半导体硅电火花多通道放电及成形加工条件研究

摘要

半导体硅属于典型的硬脆性材料,具有特殊的电学特性和物理特性,这些特质使得它在尖端科技领域的应用越来越广泛。利用传统的机械加工方式加工半导体硅时,主要通过机械力来去除材料,会在加工表面造成崩碎和裂纹。电火花加工是通过放电过程中的电腐蚀现象来蚀除材料的,对加工材料的硬度、脆性等没有限制,非常适合用于加工半导体硅材料。不少国内外学者对传统金属材料电火花加工时的放电通道做了大量的研究,目的在于希望从机理方面进行研究,以获得更高加工效率和加工表面质量的理论依据,而对于半导体材料放电通道的研究还未见报道。同时随着科技需求的发展,各种形状的半导体材料零件在无损检测、太空谱线检测等方面的要求日益迫切,而在半导体硅零件制造方面,电火花成形加工作为一种必要的手段目前还未见报道。本课题首先以电火花线切割加工的方式对硅材料放电加工过程中的放电通道个数进行研究,认为半导体硅由于所具有的特殊电特性导致电火花加工时存在多通道放电现象,而其多通道的放电特征对于不同加工面积的电火花加工的加工效率是有影响的,为提高半导体硅电火花加工效率奠定理论基础;其次本课题研制半导体硅材料专用电火花成形加工系统,分析保障半导体硅电火花成形持续稳定加工的条件,进行典型零件的成形加工,获得良好的加工效果。
　　本文的具体研究内容如下:
　　(1)针对半导体硅特殊的电特性,采用电火花线切割方式,研究其电火花加工放电通道个数,建立半导体硅电火花线切割加工的等效电路模型,分析其对电火花线切割加工效率的影响规律。
　　(2)研制半导体硅材料电火花成形加工专用试验平台,以电流脉冲概率为伺服进给依据开发专用伺服控制系统。
　　(3)针对半导体硅电火花成形加工时极易出现阻碍加工进行的黑点物质的情况,对该黑点进行分析表明,其为不具有导电性的铜氧化物。为避免该不导电金属氧化物质的产生,首先通过选用石墨电极改变电极材料,并选用不含有氧元素的工作介质,杜绝非导电金属氧化物形成的条件;其次通过增加电极的附加振动或增加电极的旋转增加极间的洗涤、冷却能力,改善极间排屑条件。实验表明采用上述方法后半导体硅电火花成形加工得以稳定顺利进行。
　　(4)利用试验平台进行半导体硅电火花成形加工工艺试验,研究一定工艺条件下,电极进给速度和电火花加工电流脉冲概率之间的关系,分析电参数包括加工电压、占空比和脉冲宽度对加工效率的影响,获得优化的加工参数。
　　(5)利用电火花成形加工系统进行典型零件:五角星、正方形、三角形形状的半导体硅电火花成形型腔加工,获得良好的加工效果。

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图表清单

第一章 绪论

1.1 半导体材料的性能与应用

1.2 半导体材料的加工方法

1.3 电火花加工放电机理的研究现状

1.4 电火花成形加工的研究现状

1.5 课题研究背景和意义

1.6 课题研究内容

第二章 半导体硅电火花加工多放电通道的研究

2.1 半导体硅电火花多放电通道研究的试验设备

2.2 电火花加工放电通道的概念

2.3 实验原理及条件

2.4 实验结果

2.5 多通道放电机理分析

2.6 多通道放电对电火花切割特性的影响

2.7 本章小结

第三章 半导体硅电火花成形加工试验设备

3.1 半导体硅电火花成形加工系统的搭建

3.2 其它辅助设备

3.3 本章小结

第四章 半导体硅电火花成形持续加工的研究

4.1 半导体硅电火花成形持续加工条件研究

4.2 半导体硅电火花成形加工的工艺实验

4.3 多通道放电对电火花成形加工特性的影响

4.4 半导体硅电火花成形加工实例

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 课题总结

5.2 课题展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文