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Ni和Ni-PTFE自润滑模具的脱模研究

文章作者:来源:www.24h-yeu.com时间:2019-10-30



LIGA技术是制造MEMS的主要技术。1其突出特点之一是能够制造具有高长宽比的微结构。 LIGA主要包括三个基本处理步骤:深X射线光刻,电铸和微成型。通过微塑料铸造工艺复制产品,LIGA技术可实现大批量,低成本的生产。近年来,随着MEMS商业化的发展,微塑料铸造工艺越来越受到关注。指出在脱模过程中,是否加入脱模剂对脱模效果影响很小。然而,他们研究的微结构只有几百纳米高,并且他们没有考虑到当微结构的高度达到微米水平时脱模的困难。收到日期:2003-0前夕15基金项目:863(2002AA),以支持该项目的主要外力;当相邻表面做相对运动时,摩擦力可以表示为F为摩擦力,为摩擦系数,H为表面附着力。通过减少表面附着力和摩擦系数来减少摩擦。表面附着力H可以表示为:Y是接触表面的表面能,Yi,Y是两个表面的表面能,Yi2是界面能,K是等效弹性模量,Ei,E2, vi和V2分别是两个表面。材料的弹性模量,泊松比和r是接触面的有效半径。如果可以减小Y,则可以获得较小的表面力。

非常差,您可以将Yi2视为零。显然,如果可以减小Y,则将获得较小的Y以减小表面粘附力。聚四氟乙烯(PTFE)的表面能仅为0.018 J/m2。当电铸Ni图案时,将适量的PTFE添加到Ni的镀液中以获得Ni-PTFE复合涂层,这大大降低了平均表面能。减少表面力。 Ni-PTFE复合材料的摩擦系数M可以表示为Mi,2分别是Ni和PTFE的摩擦系数,ai是Ni在Ni-PTFE复合材料表面上的百分比。=0。由上式可知,从40、0.04可知,增加PTFE的含量可降低摩擦系数。因此,使用N-PTFE制作模具将大大提高脱模性能。

3测试与讨论31电铸N-PTFE复合材料本文使用的塑料模具是电铸Ni和Ni-PTFE图案。在电铸中,将PTFE以0、5i0,i5、30(/L)的比例添加到Ni镀液中,以制备具有不同PTFE含量的N-PTFE复合材料。为了证明电铸镍材料中可以含有PTFE,对复合材料进行了X射线荧光光谱分析。测试结果表明,电铸复合材料确实包含PTFE。使用日本制造的Concord静摩擦试验机在500mN的载荷下测试了不同PTFE含量的Ni-PTFE复合材料的摩擦系数(请参见表i)。从表i可以看出,随着PTFE含量的增加,Ni-PTFE复合材料的摩擦系数降低了50%以上。以上测试结果表明,Ni复合材料的摩擦系数比Ni小,并且可以减小脱模剂与成型的PMMA图案之间的摩擦。

表1不同PTFE含量的Ni-PTFE复合材料的摩擦系数电镀液中的PTFE摩Cap座系数32微塑性铸造微塑性铸造实验水稻HEX-02塑料铸造系统,由德国Jenoptik.Niknofechnik GmbH生产。铸造材料为PMMA,微塑料铸造温度为138K,压力为30kN,保压时间为120s。在本文中,制造了具有“十”字形结构(高度为120Mm)的不同Ni形和Ni-PTFE模具。在这里,我们定义了当PMMA复制结构损坏时,需要清洁模具。表2显示了需要清洁模具之前成功铸件的数量。从表2的表2中,可以看到清洗前的Ni模具和Ni-PTFE模具的成功成型次数,Ni模具的长径比之比,N-PTFE模具的成型次数。长宽比为“十”的单词结构(长宽比为6和12),Ni-PTFE模具成功脱模的次数是Ni模具的成功脱模次数的2至3倍。这表明,与Ni相比,在相同规模下,N-PTFE自润滑材料可以减少微塑料铸造过程中模具与PMMA之间的粘附和摩擦。小的表面粘附力和摩擦力使PMMA复制结构更易于与模具分离,从而增加了脱模次数并提高了生产效率。

N-PTFE模具和复制的PMMA的显微照片通过电铸制造N-PTFE自润滑模具。

与Ni相比,Ni-PTFE由于平均表面自由能小,因此摩擦系数小。 “十”字微观组织的塑性铸造测试表明,成功成型的Ni-PTFE模具的数量是Ni模具的23倍,从而提高了模具的使用效率。