基于電化學(xué)放電加工工藝的玻璃微細加工研究.pdf

1、近幾十年來，人類社會取得了飛速的發(fā)展，特別是微機電系統(tǒng)（MEMS）的興起，更是為科技社會的進步增添了強大的動力。以玻璃為代表的非導(dǎo)電硬脆材料在MEMS領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用，但是由于它們的硬脆特性，使得很難對其進行微細加工。電化學(xué)放電加工（ECDM）已被證實是一種對于玻璃等非導(dǎo)電硬脆材料的微細加工具有很好前景的特種加工工藝，它具有加工效率相對較高、裝置簡單、成本低、加工柔性好等特點。本文首先探討了電化學(xué)放電加工機理，而后基于火花放電

2、效應(yīng)搭建了試驗平臺，并分別對玻璃的微孔加工、微槽加工以及三維微細結(jié)構(gòu)的加工進行了試驗研究。其主要研究內(nèi)容如下：
　　1.研究了電化學(xué)放電加工機理，重點對電化學(xué)放電加工過程中氣層的形成以及材料的去除進行了探討。將氣層的演變過程概括為三部分，包括氣泡的生成、氣泡的溢出以及穩(wěn)定氣層的形成，并結(jié)合前人的研究經(jīng)驗，分別進行了理論分析。對材料的去除機理進行探討，主要從熱蝕去除材料以及化學(xué)腐蝕去除材料兩方面進行討論；對材料的熱蝕去除建立了火花放

3、電作用下的溫度分布模型，并由此分析了電化學(xué)放電加工過程中的熱傳遞過程以及實現(xiàn)材料熱蝕去除所需的最低溫度。
　　2.研究了電化學(xué)放電特性。分析了在不同參數(shù)條件下，產(chǎn)生電化學(xué)放電效應(yīng)的臨界電壓，其中包括采用不同類型和濃度的電解液、采用不同直徑的工具電極、將電極設(shè)置不同的轉(zhuǎn)速以及設(shè)置不同的電源頻率和占空比。試驗結(jié)果表明，除了電極轉(zhuǎn)速變化以外，其他參數(shù)的改變對臨界電壓都有較大的影響。另外，還通過對電流信號的采集，分析了電化學(xué)放電氣層形成時

4、間以及火花放電時的平均電流隨脈沖電壓的變化關(guān)系。
　　3.進行了電化學(xué)放電微孔加工試驗。通過試驗對比，分析了在電化學(xué)放電微孔加工過程中，脈沖電源電壓和頻率的變化對微孔加工效果的影響，如加工效率、孔極限加工深度、孔入口直徑以及孔入口表面形貌等。試驗結(jié)果表明，選取較高電源電壓或者較低的電源頻率，能夠明顯提高加工效率和增大微孔極限加工深度，但是同時也會帶來微孔入口直徑的增大以及微孔入口處表面質(zhì)量較差的缺陷。在本試驗條件下，選取電源電壓和

5、電源頻率分別為21V和600Hz進行加工，可以獲得較為理想的微孔。
　　4.進行了電化學(xué)放電微槽及三維微細結(jié)構(gòu)的加工試驗。探討了電化學(xué)放電加工所得微槽的粗糙度隨外部參數(shù)變化的情況。其中主要包括脈沖電源電壓和頻率的變化、加工過程中進給速度的變化以及工具電極轉(zhuǎn)速的變化等。結(jié)果表明，粗糙度隨電源電壓的升高而增大，但隨著電源頻率和進給速率的增大而減小，而電極轉(zhuǎn)速的變化對微槽表面粗糙度值沒有太大的影響。最后選用合理的加工參數(shù)，并采用逐層加工