Jul.2007 铸造 Vol. 56 No.7 FOUNDRY 673 专题综述 微精密铸造工艺研究进展 李邦盛·2,任明星1,傅恒志2 (1.哈尔滨工业大学微纳米技术研究中心,黑龙江哈尔滨150001 2.哈尔滨工业大学材料科学与工程学院,黑龙江哈尔滨15000) 摘要:三维复杂形状的金属傲构件的微细加工一直是微机械研究的重点和热点,近年来涌现出许多的加工工艺,比较 而言,微精密铸造工艺在高效制备三维复杂形状的微构件方面具有十分独到的优势。文中从微精密铸造工艺、合金 铸型材料及相关理论等几个方面综述了国外基于熔模铸造的微精密铸造工艺的发展现状,并讨论了现有微精密铸造工 艺的不足,提出了微精密铸造工艺的发展方向,同时,对作者在金属型微精密铸造工艺方面的研究作了简要的介绍。 关键词:微机械;微精密铸造;微熔模;微构件 中图分类号:TG249.5文献标识码:A文章编号:1001-4977(2007)07-0673-06 Research Progress of Microprecision Casting Technology LI Bang-sheng", REN Ming-Xing"2, FU Heng- zhi (1. Micro/nano Technology Research Center of Harbin Institute of Technology, Harbin 150001 Heilongjiang, China; 2. School of Materials Science and Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, Heilongjiang, China) Abstract: The micromachining of three-dimensional metal micropart with complicated shape is the emphasis and hotspot of micromechanical investigation all the times. Microprecision technology has particular advantages on fabricating three-dimensional metal micropal complicated shape efficiently compared with many other machining process appeared in years. In this paper, the development and present status of investment cast microprecision casting technology abroad are summarized from aspects of microcasting process, microcasting alloy, microcasting mould materials and related theory. The shortage of current microprecision casting technology and the develop direction have been discussed. At the same time the author's reasearch work on metal mould microprecision casting technology are briefly introduced Key words: MEMS; micro-precision casting; micro-investment; micropart 自从美国加州大学伯克利分校于1988年研制成功些缺陷,或加工材料单一,或加工尺寸范围窄,或 直径60-120μm的硅微型静电电机以来,微机械就因加工费用昂贵,或只能进行二维及准三维加工,或加 其广阔的应用前景和巨大的经济潜力而成为21世纪最工效率低下四,从而限制了其更广泛的应用。 具科研性的热点问题之一。到目前为止,微机械已在 2000年以来,一种全新的微机械加工工艺—微 航空航天、航海、原子能、生物工程、军事、化工、精密铸造工艺在德国问世,并在世界范围受到高度关 卫生医疗、机器人等方面有着十分广泛的应用,并将注。微精密铸造工艺是利用微尺度型腔的铸型来制造 深刻影响国民经济和国防科学技术的发展。各国科学整体尺寸在微米尺度或带有微米尺度微细结构的金属 家和政府都对微机械的研究给予了足够的重视。从微微构件的一种加工工艺。主要应用于介人外科手术的 机械的设计、加工、装配到应用,都进行了广泛而深仪器、生物工艺仪器等领域叫。这种工艺依托于传统 人的研究,尤其是对微机械的微细加工技术。自20世的铸造工艺,继承了传统铸造工艺的全部优点,如可 纪80年代以来,各种微细加工新工艺层出不穷,具有加工材料种类多,低成本、高效率,可加工复杂三维 代表性的主要有以下几种:硅基表面和体加工工艺口4、形状等,有效的弥补了现有工艺的缺点。微精密铸造 髙能束刻蚀工艺、LIGA工艺6、超精密机械加工工工艺是在对金属三维微构件的需求背景下出现的,迄 艺明以及微细电火花工艺等。但上述工艺都存在今为止,只有德国、日本和韩国及中国等少数几个国 基金项目:国家自然科学基金项目(50475028);国防基础科研重大项目子项目(K1401060130) 收稿日期:2007-02-14收到初稿,2007-04-26收到修订稿 作者简介:李邦盛(1960-),男,哈尔滨人,教授,主要从事微铸造成形、钛基合金熔模精密铸造成形、铝基和钛基复合材料的硏究。 E-mail:libs(@hit.edu.cn
Ju1．2OO7 VOI．56 NO．7 铸 造 FOUNDRY ·673 · 微精密铸造工艺研究进展 李邦盛 一，任明星-一，傅恒志 (1．哈 尔滨工业大 学微纳米技术研 究中心，黑龙 江哈 尔滨 150001； 2．哈 尔滨工业大学材料 科学与工程 学院，黑龙 江哈 尔滨 150001) 摘 要 ：三维复杂形状的金属微构件的微细加工一直是微机械研究的重点和热点，近年来涌现出许多的加工工艺，比较 而言，微精 密铸 造工艺在高效制 备三维 复杂形 状 的微构 件方面具有十分 独到 的优势 。文 中从微精 密铸造 工艺 、合金 、 铸 型材料及相关理论等几个方 面综述 了国外基于熔模铸造 的微精 密铸造 工艺的发展现状 ，并讨论 了现有微精 密铸造 工 艺的不足，提 出 了微精 密铸造工 艺的发展方 向，同时 ，对作者在金属 型微精 密铸造工 艺方面 的研究作 了简要的介绍。 关键词 ：微机械；微精密铸造 ；微熔模 ；微构件 中图分类号 ：TG249．5 文献标识码 ：A 文章编号：1001—4977 (2007)07—0673—06 ResearchProgressofMiCrOpreCiSiOnCastingTechnology LIBang-sheng’一，REN Ming-xing’一，FU Heng-zhi (1．Micro／nanoTechnologyResearchCenterofHarbinInstituteofTechnology，Harbin150001， Heilongjiang，China；2．SchoolofMaterialsScienceandEngineering，HarbinInstituteofTechnology Harbin150001，HeUongjiang，China) Abstract：The micromachiningofthree．dimensionaImetaImicropart with complicatedshape iSthe emphasis and hotspot of micromechanicaIinvestigation alIthe times．Microprecision casting technology has particular advantages on fabricating three-dimensionaI metaI micropart with com plicated shape eficiently com pared with m any other machining process appeared in resent years．Inthis paper．thedevelopmentand presentstatusofinvestmentcastmicroprecisioncasting technology abroad are summarized frOm aspects ofmicrocasting process，microcasting alloy， microcasting mould materials and related theory．The shortage ofcurrentmicroprecision casting technology andthe developdirection have beendiscussed．Atthe sam etim ethe author's reasearch workonmetaImouldmicroprecisioncastingtechnologyarebrieftYintroduced． KeyWOrds：MEMS：micro．precisioncasting；micro．investment；micropart 自从美国／Ju,~l,I大学伯克利分校于1988年研制成功 直径 60～120Ixm的硅微 型静 电电机 f1]以来 ，微 机械 就 因 其广阔的应用前景和巨大的经济潜力而成为21世纪最 具科研性的热点问题之一 。到 目前为止，微机械已在 航 空 航天 、航海 、原 子能 、生 物 工程 、军 事 、化 工 、 卫生医疗 、机器人等方面有着十分广泛的应用 ，并将 深刻影响国民经济和 国防科学技术 的发展。各国科学 家和政府都对微机械的研究给予了足够的重视。从微 机 械 的设 计 、加工 、装 配 到应用 ，都 进行 了广泛 而 深 人 的研究 ，尤 其是对 微 机械 的微 细加 工技 术 。 自20世 纪80年代以来 ，各种微细加工新工艺层出不穷 ，具有 代表性的主要有以下几种 ：硅基表面和体加工工艺 、 高能束刻蚀工艺[51、LIGA工艺【6 、超精密机械加工工 艺 以及微细电火花工艺[10-11]等。但 上述工艺都存在 一 些缺陷 ，或加工材料单一 ，或加工尺寸范围窄 ，或 加工费用昂贵 ，或只能进行二维及准三维加工 ，或加 工效率低下【l2]，从而限制了其更广泛的应用。 2000年 以来 ，一种 全 新 的微 机械 加工 工 艺——微 精密铸造工艺在德国问世 ，并在世界范围受到高度关 注。微精密铸造工艺是利用微尺度型腔的铸型来制造 整体尺寸在微米尺度或带有微米尺度微细结构的金属 微构件的一种加工工艺 。主要应用于介人外科手术的 仪器 、生物工艺仪器等领域【13]。这种工艺依托于传统 的铸造工艺，继承 了传统铸造工艺的全部优点 ，如可 加工材料种类多 ，低成本 、高效率 ，可加工复杂三维 形状等 ，有效的弥补了现有工艺的缺点。微精密铸造 工艺是在对金属三维微构件的需求背景下 出现的，迄 今为止 ，只有德 国、日本和韩 国及中国等少数几个国 基金项目 ：国家 自然科学基金项 目 (50475028)；国防基础科研重大项 目子项 目 (K1401060130)。 收稿 日期 ：2007~)2—14收到初稿 ，2007~)4—26收到修订稿。 作者简介：李邦盛 (1960一)，男，哈尔滨人，教授，主要从事微铸造成形、钛基合金熔模精密铸造成形、铝基和钛基复合材料的研究。 E—mail：libs@hit．edu．cn 维普资讯 http://www.cqvip.com
674 FOUNDRY Vol. 56 No.7 家进行了这方面的研究,并取得相当的进展。本文旨12LG-RPC中心研发的微铸造工艺 在对国内外在微精密铸造工艺中涉及的铸造材料、成 LG-RPC中心提出的工艺与传统的熔模铸造工艺区 形工艺等方面的研究进展加以详尽的综述。 别很大,更类似于砂型铸造。这种工艺的难点在于微 1微精密铸造工艺 铸型的制造。工艺措施:首先将金属液浇到铸型中, 然后把注满170℃金属的铸型放置到真空室中,借助 熔模精密铸造工艺是传统铸造工艺中最适合制备金属自身的重力充填铸型,充填完成后在空气中冷却, 形状复杂、结构精细零件的铸造工艺。因此,在微精起模后就得到了金属微构件,图2是该中心用这种工艺 密铸造工艺发展的初期,不同国家的科学家都不约而制备的螺旋微齿轮,其最大的外径为1mm,整个齿高 同的在传统熔模精密铸造的基础上进行了微精密铸造约为600m1 的研究,提出了一系列基于熔模铸造的工艺方法,并 各自进行了创新和改进。 1.1卡尔斯鲁厄研究所研发的微铸造工艺 德国卡尔斯鲁厄研究中心的 Baumeister等人提出的 工艺措施,与传统的熔模铸造工艺非常相似,只是将传 统工艺中挂浆制壳,改为浸浆制壳,首先进行微模型的 图2借助MLS工艺制备的螺旋形微齿轮 装配,然后将微模型浸入到制备型壳的陶瓷浆料中, Fig. 2 Helical gear made faithfully by MLS process 随后烘干、焙烧陶瓷型壳,在这个过程中微模型被高13日本工业大学研发的微铸造工艺 温分解,就得到了具有与铸件相同形状微型腔的陶瓷 日本工业大学的 Hiroyuki noguchi等采取的微精密 熔模型壳,再将熔融的液态金属液注入型腔,为了能铸造工艺与传统熔模铸造工艺的不同在于模型和型壳 有更好的充填,将铸型分别预热到700℃和1000℃,的制备方法。工艺措施:首先将预热到20℃的铸型 室温冷却后,清理陶瓷铸型就得到了微铸件" 浸入到熔化的金属液中,然后将装着金属液和铸型的 在充型时,主要采取两种铸造方法:真空压力铸炉子放置到一个真空炉中,随后进行抽真空排气及加 造和离心铸造。真空压力铸造是借助一台真空压力热铸型,平衡后,打开真空炉,进气lmin,使金属液 铸造机完成的,首先将铸型和坩埚在真空室内安装固在大气压力下充填。最后在水中溃散铸型,得到微构 定,对真空室抽真空,同时熔化合金,随后旋转真空件。图3是采用该工艺制备的微蚂蚁构件。 室,并通人气体加压,熔化的金属在0MPa左右的压 力下浇注与凝固;离心铸造是借助一台离心铸造机实 现的,铸型放在离心铸盘的一侧,另一侧以配重平衡, 熔化坩埚固定在转盘的中部。金属熔化后,坩埚倾斜 使金属液进人铸型浇口,利用离心力使液态金属充填 陶瓷型壳,获得微铸件。 微铸件的清理工作不同于传统熔模铸造,这是因 图3日本工业大学制备的蚂蚁铸件 为微铸件在受到机械作用时容易损伤,所以通过化学 Fig 3 The cast ant fabricating by Nippon Institute of Technology 浸蚀使熔模材料溃散,获得金属微结构,除个别的浇 冒口系统,不需进行后续加工。 2微精密铸造合金 Baumeister等人已成功的应用这两种铸造方法制备 尽管几乎所有的工业合金都可被铸造生产,但对 了微行星齿轮和涡轮组叫,整个构件的尺寸控制在微于整个铸件的尺寸都在微米量级的微精密铸造而言, 米量级,见图1。 表面力的作用显著增强,使得充型极为困难,由于其 金属液的冷却速度是传统尺度铸造时的万倍以上,极 难完整成形,所以良好的合金的流动性是影响微铸件 成形的最关键因素。此外合金对铸型和空气的化学稳 定性也要很高,这是由于微铸件非常微小,已没有可 供反应层占用的加工余量。 Baumeister等人主要应用两种金属材料,一种是德 图1金基合金微齿轮(齿顶圆直径731m,齿厚135um) 国 Degussa公司生产的金基合金“ Stablilor G”,其熔化 (with 731 um outer 区间为860940℃,这种合金耐蚀性能好,具有良好 diameter and 135 um thickness of tooth edge) 的韧性、延展性和适中的强度,是牙科中常用的合金
FOUNDRY Ju1．2007 V0I．56 N0．7 家进行了这方面的研究 ，并取得相当的进展。本文旨 在对国内外在微精密铸造工艺中涉及 的铸造材料 、成 形工艺等方面的研究进展加以详尽的综述。 1 微精密铸造工艺 熔模精密铸造工艺是传统铸造工艺 中最适合制备 形状复杂、结构精细零件的铸造工艺。因此 ，在微精 密铸造工艺发展的初期 ，不同国家的科学家都不约而 同的在传统熔模精密铸造的基础上进行 了微精密铸造 的研究 ，提 出了一系列基于熔模铸造的工艺方法 ，并 各 自进行了创新和改进。 1．1 卡尔斯鲁厄研究所研发的微铸造工艺 德国卡尔斯鲁厄研究 中心的Baumeister等人提 出的 工艺措施 ，与传统的熔模铸造工艺非常相似 ，只是将传 统工艺中挂浆制壳 ，改为浸浆制壳 ，首先进行微模型的 装配 ，然后将微模型浸入到制备型壳的陶瓷浆料中 ， 随后烘干 、焙烧陶瓷型壳 ，在这个过程中微模型被高 温分解 ，就得到了具有与铸件相同形状微型腔的陶瓷 熔模型壳 ，再将熔融的液态金属液注入型腔 ，为了能 有更好的充填 ，将铸型分别预热到700℃和1000℃， 室温冷却后，清理陶瓷铸型就得到了微铸件【】81。 在充型时 ，主要采取两种铸造方法 ：真空压力铸 造和离心铸造【I31。真空压力铸造是借助一 台真空压力 铸造机完成的，首先将铸型和坩埚在真空室内安装固 定 ，对真空室抽真空 ，同时熔化合金 ，随后旋转真空 室，并通人气体加压，熔化的金属在0．4MPa左右的压 力下浇注与凝固；离心铸造是借助一台离心铸造机实 现的，铸型放在离心铸盘的一侧 ，另一侧 以配重平衡 ， 熔化坩埚固定在转盘的中部。金属熔化后，坩埚倾斜 ， 使金属液进入铸型浇 口，利用离心力使液态金属充填 陶瓷型壳 ，获得微铸件。 微铸件的清理工作不 同于传统熔模铸造 ，这是因 为微铸件在受到机械作用时容易损伤 ，所 以通过化学 浸蚀使熔模材料溃散 ，获得金属微结构 ，除个别的浇 冒口系统 ，不 需进行后 续加工 。 Baumeister等人已成功的应用这两种铸造方法制备 了微行 星齿 轮和涡轮组 ¨4_1，整个构件 的尺寸控 制在微 米量级 ，见 图 1。 图1 金基合金 一 微齿轮 (齿顶 圆直径731 m，齿厚 135 m) Fig．1M icro-gearwheelmadeofgoldbasealloy (with731um outer diameterand135um thicknessoftoothedge) 1．2 LG—RPG中心研发的微铸造工艺 LG—RPc中心提出的工艺与传统的熔模铸造工艺区 别很大 ，更类似于砂型铸造。这种工艺的难点在于微 铸 型的制造。工艺措施 ：首先将金属液浇到铸 型中， 然后把注满 170℃金属的铸 型放置到真空室 中，借助 金属 自身的重力充填铸型，充填完成后在空气中冷却， 起模后就得到了金属微构件 ，图2是该中心用这种工艺 制备的螺旋微齿轮 ，其最大 的外径为 1mm，整个齿高 约 为600 m【l9】。 图2 借助MLS工艺制备 的螺旋形微齿轮 Fig．2HelicalgearmadefaithfullybyM LSprocess 1．3 日本工业大学研发的微铸造工艺 日本工业大学的HiroyukiNoguchi等采取的微精密 铸造工艺与传统熔模铸造工艺的不同在于模型和型壳 的制备方法 。工艺措施 ：首先将预热~lJ200℃的铸型 浸入到熔化的金属液中，然后将装着金属液和铸型的 炉子放置到一个真空炉中，随后进行抽真空排气及加 热铸型 ，平衡后 ，打开真空炉 ，进气 1min，使金属液 在大气压力下充填。最后在水 中溃散铸型 ，得到微构 件。图3是采用该工艺制备的微蚂蚁构件[201。 图3 El本工业大学制备的蚂蚁铸件 Fig．3Thecasta／itfabricatingbyNipponInstituteofTechnology 2 微精密铸造合金 尽管几乎所有的工业合金都可被铸造生产 ，但对 于整个铸件 的尺寸都在微米量级 的微精密铸造而言 ， 表面力 的作用显著增强 ，使得充型极为困难 ，由于其 金属液的冷却速度是传统尺度铸造时的万倍以上 ，极 难完整成形 ，所 以良好的合金的流动性是影响微铸件 成形 的最关键 因素。此外合金对铸型和空气的化学稳 定性也要很高 ，这是由于微铸件非常微小 ，已没有可 供反应层占用的加工余量。 Baumeister等人主要应用两种金属材料，一种是德 国Degussa公司生产的金基合金 “StablilorG”，其熔化 区间为860~940。C，这种合金耐蚀性能好 ，具有 良好 的韧性 、延展性 和适中的强度 ，是牙科中常用的合金 维普资讯 http://www.cqvip.com
铸造 李邦盛等微精密铸造工艺研究进展 675 材料,更重要的是该合金表现出了良好的流动性;另性塑料PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)吗。微模型制作 种合金材料是铝青铜,其熔化区间为1020-1040℃,方法:首先利用高精密的磨床,在黄铜上微铣削出微 这种材料的特点是A诹取代了青铜中的Sn,提高了合金的注射成型的镶块,然后微注射成型23 强度和硬度而降低了塑性,提高了铸件的耐蚀性和合金 为使微熔模浸人容易,陶瓷浆料要有良好的流动 的流动性,从而提高了合金的铸造性能。 性和热稳定性,同时为了清理铸件容易,熔模还要有 卡尔斯鲁厄研究所对两种合金在微精密铸造条件下好的溃散性。不同于常规熔模铸造使用的硅酸盐粘结 的流动性进行了测试,流动性试样选择的是10根直径为剂,微精密铸造熔模选用了磷酸盐和石膏作为粘结剂, 100μm、长为9mm的圆棒。试验参数是铸型预热温度选择石英、方石英和熔融石英作为耐火料。陶瓷浆料 分别为700℃和1000℃,充型压力最大为25MPa,得是粘结剂与耐火料的混合物。对于微铸件而言,高轮 出了预热温度和充型压力对液态金属在微细空间流动性廓尺寸精度是必须的,这方面主要通过使用超细(颗 的影响规律。对金基合金而言,在两种型温下流动长度粒尺寸29μm和14μm)的耐火料来保证,无论是对 都随充型压力的增加而增加,只是增加的幅度不同,磷酸盐粘结剂还是石膏粘结剂。磷酸盐粘结剂熔模 700℃时,在2.5MPa压力下,流动长度可达6mm,而具有高的机械强度,适合于微精密铸造制壳,但清理 在100℃,只需04MPa的压力就可达到最大的流动长脱模时比较麻烦,因为不能采用机械或水爆的方法, 度。而对于铝青铜而言,在700℃和1000℃的型温下,所以只能利用氢氟酸溶解磷酸盐型壳,进行化学脱模。 当压力从04MPa增加到2.5MPa时,其流动长度增加很但是,这种化学脱模的方法只适合于贵金属,即金基 小,如图4所示。 合金,而对如铝青铜和CoCr基合金则不适用,因为强 酸会腐蚀微铸件的表面。因此,又提出了使用石膏作 80买 12-0为粘结剂。虽然石有粘结剂熔模的强度不如磷酸盐粘 o结剂熔模,但其具有非常优异的可溶解性。而且石膏 椅结剂在与购完菜料混合时,及后续的烧结过程当中 0.51.01.520 同时, Baumeister等人也研究了两种不同铸型对微 压力/MP a) Stablilor G合金,中100pm (b)A-青铜合金,中100pm 铸件表面粗糙度的影响,给出了三种改进铸型表面粗糙 图4两种铸造合金流动性的测试结果国 度的方法:在塑料模型表面涂覆超细陶瓷粉;微熔模型 length of two mctal 壳焙烧后,渗透超细陶瓷悬浮液到铸型型腔表面;在配 韩国的 SChung等人选用的铸造合金是低熔点的铋制陶瓷浆料的时候,利用超细的陶瓷粉对微熔模进行改 合金,其熔点只有150℃,浇注温度也只有170℃,这性处理叫。结果表明,通过改进处理,微铸件的表面质 是因为试验使用的硅树脂橡胶铸型的最高耐热温度仅量得到明显改善。其中,第三种方法作用最明显,表面 为200℃网。 粗糙度R由改进前的113μm减小至044umo 日本的 Hiroyuki Noguchi等选择的是熔点只有300℃32感光树脂模型及橡胶铸型 的纯锡,无疑是着眼于其低的熔点和纯金属熔体良好 LG-RPC中心的 Chung等人在制作微铸型时,利用 的流动性 微立体光刻成型工艺( Micro Stereo Lithography 3微熔模和微铸型的材料选择及制作MSL),该工艺是利用了感光树脂在紫外光照射下固化 工艺 的特性,通过精密光学系统控制紫外激光束层层固化 感光聚合物,获得三维微结构。 Chung等人首先制作了 对尺寸范围在微米尺度的微铸件而言,由于不能聚合物微铸件,然后以这个聚合物结构作为母模,在 进行后续加工,所以优异的表面质量和尺寸精度是非真空环境中压入弹性聚合物中,这样就得到了一个具 常重要的,这就对微铸型提出了非常苛刻的要求,各有微铸件结构型腔的微弹性铸型。 国的科学家都采用了不同的材料和方法各自制备了适 hung等人制作的微铸型最大的特点是具有弹性 合微精密铸造工艺的微铸型。 不同于常规的刚性铸型,这种特性降低了微铸件脱模 3.1热塑性模型及陶瓷铸型 的难度,确保了微铸件尺寸和表面质量。弹性聚合物 传统熔模铸造使用的模型都是蜡模,但是蜡的机的选择是关键因素,研究者提出了两种材料备选,分 械强度较低,当模型的尺寸小至微米尺度时,蜡模不别是聚亚胺酯(PU人造橡胶和硅树脂( silicone)橡 能承受陶瓷浆料的压力而破裂或变形,故对微精密铸胶,两者的不同之处在于前者是以碳元素为主体,而 造工艺,蜡模不再适用。卡尔斯鲁厄研究所的后者是以硅元素为主体。不同的成分造成性能的差异 Baumeister等人选用了具有高强度的可高温热解的热塑测试表明:硅树脂橡胶的表面能比聚亚胺酯人造橡胶
铸造 李邦盛等：微精密铸造工艺研究进展 材料【21]，更重要的是该合金表现出了良好的流动性；另 一 种合金材料是铝青铜 ，其熔化区间为1020～1040℃， 这种材料的特点是Al取代了青铜中的Sn，提高了合金的 强度和硬度而降低了塑性，提高了铸件的耐蚀性和合金 的流动I生，从而提高了合金的铸造性能。 卡尔斯鲁厄研究所对两种合金在微精密铸造条件下 的流动 }生进行 了测试 ，流动性试 样选择 的是 l0根 直径为 100Ixm、长为9Ffnn的圆棒。试验参数是铸型预热温度 分别为 700℃和 1000℃，充 型压力 最大 为2．5MPa，得 出了预 热温度和充型压力对液态金属在微细空 间流动性 的影响规律。对金基合金而言，在两种型温下流动长度 都 随充 型压 力 的增 加 而增 加 ，只是 增 加 的 幅 度 不 同 ， 700℃时 ，在2．5MPa压 力 下 ，流 动长 度可达 6mm，而 在 1000℃ ，只需 0．4MPa的压力 就可达到 最大 的流动长 度。而对于铝青铜而言 ，在700℃和1000℃的型温下， 当压力从0．4MPa增加到2．5MPa时 ，其流动长度增加很 小 ，如 图4所示 。 100 80 o o 20媛 压力／MPa 压力／MPa (a)StablilorG合金 ，O1001xm (b)Al一青铜合金 ，O1001xm 图4 两种铸造合金流动性 的测试 结果㈣ Fig．4Testresultofflow lengthoftwomemlm eltsduringform fillingn4] 韩国的S．Chung等人选用的铸造合金是低熔点 的铋 合金 ，其熔点只有150℃，浇注温度也只有 170℃，这 是因为试验使用 的硅树脂橡胶铸型的最高耐热温度仅 为200℃fl91。 日本 的HiroyukiNoguchi等选择 的是熔点 只有300℃ 的纯锡，无疑是着眼于其低的熔点和纯金属熔体 良好 的流动性 。 3 微 熔 模 和微 铸型 的材 料选 择 及 制作 工艺 对尺寸范围在微米尺度的微铸件而言 ，由于不能 进行后续加工，所 以优异的表面质量和尺寸精度是非 常重要的 ，这就对微铸型提出了非常苛刻的要求 ，各 国的科学家都采用 了不同的材料和方法各 自制备了适 合微精密铸造工艺的微铸型。 3．1 热塑性模型及陶瓷铸型 传统熔模铸造使用的模型都是蜡模 ，但是蜡 的机 械强度较低 ，当模型的尺寸小至微米尺度时 ，蜡模不 能承受陶瓷浆料的压力而破裂或变形 ，故对微精密铸 造 工 艺 ，蜡 模 不 再 适 用 。卡 尔斯 鲁 厄 研 究 所 的 Baumeister等人选用了具有高强度的可高温热解的热塑 性塑料PMMA (聚甲基丙烯酸甲酯)【。微模 型制作 方法 ：首先利用高精密的磨床 ，在黄铜上微铣削出微 注射成型的镶块，然后微注射成型[22-241。 为使微熔模浸入容易 ，陶瓷浆料要有 良好的流动 性和热稳定性 ，同时为了清理铸件容易 ，熔模还要有 好 的溃散性 。不同于常规熔模铸造使用的硅酸盐粘结 剂 ，微精密铸造熔模选用了磷酸盐和石膏作为粘结剂， 选择石英 、方石英和熔融石英作为耐火料 。陶瓷浆料 是粘结剂与耐火料的混合物。对于微铸件而言，高轮 廓尺寸精度是必须的，这方面主要通过使用超细 (颗 粒尺寸2．9 m和1．4txm)的耐火料来保证 ，无论是对 磷酸盐粘结剂还是石膏粘结剂【“]。磷酸盐粘结剂熔模 具有高的机械强度 ，适合于微精密铸造制壳 ，但清理 脱模时比较麻烦 ，因为不能采用机械或水爆 的方法 ， 所以只能利用氢氟酸溶解磷酸盐型壳 ，进行化学脱模。 但是 ，这种化学脱模的方法只适合于贵金属 ，即金基 合金 ，而对如铝青铜和CoCr基合金则不适用 ，因为强 酸会腐蚀微铸件的表面。因此 ，又提出了使用石膏作 为粘结剂 。虽然石膏粘结剂熔模的强度不如磷酸盐粘 结剂熔模 ，但其具有非常优异的可溶解性。而且石膏 粘结剂在与陶瓷浆料混合时 ，及后续的烧结过程当中， 会通过化学反应生成高强度的硬石膏 。 同时，Baumeister等人也研究 了两种不同铸型对微 铸件表面粗糙度的影响 ，给出了三种改进铸型表面粗糙 度的方法：在塑料模型表面涂覆超细陶瓷粉 ；微熔模型 壳焙烧后，渗透超细陶瓷悬浮液到铸型型腔表面；在配 制陶瓷浆料的时候，利用超细的陶瓷粉对微熔模进行改 性处理【。结果表明，通过改进处理 ，微铸件的表面质 量得到明显改善。其中，第三种方法作用最明显，表面 粗糙度 由改进前 的 1．13 m减小 至0．44Ixm。 3．2 感光树脂模型及橡胶铸型 LG—RPC中心的Chung等人在制作微铸型时，利用 微 立 体 光 刻 成 型 工 艺 (MicroStereoLithography， MSL)，该工艺是利用了感光树脂在紫外光照射下固化 的特性 ，通过精密光学系统 控制紫外激光束层层 固化 感光聚合物 ，获得三维微结构。Chung等人首先制作了 聚合物微铸件，然后以这个聚合物结构作为母模 ，在 真空环境 中压人弹性聚合物中，这样就得到了一个具 有微铸件结构型腔的微弹性铸型。 Chung等人制作的微铸型最大的特点是具有弹性 ， 不同于常规的刚性铸型，这种特性降低 了微铸件脱模 的难度 ，确保 了微铸件尺寸和表面质量 。弹性 聚合物 的选择是关键因素 ，研究者提出了两种材料备选 ，分 别是聚亚胺酯 (PU)人造橡胶和硅树脂 (silicone)橡 胶 ，两者的不同之处在于前者是 以碳元素为主体 ，而 后者是以硅元素为主体。不同的成分造成性能的差异， 测试表明 ：硅树脂橡胶的表面能比聚亚胺酯人造橡胶 维普资讯 http://www.cqvip.com
Ju.2007 676 FOUNDRY ol, 56 No. 7 低了20mNm,而且耐热性能也优于聚亚胺酯人造橡43力学性能的研究 胶,因此,虽然硅树脂橡胶的润湿性能低于聚亚胺酯 微铸件的力学性能是优化微铸件的结构设计和优 人造橡胶,在综合比较后选择了硅树脂橡胶作为弹性化微精密铸造工艺的重要依据,关系到工业实际应用 模材料。 的前景。目前的研究只是单纯的局限在测试铸件力学 .3实物模型及陶瓷铸型 性能指标上,进一步的理论研究还很少 日本工业大学的 Hiroyuki Noguch等人在微模型的 Baumeister等人测试力学性能的微拉伸试样的尺 材料选择方面独辟蹊径,直接使用真实的蚂蚁作为模寸为130μm×260μmx4mm,试样是在两种型温下浇 型,蚂蚁被烘干处理后,用胶固定在一个金属针尖上注成形,以得到铸型预热温度对力学性能的影响。M (针尖的直径为07mm)。研究者在配制陶瓷浆料时,首 upon e测等人测试力学性能的微拉伸试样的尺寸为 先通过用两倍的水稀释混合可溶性酚醛树脂无机自硬化130μm×260μm×780μm,铸型预热温度为700℃,弯 铸造胶附剂和硬化剂,制得粘结剂,然后将一定数量的曲试样的尺寸为1mmx02mmx0.2mm。两种热处理工 超细氧化铝粉(平均颗粒尺寸07μm)与粘结剂混合,艺:①浇注后试样随炉冷却到室温;②浇注后试样连 搅拌制得陶瓷浆料。一定量的陶瓷浆料被装入到一个内同铸型在冷水中淬火,然后试样在400℃的温度下时 径11mm的试管中,同时,蚂蚁模型也被浸入到试管中效20-30min 的陶瓷浆料内(距试管底部5mm)。随后,把试管安装 Baumeister的研究结果:型温为700℃时,试样的 到离心分离器上,利用离心力甩出多余的粘结剂,增加=630MPa、σ910MPa;型温为900℃时,试样的 陶瓷粉的密度,制得微铸型毛坏 σ、=450MPa、σ5=706MPa。这是因为随着铸型预热温 接下来的步骤与传统熔模型壳制备类似,首先将度的增加,铸件的晶粒尺寸也随之增加,降低了铸件 毛坯从试管中取出,金属针也被拔出,然后在真空干的力学性能。 Auhor做了6组试验得到的结果比较分 燥箱中(200℃)烘干水分,最后在可控的温度下去散,试验结果如表1所示,该试样的屈服强度和抗拉强 除粘结剂并烧结陶瓷浆料得到微铸型。 度与 Baumeister在型温为700℃时的结果相比值偏小 4微铸件的表面粗糙度、显微组织与这说明变形行为受各向异性影响很大。 表1拉伸试样的力学性能 力学性能研究 Table 1 Mechanical parameters of tensile specimens 微铸件质量的优劣,决定了其应用领域前景。因 /MPa 此,需要对制备的微铸件的基本性能进行测试与分析 最小值 但目前为止,只有德国卡尔斯鲁厄研究所的科学家进 最大值63 0.34 5.28 行了这方面的研究。 4.1表面粗糙度的研究 铸型预热温度和铸造方法也是影响微铸件表面粗 5讨论 糙度的两个关键因素。研究表明,对同一铸造方法 综上所述,德、日、韩三国的科学家对基于传统 随着铸型预热温度由700℃提高到1000℃,表面粗糙熔模铸造工艺的微精密铸造工艺进行了研究,各自提 度值减小,这是因为在高温条件下,会在铸件表面形出了不同微精密铸造工艺,同时成功制备了具有代表 成一层薄的光滑氧化层,提高铸件表面光洁度;对同性的微铸件。德国的卡尔斯鲁厄研究所研究的更为深 铸型温度,采用真空压力铸造获得的微铸件的表面入,对制备的微铸件的力学性能和显微组织等方面作 粗糙度明显低于离心铸造制备的微铸件,这是因为离了部分工作,研究了铸型预热温度与微铸件表面粗糙 心铸造条件下,充型压力大约在2-2.5MPa,高的充型度、晶粒度及力学性能的关系,这对微精密铸造研究 压力能够确保充型完整,但也会最大限度的复制铸型的全面展开奠定了基础。但纵观上述三种不同的微精 的表面细节,而铸型的表面粗糙度则相对降低。 密铸造工艺,存在以下缺点 4.2晶粒度的研究 (1)微熔模精密铸造工艺是将熔模型壳预热到很 Baumeister等人还同时测试了铸型预热温度对微铸高温度下进行的,实际上是以牺牲微铸件的显微组织 件晶粒度的影响。试验表明:随着铸型预热温度的增为代价的,并且必然会使微构件的力学性能受到较大 加,铸件的晶粒尺寸也增加。对于金基合金,铸型温损失 度由100℃增加到1000℃时,晶粒尺寸从30μm增加 (2)在选用的铸造合金时,只考虑了合金的充型 1μm;对于铝青铜合金,铸型温度由100℃增加到能力,即流动能力的高低,而忽略了工业应用前景 1000℃时,晶粒尺寸从30μm增加到170μm。这是由于 (3)微熔模铸造工艺流程繁杂,制约了微铸件的 两合金的凝固区间不同,引起冷却速度不同造成的 生产效率;
· 676 · FOUNDRY Ju1．2007 VOI．56 NO．7 低 了20mN／m，而且耐热性能也优于聚亚胺酯人造橡 胶 ，因此 ，虽然硅树脂橡胶的润湿性能低于聚亚胺酯 人造橡胶 ，在综合 比较后选择 了硅树脂橡胶作为弹性 铸模材料。 3．3 实物模型及陶瓷铸型 日本工业大学 的HiroyukiNoguchi等人在微模型的 材料选择方面独辟蹊径 ，直接使用真实的蚂蚁作为模 型 ，蚂 蚁被 烘干 处理后 ，用胶 固定在 一个 金属 针尖 上 (针尖的直径为0．71Tlln)。研究者在配制陶瓷浆料时，首 先通过用两倍的水稀释混合可溶性酚醛树脂无机 自硬化 铸造胶附剂和硬化剂 ，制得粘结剂，然后将一定数量的 超细氧化铝粉 (平均颗粒尺寸0．7 m)与粘结剂混合 ， 搅拌制得陶瓷浆料。一定量的陶瓷浆料被装入到一个内 径 111Tlln的试管 中 ，同时 ，蚂蚁模 型也被浸 入到试管 中 的陶瓷浆料内 (距试管底部51Tlln)。随后 ，把试管安装 到离心分离器上，利用离心力甩出多余的粘结剂 ，增加 陶瓷粉的密度 ，制得微铸型毛坯 26]。 接下来的步骤与传统熔模 型壳制备类似 ，首先将 毛坯 从试 管 中取 出 ，金 属针 也被 拔 出 ，然后 在 真空 干 燥箱 中 (200℃)烘干水分 ，最后在可控 的温度下去 除粘结剂并烧结陶瓷浆料得到微铸型。 4 微铸件 的表面粗糙度 、显微组织与 力学性 能研 究 微铸件质量的优劣 ，决定了其应用领域前景。因 此 ，需要对制备的微铸件 的基本性能进行测试与分析 ， 但 目前为止 ，只有德国卡尔斯鲁厄研究所 的科学家进 行 了这方面 的研 究 。 4．1 表面粗糙度的研究 铸型预热温度和铸造方法也是影响微铸件表面粗 糙度的两个关键 因素。研究表明，对同一铸 造方法 ， 随着铸型预热温度由700℃提高到1000℃，表面粗糙 度值减小 ，这是因为在高温条件下 ，会在铸件表面形 成一层薄的光滑氧化层 ，提高铸件表面光洁度 ；对同 一 铸型温度 ，采用真空压力铸造获得的微铸件的表面 粗糙度 明显低于离心铸造制备的微铸件 ，这是因为离 心铸造条件下 ，充型压力大约在2～2．5MPa，高的充型 压力能够确保充型完整 ，但也会最大限度的复制铸型 的表面细节 。而铸型的表面粗糙度则相对降低[1 。 4．2 晶粒度的研究 Baumeister等人还同时测试了铸型预热温度对微铸 件晶粒度 的影响。试验表明：随着铸型预热温度 的增 加 ，铸件的晶粒尺寸也增加。对于金基合金，铸型温 度 由 100℃增 加 到 1000℃时 ，晶粒 尺 寸从 30 m增 加 到91Ixm；对于铝青铜合金，铸型温度由100℃增加到 1000℃时 ，晶粒尺寸从30 n1增加到 170Ixm。这是 由于 两合金的凝固区间不同，引起冷却速度不同造成的【3-~5]。 4．3 力学性能的研究 微铸件的力学性能是优化微铸件的结构设计和优 化微精密铸造工艺的重要依据 ，关系到工业实际应用 的前景 。目前的研究只是单纯的局限在测试铸件力学 性能指标上 ，进一步的理论研究还很少。 Baumeistert等人测试力学性能的微拉伸试样的尺 寸 为 130ixmx260Ixmx4mm，试 样 是在 两 种 型 温下 浇 注成形 ，以得到铸型预热温度对力学性能的影响。M Auhom~2-e81等人测试力学性能的微拉伸试样的尺寸为 130ixmx260ixmx780Ixm，铸型预热温度为700℃，弯 曲试样 的尺寸 为 1mmx0．2mmx0．2mm。两种 热处理 工 艺：①浇注后试样随炉冷却到室温；②浇注后试样连 同铸型在冷水 中淬火 ，然后试样在400℃的温度下时 效20～30min。 Baumeister的研究 结果 ：型 温为700℃时 ，试 样 的 o-s=630MPa、O'b=910MPa；型 温 为 900℃ 时 ，试样 的 O-s=450MPa、0"b=706MPa。这 是 因为 随 着铸 型 预 热温 度的增加 ，铸件的晶粒尺寸也随之增加 ，降低 了铸件 的力 学 性 能 。Auhom做 了6组 试 验得 到 的结 果 比较 分 散，试验结果如表 l所示 ，该试样的屈服强度和抗拉强 度与Baumeister在型温为700℃时的结果相 比值偏小 ， 这说 明变形行为受各 向异性影响很大。 表1拉伸试样的力学性能 Table 1M echanicalparametersoftensilespecim ens 5 讨 论 综上所述 ，德 、日、韩三国的科学家对基于传统 熔模铸造工艺的微精密铸造工艺进行了研究 ，各 自提 出了不同微精密铸造工艺 ，同时成功制备 了具有代表 性的微铸件 。德 国的卡尔斯鲁厄研究所研究的更为深 入 ，对制备的微铸件的力学性能和显微组织等方面作 了部分工作 ，研究了铸型预热温度与微铸件表面粗糙 度 、晶粒度及力学性能的关系，这对微精密铸造研究 的全 面展开 奠定 了基 础 。但 纵 观上 述 三种不 同的微 精 密铸造工艺 ，存在 以下缺点： (1)微熔模精密铸造工艺是将熔模型壳预热到很 高温度下进行 的，实际上是 以牺牲微铸件 的显微组织 为代价的，并且必然会使微构件 的力学性能受到较大 损失； (2)在选用的铸造合金时 ，只考虑 了合金的充型 能力，即流动能力的高低 ，而忽略了工业应用前景 ； (3)微熔模铸造工艺流程繁杂 ，制约了微铸件 的 生产效率 ； 维普资讯 http://www.cqvip.com
铸造 李邦盛等:微精密铸造工艺研究进展 677 (4)熔模铸造过程存在很大的偶然性,每一次微独到的优势,必然会使微精密铸造工艺的研究形成热 熔模铸型的制作工艺流程不可能完全一致(包括陶瓷潮。微精密铸造工艺的研究在世界范围内都是刚刚展 浆料的配比、粘结剂的配比、焙烧温度的控制等),而开,研究历史不超过十年,而且现有的研究多集中在 且任何微小的误差都有可能对结构尺寸微小的微铸件微精密铸造工艺的开发、验证上,关键的工艺参数优 的成形产生致命的影响 化、基础理论研究等都未展开,所以有关微精密铸造 (5)所做的工作都偏于工艺,更深层次的理论研的研究还存在巨大的发展空间。开发新的工艺、丰富 如微熔模精密铸造过程中的传热、传质和动量传试验数据、优化工艺参数及基础理论研究是摆在各国 输规律都未涉及。 科学家面前的难题,而进一步的产业化,与现有微机 因此,基于以上几点原因,微熔模铸造工艺研究械工业接轨也是急需解决的问题。 必然是微精密铸造工艺研究的奠基性工作,效率更高 的金属型铸造必将是微精密铸造工艺的发展方向,也参考文献: [U] TERRY SCA e silicon accelerometer with built-in damping 会是未来微精密铸造工艺研究的重点。 Baumeister也着 [C]. Digest IEEE Solid-State Sensor and Actuator Workshop, 1988: 重强调了这点叫,但国外科学家并没有开展这方面的 研究工作。哈尔滨工业大学的李邦盛等人开展了基于(2] RAMESHAM R. Fabrication of diamond microstructures for microele-. 金属型的微精密铸造工艺研究。 ctromechanical systems( MEMS) by a surface micromachining 6金属型微精密铸造工艺在中国的研1 CLARK WA, HOWER T, HOROWITZR Surface micromachined 究现状 z-axis vibratory rate gyroscope [C]. Technical digest of the Solid-State nsor and Actuator Workshop, Hilton Head Island, 1996, SC, 以国外微熔模铸造工艺的研究进展为基础,李邦 盛提出了一种全新的基于金属型的微精密铸造工艺。 JUAN WH, PANG S W. High-aspect-ratio Si etching for microsensor 由于金属型采用分型铸造的方式,而微铸件的尺寸又 非常微小,因此对模具的制造精度和装配精度都提出 Vacuum, Surfaces, and Films. 1995. 13(3):834-838 了新的要求。此外,金属型的蓄热能力远大于陶瓷型]荣烈润特种微细加工的现状及应用机电一体化,200(3) 壳,即使是同等条件下,液态金属在充填过程中的冷 却速度也远大于陶瓷型壳中的情形。提高液态金属的 BECHER E W, EHRFELD W, HAGMANN P,ctal. Fabrication 冷却速度,严重增加了充型的难度。本工作中使用的 of microstructures with high aspect ratios and great structural heights 合金是工业上常用的锌铝合金,锌铝共晶合金具有良 moulding(LIGA process)[J]. Microelectronic Engineering, 1986 好的铸造性能,能满足微铸件流动性要求。 利用该工艺成功制备的微齿轮铸件的技术指标:[7] HORMES J, GOTTERT J,LANK,eta. Materials for LiGA and 外径580μm,齿轮轴直径300μm,两个齿轮轴长度 400μm,图5是微齿轮俯视和侧视的放大图示,同时, Physics Research, 2003, B119: 332-341 在图中放人了刻度尺、大米和小米颗粒作为比较。与 [8] KUSSUL E, et al. Development of micromachine tool prototypes for microfactories[J]. J. Micromech Microeng, 2002(12):795-812. 前面的研究相比,制备的齿轮具有齿轮轴,增加了工 [9] ADAMS D P, VASILE MJ, et al. Micromilling of metal alloys with 艺的难度,但从图中可见,齿形成形良好,从而验证 了金属型微精密铸造工艺的可行性。 [10 WOLFGANG E, HEINZ L, FRANK M, et al. Micro electro discharge machining as a technology in micromachining [J]. SPIE []王振龙,赵万生,狄士春,等.微细电火花加工技术的研究进展 中国机械工程,2002,13(10):894-898 [2]李志坚微电子机械系统(MEMS)发展展望门电子科技导报, [13] BAUMEISTER G, HAUSSELT J, ROTH S, et al. Microcasting Fig 5 Plan view and lateral view of micro-gear micro-engineering in metals and ceramics. Wiley-VCH, Weinheim. 7展望 [14] BAUMEISTER G, RUPRECHT R, HAUSSELT J Microcasting of parts made of metal alloys U]. Microsystem Technologies, 2004, 10 由于微精密铸造工艺在制造金属微构件方面具有
铸造 李邦盛等：微精密铸造工艺研究进展 (4)熔模铸造过程存在很大的偶然性 ，每一次微 熔模铸型的制作工艺流程不可能完全一致 (包括陶瓷 浆料的配 比、粘结剂的配比、焙烧温度的控制等)，而 且任何微小的误差都有可能对结构尺寸微小的微铸件 的成形产生致命的影响 ； (5)所做的工作都偏于工艺，更深层次的理论研 究 ，如微熔模精密铸造过程中的传热 、传质和动量传 输规律都未涉及。 因此 ，基于以上几点原 因，微熔模铸造工艺研究 必然是微精密铸造工艺研究 的奠基性 工作 ，效率更高 的金属型铸造必将是微精密铸造工艺的发展方向 ，也 会是未来微精密铸造工艺研究的重点。Baumeister也着 重强调了这点【l3】，但 国外科学家并没有开展这方面的 研究工作。哈尔滨工业大学的李邦盛等人开展 了基于 金属型的微精密铸造工艺研究。 6 金属 型微 精 密铸 造 工 艺在 中 国的研 究现状 以国外微熔模铸造工艺的研究进展为基础 ，李邦 盛提出了一种全新 的基 于金属型的微精密铸造工艺 。 由于金属型采用分型铸造的方式 ，而微铸件 的尺寸又 非常微小 ，因此对模具 的制造精度和装配精度都提出 了新 的要求。此外 ，金属型的蓄热能力远大于陶瓷型 壳 ，即使是同等条件下 ，液态金属在充填过程中的冷 却速度也远大于陶瓷型壳中的情形。提高液态金属的 冷却速度 ，严重增加了充 型的难度。本工作中使用的 合金 是工 业上 常用 的锌 铝 合金 ，锌 铝共 晶合 金具 有 良 好的铸造性能，能满足微铸件流动性要求 。 利用该工艺成功制备 的微齿轮铸件 的技术指标 ： 外径580 m，齿轮轴直 径300Ixm，两个齿轮轴长度 400 m，图5是微齿轮俯视和侧视 的放大图示 ，同时 ， 在图中放人了刻度尺 、大米和小米颗粒作为比较。与 前面的研究相比，制备的齿轮具有齿轮轴 ，增加了工 艺 的难度 ，但 从 图 中可 见 ，齿形 成 形 良好 ，从 而验 证 了金属型微精密铸造工艺的可行性。 图5 微 齿轮铸 件的俯视 图和侧视 图 Fig．5Planviewandlateralview ofmicro—gear 7 展 望 由于微精密铸造工艺在制造金属微构件方面具有 独到的优势 ，必然会使微精密铸造工艺的研究形成热 潮。微精密铸造工艺的研究在世界范围内都是刚刚展 开 ，研究 历 史不 超过 十 年 ，而 且 现有 的研 究多集 中在 微精密铸造工艺的开发 、验证上 ，关键 的工艺参数优 化 、基础理论研究等都未展开 ，所 以有关微精密铸造 的研究还存在巨大的发展空间。开发新 的工艺 、丰富 试验数据 、优化工艺参数及基础理论研究是摆在各国 科学家面前的难题 ，而进一步的产业化 ，与现有微机 械工业接 轨也是 急需解决 的问题 。 参考文献 ： [1】 TERRYSC．Aminiaturesiliconaccelerometerwithbuilt—indamping [c]．DigestIEEESolid—StateSensorandActuatorWorkshop，1988： l14-l16． [2】 RAMESHAM R．Fabricationofdiamondmicrostructuresformicroelectromechanicalsystems (MEMS) by a surface micromachining process[J】．ThinSolidFilms， 1999，340 (1-6)：1-6． [3】 CLARKW A，HOWERT，HOROWITZR Surfacemicromachined z—axisvibratoryrategyroscope[C]．TechnicaldigestoftheSolid—State Sensor an d Actu atorW orkshop， Hilton Head Islan d， 1996， SC， 283-287． [4] JuANw H，PANGSW．Hi曲一aspect—ratioSietchingformicrosensor fabrication [J]．JournalofVacuum Science & Technology A： Vacuum，Surfaces，andFilms，l995，l3 (3)：834—838． [5】 荣烈润 ．特 种微 细加工的现状及应用 [J]．机 电一体化 ，2003 (3)： 6一lO． [6] BECHEREW ，EHRFELDW ，HAGMANN P，eta1．Fabrication ofmicrostructureswith highaspectratiosan d greatstructuralheighcs bysynchrotron radiationlithography， galvanoforming， andplastic moulding (LIGA process) [J]．MicroelectronicEngineering， 1986 (4)：35—56． [7】 HORMESJ，GOTTERTJ，LIANK，eta1．MaterialsforLiGAand LiGA—basedmicrosystems[J]．Nuclear InstrumentsandMethodsin PhysicsResearch，2003，B I19： 332-341． [8】 KUSSULE，eta1．Developmentofmicromachinetoolprototypesfor microfactories[J]．J．Micromech．Microeng，2002 (12)：795-812． [9】 ADAMSDP，VAS／LEM J，eta1．Micromillingofmetalalloyswith focused ion beam —fabricated tools [J]．Precision Engineering， 2001．25 (2)：1O7一l13． [10]WOLFGAN G E，HEINZ L， FRANK M ， eta1．Microelectro dischargemachiningasatechnology inmicromachining[J]．SPIE， 1996， 2879： 332—337． [11】王振龙 ，赵万生 ，狄 士春 ，等．微 细电火花加工 技术的研究进 展 [J]．中国机械工程 ，2002，13 (10)：894—898． [12】李志坚．微 电子机械 系统 (MEMS)发 展展望 [J]．电子科技导报 ， I997 (I)：2—9． [13]BAUMEISTERG，HAUSSELTJ，ROTH S，eta1．Microcasting [C]．Haubelt(eds) SpecEdadvanced micro and nanosystems： m icro—engineering in metalsan d ceram ics．W iley—VCH．W einheim． 2005： 357—393． [14]BAUMEISTERG，RUPRECHTR，HAUSSELTJ．Microcastingof partsmadeofmetalalloys[J】．MicrosystemTechnologies，2004，10 维普资讯 http://www.cqvip.com
维普资讯http:/ww 678 FOUNDRY Vol. 56 No. 7 Technologies, 2002(8):109-112. [15] BAUMEISTER G, RUPRECHT R, HAUSSELT J Replication of [23] PIOTTER V, HOLSTEINN, PLEWAK, et al. Replication of micro LIGA structures using microcasting [J]. Microsystem Technologies components by different varants of injection molding []. Microsystem 2004,10(6-7):484-488 Technologies, 2004(10): 547- [16] BAUMEISTER G, MUELLER K, RUPRECHTR, et aL. Production [24] GIETZELT T, JACOBL O, PLOTTER V, et al. Development of of metallic high aspect ratio microstructures by microcasting [] annular gear pump by micro powder injection molding [] Journal of Materials Science, 2004. 39: 2113-2119 [17 BAUMEISTER G, RATH S, HAUSSELT J Microcasting of Al [25] RATH S, BAUMEISTER G, HAUSSELT J Investments for casting bronze and a gold base alloy improved by plaster-bonded investment micro parts with base alloys [] Microsystem Technologies, 2006 12(3 [18] AUHORNM, KASANICKAB, BECK T, et al. Mechanical strength [26] HIROYUKI N, SHINICHI A Study on microcasting (Ist Report nd microstructure of Stabilor-G and Zro, microspecimen [J] U]. Journal of the Japan Society for Precision Engineering Microsystem Technologies, 2006(12): 713-716. [19] CHUNG S, PARK. S, LEE L, et al. Replication techniques for a [27] AUHORN M, BECK T,SCHULZE V, et al. Quasi-static and cyclic metal microcomponent having real 3D shape by microcasting process testing of specimens with high aspect ratios produced by Microsystem Technologies, 2005(11):424-428 micro-casting and micro-powder-injection-moulding [J). Microsystem [20] HIROYUKI Noguchi, MASAO Murakawa Three-dimensional micro- Technologies, 2002(8): 109-112. casting[C]. Initiatives of Precision Engineering at the Beginning of a [28] AUHORN M, BECK T, SCHULZE V, et al. Determination of Millennium (Proc. of the 10th ICPE), 2001: 349-353 mechanical properties of slip cast, micro powder injection moule 2l]汪大林,江中明牙科合金材料应用研究现状卩特种铸造及有 and microcast high aspect ratio microspecimen []. Microsystem 色合金,1998(3):42-44. Technologies,2004(10):489-492. AUHORNM, BECK T, SCHULAE V, et al. Quasi-static and cyclic testing of specimens with high aspect ratios produced by (编辑:张允华,zyh@ D foundryworld com) nicro-casti olding []. Microsystem 冀州市华北铸钉铸造工具总厂是生产铸顶(泥芯撑)、羊毛掸笔、硬扫笔、 圆水笔的专业厂家。建厂30多年来,技术设备先进,严品销往全国各地深受用 户欢迎。本厂始经承诺:诚信至上,守信誉质高价低,实行三包,交货及时, 代办发运,可供图订做。热情欢迎国内外来人来电选购 河雷州市华北铸翔装匙具 一、常用修造工具规格(材质为不锈钢或弹簧钢) 递新侵规目名新奥趣名称夢格名称」型号了规 刮刀2#16×45秋叶」1#180×30三角光子2#50×30东北压勺1#270×50 尖刮刀3#140×35单头钢批2#240×22蛋圆光子1#75×50圆型勺2#200×30 提勾2#350×15单头钢批3#210×20压 70×50长把压勺 提勾4#30010法兰勾1#270×14压勺2#240×45柳叶勺1#20×40 #240×24单齐压勺2#240×45单开提勾2#320×12 異水笔 三、铸顶(芯撑)有圆、方、长方形,单、双、多柱、异形铸顶等各种铸铁、铸钢用铸顶材质为A3或A3F,表面镀锌、镀锡等 四、过滤网、木型工具、皮风箱、铸尺、百叶轮、角磨片、树脂油、固化剂、粘结剂、木型锤等。 H 诚征各m代理商 厂址:河北省冀州 白庄工业区(053200)联系人;白英帥3831863803白其水 13582484193(中国农行金穗卡,户名:白英韩卡号:955982130332490310) 电话/传真:0318-86821 网址:www, hezha E-mallt hbbyhehhzhz com 银行訌款:冀州市华北铸钉铸造工具总厂开户行:市中行帐号:143109089100 哈尔滨市铸材门市部 包头市铸材经销处13633184318 杭州市中亚铸材有限公司1393286082贵阳市忠信铸材公司1383188322 图中从左至右依次为:1,刮刀2.尖刮刀3.压勺4.单齐 处长沙市铸材办事处138382340 压勺5.提与6.单头钢批 南宁市铸材办事处077-8994686 0.钢枇批勾11.掸笔,扫笔12.圆水笔13.铸顶 本单位为一般纳枳人.增值发票概率1
· FO UNDRY Ju1．2007 VOI．56 NO．7 ：26l一264． I ISTER G ． RUPRECHT R ， HAUSSELT J．Replication of 'A structuresusingmicrocasting[J】．Microsystem Technologies， l4． 10 (6—7)：484—488． 咖 ISTERG，MUELU K，RUPRECHTR，eta1．Production metallichighaspectratiomicrostructuresbymicrocasting [J]． ：rosystem Technologies，2002 (8)： 105—108． U～任 ISTER G ， RATH S， HAUSSELT J．M icrocasting ofA1 nzeandagoldbasealloyimprovedbyplaster-bondedinvestment Mierosystem Techn ologies，2006，12 (8)：773—777． HORN M，KASANICKAB，BECKT，eta1．M echan icalstrength microstructure of Stabilor-G and ZrO2microspecimens[J]． ：rosystem Techn ologies，2006 (12)：713—716． UNG S，PARK S， LEEL， eta1．Replicationtechn iquesfora almicrocomponenthavingreal3D shapebymicrocastingprocess Microsystem Techn ologies，2005 (11)：424—428． "OYU-K／Noguchi，M ASAO M urakawa．Three·dimensionalm icro- ：ing[C】．InitiativesofPrecisionEngineeringattheBeginningofa lenium (Proc．ofthe10thICPE)，2001：349—353． 林 ，江中明．牙科 合金材料应 用研究 现状 [J]．特种 铸造及有 }金 ，1998 (3)：42—44． HORN M，BECKT，SCHULAEV，eta1．Quasi-staticandcyclic ing of specimens with high aspect ratios produced by ro—castingandmicro-powder-injection—moulding[J]．Microsystem Techn ologies，2002 (8)：109-112． [23】PLOTTERV，HOLSTEINN，PLEWAK，eta1．Replicationofmicro componentsbydifferentvarantsofinjectionmolding[J]．Microsystem Techn ologies，2004 (10)：547—551． [24】GIETZELTT，JACOBLO，PLOTTERV，eta1．Developmentofa microannulargear pumpbymicropowderinjectionmolding ． JournalofM aterlalsScience， 2004， 39：2113—2119． [25】RATHS，BAUMEISTERG，HAUSSELTJ．Investmentsforcasting micropartswithbasealloys[J]．Microsystem Technologies，2006， l2 (3)：258—266． [26】HIROYUKIN，SHINICHIA．Studyonmicrocasting (1stReport) [J]．Journal of the Japan Society for Precision Engineering， 2003．69 (3)：125—129． [27】AUHORN M，BECKT，SCHULZEV，eta1．Quasi-staticandcyclic testing of specimen s with high aspect ratios produced by micro—castingandmicro-powder-injection—moulding[J]．Microsystem Techn ologies，2002 (8)： 109-112． [28】AUHORN M ，BECK T，SCHULZEV，eta1．Determinationof mechanicalpropertiesofslipcast，micropowderinjectionmoulded andmicrocasthigh aspectratio microspecimens[J]．Microsystem Technologies．2004 (10)：489—492． (编辑 ：张 允华 ，zyh@foundryworld．com) l_ 睦 冀州市华北铸钉铸造工具总厂是生产铸 顶 (泥芯撑)、羊毛掸笔、硬扫笔 、 圆水 笔的专业厂家 。建厂3o多年来 ，技术设备先 进，产品销往全国各地 ，深受用 户欢迎 。本厂始终承诺 ：诚信至上 ，守信誉 ，质高价低 ，实行三包 ，交货及时 ， 代办发运 ，可供图订做。热情欢迎国内外来人来 电选购 。 一 、 常用 修造 工具 规 格 (材质 为不 锈钢 或 弹簧 钢) ／mm j潼 舌0 刀 2# l60×45 秋 叶 l# l80×30 三 角光子 2# 50×30 东北压 勺 l# 270×50 尖刮 刀 3# l40×35 单 头钢批 2# 240×22 蛋 圆光 子 l# 75×50 圆型勺 2# 200×30 提 勾 2# 350×l5 单 头钢批 3# 210×20 压 勺 l# 270×50 长把压 勺 l# 220×30 提 勾 4# 300×l0 法 兰勾 1# 270×l4 压 勺 2土士 240×45 柳 叶勺 1# 240×40 钢批 勾 l# 280×l6 榔头铲 1# 240×24 单 齐压勺 2# 240×45 单 开提 勾 2# 320×12 掸 笔 、硬 扫笔 ：20～120 mm 10个 品种 { 圆 水笔 ： 12～l7 mm 3个 品种 ； 铸 顶 (芯撑 ) 有圆 、方 、长 方形 ，单 、双 、多柱 、异 形铸 顶 等各 种铸 铁 、铸钢 用 铸顶 材质 为A3或 A3F，表面 镀锌 、镀锡 等 ， 过 滤 网、木 型工 具 、皮 风箱 、铸 尺 、百叶 轮 、角 磨片 、树 脂油 、 固化 荆 、粘结 荆 、木 型锤 等 。 目中从左 至右 依 次为 ： 1．刮 刀 2．尖刮 刀 5．压 勺 4．单齐 玉勺 5．提 勾 6．单 头钢批 7．秋 叶 8．单开提 勾 9．法 兰勾 0．钢批 勾 11．掸 笔 、扫 笔 12．圆 水笔 15．铸 顶 征 各 地 代 理 商 厂址：河北省冀州市城南白庄工业区 (053200) 联系人：自英韩 13831863803 白其水 13582484I93 (中国农行金穗卡．户名：白英韩 卡号：95599821303324903IO) 电 话 ／传 真 ；03I8-8682I35 网 址 ：www ．hbzhz．coiii E—mail,hbbyh@hbzhz．coin 银行汇款：冀州市华北铸钉铸造工具总厂 开户行：市 中行 帐 号：14310908091001 哈尔 滨市 铸材门市 部 13831863803 杭州 市中亚 铸村 有限 公司 13932860882 长沙 市铸村办 事处 13831823340 上海 市铸村办 事处 13932894585 包头 市铸村 经销处 13633184318 贵阳 市忠倍 铸村公 司 13831888322 西宁 市铸材办 事处 13931810511 南宁 市铸村办 事处 0771-8994686 经销处 维普资讯 http://www.cqvip.com