500μm微型弹簧微纳米加工技术研究(6)

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尺寸精度等。内在质量是指微观组织、以及非金属夹杂物、气孔、缩孔、带状组织等缺陷。为了获得高性能的平面微弹簧，需要对平面型微弹簧塑性成形的质量进行控制。

晶粒尺寸是内在质量的重点。根据 Hall－Petch 理论，在一定的尺寸范围内，晶粒尺寸越小屈服强度越高，从而所可以承受的力也越大。用细晶粒材料生产弹簧是提高弹簧疲劳性能的主要办法，原因是晶粒越小，单位体积内的晶界越多，晶界间原子排列比晶粒内更加混乱，位错密度较高。一方面晶界对塑性变形（如滑移）的阻碍作用增强，有利于强度的提高；另一方面晶粒越小、材料的塑性越好。细化晶粒可以通过大塑性变形来实现。

在金属蚀刻中，外在质量主要包括表面粗糙度、尺寸精度等。金属蚀刻后的表面粗糙度，受零件初始状态的影响很大。经过大塑性变形处理的坯料，其表面可能存在擦伤、划痕等物理缺陷，如果在蚀刻前不经过表面处理，会严重影响蚀刻后零件的表面粗糙度。而且这种表面擦伤、划痕会严重影响光刻匀胶过程。

在金属腐蚀过程中，一方面腐蚀垂直于零件表面进行，另一方面腐蚀同时沿着平行于表面的方向进行，这样就产生了侧蚀。影响刻蚀精度最主要的原因是侧蚀，侧蚀主要与晶粒尺寸、零件尺寸以及蚀刻工艺（包括温度、配方等）有关。为了控制蚀刻尺寸精度，迫切需要研究晶粒尺寸、零件尺寸以及蚀刻工艺对大塑性变形处理坯料腐蚀性能的影响。

基于上述分析，针对 MEMS 系统用平面微弹簧研究现状，本文拟采用大塑性变形强化坯料利用精密蚀刻（光刻+金属蚀刻）的方法制备出高强度的平面微型弹簧。通过大塑性变形制备坯料，研究晶粒细化对金属耐腐蚀性能的影响，探索新的光刻与金属蚀刻工艺，为获得高性能的平面微弹簧及其质量控制提供技术基础。

2 实验材料与实验方法

2.1 材料的选择

目前用于制作平面微型弹簧的材料主要分成两大类，硅质和非硅质。硅质微弹簧具有良好的机械性能和电性能，但在诸如冲击环境等需要弹性力较大的情况容易发生破碎。金属则具有良好的延展性、机械强度及抗疲劳性能等，可以提供良好的应力应变和抗疲劳性能，微弹簧在较大的拉力下可以产生预期的效果。

根据有关资料，铜在金属蚀刻中的侧向腐蚀较小，考虑到平面微型弹簧的成形质量，本实验选取了 T2 紫铜作为制作平面微型弹簧的材料。

T2 紫铜有良好的导电、导热、耐蚀和加工性能，可以焊接和钎焊。降低导电导热性的杂质较少，微量的氧对导电导热和加工等性能影响不大，但易引起“氢病”，不宜在高温（大于 370℃）还原性气氛中加工（退火、焊接等）和使用。根据 GB/T 2059-2008 其抗拉强度 Rm 大于 195MPa。根据 GB/5231-2001