可加工陶瓷喷嘴的微钻孔分析（材料：Macor）

上篇文章可加工陶瓷喷嘴的微钻孔分析（七）

   MACOR是有康宁公司生产的可加工陶瓷，  Macor 基板的逐步钻孔策略用于制造用于扫描探针仪器的细尖喷嘴，包括称为扫描液滴系统 (SDS) 或扫描液滴单元 (SDC) 的扫描电化学工作站 M370 模块。 SDS 系统限制了一个与样品表面接触的液体微池，以便在液滴与样品接触的有限空间区域内测量电化学 (EChem) 和腐蚀反应。通过将电化学限制在一个小区域内，可以通过恒电位或恒电流控制在同一区域研究表面 EChem 特性。在表面的 X-Y 光栅扫描上重复该过程可以构建表面 EChem 属性的图像。

    通常，感兴趣的一般领域，例如表面涂层（缺陷/均匀性）以及腐蚀和抑制是 SDS 的目标。以及提高解析能力的普遍愿望；有兴趣提高分辨率，以便可以对单个金属晶粒/晶粒边界进行研究。虽然这可以通过拉毛毛细管实现，但它们很脆弱，需要热或激光移液器拉动设备；找到一种强大、易于使用、可重复使用且相对便宜的替代方案是一个理想的目标。

    SDS 在分辨率方面的性能与与样品接触的液滴尺寸直接相关，而这又与喷嘴尺寸直接相关。本文中进行的研究设法实现了更小的细尖喷嘴尺寸。最初的 SDS 喷嘴由 PTFE 制成，因此从相对容易加工的材料中获得了高耐化学性。虽然这种结构很容易让溶液流入和流出 SDS 头，但这里选择的材料是玻璃，因为我们不仅需要其惰性和绝缘性、广泛的耐化学性，而且我们还需要更宽的温度范围及其坚固的结构。

    制造总尖端直径为 192 μm 的细尖端 SDS 喷嘴显着提高了分辨率能力，尖端直径减小了 5 倍以上（表面积减小了 25 倍以上），成像能力同样增强。图 10 显示了原始 SDS 头、新 Macor 细尖喷嘴和 100 μm 孔的 SEM 图像。 

图 10. Uniscan M370 扫描液滴系统与当前的 SDS 头组件和新的 Macor 细尖喷嘴。 

结论
    本文提出了一种名为主轴峰值频率 (SPF) 的新方法来确定微钻孔参数，以实现高钻孔纵横比。结果表明，SPF 方法可以使直径为 100 μm 的微型钻头获得更高的孔纵横比。

    已获得具有应变率相关粘塑性材料模型的各向同性热弹塑性材料模型的材料常数，并将其应用到正交切削的有限元模型中。结果表明，Macor 的切割机制是通过微裂纹的萌生和扩展来实现的。

    已经在扫描液滴系统的 Macor 喷嘴上成功制作了直径为 100 μm 和纵横比为 10 的孔，扫描液滴系统的横向分辨率提高了约 5 倍。

    对不同材料和切削操作（包括车削和铣削）的 SPF 方法的更多验证是未来研究的主题。

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