脉冲微细电解加工技术分析

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1、广东工业大学工学硕士学位论文独创性声明秉承学校严谨的学风与优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，不包含本人或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明，并表示了谢意。本学位论文成果是本人在广东工业大学读书期间在导师的指导下取得的，论文成果归广东工业大学所有。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任，特此声明。76指导老师签字：彳渺7劾／N论文作者签字：韩予彳2008年4月15日第一章绪论1．1

2、引言早在1834年，法拉第就发现了金属阳极溶解的基本定律，为电解加工奠定了理论基础。但直到20世纪20年代，Gusseff才提出将金属阳极溶解的原理用于零件制造的设想；而限于当时的技术条件，直到1956年，美国在芝加哥工业博览会上展出第一台电解加工机床，使电解加工在航空航天领域中成为一种主要的加工技术，应用于大零件的成型加工、精加工、去毛刺以及电解铣削加工等。由于电解加工具有工具电极无磨损、无宏观切削力及毛刺、高表面加工质量以及能够加工复杂的形状，而且与材料的硬度无关等优点，近年来已经引起工业界的巨大兴趣，尤其是微细电解加工(EMM：ElectrochemicalMicro—machini

3、ng)技术在微零件、微结构中的应用研究。电解加工是工件阳极溶解以离子方式去除材料的，采用钝性电解液，阳极溶解具有定域性，加工所得到的工件形状几乎就是工具电极的镜象，因此可用于微零件的加工B-2]。小型化、微型化是21世纪产品发展的主要趋势。微小零件、微小装置在半导体工业、生物技术、微电子工业、远程通讯、医疗行业以及航空航天中得到了越来越广泛的应用。目前采用的微细零件加工技术，如LIGA技术等，对设备有很高的要求，成本高昂，只适用于大批量生产【3卅。而另外一些微细零件加工技术，如微细电火花加工技术，多用于微细孔、简单微细型腔等的加工，由于加工过程存在工具损耗，尚未能加工形状较为复杂的零件，而

4、且材料去除多为微团去除，微团平均尺寸较大(最小为微米级)，限制了其向更微细加工方向的发展【51。随着脉冲电源技术的不断发展，出现了纳秒级甚至皮秒级的高频、窄脉宽脉冲电源，大大增强了微细电解加工的定域性，使得加工精度显著提高。而且微细电解加工可以用简单形状的微细工具电极实现对复杂微细零件的铣削式电解加工，将为微细复杂零件的制造提供一个新的途径。广东工业大学工学硕士学位论文1．2微细加工技术的种类及发展近年来，随着越来越多的微细结构出现在工业应用中，微细加工技术的研究也得到越来越广泛的重视，研究范围也涉及到各种现代加工方式。目前，微细加工技术主要包括超精密机械微细加工、LIGA和LIGA—li

5、ke技术、高能束流微细加工技术、微细电火花技术及微细电化学技术等。1．2．1超精密机械微细加工超精密机械加工技术是用机械手段改变材料形状或逐层去除材料，实现精密微细加工，如单晶金刚石刀具的车削与铣削、微细麻花钻的微钻孔技术和精微磨削技术等。超精密机械加工的主要特点在于可实现复杂三维形体的加工，己成功地制作出尺寸10～100岬的微小三维构件。图卜1(a)、(b)为德国Karlsruhe研究中心FZK研究所用微铣削的方法在铜材和不锈钢材上分别加工出宽度小于50岬和i00岬的微槽。日本金泽大学研究了一套微细车削系统，用扫描隧道显微镜上的金刚石探尖作为车刀，在直径为0．3mm的黄铜丝毛坯上加工出直

6、径为lOI_tm的外圆柱面，还加工出直径为120雎m、螺距12．5岬的丝杠。四川大学张明君教授采用金刚石刀具在精密数控车床上加工直径为7岬的紫铜材料微细轴，还加工出长度1501am、内径36．6pm、齿高6．7岬及螺距10眦螺纹，如图1-1(c)所示[6-s]。但该技术的加工效率普遍较低，可达深宽比也较小。(a)(b)(c)图1．1超精密机械加工的微结构微零件Fig．1—1Microstructureandpartmachinedbyultra-precisionmachining1．2．2LIGA禾口LIGA-Iike技术第一章绪论LIGA技术是80年代初由德国Karlsmhe核研究中心

7、发明并取得专利的辐射曝光一种高深宽比微细结构加工技术，它组曝兜光源磐些些坐掩膜-薯冒1墨皇广1翻==皇_兽一1吧腿●■■●■■■■●■■■●■■■■■●■■■■■■■一b基出曲西由扩光刻胶合了光刻、微电铸、微注塑技术，通过辊影亥胃蚀盈匿j王呸三k整叛光刻形成具有特征图案的树脂胶层，将电铸成形圈墨盈匿E；r沉秘金属上面覆盖有树脂胶层的导电材料衬底作玉胶脱膜bS—曼士互』r微结构为微电铸阴极芯模进行金属电化学沉积，然后将金属