本文關(guān)鍵詞：基于電化學(xué)放電加工工藝的玻璃微細(xì)加工研究

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【摘要】：近幾十年來,人類社會取得了飛速的發(fā)展,特別是微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)的興起,更是為科技社會的進(jìn)步增添了強(qiáng)大的動力。以玻璃為代表的非導(dǎo)電硬脆材料在MEMS領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用,但是由于它們的硬脆特性,使得很難對其進(jìn)行微細(xì)加工。電化學(xué)放電加工(ECDM)已被證實(shí)是一種對于玻璃等非導(dǎo)電硬脆材料的微細(xì)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(diǎn)。本文首先探討了電化學(xué)放電加工機(jī)理,而后基于火花放電效應(yīng)搭建了試驗(yàn)平臺,并分別對玻璃的微孔加工、微槽加工以及三維微細(xì)結(jié)構(gòu)的加工進(jìn)行了試驗(yàn)研究。其主要研究內(nèi)容如下:1.研究了電化學(xué)放電加工機(jī)理,重點(diǎn)對電化學(xué)放電加工過程中氣層的形成以及材料的去除進(jìn)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(jié)合前人的研究經(jīng)驗(yàn),分別進(jìn)行了理論分析。對材料的去除機(jī)理進(jìn)行探討,主要從熱蝕去除材料以及化學(xué)腐蝕去除材料兩方面進(jìn)行討論;對材料的熱蝕去除建立了火花放電作用下的溫度分布模型,并由此分析了電化學(xué)放電加工過程中的熱傳遞過程以及實(shí)現(xiàn)材料熱蝕去除所需的最低溫度。2.研究了電化學(xué)放電特性。分析了在不同參數(shù)條件下,產(chǎn)生電化學(xué)放電效應(yīng)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(shè)置不同的轉(zhuǎn)速以及設(shè)置不同的電源頻率和占空比。試驗(yàn)結(jié)果表明,除了電極轉(zhuǎn)速變化以外,其他參數(shù)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(xué)放電氣層形成時(shí)間以及火花放電時(shí)的平均電流隨脈沖電壓的變化關(guān)系。3.進(jìn)行了電化學(xué)放電微孔加工試驗(yàn)。通過試驗(yàn)對比,分析了在電化學(xué)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(yàn)結(jié)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(shí)也會帶來微孔入口直徑的增大以及微孔入口處表面質(zhì)量較差的缺陷。在本試驗(yàn)條件下,選取電源電壓和電源頻率分別為21V和600Hz進(jìn)行加工,可以獲得較為理想的微孔。4.進(jìn)行了電化學(xué)放電微槽及三維微細(xì)結(jié)構(gòu)的加工試驗(yàn)。探討了電化學(xué)放電加工所得微槽的粗糙度隨外部參數(shù)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(jìn)給速度的變化以及工具電極轉(zhuǎn)速的變化等。結(jié)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(jìn)給速率的增大而減小,而電極轉(zhuǎn)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(shù),并采用逐層加工的方式,進(jìn)行了復(fù)雜三維微細(xì)結(jié)構(gòu)的加工。
【關(guān)鍵詞】：非導(dǎo)電硬脆材料 電化學(xué)放電加工 臨界電壓 氣層形成時(shí)間 三維微細(xì)結(jié)構(gòu)加工
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG662
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 緒論12-24
• 1.1 微機(jī)電系統(tǒng)概述12-14
• 1.2 微機(jī)電系統(tǒng)器件材料14-15
• 1.3 玻璃的微細(xì)加工技術(shù)15-18
• 1.3.1 激光加工15-16
• 1.3.2 超聲加工16
• 1.3.3 磨料水射流加工16-17
• 1.3.4 化學(xué)腐蝕加工17
• 1.3.5 電化學(xué)放電加工17-18
• 1.4 電化學(xué)放電加工國內(nèi)外研究現(xiàn)狀18-21
• 1.4.1 國外研究現(xiàn)狀18-20
• 1.4.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀20-21
• 1.5 課題來源和研究內(nèi)容21-24
• 1.5.1 課題來源21-22
• 1.5.2 研究內(nèi)容22-24
• 第二章 電化學(xué)放電加工機(jī)理研究24-33
• 2.1 引言24
• 2.2 電化學(xué)放電加工原理24-25
• 2.3 電化學(xué)放電氣層形成機(jī)理25-29
• 2.3.1 氣泡的生成25-27
• 2.3.2 氣泡的溢出27-28
• 2.3.3 穩(wěn)定氣層的形成28-29
• 2.4 材料的去除機(jī)理29-31
• 2.4.1 電化學(xué)放電熱蝕去除材料29-31
• 2.4.2 化學(xué)腐蝕去除材料31
• 2.5 本章小結(jié)31-33
• 第三章 基于脈沖電源的電化學(xué)放電特性研究33-45
• 3.1 引言33
• 3.2 試驗(yàn)裝置和方法33-36
• 3.2.1 試驗(yàn)裝置33-35
• 3.2.2 試驗(yàn)方法35-36
• 3.3 不同條件下電化學(xué)放電的臨界電壓36-41
• 3.3.1 電解液類型和濃度對臨界電壓的影響38-39
• 3.3.2 工具電極直徑大小和轉(zhuǎn)速對臨界電壓的影響39-40
• 3.3.3 電源頻率和占空比大小對臨界電壓的影響40-41
• 3.4 電源電壓對氣層形成時(shí)間以及火花放電平均電流的影響41-43
• 3.5 本章小結(jié)43-45
• 第四章 電化學(xué)放電微孔加工45-57
• 4.1 引言45
• 4.2 電化學(xué)放電微孔加工過程45-48
• 4.3 試驗(yàn)裝置與設(shè)計(jì)48-51
• 4.3.1 試驗(yàn)裝置48-50
• 4.3.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)50-51
• 4.4 試驗(yàn)結(jié)果與討論51-56
• 4.4.1 電源電壓對加工效果的影響51-53
• 4.4.2 電源頻率對加工效果的影響53-55
• 4.4.3 加工實(shí)例55-56
• 4.5 本章小結(jié)56-57
• 第五章 電化學(xué)放電微槽及三維微細(xì)結(jié)構(gòu)加工57-69
• 5.1 引言57
• 5.2 試驗(yàn)裝置與設(shè)計(jì)57-63
• 5.2.1 試驗(yàn)裝置57-61
• 5.2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)61-63
• 5.3 試驗(yàn)結(jié)果與討論63-66
• 5.3.1 電源電壓對粗糙度的影響63-64
• 5.3.2 電源頻率對粗糙度的影響64-65
• 5.3.3 進(jìn)給速率對粗糙度的影響65
• 5.3.4 工具電極轉(zhuǎn)速對粗糙度的影響65-66
• 5.4 三維微細(xì)結(jié)構(gòu)加工66-67
• 5.5 本章小結(jié)67-69
• 第六章 總結(jié)與展望69-73
• 6.1 論文總結(jié)69-71
• 6.2 展望71-73
• 參考文獻(xiàn)73-81
• 致謝81-82
• 攻讀碩士學(xué)位期間的學(xué)術(shù)成果82

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 臺報(bào);新型放電加工機(jī)[J];軍民兩用技術(shù)與產(chǎn)品;2003年12期

2 杜茂華;;日本放電加工的新方法和新技術(shù)[J];機(jī)床與液壓;2006年10期

3 楚振斌;;四論放電加工的基本矛盾——論多通道放電加工的可能性[J];電加工;1978年01期

4 ;無消耗放電加工[J];電加工;1978年03期

5 S愂鍪，

本文編號：620198