[发明专利]微热管内壁非连续微结构微细电解加工装置及加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及微细电解加工技术领域，尤其是涉及一种微热管内壁非连续微结构微细电解加工装置以及加工方法。

背景技术

在电力电子行业，微电子器件的高频、高速以及集成电路的密集和微型化，使得电子器件的耗散功率迅速增大，发热量急剧升高，常规的冷却方式已无法满足要求，电子器件的散热成为其发展的一个瓶颈。

强化传热技术是指能显著改善传热性能的节能新技术。具有强化传热结构的微型热管已成为高热流密度微电子器件导热的理想元件。所谓强化传热微结构是指在管内壁加工出具有不同尺寸形貌，并具有散热或传热功能的连续或非连续微结构，如肋槽、凹坑或凸台等。这些结构可以增加传热表面积，在一定条件下还可以扰动壁面边界层，减小黏性底层厚度以降低热阻，达到在同样冷气量条件下实现最高冷却效果的目的。

连续和非连续微结构管都具有较高的传热性能，其中非连续微结构管蒸发传热性能最佳，其传热性能比连续微结构管平均提高6.71%。而非连续微结构更有利于冷凝液表面张力发挥作用和液体的沸腾，有利于促进冷凝膜内部的对流换热、沸腾泡核的成倍增长和气泡的大量发生和蒸发。目前，微热管内强化传热结构的加工技术主要是针对连续微结构，而有关微热管内表面非连续微结构的加工尚未见报道。

目前，金属内表面微结构的加工方法主要有挤压-切削法、激光加工法、电火花加工法、电解加工法等。挤压-切削法只适合于加工微热管内表面的连续微结构；激光加工法受激光头尺寸的限制，很难深入微热管内壁进行加工；电火花加工法效率低，工具电极存在损耗，无法实现对微热管内表面的大量微结构进行加工；电解加工过程中材料去除过程是以离子的形式进行的，这使其在微细制造领域，以至于纳米制造领域有着很大的发展潜力。从原理上讲，微细电解加工具有非接触、与材料硬度强度无关、无切削力等优点。更重要的是，微细电解加工可以一次同时加工数千到数万个微小凹坑、凹槽和凸包，加工所需时间仅为几十秒钟到几分钟。因而，最近几年国内外很多专家学者特别关注微细电解加工技术，期望利用其独特的加工原理和特性应用到表面微结构制造方面。

微热管内表面非连续微结构加工难点表现在如下几个方面：第一是微热管的内径小、长径比大、内表面空间狭窄；第二是微结构特征尺寸几十至几百微米（微米级深度的浅槽）且呈非连续分布状态；第三是所需加工的微结构数量巨大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种结构简单的微热管内壁非连续微结构微细电解加工装置；同时，本发明还提供一种采用所述加工装置对微热管内壁非连续微结构微细电解加工的方法，所述方法便于操作实现，可获得不同尺寸和形状的非连续表面微结构。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种微热管内壁非连续微结构微细电解加工装置，包括：

导电导液杆；

导向装置，所述导向装置环绕在所述导电导液杆四周，可防止所述导电导液杆水平晃动；

工作椎体，所述工作椎体的上端固定在所述导电导液杆的下端，所述导电导液杆的中轴线与所述工作椎体重合；

所述工作椎体为下端窄、上端宽的圆锥形结构，所述工作椎体的外表面涂覆有多条螺旋线绝缘胶。

所述微细电解加工装置包括用于设在被加工工件预制孔中部的变截面多线螺旋微细电解加工工作椎体、设在被加工工件上部一端与工作椎体连接另一端与电解液回流管连接的导电导液杆、设在导电导液杆上的导向装置。加工时电源的正极与被加工工件连接，电源的负极与导电导液杆连接，在所述工作椎体与被加工工件的内壁之间加入电解液。所述工作椎体、导电导液杆和导向装置组成所述加工装置的变截面多线螺旋电极，将所述变截面多线螺旋电极在被加工工件的预制孔中按照一定的速度顺时针或逆时针旋转，在旋转的同时并沿所述被加工工件内壁轴向进给，完成一次旋转进给后，将所述变截面多线螺旋电极回退到被加工工件的上端，然后将其按照与第一次相反的方向旋转，并在旋转的同时沿所述被加工工件内壁轴向进给，完成正反两次旋转进给。由于工作椎体的外表面按照设计好的螺旋线有选择涂覆有绝缘胶，阴极体的侧面为加工面，加工过程中绝缘胶表面对应的工件表面受到保护，而与未涂覆绝缘胶表面对应的工件表面被电解，变截面多线螺旋电极在被加工工件预制孔中完成正反两次旋转进给后，在被加工工件的内表面形成非连续微结构。

所述工作椎体设计为上端宽、下端窄的圆锥形结构，可方便工作椎体在微热管管内的送进及旋转。实践中，可通过工作椎体外表面涂覆的螺旋线绝缘胶数、螺旋角、螺旋线宽等参数的改变，以及对工作椎体旋转状态的控制，从而在被加工工件内表面形成复杂的内表面非连续微结构。