[发明专利]一种金属微细结构的电化学高精度抛光方法

说明书

本发明公开了一种金属微细结构的电化学高精度抛光方法，包括以下步骤：制备包裹有金属工件待抛光结构面的固体电解质；对金属工件进行抛光电解；将带有微细结构的金属工件从固体电解质中取出。本发明利用了固体电解质在一定条件下可以转变为液态或者通过溶液固化的方式进行制备的性质可进行微细结构的自适应填充以及抛光电解液的三维结构形状约束，这一重要转变是实现金属微细结构高精度抛光的关键，因为电解液的形状受到约束，金属材料的去除只会发生在金属和固体电解质的界面，随着加工的进行，发生金属表面与固体电解质的分离，金属的电化学腐蚀随即停止，金属微细结构三维结构形状得以良好保持，实现了高精度抛光，还可去除一定的波纹度特征。

技术领域

本发明涉及一种金属微细结构的抛光，尤其是涉及一种金属微细结构的电化学高精度抛光方法。

背景技术

微结构表面特有的形状特征使其具有了一些特定的物理、化学等功能。具有三维金属微结构的微小型器件由于其功能性在生物医疗、精密机械、航空航天、国防、通信等领域获得了日益广泛的应用。例如，在冷却散热系统中使用微槽结构能够改善散热性能，提高散热效率；行波管依靠其内部的周期性微槽结构进行电子束与高频电磁行波的能量交换，实现微波信号的放大等等。微结构的表面粗糙度对其耐蚀性、耐磨性、抗疲劳性等性能具有重要影响，关系着加工质量的高低；微结构的形状精度会使微型元器件的性能偏离事先设计好的工作点，也是加工质量的重要评估标准之一。

微小型元器件市场需求日益增大的同时也推动了微细制造技术的进步。然而，现有的各种微细加工工艺加工出的微结构存在无法完全避免的表面缺陷，比如，微铣削(Micro milling)等基于机械力的加工会产生微裂纹、毛刺等缺陷，微槽底部微铣刀的叠加轨迹还会造成粗糙度之外的波纹度特征；微细电火花加工(MEDM)会产生放电凹坑、热影响层等缺陷；激光加工会在沟槽表面存在重熔层和翻边，微槽底部也会有激光轨迹造成的波纹度特征，所以必须经过后续抛光才能满足高性能金属微结构功能元器件的使用要求。

对于微细结构零件，由于其尺寸小、刚度低、精度要求高等特点，普通的抛光方法往往受到限制。迄今为止，人们已经发展了多种技术并应用于金属微结构的抛光，这些技术大致可以分为三类：(1)设计制造特殊抛光工具利用宏观机械力进行的机械式抛光方法，如特制抛光头抛光、磁性复合流体抛光、数控小磨头抛光等；(2)使用强聚焦的高能束与金属表面发生物理化学反应实现抛光的高能束抛光方式，如激光抛光、离子束抛光等；(3)化学或电化学抛光方法。

特制抛光头抛光使用的工具是经过特殊设计的带有软毛的抛光头，抛光头上的软毛带动磨粒滚动实现工件表面的抛光，该方法抛光工具制造较简单，对小深宽比简单微结构具有一定的抛光能力，但是无法实现微结构的高精度抛光以及较大深宽比微槽的抛光，还有可能产生磨粒嵌入、残留的问题；磁性复合流体抛光的原理是使用装有永磁铁的抛光工具头吸附定量的磁性复合流体，磁性复合流体与微结构工件表面接触且相对运动，产生切削作用，实现抛光。由于其抛光工具为柔性的磁性抛光体，能够与各种曲面工件高度贴合，因而能够实现对复杂曲面、微小结构等难以加工的工件表面进行抛光。但是适用于该方法的微结构多为曲面且深宽比较小，无法对侧壁垂直、大深宽比的微槽结构进行高精度抛光；数控小磨头抛光，由于抛光工具表面无法与微结构工件表面完全吻合而一定程度上影响了抛光工件的表面质量。