[發(fā)明專利]激光介入微細(xì)電解加工方法及其裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711136281.3
• 申請(qǐng)日: 2017-11-16
• 公開（公告）號(hào): CN107971592B
• 公開（公告）日: 2019-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張文武;王玉峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所
• 主分類號(hào): B23H7/38
• 分類號(hào): B23H7/38;B23H9/14
• 代理公司: 北京元周律知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11540
• 代理人: 王惠

本申請(qǐng)公開了一種激光介入微細(xì)電解加工方法，至少包括以下步驟：工具電極和待加工工件分別與電源的負(fù)極和正極連接；激光和電解液通過工具電極傳輸至待加工工件的加工區(qū)域；接通電源后進(jìn)行微細(xì)電解加工，工具電極向待加工工件進(jìn)給，得到目標(biāo)結(jié)構(gòu)。本申請(qǐng)中的方法以及激光介入微細(xì)電解加工裝置中，激光光束通過液核光纖以全反射傳輸至較深的加工區(qū)域，實(shí)現(xiàn)了激光能量場(chǎng)與電化學(xué)加工的大深度耦合，可實(shí)現(xiàn)大深徑比微細(xì)結(jié)構(gòu)的高效率加工。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)涉及一種激光介入微細(xì)電解加工方法及其裝置，屬于微細(xì)電解加工領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，大深徑比微型結(jié)構(gòu)在航空航天、精密模具、微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)、精密醫(yī)療、武器裝備等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。微細(xì)電解加工以離子形式去除工件材料，具有加工表面完整性好、加工材料類型廣、工具負(fù)極無損耗等優(yōu)點(diǎn)，在微細(xì)加工領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。

微細(xì)電解加工基于電化學(xué)陽極溶解原理去除工件材料，通過控制電解刻蝕影響區(qū)域以控制材料的去除精度，實(shí)現(xiàn)微納米尺度結(jié)構(gòu)的加工，具有較高的定域性和可控性。微細(xì)電解加工包括模板微細(xì)電化學(xué)加工、約束刻蝕劑層加工、電液束微細(xì)加工、超短脈沖微細(xì)電解加工和微細(xì)電解線切割加工等；微細(xì)電解加工具有工具電極與工件不接觸，無電極損耗，不受被加工材料力學(xué)性能限制及加工表面質(zhì)量好等優(yōu)勢(shì)，適于加工尺度微小的金屬或半導(dǎo)體微型結(jié)構(gòu)和零件。

目前，微細(xì)電解加工存在可加工深徑比有限、加工效率偏低等問題，限制了微細(xì)電解加工在精密微細(xì)制造領(lǐng)域的應(yīng)用。微細(xì)電解加工過程中工具電極的進(jìn)給速率一般小于1μm/s，遠(yuǎn)小于機(jī)械加工、電火花加工等加工技術(shù)。微細(xì)電解加工精度受到雜散腐蝕電流的限制，雜散腐蝕電流影響區(qū)域越大，電化學(xué)加工定域性和精度越低。為提高微細(xì)電解加工效率，一般采取提高電參數(shù)(如加工電壓和電解液濃度)或電極振動(dòng)等方法。但是電化學(xué)加工效率的提高往往伴隨著雜散腐蝕效應(yīng)的增強(qiáng)，導(dǎo)致加工精度的降低。國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出了工件表面覆蓋掩膜板、超短脈沖電流和工具電極側(cè)面絕緣等方法，以提高微細(xì)電化學(xué)加工方法的精度。利用工具電極側(cè)面絕緣方法，可有效提高微細(xì)電解加工的精度，但是目前還存在加工效率較低，加工區(qū)域底部有凸起等問題。此外，微細(xì)電解加工大深徑比微細(xì)結(jié)構(gòu)時(shí)深度加工區(qū)域存在供液困難，加工效率較低等問題，限制了微細(xì)電解加工深徑比的提高。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)方面，提供了一種激光介入微細(xì)電解加工方法，該方法利用激光光熱效應(yīng)提高微細(xì)電解加工深徑比及效率。

所述激光介入微細(xì)電解加工方法，至少包括以下步驟：

(1)工具電極和待加工工件分別與電源的負(fù)極和正極連接；

(2)激光和電解液通過工具電極傳輸至待加工工件的加工區(qū)域；

(3)接通電源后進(jìn)行微細(xì)電解加工，工具電極向待加工工件進(jìn)給，得到目標(biāo)結(jié)構(gòu)；

其中，所述工具電極位于待加工工件的上方。

優(yōu)選地，步驟(1)中所述工具電極的結(jié)構(gòu)為：內(nèi)部為液核光纖，外層為包裹液核光纖的金屬導(dǎo)管；

所述激光和電解液通過液核光纖傳輸至待加工工件的加工區(qū)域。

優(yōu)選地，所述工具電極的金屬導(dǎo)管與電源的負(fù)極連接。所述液核光纖同軸位于所述金屬導(dǎo)管內(nèi)。

優(yōu)選地，所述液核光纖的末端高于金屬導(dǎo)管末端。以利用電解刻蝕效應(yīng)防止加工區(qū)域產(chǎn)生凸起結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述液核光纖、金屬導(dǎo)管的截面形狀選自橢圓形、圓形或多邊形。從而得到用于加工大深徑比異型孔的異型工具電極。

優(yōu)選地，所述多邊形選自三角形、矩形、正方形、五邊形或六邊形。