一种微小部件机械联接方法技术

本发明专利技术涉及微小部件机械联接或紧固方法，根据待联接或紧固部件的具体尺寸选取非晶态合金销，利用非晶态合金在过冷液相区的流变行为，使合金变形嵌入待联接或紧固部件上的卡槽中，完成部件间的联接或紧固，包括如下步骤：（１）装卡待联接或紧固部件，并开始加热；（２）在工作区内温度稳定后，将非晶态合金销移至工作区内待联接或紧固部件之间，继续加热至温度波动消失；（３）驱动待联接或紧固部件接触非晶态合金销，使非晶态合金销变形嵌入待联接或紧固部件上的卡槽中，完成部件间的联接或紧固。本发明专利技术实现ＭＥＭＳ系统精细部件联接与紧固，控制精度可达到亚微米级，联接强度高，联接基材范围广泛，定位时间短，接合面不需特别清理，操作简单、高效。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微细固体的联接技术，具体地说是，特别适用于微电子机械系统(MEMS，Micro electro mechanical system)精细部件的联接与紧固。
技术介绍
对于两固体联接，传统的方法包括螺栓连接、铆钉联接、销、键及花键联接、粘接和焊接等。联接器件必须对工作环境及物理接触(如压力、传热)等具有较强的承受能力，从而确保系统的可靠性。在保证可靠性的前提下，低廉的成本、简单的实现方法、方便的维护或替换是预期的理想目标。传统的不同种类联接方法的工作原理，使得各类缺陷不可避免地出现螺栓连接、铆钉联接和销、键及花键联接将极大地改变被联接物体原有的外形并严重破坏其同有表面，联接强度低；粘接定位时间长，由于粘接剂的化学特性将会受到外在环境如温度、湿度、气体、液体、光线的影响，难以确保联接的稳定与可靠；焊接联接基材范围窄，由于化学冶金作用改变了被联接固体的内在质量，且要求接合面进行清理。更为关键的是，传统固体联接方法难以被应用于微细结构。由于非晶态合金的强度、韧性和耐磨性明显高于普通钢铁材料，用非晶态材料和其它材料可以制备成复合材料，也可以单独制成耐磨器件，这引起了人们的极大关注。时至今日，在日常生活中可接触的非晶态材料已经很多，如采用非晶态合金制备的高耐磨音频视频磁头在高档录音、录相机中广泛应用；而应用非晶态合金磨削加工的耐磨轴承体也已经面市。然而，利用非晶态合金在过冷液相区的粘性流变行为，实现MEMS系统精细部件联接与紧固的方法尚未见报道。
技术实现思路
为了克服现有固体机械联接技术中联接强度低，联接基材范围窄，定位时间长，接合面需要清理的不足，本专利技术的目的是提供一种利用非晶态合金在过冷液相区的粘性流变行为，应用非晶态合金销实现MEMS系统精细部件联接与紧同的方法。本专利技术技术方案如下，根据待联接(紧固)部件的具体尺寸，选取适当尺寸的非晶态合金销，利用非晶态合金在过冷液相区的流变行为，使合金变形嵌入待联接(紧固)部件上的卡槽中，完成部件间的联接(紧同)，包括如下步骤(1)装卡待联接(紧固)部件，并开始加热，加热温度在Tg～Tx之间(Tg和Tx分别为所选非晶态合金的玻璃转化温度和晶化开始温度)，以保证非晶态合金在过冷液相区内实现粘性流变成形；(2)在工作区内温度稳定后，将非晶态合金销移至工作区内待联接(紧固)部件之间，继续加热至温度波动消失，稳定在Tg～Tx之间，并调节待联接(紧固)部件与非晶态合金销的距离；(3)驱动待联接(紧固)部件接触非晶态合金销，控制成形应变速率在1×10-2～1×10-4s-1之间，使非晶态合金销变形嵌入待联接(紧固)部件上的卡槽中，非晶态合金销变形后填充于卡槽，与卡槽形状相应，完成部件间的联接(紧固)；(4)联接(紧固)结束后，卸载并取出联接(紧固)结构自然冷却，避免非晶态合金销晶化。所述非晶态合金销为圆柱形，卡槽为圆台形状的槽，其上底面位于待联接或紧固部件相对的表面，其下底面位于待联接或紧固部件内部。装配时，非晶态合金销横截面与上底面之间的间隙范围为1～5μm。所述非晶态合金销为棱柱形，卡槽为与非晶态合金销棱数相等的棱台形状的槽，其上底面位于待联接或紧固部件相对的表面，其下底面位于待联接或紧固部件内部。装配时，非晶态合金销横截面与上底面之间的间隙范围为1～5μm。所述非晶态合金指Mg基、La基、Nd基、Pr基或Ce基非晶态合金。本专利技术所述的微小部件是指MEMS系统精细部件，如MEMS系统中的一些梁、轴、基座等精细零部件。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点1、本专利技术联接方法可以实现MEMS系统精细部件联接与紧固，联接强度高，联接基材范围广泛，定位时间短，接合面不需特别清理。2、本专利技术应用非晶态合金在过冷液相区的粘性流变特性，实现MEMS系统精细部件联接与紧固，控制精度可达到亚微米级。3、本专利技术应用非晶态合金优异的耐磨性能，保证微细联接与紧固结构的稳定与可靠。4、本专利技术加热温度在180～210℃之间，对联接基材热影响小，所需要的力仅为5～20MPa，对待联接(紧固)部件没有破坏。5、本专利技术应用待联接(紧固)件卡槽定位，且不需接合面清理，操作简单、高效。附图说明图1是本专利技术的联接方法的原理图。图2是本专利技术一个联接实例的结构示意图。图3是本专利技术一个紧固实例的结构示意图。图中，1待联接(紧固)部件；2非晶态合金销；3待联接(紧固)部件。具体实施例方式实施例1下面结合图1、图2具体说明本实施方式。本专利技术联接方法包括如下步骤(参见图1)；(1)根据待联接部件1和3的卡槽尺寸，选择Φ0.05×0.08mm的Mg60Cu30Y10非晶态合金销2，卡槽为圆台形状的槽，其上底面位于待联接部件相对的表面，其下底面位于待联接部件内部；装配时，非晶态合金销横截面与上底面之间的间隙为5μm。(2)装卡待联接部件1和3，并开始加热工作区，加热温度在190～210℃之间(本实施例以200℃为例)。(3)在工作区内温度稳定后，将非晶态合金销2移至工作区内待联接部件1和3之间，继续加热至温度波动消失，稳定在190～210℃之间，并调节待联接部件1和3与非晶态合金销2的距离。(4)驱动待联接部件1和3接触非晶态合金销2，控制成形应变速率在1×10-2～1×10-3s-1之间，使非晶态合金销2变形嵌入待联接部件1和3上的卡槽中，完成部件间的联接。(5)联接结束后，卸载并取出联接结构自然冷却，避免非晶态合金销2晶化。其联接结果变形后的非晶态合金销完全嵌入待联接部件的卡槽中，联接可靠，并保证该联接结构具有一个旋转自由度，可以绕非晶态合金销轴线灵活旋转。实施例2下面结合图1、图3具体说明本实施方式。本专利技术联接方法包括如下步骤(参见图1)；(1)根据待紧固部件1和3的卡槽尺寸，选择0.05(长)×0.05(宽)×0.08(高)mm的Mg65Cu25Y10非晶态合金销2，卡槽为与非晶态合金销棱数相等的棱台形状的槽，其上底面位于待紧固部件相对的表面，其下底面位于待紧固部件内部；非晶态合金销横截面与上底面之间的间隙为1μm。(2)装卡待紧固部件1和3，并开始加热工作区，加热温度在180～200℃之间(本实施例以190℃为例)。(3)在工作区内温度稳定后，将非晶态合金销2移至工作区内待紧固部件1和3之间，继续加热至温度波动消失，稳定在180～200℃之间，并调节待紧固部件1和3与非晶态合金销2的距离。(4)驱动待紧固部件1和3接触非晶态合金销2，控制成形应变速率在1×10-3～1×10-4s-1之间，使非晶态合金销2变形嵌入待联接部件1和3上的卡槽中，完成部件间的紧固。(5)紧固结束后，卸载并取出紧固结构自然冷却，避免非晶态合金销2晶化。其紧固结果变形后的非晶态合金销完全嵌入待紧固部件的卡槽中，紧固可靠，并保证该紧固结构无自由度。权利要求1.，其特征在于根据待联接或紧固部件的具体尺寸选取非晶态合金销，利用非晶态合金在过冷液相区的流变行为，使合金变形嵌入待联接或紧固部件上的卡槽中，完成部件间的联接或紧固，包括如下步骤(1)装卡待联接或紧固部件，并开始加热，加热温度在Tg～Tx之间，Tg和Tx分别为所选非晶态合金的玻璃转化温度和晶化开始温度，以保证非晶态合金在过冷液相区内实现粘性流变成形；(2)在工作区内温度稳定后，将非本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微小部件机械联接或紧固方法，其特征在于根据待联接或紧固部件的具体尺寸选取非晶态合金销，利用非晶态合金在过冷液相区的流变行为，使合金变形嵌入待联接或紧固部件上的卡槽中，完成部件间的联接或紧固，包括如下步骤：（１）装卡待联接或紧固部件，并开始加热，加热温度在Ｔｇ～Ｔｘ之间，Ｔｇ和Ｔｘ分别为所选非晶态合金的玻璃转化温度和晶化开始温度，以保证非晶态合金在过冷液相区内实现粘性流变成形；（２）在工作区内温度稳定后，将非晶态合金销移至工作区内待联接或紧固部件之间，继续加热至温度波动消失，稳定在Ｔｇ～Ｔｘ之间，并调节待联接或紧固部件与非晶态合金销的距离；（３）驱动待联接或紧固部件接触非晶态合金销，控制成形应变速率在１×１０↑［－２］～１×１０↑［－４］ｓ↑［－１］之间，使非晶态合金销变形嵌入待联接或紧固部件上的卡槽中，完成部件间的联接或紧固；（４）联接或紧固结束后，卸载并取出联接或紧固结构自然冷却。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：程明，约翰沃特，张士宏，王瑞雪，王忠堂，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：89[中国|沈阳]