微流体脉冲惯性驱动-控制用T型玻璃微喷嘴设计及实验

为了简化用于微流体脉冲惯性驱动-控制的T型玻璃微喷嘴的制作工艺,设计制作了重力式玻璃微喷嘴制作仪、微孔制作仪。研究了拉力、线圈温度、延时时间、线圈宽度对拉制工艺,加热时间、进给量对锻制工艺,加热面积对微孔制作工艺的影响规律。制作了微喷嘴、微管道、玻璃微孔等基本微流体器件并以紫外线(UV)光学胶水密封组合,设计制作了T型玻璃微喷嘴。设计了拉锻集成式玻璃微流体器件制作设备,其拉制工艺延时控制结构比非延时控制结构制作的微喷嘴锥长可减小3.5 mm。微孔制作仪可在玻璃毛细管侧壁开制400μm圆形微孔。制作了序列玉米胚芽油海藻酸钠水油(W-O)乳液和500μm左右的单、双颗玉米胚芽油微胶囊,其粒径均匀、形态良好。结果表明,基于冷热加工工艺及组合工艺可以制作结构简单、生物化学性能和光学性能良好的T型组合玻璃微流体器件,基于脉冲惯性驱动可以产生多相流体脉冲流动及微喷射。     

一种微透镜阵列制作方法

提出一种采用热压印技术制作微透镜阵列的方法.将聚合物加热到其玻璃转化温度以上,利用预先制备好的模板在适当的压力下压向聚合物样品,保持压力直到聚合物温度降到玻璃转化温度以下,将模板移去后,模板上图形便转移到样品表面.根据热压印工艺要求,研制了一台热压印设备,并利用这台设备制作了单元口径大小为40μm,单元之间间距为60μm的256×256单元8位相台阶衍射微透镜阵列.制作的微透镜阵列SEM图表明图形台阶清晰、各单元一致性好.光学性能测试表明制作的微透镜阵列聚焦的三维光强分布集中,具有较高的峰值.从制作工艺可以看出,利用热压印的方法制作微透镜阵列工艺简单,对制作设备要求不高,为实现低成本、高分辨率、大批量制造微透镜阵列等器件创造了条件.     

一种新型的数字化微粉体混合器

利用压电陶瓷驱动器产生的脉冲惯性力来驱动和扰动微流体,实现了粉体流的均匀离散和微喷射,具有数字可控性.设计了一种粉体微混合器,该微混合器将玻璃微管道拉制仪拉制的三根微管道组合起来,形成含有两个进口与一个出口的微流道,无需复杂的玻璃微加工技术及键合、芯片钻孔等工艺.工作时通过数字化控制每一根进料微管道内的粉体喷射至混合腔内,实现粉体的微混合,最终生成的混合物由微混合器出口喷射而出.进行了300目银粉和280目刚玉粉的混合实验,证明该混合器可以用于粉体的微混合.     

电流体动力喷射3D打印工艺参数对泰勒锥和打印图形的影响和规律

电流体动力喷射3D打印是一种新型微纳增材制造技术,它具有成本低、结构简单、精度高、打印材料广泛等突出特点和优势.但是,由于电流体动力喷射3D打印的打印速度快、喷嘴和基底打印距离小,特别是对于微尺度特征图形的打印,其实际图形及打印质量难以直接观测,而且影响打印图形精度和质量的工艺参数较多,各个工艺参数相互耦合和相应作用.因而直接有效的控制打印图形的精度(线宽)和质量(线边缘粗糙度)是其面临的一个挑战性难题.本文提出一种通过调整打印工艺参数间接控制泰勒锥形状和尺寸,进而实现对于打印图形精度和质量有效控制的新方法.建立了线宽与工艺参数、材料性能和基底关系的理论模型;通过实验,系统研究并揭示了电流体动力喷射3D打印工艺参数对泰勒锥和打印图形的影响及其规律;优化出针对同一喷嘴较为理想的喷印工艺窗口;并通过典型实验工程案例研究,采用内径60μm喷嘴实现了最小线宽3μm打印,验证了实验研究结果的正确性和有效性.本文提出的方法和实验研究结果为电流体动力喷射3D打印的打印精度、图形质量和打印稳定性改进及提高奠定了基础,并为简化和易于操作提供了一种切实可行的方法.     

面积阵列焊球快速制备技术与装置

为实现面积阵列封装中焊料凸点阵列的快速制备,提出了一种气动膜片活塞式熔融焊料微滴按需喷射装置.该装置利用微滴按需喷射技术对焊料液滴体积与沉积位置的高精度控制,实现直接植球功能.实验研究了装置各参数对液滴形成的影响,并通过单喷嘴按需逐点喷射直接在铜基板表面制作了5×7 Sn63 Pb37焊球阵列.此外,实验通过3×3阵列孔喷嘴并行喷射在硅基板上制作了3×3焊料凸点阵列.结果表明:气动膜片活塞式微滴喷射装置能实现大小均匀、尺寸和定位精度可控的焊球面积阵列的快速制备.     

微流体数字化喷射制备细胞微胶囊及表征

为了探究脉冲喷射制备细胞微胶囊的粒径变化规律和控制方法,采用微流体数字化喷射技术进行了细胞微胶囊的制备研究。制备的细胞微胶囊平均粒径可小至28μm,相应的标准偏差小于5μm,具有较好的单分散性,通过改变驱动电压和微喷嘴内径可方便地控制细胞微胶囊的粒径大小和分布。微流体数字化喷射后细胞存活率达93%,对细胞活性影响小,适于细胞微胶囊的制备。脉冲喷射法制备细胞微胶囊,对于细胞微胶囊的后续自动化操作处理具有应用价值。     

对流换热条件下微钢管壁面轴向导热的实验研究

以蒸馏水和氮气为工质,流过内径为168μm外径为406μm的不锈钢微管.通过直接通电法对微钢管进行加热,并采用红外成像仪及专用放大镜头来测量微钢管外壁的温度场,获得了在雷诺数恒定、不同加热功率下微钢管外壁面温度场分布.经过图像处理及修正后,得到较为精确的沿壁面的温度分布,进而求得微管沿壁面的导热量.实验结果表明,对于液体流动的微管对流换热,计算管壁的表观换热系数时可以忽略管壁轴向导热的影响.而对于微钢管的气体流动换热,在自然对流边界条件下,管壁轴向导热量与总加热量之比达到2.1%.     

基于玻璃精细加工的数字化微流体器件的制备

介绍基于微特性系统数字化微流体器件的玻璃精细加工方法.将拉锻好的玻璃微管道嵌入预先设计加工好的宏流道中,组合成微流道网络;宏流道采用CO2激光雕刻机雕刻聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基板而成,尺寸与玻璃微管道外径相吻合;微管道连接部通过PMMA微连接板连接而成,将基板与盖板进行热键合密封.该方法允许制造更细结构的微流道,可以灵活构建复杂的微流道,同时可保证微管道的连接和强度;圆截面玻璃微管道管壁光滑,流动阻力小.利用微流体数字化技术,对数字化微流体器件进行了实验研究,在微混合实验和微流式细胞中得到了较好的效果验证.     

小型喷嘴雾化特性的实验研究

以水为雾化介质,以激光粒度分析仪为核心建立了雾化实验测试系统,对孔径分别为0.46 mm和1.44 mm的喷嘴进行了5个压力下的雾化特性实验测试,得到了两种喷嘴的索太尔平均径D(3,2)、中位径D50和体积平均径D(4,3)等表征喷嘴雾化特性的关键数据。结果表明,随着雾化压力和流量的增大,雾滴的D(3,2)、D50、D(4,3)均减小,而雾滴分布的标准差σ变大,即雾滴平均直径变小而分散度增加;雾化压力是喷嘴雾化的效果决定变量,在压力0.28 MPa下,0.46 mm孔径喷嘴雾化液滴(对应流量为8.5 L/h)的D50为73.24μm,1.44 mm孔径喷嘴雾化液滴的D50为84.94μm;同一压力下(0.28 MPa),0.46 mm孔径喷嘴的雾化效果优于1.44 mm孔径喷嘴。     

玻璃包覆纯铜微丝的力学性能

以实验室制备的玻璃包覆纯铜微丝为研究对象,对玻璃包覆纯铜微丝及去除包覆层的纯铜芯丝进行了力学性能评价和断口形貌分析.结果表明:外径45μm、包覆层厚度7.5μm和外径27μm、包覆层厚度6.0μm的玻璃包覆纯铜微丝极限拉伸载荷分别为0.268N和0.237N;纯铜芯丝的拉伸应力应变曲线表现出较低的加工硬化率,屈服强度与抗拉强度比值在0.75以上;纯铜芯丝抗拉强度随直径的减小而增大;直径10μm芯丝的平均抗拉强度可达547.9MPa,延伸率约为2.5%;芯丝断裂模式为滑移延伸断裂.     

连退炉内炉辊热变形对带钢瓢曲变形的影响

利用有限元法,采用单锥度辊作为炉辊初始辊形,分别通过热应力计算和屈曲分析,连续退火炉加热段和快冷段内炉辊热变形及其对带钢瓢曲变形的影响.研究结果表明:在加热段,炉辊热变形后,随着炉辊温差的增大,炉辊形状分别为双锥度辊、单锥度辊和“M”型辊,且炉辊总锥度随温差增大而减小:当炉辊温差在一定范围之内时,炉辊热变形对防止带钢瓢曲变形有利:在快冷段,炉辊热变形后,炉辊变为双锥度辊,随炉辊温差的增大,炉辊总锥度变大,且带钢更容易发生瓢曲变形.基于计算分析,从炉辊热变形角度考虑,对加热段和快冷段的炉辊的温差控制及炉辊选择给出了合理的建议.     

抑制行波光放大器光激射的新方法

提出一种采取倾角和张角相结合的器件结构抑制行波光放大器光激射的新方法. 实验结果表 明, 抑制效果显著, 制作工艺简单.     

Recrystallization behavior of Ti40 burn-resistant titanium alloy during hot working process

The recrystallization behavior of deformed Ti40 alloy during a heat-treatment process was studied using electron backscatter diffraction and optical microscopy. The results show that the microstructural evolution of Ti40 alloy is controlled by the growth behavior of grain-boundary small grains during the heating process. These small grains at the grain boundaries mostly originate during the forging process because of the alloy’s inhomogeneous deformation. During forging, the deformation first occurs in the grain-boundary region. New small recrystallized grains are separated from the parent grains when the orientation between deformation zones and parent grains exceeds a certain threshold. During the heating process, the growth of these small recrystallized grains results in a uniform grain size and a decrease in the average grain size. The special recrystallization behavior of Ti40 alloy is mainly a consequence of the alloy’s high β-stabilized elemental content and high solution strength of the β-grains, which partially explains the poor hot working ability of Ti–V–Cr-type burn-resistant titanium alloys. Notably, this study on Ti40 burn-resistant titanium alloy yields important information related to the optimization of the microstructures and mechanical properties.     

锻造方式对 Ti--6Al--4V 合金组织及取向分布的影响

在快锻液压机上对 Ti-6Al-4V 合金进行了锻造变形,采用扫描电镜、背散射电子衍射技术以及 X 射线衍射技术研究了不同锻造方式下合金组织及晶粒取向的变化规律。在单向镦拔和换向镦拔两种不同锻造方式下,难变形区、小变形区及大变形区中α相及β相的分布差别不大,组织均匀性基本一致,两种变形方式下锻坯不同区域的应变稍有差别。进一步对不同变形区域形变织构的定量分析可知：在应变较小的边缘区域,变形主要以{0001}基面滑移为主,形成基面织构;在应变较大的内部区域,织构明显转向{112     

微喷管中亚声速流场的数值模拟

采用Navier-Stokes方程对微型缩放喷管内的亚声速流动进行二维数值模拟，重点考察滑移边界条件对计算结果的影响．通过比较有与无滑移边界条件的数值结果，发现微喷管内努森数处于0．014-0．023时，滑移边界条件对微喷管推力的影响不大，但对微喷管扩张段的流场则有较大影响．     

催化剂厚度对碳纳米管直径的影响

由于碳纳米管具有独特的结构和性能，因而自从被发现以来一直受到人们的关注。近年来，已利用各种方法成功地合成出碳纳米管，特别是利用化学气相沉积方法制备高度准直的碳纳米管。分析了该方法中催化剂厚度对碳纳米管直径的影响，利用负衬底偏压热灯丝CVD系统和不同厚度的NiFe催化剂在Si衬底上直接生长，并用扫描电子显微镜来研究碳纳米管的生长过程。结果表明催化剂颗粒封闭了碳纳米管的顶端，催化剂厚度对碳纳米管的直径有较大的影响，碳纳米管的平均直径随催化剂厚度的增大而增大。     

环形锻件扩孔展宽量的能量法计算

在分析环形锻件扩孔变形的基础上，设定了运动学允许的速度场，利用增量方法将非稳定变形转化为稳定变形．计算了扩孔过程的展宽量，理论计算与实验结果符合较好．     

不连续变形对金属塑性影响的模拟与分析

选取最优的应变速率,利用弹塑性有限元分析软件MSC MARC/AutoForge对成形过程进行数值模拟.通过模拟,分析不同摩擦系数、工况温度、材料、锻造次数以及3次不连续变形的不同下压量等重要参数对锻压过程的影响,研究工件的总等效塑性应变、所受最大成形力以及直径的增加程度.探讨了影响圆柱坯料成形和精度的主要因素,得出了对锻造成形工艺以及模具设计起重要指导作用的合理锻造工序.     

利用孔板及均速管进行空气-水两相流单双参数测量研究

本文利用孔板及均速管的组合对空气-水两相流的流量及质量含气率进行了单、双参数测量研究,给出了两种元件的单参数公式及其双参数组合公式。对3种不同孔径的孔板、4组孔板及均速管间距以及两种型号的均速管进行了研究,获得了比较满意的结果。     

LD11铝合金活塞裙锻造成形坯料工艺

LD11铝合金活塞裙由于形状复杂、含硅最高,非常难以成形,成形过程中,坯料的形状直接影响产品的质量。因此,坯料形状的选择,一直是该类活塞裙成形的技术难点,首先从理论上对圆柱形的锥台形两种不同形状的坯料在成形过程中金属的流动行为进行了分析,初步了解了它们各自的变形特点,然后采用有限元方法,对圆柱形和锥台形两种坯料的成形过程进行对比模拟,进一步得到了它们在成形过程中速度场、应变场和金属纤维流线的分布规律,通过分析这些场量的不同分布对产品质量所产生的影响,初步选择了活塞裙成形的坯料工艺方案。最后,根据所选的方案进行实物锻造,得到了形状、尺寸和内部质量都比较理想的产品,采用这种理论分析、有限元模拟和实物锻造相结合的方法,不但确定了LD11铝合金活塞裙锻造成成形的坯料工艺方案,同时也说明了它是制订塑性加工工艺的一条良好技术路线。