王红军博士答辩公告

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王红军博士答辩公告

发布时间:2017-03-23浏览次数:861作者:来源:机电学院供图:审核:

答辩博士：王红军

导师：左敦稳教授

论文题目：金刚石微机械零件复印制备机理研究

答辩委员会：

主席：李迎教授南京理工大学

委员：孙序泉研究员南京数控机床有限公司

宋胜利教授解放军理工大学

左敦稳教授南京航空航天大学

朱永伟教授南京航空航天大学

卢文壮教授南京航空航天大学

陈明和教授南京航空航天大学

秘书：李军副教授南京航空航天大学

答辩时间：2017年3月25日9:00

地点：南航明故宫校区17#401

学位论文简介：

本文提出硅模复印法制备化学气相沉积(CVD)金刚石微零件的研究思路，首先采用光刻技术获得了微孔阵列、微十字阵列、微槽阵列和微齿轮掩膜，然后采用感应耦合等离子（ICP）工艺Bosch交替刻蚀技术制备相应的硅微模具，最后用热丝化学气相沉积（HFCVD）技术在硅模具型腔内沉积金刚石，从而获得金刚石微零件。论文在硅模制备机理研究的基础上，分别对几种典型的金刚石微零件制备工艺及机理开展深入研究，探讨微零件的尺寸一致性，为金刚石微零件的实际生产制备探索新途径。

本文完成的主要工作和取得的成果如下：

（1）对Bosch刻蚀工艺的机理进行了分析，研究了硅微孔阵列、十字阵列等的尺寸制造误差，探讨了硅模批量化制备工艺。结果表明：采用优化分段刻蚀工艺能够批量制备微观形貌精细、无明显底切效应和根切效应的硅微孔、微十字阵列模。

（2）通过对金刚石沉积和充填模具型腔的机理分析和实验探索，获得了无中空等结构缺陷的完整充填整个硅模的金刚石微零件制备工艺，并可批量制备金刚石微圆柱和微十字阵列结构。SEM、XRD及Raman分析表明，通过调整沉积工艺，可以获得了微米晶和纳米晶金刚石微零件。

（3）在成功制备了金刚石微圆柱和十字阵列的基础上，制备了金刚石梁阵列。通过对金刚石微梁的残余应力的形成机理的分析与实验研究，结果表明：通过控制HFCVD沉积条件并配合多阶段退火冷却工艺可以有效降低金刚石微零件的宏观应变和应力，减少金刚石微梁的变形。

（4）通过对双层复杂形状零件的硅模制备工艺的研究，成功制备了微米晶和或纳米晶的单个金刚石微齿轮、双联金刚石微齿轮。双联金刚石齿轮的最大直径约2mm，每层厚度超过10μm。双联金刚石齿轮的成功获得为制备微机械金刚石传动零件或部件提供了研究和技术基础。

（5）对金刚石圆柱、十字、梁、齿轮等与相应硅模的尺寸一致性开展了深入分析，研究表明：金刚石微零件与硅模的尺寸误差小于2%，因此可以得出结论，虽然硅与金刚石热膨胀系数不一致，且金刚石生长应力会引起零件后续变形，但是只要有效控制金刚石沉积工艺，金刚石微零件可以与硅模保持良好的尺寸一致性。

主要创新点：

（1）首次提出硅模复印法制备CVD金刚石机械微零件的研究思路，为金刚石微零件的实际生产制备探索新途径。

（2）提出基于ICP刻蚀的微结构阵列硅模制备方法，通过设计、机理、尺寸分散性的系统研究，弱化ICP刻蚀的底切效应、根切效应，从而保证了微结构具有良好的形状完整性。

（3）首次应用图像测量法对多种金刚石微零件与硅模的尺寸一致性开展系统研究，为直接按目标微零件尺寸设计硅模提供了依据。

（4）首次成功制备了最大直径2mm左右，每层厚度超过10μm的双联金刚石齿轮，为批量制备复杂金刚石微机械零件提供了理论与工艺支持。

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