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nickler

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[交流] 发一篇微机电方面的文章，很不错的学术资料啊（已搜索，无重复）

氟碳涂层在DEM微细加工微复制模压过程中对脱模改善作用V1.0

一、DEM微细加工的过程：
微型机电系统的基础是微细加工技术。目前国内研究界主要采用的是DEM三维微加工技术，它综合深层刻蚀、微电铸、微复制工艺。具体的来讲就是利用感应耦合等离子体刻蚀设备进行高深宽比塑料或硅刻蚀后，从硅片上直接进行微电铸，得到金属模具后再进行微复制工艺，就可实现微机械器件的大批量生产。
微复制工艺主要有模压和注塑两种工艺。模压工艺加工周期较长，是在真空或大气状态下，使用模压设备在150℃下对不同的塑料进行微复制的过程，适用于进行科学研究。注塑工艺加工周期短，最低可缩至10秒以内，但材料更换困难，适用于进行批量生产。现在已经进行过的模压塑料有PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）、PC（聚碳酸酯）、POM（聚甲醛）。

二、DEM微复制脱模存在的问题：
由于微复制出的微器件最小至微米、纳米尺寸结构，最大也不超过1毫米结构，多是高深宽比微结构；模压时压力大到500N~2000N，模压塑料产品热变形，塑料与模具粘附性较大，影响模压塑料表面质量；脱模时摩擦力大，强行脱模会损坏塑料，易损坏模压塑料，严重的损坏微模具；模压时不允许使用传统的脱模剂，脱模具时间相当长。
造成微模具脱模困难的原因：
1）    微结构工艺在微复制工序中不允许使用任何脱模剂，模压塑料与模具粘附，造成脱模时摩擦力大。
2）    微电铸产生的模具表面光洁度有限。
3）    脱模时无良好的脱模手段。

三、氟碳涂层材料能应用微模具的特点：
氟碳涂层是模具表面的涂层材剂，不是通常模具用脱模润滑油或防锈油，而是一种改变金属表面摩擦、防腐、清洁性能的涂层材料，这种涂层材料与金属的牢固程度相当于金属晶格结合程度，除非保持在450℃以上，否则氟碳保护膜不可能被破坏．
作用原理：
氟碳分子膜急剧减小材料的表面能。可以使模具材料表面能减小到千分之一以下。对于金属，从3000~5000兆牛/米减小到2~4兆牛/米，以致大大降低摩擦系数，摩擦系数大约降低到百万分之一，而静摩擦力矩则比未处理表面减小到万分之一。
氟碳分子由于渗透性高而充满所有的气孔和微裂缝，驱除其中的气体，这样便避免了材料的起脆（氢脆）；微气孔和微裂缝失去应力集中的可能性，因而，它们不再是潜在的破坏中心；
防止表面受大气中潮气和腐蚀介质（海水，盐溶液等）作用；
表面活性剂膜耐低温和高温（在-260℃到+450℃温度范围内，它不改变自己的使用性能，所以可在航天产品中使用），耐压（单位负荷达3000兆牛/毫米平方），耐化学药剂作用，耐辐射。
最重要的优点之一就是，模具零件的几何尺寸实际上也保持不变——保护层厚度约为4-8纳米，

四、氟碳涂层材料对微模具的主要功效：
1.    提高微模具表面耐磨性、清洁度，避免模具模压时表面附着、沉积问题；
2.    提高模具使用寿命，提高产品质量；
3.    降低模具表面摩擦系数低，有利于工件表面的润滑；
4.    提高金属表面显微硬度，使模具坚固性平均提高三倍；
5.    不改变微模具的公差尺寸；

五、安全措施
氟碳表面涂层材料是无毒的（安全等级为四级），不具有爆炸性和具有防火安全性质的物质。在用氟碳表面涂层材料进行作业时不要求采取特别的安全措施。当然在对被处理物体表面进行脱脂等清理过程中，应根据所使用清洗剂的情况采取相应安全措施。

六、处理效果
影响氟碳表涂层处理效果的因素包括：氟碳剂用量、表面处理的脱水脱脂效果、以及氟碳处理剂的涂敷工艺。鉴于定型模面积大，无法在密封环境里进行热处理，只能采用冷处理。
根据产品性能和以往经验，只要是能使氟碳涂层充分地吸附于金属表面，是可能达到期效果的。氟碳涂层与金属模具的吸附能力，可以达到金属晶格的吸附能力，经氟碳涂层处理过的模具，氟碳涂层可在相当长时间永久保持，不因压模次数增加而使氟碳涂层逐渐破坏。

七、MEMS应用实例：
1、    氟碳涂层在微复制镍合金微米模具使用对比实验；(已实验成功，见相关记录)
2、    氟碳涂层在微复制硅、石英镀金层纳米模具模压对比实验；
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1楼 2006-05-09 22:52:07
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