基于電化學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（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電硬脆材料在MEMS領域得到了越來越廣泛的應用，但是由于它們的硬脆特性，使得很難對其進行微細加工。電化學放電加工（ECDM）已被證實是一種對于玻璃等非導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放電加工機理，而后基于火花放電

2、效應搭建了試驗平臺，并分別對玻璃的微孔加工、微槽加工以及三維微細結構的加工進行了試驗研究。其主要研究內容如下：
　　1.研究了電化學放電加工機理，重點對電化學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，并結合前人的研究經驗，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放電加工過程中的熱傳遞過程以及實現材料熱蝕去除所需的最低溫度。
　　2.研究了電化學放電特性。分析了在不同參數條件下，產生電化學放電效應的臨界電壓，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、將電極設置不同的轉速以及設置不同的電源頻率和占空比。試驗結果表明，除了電極轉速變化以外，其他參數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系。
　　3.進行了電化學放電微孔加工試驗。通過試驗對比，分析了在電化學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.進行了電化學放電微槽及三維微細結構的加工試驗。探討了電化學放電加工所得微槽的粗糙度隨外部參數變化的情況。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速的變化等。結果表明，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，并采用逐層加工