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。在微電鑄工藝過程中,不均勻的電結(jié)晶現(xiàn)象使鑄層內(nèi)不可避免地會產(chǎn)生殘余應力。過大的殘余應力會導致鑄層出現(xiàn)翹曲、分層甚至脫落等不容忽視的宏觀問題,嚴重影響金屬微器件的尺寸精度、制作成品率、機械性能及使用壽命。本文基于微電鑄層殘余應力仿真和測量方法的研究,提出了三種減小微電鑄層殘余應力的方法。具體研究工作包括以下五個部分:研究了鑄層殘余應力的組成形式,建立了微電鑄層殘余應力的仿真模型�；诘刃⒖紲囟确ɡ锰摂M溫度載荷模擬鑄層殘余應力。采用實驗測量與仿真計算相結(jié)合的方法,研究了鑄層殘余應力的實際測量值與虛擬溫度載荷的數(shù)學關(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,進行了五組不同等效參考溫度值的鑄層殘余應力仿真研究,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的電鑄金屬微結(jié)構(gòu)的殘余應力分布仿真研究。為了探索電鑄金屬微結(jié)構(gòu)的殘余應力測量方法,基于Guglielmi復合沉積模型研究了復合沉積過程中鑄層內(nèi)殘余應力與固體顆粒受力... 

【文章來源】：大連理工大學遼寧省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：144 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
主要符號表
1 緒論
    1.1 課題研究背景與意義
    1.2 微電鑄層殘余應力的研究現(xiàn)狀
        1.2.1 殘余應力的形成機理
        1.2.2 殘余應力的仿真研究
        1.2.3 殘余應力的測量方法
        1.2.4 減小殘余應力的方法
    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 微電鑄層殘余應力的仿真方法
        2.3.1 殘余應力的簡化
        2.3.2 等效參考溫度法
    2.4 微電鑄層殘余應力仿真模型的建立
        2.4.1 微電鑄層殘余應力的性質(zhì)
        2.4.2 微電鑄層殘余應力的仿真
    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 鑄層熱應力對殘余應力的影響
    2.6 本章小結(jié)
3 基于微拉曼光譜測量金屬微結(jié)構(gòu)殘余應力的方法研究
    3.1 引言
    3.2 基于MRS測量金屬微結(jié)構(gòu)殘余應力的原理
        3.2.1 拉曼光譜的應力測量原理
        3.2.2 鑄層內(nèi)殘余應力與固體顆粒受力間的相互關(guān)系
        3.2.3 β-SiC顆粒的應力計算方法
    3.3 金屬微結(jié)構(gòu)殘余應力測量實驗
        3.3.1 復合微電鑄層的制作
        3.3.2 復合鑄層殘余應力的測量
    3.4 結(jié)果分析與討論
        3.4.1 XRD法與MRS法測量結(jié)果對比
        3.4.2 基于MRS測量金屬微結(jié)構(gòu)殘余應力方法的可靠性檢驗
    3.5 本章小結(jié)
4 預置應力釋放因素減小金屬微結(jié)構(gòu)殘余應力的研究
    4.1 引言
    4.2 預置應力釋放因素的金屬微結(jié)構(gòu)殘余應力仿真研究
        4.2.1 微結(jié)構(gòu)的殘余應力仿真
        4.2.2 應力集中系數(shù)計算
        4.2.3 應力不均勻系數(shù)計算
    4.3 預置應力釋放因素減小金屬微結(jié)構(gòu)殘余應力方法的實驗驗證
        4.3.1 金屬微結(jié)構(gòu)的制作
        4.3.2 金屬微結(jié)構(gòu)殘余應力的測量
    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力的研究
    5.1 引言
    5.2 Ni-SiC復合電鑄工藝參數(shù)優(yōu)化
        5.2.1 Ni-SiC復合鑄層殘余應力的正交試驗
        5.2.2 正交試驗過程
        5.2.3 Ni-SiC復合鑄層性能測試
        5.2.4 正交試驗結(jié)果及極差分析
    5.3 摻雜β-SiC顆粒減小鑄層殘余應力的機理分析
        5.3.1 電流密度對鑄層殘余應力的影響
        5.3.2 顆粒質(zhì)量濃度對鑄層殘余應力的影響
        5.3.3 磁力攪拌轉(zhuǎn)速對鑄層殘余應力的影響
        5.3.4 電鑄溫度對鑄層殘余應力的影響
    5.4 本章小結(jié)
6 兆聲輔助電鑄減小微電鑄層殘余應力的研究
    6.1 引言
    6.2 兆聲微電鑄實驗
    6.3 微電鑄層性能測試實驗
        6.3.1 殘余應力測量
        6.3.2 位錯密度測量
        6.3.3 表面形貌觀測
        6.3.4 結(jié)晶取向測量
    6.4 兆聲輔助電鑄減小鑄層殘余應力的機理分析
        6.4.1 位錯對鑄層殘余應力的影響
        6.4.2 兆聲穩(wěn)態(tài)空化對鑄層殘余應力的影響
        6.4.3 晶格結(jié)構(gòu)對鑄層殘余應力的影響
    6.5 兆聲輔助電鑄法的應用
        6.5.1 閉鎖后座保險鎖的制作
        6.5.2 閉鎖后座保險鎖宏觀變形量測試
        6.5.3 閉鎖后座保險鎖殘余應力測試
    6.6 本章小結(jié)
7 結(jié)論與展望
    7.1 結(jié)論
    7.2 創(chuàng)新點摘要
    7.3 展望
參考文獻
攻讀博士學位期間科研項目及科研成果
致謝
作者簡介


【參考文獻】：
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碩士論文
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本文編號：3183197