采用电解预刻蚀实现高界面结合强度的镍/钢微流控芯片模芯

采用微电铸工艺制作微流控芯片金属模芯的过程中,金属基底与沉积层之间的界面结合强度制约着金属模芯的成品率、制作周期、制作成本以及使用寿命。以NAK80模具钢基底和镍铸层的结合界面为研究对象,采用电解预刻蚀的方法提高界面结合强度。首先,为探究界面结合强度的影响因素,开展数值仿真研究。仿真结果表明,界面结合强度随表面粗糙度和刻蚀深度的增加均呈现增大的规律。为优选电解预刻蚀的工艺参数,开展刻蚀实验研究。实验结果表明,当电压为0~20V时,基底表面粗糙度随刻蚀电压的增加先增大后减小,优选电压为11.15V;当刻蚀电压一定时,刻蚀深度随刻蚀时间的增加而增加。为保证电沉积后铸层无缺陷,缩短电铸和后处理时间,针对60μm宽度的流道式芯片模芯,将刻蚀深度优选为30μm,以此获得优选的刻蚀时间为53s。基于以上仿真和实验结果,制作出了铸层厚度为40μm、整体尺寸为65mm×65mm的微流控芯片金属模芯。采用拉伸法测得界面结合强度为178.46MPa,相比于无刻蚀方法,电解预刻蚀后的界面结合强度提高了518.6%。

熔体压力对水平双辊铸轧Ti/Al复合板界面结合强度的影响

除了铸轧速度和熔体浇铸温度外,铸轧区内的熔体压力也是影响水平双辊铸轧Ti/Al复合板工艺稳定性和界面结合强度的重要因素。本工作在铸轧复合过程中通过调节前箱内熔体的液面高度,获得了在不同铸轧区熔体压力下制备的Ti/Al复合板。通过金相、扫描电镜、显微硬度、室温拉伸实验、T型剥离实验等手段对复合板的显微组织和界面结合性能进行表征和测试。结果表明,当熔体压力较高时,可以生产出充盈饱满、板型良好、结合强度高的复合板,但熔体压力过高会影响铸轧复合过程的稳定性。当熔体压力过低时,熔体的横向流动能力减弱,铸轧区内不能完全被熔体填充满,板材出现热带、褶皱等缺陷,同时,在Ti/Al上出现了部分微孔和微裂缝。在较高熔体压力下,固/液接触距离更长,带材表面与熔体的润湿更加充分,熔体分布更加均匀,固/液扩散更加充分。因此,当熔体压力较高时,复合板具有更高的结合强度,界面结合强度达到20.1 N/mm。

表面处理对铜铝双金属界面结合强度的改善研究

铜和铝作为两种具有广泛应用和优异性能的金属,其组合产生的双金属复合材料具有许多独特的优点。铜具有良好的导电性、导热性、易焊接性、低接触电阻、易电镀性和美观的外观,而铝则以其廉价、质轻、优异的散热性能和经济性而闻名。通过将铜和铝合成为双金属复合材料,可以实现两种金属的优点的整合,为各种工业应用提供了极具吸引力的材料选择。本研究旨在探讨表面处理技术对铜铝双金属界面结合强度的影响,并尝试找到能够有效改善界面结合强度的表面处理方法。

微惯性开关制作过程中界面结合强度研究

在利用微电铸工艺制作惯性开关的过程中,经常会出现由于界面结合强度低而引起的铸层翘起问题。微电铸层与基板的界面结合强度低会降低微开关的制作成品率、延长制作周期、增加制作成本。针对这一问题,本文从界面钝化膜的角度,采用了“电解活化去除钝化膜”和“引入Cu过渡层”的方法。为探究钝化膜对界面结合强度的影响,通过Materials Studio软件对不同钝化膜去除率模型的界面结合能进行仿真计算,计算结果表明钝化膜去除率越高越有利于界面结合强度的提高,在完全去除钝化膜后界面结合强度提高了197%;为探究过渡金属对界面结合强度的影响,分别以Cu,Cr,Ti作为过渡层,与不锈钢基板和镍铸层建立结合层体系,计算体系的结合能,计算结果表明Cu与基板、Cu与铸层的结合能最高,与未引入过渡金属相比,引入Cu后界面结合强度提高了81%。在仿真研究结果的基础上,开展了电解活化实验,通过电解活化法去除了基板表面的钝化膜,实验结果表明:电解活化区域铸层的界面结合强度明显高于未活化区域铸层的界面结合强度;同时开展了铜过渡层实验,对比了有无Cu过渡层的界面结合强度,实验结果表明:引入Cu后,铸层的界面结合强度明显提高。在上述仿真和实验结果的基础上,制作出尺寸为23 mm×20 mm、总高度为900μm的微惯性开关。

电磁场对水平双辊铸轧Ti/Al/Cu复合板界面结合强度的影响

利用水平双辊铸轧技术制备Ti/Al/Cu复合板,通过在铸轧过程中施加脉冲电场和电磁振荡场,研究不同外场对铸轧复合板界面结合强度的影响。结果表明:电磁场对铸轧过程的稳定性没有影响。施加脉冲电场和电磁振荡场后,Ti/Al界面和Cu/Al界面的扩散层厚度增加,界面结合强度显著提高。施加电磁振荡场后,在铸轧区的液穴内产生交变的电磁体积力。在电磁体积力的作用下,铝熔体内部产生震荡效应并对金属带表面进行冲刷,使金属带表面新形成的晶核脱离。此外,震荡效应使得金属带与铝熔体接触处的温度梯度降低,凝固速度减慢从而延长固-液接触时间。这些作用使得熔体在金属带表面铺展湿润更加充分,促进了原子间的互扩散,从而产生了更多的冶金结合区域并增大了冶金结合的强度。

钛-钢复合板中Ni夹层对界面结合强度的影响

为了提高钛-钢复合板界面结合强度,本文提出在钛-钢之间加入Ni箔作为过渡层,采用真空轧制方法制备TA1-Ni-Q235复合板,研究了Ni中间层厚度及轧制温度对复合板组织及结合强度的影响。实验结果表明,Ni中间层可有效阻止Ti-Fe和TiC化合物生成,随着Ni中间层厚度增加,阻止C元素扩散作用加强,界面结合强度提高;随着轧制压下率的增加,界面结合强度提高;随着轧制温度的提高,界面化合物层厚度增加,界面结合强度下降,其中,Ti-Ni界面处形成Ti2Ni和TiNi化合物。

划痕试验法表征薄膜涂层界面结合强度

薄膜-基体界面结合性能是直接关系到膜-基体系最终使用性能和可靠性的关键因素和首要指标 划痕试验法是唯一广泛应用于测量硬质薄膜-基体界面结合强度的实用的检验方法 文中给出划痕试验法表征薄膜涂层界面结合强度的原理、方法与过程,以及临界载荷Lc的确定方法,分析影响临界载荷Lc和压头与薄膜-基体组合体之间摩擦系数μ因素 最后。

涂层／基体材料界面结合强度测量方法的现状与展望

界面结合强度是涂层／基体材料体系中的一项重要力学性能指标．而表征与评价涂层／基体材料的界面结合强度又得依靠实验方法的测定．由于涂层／基体材料体系的多样性与复杂性,至今还没有形成适合于测量这类材料的界面结合强度的标准方法．目前,常用来测量涂层／基体材料的界面结合强度的方法有:拉伸法、剪切法、弯曲法、划痕法、压入法等．本文就目前表征与评价涂层／基体材料界面结合强度的测量方法做了综述,讨论了它们的适用范围,比较了它们的优势与不足．

界面结合强度对Al_2O_3/钢基复合材料高温抗磨性的影响

通过对Ａｌ２ Ｏ３／ 耐热钢基复合材料界面结合强度的测试，分析了不同涂层对界面结合力的影响，对不同颗粒涂层的复合材料进行了９００ ℃下的高温磨料磨损试验，并分析了界面结合力对复合材料高温抗磨性的影响．结果表明：颗粒的不同涂层对复合材料界面结合强度的影响较大；颗粒经Ｎｉ 涂层处理后与基体的界面结合力增强，作为抗磨硬质相表现出良好的高温抗磨性能；颗粒有ＴｉＮ 涂层的复合材料由于界面结合强度较低，因而高温抗磨性较差．

电沉积-水热合成法制备的生物陶瓷涂层与基体界面结合强度的研究

采用电沉积水热合成法和高温煅烧相结合的方法,制备了生物陶瓷涂层,研究了涂层与基体间过渡层的物相组成和界面结合强度。用X射线(XRD)、扫描电镜(SEM)和粘接拉伸法进行分析。结果表明:水热合成后,界面结合强度较低,为7.04MPa。在空气中煅烧,700篊以下时,界面出现极薄TiO2层,同时随着煅烧温度的升高,界面结合强度提高;800篊以上时,由于厚而疏松过渡层TiN的出现,界面结合强度反而下降。为获取对骨生长有利的HAP+b-Ca3(PO4)2双相结构,且界面结合强度高的涂层材料,将原始试样用NaOH碱液处理并进行电沉积水热合成,在氩气中900篊煅烧后,过渡层为薄且致密的TiO2层,界面结合强度高达22.39MPa。

压痕法测定薄膜(涂层)的界面结合强度

讨论了压痕法测定薄膜 (涂层 )界面结合强度的两个模型 ,包括Chiang模型和Evans模型 ,并就薄膜 (涂层 )界面结合强度的压痕法表征提出了一些新的见解。

涂层与基体界面结合强度测定模型的有限元模拟

采用有限元法对涂层与基体界面结合强度进行了力学模拟,并对试验模型提出了改进。通过对涂层与基体界面最大剪切应力和最大法向应力的分析,比较了模型中不同基体台阶深度、涂层尺寸对界面结合强度的影响。确定了最佳模型,使模拟过程中最大法向应力明显降低,能够更好地体现不同体系剪切应力的变化,并在最佳模型下研究了不同涂层和基体材料相互作用的界面结合强度。

鼓膜实验法测试薄膜基体界面结合强度的进展

评述了用鼓膜实验方法测试薄膜与基体界面结合强度的现状和最新进展,分析了该方法针对圆孔、膜内无残余应力柔性膜试样和矩形孔或圆孔、膜内有残余应力试样(薄膜为柔性膜或刚性膜)所用解析解力学模型建立的薄膜力学性能假设前提条件、能量平衡思路和推导过程．介绍了用硅微技术制备Si基体试样的过程,指出了制备方法和解析解力学模型的特点及所存在的问题．给出了该实验方法的应用实例,指出了需要解决非硅基体的制样和薄膜塑性变形阶段力学模型等问题．

离子束增强沉积TiN薄膜界面结合强度的研究

采用划痕法测定了离子束增强沉积ＴｉＮ薄膜的界面结合力。结果表明，由于在离子束增强沉积过程中ＴｉＮ薄膜和基体之间生成一层厚约３０～４０ｎｍ的过渡层，从而大大改善了涂层的界面结合强度，其临界载荷可达１４０Ｎ，为一般ＰＶＤ和ＣＶＤ方法所生成的ＴｉＮ膜的３～４倍，并且发现它并不随膜厚的增加而变化。

喷射成形及轧制钢/Al-Pb合金复合板材的界面结合强度

对喷射成形钢/Al-Pb复合板的界面结合进行了研究,结果表明喷射成形的钢/Al-Pb复合板经变形量达50%左右的轧制和320℃×5h退火处理后可获得良好的界面结合,其剪切强度可达72MPa。分析显示双金属界面结合强度的提高是扩散层形成的结果。

高界面结合强度铜/钼/铜叠层复合材料的制备研究

采用非平衡态的高能铜离子注入技术,对钼芯材表面进行改性并一次覆铜形成过渡铜层,将原本不固溶的的钼/铜界面转化为铜/铜界面,制得高界面结合强度的铜/钼/铜叠层复合材料;采用近终形的热等静压复合技术进行二次覆铜,结合小变形量冷轧工艺进行复合板材精整,降低各层协同变形量,保证了叠层复合材料的板形、芯层质量、表面粗糙度及平行度。本方法所制备的铜/钼/铜叠层复合材料具有界面结合强度高、板形良好、芯层质量好且平行度好的优点,可作为一种电子封装材料或热沉材料应用于电子、信息技术领域。

镁铝层合板的界面结合强度对其单轴拉伸行为的影响研究

同质或异质组元板通过轧制连接而成的层合板,其界面结合强度是影响层合板力学性能和力学行为的主要因素。对用不同热轧工艺下制备的镁铝层合板(Al5052/AZ31B Mg/Al5052),采用不同的界面结合强度测试方法,得到了其法向结合强度、剪切强度、剥离强度,并讨论了各种结合强度对轴向拉伸力学性能和行为的影响。实验结果表明,不同的热轧工艺下获得的镁铝复合板,由于具有不同的界面微结构,导致了完全不同的界面结合强度,且界面的结合强度极大地影响了层合板的轴向拉伸力学性能;随着界面结合强度的增强,层合板的轴向拉伸力学性能得到了极大的提高;同时其断裂方式也由一道次的颈缩破坏转变成二道次的层间断裂破坏。

基体表面纳织构化对AlCrN涂层刀具界面结合强度影响的研究

为了探讨基体表面不同预处理工艺对涂层界面结合强度的影响,利用研磨抛光、喷砂和织构化等三种不同的预处理工艺对基体表面进行处理后涂覆Al Cr N涂层,制备出三种不同的Al Cr N涂层试样。对试样进行划痕试验,研究并比较各试样的界面结合强度。研究结果表明:与研磨抛光和喷砂两种预处理方式相比,织构化工艺能在基体表面有效加工出规则、连续的纹理,增加基体表面的粗糙度,有利于增加涂层与基体间的界面结合强度。

结晶器铜板涂层界面结合强度的测定

目的准确测定结晶器铜板涂层的界面结合强度。方法考虑到结晶器铜板的涂层属于厚韧性涂层/韧性基体材料体系,宜采用标准的剪切法定量测量其界面结合强度。推荐井玉安等设计的涂层宽度为1 mm的剪切试样及专用模具,并通过该方法测试铜合金基材、电镀层/铜合金、喷涂层/铜合金的界面结合强度。结果测得的铜合金基材的剪切强度离散系数最小;各类涂层的结合强度值离散性与GB/T 13222—1991方法测出的数据相比,相对较小。结论推荐的测试方法较GB/T 13222—1991方法准确度高,适合于结晶器铜板涂层的结合强度测试,且测试时宜先测铜合金基材的剪切强度,以有效减小试验的系统误差。

热丝CVD金刚石涂层膜基界面结合强度研究新进展

硬质合金基体金刚石涂层工具产业化应用的主要障碍之一在于涂层的膜基界面结合强度较差,易引发涂层早期脱落。提高膜基界面结合强度、保证刀具正常使用寿命,已成为金刚石涂层工具产业化亟待解决的主要问题。我们介绍了近年来在提高硬质合金基体金刚石涂层膜基界面结合强度方面所取得的一系列研究新进展,并提出了进一步改善其膜基界面结合强度的新思路,以促进热丝CVD金刚石涂层工具的产业化应用。