微细加工技术在国内外发展趋势的研究

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。 线电极电火花
（ 3%*# I’#$+*%$&’ R%,$?&*:# 6*%9;%9:） 磨削技术 3IR6 使 微细加工电极的在线制作、 安装得到较好的解决， 微细 （ E%$*) 2 IRE ） 因此有了迅速发展。 日本 电火花加工 东京大学增泽隆久等人采用微细电火花技术已加工出 直径 "ST / !G 的微细轴和孔径 "/ !G 的微细孔， 可 进行 /11 !G U .11 !G U S11 !G 三维微细轮廓的数控 （ E%$*) 2 OVE ） 电火花铣削加工。 微细激光加工 技术 应用范围广泛、 加工精度及效率高， 便于计算机控制， 是一 种 很 有 发 展 前 景 的 微 细 工 艺。 电 子 束 加 工 （ IVE） 用于小孔、 窄缝、 刻蚀等微细工艺， 加工孔径可 （ <VE ） 达 ". !G， 刻线宽度可达 1T 0 !G。离子束加工 可用于精密微量去除、 离子刻蚀、 离子镀膜等表面改性 （ 1T 110 !G ） ， 中， 去除精度可达纳米级 镀膜精度可控 （ E%$*) W’+*&H 制在 0 Q 1T 10 !G。 微细超声加工 W!E
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!" 电解微细加工机理
! ! 电解加工时， （ 阳极 ） 工件 表面因钝化作用产生的 （ 金属氧化物吸附膜或成相膜 ） 钝化膜 会阻止低电流 （ 在电流效率曲线上， 密度下的电解作用 钝化区电流 H ， 密度一般在 ? > HC < S %B 之间） 常规电解加工用较高 的电流密度及高速流动的电解液来消除钝化、 清除电 解产物， 保持电解过程的连续高速进行。 而微细加工 材料去除量微小， 加工精度要求很高， 电解作用必须在 （ 处于效率曲线的钝化区 ） 低电位、 微电流密度下 进 行， 不能采用活性大但杂散腐蚀严重的 M’E( 电解液， 否则用单一电解方式加工时， 工件表面的钝化膜将难 以破坏， 电解作用不能持续进行， 使得单一电解方式在 微细加工中的应用受到限制。 实现电解微细加工必须解决好钝化膜剥落及从加 工区及时清除产物的问题。工件表面的钝化膜虽在单 纯的微电流电解作用下难以消除， 但其强度远低于基 体材料， 如在加工区加上高频振动， 利用电解液的振动 “ 负压空化” （ 必要时可在电解液中加入 冲击波及 作用 极细的微粉磨料 ） 来消除附着在工件表面的钝化膜， 使加工过程连续进行下去， 并可同时改善加工区状态。 基于上述设想， 将高频振动、 脉冲电流同时引入微 （可 电流电解过程中， 使脉冲电流与高频振动的频率 、 高于 HC OGT） 相位相互协调， 当工件与工具阴极相互
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12 国内外研究发展现状
EIE! 器件材料有硅、 金属、 压电材料、 磁性材料、 超导材料、 感光材料、 形状记忆合金等。依托大规模集 成电路工艺基础的硅微细加工技术主要通过光刻及化 学刻蚀得到微小的沟槽、 筋板、 孔洞等结构， 但此工艺 O<64 技术 只限于硅材料。相对于硅材料的微细加工，
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!"#$%&’ (#")*+, 综- 述 （ 可达 !, 级 ） ， 接近时为脉冲加电区 退离时为脉冲间 由于电解作用在工件表面产生厚 歇区。加工开始后， 度极薄、 强度远低于基体材料的钝化膜， 利用高频振动 钝化膜破坏后的表面由于电解作用 作用消除钝化膜； 又迅速产生新的钝化膜， 阻止进一步电解， 这样可避免 通常大电流密度电解时产生的杂散腐蚀作用。由于阴 极无损耗的特殊优点， 加工型面将会完全根据阴极形 （ 拷贝式） （ 展成式） 状 或包络轨迹 成形， 而阴极可由线 （ 0123 ） （ 或采用快速 电极电火花磨削 技术在线制作 ， 原型 4 精密微细电铸及掩模式刻蚀 ） 这个特点非常 有利于 515! 器件立体型面加工。 由于采用高频脉 “ 负压 冲电流， 电解作用间歇进行， 高频振动冲击波及 空化” 作用能有效、 及时地去除加工区的电解产物， 改 善及加强电解作用。 这种特性对 515! 器件的高深 度比沟槽加工非常重要。这种方式的材料去除是以钝 （ 亚 !6 级 ） ， 化膜层为单位 电解钝化与高频振动作用 机理上可保证加工过程中钝化膜产生 消除交替进行， 和去除的协调配合， 解决电解微细加工过程难以持续 使其实用成为可能； 此外， 高频振动冲击及空 的问题， 化作用只起消除钝化膜的作用， 不直接参与去除基体 材料， 所以通过对微能电源参数的控制， 就可能实现微 （ 深度） 细加工速度及去除量 的自动控制。 电解微细加工需采用钝化性电解液， 如浓度 78 9 :8 的 ;&;<. 或 超 纯 水， 不 具 污 染 性， 且在高频振 动、 脉冲电流作用时只需采用静液加工， 不会产生常规 大电流电解加工在工件、 设备、 环境保护方面存在的多 种问题， 便于实现清洁、 绿色制造。 脉冲电源的正极接加工的微器件， 负极接工具阴 极。为了保证加工区电流密度处于电流效率曲线的钝 化区， 脉冲电压幅值 $ 可取 7 9 . = 或更小。将微能电 源的脉冲电压信号通过转换与功率放大电路产生同频 交变电压信号， 输入给压电元件换能器， 使高频振动头 带动阴极作高频振动。 其振幅 % 可由交变电压幅值 调节， 工作台振动频率、 相位与阴极、 工件间的脉冲电 压的频率、 相位协调同步， 保证阴极与工件接近时加脉 （ 如图 : ） ， 冲， 分离时为脉冲间隔 即在一个脉冲区间， 钝化膜产生、 钝化消除、 材料去除、 产物排除过程分别 进行一次， 电解则以钝化膜层为单位有条不紊地在小 （ > 7? !6 ） 间隙 下进行。 在脉冲间隔区， 有限的加工 产物在电解液振动冲击波及空化作用下可及时清除， 外部电解液亦可循环更新， 无须泵液系统。 # 微位移伺服工作台发出位置 据 ! 轴深度信息， 给 "、 进行位置调节或三轴运动合成型面展成加 控制指令， 工所需的轨迹。因此， 本试验装置不但可以进行三维 还可以进行展成铣削式型面 型面的拷贝式微细加工， 加工， 可简化微细阴极的制作。