[发明专利]一种可控长径比的钨丝针尖的制备装置及制备方法

权利要求书

1.一种可控长径比的钨丝针尖的制备方法，其特征在于，包括电动位移装置、电化学池、控制电路；所述电动位移装置固定待制备钨丝并可控制调节所述待制备钨丝在所述电化学池内的位置使所述待制备钨丝在所述电化学池内做提拉往复振动，所述控制电路与所述电动位移装置、所述电化学池连接形成刻蚀电路从而实现对所述电化学池内所述待制备钨丝的刻蚀；

所述电动位移装置包括电动滑台、步进电机驱动器、步进电机控制器、手动滑台、L型支架、测微头和针尖夹具，所述步进电机驱动器通过所述步进电机控制器连接所述电动滑台上的步进电机，所述步进电机驱动器和所述步进电机控制器带动并控制所述电动滑台做竖直方向的上下移动，所述手动滑台固定在所述电动滑台上，所述手动滑台通过所述L型支架固定连接所述针尖夹具；所述针尖夹具固定所述待制备钨丝；

包括步骤：

S1，将所述待制备钨丝安装在所述针尖夹具中，将所述针尖夹具固定到所述L型支架上，通过调节所述测微头，使所述待制备钨丝的端部浸入电解液液面下，并将电极放入所述电解液液面下；直流电源的正负极分别与所述待制备钨丝、所述电极连接；

S2，所述步进电机驱动器和所述步进电机控制器接通电源，所述步进电机使所述电动滑台移动，从而带动所述待制备钨丝做上下往复的提拉振动，所述步进电机控制器控制所述提拉振动的振动幅度及振动速度；

S3，当所述提拉振动将所述待制备钨丝端部移动至预设的浸没深度，或所述提拉振动达到预定的振动次数后，所述步进电机控制器控制所述电动滑台装置下移，直到所述待制备钨丝端部到达起始的浸没深度，并继续对所述待制备钨丝端部进行刻蚀；

S4，重复步骤S3，直至下端所述待制备钨丝刻蚀掉落，上端所述待制备钨丝在所述电解液液面形成金属针尖；

建立参考例，直流电源加载电压值为U的刻蚀电压，固定所述待制备钨丝在所述电解液内的位置，所述待制备钨丝直径为d，所述待制备钨丝浸入液面的长度为H₁，刻蚀掉的钨丝长度为h₁₁，其中h₁₁＝H₁-h₁，所述参考例的刻蚀过程总时间为t₁；

所述待制备钨丝浸入液面的长度为H₂，其中H₂＝h₂+h₁₁，在所述刻蚀电压U下，先进行预刻蚀，所述预刻蚀时间为t₀；通过所述步进电机控制器启动，所述待制备钨丝进行往复提拉振动；

所述往复提拉振动的次数n的计算公式为，

其中，L₁为单次往复提拉振动的提拉距离；L₂为单次往复提拉振动的下降距离；h₁为所述参考例中刻蚀完成后所述待制备钨丝上钨丝针尖的长度；h₂为所要制备的钨丝针尖的长度；

所述往复提拉振动的总时间t₂的计算公式为，

其中，ν为所述往复提拉振动的振动速度。

2.如权利要求1所述的可控长径比的钨丝针尖的制备方法，其特征在于，所述控制电路包括直流电源、电流采样电路、电压放大电路、A/D转换电路、FPGA核心控制电路、显示输入电路及开关控制电路；所述电流采样电路用于将所述刻蚀电路中的电流信号转换成电压信号；所述电压放大电路对所述电流采样电路转化后的所述电压信号进行放大；所述A/D转换电路对所述电压放大电路的输出信号进行A/D转换；所述FPGA核心控制电路分别与所述A/D转换电路、所述显示输入电路、所述开关控制电路相连；所述显示输入电路用于实时显示所述刻蚀电路中的实时有效电流值并提供人机交互输入；所述开关控制电路响应所述FPGA核心控制电路的控制信号，可快速切断或连通所述刻蚀电路。

3.如权利要求1所述的可控长径比的钨丝针尖的制备方法，其特征在于，所述电化学池包括电极、容器及电解液；所述电解液设置在所述容器中，所述电极放置在所述电解液内，所述针尖夹具夹取所述待制备钨丝放置在所述电解液内，所述直流电源的正负极通过所述控制电路分别与所述电极和所述针尖夹具连接，从而形成所述刻蚀电路。