[发明专利]集成电解液pH值检测单元的硅电极及其制备方法

说明书

本发明公开了一种集成电解液pH值检测单元的硅电极及其制备方法。所述硅电极包括重掺杂硅基体、隔离层、键合层、pH值检测单元和绝缘层。本发明通过在硅电极上设置pH值检测单元，使得该硅电极集电解加工、侧壁绝缘、pH值检测单元于一体，在电解加工的同时实时监测间隙内电解液的pH值，用于反映电解加工间隙内沉淀物含量，解决了微细电解加工状态无法监测的难题，可实现加工检测一体化。

技术领域

本发明属于特种加工技术领域，具体而言，本发明涉及一种用于微细电解加工的集成电解液pH值检测单元的硅电极及其制备方法。

背景技术

微细孔、槽等结构在汽车、航空航天和精密仪器等领域具有广泛应用，如喷油嘴上的微喷孔和微流控芯片上的微流道等。在机械零件微型化趋势下，对微结构形状精度和表面质量要求越来越高，因此对微细加工技术提出了严峻的挑战。微细电解加工可将金属合金材料以离子形式溶解，理论上可实现亚微米甚至纳米级加工精度，具有加工表面完整性好的原理性优势，已成为针对高精度、高质量微结构最具潜力的加工技术。

但微细电解加工技术在工业领域内尚无广泛的应用，主要受制于加工定域性差和加工状态可控性差两个瓶颈问题。一方面，电极侧壁与工件间的杂散电流会对已加工表面产生二次腐蚀，导致被加工结构形成锥度。采用电极侧壁绝缘层是一种有效途径。利用化学气相沉积(CVD)法、绝缘材料涂覆等方法在金属电极基体上制备的绝缘层可以一定程度地抑制杂散腐蚀，但绝缘层的结构强度很低，加工中容易脱落，耐久性差。另一方面，微细电解加工间隙微小，导致电解液更新速度慢，而间隙内每蚀除1体积的铁金属，将产生约300倍体积的氢氧化铁或氢氧化亚铁湿沉淀和约3000倍体积的氢气，加工产物蓄积在间隙内大大降低材料蚀除速率，破坏加工稳定性和一致性，甚至无法加工。然而，间隙内产物运动、沉积状态无法直接观测，适用于宏观电解加工状态识别的电流信号与力信号融合的方法无法检测微小间隙内的状态，导致加工过程可控性较差。

加工间隙内氢氧化物含量是影响电解加工状态的最关键因素之一。氢氧化物沉淀的含量直接决定于电解液的酸碱度，已有研究表明，采用低pH值的电解液，即在加工间隙内富集H⁺有助于溶解沉淀物。作为电解液中H⁺、OH^-含量的指标，pH值可以作为衡量电解液中产物种类和含量的重要参数。但是在微小加工区域内，现有的传感检测手段无法实施，现有手段只能测量加工区域外的电解液pH值，无法在线检测微米尺度加工区域内的电解液pH值。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种集成电解液pH值检测单元的硅电极及其制备方法。通过在硅电极上设置pH值检测单元，使得该硅电极集电解加工、侧壁绝缘、pH值检测单元于一体，在电解加工的同时实时监测间隙内电解液的pH值，用于反映电解加工间隙内沉淀物含量，解决了微细电解加工状态无法监测的难题，可实现加工检测一体化。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种集成电解液pH值检测单元的硅电极，根据本发明的实施例，所述硅电极包括：

重掺杂硅基体，所述重掺杂硅基体包括电极夹持部和电极加工部，所述电极夹持部的正面设有电极供电导电端，所述电极供电导电端与所述重掺杂硅基体直接接触，所述重掺杂硅基体的正面设有开口腔，所述开口腔从所述电极加工部延伸至所述电极夹持部，所述电极加工部的远离所述电极夹持部的端面设有工具阴极端面；

隔离层，所述隔离层设在所述重掺杂硅基体的正面，且所述隔离层没有覆盖在所述电极供电导电端；