可加工陶瓷噴嘴的微鉆孔分析（材料：Macor）

上篇文章可加工陶瓷噴嘴的微鉆孔分析（七）

   MACOR是有康寧公司生產(chǎn)的可加工陶瓷，  Macor 基板的逐步鉆孔策略用于制造用于掃描探針儀器的細(xì)尖噴嘴，包括稱(chēng)為掃描液滴系統(tǒng) (SDS) 或掃描液滴單元 (SDC) 的掃描電化學(xué)工作站 M370 模塊。 SDS 系統(tǒng)限制了一個(gè)與樣品表面接觸的液體微池，以便在液滴與樣品接觸的有限空間區(qū)域內(nèi)測(cè)量電化學(xué) (EChem) 和腐蝕反應(yīng)。通過(guò)將電化學(xué)限制在一個(gè)小區(qū)域內(nèi)，可以通過(guò)恒電位或恒電流控制在同一區(qū)域研究表面 EChem 特性。在表面的 X-Y 光柵掃描上重復(fù)該過(guò)程可以構(gòu)建表面 EChem 屬性的圖像。

    通常，感興趣的一般領(lǐng)域，例如表面涂層（缺陷/均勻性）以及腐蝕和抑制是 SDS 的目標(biāo)。以及提高解析能力的普遍愿望；有興趣提高分辨率，以便可以對(duì)單個(gè)金屬晶粒/晶粒邊界進(jìn)行研究。雖然這可以通過(guò)拉毛毛細(xì)管實(shí)現(xiàn)，但它們很脆弱，需要熱或激光移液器拉動(dòng)設(shè)備；找到一種強(qiáng)大、易于使用、可重復(fù)使用且相對(duì)便宜的替代方案是一個(gè)理想的目標(biāo)。

    SDS 在分辨率方面的性能與與樣品接觸的液滴尺寸直接相關(guān)，而這又與噴嘴尺寸直接相關(guān)。本文中進(jìn)行的研究設(shè)法實(shí)現(xiàn)了更小的細(xì)尖噴嘴尺寸。最初的 SDS 噴嘴由 PTFE 制成，因此從相對(duì)容易加工的材料中獲得了高耐化學(xué)性。雖然這種結(jié)構(gòu)很容易讓溶液流入和流出 SDS 頭，但這里選擇的材料是玻璃，因?yàn)槲覀儾粌H需要其惰性和絕緣性、廣泛的耐化學(xué)性，而且我們還需要更寬的溫度范圍及其堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)。

    制造總尖端直徑為 192 μm 的細(xì)尖端 SDS 噴嘴顯著提高了分辨率能力，尖端直徑減小了 5 倍以上（表面積減小了 25 倍以上），成像能力同樣增強(qiáng)。圖 10 顯示了原始 SDS 頭、新 Macor 細(xì)尖噴嘴和 100 μm 孔的 SEM 圖像。 

圖 10. Uniscan M370 掃描液滴系統(tǒng)與當(dāng)前的 SDS 頭組件和新的 Macor 細(xì)尖噴嘴。 

結(jié)論
    本文提出了一種名為主軸峰值頻率 (SPF) 的新方法來(lái)確定微鉆孔參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)高鉆孔縱橫比。結(jié)果表明，SPF 方法可以使直徑為 100 μm 的微型鉆頭獲得更高的孔縱橫比。

    已獲得具有應(yīng)變率相關(guān)粘塑性材料模型的各向同性熱彈塑性材料模型的材料常數(shù)，并將其應(yīng)用到正交切削的有限元模型中。結(jié)果表明，Macor 的切割機(jī)制是通過(guò)微裂紋的萌生和擴(kuò)展來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

    已經(jīng)在掃描液滴系統(tǒng)的 Macor 噴嘴上成功制作了直徑為 100 μm 和縱橫比為 10 的孔，掃描液滴系統(tǒng)的橫向分辨率提高了約 5 倍。

    對(duì)不同材料和切削操作（包括車(chē)削和銑削）的 SPF 方法的更多驗(yàn)證是未來(lái)研究的主題。

    本文到這里就結(jié)束了，如有疑問(wèn)可撥打鈞杰熱線137-1257-4098