聚合物微器件超声波成形与封接技术(王晓东,罗怡等编著)思维导图
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聚合物微纳器件超声波焊接技术研究现状
大连理工大学研究生试卷系别：机械工程学院课程名称：微制造与微机械电子系统学号：21304203姓名：纪潇考试时间：2014年1 月13 日聚合物微纳器件超声波焊接技术研究现状纪潇（大连理工大学大连116024）摘要：随着聚合物材料在MEMS领域越来越广泛的应用，由聚合物材料制作的聚合物微纳器件的封接将成为MEMS制造中的关键技术。
传统聚合物微纳器件封接方式存在各种弊端与局限性，而由于自身的诸多优点，近年在国内外MEMS研究领域得到不断发展和应用的超声波焊接技术，将是解决聚合物微器件联接问题的有效技术途径。
本文对聚合物微纳器件超声焊接技术进行简要介绍并综述其研究现状与发展趋势。
关键词：聚合物微纳器件；超声焊接Ultrasonic Welding Technology of Polymer Micro-nano Devices：the Present StatusJI Xiao(Dalian University of Technology，Dalian，116024)Abstract：As the polymer material is used in the MEMS field more widely, sealing the polymer micro-nano devices produced by polymer materials will become a key technology in MEMS manufacture. There are various disadvantages and limitations of conventional sealing methods of polymer micro-nano devices. Owing to many merits of the Plastic ultrasonic welding technology, the novel approach has gained unceasing development and application in the MEMS research field in recent years, and will become an effective technological approach to solve the present problem of the bonding for polymer micro-nano components. This paper gives a brier introduction to the ultrasonic welding technology of polymer micro-nano devices and overviews of its current situation and development trend.Key words：Polymer micro-nano devices；ultrasonic welding0 背景微机电系统（Micro Electro Mechanical System，MEMS）是指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。
超声波加工技术课件
详细描述
超声波加工技术利用磨料在超声波振动下的高速冲击和研磨作用，实现对非金属材料的加工。该技术能够有效地 降低材料硬度、提高加工效率，同时减少对工件的损伤。
05 超声波加工技术发展趋势 与挑战
新材料的应用
总结词
随着新材料行业的快速发展，超声波加工技术在新材料的应用中面临新的挑战和机遇。
详细描述
超声波加工技术课件
目录
CONTENTS
• 超声波加工技术概述 • 超声波加工设备与工具 • 超声波加工工艺 • 超声波加工技术应用实例 • 超声波加工技术发展趋势与挑战 • 结论
01 超声波加工技术概述
定义与特点
定义
超声波加工技术是一种利用超声 波振动对材料进行加工的工艺方 法。
特点
具有加工精度高、表面质量好、 适用范围广等优点，尤其适合于 难加工材料的加工。
根据不同的加工需求，选择合 适的工具头能够提高加工效率
、降低表面粗糙度。
工具头的设计和制造需要充分 考虑其与工件的相互作用机制
，以提高加工效果。
冷却系统
冷却系统是保证超声波加工设 备稳定运行的必要部件。
在高强度的超声波振动下，设 备会产生大量的热量，冷却系 统可以有效降低设备温度，防
止过热造成设备损坏。
微细结构的加工
总结词
利用超声波的高频振动和微小磨料， 实现微细结构的加工，满足高精度、 高效率的加工需求。
详细描述
超声波加工技术利用微小磨料在超声 波振动下的高速冲击和研磨作用，实 现对微细结构的加工。该技术能够有 效地提高加工精度和效率，同时减少 对工件的损伤。
非金属材料的加工
总结词
利用超声波的高频振动和磨料冲击作用，实现对非金属材料的加工。
超声波加工技术利用磨料在超声波振动下的高速冲击和研磨作用，实现对非金属材料的加工。该技术能够有效地 降低材料硬度、提高加工效率，同时减少对工件的损伤。
05 超声波加工技术发展趋势 与挑战
新材料的应用
总结词
随着新材料行业的快速发展，超声波加工技术在新材料的应用中面临新的挑战和机遇。
详细描述
超声波加工技术课件
目录
CONTENTS
• 超声波加工技术概述 • 超声波加工设备与工具 • 超声波加工工艺 • 超声波加工技术应用实例 • 超声波加工技术发展趋势与挑战 • 结论
01 超声波加工技术概述
定义与特点
定义
超声波加工技术是一种利用超声 波振动对材料进行加工的工艺方 法。
特点
具有加工精度高、表面质量好、 适用范围广等优点，尤其适合于 难加工材料的加工。
根据不同的加工需求，选择合 适的工具头能够提高加工效率
、降低表面粗糙度。
工具头的设计和制造需要充分 考虑其与工件的相互作用机制
，以提高加工效果。
冷却系统
冷却系统是保证超声波加工设 备稳定运行的必要部件。
在高强度的超声波振动下，设 备会产生大量的热量，冷却系 统可以有效降低设备温度，防
止过热造成设备损坏。
微细结构的加工
总结词
利用超声波的高频振动和微小磨料， 实现微细结构的加工，满足高精度、 高效率的加工需求。
详细描述
超声波加工技术利用微小磨料在超声 波振动下的高速冲击和研磨作用，实 现对微细结构的加工。该技术能够有 效地提高加工精度和效率，同时减少 对工件的损伤。
非金属材料的加工
总结词
利用超声波的高频振动和磨料冲击作用，实现对非金属材料的加工。
超声波加工技术-图文
大型超声加工机床都采用流量泵自动向加工区供给磨 料悬浮液，且品质好，循环良好。此外，工具和变幅 杆尺寸较大时，可在工具和变幅杆中间开孔，由孔内 抽吸磨料悬浮液，对提高加工质量有利。
a)加工微细孔; b)加工型腔；c)加工异形孔
套料；
切圆；
复杂沟槽
弯曲孔；
刻槽
超声精密 切割半导体、 铁氧体、石英 、宝石、陶瓷 、金刚石等硬 脆材料，
二、超声加工的特点
2）由于去除工件材料主要依靠磨粒瞬时局部 的冲击作用，故工件表面的宏观切削力很小 ，切削应力、切削热更小，不会产生变形及 烧伤，表面粗糙度也较低，也适于加工薄壁 、窄缝、低刚度零件。
二、超声加工的特点
3）工具可用较软的材料、做成较复杂的形 状，且不需要工具和工件作比较复杂的相对 运动，便可加工各种复杂的型腔和型面。一 般，超声加工机床的结构比较简单，操作、 维修也比较方便。
整个振动系统的联接部分应接触紧密，否则 超声波传递过程中将损失很大能量。在螺纹 联接处应涂以凡士林油，绝不可存在空气间 隙，因为超声波通过空气时会很快衰减。
CSJ-2型超声波加工机床 l--工作台；2--上具；3--变幅杆；4--换能器 5--导轨；6--支架；7--平衡重锤
简单的超声加工装置，其磨料是靠人工输送和更换的 ，即在加工前将悬浮磨料的工作液浇注在加工区，加 工过程中定时抬起工具和补充磨料。也可利用小型离 心泵使磨料悬浮液搅拌后浇注到加工间隙中去。对于 较深的加工表面，仍经常应将工具定时抬起以利磨料 的更换和补充。
超声波振动系统主要包括换能器、变幅杆、 工具。其作用是将由超声波发生器输出的高频电 信号转变为机械振动能，并通过变幅杆使工具端 面作小振幅的高频振动，以进行超声加工。
A、换能器 换能器的作用是将高频电振荡转换成机械振动。 目前，根据其转换原理的不同，有磁致伸缩式和 压电式两种。
a)加工微细孔; b)加工型腔；c)加工异形孔
套料；
切圆；
复杂沟槽
弯曲孔；
刻槽
超声精密 切割半导体、 铁氧体、石英 、宝石、陶瓷 、金刚石等硬 脆材料，
二、超声加工的特点
2）由于去除工件材料主要依靠磨粒瞬时局部 的冲击作用，故工件表面的宏观切削力很小 ，切削应力、切削热更小，不会产生变形及 烧伤，表面粗糙度也较低，也适于加工薄壁 、窄缝、低刚度零件。
二、超声加工的特点
3）工具可用较软的材料、做成较复杂的形 状，且不需要工具和工件作比较复杂的相对 运动，便可加工各种复杂的型腔和型面。一 般，超声加工机床的结构比较简单，操作、 维修也比较方便。
整个振动系统的联接部分应接触紧密，否则 超声波传递过程中将损失很大能量。在螺纹 联接处应涂以凡士林油，绝不可存在空气间 隙，因为超声波通过空气时会很快衰减。
CSJ-2型超声波加工机床 l--工作台；2--上具；3--变幅杆；4--换能器 5--导轨；6--支架；7--平衡重锤
简单的超声加工装置，其磨料是靠人工输送和更换的 ，即在加工前将悬浮磨料的工作液浇注在加工区，加 工过程中定时抬起工具和补充磨料。也可利用小型离 心泵使磨料悬浮液搅拌后浇注到加工间隙中去。对于 较深的加工表面，仍经常应将工具定时抬起以利磨料 的更换和补充。
超声波振动系统主要包括换能器、变幅杆、 工具。其作用是将由超声波发生器输出的高频电 信号转变为机械振动能，并通过变幅杆使工具端 面作小振幅的高频振动，以进行超声加工。
A、换能器 换能器的作用是将高频电振荡转换成机械振动。 目前，根据其转换原理的不同，有磁致伸缩式和 压电式两种。
超声波焊接的原理及应用PPT课件
❖ (4) 研究新的导能机构和连接层材料，扩大焊接技术 的应用范围
❖ (5) 建立焊接设备、工艺参数、常用材料的对应关系 规律，减少实验次数，降低成本。
33
参考文献
精选ppt课件2021
❖ 【1】超声波焊接原理及其工艺研究，王叶 ❖ 【2】热塑性塑料的超声波焊接和振动焊接特性，陈健 ❖ 【3】塑料薄膜超声波焊接研究，成全 ❖ 【4】超声波塑料焊接机理，张宗波 ❖ 【5】超声波塑料焊接粘弹性热的仿真计算，张振强 ❖ 【6】塑料超声波焊接质量影响因素的研究进展，高阳 ❖ 【7】塑料件超声波焊接工艺及焊接设计，Herrmann ❖ 【8】塑料焊接加工几种方法，陶永亮 ❖ 【9】塑料超声波焊接及其用于聚合物MEMS器件键合的研究进
超声波焊接的工艺参数
精选ppt课件2021
❖一、材料选择
❖ 热塑性vs热固性 ❖ 非结晶vs结晶（熔化温度、能量补充、传递） ❖ 能量传递特性（近场与远场） ❖ 吸湿性（PC、PA）
❖ PC，PS，SAN，ABS，PMMA
17
超声波焊接的工艺条件
❖二、设备参数
❖ 振幅
❖ 焊接时间
18
精选ppt课件2021
精选ppt课件2021
高分子材料 超声波焊接技术
分1 黄浩
1
内容提要
1
基本概念
2
焊接原理
3
工艺条
精选ppt课件2021
超声波焊接的基本概念
❖ 超声波焊接是利用高 频振动波传递到两个 需焊接的物体表面, 在加压的情况下,使 两个物体表面相互摩 擦而形成分子层之间 的熔合。
3
精选ppt课件2021
超声波焊接的基本概念
精选ppt课件2021
❖ 国外在1960年开始应用超声波焊接技术 ❖ 优点：焊接时间短、焊接强度高、表面无损坏
❖ (5) 建立焊接设备、工艺参数、常用材料的对应关系 规律，减少实验次数，降低成本。
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参考文献
精选ppt课件2021
❖ 【1】超声波焊接原理及其工艺研究，王叶 ❖ 【2】热塑性塑料的超声波焊接和振动焊接特性，陈健 ❖ 【3】塑料薄膜超声波焊接研究，成全 ❖ 【4】超声波塑料焊接机理，张宗波 ❖ 【5】超声波塑料焊接粘弹性热的仿真计算，张振强 ❖ 【6】塑料超声波焊接质量影响因素的研究进展，高阳 ❖ 【7】塑料件超声波焊接工艺及焊接设计，Herrmann ❖ 【8】塑料焊接加工几种方法，陶永亮 ❖ 【9】塑料超声波焊接及其用于聚合物MEMS器件键合的研究进
超声波焊接的工艺参数
精选ppt课件2021
❖一、材料选择
❖ 热塑性vs热固性 ❖ 非结晶vs结晶（熔化温度、能量补充、传递） ❖ 能量传递特性（近场与远场） ❖ 吸湿性（PC、PA）
❖ PC，PS，SAN，ABS，PMMA
17
超声波焊接的工艺条件
❖二、设备参数
❖ 振幅
❖ 焊接时间
18
精选ppt课件2021
精选ppt课件2021
高分子材料 超声波焊接技术
分1 黄浩
1
内容提要
1
基本概念
2
焊接原理
3
工艺条
精选ppt课件2021
超声波焊接的基本概念
❖ 超声波焊接是利用高 频振动波传递到两个 需焊接的物体表面, 在加压的情况下,使 两个物体表面相互摩 擦而形成分子层之间 的熔合。
3
精选ppt课件2021
超声波焊接的基本概念
精选ppt课件2021
❖ 国外在1960年开始应用超声波焊接技术 ❖ 优点：焊接时间短、焊接强度高、表面无损坏
超声物理基础分解PPT课件
第43页/共65页
• fd=±2vCosθ.f0/c
• fd为频移，v为血流速度，c为软组织 内平均声速（1540m/s），f0为探头
频率，θ为声束与血流方向的夹角。 除v以外全部参数都可测量，以此推 算血流速度。
第44页/共65页
超声多普勒成像
• 彩色血流成像： （1）彩色多普勒血流 成像（Color Doppler flowing imaging,CDFI) （2）彩色多普勒能量 图（Color Doppler energy,CDE）
医学超声仪的不同模式
第36页/共65页
A型（Amplitude modulation）
• A型为波幅调制型，超声波每遇到一个界面 就产生一个回声，该回声在显示器上以波 幅高低反映回声强度大小。
第37页/共65页
B型（Brightness modulation）
• B型为辉度调制型，回波以不同灰阶的光 点显示，光点的强弱反映回波的强弱。声 像图为直观的二维断面图像，是超声仪器 最基本和最重要的模式。
第33页/共65页
• 面阵探头：三维 容积探头，压电 单元排列成一个 面，能够获取更 多数据而形成三 维影像。常用于 胎儿、心脏。
第34页/共65页
超声波图像产生过程
电脉冲信号→探头（逆压电效应、聚焦）→ 声束→人体→回波（反射、散射）→探头 （正压电效应、信号检测电路）→图像显示
第35页/共65页
• 探头接收的声波频率f'与声源频率f存在多普 勒频移Δf（或fd），即Δf=f'-f 。
• 当探头与血流相互靠近时，接收频率f'大于 发射频率f即：Δf>0（正性频移，血流朝向 探头，一般以红色表示） 。
• 当探头与血流相互远离时，接收频率f'小于 发射频率 即： Δf<0（负性频移，血流远离 探头，一般以蓝色表示） 。
• fd=±2vCosθ.f0/c
• fd为频移，v为血流速度，c为软组织 内平均声速（1540m/s），f0为探头
频率，θ为声束与血流方向的夹角。 除v以外全部参数都可测量，以此推 算血流速度。
第44页/共65页
超声多普勒成像
• 彩色血流成像： （1）彩色多普勒血流 成像（Color Doppler flowing imaging,CDFI) （2）彩色多普勒能量 图（Color Doppler energy,CDE）
医学超声仪的不同模式
第36页/共65页
A型（Amplitude modulation）
• A型为波幅调制型，超声波每遇到一个界面 就产生一个回声，该回声在显示器上以波 幅高低反映回声强度大小。
第37页/共65页
B型（Brightness modulation）
• B型为辉度调制型，回波以不同灰阶的光 点显示，光点的强弱反映回波的强弱。声 像图为直观的二维断面图像，是超声仪器 最基本和最重要的模式。
第33页/共65页
• 面阵探头：三维 容积探头，压电 单元排列成一个 面，能够获取更 多数据而形成三 维影像。常用于 胎儿、心脏。
第34页/共65页
超声波图像产生过程
电脉冲信号→探头（逆压电效应、聚焦）→ 声束→人体→回波（反射、散射）→探头 （正压电效应、信号检测电路）→图像显示
第35页/共65页
• 探头接收的声波频率f'与声源频率f存在多普 勒频移Δf（或fd），即Δf=f'-f 。
• 当探头与血流相互靠近时，接收频率f'大于 发射频率f即：Δf>0（正性频移，血流朝向 探头，一般以红色表示） 。
• 当探头与血流相互远离时，接收频率f'小于 发射频率 即： Δf<0（负性频移，血流远离 探头，一般以蓝色表示） 。
超声技术在聚合物形态结构表征及注射成型过程在线检测中应用的基.
2.5 本研究预期目标
本研究在传统的检测手段基础上运用超声波技术检测注射成 型过程。
（1）研究高聚物注塑充模过程的超声行为 对充型，保压和固化行为的影响规律。
（2）实现对注射过程的在线检测。
（3）为注射过程的可视化研究提供理论依 据。
第3节 该课题的创新与特色
创新一 创新二 创新三
利用分散相粒子产生超声散射衰减 表征高分子共混体系的相形态结构。
用超声反映熔融温度、注射压力等 对结晶聚合物固化行为的影响规律。
试图用超声速度和衰减对聚合物的动 态保压过程进行实时监测。
第4节 相关理论知识的介绍
4.1 什么是超声波
超声波是一种弹性波，是频率在20KHz以上的声波，具 有方向性好、穿透力强、易于产生和接收、探头体积小等特 点，主要应用于材料的无损检测、医学诊断等
注射工艺就显得尤为重要。
2.4 国际上对注射成型检测技术的研究及成果
1、Povolo E等利用超声波技术成功的表征注射成形过程中PC、 PMMA、PS等高聚物玻璃化温度。
2、Edwards和Thomas首次尝试了超声技术对聚合物LDPE在 注射过程中链取向程度的在线检测。
将垂直入射的横波直探 头安装在模具上，通过旋转 探头，使横波质点振动与熔 体流动方向呈45°角，则探 头可同时记录横波沿流动方 向和垂直流动方向的声速。 通过改变熔融温度，在线跟 踪了链的取向情况。
5.3.3 超声技术对聚合物共混体系相容性及相形 态结构的研究
5.3.4 超声技术对聚合物取向结构的研究
LOGO
Welcome to the end
超声波在弹性介质中 传播可以有多种模式，如 横波、纵波、表面波等。
4.2 超声波发射接收及显示系统
超声技术.ppt
（1） 空化泡内最大压力
r
Pmax
Pg
Pm
r 1 r1
Pg
Pmax —— 空化泡内最大压力； Pg —— 起始半径时泡内的压力； Pm —— 空化泡在崩溃过程中受到的总压力； r —— 气体的比热比γ值。
超声作用机理——空化理论
（2） 瞬态空化泡崩溃时泡内最高温度Tmax
Tmax
Tmin
H2O → ·H + ·OH
3.超临界水氧化
◎ 当温度和压力分别超过水分子的临界温度374℃和临界压 力22MPa时，水分子处于超临界状态，称为超临界水。
◎ 水的物化性质（粘度、电导率、离子活度积、密度和热 容）在超临界区发生突变，因此具有低的介电常数、高的 扩散性和快的传输能力，具有良好的溶剂化特性。
Pg
瞬间的最高温度(Tmax)
Tmax
Tmin
Pm
r 1
Pg
空化气体的比热比r越大，气体的导热率越大，
则发生瞬态空化产生的Tmax和Pmax也越大，越 有利于超声空化。
气体
空气 N2
γ
（泡内气体 1.4 1.4 热容比）
O2 H2 Ar NH3 CO2 SO2 1.4 1.41 1.67 1.31 1.30 1.29
—— 温度应有一个最佳值
7.声化学反应器类型
（1）超声清洗槽式声化学反应器
分体式
整体式
（1）超声清洗槽式声化学反应器 超声清洗槽式声化学反应器是由一个不锈钢水 槽和若干个固定在水槽底部的超声换能器所组 合。装有反应溶液的容器直接放入清洗槽中接 受超声辐照，所使用的超声频率多在几百kHz。 缺点：这种反应器声强较低，降解有机物的效 果不高
二 反应体系性质的影响