微细金属管制造技术现状与研究进展

微细金属管具有微环境下的微通道封闭、定向导向、稳流导流等功能,被广泛应用于医疗、电工电子、传热、光学等领域。受加工工具小型化、尺寸效应对材料性能和摩擦行为的改变等限制,微细金属管的制备极具挑战性。总结了微细金属管常用制备技术的制备原理、特点、制造能力以及优缺点,包括热挤压成形、冷拔成形、无模拉拔成形以及电铸成形,并对微细金属管制造技术的未来发展趋势与研究重点进行了展望。

快速凝固制造贵金属微细粉末

研究了快速凝固高压气体雾化和离心雾化组合制粉设备和技术及其在贵金属微细粉末、电工合金、电子浆料、钎料中的应用 ,与传统的电解法化学共沉淀法生产银粉和银基电工材料比较 ,结果表明快速凝固粉末微细有效地扩大了合金元素的固溶度 ,并具有优异的综合性能。加工工艺中贵金属损耗小、效率高、生产成本低、无环境污染等。因此 ,利用该技术不仅开发出新材料 ,而且在改善传统材料性能的同时为规模化生产开辟新途径。

微细金属丝在空气中的自然对流换热的实验研究

对直径分别39．9～350．1μm的微细金属丝水平和垂直放置在空气中时的自然对流换热系数进行了实验测量。实验中对细丝采用焦耳加热。并通过标定金属丝电阻与温度的关系,精确测定了金属细丝的表面平均温度。将测得的实验值与经典关联式的预测值进行了比较,实验结果表明:随着细丝直径的减小,实验值与理论计算值的差别越来越大。这可能由于尺度的缩小,使得细丝的边缘效应加强,边界层变薄,从而强化了换热;水平放置的细丝表面的自然对流换热要强于垂直放置的细丝,这是由于竖丝表面受到流体的冲刷作用,边界层厚度大于横丝表面边界层厚度的缘故。

微细金属图形制作中的剥离技术

介绍了用于微细金属图形制作中的剥离技术的一些基本要求 ,同时简述了常用的几种剥离方法。

采用过电铸工艺制造金属微细阵列网板

针对制作尺度<10μm的超小微细阵列网板非常困难的问题,提出了采用过电铸工艺制造超小尺寸微细阵列网板的方法。建立了过电铸工艺过程的电场模型,利用有限元分析技术对过电铸工艺过程进行模拟仿真。选取优化的工艺参数(烘胶120℃/60min,曝光3000mJ/cm2,显影2min等)利用光刻制作了高度为50μm、直径为50μm的AZEXP125nXT-10A光刻胶群柱结构,以此胶膜结构作为模具进行了过电铸工艺实验,并与仿真结果进行对比,结果证明了有限元仿真的正确性。最后,通过过电铸缩孔2h获得了厚度达70μm,孔径为4μm的微细阵列网板结构。实验表明,过电铸工艺是一种低廉、安全、可批量生产的制作超小阵列网板的方法。

多齿切削加工微细金属长纤维的截面形成机理

多齿切削是加工金属纤维的一种新方法,能高效加工出表面粗糙、具有较高的强度和良好的韧性、当量直径在100μm甚至50μm以下的微细金属长纤维。横截面是金属纤维的属性之一,研究多齿切削加工金属纤维的截面形成机理,并分析进给量和刀具直线l对纤维截面形成的特殊影响规律。

基于单分散逐液滴雾化法制备锡合金微细球形金属粉末

提出了一种新型微细球形金属粉末的制备方法——单分散逐液滴雾化法。该方法将脉冲微孔喷射系统与离心雾化系统相结合,并对离心雾化系统进行重新设计,利用脉冲微孔喷射系统制备单分散液滴,再将液滴逐滴离心雾化,制得的粉末表面光滑、粒度小、粒度分布窄、球形度高、无卫星粉。利用该方法制备微细Sn63Pb37,Sn0.3AgCu合金粉末,研究转盘加热处理、不同转盘材料(Cu、Ni、304不锈钢)对粉末制备的影响,分析粒径实验值与理论值的差别,讨论雾化过程中液膜的分裂模式。研究结果表明,转盘加热处理可以使得转盘液膜变薄,粉末粒度细化。转盘与金属材料间的润湿性越好,制备的粉末平均粒度越小,且实验值均小于理论值,铜转盘制备的粉末平均粒径最小为24.0μm。液膜分裂模式与润湿性相关,铜转盘显示滴状分裂,镍转盘显示膜状分裂,不锈钢转盘没有发生液膜分裂。

微细金属切削加工精度的有效提升方法研究

现有的几种微细金属切削加工精度提升方法没有准确计算切削区域的梯度位移,导致精度提升效果不理想,设计一个新的微细金属切削加工精度的有效提升方法。建立微细金属切削加工错位本构关系,计算错位本构关系中密度函数,计算切削区域应变梯度位移,获得切削加工的位移变化量,建立微细金属切削加工精度优化模型。

金属微细管封装光纤Bragg光栅温度传感器的特性研究

设计并实现了一种金属微细管封装的光纤Bragg光栅温度传感器,并通过光矢量分析仪、恒温箱以及拉伸试验机对该温度传感器的光学、温度以及抗拉性能进行了测量。实验结果表明:在-20℃～150℃的温度范围内,其温度灵敏度系数为10.42pm/℃(±0.01 pm/℃)、重复度为±1℃、精度为±0.2℃、线性度优于0.9991;可承受拉力大于100N。该封装工艺结构简单,实用性强,满足电力工程环境下的温度测量与监控要求。

基于模糊PID的微细金属丝拉拔张力控制研究

微细金属丝拉拔时的张力控制和拉拔后得到的微细金属丝的质量密切相关。对非滑动微细金属丝拉丝机进行恒张力控制系统设计,分析微细金属丝拉拔时张力产生的原因,确定电机速度、张力摆杆角度和拉拔张力之间的关系。利用闭环模糊PID控制原理设计拉拔丝控制系统,并在MATLAB-Simulink环境下进行仿真。仿真结果表明,该系统响应速度快,超调量小,抗干扰能力好;通过试验验证了该系统能够实时控制拉拔张力大小,满足微细金属丝恒张力拉拔加工的控制要求。

微细金属丝直线式拉丝工艺及拉丝装备设计研究

微细金属丝直线式拉丝机主要用于线径为0.1 mm以下金属丝的冷变形拉拔过程。介绍了微细金属丝直线式拉拔原理及相关金属丝拉伸变形的理论基础,基于此提出微细金属丝拉丝工艺要求及拉丝特点。采用新型非滑动直线式拉丝工艺,张力控制准确,提高了成品金属丝的质量。详细介绍了微细金属丝反张力入模原理,并设计出新型非滑动直线式微细金属丝拉丝机的整体机械结构及电气系统,进行了初步的实验验证。

多齿刀具的切削模型及其分屑机理

研制了一种能同时加工出多根微细金属长纤维的新型刀具--多齿刀具。多齿刀具切削时具有分屑作用,将整个切削层切下的同时把切屑分屑形成多根纤维。多齿刀具切削时的分屑作用能高效地制造当量直径在100μm甚至50μm以下的微细金属长纤维。建立了多齿刀具的切削模型,根据切削模型分析了多齿刀具的分屑机理,推导出多齿刀具同时参与切削的齿数及加工出的纤维当量直径计算公式。

一种新型的正胶剥离技术及其应用

介绍了在金属微细图形化制作中常用的两种方法：刻蚀和剥离,并比较了两者的优劣。开发了一种新型的正胶剥离技术,着重解决了传统的正胶剥离技术中所存在的较为严重的“二次污染”问题,提高了其剥离精度,达到2μm。最后介绍了新型的正胶剥离技术在实际工作中的应用。

热型连铸技术的研究与应用

研制开发了真空熔炼/保护气氛下拉式热型连铸技术和设备,该技术与设备适用于液态氧化、吸气严重或含有易氧化烧损的合金元素的各种金属棒材的近终形加工制备。所生产的金属棒材具有单向连续柱状晶组织,表面光亮、组织致密、塑性优异。在室温下对!8mm的Al-1%Si合金棒材进行拉拔加工,不需任何中间退火,可直接制备出线径为20!m的的超细丝材,其伸长倍数达16万倍,为金属微细丝的制备提供了新的方法和途径。

瞬态热线法导热系数测试中的自然对流影响

基于瞬态热线法导热系数测试原理,试验测量了微细金属丝(Φ=0.06 mm)水平、垂直放置时的空气加热过程,获得了不同加热功率下的空气导热系数。采用了考虑自然对流影响的空气导热系数估算法,对估算法与瞬态热线法计算的导热系数进行对比分析。分析结果表明:金属丝水平放置时两种方法的计算值吻合度好,但与空气导热系数的标准值差别较大。当加热功率较小,垂直放置时两种方法的计算值偏差稍大,基于瞬态热线法计算的空气导热系数准确度较高;而加热功率较大时,两种方法的计算值偏差较小,基于瞬态热线法计算的空气导热系数准确度较低。通过微细金属丝表面自然对流换热强度的理论分析,认为随着金属丝表面温度的升高,水平加热普遍大于垂直加热时的自然对流换热系数,瞬态热线法计算导热系数时,会受到微细金属丝加热表面自然对流换热强度的影响。

小型微波等离子体射流激发装置设计与实验研究

针对微波等离子体在金属表面微细加工的实际工程应用,设计实现了一种基于同轴结构尺寸为12.2mm×12.2mm×29mm的小型微波等离子体射流激发装置,并搭建实验系统对加工后的装置进行了测试。实验对该装置激发的微波等离子体射流温度,高度和吸收功率与微波入射功率、气体流量之间的关系进行了研究。通过对入射功率(6w~45w)和气体流速(1L/min~10L/min)的组合调节,最终得出由该装置激发的微波等离子体射流的温度和高度随气体流速与入射功率的变化关系,用电阻耦合式温度计测得射流温度约为25.5℃~87.5℃,射流经过图像处理后得到其高度约为0.8mm~2.87mm。通过对入射功率和气体流速的灵活调节,基本满足金属表面微细加工的应用需求。