.3.3 表面形貌觀測(cè)
        6.3.4 結(jié)晶取向測(cè)量
    6.4 兆聲輔助電鑄減小鑄層殘余應(yīng)力的機(jī)理分析
        6.4.1 位錯(cuò)對(duì)鑄層殘余應(yīng)力的影響
        6.4.2 兆聲穩(wěn)態(tài)空化對(duì)鑄層殘余應(yīng)力的影響
        6.4.3 晶格結(jié)構(gòu)對(duì)鑄層殘余應(yīng)力的影響
    6.5 兆聲輔助電鑄法的應(yīng)用
        6.5.1 閉鎖后座保險(xiǎn)鎖的制作
        6.5.2 閉鎖后座保險(xiǎn)鎖宏觀變形量測(cè)試
        6.5.3 閉鎖后座保險(xiǎn)鎖殘余應(yīng)力測(cè)試
    6.6 本章小結(jié)
7 結(jié)論與展望
    7.1 結(jié)論
    7.2 創(chuàng)新點(diǎn)摘要
    7.3 展望
參考文獻(xiàn)
攻讀博士學(xué)位期間科研項(xiàng)目及科研成果
致謝
作者簡(jiǎn)介


【參考文獻(xiàn)】：
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博士論文
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碩士論文
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本文編號(hào)：3183197