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电火花加工技术在陶瓷加工中的应用柳新民, 柯宏发（国防科技大学）陶瓷材料、金属材料和有机高分子材料并列为当今三大固体材料。
其中陶瓷材具有强度高、硬度大、比重小、耐高温、抗氧化、抗磨耐蚀、热扩散率低、热膨涨系数小等优点，在机械、电子、航空航天等工业领域中得到越来越广泛的应用。
陶瓷材料具有一定的脆性。
并且硬度高，加工极为困难，严重地阻碍了陶瓷材料应用发展。
因此陶瓷材料的机械加工技术的研究日益受到世界各国的重视。
目前，陶瓷材料的精密加工通常采用金刚石砂轮磨削和电火花加工，但前者成本高，效率低，电火花加工技术则在各种难加工材料领域中获得广泛的应用。
本文概述电火花加工技术在陶瓷加工方面的具体应用。
一、陶瓷的电火花加工电火花加工所采用的脉冲放电能量密度高，适于加工那些普通机械加工方法难以加工或无法加工的特殊材料和复杂形状的工件。
它脉冲放电持续的时间极短，放电产生的热量传导扩散范围小，材料被加工表面受热影响的范围小。
而且加工时工具电与工件材料不接触，两者之间宏观作用力极小，可用软的工具加工任何高硬度的料。
因此电火花加工降低了劳动强度，加工质量好，便于实现自动化。
国内外专家对陶瓷加工进行了大量的研究，并取得了一定的进展。
(一)加工导电性陶瓷工程陶瓷中的相当一部分具有一定的导电性，因而可用电火花直接加工。
瑞士一学者通过对不同的导电陶瓷进行电火花加工，发现适用于金属的电火花加工理论对导陶瓷却不适用，研究表明材料去除率和加工表面粗糙度，不仅取决于物理加工参数，—而且还与材料本身有关。
另有研究表明，当陶瓷材料的电阻率小于100Ω· cm时，对其进行有效的电火花加工。
对导电陶瓷的电火花加工，可采用普通的加工方法和设备，1．电火花线切割加工电火花线切割加工是研究得较多也是较为成熟的一种，一般的研究都是试图找出线切割加工的各种电参数与加工质量和加工效率之间的关系，国内也做了大量的工作。
最近，江苏理工大学朱曾采用普通的数控式线切割机对工程陶瓷A12O3-TiC线切割加工电参数进行优化试验，找出影响生产率和表面粗糙度的主要因素和较优组合。
表面微细加工技术简介一、表面微细加工技术●表面技术的一个重要组成部分●微电子工业重要的工艺技术基础●工艺精度决定了集成电路的特征尺寸●微米量级、亚微米量级、纳米量级●微型传感器、微执行器（微马达、微开关、微泵等）、微型机器人、微型飞机、微生物化学芯片等表面微细加工技术：●光刻加工电子束加工离子束加工激光束微细加工●超声波加工微细电火花加工电解加工电铸加工1.1 光刻加工●光刻加工●复印图像+化学腐蚀●广泛应用平面器件和集成电路●光刻三要素：光刻胶、掩膜版和光刻机●光刻胶又叫光致抗蚀剂，它是由光敏化合物、基体树脂和有机溶剂等混合而成的胶状液体●光刻胶受到特定波长光线的作用后，导致其化学结构发生变化，使光刻胶在某种特定溶液中的溶解特性改变光刻加工步骤: 1、涂胶、前烘2、曝光3、显影、坚膜（形成窗口）4、腐蚀或刻蚀5、沉积（形成电路）6、去胶曝光：对光刻胶膜进行选择性光化学反应，曝光部分改变在显影液的溶解性光刻胶的种类:●正胶：辐照后溶解性增加分辨率高，在超大规模集成电路工艺中，一般采用正胶●负胶：辐照后溶解性降低分辨率差，适于加工线宽≥3 m的线条曝光时影响分辨率的主要因素：1、掩膜版和光刻胶膜的接触情况2、曝光线平行度3、光的衍射、反射和散射4、光刻胶膜的质量和厚度5、曝光时间6、掩膜版的分辨率和质量曝光方式：●接触式：掩膜与胶膜贴紧曝光●分辨率高，胶膜和掩膜易磨损●低分辨率器件生产>5 μm●接近式：掩膜与胶膜有40μm间隙●避免污损，衍射造成分辨率差●投影式复印法：通过透镜系统使掩膜版图形缩小●精度依赖于光学系统，近紫外光波长（0.35-0.4 μm ）●加工极限0.4μm突破光刻极限: 采用短波长光源曝光●深紫外曝光技术（0.2~0.35μm ）●合理选择激光的激发物，KrF(248nm), ArF(193nm)●X射线曝光技术（零点几纳米）●线宽0.1 μm●位置对准困难，需防护严格●准分子激光光刻技术●线宽0.2 μm●精确控制剂量方面有待进一步提高腐蚀/刻蚀：●湿法刻蚀：利用酸碱溶液作为腐蚀剂化学反应●优点：选择性好、重复性好、设备简单、成本低●缺点：钻蚀严重、对图形的控制性较差●干法刻蚀：●等离子体腐蚀：利用强电场下气体辉光放电产生的活性基与被腐蚀胶膜发生化学反应，产生挥发性气体而去除选择性好、对衬底损伤较小，但各向异性较差●离子腐蚀：利用具有一定动能的惰性气体的离子轰击集体表面，离子束腐蚀和溅射腐蚀（物理过程）●反应离子刻蚀(RIE：Reactive Ion Etching)：离子轰击的物理效应和活性离子的化学效应结合具有前两者优点，同时各向异性和选择性应用最广泛的主流刻蚀技术新一代光刻技术：●接触-接近式→反射投影式→步进投影式→步进扫描式●436nm ～365nm（汞弧灯）→248nm (KrF准分子激光源)●利用光刻印刷细微图形已接近极限，50nm及以下，光学光刻将被其它新技术取代：●X射线光刻技术(XRL)●极紫外光刻技术(EUVL)●电子束投影光刻技术●离子束投影光刻技术●激光辅助直接刻印法（LADI）X射线光刻技术（XRL）●解决100nm以下光刻节点最现实的技术●光源波长0.7-1.3nm●缺点：掩膜衬底的机械性能（已获得较大突破）极紫外光刻技术（EUVL）——软X射线光刻●极紫外光源波长：10-14nm●物质吸收严重，反射光学系统●Mo、Si组成多层膜对13nm有较高的反射系数●若能得到应用，有可能解决≤50nm的光刻技术激光辅助直接刻印法（LADI）●2002年6月,美国普林斯顿大学研制的一种在硅片上制造出更精细结构的新技术●带有待压印线路图的石英压印模●将模子直接压印在硅片上，施加五千万分之一秒的大功率激光脉冲，使硅熔化后，按照模子的图案凝固，●可印出10nm的线路图，四百万分之一秒●《Science》杂志评论：该工艺可维持芯片小型化进程，摩尔定律在接下来的20年里可能仍然有效1.2 电子束加工工作原理：真空条件下，利用电流加热阴极发射电子束，经控制栅极初步聚焦后，由加速阳极加速，通过透镜聚焦系统进一步聚焦，使能量密度集中在直径1～10μm斑点内。
一、判断题1．电化学反应时，金属的电极电位越正，越易失去电子变成正离子溶解到溶液中去。
【×】2．法拉第电解定律认为电解加工时电极上溶解或析出物质的量与通过的电量成正比，它也适用于电镀。
【√】3．电火花加工中粗加工时工件常接（正）极，精加工时工件常接（负）极。
【×】4．用硬质合金车刀进行精密切削时，切削速度对切削力的影响很明显。
【×】5．电致伸缩微量进给装置的三大关键技术是电致伸缩传感器、微量进给装置的机械结构及其驱动电源。
【√】6．电子束加工是利用电能使电子加速转换成动能撞击工件，又转换成热能来蚀除金属的。
【√】7．电火花线切割加工中，电源可以选用直流脉冲电源或交流电源。
【×】8．实验研究发现，金刚石刀具的磨损和破损主要是由于111晶面的微观解理所造成的。
【√】9．对于黑色金属、硬脆材料等的精密与超精密加工，目前主要应用金刚石刀具进行切削加工。
【×】10．与电火花加工、电解加工相比，超声波加工的加工精度高，加工表面质量好，但加工金属材料的效率较低。
【√】11．电解加工是利用金属在电解液中阴极溶解作用去除材料的，电镀是利用阳极沉积作用进行镀覆加工的。
【×】12．氯化钠电解液在使用中，氯化钠成分不会损耗，不必经常添加补充。
【√】13．由于离子的质量远大于电子，故离子束加工的生产率比电子束高，但表面粗糙度稍差。
【×】14．金刚石(110)晶面微观强度最高。
【√】15．在超精密磨削时，如工件材料为硬质合金，则需选用超硬磨料砂轮。
【√】16．电解加工时，串连在回路中的降压限流电阻使电能变成热能而降低电解加工的电流效率【×】17．等脉冲电源是指每个脉冲在介质击穿后所释放的单个脉冲能量相等。
对于矩形波等脉冲电源，每个脉冲放电持续时间相同【√】18．电火花加工是非接触性加工，所以加工后的工件表面无残余应力。
【√】19．最小切入深度与刀具的刃口半径有关。
