【正文】 有一定得限制。由于微磨粒噴射加工具有生產(chǎn)效率高，材料去除過程中熱影響區(qū)非常小的40 / 67特點(diǎn)， 因此，微磨粒噴射加工被認(rèn)為是最適合硬、脆材料的加工的微加工方法。在磨粒噴射加工方式中，干磨料加工已經(jīng)被證明是最適合半導(dǎo)體及液晶顯示器的加工生產(chǎn)的微型生產(chǎn)技術(shù)。最近，關(guān)于應(yīng)用微型磨粒作為磨料的微磨粒噴射加工技術(shù)已經(jīng)被廣泛測(cè)試驗(yàn)證。Momber 進(jìn)行了高壓水射流加工（參考書【1】），他第一次提出了關(guān)于此項(xiàng)技術(shù)問題的廣泛的綜合性評(píng)論，包括氣體與磨料的混合及磨粒加速過程，材料去除機(jī)理，加工過程的最佳參數(shù)等。McGeough 總結(jié)了當(dāng)前對(duì)工程材料微加工的一些認(rèn)識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)（參考書【2】），并且介紹了一些機(jī)械加工技術(shù)，這些技術(shù)已經(jīng)可以加工那些難加工的材料，如高分子聚合物、高硬度材料及陶瓷材料（參考書【3】）. 當(dāng)前對(duì)微磨粒噴射加工的研究集中在以下幾個(gè)方面上：微磨粒噴射加工機(jī)制的確定（參考書【4】【5】）；微磨粒噴射加工的加工特性（參考書【6】～【9】）；磨粒噴射加工機(jī)床的改進(jìn)和玻璃微加工工藝的轉(zhuǎn)換（【10】【11】）；技術(shù)趨勢(shì)和應(yīng)用案例研究（【11】～【15】）。許多試驗(yàn)正在進(jìn)行用以確定該加工技術(shù)的加工機(jī)制，并且基于這些試驗(yàn)的結(jié)果將微磨粒噴射加工技術(shù)引用到實(shí)例研究中。本研究的主要目的是進(jìn)行必要的實(shí)驗(yàn),應(yīng)用微磨粒加工技術(shù)加工所需的孔型和線型微槽。為了達(dá)到目標(biāo)，磨削加工過程中最合適的掩膜條件是必須的，并且在精確地分析被加工槽的形態(tài)基礎(chǔ)上對(duì)加工微型槽進(jìn)行可行性分析。微磨粒噴射加工的基本原理微磨粒噴射加工的基本原理如圖1. 加工過程中，經(jīng)過壓縮的空氣或其它氣體帶動(dòng)微磨粒使其加速，空氣與磨粒的混合物以很高的速度（80200m/s）和密度通過微小的噴嘴沖撞到硬脆的工件上。由于微磨粒噴射加工過程材料的去除是基于小裂紋擴(kuò)展、易碎材料剝落的模式，所以加工過程中被加工工件產(chǎn)熱少，碎片少，裂縫少，因此，這種方法非常適合硬脆材料（如玻璃，陶瓷，硅，及水晶等）的微型形狀（如槽，孔加工，坑槽等）的加工。加工41 / 67后磨粒及碎屑的混合物被輸送到分離器中，分離器將磨粒和碎屑分開，磨粒循環(huán)利用。根據(jù)Slikkerveer et ，當(dāng)一個(gè)尖銳的壓頭向下壓入到工件里面，由于壓力的作用，在壓頭的下面會(huì)形成塑性變形區(qū)域。塑性變形區(qū)域會(huì)隨著壓縮力的增大而增大，最后，徑向及橫向裂縫分別沿垂直和平行表面方向的形成。在一定程度上，切入深度的加大對(duì)加速材料去除方面起了關(guān)鍵作用。圖2展示了在壓頭作用下微裂紋的形成過程。MAJM工藝參數(shù)的確定：（1）.風(fēng)壓，時(shí)間和速度；（2）.材料加工特性，磨料的尺寸和密度；（3）.噴嘴處混合物的流量和頻率42 / 67（4）.噴射距離（噴嘴與被加工件的距離）為了提高加工精度及加工效率，這些參數(shù)必須要合適的確定。圖 注釋：Plastic zone→塑性變形區(qū) Lateral crack→橫向裂紋 Radial/median crack→縱向裂紋利用MAJM加工微槽的總流程如圖3。如圖所顯示的，總的加工過程由下面三步組成：（1）覆膜過程：覆膜過程是按MAJM所需要的條件準(zhǔn)備被加工件。干覆膜法被應(yīng)用在此過程，油膜厚度對(duì)加工孔型的結(jié)果和精確度都有影響。微磨粒噴射加工過程中，經(jīng)紫外線照射強(qiáng)化的聚氨酯被用作覆膜材料提供耐磨性。在本研究中，掩膜過程的應(yīng)用過程如下：. 覆膜：將一層膜覆蓋在工件上；. 曝光：平行的紫外線照射在被加工工件的覆膜上，以獲得所需形狀；43 / 67. 顯效：被加工工件利用由蒸餾水和濃度為5%的碳酸鈉溶液進(jìn)行顯影，最終，移走所需處理區(qū)域的覆膜就可獲得所需的形狀。（2）微磨粒噴射加工加工工藝：此過程在微磨粒噴射加工機(jī)床上進(jìn)行，該過程是對(duì)已移除覆膜的區(qū)域選擇性的加工。（3）移除覆膜，清洗工件：機(jī)械加工結(jié)束后，清除所有貼在工件表面上的覆膜，利用超聲波清洗裝置清洗工件。圖3. MAJM過程的微模型44 / 67 在此次試驗(yàn)中，覆膜及曝光所用的設(shè)備型號(hào)分別為YH6300TCL、YH70908K，覆膜材料的型號(hào)為BF405 (Ordyl,日本)。要加工寬度為80微米的微槽或徑向尺寸為80微米的孔，確定合適的覆膜工藝參數(shù)是很重要的。在本次研究中，為了獲得最佳的覆膜效果，我們嘗試變換以下參數(shù)：.玻璃的預(yù)熱溫度：為獲得最佳的粘著力，要給玻璃樣本預(yù)熱，預(yù)熱溫度分別設(shè)置為85，90，95，100和105?C；.曝光量：曝光量參數(shù)設(shè)置為150和160 mJ；當(dāng)實(shí)驗(yàn)中用覆膜（BF 405），上述參數(shù)的設(shè)置可以根據(jù)制造商的（Ordyl）的建議。微磨粒噴射加工微槽的整個(gè)過程中，工藝參數(shù)如工件和噴嘴的距離、噴嘴內(nèi)經(jīng)、氣壓以及微磨料的流量都要保持不變。本次加工使用的磨料為WA型，如圖4. WA就是人造剛玉，它的主要成分為三氧化二鋁。實(shí)驗(yàn)參數(shù)如表1.45 / 67圖4. WA800 型磨粒的顯微圖(2022)表1 .形狀測(cè)量利用光學(xué)顯微鏡對(duì)加工結(jié)果進(jìn)行觀察研究，并分析加工微操的形狀。通過安裝在PC機(jī)上的CCD相機(jī)和圖像處理芯片(DT3153, 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換)進(jìn)行必要的圖像保存及處理。并且測(cè)量過程會(huì)用到無測(cè)頭三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x及圖像處理程序?qū)ξ⒉蹆?nèi)尺寸進(jìn)行測(cè)量分析。噴嘴與工件距離 110mm氣壓 磨料型號(hào) WA800噴嘴內(nèi)經(jīng) 8mm氣體混合物流量 80 g/minY向進(jìn)給量 5 mm/s46 / 67表2覆膜工藝分析85 ?C 90?C 95?C 100 ?C 105 ?C150 mJ線型 好 好 好 好 好孔型 好 好 很好 差 差160 mJ線型 好 好 好 好 好孔型 好 好 好 好 很好根據(jù)加工工藝參數(shù)的變化，覆膜加工的效果也不盡相同，以看出，當(dāng)曝光量為160MJ時(shí)，覆膜效果普遍較好；然而，當(dāng)曝光量為150 mJ并且加熱溫度高于100℃時(shí)，覆膜效果卻非常差。47 / 67圖5. 孔型隨覆膜溫度的變化（150mJ）圖5顯示了當(dāng)曝光量為150mJ時(shí)，隨著覆膜預(yù)熱溫度的不同，覆膜工藝效果的不同。正如圖上展示的，由于曝光不足，圖（c）和（d）的孔型要比圖（a）和（b）的黑。另一方面，當(dāng)曝光量為160mJ時(shí)，所有的覆膜效果都很好。圖6反映了當(dāng)曝光量為150mJ時(shí)，微槽的加工效果隨溫度的變化。正如前面提及的，當(dāng)覆膜預(yù)熱溫度高于100℃時(shí)被加工的孔型比較差（圖6.（c）和（d））。當(dāng)曝光量為160mJ，加工的槽形很好，與預(yù)熱溫度的變化無關(guān)。48 / 67（150 mJ)通過對(duì)光學(xué)顯微鏡觀察加工形狀的測(cè)量結(jié)果的分析，可以看到微槽的橫向尺寸比覆膜孔的橫向尺寸（80微米）大24微米。這種現(xiàn)象是由于MAJM加工過程覆膜孔邊界的磨損。微槽的三維圖形被拍攝并被分析研究，如圖7. 槽的X方向橫斷面呈現(xiàn)“U”形，如圖8.。加工的孔型微槽的徑向尺寸及其深度，從測(cè)量結(jié)果可以看出加工微槽的中心區(qū)域在深度方向上會(huì)有起伏。導(dǎo)致這樣結(jié)果的原因可能是（1）碎屑的控制難度增加；（2）隨著加工深度的增加微磨粒和氣壓的降低。49 / 67圖8. 孔型槽的橫斷面 圖9. 微槽的展示圖，為了計(jì)算其內(nèi)部實(shí)際的粗糙度把微槽內(nèi)部影響轉(zhuǎn)換到平面上。，其計(jì)算粗糙度為Ra=。實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以證明采用微型磨料射流加工（MAJM）技術(shù)有可能實(shí)現(xiàn)微型模形的加工，50 / 67并實(shí)現(xiàn)良好的表面質(zhì)量。加工后的線型微槽的三維插圖如圖11.，示。從圖中可以看出，微槽側(cè)視圖呈現(xiàn)U型形狀，正如孔型微槽的情況，由于MAJM的基本特性使之很難準(zhǔn)確地生成一個(gè)方形槽。所測(cè)最大寬度和深度分別為84微米和15微米，通過選擇合適的噴嘴掃射頻率可以獲得所需的微槽深度。圖 12（b）顯示微槽Y方向的側(cè)視圖（沿底線測(cè)量），這可被視為微槽底部的表面粗糙度。線型微槽的表面粗糙度測(cè)量值與孔型微槽的粗糙度值相近，為Ra=。從以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以看出，使用MAJM加工玻璃微圖形是有可能的。因此，這種加工技術(shù)可以有效地用于微機(jī)械和電子產(chǎn)品包括液晶顯示器件。圖11 線型槽51 / 67圖12. 線型微槽的側(cè)視圖。圖 13（1）顯示了曝光后寬度為60微米的線型圖案的標(biāo)本的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。X方向側(cè)視圖的計(jì)算結(jié)果如圖12表示。從圖中可以觀察到因?yàn)樵黾恿藪呙钑r(shí)間的數(shù)量，微槽的深度和寬度都有所增加。并且加工深度與掃描頻率幾乎是成比例的，但是，微槽寬度的增加趨勢(shì)呈二次曲線。在使用MAJM加工的其它樣本曲線上同樣可以看到這樣的趨勢(shì)（如圖13（b）和（c）項(xiàng)）。52 / 67圖13. 噴嘴掃描頻率對(duì)微槽形狀的影響在掃描次數(shù)的情況是固定的情況下，加工深度的增長(zhǎng)率會(huì)隨著掩模的寬度而降低。這是因?yàn)椤氨笮?yīng)”[10]，掩模中線寬減少導(dǎo)致粒子的角度減少進(jìn)而造成這種效應(yīng)。另一方面，由于掩模寬度減少，加工槽寬度的增加越來越多。這種趨勢(shì)被認(rèn)為是掩膜磨損較小模式下的不準(zhǔn)確的曝光。正如進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)表明，可以通過增加一些掃描次數(shù)增加加工深度，但是，加工寬度也大大增加。增加寬度基本上是由于掩膜的磨損。因此，為了獲得所需的寬度與深度。（1）掩模薄膜應(yīng)該有一個(gè)高耐磨的性能，（2）考慮到加工槽越來越大的寬度的影響，掩模模式應(yīng)小 6 結(jié)論 使用MAJM加工玻璃微槽，這一研究結(jié)果可以概括如下：（1）當(dāng)暴露量為160毫，可以得到良好的掩模結(jié)果，與加熱溫度無關(guān)。此外，也可以獲得良好的加工結(jié)果。（2）機(jī)械加工槽的側(cè)面輪廓顯示U型的形狀。因此，由于MAJM的基本特征很難準(zhǔn)確加工正方形凹槽。53 / 67（3）由于掩模薄膜和“爆炸滯后效應(yīng)”的限制，測(cè)量樣本的加工尺寸均略大于掩模模式。（4）測(cè)量孔型槽和線型槽的表面粗糙度 。（5）加工深度的增加的比列，與掃描次數(shù)增加的比例接近，但是，其副作用使寬度增加。致謝這項(xiàng)工作得到了韓國(guó)科學(xué)與工程基金會(huì)基礎(chǔ)研究項(xiàng)目的支持，批準(zhǔn)號(hào)R01 2022 000 002570參考文獻(xiàn)[1] . 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