陈 寅,赵万生

(上海交通大学机械与动力工程学院,上海 200240)

电火花加工是一种非接触加工方法,具有不受工件材料强度、硬度等机械性能限制及宏观加工力小等优点,在常规加工和微细加工领域都占有重要位置。电火花加工可方便地通过控制微小放电能量来获得最小的加工去除单位,理论上可实现单层原子级的材料去除,具备纳米尺度加工的潜能,还具有加工成本低的优点,从而使低成本、高集成度的微纳尺度器件、传感器及微纳仪器关键部位的加工甚至产业化成为可能。

国外学者已对纳米电加工的可能性、工艺及机理进行了初步探索。国枝正典等通过在电路中采用耦合电容的方法进行双极性放电加工,抵消了回路中杂散电容的负面影响,加工出直径小于500 nm的电蚀坑[1]。Rajurkar等用钨探针在原子力显微镜上分别对置于空气、去离子水和油等不同介质中的金和铜涂层进行电加工,观察到了一系列现象,如在空气中探针经过工件表面会引起金原子堆积,而在去离子水和油中则引起材料去除;此外还研究了AFM扫描力对涂层表面的影响[2]。Virwani和Malshe等以STM 为加工平台、绝缘油(正葵烷)为工作介质,使用尖端半径为35 nm的铂铱合金或钨探针为工具电极在金表面加工出直径约为10 nm的小坑[3-5]。目前纳米电加工的机理还未获得很好的解释,但Rajurkar和Malshe均认为其纳米尺度材料去除的机理应该是以放电加工为主,而没有微机械加工或电化学加工的证据。……