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激波辅助纯钛微细光刻电解试验研究

江一  
【摘要】:钛是一种重要的结构金属,具有比强度高、耐蚀性好等特性,广泛应用于航空航天、化工、医疗等领域。随着微机电系统(MEMS)技术的发展,钛微细结构加工成为研究热点。 光刻电解加工结合了光刻技术和电解加工两者的优点,可以实现高效、高精度金属微细结构加工。但由于钛的自钝性很强,在电解加工中极易钝化,致使加工难度很大。本文采用了有机电解液进行纯钛微细电解加工,有效解决了钝化问题。 此外,为克服电解加工过程中产物难以排出造成的腐蚀不均匀等难题,本文提出了激波辅助电解加工,即利用激波的高压冲击促使电解液剧烈扰动,排出电解产物和热量,提高加工质量和加工效率。 本文针对钛电解特性,以有机溶液作为电解液,进行激波辅助纯钛微细光刻电解试验研究,完成以下内容: 1.根据纯钛微细光刻电解加工特点,搭建试验平台; 2.进行加工机理研究。分析钛电解钝化机理;探讨激波作用下电解产物排出机理;进行有限元电场分析,为电解参数优化奠定基础; 3.研究电极间距以及电参数等对加工质量的影响,并对加工参数进行优化; 4.使用3mol/L H2SO4/Methanol有机电解液,进行激波辅助纯钛微细光刻电解试验研究, 在厚100μm纯钛薄板上加工出?100μm~?300μm微细阵列结构,获得较高加工精度和尺寸一致性,材料蚀除速率达到35μm/min。 试验结果表明:H2SO4/Methanol有机电解液能有效抑制钝化膜产生,降低加工表面粗糙度;通过激波产生的瞬时压力扰动,能显著改善极间状态,有效提高加工稳定性和表面质量。


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