“磨到合格为止。”温卿态度坚决。
“我们没有先进设备,就只能用最原始的办法,靠人的双手去弥补机器的不足。”
她环视团队:
“同志们,我知道这个方案很难,很苦,甚至可能失败。但这是我们唯一能走的路。
要么放弃主动热防护,要么就咬牙把这条路走通。”
短暂的沉默后,老陈第一个表态:
“干!材料那边我来负责,扩散焊接的工艺我带队攻关。”
刘大姐接着说:“化学蚀刻我熟悉,掩模设计和蚀刻液配方我来弄。”
小张深吸一口气:“结构设计和夹具制造交给我。磨平面……我组织技术员三班倒,人不歇工不停。”
团队再次凝聚起来。
化学蚀刻的第一道难关是掩模材料。
传统的蚀刻掩模是光刻胶,但梯度材料的表面不是平整的金属,而是陶瓷-金属的渐变结构,光刻胶的附着力不够,蚀刻过程中容易剥离。
刘大姐试验了十几种配方,最后找到了一种特殊的虫胶基耐酸胶。
这种胶在高温下熔化,冷却后能牢固附着在梯度材料表面,而且能抵抗氢氟酸和硝酸的混合蚀刻液。
但新问题来了:如何在这种胶上制作精密的图案?
光刻需要紫外曝光,但虫胶不感光。
刘大姐尝试用机械刻划——用极细的针在胶层上划出图案,但精度不够,刻线宽度误差达到20微米,对于50微米的目标尺寸来说,误差太大了。
温卿提出了一个巧妙的解决方案:“用‘牺牲层’法。”
她在草图上解释:
先在材料表面涂一层薄薄的可溶性材料,在这层上涂光刻胶,曝光显影出图案。
然后用这个图案作为掩模,蚀刻下面的可溶性层,形成硬质掩模。
最后去掉光刻胶,用这个硬质掩模去蚀刻材料。
“可溶性层蚀刻可以用水,不会损伤下面的虫胶。”
温卿说,“而且水蚀刻是各向同性的,我们可以通过控制时间精确控制图案尺寸。”
刘大姐试验了这个方案。
经过三天调试,第一块带有精确图案的掩模板制作成功。
在显微镜下测量,线条宽度误差控制在±2微米内,完全满足要求。
蚀刻液配方是另一个挑战。
梯度材料含有陶瓷相和金属相,需要一种既能蚀刻陶瓷又能蚀刻金属的混合酸液。
但两者的蚀刻速率不同,会导致蚀刻面不平整。
温卿再次介入。
她用精神力感知了蚀刻过程中的材料变化,发现陶瓷和金属的蚀刻机理不同:
陶瓷是化学溶解,金属是电化学腐蚀。
如果能控制蚀刻液的氧化还原电位,就可以调节两者的蚀刻速率比。
她设计了一个简单的电位控制装置:
在蚀刻槽中加入参比电极和辅助电极,通过调节电压,实时控制蚀刻液的电位。
经过几十次试验,找到了一个最佳电位范围,在这个范围内,陶瓷和金属的蚀刻速率基本一致。
第一块蚀刻样品出来时,所有人都围在显微镜前。
材料表面出现了一排排整齐的浅槽,槽宽02毫米,深度015毫米,槽壁垂直,底部平整。
“成功了!”刘大姐激动得声音发颤。
但这只是第一步。
单层浅槽还需要键合成三维通道网络。
扩散焊接的攻关更加艰难。
老陈的团队在真空炉里反复试验。
梯度材料由不同成分的粉末烧结而成,内部有微小的孔隙,这些孔隙在高温下会成为扩散焊接的障碍——
原子扩散需要连续的路程,孔隙会阻断扩散路径。
最初的十几次试验全部失败。
要么焊接强度不够,一掰就开;要么焊接过程中材料变形,破坏了表面的微通道结构。
温卿仔细分析了失败样品的断面。
在电子显微镜下,她看到焊接界面上有一些微小的氧化物颗粒。
“问题在这里。”
她指着那些白点,“材料表面有微量氧化,高温下氧化物阻碍原子扩散。
必须在焊接前彻底清洁表面,并且在焊接过程中保持高真空或还原性气氛。”
老陈改进了工艺:
先用氩离子轰击清洁表面,然后在真空炉中通入微量氢气作为还原剂。
氢气在高温下能还原表面的氧化物,而且氢原子很小,能促进其他原子的扩散。
同时,温卿设计了一套特殊的焊接夹具。
不是简单的上下压板,而是由几十个独立的小压头组成的阵列。
每个压头可以单独调节压力,这样在压制多层材料时,可以补偿各层厚度微小的不均匀,保证整体平整度。
这个夹具的加工又是一个难题。小
张组织技术员,用最老式的手摇铣床,配合千分表,一点点铣削、研磨。
一个压头的加工就需要八小时,几十个压头就是几百个工时。
但没有人抱怨。
技术员们分成三班,二十四小时不停。
机床的轰鸣声在车间里持续了整整一周。
当最后一个压头加工完成时,负责的技术员小赵直接瘫坐在椅子上,手都在抖——那是长时间精细操作导致的肌肉痉挛。
但看到那套精密如钟表零件的夹具时,所有人都觉得值了。
新工艺第一次试验:
五层蚀刻好的材料片,表面清洁后叠放在夹具中,放入真空炉。
出炉时,所有人都屏住呼吸。
老陈小心地取出样品。
五层材料已经焊成一个整体,外观平整,没有翘曲变形。
他用刀片试图撬开层间,纹丝不动。
切片检查。
在显微镜下,层与层之间的界面几乎消失,只有一条隐约的痕迹。
微通道完整保留,从顶层到底层,形成了一个完整的三维网络。
“成功了……”老陈喃喃道,眼眶湿润。
这是团队连续工作两个月的成果。