DEFORM铜合金平面微弹簧挤压成形中的微观组织演变(2)
1.1.2平面微弹簧的材质
最初研究平面微弹簧时，常使用的材料是单晶硅。但随着研究的进行以及MEMS技术的不断发展，科学家们发现单晶硅有许多缺点，如杨氏模量比较大，其弹性系数大，导致其生产的微弹簧振幅很小，不仅如此其形状结构也比较单一。这很不利于很多实验的进行。因此，单晶硅逐渐被铜合金取代，铜合金的杨氏模量要比硅小许多，所以由铜合金制作的弹簧弹性系数很小，振幅较大，且制作方法简单，且可以得到各种复杂形状的微弹簧[5]。
1.1.3平面微弹簧的成形方法
工业上已经能够制作出小型零件，但在零件特征尺寸为几十个微米或者更小时，其成形出现了很多问题。与微机械加工和化学蚀刻工艺相比，微塑性成形具有较高的生产效率、可以保持良好的材料完整性、产生的加工废料少甚至没有、加工成本低等优点。目前研究与较多的微成型工艺有微挤压、微弯曲、微冲压、微超塑、微拉深、微压印等[6]。
微拉深可以成形形状很小的杯形、壳形零件。虽然微拉伸在摩擦、各向异性、变形不均匀性等方面，比其他工艺优秀了很多，但是微拉伸工艺相对来说要复杂很多，因此其应用不是很广泛。微冲压是另一种重要的微成形工艺方法，但是冲压成形中要保证凸模和凹模的对中性以及凸凹模之间的间隙均匀是非常困难的。因此其应用也不是很广泛。
相对于前两种成型方法，挤压成型具有：
（1）挤压时金属坯料在三向压应力状态下变形，因此金属坯料的塑性比较高，有利于扩大金属材料的塑性加工范围。
（2）可以挤压出各种形状复杂、深孔、薄壁和异型截面的零件，而且零件尺寸精度高，表面质量好，尤其是冷挤压成形。
（3）零件内部的纤文组织基本沿零件外形分布且连续，有利于提高零件的力学性能。
（4）生产率较高，只需更换模具就能在同一台设备上生产形状，尺寸规格和品种不同的产品。
（5）节约原材料，挤压属于少（无）切削加工，大大节约了原材料。
等等特点，因此，挤压成型的应用较为广泛及典型。
1.2 平面微弹簧的设计
平面微弹簧的加工技术完全不同于传统弹簧的机械加工技术，其不仅仅是尺寸上的减少，而且结构形态也与传统弹簧有着巨大的差距。图1.1为几种常见的MEMS平面微弹簧。虽然微弹簧的形状多种多样，但从材料力学和结构力学角度来看，MEMS平面微弹簧可以看作为平面刚架结构[7-8]，其是由几个基本结构组成的，如：悬臂梁结构、三角凸起结构以及矩形凸起结构等等，如图1.2所示。因此对于MEMS弹簧设计方法的研究，是提高MEMS产品性能的一个重要途径。
1.3 平面微弹簧的质量控制
MEMS技术产品是由许多微型零件构成的，每个零件的性能对产品的性能影响是很大的。因此提高微型零件的服役性能至关重要。
一个金属的性质强烈依赖于其显微结构的特性。因此，控制最终微观组织分布在热金属成形中起着重要作用，无论是在宏观尺度和微尺度。组织在热成型过程中经历了一个复杂的变化。例如，微结构的分布在常规挤压条件下，沿挤压方向的不同截面，导致力学性能的不均匀分布。形成在宏观尺度和微尺度之间的一个区别是参与形成的区域中晶粒的数量。对于微成形，只有少量的晶粒是直接参与形成的过程，因此，单个颗粒大小、方向和位置，影响这一过程。颗粒的随机分布特征导致了一种非均匀材料的行为，导致增加散射过程的参数。需要理解热成形过程中微观组织演变来控制显微组织分布。
从加工成型方面来看，采用挤压成型。挤压由于其优异的性能被广泛的应用于金属塑性成形领域。挤压的产品不仅可以满足形状方面的要求，而且还可以通过材料塑性变形来提高产品的综合机械性能。然而，在挤压过程中发生的微观组织演变，不仅对变形过程本身有较大的影响，而且在很大程度上直接决定了产品的宏观力学性能。因此，深入研究挤压过程中微观组织演变具有非常重要的理论意义和实用价值。
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