脈沖電化學(xué)微細(xì)加工關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）的發(fā)展，帶動(dòng)了微細(xì)加工技術(shù)的發(fā)展。電化學(xué)加工是利用金屬材料發(fā)生氧化還原的電化學(xué)過程來去除材料和增加材料的，由于加工過程是以離子單位方式進(jìn)行的，所以在微細(xì)加工中占有重要的位置。隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展，針對(duì)電化學(xué)加工對(duì)精度和表面質(zhì)量的要求，逐漸采用脈沖電源替代直流電源，而且脈沖電源的頻率也在不斷提高。另外，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，使采用簡(jiǎn)單形狀電極加工復(fù)雜結(jié)構(gòu)的工件成為可能，使電化學(xué)加工技術(shù)有了廣闊的應(yīng)用前景。

2、>　　通過對(duì)微細(xì)電化學(xué)加工機(jī)理的分析，探討了脈沖電化學(xué)微細(xì)加工中的關(guān)鍵技術(shù)，進(jìn)而進(jìn)行了微細(xì)電化學(xué)加工實(shí)驗(yàn)研究。首先，從原理上分析和研究了電化學(xué)加工中陽極溶解和陰極沉積的加工過程。通過對(duì)脈沖電化學(xué)加工電場(chǎng)模型、流場(chǎng)特性和加工速度的分析，從微觀角度解釋陽極溶解的過程中單個(gè)晶粒能否從工件上被去除取決于其脫除能與電場(chǎng)力作用的大??；而陰極沉積是在放電時(shí)所需活化能最低的位置進(jìn)行。在達(dá)到金屬分解電壓或沉積電壓后，溶解或沉積的電極反應(yīng)速度取決于單個(gè)脈沖

3、寬度內(nèi)通過的電量，同時(shí)還受脈沖電源占空比的影響。分析了雙電層對(duì)電化學(xué)加工過程的影響，并且依據(jù)電化學(xué)加工等效電路實(shí)際搭接了模擬電路，驗(yàn)證電化學(xué)加工模型的正確性。
　　根據(jù)脈沖電化學(xué)微細(xì)加工工藝的需要，研制了納秒級(jí)的脈沖電源。該電源以CPLD為核心，以MOSFET為主開關(guān)管，用脈寬調(diào)節(jié)和頻率調(diào)節(jié)相結(jié)合的方法，使輸出電壓、電流和電源頻率連續(xù)可調(diào)。根據(jù)脈沖電化學(xué)加工的電場(chǎng)模型，分析了維持電壓產(chǎn)生的原因及影響因素，維持電壓不受脈沖頻率和占空

4、比影響，而只與電解液性質(zhì)、加工間隙和加工電壓有關(guān)，且其大小是這三者共同作用的結(jié)果。由于這種非準(zhǔn)確的波形增大了平均加工電壓，影響工件的表面質(zhì)量和加工精度。因此，采用雙路場(chǎng)效應(yīng)管研制了新型脈沖電源，使其輸出特性更能符合脈沖電化學(xué)微細(xì)加工的需要。
　　研究了脈沖電化學(xué)微細(xì)加工工具電極的制作方法。首先研究了電火花方法加工微細(xì)電極，然后以堿性水溶液加工鎢電極為例，分析了電解加工電極的機(jī)理，以及影響微細(xì)電極形狀和表面質(zhì)量的主要因素。并分別在酸

5、、堿、鹽電解液中進(jìn)行電解加工微細(xì)電極的實(shí)驗(yàn)研究，成功加工出長(zhǎng)徑比大于100，錐度小于0.2的微細(xì)電極，可以穩(wěn)定加工出直徑5μm左右的微細(xì)電極。另外利用鎢材料的特性，可以在堿性溶液中加工出尖端半徑為納米尺度的掃描探針，最小半徑達(dá)到50nm。最后，比較了電火花方法和電化學(xué)方法加工微細(xì)電極的一些特性，體現(xiàn)了電化學(xué)方法加工微細(xì)電極的優(yōu)越性。
　　系統(tǒng)地研究了脈沖電化學(xué)微細(xì)加工的關(guān)鍵技術(shù)。首先以電解加工微細(xì)孔為切入點(diǎn)進(jìn)行研究；然后提出了電解