激波辅助纯钛微细光刻电解试验研究

论文摘要

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。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 钛及钛合金的应用
• 1.2 钛及钛合金微细加工技术
• 1.2.1 微细切削加工技术
• 1.2.2 微细特种加工技术
• 1.3 激波及其应用
• 1.4 本文的主要研究工作
• 第二章 激波辅助纯钛光刻电解加工机理
• 2.1 光刻加工工艺
• 2.2 电解加工基本原理及工艺基础
• 2.2.1 电解加工及特点
• 2.2.2 法拉第定律
• 2.2.3 阳极极化
• 2.3 光刻电解加工
• 2.3.1 光刻电解加工过程及特点
• 2.3.2 有限元电场分析
• 2.4 激波辅助加工机理
• 2.5 本章小结
• 第三章 试验系统组建
• 3.1 试验系统介绍
• 3.2 光刻单元
• 3.3 电解加工单元
• 3.3.1 加工电源
• 3.3.2 电解液
• 3.4 激波发生器单元
• 3.4.1 激励电源
• 3.4.2 超声换能器
• 3.5 本章小结
• 第四章 工艺试验
• 4.1 光刻工艺
• 4.2 电解工艺
• 4.2.1 基本参数
• 4.2.1.1 电极间距
• 4.2.1.2 电参数
• 4.2.1.3 电解液
• 4.2.2 激波对加工试验的作用
• 4.2.2.1 激波压力特性测试
• 4.2.2.2 加工精度及均一性
• 4.2.2.3 加工效率
• 4.2.2.4 表面质量
• 4.3 本章小结
• 第五章 研究总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文