采用注射成型与气压烧结结合的工艺，可以低成本、大批量制备出体积小、精度高的陶瓷异形件。本文以低密度聚乙烯(LDPE)和乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)为黏结剂，在注射温度165 ℃、注射压力85 MPa的条件下制备氮化硅坯体，通过热脱脂工艺和烧结动力学测试，得到了完整的氮化硅注射成型工艺路线，并研究了喂料固含量对坯体密度、烧结密度和维氏硬度的影响，以及喂料在140~160 ℃时的非牛顿指数变化。结果表明：喂料的最佳固含量为52.42%(体积分数)，该条件下制备的氮化硅注射坯体密度为2.10 g/cm3，烧结密度为3.23 g/cm3，维氏硬度为（15.24±0.34） GPa；喂料在160 ℃时的非牛顿指数最小，即在该温度下喂料的流变性最好。

为了研究表面微结构成型质量的影响因素, 设计并制备了3种深宽比的微正四棱柱结构, 并对聚合物材料、微结构深宽比、脱模工艺参数、镍模芯表面抗黏处理等影响因素进行注射成型脱模实验研究。首先, 采用PP, COC, PMMA等材料研究了获得目标深宽比微结构的难易程度。以PP材料为例分析了在3种深宽比下的脱模成型质量, 分别从保压压力、脱模温度两方面讨论对脱模变形的影响。最后, 分析比较镍模芯经过抗黏处理前后成型的微结构形貌尺寸。PP能够顺利获得近似目标深宽比的微结构, COC脱模后微结构发生折断变形, 高度平均只有17.0 μm左右, PMMA成型后微结构也发生断裂且黏附在模芯微孔中。脱模变形随着深宽比的增加而趋于严重, 且当深宽比较大时, 微结构易发生倾斜变形。提高保压压力, 微结构平均高度从约25.0 μm增加到约87.0 μm, 但当保压压力过高时微结构出现翘曲变形; 随着脱模温度的升高, 保留完整的微棱柱比例分别为55%, 60%, 30%, 10%。镍模芯经过抗黏处理后所成型微结构的尺寸更加接近目标值。COC由于本身断裂伸长率较小而具有较大的脆性, 而PMMA本身的表面能较大则具有较强的黏附性。深宽比增加使得脱模时微结构顶部黏附力与后期摩擦力均会增加。合理增加保压压力、降低脱模温度与镍模芯经过抗黏处理均能有效提高脱模成型质量, 但过高的保压压力会造成微结构内应力增加, 产生翘曲。

以不同形貌和深宽比的阳极氧化铝(AAO)模板为模芯, 采用注射成型方法制备了纳米结构, 分析了纳注射成型的模具温度、制件的疏水特性和模芯的使用寿命。首先, 通过对比3种AAO模板的结构特征和深宽比, 研究了不同模具温度下纳米结构的复制质量。然后, 针对纳米阵列结构的疏水特性, 分析几何结构特征与模具温度对制件静态接触角的影响, 探索PC制件不同成型区域内的疏水性能。最后, 对AAO模板的宏/微观质量和使用寿命进行了分析。研究结果表明: 模具温度对纳米结构复制质量影响显著, 且主要体现在纳米结构的成型高度上;纳注射成型制件不同区域内的疏水特性略有差异, 最大静态接触角可达108.2°, 比平板制件提高了31.5%;500余次的注射成型后, 低深宽比的AAO模板整体质量良好, 而高深宽比的模板缺陷明显, 使用寿命有限。

建立了基于分子动力学的聚合物粗粒化模型,用于从介观尺度分析聚合物在微纳通道内的流动状态。首先，采用Materials Studio软件构建了全同异构的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)全原子模型，并基于该模型建立了不同映射中心的粗粒化初始模型。对全原子模型进行结构优化和动力学分析，获得了体系的势能统计规律，并采用高斯拟合函数与玻尔兹曼变换方程得到粗粒化力场的初始参数。随后，根据键伸缩势、键弯曲势、非键结势等各项势能的相对强度和相互影响关系，依次迭代并修正力场解析式，获得优化后的粗粒化模型。最后，统计了粗粒化模型中的均方末端距和均方回转半径等静态特性，并与全原子模拟进行对比验证，结果显示二者之间的相对偏差分别为0.68%和6.6%。研究结果表明，映射中心的选取对模型参数有较大影响；优化后的粗粒化模型能很好地吻合全原子模拟下的统计规律，能用于分析和解释纳注射成型中的流动传质问题。

针对注射成型的微流控芯片具有微沟槽深度成型质量好，宽度成型质量较差，而且各处微沟槽的宽度成型质量不均衡的特点，利用Matlab软件的图像处理工具箱开发了微流控芯片微沟槽显微平面图片的图像处理系统，实现了利用常用的光学显微镜对微沟槽的成型质量进行无损检测。引入人工干涉来进行高效图像去噪处理。根据提取的微结构轮廓点进行了微沟槽轮廓的曲线拟合，测量了微沟槽的开口宽度和底部宽度。对由微流控芯片微沟槽显微平面图片所得到的测量结果与由对微流控芯片进行切片检测所得到的测量结果进行比较，结果显示，两种方法得到的微沟槽开口宽度相差约4%，槽底部宽度相差约3%，说明微沟槽显微平面图片的测量结果能够满足注射成型工艺研究中微流控芯片微结构成型质量检测的要求。

为研究不同工艺参数对微结构零件复制度的影响,将成型质量作为微结构零件复制度的初步量化衡量指标,研究了不同工艺参数下微结构零件的成型质量.建立了简化的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微圆柱阵列注射成型实验模型,运用单因素实验方法实验研究了注射成型工艺参数对微结构零件成型质量的影响规律.实验结果表明,成型工艺参数对微结构零件成型质量的影响顺序为:保压压力＞熔体温度＞模具温度＞保压时间＞注射时间,增加保压压力,制品质量约增加1%,但浇注系统质量变化幅度不到0.2%,表明在浇口尚未封闭的情况下,增加熔体温度和模具温度能使保压压力更有效地通过浇注系统传递到微型腔,从而增加制品质量;影像测量观测结果表明,成型质量大的制品,微结构的填充要好于质量轻的制品,微结构零件复制度与成型质量存在对应关系.对于具有广泛应用前景的精细微结构零件--微透镜阵列而言,制品质量可初步评价微结构零件的复制度;研究各工艺参数对制品质量的影响规律对提高微结构零件的复制度有重要意义.

自由曲面光学透镜注射成型误差对其光学性能将产生直接影响。注射成型过程中，注射工艺参数组合的优劣，直接影响成型误差的大小。为了获得高精密度的光学元件，就热塑性塑料的注射温度、模具温度、注射压力、保压压力及保压时间等主要工艺参数，对注射成型误差的影响进行综合研究，并且进行了实验验证。研究结果表明：适当提高注射温度与模具温度，同时采用高压注射、高压保压以及快速保压工艺，可显著降低注塑工件的体积收缩率，显著提高面形精密度，其光学表面面形误差小于0．1μm。可为注射工艺设计提供合理的依据。

为研究不同的工艺参数对微结构阵列导光板翘曲变形的影响,以微结构阵列导光板的翘曲量为质量目标,利用MoldFlow MPI5,仿真研究了不同工艺参数下,尺寸规格为11 mm×3 mm×0.8 mm导光板的翘曲变形.采用正交实验法找出影响微结构阵列导光板翘曲变形最小参数组合,然后采用单因素法仿真研究不同工艺参数对微结构阵列导光板翘曲变形的影响.结果表明,保压压力对微结构阵列导光板翘曲变形的贡献率最大(60.19%),其次是注射时间(13.13%),成型工艺参数对微结构阵列导光板翘曲量的影响顺序为:保压压力》注射时间》保压时间》熔体温度》冷却时间.结果表明,在微结构阵列导光板注射成型阶段,就应考虑不同工艺参数对微结构导光板注射成型翘曲变形的影响,并优先考虑保压压力的设置,以减少微结构阵列导光板微注射成型的翘曲量.