高深宽比微细结构电铸时传质过程数值分析.pdfVIP

学兔兔 第44卷第 8期 机 械 工 程 学 报 vo1．44No．8 2008年 8月 CHINESEJOURNALOFMECHANICALENGINEERING Aug． 2008 DoI：10．3901／JM E．2008．08．195 高深宽比微细结构 电铸时传质过程数值分析木 明平美 2 朱 荻2 胡洋洋2 曾永彬2 (1．河南理工大学机械与动力工程学院 焦作 454000； 2．南京航空航天大学机电工程学院 南京 210016) 摘要：针对高深宽比微细结构电铸时存在严重传质受限的问题，以微深槽特征为分析对象建立液相传质两种数学模型——维 扩散模型和二维对流～扩散模型，并分别用Matlab专用工具箱和Fluent6．2流体仿真软件进行数值求解，依次分析以扩散、 强制对流一扩散、复合对流(强制对流和 自然对流)一扩散等为主导传质模式作用下微细电铸时，流场和离子浓度场的空间变 化规律及其对液相传质效果的影响，并进行试验验证。结果表明：微细结构电铸时，单一扩散作用仅能用于深宽LLd,于2且 电流密度小于 2A／dm 的液相传质场合；槽外强制对流只能对深宽比小于 2的微槽 内电解液产生一定搅拌作用；强化槽 内自 然对流作用并与槽外强制对流协同配合时，槽(深宽比为 5)内可形成独特的单个或多个 占据整个槽空间的涡流循环胞，涡流 流速约为强制对流流速的 1／20 1／2，明显改善传质效果，试验结果与此相 印证 。 关键词：微细电铸 对流一扩散传质 高深宽比 微细结构 中图分类号：TG662 NumericaUAnalysisonM assTransportinM icroElectroformingofM icro StructureswithHigh-—aspect-r·atio MNIGPingmei- ZHUDi HU Yangyang2 ZENGYongbin (1．SchoolofMechanicalandPowerEngineering，HenanPolytechnicUniversity，Jiaozuo454000； 2．CollegeofMechanicalandElectricalEngineering，NanjingUniversiyt ofAeronauticsandAsrtonautics，Nanjing210016) Abstract：Aimingattheproblemofmass—transportlimitationintheelecrtoformingofmicrostmctureswithhigh—aspect—ratio(HAR)，two kindsofnumerica1modelsofmass—transportf1一Ddiffusionmode1nad2一Ddiffusion—convectionmode1)aredeveloped．Distributionofflow field andion．concenWationfield insidethemicro．rtench nadhteireffectonmasstransport efficiency governedby diffusion．forced convection-diffusion，nadcomplexconvection(forcedconvectionnadnatu