本發(fā)明涉及機械加工領(lǐng)域，具體涉及一種電極制備方法、電極部件和特種加工平臺。

背景技術(shù)：

對于特種加工，在電火花加工(EDM)或電解放電復(fù)合加工(ECDM)過程中，電極與工件間的放電效果使得工件得到加工。電極對加工結(jié)果有著直接的影響作用，因此如何方便地制造出高精度的電極是一個重要的問題。

現(xiàn)有技術(shù)中，電極的制備方法主要有以下幾種：(1)機加工：成本較低，但只能加工幾何形狀較為簡單、精度要求不高的電極；(2)反拷法：即把要使用的電極當做工件，用金屬或石墨塊作為電極進行EDM去成形。這種方法通常需要換多個工位進行加工，效率低，并且只能加工幾何形狀較為簡單的電極、精度一般只能達到微米級；(3)線電極電火花磨削技術(shù)(WEDG)：由日本東京大學(xué)的增澤隆久等人于1985年提出，即用沿著滑輪滾動的不斷進給的線狀電極去加工后續(xù)工藝要使用的電極，大大減少了因電極損耗而產(chǎn)生的精度誤差。但是這種方法效率不高，也只能制備幾何形狀較為簡單的電極、精度一般也只能達到微米級。

綜上所述，傳統(tǒng)的電極制備精度偏低，并且加工出來的電極幾何形狀較為簡單，因此，如何提高電極制備精度以及如何提高可制備的形狀復(fù)雜度成為亟待解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于如何提高電極制備精度以及如何提高可制備的形狀復(fù)雜度。

根據(jù)第一方面，本發(fā)明實施例公開了一種電極制備方法，包括：

將用于制備電極的基底固定在加工平臺上；向基底的待成形區(qū)域提供原料氣體；向基底的待成形區(qū)域照射聚焦離子束，以在待成形區(qū)域生長電極。

可選地，聚焦離子束包括鎵、氦和氬中的任意一種。

可選地，原料氣體包括：金屬原料氣體、非金屬原料氣體、導(dǎo)體原料氣體和絕緣體原料氣體中的任意一種。

可選地，在向基底的待成形區(qū)域照射聚焦離子束包括：以側(cè)向掃描的方式按預(yù)設(shè)路徑向基底的待成形區(qū)域照射聚焦離子束。

可選地，在向基底的待成形區(qū)域提供原料氣體之前，還包括：采用電磁聚焦方式形成聚焦離子束。

可選地，在向基底的待成形區(qū)域照射聚焦離子束之前，還包括：對用于制備電極的基底的待成形區(qū)域進行平坦化處理。

根據(jù)第二方面，本發(fā)明實施例公開了一種特種加工電極部件，包括：

基底，用于提供電極放置位；電極，采用上述的制備方法在基底上生長而成。

根據(jù)第三方面，本發(fā)明實施例公開了一種特種加工平臺，包括：

工件夾具，用于提供待加工工件放置位；電極夾具，與工件夾具相對設(shè)置，用于提供電極部件放置位；電極部件，放置在電極夾具上，與工件放置位相對設(shè)置；高頻脈沖電源，用于分別給待加工工件和電極部件提供相反電勢。

可選地，工作液導(dǎo)管，用于向待加工工件和電極部件提供特種加工工作液

可選地，運動平臺，用于驅(qū)動放置在電極夾具上的電極部件運動，和/或用于驅(qū)動放置在工件夾具上的待加工工件運動。

本發(fā)明技術(shù)方案，具有如下優(yōu)點：

本發(fā)明實施例提供的電極制備方法和電極部件，由于通過向基底的成形區(qū)域照射聚焦離子束，而后，向聚焦離子束照射在基底的照射區(qū)域提供原料氣體，從而，使得在聚焦離子束的激勵下，原料氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，繼而沉淀在基底的照射區(qū)域以在照射區(qū)域生長電極。相對于現(xiàn)有技術(shù)中磨、削等方式制備電極，一方面采用聚焦離子束的方式制備電極，能夠提高電極精度，通常聚焦離子束的精度能夠達到納米級；另一方面，由于采用生長的方式制備電極，相對于磨削等摒棄多余原料的方式，能夠更有效地利用原料，從而節(jié)省了電極制備成本；由此，能夠制備復(fù)雜形狀三維微納米級電極。采用生長式制備電極，可制備具有復(fù)雜形狀的三維電極，進行較為復(fù)雜的三維加工。

本發(fā)明實施例提供的特種加工平臺，由于采用上述實施例公開的電極部件，因該電極部件的精度更高，從而，在對待加工工件進行特種加工時，能夠提高待加工工件的加工精度。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明具體實施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對具體實施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施方式，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例中一種電極制備方法流程圖；

圖2為本發(fā)明實施例中一種電極制備的原理結(jié)構(gòu)框圖；

圖3為本發(fā)明實施例中一種特種加工電極部件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例中一種特種加工平臺結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術(shù)語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，還可以是兩個元件內(nèi)部的連通，可以是無線連接，也可以是有線連接。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

此外，下面所描述的本發(fā)明不同實施方式中所涉及的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互結(jié)合。

為了提高電極制備精度以及提高可制備的形狀復(fù)雜度，本實施例公開了一種電極制備方法，請參考圖1，為該電極制備方法流程圖，該電極制備方法包括如下步驟：

步驟S1，將用于制備電極的基底固定在加工平臺上。請參考圖2，示意了電極制備的原理結(jié)構(gòu)，本實施例中，將用于制備電極的基底1(圖2長方體所示)固定在加工平臺上，在具體實施例中，可以采用夾具、卡具等方式來固定基底1，在可選的實施例中，基底1采用可拆卸的方式固定在加工平臺上。

步驟S2，向基底的待成形區(qū)域提供原料氣體。本實施例中，所稱待成形區(qū)域為欲制備電極的區(qū)域。在可選的實施例中，根據(jù)待制備電極10的物理屬性，例如，是否需要導(dǎo)電，可以選擇原料氣體，具體地，原料氣體包括：金屬原料氣體、非金屬原料氣體、導(dǎo)體原料氣體和絕緣體原料氣體中的任意一種。為便于本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，作為例子，原料氣體可以是例如主要有鉑Pt、碳C、鎢W，二氧化硅SiO2等。需要說明的是，在具體實施過程中，也可以根據(jù)需要選擇其它原料氣體。需要說明的是，本實施例中，原料氣體可以是化合物，也可以是包含其它物質(zhì)的混合物。

步驟S2，向基底的待成形區(qū)域照射聚焦離子束。請參考圖2，在固定基底1之后，可以在基底1的待成形區(qū)域照射聚焦離子束2，所稱聚焦離子束2可以包括鎵、氦和氬中的任意一種等能夠侵入基底1使得基底1受侵入部分產(chǎn)生二次電子的離子。在可選的實施例中，聚焦離子束2優(yōu)選采用鎵，元素鎵具有熔點低，不易被氧化從而容易保持較好的純度等優(yōu)點。本實施例中，在向基底1照射聚焦離子束2后，基底1受照射的區(qū)域會產(chǎn)生二次電子，通過向聚焦離子束照射區(qū)域提供原料氣體3，二次電子會促使原料氣體3發(fā)生化學(xué)氣相沉積反應(yīng)而在基底1上的聚焦離子束2照射區(qū)域沉積出固體結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)了在照射區(qū)域生長電極10。

在可選的實施例中，在執(zhí)行步驟S3時，可以以側(cè)向掃描的方式按預(yù)設(shè)路徑向基底的待成形區(qū)域照射聚焦離子束2，如圖2箭頭所示。在具體實施例中，在聚焦離子束2照射一段時間后，原料氣體3自下而上生長成固體結(jié)構(gòu)；通過側(cè)向掃描的方式向基底1的待成形區(qū)域照射聚焦離子束2，可以實現(xiàn)三維固體結(jié)構(gòu)的成形。在具體實施例中，聚焦離子束2的掃描路徑可以由外置的計算機控制。

在可選的實施例中，在執(zhí)行步驟S3之前，還包括：

S4，采用電磁聚焦方式形成聚焦離子束。具體地，可以在離子束的區(qū)域內(nèi)加載電場，通過電場可以實現(xiàn)聚焦離子束的照射位置的定位。通常，聚焦離子束的束斑小，直徑可以小到約5nm，采用電磁方式聚焦離子束，可以使得照射位置的定位精度高，定位精度達數(shù)nm以內(nèi)。

在可選的實施例中，借助外置計算機自動控制掃描路徑，通過高精度的電磁方式聚焦，使得可以制備特征尺寸達100nm以內(nèi)，具有高度復(fù)雜三維形狀的微納米級電極，使得開展微納米尺度的EDM或ECDM具有了可能性。

在可選的實施例中，在執(zhí)行步驟S2之前，還可以包括：對用于制備電極的基底的待成形區(qū)域進行平坦化處理，從而提高制備電極的精度。

為便于本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，這里說明電極制備的物理化學(xué)過程，請參考圖2，原料氣體槍朝向真空室內(nèi)的基底材料表面持續(xù)噴射原料氣體，然后聚焦離子束朝要制備電極的基底表面位置照射。由于基底受到聚焦離子束的離子的侵入，基底表面將有低能量的2次電子(Secondary Electron)和彈回原子(Recoiled Atom)產(chǎn)生。這些低能量的粒子促使原料氣體發(fā)生化學(xué)氣相沉積反應(yīng)而在基底上的聚焦離子束照射位置處沉積出固體結(jié)構(gòu)。進一步地，通過精確控制聚焦離子束的掃描路線，反復(fù)上述物理化學(xué)過程，便可制備各種各樣復(fù)雜的三維微納電極。

本實施例還公開了一種特種加工電極部件，請參考圖3，為該特種加工電極部件結(jié)構(gòu)示意圖，該特種加工電極部件包括：基底1和電極10，其中：

基底1用于提供電極放置位；電極10采用生長方式成形在基底1的電極放置位上，具體地，可以采用上述實施例公開的制備方法在基底上生長而成。

本實施例還公開了一種特種加工平臺，該特種加工平臺適用于電火花加工(EDM)和電解放電復(fù)合加工(ECDM)。請參考圖4，為該特種加工平臺結(jié)構(gòu)示意，該特種加工平臺包括：工件夾具100、電極夾具200、電極部件300和高頻脈沖電源400，其中：

工件夾具100用于提供待加工工件A放置位。在具體實施例中，工件夾具100可以采用夾、卡等方式來固定待加工工件A，在其它實施例中，根據(jù)工件A的特性，也可以采用其它方式固定，例如螺栓連接的方式等。

電極夾具200與工件夾具100相對設(shè)置，用于提供電極部件300放置位。同樣地，在具體實施例中，電極夾具200可以采用夾、卡等方式來固定電極部件300，在其它實施例中，根據(jù)電極部件300基底的特性，也可以采用其它方式固定，例如螺栓連接的方式等。

電極部件300放置在電極夾具200上，與工件放置位相對設(shè)置，以使得電極部件300的電極能夠與工件放置位上的工件A相對，產(chǎn)生物理作用，例如產(chǎn)生電火花。

高頻脈沖電源400用于分別給待加工工件和電極部件提供相反電勢。本實施例中，通過向待加工工件A和電極部件300提供相反電勢，使得電極部件300的電極與工件A之間放電產(chǎn)生電火花，從而實現(xiàn)了對工件A的電火花加工。

在可選的實施例中，該特種加工平臺還包括：工作液導(dǎo)管400，工作液導(dǎo)管400用于向待加工工件和電極部件提供特種加工工作液。在具體實施例中，可以根據(jù)特種加工的工種來確定提供的工作液，對于純放電的電火花加工，可以提供絕緣的工作液，例如油、純凈水等；對于復(fù)合加工，即又放電又電解的特種加工，可以提供導(dǎo)電的工作液，例如去離子水等。

在可選的實施例中，該特種加工平臺還包括：運動平臺500，運動平臺500用于驅(qū)動放置在電極夾具上的電極部件運動，和/或用于驅(qū)動放置在工件夾具上的待加工工件運動。在具體實施例中，動平臺500在驅(qū)動電極部件和/或待加工工件運動時，可以是分別沿X、Y、Z軸方向的平動，也可以分別繞X、Y、Z軸方向的旋轉(zhuǎn)。本實施例中，運動平臺500可以以微納米級的步進前進運動，獲得微納米級電極與工件間的放電位置。

在可選的實施例中，在驅(qū)動電極部件和/或待加工工件運動時，還可以進行超聲振動，以提高加工殘渣的排屑能力，減少短路概率。

在可選的實施例中，根據(jù)實際需要，也可以在工作液導(dǎo)管400的出口下方設(shè)置工作液回收槽，以對加工后的工作液進行回收。

在可選的實施例中，也可以將上述部件例如運動平臺500、工件夾具100、電極夾具200、電極部件300等設(shè)置在固定的工作臺上，以防止在加工過程中出現(xiàn)不期望的相對移動等現(xiàn)象。

本發(fā)明實施例提供的電極制備方法和電極部件，由于通過向基底的成形區(qū)域照射聚焦離子束，而后，向聚焦離子束照射在基底的照射區(qū)域提供原料氣體，從而，使得在聚焦離子束的激勵下，原料氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，繼而沉淀在基底的照射區(qū)域以在照射區(qū)域生長電極。相對于現(xiàn)有技術(shù)中磨、削等方式制備電極，一方面采用聚焦離子束的方式制備電極，能夠提高電極精度，通常聚焦離子束的精度能夠達到納米級；另一方面，由于采用生長的方式制備電極，相對于磨削等摒棄多余原料的方式，能夠更有效地利用原料，從而節(jié)省了電極制備成本。此外，采用生長式制備電極，可制備具有復(fù)雜形狀的三維電極，進行較為復(fù)雜的三維加工。

本發(fā)明實施例提供的特種加工平臺，由于采用上述實施例公開的電極部件，因該電極部件的精度更高，從而，在對待加工工件進行特種加工時，能夠提高待加工工件的加工精度。

顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護范圍之中。