微細電化學加工的脈沖電源及加工工藝研究.pdf

1、隨著科學技術(shù)的發(fā)展，機械零件向小型化和精密化方向發(fā)展，各種微細加工技術(shù)被應用到實際生產(chǎn)中。微細加工技術(shù)成為機械加工領域的研究熱點，其中微細電化學加工技術(shù)作為一種特種加工技術(shù)，是微細加工技術(shù)的重要組成部分。微細電化學加工技術(shù)是以離子形式去除多余材料，加工過程中作用力和熱影響小，適合于微細加工。但是由于電化學加工具有雜散腐蝕，在微細加工中一般用來加工二維結(jié)構(gòu)。超短脈沖電化學加工技術(shù)可以減小電化學加工的雜散腐蝕，但是對加工材料、電解液以及加工

2、電源的限制較多。本文針對電化學加工的高頻脈沖電源、微細電極的電化學加工方法、不銹鋼微小結(jié)構(gòu)的加工工藝和電解液進行了研究，并探討半導體硅材料的微細電化學加工方法。
　　微細電化學加工機理是電化學能夠應用于微細加工領域的理論基礎，根據(jù)電化學理論分析了電化學加工的條件、陽極鈍化和陽極蝕除過程。研究了工件表面電化學去除的微觀過程，以及工件材料的成分、晶粒結(jié)構(gòu)、表面鈍化層對材料的蝕除過程和表面質(zhì)量對工件表面質(zhì)量的影響。由于微細電化學加工具有

3、加工間隙小，電解液流動困難的特點，因而流場是影響加工精度和加工穩(wěn)定性的重要因素。針對微細電化學加工特點，對其電場特性和流場特性進行了研究，分析了其對加工精度和加工過程穩(wěn)定性的影響。建立了微細電化學加工的阻抗模型，在此基礎上分析了高頻脈沖電壓、電極尺寸，陽極鈍化對加工定域性的影響。
　　本文對微細電化學加工電源進行了研究，研制出輸出電壓、脈沖寬度和頻率可調(diào)的高頻脈沖電源。電源以單片機作為控制器，CPLD為頻率發(fā)生器，具有脈沖參數(shù)設置

4、，電壓檢測以及串口通訊功能。提出了兩種結(jié)構(gòu)的微細電化學加工電源：斬波式和功率放大式脈沖電源，斬波式脈沖電源具有加工電壓高，輸出電流能力強的特點；而功率放大式脈沖電源能夠輸出脈沖寬度50ns，頻率3MHz的矩形脈沖。分析了兩種脈沖電源的適應范圍和應用場合。研究了脈沖電源脈沖寬度和頻率的影響因素，以及電化學阻抗對輸出電壓波形的影響。設計了加工間隙狀態(tài)檢測電路，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路采集加工間隙的電壓來判斷間隙的狀態(tài)。
　　研究了電化學在線加

5、工微細電極的方法。為了提高電化學加工微細電極的形狀精度，減小安裝誤差對微細電極偏心的影響，研究了電化學車削加工微細電極的方法，建立了電化學車削加工微細電極的尺寸模型。
　　研究了不銹鋼的微細電化學加工工藝，分析了工件材料、電解液、以及流場對加工過程和精度的影響。研究了微小深孔電化學鉆削加工方法，分析了加工過程中電壓、進給速度、流場等因素對加工間隙以及加工過程的影響。采用削邊電極、工件輔助振動、以及電極間歇回退等方法，改善了深小孔加

6、工的間隙流場，減小了深小孔的側(cè)面傾斜度及加工間隙。研究了電化學銑削的工藝，包括電化學側(cè)面銑削、電化學銑削微細槽、電化學平面銑削、以及電化學型腔銑削。
　　針對半導體硅材料的電化學微細加工方法進行了研究，分析了硅的電化學加工特性、硅/電解液界面的等效電路和電容、以及硅的陽極氧化物對硅的電化學加工性能的影響。在鹽酸以及氫氧化鈉溶液中進行了硅的電化學鉆削及銑削加工實驗，結(jié)果表明，氫氧化鈉溶液更適合于硅的電化學微細加工。通過實驗分析了硅的