當(dāng)今世界日益突出的能源危機(jī)、環(huán)境污染等問題，使得表面功能結(jié)構(gòu)制造成為國際學(xué)術(shù)研究的熱點(diǎn)之一。微細(xì)電加工(微細(xì)電解加工和電火花加工)是實(shí)現(xiàn)表面功能結(jié)構(gòu)制造的主要技術(shù)手段之一；而該技術(shù)的必備工具——三維微電極，難以通過常規(guī)機(jī)械加工方法制備。因此，在當(dāng)前，微細(xì)電加工過程通常是利用微柱狀電極、以逐層掃描銑削放電的方式開展，并用于制備各種復(fù)雜三維微型腔。但是，逐層掃描放電加工效率較低，而且微柱狀電極橫截面積十分微小，導(dǎo)致其抗干擾能力較差、容易損壞。

為此，針對(duì)三維微細(xì)電加工技術(shù)上述所述不足之處，本研究借助于增材制造原理，將銅箔等材料用于疊層制造三維微電極。所制電極質(zhì)量可靠、抗干擾能力較強(qiáng)，可用于具有大深寬比和復(fù)雜結(jié)構(gòu)特征三維微型腔的高效電加工。該技術(shù)是對(duì)微柱狀電極工藝方法的有益補(bǔ)充。本文在總結(jié)國內(nèi)外大量相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)本課題所提方法的加工機(jī)理以及關(guān)鍵應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行了深入研究。

完成的主要工作內(nèi)容如下:

(1)提出具有微孔結(jié)構(gòu)和倒錐度特征燒結(jié)式三維疊層微電極、以及捆綁式三維疊層微電極的制備方案。對(duì)振動(dòng)輔助微細(xì)電解加工極間間隙電解液的運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行模擬仿真，以驗(yàn)證所設(shè)計(jì)電極結(jié)構(gòu)具備合理性。對(duì)電極箔層間的壓力云分布進(jìn)行仿真計(jì)算，以預(yù)測應(yīng)力集中和形變最嚴(yán)重的位置。對(duì)電極箔片可承受的載荷極值進(jìn)行計(jì)算，以便電極工作部位各箔層間保持緊密貼合，從而獲得具有較高形狀精度的疊層微電極。結(jié)合仿真和計(jì)算的結(jié)果，使用鍍錫銅箔疊層坯料，運(yùn)用飛秒激光切割與真空壓力熱擴(kuò)散焊組合工藝，制備出含有微孔和倒錐度特征和的燒結(jié)式三維疊層微電極；并且，為提高電極制備效率，運(yùn)用飛秒激光切割結(jié)合專用電極夾具，快速制備出捆綁式三維疊層微電極。

(2)開展了燒結(jié)式三維疊層微電極微細(xì)電解加工的機(jī)理和應(yīng)用研究。使用含有碳化硼(B_4C)磨粒的硝酸鈉(NaNO_3)電解液，進(jìn)行振動(dòng)輔助單向進(jìn)給微細(xì)電解加工，并且結(jié)合振動(dòng)研磨拋光工藝，對(duì)加工至指定深度后的微結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行研磨拋光處理，以制備高表面質(zhì)量的微結(jié)構(gòu)。以不同振幅、振動(dòng)頻率、研磨時(shí)間以及B_4C濃度等參數(shù)作為實(shí)驗(yàn)的主要影響因素，進(jìn)行振動(dòng)輔助微細(xì)電解加工實(shí)驗(yàn)研究。并以所得微結(jié)構(gòu)底面粗糙度作為研究指標(biāo)，對(duì)加工結(jié)果的成形機(jī)理進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果表明，B_4C磨粒的振動(dòng)磨削作用，大大減少了電解產(chǎn)物在電極工作面的沉積，保持了電極工作面良好而均勻的導(dǎo)電性，從而提高了電解加工的定域性，降低了雜散腐蝕程度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了高效穩(wěn)定的電解加工，并顯著改善了具有較大深度和復(fù)雜孤島特征微結(jié)構(gòu)的表面質(zhì)量。

(3)在微細(xì)電解加工基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提出運(yùn)用捆綁式三維疊層微電極進(jìn)行負(fù)極性微細(xì)混粉電火花加工，所用火花油電介質(zhì)同時(shí)含有均勻懸浮的石墨粉(Gr粉)和銅粉(Cu粉)。分析并總結(jié)了混粉微細(xì)電火花加工過程中、加工結(jié)果底面出現(xiàn)接縫放電痕和微凹坑的主要成形機(jī)理。同時(shí)，采用優(yōu)化的工藝參數(shù)，包括粉末濃度、電壓脈寬和脈間、以及加工電壓等，對(duì)于該技術(shù)在典型工業(yè)金屬材料上的應(yīng)用進(jìn)行了全方位驗(yàn)證，制備多種三維微結(jié)構(gòu)實(shí)例。

結(jié)果表明，在負(fù)極性混粉電火花放電的作用下，極間等離子放電通道均勻分布，使得電極工作面箔層間可形成完整連續(xù)的自焊接；合適的粉末濃度促成可靠積碳層保護(hù)膜的有效形成，進(jìn)一步改善了電極工作表面質(zhì)量，并顯著降低了電極損耗，且電容儲(chǔ)能作用的減小大大降低了潛布電容加工和電弧放電的可能性，從而實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定、精密、大深度、底面無接縫放電痕微結(jié)構(gòu)的制備。