微纳电极的聚焦离子束化学气相沉积制备及其超声辅助电解放电复合加工

In order to investigate the electro-chemical discharge machining (ECDM) at micro/nanoscale, focused-ion-beam chemical vapor deposition (FIB-CVD) which is a micro/nanofabrication technology, is proposed to be used to fabricate micro/nanoelectrode. FIB-CVD has advantages on fabricating electrodes with a characteristic dimension as small as 100 nm and a complex 3D shape. 3D micro/nanoelectrodes are fabricated via FIB-CVD basing on the design of micro/nanocavity; Characteristics of ECDM using amorphous micro/nanoelectrode fabricated by FIB-CVD are studied; Influences of the machining parameters, the characteristic dimension and the shape on the ultrasonic-assisted ECDM are investigated; ECDMs of typical micro/nanocavities are performed and the machining qualities are evaluated. Therefore, a novel method of fabricating 3D micro/nanoelectrode is proposed, so that ECDM using a micro/nanoelectrode is able to be systematically studied. These studies contribute to the further progress of the miniaturization of fabrication.

为了研究微纳尺度的电解放电复合加工(ECDM)科学，本项目创新性地提出运用微纳加工方法中的聚焦离子束化学气相沉积法(FIB-CVD)来制备电极。FIB-CVD擅长制备最小特征尺寸达100 nm、具有复杂三维结构的电极。本项目以微纳型腔设计数据为依据，研究制备特征尺寸100 nm 至数微米的各种典型微纳电极的方法及其成形质量；研究非晶材质微纳电极的加工特性；研究工艺参数和微纳电极形状尺寸等对微纳型腔超声辅助电解放电复合加工的影响，掌握其成形规律与机理；研究各种典型微纳型腔的超声辅助电解放电加工及其成形质量。本项目提出一种全新的三维微纳电极制备方法，系统地研究使用微纳电极的电解放电复合加工，对微细加工的进一步发展做坚实的铺垫。

为了研究微纳尺度的电加工科学，本项目创新性地提出并实证了运用聚焦离子束化学气相沉积法（FIB-CVD）制备微纳电极的可行性，获得了在铜箔基体上制备特征尺寸达200 nm、电极直径方向尺寸精度达到20 nm以内、电极高度方向尺寸精度达到28 nm以内微纳电极的关键数据，确立了全新的微纳电极制备方法。本项目自主搭建了三轴的、进给及定位精度达微米级乃至纳米级的电火花加工系统，为进行超低能量的电火花加工提供了保障；获得了运用微纳电极，在304奥氏体不锈钢工件上成形微纳结构的方法。本项目揭示了微纳电极对微纳米级电加工影响的科学规律，采用开路电压在20 V以下、脉冲宽度在1微秒以内的不同的超低放电能量进行了电火花加工。本项目确立了阵列微纳电极的制备方法，获得了运用FIB-CVD法，制备单根微纳电极的特征尺寸达200 nm、电极直径方向尺寸精度达20 nm以内、微纳电极相互间距为2000 nm、相互位置精度达10 nm以内的阵列微纳电极的关键数据。因此，本项目提出一种全新的三维微纳电极制备方法，系统地研究使用微纳电极的电加工，对微细加工的进一步发展做坚实的铺垫。