微细群孔电解加工试验研究

基于微细电解加工理论,采用微细圆柱群电极进行了微细群孔电解加工工艺试验,研究了加工电压、脉冲宽度、电解液浓度、成分等因素对群孔加工精度的影响。结果表明,减小加工电压和脉冲宽度,采用低浓度钝化性电解液可以显著提高群孔电解加工精度。研究结果对实现微细群孔结构高精度和高效率加工具有指导意义。     

纳秒激光电化学复合掩模的微细加工

在激光传输光路中加入掩模对激光束进行空间调制,采用纳秒脉冲激光器、纳秒脉冲电源和1 mol/L的NaNO3电解液对304不锈钢进行掩模微刻蚀加工试验研究。利用伏安法测定304不锈钢阳极电流随平均电压的变化规律;选用平均电压1.5 V、脉冲频率2.0 MHz、脉冲宽度60 ns、激光能量160 mJ的工艺参数,在所构建的试验系统中,分别进行了激光电化学复合掩模和盐溶液中的激光掩模加工试验。结果表明:在阳极钝化区内,纳秒脉冲激光电化学复合加工能够显著提高加工速率和加工表面质量,实现了线宽约为130μm、热影响区小的微细刻蚀加工,证实了纳秒脉冲激光电化学掩模加工在微细加工中具有很大潜力。     

基于界面酸化的微细电解加工用脉冲电源设计

高频脉冲电源是实现精密微细电解加工的重要因素之一.为兼顾加工定域性及提升工件蚀除速率,基于界面酸化特性机理,文中研制了一种能实现脉间期内向工件/电解液界面加酸特性的高频脉冲电源.利用研制的高频脉冲电源,进行微细电解加工实验.采用0.5 mol·L-1 NaNO3电解液,在0.5 mm厚的304不锈钢上加工阵列孔.实验结...     

微细工件的高频群脉冲ECLM试验研究

进行了基于光刻技术的高频群脉冲微细电化学薄片加工(ECLM)试验研究.对于微细薄片型金属工件而言,在高频(20 kHz)、群脉冲形式的电压作用下,采用复合成分的电解液,选取合适的电化学加工参数,可获得理想的加工效果.试验结果表明,当加工电压幅值为10 V,初始间隙为0.1 mm时,所加工的超薄微细工件的精度可控制在10μm以内.该方法是微细薄片零件加工的一种有效方法.     

30CrMnSi电解放电复合加工精度试验研究

提高电解放电复合加工的精度是目前此项工艺能否正常用于生产的关键问题。本文采用电解放电复合加二方法,针对30CrMnSi材料,研究了电源、电解液参数与复合加工精度的关系。采用圆形电极进行穿孔加工试验和球面电极进行成型加工试验,研究了有关参数与加工精度的关系。从而探索了上述有关参数对加工精度影响的规律。并以试验为基础讨论了有关因素对加工精度影响的情况,阐述了上述有关因素与加工精度的关系。指出在进行电解放电复合加工时,为保证加工精度,宜采用复合电源和低浓度钝性电解液。对等截面加工,宜选用能量小的电参数。对变截面加工,宜选用变参数加工的方法。     

基于扫描离子电导显微术的电化学微细加工方法

提出了基于扫描离子电导显微术（ＳＩＣＭ）的电化学微细加工方法。采用充满电解液并置有金属电极的微滴管作阳板，置于电解槽中的加工基板作阴极。由于微滴客与基板间离子电导随两者间距减少而减小，采用反馈系统可保持这一间距恒定。利用电解机理，当微滴管在横向扫描基板时，可在基板表面加工出任意形状的点、线、面图案，加工线 宽与微滴管尖端内径数量组相同。本文讨论电化学微细加工方法的原理、装置与可行性实验，用尖端内１     

微细电火花加工装置的设计与应用

设计开发了一台用于微细电火花加工的微细加工装置，它主要由以下几个部分组成：花岗岩基座、精密伺服机构、精密高速旋转主轴、线电极磨削装置、微细电火花加工用的RC脉冲电源、加工状态检测系统和控制系统。在该装置上可以进行微细轴、微细孔和微三维结构的加工。具有4轴3联动功能，控制方便，容易实现数控插补功能。加工实验表明，在该装置上能稳定地加工出最小直径为Ф12μm的微细轴以及Ф25μm的微细孔，其长径比可分别达到25和10以上。并对半导体硅材料进行了加工实验，加工出的硅微梁深宽比达15以上。此外还给出了所加工的微三维结构实例。     

电解抛光法生产超细钨丝

采用电解抛光工艺，对超细钨灯丝进行微细加工。经选用合适的电解液配方和电解抛光工艺设备，连续生产出５～３等规格的超细钨灯丝。     

电解放电加工基础工艺研究

研究了在电解液中进行放电的现象,揭示出在电解液中产生放电的条件和进行放电的过程。并从理论上分析讨论了电解放电复合加工所具有独特工艺性,认为在电解液中产生放电所需的小间隙,使电解蚀除在很高的电流密度下进行,而电化学作用产生的气体膜为放电创造了条件,在高庒诱导电脉作用下使气体膜和钝化膜易于击穿产生放电加工,在放电蚀除的同时改善了电解加工的条件,而电解蚀除的同时改善了放电加工的表面质量,这是一种互相补足的良性过程。     

扫描探针加工技术的新进展及扫描等离子体加工技术的研究

扫描探针加工技术作为一种无掩模微细加工手段以其所需设备简单和加工精度高达纳米量级等优点 ,近年来受到广泛的重视和研究。但目前扫描探针加工技术存在加工效率低、可重复性差、可加工材料非常有限等缺点。采用探针阵列并结合其他加工技术的并行工艺 ,可以提高加工效率 ,拓展应用范围。本文以纳米喷流加工和蘸水笔纳米加工为例介绍了扫描探针加工技术这一方面的最新进展 ,阐述了它们各自的基本原理和特点。最后 ,提出了一种基于并行探针驱动的扫描等离子体加工技术 ,结合了扫描探针加工精度高和等离子体加工适用材料广泛的优点 ,为小批量多品种微系统和纳米器件的加工探索出一种新方法。     

激光电化学复合加工的冲击空化检测及试验

为了测量脉冲激光击穿电解液下产生的声压信号,探讨冲击空化效应对激光电化学复合加工的作用和影响,建立了激光电化学复合加工检测系统。采用水听器采集脉冲激光聚焦电解液下产生的声压信号,使用示波器对声压信号进行存储、XVIEWER软件对声压波形分析和计算,最后对激光电化学复合加工的区域进行拍照,并分析冲击空化效应对激光电化学复合加工后的形貌特性和表面质量的作用和影响。结果表明,脉冲激光聚焦电解液下,产生冲击空化效应,向外辐射3个不同声压信号;随着激光能量的增加,激光冲击空化的3个声压变大,空泡的半径和泡能均增加;在激光电化学复合加工中,激光能量增加,产生的等离子冲击波和射流力越大,工件去除的量越多;空泡脉动促进电解液的流动,对加工区域的微观形貌和表面质量起重要作用。这一结果对复合加工的过程和形貌是有帮助的。     

准分子激光电化学刻蚀硅的刻蚀质量研究

为了解决现有硅刻蚀工艺中存在的刻蚀质量等问题,采用激光加工技术和电化学加工技术相结合的工艺对硅进行了刻蚀,研究了该复合工艺的工艺特性。实验中采用248nm-KrF准分子激光作光源聚焦照射浸在KOH溶液中的阳极n-Si上,实现激光诱导电化学刻蚀。在实验的基础上,研究了激光电化学刻蚀Si的刻蚀孔的基本形貌,并对横向刻蚀和背面冲击等质量问题进行了分析。结果表明,该工艺刻蚀的孔表面质量好、垂直度高;解决了碱液中Si各向异性刻蚀的自停止问题,具有加工大深宽比微结构的能力;也具有不需光刻显影就能进行图形加工的优越性。     

倒锥微孔阵列的激光微加工技术研究进展

激光微加工技术凭借其加工效率高、加工材料广泛、无物理损伤以及操控性强等优点在高精度机械部件的加工上有较好的应用前景,易加工出尺寸微小、数量庞大、高品质的倒锥微孔阵列.首先对激光加工微孔的工作原理和特点进行了介绍,综述了激光在加工微孔阵列、倒锥微孔以及倒锥微孔阵列的研究现状,详细介绍了准分子激光、飞秒激光、纳秒激光在加工...     

皮秒激光旋切加工微孔试验研究

为了解决毫/纳秒激光加工微孔质量低的问题,利用脉冲宽度为200ps的脉冲激光,采用高速旋切法对厚度为0.2mm的SUS 304不锈钢薄板进行直径为200μm的微孔加工试验,用激光共聚焦显微镜观察孔的外观形貌,研究旋切速率、激光功率和离焦量等因素对孔径、锥度和热影响区等加工质量的影响。结果表明,旋切速率对微孔内壁质量有直接的影响;通过提高转速来降低激光脉冲重叠率可以减小微孔内壁的热影响区;适当增加激光功率,能够改善旋切加工微孔切口处的加工质量;采用正离焦加工能够一定程度减小孔的锥度。优化工艺参量能够加工出热影响区小、边缘质量好的小锥度微孔。     

纳秒钬激光碎石系统设计

为了提高结石碎石率和粉碎程度、减小碎石过程中副作用,采用电光调Q技术,设计了高峰值功率输出的纳秒钬激光碎石系统。从冷却温度、透过率、腔长等方面进行了理论分析,在冷却温度22℃、重复频率3Hz、抽运能量200J的条件下进行了实验验证,获得了腔内最大单脉冲能量443mJ、脉宽90ns激光输出的数据。结果表明,该系统可输出高峰值功率的纳秒钬激光,碎石时间短,可粉碎任何成分的结石,一次碎石率高,粉碎程度高。这为下一步产业化打下了基础。     

纳秒脉冲宽度对介质阻挡放电图像对比度的影响

采用4．7、7．6和10．6ns 3种不同宽度的高压脉冲,对硬币进行了介质阻挡放电照相（DBDP）。结果表明,介质阻挡放电图像的对比度明显与脉冲宽度有关,脉冲宽度越窄,图像的对比度越高;反之,脉冲宽度越宽,图像对比度越差。对DBDP的分析表明,外电压施加在硬币上后,与放电电流脉冲对应的时间滞后与放电间隙有关。采用放电时间滞后的观点,就纳秒脉冲宽度对介质阻挡放电图像对比度的影响进行了合理的解释。     

基于光子晶体光纤飞秒激光放大器的微纳加工系统

以掺镱大模面积光子晶体光纤(PCF)飞秒激光放大器为光源组建了一套结构紧凑且运行稳定的飞秒激光微纳加工系统,中心波长为1040 nm,重复频率50 MHz,最大平均功率16 W,光栅压缩后脉冲宽度85 fs。利用该套系统在硅片、金属薄膜(Cr膜、Al膜)上演示了微图案的刻划,并与采用重复频率1 kHz的固体钛宝石飞秒激光放大器的加工结果进行对比,发现利用新组建的加工系统进行微纳加工,由于单脉冲能量较小且便于调节,使得刻划微图案时边缘加工效果更容易控制,且避免了加工过程中未加工区域受到的污染,保护了制作衬底。显示了该套系统高重复频率和高平均功率的特性及其在改善微纳加工效果及明显提高加工效率方面的优势。     

不锈钢表面光纤激光掩膜微细电解复合加工

为了实现不锈钢微细电解定域加工,提出激光掩膜表面改性微细电解复合加工技术。研发了激光掩膜微细电解复合加工装置,并进行样件加工试验。首先,采用光纤激光在304不锈钢表面扫描加热进行打标图案,利用X射线光电子能谱分析(XPS)对不锈钢表面激光打标图案进行分析,发现激光在不锈钢表面打标时被空气氧化生成铁、铬等氧化物,生成的打标图案具有耐腐蚀性,形成保护性掩膜。然后进行电解加工,由于掩膜图案在电解过程中起到保护作用,选择合适的电解加工参数,在不锈钢表面能加工复杂的微结构。最后利用SEM、光学轮廓仪来观测微结构形貌、粗糙度等。研究结果表明:利用激光表面改性,结合微细电解加工能实现304不锈钢微结构的快速加工,该工艺在微细加工领域具有很好的发展前景。