本實(shí)用新型涉及電射流掩膜加工領(lǐng)域，特別是涉及一種電射流掩膜加工用噴頭。此外，本實(shí)用新型還涉及一種包括上述電射流掩膜加工用噴頭的電射流掩膜加工系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

電射流掩膜加工是一種基于金屬在電解液中發(fā)生“陽極溶解”原理的，用于印制表面功能微織構(gòu)的新工藝，電射流掩膜加工具有無加工應(yīng)力，無工具電極損耗、加工效率高、結(jié)構(gòu)表面光滑、對(duì)工件表面不會(huì)產(chǎn)生變形及熱影響區(qū)、材料以離子尺度去除等優(yōu)點(diǎn)，因此非常適合微細(xì)結(jié)構(gòu)的加工，并在航空航天、汽車、機(jī)械等領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。

電射流掩膜加工系統(tǒng)主要包含：陰極噴嘴子系統(tǒng)、陽極夾具子系統(tǒng)、電解液循環(huán)子系統(tǒng)及簡(jiǎn)單的數(shù)控平臺(tái)。與常見電解加工不同的是：電射流掩膜加工結(jié)合了光刻工藝與電液束工藝，通過在待加工工件表面鍍上一層掩膜，工件表面上被掩膜覆蓋的區(qū)域不會(huì)被加工，裸露部分將會(huì)被加工，實(shí)現(xiàn)了圖形的高精度復(fù)制。

在電射流掩膜加工平臺(tái)中，陽極夾具系統(tǒng)、電解液循環(huán)系統(tǒng)以及數(shù)控運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的構(gòu)建都相對(duì)簡(jiǎn)單并且對(duì)加工效果的影響并不大。但是，陰極噴嘴系統(tǒng)的出現(xiàn)避免了傳統(tǒng)電解加工中，微電極制造、裝配的困難，使制造大規(guī)模密集表面織構(gòu)成為可能，電射流掩膜加工以其對(duì)加工工件無加工應(yīng)力、無工具電極損耗、加工效率高、能高精度實(shí)現(xiàn)圖形復(fù)制等優(yōu)點(diǎn)，在制造大規(guī)模表面織構(gòu)方面具有廣闊的發(fā)展前景。

現(xiàn)有技術(shù)中，陰極噴嘴系統(tǒng)一般包括以下幾種，毛細(xì)管電極，毛細(xì)管排電極和基于電射流掩膜加工的單噴嘴噴頭。

上述幾種形式的陰極噴嘴系統(tǒng)，在一定程度上和在加工效率要求不高的條件下，能夠有效地完成電解加工。然而，對(duì)于毛細(xì)管電極而言，毛細(xì)管做工具陰極需要外加一個(gè)耐腐蝕的夾具并且毛細(xì)管較脆不容易裝夾，在裝夾過程中也很難保證毛細(xì)管端部與工件陽極表面垂直，影響加工效果，此外，受微細(xì)毛細(xì)管制造、裝配困難的影響，采用毛細(xì)管電極進(jìn)行電液束加工，無法加工出微細(xì)表面織構(gòu)并且加工效率較低；同時(shí)，對(duì)于毛細(xì)管排電極夾具設(shè)計(jì)復(fù)雜且不容易裝夾，較難保證排電極的端部在同一水平線且垂直工件陽極表面；另外，由于毛細(xì)管較脆，受力容易碎裂，因此裝配、夾緊困難并且較難保證毛細(xì)管端部垂直工件陽極表面及多個(gè)毛細(xì)管端部保持在同一個(gè)水平面上，影響加工效果；基于電射流掩膜加工的單噴嘴噴頭采用光刻工藝與電液束工藝相結(jié)合的方法，將電解液直接噴射在鍍了掩膜的工件陽極表面，利用數(shù)控運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，采用分多路掃，每次掃一路的加工方法來回掃工件表面。

同時(shí)，采用單噴嘴噴頭進(jìn)行加工，存在對(duì)刀不方便、容易受束流的影響，使走刀路徑發(fā)生偏移，導(dǎo)致同一路的微坑加工狀態(tài)不一致、加工效率低并且在加工路徑的兩端存在換向時(shí)間差，使得同一路加工出來的微坑，在深度、寬度及加工形貌上有較大的波動(dòng)，無法保證加工的一致性，降低了加工精度。

現(xiàn)有技術(shù)中的陰極噴嘴系統(tǒng)，夾具設(shè)計(jì)復(fù)雜，制造、裝夾困難，加工效率低、加工一致性差，難以大規(guī)模制造出一致性較好的表面微織構(gòu)，且不利于對(duì)加工結(jié)構(gòu)進(jìn)行在線檢測(cè)。

因此，如何提高電射流掩膜加工的效率，提高加工質(zhì)量，是本領(lǐng)域技術(shù)人員目前需要解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種電射流掩膜加工用噴頭，該電射流掩膜加工用噴頭可保證同時(shí)加工出的微結(jié)構(gòu)具有相同的加工形貌，而且，加工效率高。本實(shí)用新型的另一目的是提供一種包括上述電射流掩膜加工用噴頭的電射流掩膜加工系統(tǒng)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供如下技術(shù)方案：

一種電射流掩膜加工用噴頭，包括筒形噴頭主體，所述噴頭主體的一側(cè)壁上沿其延伸方向均勻設(shè)有N個(gè)進(jìn)水口，所述噴頭主體的另一側(cè)壁上沿其延伸方向均勻設(shè)有2N個(gè)出水口，所述出水口的延伸方向可垂直于待加工區(qū)域，并且每一個(gè)所述進(jìn)水口可投影于對(duì)應(yīng)的兩個(gè)所述出水口中間。

優(yōu)選的，所述噴頭主體的內(nèi)腔呈圓柱型，并且所述進(jìn)水口和所述出水口分別與所述噴頭主體的內(nèi)腔徑向兩端連通。

優(yōu)選的，所述進(jìn)水口和所述出水口均呈圓筒型，并且各所述出水口的直徑相同。

優(yōu)選的，所述進(jìn)水口的個(gè)數(shù)為至少2個(gè)，并且各所述進(jìn)水口的內(nèi)徑相同。

優(yōu)選的，所述進(jìn)水口的直徑為所述出水口的直徑的1.4-1.6倍。

優(yōu)選的，所述進(jìn)水口和所述出水口的延伸方向平行。

優(yōu)選的，所述出水口的長(zhǎng)度大于所述進(jìn)水口的長(zhǎng)度。

本實(shí)用新型還提供一種電射流掩膜加工系統(tǒng)，包括陽極夾具子系統(tǒng)、電解液循環(huán)子系統(tǒng)、數(shù)控平臺(tái)以及陰極噴嘴子系統(tǒng)，所述陰極噴嘴子系統(tǒng)中包括上述任意一項(xiàng)所述的電射流掩膜加工用噴頭。

本實(shí)用新型所提供的電射流掩膜加工用噴頭，包括筒形噴頭主體，所述噴頭主體的一側(cè)壁上沿其延伸方向均勻設(shè)有N個(gè)進(jìn)水口，所述噴頭主體的另一側(cè)壁上沿其延伸方向均勻設(shè)有2N個(gè)出水口，所述出水口的延伸方向可垂直于待加工區(qū)域，并且每一個(gè)所述進(jìn)水口可投影于對(duì)應(yīng)的兩個(gè)所述出水口中間。該電射流掩膜加工用噴頭，通過在所述噴頭主體上設(shè)置所述進(jìn)水口和兩倍所述進(jìn)水口數(shù)量的所述出水口，形成孔對(duì)孔噴頭結(jié)構(gòu)，并且，通過將所述進(jìn)水口的位置設(shè)置為正對(duì)兩個(gè)所述出水口的中間位置，可以保證該噴頭在工作時(shí)，各所述出水口正對(duì)待加工區(qū)域，使得同時(shí)加工出來的微結(jié)構(gòu)有較好的一致性，保證同時(shí)加工而成的微結(jié)構(gòu)具有相同的加工形貌，并且，該噴頭可以同時(shí)加工出多個(gè)區(qū)域，能夠有效的提高加工效率。

本實(shí)用新型所提供的電射流掩膜加工系統(tǒng)，設(shè)有上述電射流掩膜加工用噴頭，由于所述電射流掩膜加工用噴頭具有上述技術(shù)效果，因此，設(shè)有該電射流掩膜加工用噴頭的電射流掩膜加工系統(tǒng)也應(yīng)當(dāng)具有相應(yīng)的技術(shù)效果。

附圖說明

為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本實(shí)用新型所提供的電射流掩膜加工用噴頭一種具體實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；

其中：1-噴頭主體、2-進(jìn)水口、3-出水口。

具體實(shí)施方式

本實(shí)用新型的核心是提供一種電射流掩膜加工用噴頭，該電射流掩膜加工用噴頭可保證同時(shí)加工的微結(jié)構(gòu)具有相同的加工形貌，而且，加工效率高。本實(shí)用新型的另一核心是提供一種包括上述電射流掩膜加工用噴頭的電射流掩膜加工系統(tǒng)。

下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

請(qǐng)參考圖1，圖1為本實(shí)用新型所提供的電射流掩膜加工用噴頭一種具體實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。

在該實(shí)施方式中，電射流掩膜加工用噴頭包括噴頭主體1、進(jìn)水口2和出水口3。

其中，噴頭主體1呈筒形，并且其內(nèi)部設(shè)有供電解液流動(dòng)的腔體，其中，噴頭主體1一側(cè)的側(cè)壁上，沿噴頭主體1的側(cè)壁延伸方向均勻設(shè)置有N個(gè)進(jìn)水口2，噴頭主體1的另一側(cè)的側(cè)壁上沿該側(cè)壁的延伸方向均勻設(shè)有2N個(gè)出水口3，出水口3的延伸方向，即出水口3的噴水方向可垂直于待加工區(qū)域，并且每一個(gè)進(jìn)水口2可投影于對(duì)應(yīng)的兩個(gè)出水口3中間，即每一個(gè)進(jìn)水口2對(duì)應(yīng)于兩個(gè)出水口3，并且，為了保證出水口3處流場(chǎng)的均勻性，每一個(gè)進(jìn)水口2可投影在兩個(gè)出水口3的中間位置。

該電射流掩膜加工用噴頭，通過在噴頭主體1上設(shè)置進(jìn)水口2和兩倍進(jìn)水口2數(shù)量的出水口3，形成孔對(duì)孔噴頭結(jié)構(gòu)，僅需要密封和固定少量的進(jìn)水口2位置，便可以獲得兩倍數(shù)量的出水口3，即噴嘴，并且，通過將進(jìn)水口2的位置設(shè)置為正對(duì)兩個(gè)出水口3的中間位置，可以保證該噴頭在工作時(shí)，各出水口3正對(duì)待加工區(qū)域，使得同時(shí)加工出來的微結(jié)構(gòu)有較好的一致性，保證同時(shí)加工而成的微結(jié)構(gòu)具有相同的加工形貌，并且，該噴頭可以同時(shí)加工出多個(gè)區(qū)域，能夠有效的提高加工效率。

具體的，該噴頭在使用時(shí)，以軸線方向水平放置并沿左右延伸為例，進(jìn)水口2位于噴頭主體1的上方，并且左右方向排列，出水口3位于噴頭主體1的下方，并且左右方向排列，在豎直方向上，每一個(gè)進(jìn)水口2對(duì)應(yīng)兩個(gè)出水口3，并且，在豎直方向上，每一個(gè)進(jìn)水口2均位于對(duì)應(yīng)的兩個(gè)出水口3的中間位置。

上述噴頭的位置關(guān)系，是在出水口3向下噴水，并且產(chǎn)品的待加工區(qū)域水平放置為前提的，目的是使得出水口3正對(duì)產(chǎn)品的待加工區(qū)域，即出水口3噴出的電解液垂直于產(chǎn)品的待加工區(qū)域，當(dāng)然，當(dāng)加工方向發(fā)生改變時(shí)，該噴頭各個(gè)部分的布置方向會(huì)隨之變化，但是相互的位置關(guān)系不變。

進(jìn)一步，噴頭主體1的內(nèi)腔呈圓柱型，并且進(jìn)水口2和出水口3分別與噴頭主體1的內(nèi)腔徑向兩端連通。上述設(shè)置，圓柱形腔體最有利于保證流場(chǎng)的均勻性。這里需要說明的是，噴頭主體1的內(nèi)腔形狀直接影響了電解液流場(chǎng)的穩(wěn)定性，對(duì)于噴頭主體1的外部形狀，能夠方便夾持即可，在此不做進(jìn)一步限定。

在上述各實(shí)施方式的基礎(chǔ)上，進(jìn)水口2和出水口3均呈圓筒型，并且各出水口3的直徑相同。具體的，進(jìn)水口2呈圓筒型，便于與管路的連接，并且方便密封，出水口3呈圓筒型可以保證電解液的均勻性，而且，各出水口3的直徑相同是為了使得各個(gè)加工區(qū)域的加工一致性。

在上述各實(shí)施方式的基礎(chǔ)上，進(jìn)水口2的個(gè)數(shù)為至少2個(gè)，并且各進(jìn)水口2的內(nèi)徑相同，同樣的，進(jìn)水口2的直徑相同是為了保證噴頭主體1內(nèi)部腔體中流場(chǎng)的均勻性。

在上述各實(shí)施方式的基礎(chǔ)上，進(jìn)水口2的直徑優(yōu)選為出水口3的直徑的1.4-1.6倍，使得進(jìn)入腔體中的電解液的量大于流出腔體的電解液的量，進(jìn)而使得噴頭主體1內(nèi)的腔體中形成高壓環(huán)境。最優(yōu)選的，進(jìn)水口2的直徑設(shè)置為出水口3的直徑的1.5倍，當(dāng)然，噴頭主體1內(nèi)的腔體中的壓力也可以通過安裝泄壓閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，避免噴嘴處壓力過大影響加工效果。

在上述各實(shí)施方式的基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步保證腔體內(nèi)流場(chǎng)的均勻性，進(jìn)水口2和出水口3的延伸方向平行設(shè)置，同時(shí)，如此設(shè)置還可以方便進(jìn)水口2和出水口3的開設(shè)。

在上述各實(shí)施方式的基礎(chǔ)上，出水口3的長(zhǎng)度大于進(jìn)水口2的長(zhǎng)度，即用于形成出水口3的出水部的高度，高于用于形成進(jìn)水口2的進(jìn)水部的高度。如此設(shè)置，出水口3比進(jìn)水口2高一些是為了提高電解液束流的定域性，使電解液比較集中地噴射到陽極工件的表面，有利于減小側(cè)蝕。

在電射流掩膜加工中，將電源負(fù)極接在電射流掩膜加工用噴頭上，電源正極接在待加工工件上，在該孔對(duì)孔條形噴頭與待加工工件之間便形成了穩(wěn)定的電場(chǎng)，電解液在泵的驅(qū)動(dòng)作用下通過進(jìn)水口2進(jìn)入噴頭主體1的腔體中，具體的，噴頭主體1的腔體、進(jìn)水口2以及出水口3的直徑應(yīng)當(dāng)按照保證單位時(shí)間內(nèi)流入噴頭主體1的液體體積等于流出噴頭主體1的液體體積而設(shè)計(jì)，始終能保持噴頭主體1內(nèi)液體的流場(chǎng)及電場(chǎng)穩(wěn)定，同時(shí)達(dá)到高壓的要求。

具體的，本實(shí)施例以進(jìn)水口2的個(gè)數(shù)為5個(gè)，出水口3的個(gè)數(shù)為10個(gè)為例進(jìn)行介紹，如圖1所示。

10個(gè)出水口3形成10個(gè)噴嘴，10個(gè)出水口3的直徑一致且在每?jī)蓚€(gè)出水口3中間正上方的5個(gè)進(jìn)水口2直徑也一致，噴頭的出水口3始終垂直待加工工件表面，所以在工件陽極表面的10個(gè)待加工區(qū)域上能形成一致性較好且穩(wěn)定的流場(chǎng)和電場(chǎng)，保證同時(shí)加工出來的10個(gè)微結(jié)構(gòu)具有相同的加工形貌，通過與數(shù)控運(yùn)動(dòng)平臺(tái)連接，使基于電射流掩膜加工的孔對(duì)孔條形噴頭在加工過程中實(shí)現(xiàn)來回運(yùn)動(dòng)，擴(kuò)大加工區(qū)域，大大地提高了加工效率。

具體的，該噴頭是通過增加出水口3數(shù)量及合理布置出水口3的位置，使得每一個(gè)出水口3正對(duì)待加工區(qū)域，又因?yàn)樵诿績(jī)蓚€(gè)出水口3中間的正上方設(shè)有一個(gè)進(jìn)水口2，從而使電液束的束流在經(jīng)過該噴頭后仍能在10個(gè)出水口3形成一致性較好且穩(wěn)定的電場(chǎng)及流場(chǎng)，使其能夠同時(shí)加工出10個(gè)一致性較好的微結(jié)構(gòu)，有效解決了陰極噴嘴制造、裝配困難，加工一致性差、加工效率低的問題，推動(dòng)電射流掩膜加工向制造大規(guī)模表面織構(gòu)及實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)加工結(jié)構(gòu)領(lǐng)域方向發(fā)展。

該噴頭不用設(shè)計(jì)復(fù)雜的夾具且裝夾方便，加工效率高，可用于制造大規(guī)模表面織構(gòu)，而且，能同時(shí)加工出10個(gè)一致性較好的微結(jié)構(gòu)，同時(shí)，便于檢測(cè)加工結(jié)構(gòu)。

該噴頭只需要利用簡(jiǎn)單的連接保證噴頭的密封性即可完成噴頭的裝夾，同時(shí)，通過增加噴頭的出水口3數(shù)量，使加工效率成倍地提高，同時(shí)，由于采用該噴頭進(jìn)行電液束加工能保證同時(shí)加工出來的10個(gè)微結(jié)構(gòu)具有相同的加工形貌，所以在檢測(cè)過程中只需要測(cè)得10個(gè)微結(jié)構(gòu)中的任何一個(gè)的加工形貌，就可以說明在此加工參數(shù)下的加工效果，有效地降低了檢測(cè)的難度，推動(dòng)電射流掩膜加工向大規(guī)模制造表面微織構(gòu)及實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)領(lǐng)域方向發(fā)展。

除了上述電射流掩膜加工用噴頭以外，本實(shí)用新型還提供了一種電射流掩膜加工系統(tǒng)，該電射流掩膜加工系統(tǒng)包括陽極夾具子系統(tǒng)、電解液循環(huán)子系統(tǒng)、數(shù)控平臺(tái)以及陰極噴嘴子系統(tǒng)，陰極噴嘴子系統(tǒng)中包括上述各實(shí)施方式中所介紹的電射流掩膜加工用噴頭，電射流掩膜加工系統(tǒng)的其他結(jié)構(gòu)請(qǐng)參考現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述。

本說明書中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分互相參見即可。

以上對(duì)本實(shí)用新型所提供的電射流掩膜加工用噴頭進(jìn)行了詳細(xì)介紹。本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本實(shí)用新型的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本實(shí)用新型的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本實(shí)用新型權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。