论文部分内容阅读
压电喷墨技术是未来高精度打印的主要发展方向,作为压电喷墨技术核心的压电喷头在图文印刷、印制电路板、3D打印等工业制造领域的应用也越来越广泛。然而由于起步晚、工艺复杂等诸多方面的原因,国内尚无具有自主知识产权的压电喷头。本文针对功能材料薄膜在一种自主研发压电喷头中的应用进行了研究。本文首先介绍了压电喷头的结构、工作原理,阐述了薄膜残余应力的测量方法及其理论模型,对薄膜与基底结合强度的测量的十字切割法、划痕法和垂直拉伸法及其理论进行了探讨。根据压电喷头振动板的性能要求,选择SiO2/SiNx复合薄膜作为振动板,并通过模拟方法得到复合薄膜层中Si02层与SiNx层的最佳厚度比例。采用基底曲率法分别对Si02层和SiNx层的残余应力进行测量。通过改变PECVD沉积SiNx薄膜的工艺参数,将SiO2/SiNx复合薄膜振动板的整体应力降至最小基于压电喷头的防护要求,先后选用PZT、SiNx、BN303光刻胶和Parylene对压电喷头进行防护,并对其防护效果进行了实验研究,结果发现PZT、SiNx和BN303光刻胶均不能对压电喷头进行有效防护,最终选取Parylene作为压电喷头的保护层。采用实验方法验证Parylene作为压电喷头防护层的可行性问题,研究结果表明：Parylene的台阶覆盖性能强,具有很好的耐腐蚀性能和耐热性能,并能采用氧等离子体刻蚀的方法进行图形化,与压电喷头的制备工艺具有很好的兼容性。针对Parylene与基底结合强度不足的问题,采用不同方式对基底进行预处理,利用垂直拉伸法测量Parylene与基底的结合强度,得到采用硅烷偶联剂(KH570)预处理基底可以显著提高Parylene与基底的结合强度。为了确定Parylene C保护层的沉积厚度,分别采用模拟和实验的方法对其进行了优化分析,得到Parylene C保护层的沉积厚度在450 nm至1μm之间为宜。以ParyleneC的相对介电常数的变化为指标,对Parylene C保护层在墨水中的老化性能进行研究,发现在短期内墨水对Parylene C薄膜的性能影响不大。最后通过对所制备的压电喷头进行墨滴喷射观察,验证了Parylene C薄膜材料能够对压电喷头进行有效防护。