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

1、微機電系統(tǒng)（MEMS）的發(fā)展，帶動了微細(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，針對電化學(xué)加工對精度和表面質(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，計算機控制技術(shù)的發(fā)展，使采用簡單形狀電極加工復(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、>　　通過對微細(xì)電化學(xué)加工機理的分析，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)加工實驗研究。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。通過對脈沖電化學(xué)加工電場模型、流場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晶粒能否從工件上被去除取決于其脫除能與電場力作用的大?。欢帢O沉積是在放電時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)速度取決于單個脈沖

3、寬度內(nèi)通過的電量，同時還受脈沖電源占空比的影響。分析了雙電層對電化學(xué)加工過程的影響，并且依據(jù)電化學(xué)加工等效電路實際搭接了模擬電路，驗證電化學(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)電極的實驗研究，成功加工出長徑比大于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)孔為切入點進(jìn)行研究；然后提出了電解