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《哈尔滨工业大学》 2007年
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脉冲电化学微细加工关键技术研究

朱保国  
【摘要】: 微机电系统(MEMS)的发展,带动了微细加工技术的发展。电化学加工是利用金属材料发生氧化还原的电化学过程来去除材料和增加材料的,由于加工过程是以离子单位方式进行的,所以在微细加工中占有重要的位置。随着现代电力电子技术的发展,针对电化学加工对精度和表面质量的要求,逐渐采用脉冲电源替代直流电源,而且脉冲电源的频率也在不断提高。另外,计算机控制技术的发展,使采用简单形状电极加工复杂结构的工件成为可能,使电化学加工技术有了广阔的应用前景。 通过对微细电化学加工机理的分析,探讨了脉冲电化学微细加工中的关键技术,进而进行了微细电化学加工实验研究。首先,从原理上分析和研究了电化学加工中阳极溶解和阴极沉积的加工过程。通过对脉冲电化学加工电场模型、流场特性和加工速度的分析,从微观角度解释阳极溶解的过程中单个晶粒能否从工件上被去除取决于其脱除能与电场力作用的大小;而阴极沉积是在放电时所需活化能最低的位置进行。在达到金属分解电压或沉积电压后,溶解或沉积的电极反应速度取决于单个脉冲宽度内通过的电量,同时还受脉冲电源占空比的影响。分析了双电层对电化学加工过程的影响,并且依据电化学加工等效电路实际搭接了模拟电路,验证电化学加工模型的正确性。 根据脉冲电化学微细加工工艺的需要,研制了纳秒级的脉冲电源。该电源以CPLD为核心,以MOSFET为主开关管,用脉宽调节和频率调节相结合的方法,使输出电压、电流和电源频率连续可调。根据脉冲电化学加工的电场模型,分析了维持电压产生的原因及影响因素,维持电压不受脉冲频率和占空比影响,而只与电解液性质、加工间隙和加工电压有关,且其大小是这三者共同作用的结果。由于这种非准确的波形增大了平均加工电压,影响工件的表面质量和加工精度。因此,采用双路场效应管研制了新型脉冲电源,使其输出特性更能符合脉冲电化学微细加工的需要。 研究了脉冲电化学微细加工工具电极的制作方法。首先研究了电火花方法加工微细电极,然后以碱性水溶液加工钨电极为例,分析了电解加工电极的机理,以及影响微细电极形状和表面质量的主要因素。并分别在酸、碱、盐电解液中进行电解加工微细电极的实验研究,成功加工出长径比大于100,锥度小于0.2的微细电极,可以稳定加工出直径5μm左右的微细电极。另外利用钨材料的特性,可以在碱性溶液中加工出尖端半径为纳米尺度的扫描探针,最小半径达到50nm。最后,比较了电火花方法和电化学方法加工微细电极的一些特性,体现了电化学方法加工微细电极的优越性。 系统地研究了脉冲电化学微细加工的关键技术。首先以电解加工微细孔为切入点进行研究;然后提出了电解车削加工微细结构的方法,阐述了电解车削的原理和加工范围,分析了电解车削加工的工艺特点及影响因素,进而给出了电解车削的加工实例;研究了电解铣削加工微细结构的工艺,分别研究了阴极侧面铣削、阴极端面单层电解铣削和阴极端面多层电解铣削加工工艺,通过分析加工厚度、工具电极直径和电源参数等对电解铣削表面质量和形状精度的影响情况,给出了微细三维结构的加工实例;最后分析和研究了电化学沉积技术。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TG662

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 郭帅;罗红平;郭钟宁;;微细电极在线制备技术的研究进展[J];制造技术与机床;2011年08期
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 曾永彬;屏蔽模板随动式微细电铸技术的基础研究[D];南京航空航天大学;2008年
2 罗红平;纳秒脉宽脉冲电化学微加工机床关键技术研究[D];湖南大学;2009年
3 胡洋洋;UV-LIGA与微细电加工组合制造金属阵列网板技术研究[D];南京航空航天大学;2010年
4 刘勇;微细电解铣削加工技术的基础研究[D];南京航空航天大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前6条
1 范仲俊;超声复合微细电解、电火花加工应用基础研究[D];扬州大学;2009年
2 王贺宾;微细电解加工装备研制及其实验研究[D];广东工业大学;2012年
3 郭帅;微细工具电极在线制备装置开发及加工技术的研究[D];广东工业大学;2012年
4 刘朝剑;UV-LIGA制备金微小零件技术研究[D];南京航空航天大学;2012年
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6 于鹏飞;微细电化学加工机床动态分析[D];燕山大学;2013年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【共引文献】
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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9 徐文骥;周锦进;刘爱华;;电解磨料镜面加工基础研究[A];第七届全国电加工学术年会论文集[C];1993年
10 雷卫宁;曲宁松;徐惠宇;朱荻;;纳米晶粒电铸层及其性能研究[A];2001年中国机械工程学会年会暨第九届全国特种加工学术年会论文集[C];2001年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘少军;人工肾小球滤过膜的初步研究[D];复旦大学;2010年
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3 李玉;头孢类药物在模拟生物溶液中热力学行为研究[D];郑州大学;2011年
4 马增胜;纳米压痕法表征金属薄膜材料的力学性能[D];湘潭大学;2011年
5 曾永彬;屏蔽模板随动式微细电铸技术的基础研究[D];南京航空航天大学;2008年
6 张华;喷射液束电解—激光复合加工的基础研究[D];南京航空航天大学;2009年
7 王卫辰;面向快速成形的三维CAD模型直接分层方法研究[D];中国矿业大学;2010年
8 罗红平;纳秒脉宽脉冲电化学微加工机床关键技术研究[D];湖南大学;2009年
9 马晓宇;阵列孔微细电解加工基础技术研究[D];清华大学;2010年
10 宫凯;喷射电沉积法制备多孔金属镍机理、工艺及应用研究[D];南京航空航天大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 陈里龙;金属电化学快速线切割技术研究[D];浙江理工大学;2010年
2 吕志平;SU-8胶模溶胀性及其隔离带控制工艺研究[D];大连理工大学;2010年
3 孙鹏翔;鲨鱼皮微沟槽减阻机理与复制技术基础研究[D];大连理工大学;2010年
4 段晓杰;纳滤膜的荷电性能及对盐水溶液体系的截留机理研究[D];中国海洋大学;2010年
5 李冰;DMF中稀土[Er(Ⅲ)]与铁族[Co(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)]的电化学性质及共沉积[D];青海师范大学;2010年
6 王瑞永;电铸镍铜合金工艺及机理研究[D];昆明理工大学;2008年
7 张俊;镍钴合金冷屏件电铸技术研究[D];昆明理工大学;2009年
8 马敏伟;金属薄膜流变力学性能研究[D];中南林业科技大学;2009年
9 王杰;A3钢涂镀防护层的制备及相关性能研究[D];浙江大学;2011年
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【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 彭良强,徐韬光,韩勇,伊福廷,张菊芳;质子LIGA工艺的探讨[J];微纳电子技术;2002年05期
2 伊福廷,张菊芳,彭良强,韩勇;利用紫外光刻技术进行SU8胶的研究[J];微纳电子技术;2003年Z1期
3 汤儆,毛秉伟,田中群;电化学扫描探针显微镜在表面微/纳米加工的应用[J];微纳电子技术;2003年Z1期
4 张永华,丁桂甫,李永海,蔡炳初;MEMS中的牺牲层技术[J];微纳电子技术;2005年02期
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6 伊福廷,缪鹏,彭良强,张菊芳,韩勇;利用背面曝光技术制造大高宽比SU8结构的一种新方法(英文)[J];半导体学报;2004年01期
7 刘海军;杜立群;秦江;朱神渺;;无背板生长工艺微电铸均匀性的实验研究[J];传感技术学报;2006年05期
8 王沫然,李志信;基于MEMS的微泵研究进展[J];传感器技术;2002年06期
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中国重要会议论文全文数据库 前7条
1 徐家文;王建业;田继安;杨占尧;刘延禄;朱树敏;;21世纪电解加工的发展和应用[A];2001年中国机械工程学会年会暨第九届全国特种加工学术年会论文集[C];2001年
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5 赵万生;顾琳;康小明;蒋毅;李磊;王丹;段君毅;;从ISEM-XV看特种加工技术的最新进展[A];2007年中国机械工程学会年会论文集[C];2007年
6 王昆;朱荻;曲宁松;王少华;;微细电解线切割加工的模型分析与试验研究[A];2007年中国机械工程学会年会论文集[C];2007年
7 陈远龙;张超;王天霁;;电化学加工技术的概况与展望[A];第13届全国特种加工学术会议论文集[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 曾永彬;屏蔽模板随动式微细电铸技术的基础研究[D];南京航空航天大学;2008年
2 罗红平;纳秒脉宽脉冲电化学微加工机床关键技术研究[D];湖南大学;2009年
3 胡洋洋;UV-LIGA与微细电加工组合制造金属阵列网板技术研究[D];南京航空航天大学;2010年
4 刘勇;微细电解铣削加工技术的基础研究[D];南京航空航天大学;2010年
5 汤儆;表面金属纳米结构体系的电化学、STM针尖诱导和模板法构筑及其表征[D];厦门大学;2002年
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7 明平美;UV-LIGA-微细电火花加工组合制造技术基础研究[D];南京航空航天大学;2006年
8 王明环;微细电解加工实验研究[D];南京航空航天大学;2007年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张本状;微电铸结构尺寸误差的仿真及实验研究[D];大连理工大学;2010年
2 吕志平;SU-8胶模溶胀性及其隔离带控制工艺研究[D];大连理工大学;2010年
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4 赵洪策;桌面式微型工厂的建模和仿真与可视化关键技术研究[D];西北工业大学;2001年
5 冯焕琴;基于线切割机的线电极放电磨削工艺的研究[D];吉林大学;2004年
6 刘平;STM金属表面高分辨电化学刻蚀的研究[D];天津大学;2002年
7 宋馨来;微细电火花加工中的CAD/CAM技术研究[D];南京航空航天大学;2005年
8 彭思平;超纯水微细电解加工送进装置的研制[D];南京航空航天大学;2005年
9 陈安骏;超声电解复合加工在微器件制作中的基础研究[D];南京航空航天大学;2005年
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【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前3条
1 葛鲁波;邹锋;;面向微机电系统的微细电铸制造技术[J];电镀与环保;2013年02期
2 佟浩;张龙;李勇;李宝泉;;微细电极的正交点电接触在线测量及组合制作工艺[J];电加工与模具;2013年06期
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中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 佟浩;张龙;李勇;李宝泉;;微细电极的正交点电接触在线测量及组合制作工艺[A];第15届全国特种加工学术会议论文集(上)[C];2013年
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 范晖;金属零件叠层模板电沉积成形的基础研究[D];南京航空航天大学;2009年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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10 于鹏飞;微细电化学加工机床动态分析[D];燕山大学;2013年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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10 徐承坤,杨中东;电沉积法制备纳米晶材料[J];材料导报;1997年04期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 徐惠宇;微细电解加工系统及其相关工艺的研究[D];南京航空航天大学;2005年
【相似文献】
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10 郝卫昭;纳秒脉冲微细电化学加工的工艺研究[D];上海交通大学;2009年
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