等离子体电化学射流复合加工方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及复合加工技术领域，公开了一种等离子体电化学射流复合加工方法及装置，将电解液通过喷射装置形成射流喷射在工件上，通过施加合适电压在工件表面产生等离子体，从而击穿工件表面由于电化学射流产生的氧化膜，实现电解等离子体加工和电化学射流加工复合，实现化学惰性材料的加工。等离子体电化学射流复合加工装置机架上设置有工作台，工作台上设置有夹具，喷射装置包括喷嘴，喷嘴朝向夹具，用于向工件喷射电解液；只需将待加工工件夹持于夹具上，将喷嘴连接于电源负极、工件连接于电源正极，通过喷嘴将电解液喷射于工件表面，即可实现电解等离子体加工和电化学射流加工的复合加工方式，结构简单，可以有效降低加工成本。可以有效降低加工成本。可以有效降低加工成本。

【技术实现步骤摘要】
等离子体电化学射流复合加工方法及装置


[0001]本专利技术涉及复合加工
，尤其涉及一种等离子体电化学射流复合加工方法及装置。

技术介绍

[0002]随着半导体技术的不断革新，近年来以碳化硅(SiC)为首的第三代半导体材料由于具有禁带宽度大、击穿电场高、热导率高等优点，在制作高频、高温、抗辐射的大功率半导体器件方面发展潜力巨大。常规的加工方法主要有湿法刻蚀、干法刻蚀、电火花、激光、化学或电化学加工等。化学惰性金属以其高超的热稳定性、抗腐蚀性等材料性能在航空航天、能源、医疗等高
发挥着重要作用，例如铌(Nb)及其合金可应用于超导磁体，高温合金可用于火箭推进器喷管，燃气涡轮发动机和耐热耐烧器材，钛(Ti)可用于制造医疗器械，是很好的生物适应性材料。然而铌、钛等化学惰性金属和硅、碳化硅等半导体材料硬度大、脆性高、化学稳定性强，难以通过常规方法加工。
[0003]具体来说，通过湿法刻蚀不能精确控制图形，并且刻蚀剂为氢氟酸或氢氧化钾等危险的强酸强碱；干法刻蚀存在晶圆损坏的风险，并且设备复杂成本高昂，不适合大批量生产；电火花和激光加工会在材料表面产生热影响区、重铸层或者微裂纹；电化学加工不适用于化学惰性材料，例如铌或碳化硅等材料与氧结合后表面会生成氧化膜绝缘层阻止电化学反应的进行，通常采用酸性或者碱性电解液对氧化膜进行去除，危险性较高且对环境不友好，从而限制了常规电化学射流在化学惰性材料加工中的应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种等离子体电化学射流复合加工方法，能够实现化学惰性材料的表面选择性加工，并提供了一种等离子体电化学射流复合加工装置。
[0005]根据本专利技术的第一方面实施例的等离子体电化学射流复合加工方法，包括：通过喷射装置采用电化学射流的方式，由所述喷射装置的喷嘴向待加工工件喷射电解液，并在所述喷嘴和所述工件之间施加电场，在设定电压下，所述工件表面产生等离子体使由于电化学射流产生的氧化膜击穿，以去除所述工件表面材料。
[0006]根据本专利技术实施例的等离子体电化学射流复合加工方法，至少具有如下有益效果：将电解液通过喷射装置形成射流喷射在工件上，通过施加合适电压在工件表面产生等离子体，从而击穿工件表面由于电化学射流产生的氧化膜，实现电解等离子体加工和电化学射流加工复合，实现化学惰性材料的加工。
[0007]根据本专利技术的一些实施例，在所述喷嘴和所述工件之间施加电场的方式为：将所述工件连接至电源正极，所述喷嘴连接至电源负极。
[0008]根据本专利技术的一些实施例，设置电源为恒压输出模式，所述电源输出的电流波形为直流波形或脉冲波形，电压范围为100V至300V。
[0009]根据本专利技术的一些实施例，所述喷嘴和所述工件之间初始间隙为0.2mm至0.8mm。
[0010]根据本专利技术的一些实施例，所述电解液为质量分数范围为0.5％～20％的NaNO3水溶液，或者所述电解液为NaCl水溶液等中性盐溶液。
[0011]根据本专利技术的一些实施例，控制所述喷嘴相对于所述工件的表面的运动轨迹，以加工所需位置。
[0012]根据本专利技术的第二方面实施例的等离子体电化学射流复合加工装置，包括：
[0013]机架，所述机架上设置有工作台，所述工作台上设置有用于夹持待加工工件的夹具；
[0014]喷射装置，包括喷嘴，所述喷嘴朝向所述夹具，用于向所述工件喷射电解液；
[0015]电源装置，所述电源装置的正极连接所述工件，负极连接所述喷嘴。
[0016]根据本专利技术实施例的等离子体电化学射流复合加工装置，至少具有如下有益效果：只需将待加工工件夹持于夹具上，将喷嘴连接于电源负极、工件连接于电源负极，通过喷嘴将电解液喷射于工件表面，即可实现电解等离子体加工和电化学射流加工的复合加工方式。本专利技术实施例的等离子体电化学射流复合加工装置可应用于前文所述实施例的等离子体电化学射流复合加工方法，实现电解等离子体加工和电化学射流加工的复合加工方式，结构简单，可以有效降低加工成本。
[0017]根据本专利技术的一些实施例，等离子体电化学射流复合加工装置还包括驱动装置，所述驱动装置连接于所述机架，用于驱动所述工作台和所述喷嘴相对运动。
[0018]根据本专利技术的一些实施例，所述工作台上还设置有电解槽，所述夹具置于所述电解槽内，所述电解槽用于收集并排出从所述喷嘴喷射的电解液。
[0019]本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0020]下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步的说明，其中：
[0021]图1为本专利技术实施例等离子体电化学射流复合加工方法的示意图；
[0022]图2为本专利技术实施例等离子体电化学射流复合加工方法的原理示意图；
[0023]图3为本专利技术实施例等离子体电化学射流复合加工装置的模块示意图；
[0024]图4为本专利技术实施例等离子体电化学射流复合加工装置部分结构的立体结构示意图；
[0025]图5为化学惰性半导体碳化硅表面氧化膜形成的示意图；
[0026]图6为图5中材料去除的示意图；
[0027]图7为不同工艺参数下由电化学阳极氧化区到等离子体放电区的变化过程示意图；
[0028]图8为化学惰性材料半导体硅表面加工出微沟槽图案的一个示例；
[0029]图9为金属铌表面加工出微沟槽图案的一个示例；
[0030]图10为半导体硅表面加工出微沟槽图案的另一个示例；
[0031]图11为金属铌表面加工出微沟槽图案的另一个示例。
[0032]附图标记：
[0033]喷嘴100，电解液箱110，送液管路120，回液管路130，送液装置140，过滤器150，压力表160；工件200，放电210，氧化膜击穿220，氧化膜230，气泡240；电源装置300，电源正极310，电源负极320，示波器330；电解液400；初始间隙500；工作台600，夹具610，电解槽620；第一驱动部710，第二驱动部720，第三驱动部730；曲线L1、L2、L3，阳极氧化区S1，放电区S2。
具体实施方式
[0034]下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。
[0035]在本专利技术的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。
[0036]如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.等离子体电化学射流复合加工方法，其特征在于，包括：通过喷射装置采用电化学射流的方式，由所述喷射装置的喷嘴向待加工工件喷射电解液，并在所述喷嘴和所述工件之间施加电场，在设定电压下，所述工件的表面产生等离子体使由于电化学射流产生的氧化膜击穿，以去除所述工件表面材料。2.根据权利要求1所述的等离子体电化学射流复合加工方法，其特征在于，在所述喷嘴和所述工件之间施加电场的方式为：将所述工件连接至电源正极，所述喷嘴连接至电源负极。3.根据权利要求2所述的等离子体电化学射流复合加工方法，其特征在于，设置电源为恒压输出模式，输出的电流波形为直流波形或脉冲波形，电压范围为100V至300V。4.根据权利要求1所述的等离子体电化学射流复合加工方法，其特征在于，所述喷嘴和所述工件之间初始间隙为0.2mm至0.8mm。5.根据权利要求1所述的等离子体电化学射流复合加工方法，其特征在于，所述电解液为中性盐溶液。6.根据权利要求5所述的等离子体电化学射流复合加工方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵永华，董邦彦，卢家俊，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：