當今世界日益突出的能源危機、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)研究的熱點之一。微細電加工(微細電解加工和電火花加工)是實現(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)機械加工方法制備。因此，在當前，微細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，針對三維微細電加工技術(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，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)是對微柱狀電極工藝方法的有益補充。本文在總結(jié)國內(nèi)外大量相關(guān)文獻的基礎(chǔ)上，對本課題所提方法的加工機理以及關(guān)鍵應(yīng)用技術(shù)進行了深入研究。

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。對振動輔助微細電解加工極間間隙電解液的運動規(guī)律進行模擬仿真，以驗證所設(shè)計電極結(jié)構(gòu)具備合理性。對電極箔層間的壓力云分布進行仿真計算，以預(yù)測應(yīng)力集中和形變最嚴重的位置。對電極箔片可承受的載荷極值進行計算，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)合仿真和計算的結(jié)果，使用鍍錫銅箔疊層坯料，運用飛秒激光切割與真空壓力熱擴散焊組合工藝，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電解加工的機理和應(yīng)用研究。使用含有碳化硼(B_4C)磨粒的硝酸鈉(NaNO_3)電解液，進行振動輔助單向進給微細電解加工，并且結(jié)合振動研磨拋光工藝，對加工至指定深度后的微結(jié)構(gòu)表面進行研磨拋光處理，以制備高表面質(zhì)量的微結(jié)構(gòu)。以不同振幅、振動頻率、研磨時間以及B_4C濃度等參數(shù)作為實驗的主要影響因素，進行振動輔助微細電解加工實驗研究。并以所得微結(jié)構(gòu)底面粗糙度作為研究指標，對加工結(jié)果的成形機理進行對比分析。結(jié)果表明，B_4C磨粒的振動磨削作用，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，進而實現(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)在微細電解加工基礎(chǔ)上，進一步提出運用捆綁式三維疊層微電極進行負極性微細混粉電火花加工，所用火花油電介質(zhì)同時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理。同時，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，對于該技術(shù)在典型工業(yè)金屬材料上的應(yīng)用進行了全方位驗證，制備多種三維微結(jié)構(gòu)實例。

結(jié)果表明，在負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膜的有效形成，進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。