[發明專利]一種微器件的微塑性成形方法和裝置

無效

• 申請號: 200710024690.4
• 申請日: 2007-06-27
• 公開（公告）號: CN101130196A
• 公開（公告）日: 2008-02-27
• 發明（設計）人: 王勻;許楨英;張凱;孫日文;蔡蘭;袁國定;董培龍;楊昆;戴亞春;姚紅兵;呂盾
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: B21C23/00
• 分類號: B21C23/00;B21C29/00;B21C31/00;B21C25/02;B21C23/21;B21D37/16;B21J1/06
• 代理公司: 南京知識律師事務所
• 代理人: 汪旭東

技術領域

本發明涉及微器件制造及微塑性成形技術領域，特指一種微器件的微塑性成形方法及裝置，其適用于微金屬器件的微塑性成形，特別適合于常規微成形方法難以成形或無法成形的材料微成形，可以實現微器件的低成本批量化生產。

背景技術

微型化是得到有競爭力和多功能工程系統的重要途徑，產品微型化已成為工業界不可阻擋的趨勢。以外形尺寸或操作尺度微小為特征的微機電系統(MEMS)在能耗、響應時間、精度、熱變形、振動和速度等方面具備更優異的性能和功能，在航空航天、精密儀器、生物醫療和國防等領域具有廣闊的發展前景。隨著微機電系統的迅速發展，對各種材料的微型零件需求量越來越大，同時對微器件的加工工藝、加工成本和批量等也提出了新的要求，其最終目的是能夠低成本大批量制造可實際應用的微型器件。

面向MEMS的微機械加工技術和工藝目前大多是借用微電子的集成電路工藝，主要依賴于深反應離子蝕刻、光刻、LIGA等微細加工技術，但局限于加工準三維直壁立體結構，無法滿足三維復雜形狀微器件的批量加工要求，也限制了加工材料的多樣性。另外，由于采用硅基材料制作的微器件成形工藝復雜，周期長，設備投資大，而且成形的硅基材料和金屬相比在機械性能方面相對遜色。可見研究適用于微器件成形的新材料和新技術非常迫切。而宏觀塑性成形技術具有高效率、高精度、無污染、凈成形、低成本批量制造零件的特點，為此，微塑性成形技術在微器件制造領域得到了很大發展，拓寬了該項技術的應用范圍。微塑性成形技術應用各種塑性成形方法，可以精密成形特征尺寸在500nm～500μm范圍內的各種復雜微器件，而且微塑性成形也大大拓寬了成形材料的種類。另一方面，隨著成形件幾何尺寸的微小化，由微小化帶來的“尺寸效應”引起了一系列新問題，對微成形方法、設備和模具提出了新的要求，傳統的針對大尺寸零件成形的塑性成形技術、成形系統和工藝參數等都不能簡單按照相似定律縮小應用到微塑性成形方法和系統中。

國內外在微塑性成形方面研究較多有微擠壓、微壓印、微彎曲、微拉深、微沖壓、微鍛、微軋制和微無模成形工藝，并對微塑性成形系統也進行了研究。日本學者Y.Saotome(J.Mater.Process.Tech.2000，119：307-311)設計和制造了具有一定實用意義的反擠壓微成形機械系統，并利用微反擠成形技術制造出了齒高為10μm的微齒輪(Microsystem?Technologies.2000，126-129)，S.Kurimoto(Proceeding?of?the?7^th?ICTP.2002：391-396)研制出由壓電材料驅動機構驅動的微沖孔壓力機，可以實現超精密微沖孔，M.Geiger(Annals?of?the?CIRP.2001，50(2)：445-462)教授對微器件的冷鍛工藝進行了研究，U.Engel等人成功采用溫微鍛成形了難加工材料的微零件(Proceeding?of?1st?International?Conference?on?Micro?and?Nano?Technology.2003，69-72)，國內學者也對超塑性微成形系統及工藝(鍛壓技術.2005，3：56-59)進行了研究。經檢索國內外已有為數不多的關于微塑性成形的專利技術報道，美國密蘇里大學Rajiv?S.Mishra申請專利：Superplastic?Forming?of?Micro?Components(微器件的超塑性成形方法)，批準號為US6655575，其原理是采用摩擦生熱的方法將加工材料加熱到超塑性溫度范圍，與此同時完成微成形過程。日本Tsuyoshi?Masumoto申請專利：Forming?process?of?amorphous?alloymaterial(非晶合金材料的成形工藝)，批準號為US5324368，其原理是應用油浴或者加熱爐對材料加熱，并以靜水壓力作為成形力對非結晶材料進行微成形。中國專利200510010099.4、03132554.8報導了利用電加熱方式實行對微小工件的間接加熱后進行微塑性成形，中國專利02159403.1報導了利用激光固化實現對含有微細纖維強化材料的微型零部件加工。

目前微塑性成形的研究和專利大多集中在冷成形和超塑性微成形，但存在下列問題：

1.成形材料和成形工藝受到限制，尤其是難成形材料的微器件成形無法在微冷成形條件下完成。