[发明专利]一种利用异形电极刀具进行电化学加工的方法

说明书

一种利用异形电极刀具进行电化学加工的方法，涉及微纳米加工领域。方法是：根据需要加工的特定形貌结构，设计制作异形电极刀具；将异形电极刀具固定于夹具上，再将夹具固定于多维操纵装置的Z方向位移台上；将被加工工件固定于电解池底部，向电解池注入电解液，控制异形电极刀具逼近被加工工件，并利用多维操纵装置的XY方向位移台调整异形电极刀具与被加工工件相对位置；将辅助电极和参比电极浸入电解液中，电化学工作站的工作电极线连接异形电极刀具，启动电化学工作站，产生电化学电流；控制C方向转台使被加工工件进行旋转运动，同时加工进行；加工结束后，被加工工件表面产生要求的形貌结构。本发明用于对工件进行电化学加工。

技术领域

本发明涉及微纳米加工领域，尤其涉及一种利用异形电极刀具进行电化学加工的方法。

背景技术

随着高新技术的发展，电化学微纳加工发挥着越来越重要的作用。对于具有纳米精度的特定表面形貌结构加工，电化学微纳加工一般采用模板复制的方法，例如采用光刻和微电铸技术、电化学纳米压印技术、约束刻蚀剂层技术等制造特定周期性微纳结构。另外也有采用基于扫描探针原理的直写技术进行电化学微纳加工，如扫描电化学显微镜(SECM)、超快电势脉冲技术(USVP)、扫描微电解池技术(SECCM)等。

基于模板复制的电化学微纳加工方法由于电场分布及物质扩散等原因，对于大面积加工较难进行均一性控制。而由于逐点加工的原因，基于扫描探针技术的加工方法进行大面积加工时效率很低。

对于特定圆形三维形貌加工，往往使用点电极进行逐点扫描加工，该方法效率极低。另外也可以制作圆形三维形貌电极刀具，使用模板复制的方法加工。但是三维模板加工工艺复杂，且大面积刀具由于电场及溶液内物质传递不均一，模板刀具的三维形状无法精确的复制到被加工基底上，需要根据加工出的三维结构形貌数据修改电极刀具的三维形貌，进行刀具仿形，过程复杂，且不可控。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用异形电极刀具进行电化学加工的方法，对于加工特定表面形貌结构，设计特殊形状的电极刀具，从而避免电场分布及物质扩散不均匀，并结合刀具旋转运动对基底材料进行高效率加工，最终在被加工工件表面形成特定表面形貌的结构。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种利用异形电极刀具进行电化学加工的方法，所述的方法包括以下步骤：

步骤(1)：根据需要加工的特定形貌结构，设计并制作异形电极刀具，所述的异形电极刀具表面进行研磨抛光处理，使得表面质量符合要求；

步骤(2)：将异形电极刀具固定于夹具上，再将所述的夹具固定于多维操纵装置的Z方向位移台上；

步骤(3)：将被加工工件固定于电解池底部，向所述的电解池中注入电解液，并使电解液没过被加工工件；

步骤(4)：控制异形电极刀具逼近被加工工件，并利用多维操纵装置的X-Y方向位移台调整异形电极刀具与被加工工件相对位置；

步骤(5)：将辅助电极和参比电极浸入电解液中，电化学工作站的工作电极线连接异形电极刀具，启动电化学工作站，对异形电极刀具施加-2～2V恒电位，产生电化学电流；

步骤(6)：控制C轴旋转台使被加工工件进行旋转运动，同时加工进行；

步骤(7)：控制加工时间在5-1000min之间，加工结束后，异形电极刀具远离被加工工件，加工完成，被加工工件表面产生要求的形貌结构。

本发明相对于现有技术的有益效果是：

(1)本发明的方法仅需要多维操纵装置、电化学工作站及相关附属设施即可完成特定三维形貌加工，与模板复制方法相比，该方法能够有效解决电场分布及物质扩散不均一的问题，适用于大面积加工。