本發明專利技術公開了一種以非導電塑料作電極加工微細結構的方法，屬于微細加工技術領域。其特征是采用塑料微擠出成型方法獲得所需尺寸形狀的非導電塑料制件，然后對非導電塑料制件進行預處理、表面粗化處理和導電化處理，最后將其作為工具電極，進行電火花加工，制造出金屬微結構。本方法的效果和益處是利用塑料易變形、易拉伸的特點，突破了電火花加工工具電極的尺寸和形狀限制，具有工藝簡單、制造成本低的優點，能夠高效率、高精度地加工出深徑比較大的微細結構。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于微細加工
，涉及到電火花加工技術，特別涉及到。
技術介紹
隨著微機械、微機電系統(MicroElectro Mechanical System, MEMS)這一門新學科的興起，微細加工技術作為獲得微機械、微機電系統的必要手段，得到了快速的發展。微細加工技術可以大幅減小產品的體積和質量，從而滿足體積小、質量輕的空間要求。目前，微細加工技術主要應用于大規模和超大規模電路的集成制造。此外，采用微細加工技術制造的大量微型機械(如壓力傳感器、溫度傳感器、智能傳感器等)也廣泛用于汽車工業、航空航天、醫療器械、微型機器人等領域。 國內外主要的微細加工技術包括(I)光刻和化學刻蝕可以加工微小的孔洞、溝槽等結構，但只限于硅材料。(2) LIGA技術采用深度X射線光刻、微電鑄成型和塑料模鑄等技術相結合的一種綜合型加工技術，可以進行三維立體微細加工。但是LIGA技術所需要的深層X射線輻射源價格昂貴，導致設備投資巨大，無法大范圍的推廣和使用。(3)微細激光加工微細激光加工是以激光作為光源對微零件進行打孔、切割和刻蝕等。但是激光加工屬于熱加工，在加工過程中熱的影響因素極難控制。(4)微細電火花加工技術通過改變工具電極的尺寸并配合微量的進給實現微細結構的加工。微細電火花加工技術具有低應力、無毛刺、可加工高硬材料的優點，因而在微細加工
得到了大范圍推廣和采用。但是，隨著特征尺寸的不斷減小，電火花工具電極也受到了一次次尺寸極限束縛。目前，微細電極的制備方法主要包括反拷塊電火花加工、線電極電火花磨削(WEDG)、LIGA技術、精密車削技術。但這些方法存在工藝復雜、成本高、不易推廣和使用等缺點。如果存在一種電極制備方法，能達到工具電極的制備要求，并能進一步的減小電極尺寸，這必將推動電火花加工工藝的不斷進步。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題是提供，可以加工孔、軸、溝槽等微細結構。本專利技術采用塑料微擠出成型方法獲得微小尺寸的非導電塑料制件；將非導電塑料制件依次進行除油、表面粗化和導電化處理，得到導電塑料制件；最后以導電塑料制件作為工具電極，進行電火花加工。具體的技術方案如下( I)非導電塑料制件的加工制備通過塑料微擠出成型方法獲得非導電塑料制件。利用微擠出成型設備，首先將塑料原料(顆粒或粉末)經擠出機進行熔融塑化；然后進入微擠出模具流道成型；塑料型坯成型后，在牽引機的牽引下進入水箱冷卻；同時，在模具型芯尺寸不變的情況下，改變牽引機牽引、拉伸塑料制件的速度，獲得不同直徑的圓柱狀塑料制件。除上述的微擠出方法得到非導電塑料制件，還可以使用微注塑、微熱壓等方法獲得非導電塑料制件。(2)非導電塑料制件的除油處理將塑料制件浸入碳酸鈉20 40g/L、磷酸鈉20 50g/L、氫氧化鈉10 30g/L和OP乳化劑2 5mL/L的混合溶液中，溫度50°C 70°C，浸入15 20min，除去 制件表面的油污，然后用去離子水沖洗。(3)非導電塑料制件的表面粗化處理將制件浸入三氧化鉻160 250g/L、濃硫酸300 350mL/L的混合溶液中，溫度70°C 80°C，浸入30min，用去離子水沖洗。(4)非導電塑料制件的導電化處理①敏化處理將步驟(3)粗化得到的非導電塑料制件浸入氯化亞錫10g/L和37%鹽酸30 50mL/L的混合溶液中，浸入5min,取出后自然晾干。②活化處理將制件浸入硝酸銀3 5g/L和20%氨水配合得到的混合溶液中，至表面成為暗褐色，滴加甲醛至塑料表面沉積得到一層銀，用蒸餾水沖洗，自然晾干。③化學鍍銅將導電塑料制件浸入酒石碳酸鈉20 25g/L、氫氧化鈉10 15g/L、硫酸銅5 10g/L、氯化鎳O. 5 I. 5g/L、甲醒10mL/L的混合溶液中，直至塑料表面可觀察到一層銅，取出用去離子水清洗。④電鍍將導電塑料制件置于硫酸銅180 220g/L、濃硫酸50 70g/L、氯離子20 80mg/L、添加劑少量的混合溶液中，利用電鍍設備在已導電的塑料表面鍍一層銅。(5)以塑料制件作電極進行電火花加工以導電塑料制件為工具電極，金屬材料為工件，進行電火花加工，得到與工具電極形狀相反的金屬微結構。本專利技術的效果和益處是利用塑料易拉伸變形的特點，突破了傳統電火花加工工具電極的尺寸和形狀限制；具有工藝簡單、制造周期短的優點，能夠降低制造成本60%以上；并且可以高效率、高精度地加工出深徑比較大的微細結構。另外，以塑料作電極進行微細電火花加工具有低應力、無毛刺、可加工高硬材料的優點。附圖說明圖I是本專利技術技術方案流程圖。圖2是塑料微擠出成型方法流程圖。圖3是聚丙烯雙腔塑料管截面的顯微照片。圖4是聚丙烯雙腔塑料管表面電鍍銅后的顯微照片。圖5是以聚丙烯雙腔塑料管作電極加工出微結構的顯微照片。具體實施例方式以下結合技術方案和附圖詳細敘述本專利技術的具體實施例。本專利技術以通過微擠出獲得的聚丙烯雙腔微管為塑料制件，依次進行除油、表面粗化和導電處理，最后以雙腔微管作電極進行電火花加工。具體步驟如下(I)利用雙腔微管模具進行加工，先將T30S型聚丙烯原料顆粒注入擠出機中進行熔融塑化，聚丙烯的熔點為170°C，擠出機的加熱溫度是235°C，塑料熔化后進入微擠出模具成型，牽引機以6m/min的牽引速度將塑料管引入恒溫水箱中進行冷卻，得到聚丙烯雙腔塑料管。成型過程如圖2所示，圖3為雙腔塑料管截面形狀(大圓外徑Φ1. 6mm，大圓內徑Φ I. 2mm,小圓內徑 Φ0. 5mm,壁厚 O. 2mm)。(2)將雙腔塑料管浸入碳酸鈉30g/L、磷酸鈉50g/L、氫氧化鈉25g/L和OP乳化劑3mL/L的混合溶液中進行除油處理，溫度50°C 70°C，浸入20min，至表面完全被水浸潤，然后取出塑料管，用去離子水沖洗，得到預處理好的非導電塑料管。(3)將雙腔塑料管浸入三氧化鉻200g/L、濃硫酸350 mL/L、水650mL/L的混合溶液中進行表面粗化處理，溫度70°C 80°C，使其表面出現微小的粗糙凹坑從而增大溶液與塑料表面的接觸面積，為后序處理做好準備。浸入30min，至塑料管表面平滑無光，取出塑料，用去離子水沖洗，得到粗化后的非導電雙腔塑料管。(4)①敏化處理先將粗化得到的非導電塑料管浸入氯化亞錫10g/L和37%鹽酸40mL/L的混合溶液中，浸入5min，取出后，自然晾干。②活化處理再將其浸入硝酸銀4g/L和20%氨水配合得到的混合溶液中，至表面成為暗褐色，滴加甲醛至塑料管表面沉積上均勻的銀，取出后用蒸餾水沖洗，自然晾干，得到導電塑料管。③化學鍍銅將導電塑料管浸入酒石碳酸鈉30g/L、氫氧化鈉7g/L、硫酸銅5g/L、氯化鎳lg/L、甲醛10mL/L的混合溶液中，直至塑料管表面可觀察到一層均勻的銅，取出用去離子水清洗。④電鍍最后將導電塑料管置于硫酸銅200g/L、濃硫酸40g/L、氯離子60mg/L、硫脲少量的混合溶液中，利用電鍍設備在已導電的塑料管表面鍍一層銅，得到具有銅鍍層的導電雙腔塑料管，如圖4所示。(5)以導電雙腔塑料管為電火花加工的工具電極，NAK80進口鋼材為工件，工具和工件分別置于脈沖電源的兩端，自動進給裝置使工具和工件達到放電間隙，不斷的脈沖放電將工件上多余的部分蝕除，得到與工具電極形狀相反的微細結構，如圖5所示。權利要求1.本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種以非導電塑料作電極加工微細結構的方法，其特征包括如下步驟，?（1）非導電塑料制件的加工制備：通過塑料微擠出成型方法獲得非導電塑料制件；首先將塑料原料經擠出機進行熔融塑化；然后進入微擠出模具流道成型；塑料型坯成型后，在牽引機的牽引下進入水箱冷卻；同時，在模具型芯尺寸不變的情況下，改變牽引機牽引、拉伸塑料制件的速度，獲得不同直徑的圓柱狀塑料制件；（2）非導電塑料制件的除油處理：將塑料制件浸入碳酸鈉20～40g/L、磷酸鈉20～50g/L、氫氧化鈉10～30g/L和OP乳化劑2～5mL/L的混合溶液中，溫度50℃～70℃，浸入15～20min，除去制件表面的油污，然后用去離子水沖洗；（3）非導電塑料制件的表面粗化處理：將制件浸入三氧化鉻160～250g/L、濃硫酸300～350mL/L的混合溶液中，溫度70℃～80℃，浸入30min，用去離子水沖洗；（4）非導電塑料制件的導電化處理：①敏化處理：將步驟（3）得到的非導電塑料制件浸入氯化亞錫10g/L和37%鹽酸30～50mL/L的混合溶液中，浸入5min，取出后自然晾干；②活化處理：將制件浸入硝酸銀3～5g/L和20%氨水配合得到的混合溶液中，至表面成為暗褐色，滴加甲醛至塑料表面沉積得到一層銀，用蒸餾水沖洗，自然晾干；③化學鍍銅：將導電塑料制件浸入酒石碳酸鈉20～25g/L、氫氧化鈉10～15g/L、硫酸銅5～10g/L、氯化鎳0.5～1.5g/L、甲醛10mL/L的混合溶液中，直至塑料表面觀察到一層銅，取出用去離子水清洗；④電鍍：將導電塑料制件置于硫酸銅180～220g/L、濃硫酸50～70g/L、氯離子20～80mg/L、添加劑少量的混合溶液中，利用電鍍設備在已導電的塑料表面鍍一層銅；（5）以塑料制件作電極進行電火花加工：以導電塑料制件為工具電極，金屬材料為工件，進行電火花加工，得到與工具電極形狀相反的金屬微結構。...
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：趙丹陽，田倩倩，王敏杰，李濤，
申請(專利權)人：大連理工大學，
類型：發明
國別省市：
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