金属粉末激光微成形实验的分析

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1、独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。关于论文使用授权的说明竺：±：』：亿本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用

2、影印、缩印或其他复制手段保存论文。(保密的论文在解密后应遵守此规定)签名：垒塑煎导师签名：卫亟鱼型日期：监_兰第一章绪论第1章绪论1．1激光微成形的基本原理及微细加工技术在工业化时代，世界各国均以制造大型机械而自豪。在信息时代，各先进工业国家，致力于微观物质的研究，制造越来越小的机械，而进入纳米科技时代，为了适应国防、航空航天、医学和生物工程等方面的发展要求，自从80年代后期，微机械技术得到了蓬勃的发展。科学技术的趋向之一是向微小方向发展，由毫米级、微米级继而涉及纳米级。微米／纳米技术使人类在认识和改造自

3、然方面进入一个新的层次，使单位体积信息处理和运动控制的能力实现又一次飞跃【1-3]。微型机械是指毫米和微米尺度的机械。微型机械的研究目标在于通过微型化、集成化来探索新原理、新功能的元件和系统，开辟一个新的科学技术领域和产业。微型机械是多学科交叉的产物，又服务于多学科，使它在生物医学、信息、航空航天、国防、工业、农业、交通以及家庭等有广阔的应用前景。诸如细胞操作、体内精细外科手术、排除人体血管的血栓、定位定量施药、芯片实验室、微型卫星和微型飞行器、狭窄空间及特殊工况下的维修机器人、农业基因工程和微昆虫、汽车

4、自动驾驶及安全保障系统、袖珍式通讯和计算设备等[4．”。微机械在美国被称为微型机电系统(Micro—Electro—Mechanical—System，MEMS)，在日本被称为微机器(Micro—machine)，在欧洲被称为微系统(Micro—system)。按外形尺寸特征，微机械可分成l～lOmm的微小型机械，1岫～lmm的微机械，以及Inm～Ip_m的纳米机械[61。微型机械与传统机械的主要区别是机械的构成单位不同，传统机械的最小零件是毫米量级，而微型机械的最小尺寸要降到2～3个数量级以下。当前的目

5、标是lgm或10um级，最终目标是向纳米级发展【71。从产品角度看，微机械是利用微细加工技术或某些特殊功能材料，将机构及驱动器、控制器、计算机、传感器、电源等集成在一个微小体积范围内发挥机械功能的机电一体化系统；从技术角度看，微机械是机、电、磁、光化学、计算机、自动控制、传感技术与信息处理等多种技术的融合。微型机械的实现依赖于微细加工技术，而制造微机械采用的微细加工又可以分为：微米级微细加工(Microfabrication)，亚微米级微细加工(Sub—microfabrication)和纳米级微细加工(

6、Nano—microfabrication)等弘J。北京工业大学工学硕士学位论文II当前，微机械电子系统的发展趋势之一是集成化，即将机构及其驱动器、传感器、控制器等集成在一个微小体积范围内，发挥机、电、光、磁、化学、自动控制、信息处理等多种功能的综合作用。它的实现必须要有相应的基础理论和加工技术的支撑。然而，现有的微细加工技术如uV光刻、电子束加工、离子束加工、腐蚀、反应离子刻蚀、电火花加工、超精密机械加工、淀积、准分子激光刻蚀、LIGA技术等都难以实现多功能微型零件和微器件的集成。同时，除LIGA技术外

7、，这些技术可加工材料面窄、难以加工具有高深宽比的三维微结构：而LIGA技术需要同步辐射x射线光源，成本高。目前，国际上正在开展新型微加工技术的探索。德国汉诺威激光中心已从2001年起开展了激光微成形的研究【81。微型机械的实现依赖于微细加工技术。目前，应用于微型机械的制造技术大致分为两类：一种是材料去除式加工，主要有半导体加工技术、LIGA工艺，以及超精密机械加工和特种加工技术等：另一种是添加式加工，主要为激光立体光刻、激光选区烧结技术和激光熔覆成形技术等【9-l0】。1．I．1材料去除式加工技术(1)半

8、导体加工技术半导体加工技术目前还是微型机械的主要制造技术，它包括光刻、淀积、蚀刻及粘接技术等。1988年美国加州大学伯克利分校利用这项技术制造出世界上第一个转子直径仅为60～120岬，转速为150～500rpm的微型电机，引起了众多学科对微机械的关注。用于微机构的半导体加工技术主要有：体硅微加工和表面微加工。体硅微加工，指采用各向异件或同性腐蚀剂对硅体进行湿法腐蚀而得到微结构的加工方法。它包括各向异性腐蚀法，选择腐蚀法和电化学