[发明专利]电解加工用分流辅助硅电极、电解加工系统及方法

说明书

本发明公开了电解加工用分流辅助硅电极、电解加工系统及方法。该硅电极包括：硅基体、绝缘层和金属层。硅基体包括夹持部和加工部，加工部远离夹持部一端的端面被设置为阴极面；硅基体表面上位于电极供电导电区外和阴极表面外的区域设有绝缘层；金属层包括电极供电导电端、分流阳极层、引线和阳极引出端，电极供电导电端设在位于电极供电导电区的硅基体上，分流阳极层位于加工部的绝缘层上，引线和阳极引出端位于夹持部的绝缘层上。该硅电极通过在阴极面一侧的绝缘层外设置分流阳极层来降低加工间隙外的杂散电流，使工件表面电流集中分布在加工间隙内，能够在不影响加工效率的同时约束材料蚀除范围，提高加工定域性和加工精度。

技术领域

本发明属于特种加工技术领域，具体而言，本发明涉及电解加工用分流辅助硅电极、电解加工系统及方法。

背景技术

微细孔、槽等结构在航空航天、精密仪器、汽车、化工、通讯等领域具有广泛应用，如高端喷油嘴上的微喷孔、微流控芯片上的微流道等。在机械零件精密化、微型化趋势下，对微结构形状精度和表面质量要求越来越高，因此对微细加工技术提出了更加严峻的挑战。微细电解加工可将金属合金材料以离子形式溶解，理论上可实现亚微米甚至纳米级的加工精度，具有加工表面完整性好的原理性优势，已成为针对高精度、高质量微结构最具潜力的加工技术。

但目前微细电解加工技术在工业领域内尚无广泛的应用，主要受到加工定域性问题的制约，致使加工的微结构尺寸、形状精度较差。在电解加工过程中，理论上被加工工件表面与工具电极之间经电解液导通的区域均会发生金属溶解，空间分布的电场和流动的电解液使材料蚀除区域不能得到有效控制。为了提高加工精度，现有的技术手段包括：采用侧壁绝缘工具电极约束电场分布、采用低浓度水基钝性电解液和低压高频脉冲电源促进小电流密度区域材料钝化，抑制相应材料蚀除，这些手段在一定程度上约束了材料被蚀除的范围。

发明内容

本发明主要是基于以下问题和发现提出的：

本发明的申请人在在先申请的发明专利(201610909851.7)“电解加工用微细单晶硅工具电极及其制备方法”提供了一种微细硅工具电极的新思路，其主要发明构思是采用高浓度掺杂的硅材料作为电极基体，以二氧化硅/氮化硅薄膜层作为其侧壁绝缘层，大大提高了工具电极侧壁绝缘层的耐久性和稳定性。该专利中的侧壁绝缘电极虽然在一定程度上约束了空间电场分布，但由于其不能将电流密度集中约束在加工间隙内，工具电极端面附近的杂散腐蚀是通过高脉冲电源频率、低加工电压等其他工艺条件抑制的，虽然达到了提升加工定域性的效果，但是一定程度的牺牲了加工效率，难以同时保证加工精度和加工效率。为在不牺牲加工效率的前提上提高加工精度，需要从电极设计角度提出新的电极结构方案，抑制电场分布，将电流集中约束在加工间隙内。

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出电解加工用分流辅助硅电极、电解加工系统及方法。该硅电极通过在阴极面一侧的绝缘层外设置分流阳极层来降低加工间隙外的杂散电流，使工件表面电流集中分布在加工间隙内，能够在不影响加工效率的同时约束材料蚀除范围，提高加工定域性和加工精度。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种电解加工用分流辅助硅电极。根据本发明的实施例，该硅电极包括：硅基体、绝缘层和金属层。所述硅基体包括夹持部和加工部，所述夹持部表面设有电极供电导电区，所述加工部设在所述夹持部的一端并伸出所述夹持部，所述加工部远离所述夹持部一端的端面被设置为阴极面；所述硅基体表面上位于所述电极供电导电区外和所述阴极表面外的区域设有所述绝缘层；所述金属层包括电极供电导电端、分流阳极层、引线和阳极引出端，所述电极供电导电端设在位于所述电极供电导电区的所述硅基体上；所述分流阳极层设在位于所述加工部的所述绝缘层上，所述引线和所述阳极引出端设在位于所述夹持部的所述绝缘层上，所述分流层和所述阳极引出端通过所述引线相连，所述引线和所述阳极引出端与所述电极供电导电端不接触；在所述加工部的长度方向上，所述阴极面与所述分流阳极层之间的距离不大于所述加工部与工件阳极之间的加工间隙。