本文關鍵詞：基于掩膜刻蝕的微小結構陣列加工方法研究

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【摘要】：鯊魚、荷葉等動植物體表經(jīng)自然進化所形成的非光滑表面具有良好的減摩減阻性能,以此為原型的微溝槽陣列除了具有優(yōu)越的減阻性能外,在反應堆、冷卻器等熱交換器件及生物醫(yī)學等領域都具有良好的應用前景。由于掩膜微細化學加工技術及掩膜電解加工技術具有加工材料不受力學性能限制、加工效率較高等優(yōu)點,在微溝槽陣列加工方面具有較大優(yōu)勢。選用BN308-300CP紫外負性光刻膠,研究其制備參數(shù)以獲得圖案精度高、與基片緊密結合的絕緣圖案層。采用掩膜化學加工技術進行鋁表面微溝槽陣列加工試驗,研究反應溫度、加工時間對微溝槽成型的影響規(guī)律。較優(yōu)試驗參數(shù)如下：反應溫度T=30℃,加工時間t=30 min、圖案寬度L0=130 μm。以此參數(shù)在1.5mol/LFeCl3溶液中加工得到平均寬度L=276.8μm、平均深度h=168.7μm、表面粗糙度為Ra1.82μm的微溝槽陣列。為提高微溝槽陣列的規(guī)整度,進行掩膜微細電解加工試驗。利用有限元分析加工間隙、光刻膠膜厚度對加工表面電場強度分布的影響,并解釋加工初期微溝槽底部的微凸起現(xiàn)象。設計側流式夾具,搭建電解加工試驗裝置,進行鋁基片表面微溝槽陣列加工試驗,分析電流密度、加工時間對微溝槽成型的影響規(guī)律并進行參數(shù)優(yōu)化。以加工時間t=60 s、電流密度/=8A/cm2、圖案寬度L0=130μm、15wt%NaNO3電解液為優(yōu)化參數(shù)加工得到的微溝槽陣列平均尺寸如下：寬度L=272.3μm深度h=104 μm,表面粗糙度為Ra1.62μm采用掩膜微細電解加工技術進行304不銹鋼表面微溝槽陣列加工試驗,研究電解液組成發(fā)現(xiàn)15 wt%NaNO3+0.1 mol/L H2SO4的混合電解液能解決304不銹鋼在鈍性電解液中電解加工出現(xiàn)的鈍化問題。從提高電解加工的集中刻蝕能力出發(fā),研究電流密度、加工時間對微溝槽成型的影響規(guī)律。試驗得出電流密度i=8 A/cm2、加工時間t=60 s時加工得到的微溝槽結構較優(yōu),平均尺寸如下：寬度L=223.6 μm,深度h=72.66μm,底面粗糙度為Ra0.16 μm,計算得其集中刻蝕能力參數(shù)EF=1.97。相較于直流電源,脈沖電源具有更高的集中刻蝕能力,因此采用脈沖電源進行掩膜微細電解加工正交試驗,分析電流密度、脈沖頻率及占空比等脈沖參數(shù)對微溝槽成型精度的影響。試驗得出以脈沖頻率f=30 kHz、占空比q=30%、電流密度i=8 A/cm2為試驗參數(shù)加工得到的微溝槽陣列平均尺寸為：寬度L=213.8μm深度h=97.7 μm、底面粗糙度為Ra0.14 μm、圓角半徑r=32.1 μm,計算得集中刻蝕能力參數(shù)EF=2.33,與直流電源相比,提高了304不銹鋼電解加工微溝槽陣列試驗的集中刻蝕能力。
【關鍵詞】：微細溝槽陣列 光刻膠 化學刻蝕 微細電解
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG662
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-24
• 1.1 選題背景9-10
• 1.2 微小結構陣列加工方法研究現(xiàn)狀10-19
• 1.2.1 微細激光加工10-12
• 1.2.2 微細切削加工12-13
• 1.2.3 微細超聲加工13-14
• 1.2.4 微細電火花加工14-16
• 1.2.5 微細化學加工16-17
• 1.2.6 微細電化學加工17-19
• 1.3 掩膜微細電解加工19-23
• 1.4 本論文研究思路23-24
• 2 電解加工基本理論24-32
• 2.1 電解加工相關理論24-28
• 2.1.1 電解加工基本原理24
• 2.1.2 法拉第定律24-25
• 2.1.3 電極電位的形成25-26
• 2.1.4 陽極極化26-28
• 2.2 電解加工參數(shù)28-29
• 2.2.1 電流密度28
• 2.2.2 加工電壓28-29
• 2.2.3 電解液流場參數(shù)29
• 2.2.4 電解液組成29
• 2.3 脈沖電解加工29-31
• 2.4 本章小結31-32
• 3 鋁表面微溝槽陣列加工32-50
• 3.1 光刻膠絕緣層制備32-33
• 3.2 掩膜微細化學加工技術加工微溝槽陣列33-40
• 3.2.1 試驗準備34-35
• 3.2.2 掩膜微細化學加工試驗35-40
• 3.3 掩膜微細電解加工技術加工微溝槽陣列40-49
• 3.3.1 試驗準備40-42
• 3.3.2 電場分析42-46
• 3.3.3 掩膜微細電解加工試驗46-49
• 3.4 本章小結49-50
• 4 304不銹鋼表面微溝槽陣列加工50-65
• 4.1 試驗準備50
• 4.2 掩膜微細電解加工不銹鋼微溝槽陣列的問題50-52
• 4.3 采用復合電解液加工不銹鋼微溝槽陣列52-57
• 4.3.1 電流密度對微溝槽成型的影響53-55
• 4.3.2 加工時間對微溝槽成型的影響55-57
• 4.3.3 較優(yōu)參數(shù)加工微溝槽陣列57
• 4.4 采用脈沖電源加工不銹鋼微溝槽陣列57-64
• 4.4.1 試驗準備58-59
• 4.4.2 脈沖參數(shù)對微溝槽寬度的影響59
• 4.4.3 脈沖參數(shù)對微溝槽深度的影響59-60
• 4.4.4 脈沖參數(shù)對集中刻蝕能力的影響60-61
• 4.4.5 脈沖參數(shù)對溝槽端部圓角半徑的影響61-62
• 4.4.6 較優(yōu)參數(shù)加工微溝槽陣列62-64
• 4.5 本章小結64-65
• 結論65-67
• 參考文獻67-70
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表學術論文情況70-71
• 致謝71-72

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 杜海濤;曲寧松;李寒松;錢雙慶;;電解轉印法加工凹坑陣列結構試驗研究[J];機械工程學報;2010年03期

2 劉柱方,蔣利民,湯儆,劉品寬,孫立寧,田中群,田昭武;金屬銅表面的三維齒狀圖形的化學微加工[J];應用化學;2004年03期

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本文編號：927360