《兆聲調控電鑄微結構內應力與均勻性的機理及方法》是依託大連理工大學,由杜立群擔任醒目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：兆聲調控電鑄微結構內應力與均勻性的機理及方法
- 依託單位：大連理工大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：杜立群
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
項目組在前期研究工作基礎上,針對電鑄微結構製造中存在的微電鑄層內應力高與厚度均勻性差的問題，以振動理論和電化學理論為基礎，提出通過最佳化兆聲振動功率以改善微電鑄層內應力和厚度均勻性的新方法。該方法具有簡單、高效、經濟的優點。同時，從兆聲振動加快微電鑄過程中氫氣的析出、減少鑄層中位錯的角度，揭示兆聲減小微電鑄層內應力的機理。基於法拉第定律、物質傳遞方程、連續性方程以及Navier-Stokes 方程，修正陰極表面濃度場分布模型，建立受兆聲影響的微電鑄均勻性的理論分析模型，明確兆聲提高電鑄微結構均勻性的機理。作為套用研究，研發出具有多層、大面積和大厚度的四種典型金屬微器件。目前國內外尚未見本項目提出的同類研究報導。本項目的預期研究成果不但有助於最佳化微加工工藝，而且能夠積累關於微電鑄特徵的基礎理論，將在微電鑄的工藝技術和理論研究方面具有重要學術參考價值，推動兆聲微電鑄技術在我國的套用和發展。
結題摘要
MEMS技術的快速發展，給微電鑄技術帶來了前所未有的活力。目前利用微電鑄技術製作的金屬微器件已經套用到航空航天、精密模具、兵器製造、核工業等領域。但是，微電鑄技術在套用中遇到了一些難題, 如: 微鑄層內應力控制問題、鑄層厚度均勻性問題等。本項目旨在研究改善電鑄微器件內應力和均勻性的機理及方法。項目研究的主要內容包括: (1)兆聲輔助微電鑄的新方法。即在微電鑄過程中，通過引入兆聲振動並最佳化兆聲功率，使得微電鑄層的內應力減小、均勻性得到提高。該方法具有簡單、高效、經濟的優點。目前該方法已在金屬微電鑄器件的製作中得到套用，效果良好。(2) 研製兆聲微電鑄裝置。該裝置的頻率為1MHz，具有電流、占空比、振動功率連續可調，並可產生雙向兆聲波的功能。 (3)針對特徵尺寸為微米量級的金屬微器件，本項目利用將β-SiC顆粒與金屬基材進行複合沉積的方法解決了金屬材料本身不具有拉曼活性的問題。提出基於微拉曼光譜法的內應力測量方法。該方法保持了微拉曼光譜法高精度測量的特點，為金屬微器件的內應力測量提供了一種新途徑。（4）明晰兆聲去除鑄層內應力、提高鑄層均勻性的機理。兆聲作用促進晶體內位錯運動，增強微觀塑性變形，進而釋放內應力；兆聲產生的聲流和穩態空化作用減小了擴散層的厚度，提高了離子在微結構內的傳輸能力。同時兆聲波產生的聲流對新沉積的軟質鑄層產生推積作用，從而將不均勻鑄層削平，改善了微電鑄鑄層的均勻性。（5）為了驗證兆聲輔助微電鑄方法的效果，本項目研製多層可動、大面積、大厚度微電鑄金屬器件四種，這些器件已在中國總裝備部預研、中央軍委裝備預研、國家自然科學基金委面上項目中得到套用。 本項目發表研究論文29篇，其中SCI檢索13篇（其中JCR一區3篇、二區3篇）、EI檢索19篇、ISTP檢索3篇。申請發明專利總計5項，授權3項。培養博士、碩士研究生總計15名。其中博士研究生畢業2名、碩士研究生畢業8名。碩士研究生楊彤的學位論文獲得大連理工大學優秀碩士論文。
