本研究使用自行研製之微電解加工試驗機，探討供應電壓、加工間隙以及起始加工位置所形成的電場集中效應對於鎢棒幾何形狀之影響。以鎢棒為陽極浸在2 wt. % 氫氧化鈉電解液中，304不?袗?針為陰極，其尖端直徑為50 μm，電極間距為10 μm，鎢針可在固定不動或在往復式的移動中進行電解加工。
實驗結果發現當工具電極的端面直徑小於50 μm時，會因電流密度過高，功率過大而產生高溫損毀掉。在實驗過程中當電極間的加工間隙維持一定時，會使電場的範圍會比較集中而提高加工效率。在較高供應電壓下，因為鎢棒直徑縮減很快，所以其尺寸較難控制，在較低供應電壓下，雖可將鎢棒直徑加工至較細尺寸，但會使加工時間增長。因此一開始使用高電壓迅速將鎢棒加工到小尺寸後，再改用低電壓將鎢棒加工到更細更均勻的程度。實驗結果可得到直徑4μm，長度600 μm左右的均勻鎢棒。

In this study, an electrolytic micro-machining tester is employed to investigate the effects of supply voltage,electrode gap and initial machining position on the geometry of the tungsten needle. The tungsten needle to be electrolyzed is dipped in an aqueous electrolyte of 2wt % sodium hydroxide as the anode, and the stainless steel needle with a diameter of 50 μm as the cathode(tool electrode), and the electrode gap is set to be 30 μm.Morever,the tungsten needle can be allowed to be fixed or in the reciprocating motion.
Experimental results show that when the tip diameter of stainless steel needle is less than 50 μm, a great quantity of current density and power are generated to cause the temperature failure of the tool electrode. At a certain gap between the electrodes, the electric field is focused on the narrow range to improve its processing efficiency. Under the higher supply voltage condition, it is difficult to control the size because the diameter of tungsten rod is reduced very quickly. Under the lower supply voltage condition, the diameter of tungsten rod can be processed to smaller sizes, but it takes a long time. Therefore, in the beginning of the experiment, the tungsten rod is electrolyzed under a higher voltage to the small size, and then the supply vltage is switched to lower value to conduct the electrolysis process. Consequently, a finer and more even tungsten needle can be obtained. Experimental results show that a more even tungsten needle with the length of 600 μm and the diameter of 4 μm can be manufactured.

總 目 錄
總目錄 I
圖目錄 IV
表目錄 VIII
中文摘要 IX
英文摘要 X

第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 文獻回顧 2
1-2-1 一般電解加工之代表性文獻 2
1-2-2 微棒材之製造 5
1-3 本文重點 9
第二章 基本原理 10
2-1 電解加工之基本原理 10
2-2 電解液之導電度對加工形狀之影響 13
2-2-1 理論分析 13
2-2-2 電解液溫的影響 16
2-2-3 氫氣泡之影響 17
2-3 電化學表面拋光原理 19
2-4 過電壓與極化現象 21
2-5 電解液 24
2-5-1 電解液之選用 24
2-5-2 不同電解液之特性 26
2-5-3 電解液之壽命 28
第三章 實驗設備及實驗方法 30
3-1 實驗設備 30
3-1-1微電解加工試驗機 30
3-1-2實驗資料蒐集分析與訊號量測設備 34
3-1-2-1 示波器擷取系統 34
3-1-2-2 顯微鏡設備 34
3-1-2-3 量測與資料收集分析 35
3-2 實驗試片之材料特性與幾何形狀 37
3-2-1 鎢針材料特性與幾何形狀 37
3-2-2 電解液和工具電極的選擇 38
3-3 試片處理 44
3-3-1 鎢棒試片 44
3-3-2 304不?袗?輔助電極 44
3-4 實驗條件設定 46
3-5 實驗步驟 48
3-5-1 NaOH水溶液之調配 48
3-5-2 電流波型量測 49
3-5-3 實驗流程 50
第四章 實驗結果與討論 53
4-1 工具電極端面尺寸之效應 53
4-2 工作間隙的影響 59
4-2-1 主軸無轉動的單點電解加工 59
4-2-2 主軸旋轉時的單點電解加工 72
4-3 主軸旋轉時的往復加工 82
4-3-1 供應電壓的影響 82
4-3-2 加工初始位置的影響 91
第五章　結論與未來研究方向 101
參考文獻 104

圖 目 錄

圖2-1 電解作用示意圖 11
圖2-2 電解加工原理 12
圖2-3 電解加工的理論解析示意圖 15
圖2-4 溶出量與加工範圍的關係圖 15
圖2-5 電解液溫的上升而引起加工間隙變化之
示意圖 18
圖2-6 電解液與氫氣泡的混合層之近似模型
示意圖 18
圖2-7 電化學拋光之電流-電壓曲線圖 19
圖3-1 微電解加工機實體圖 32
圖3-2 微圓棒加工裝置之局部側視圖 33
圖3-3 以熱熔膠包覆之工具電極的光學照片 43
圖3-4 加工電極的外貌(a)以環氧樹脂包覆之工具電極光學照片，(b)工具電極尖端的放大圖 45
圖3-5 電極位置示意圖 47
圖3-6 實驗之等效電路示意圖 49
圖3-7 電解加工之實驗步驟流程圖 52
圖4-1 端面直徑10μm的工具電極加工後的光學照片 54
圖4-2 端面直徑為20μm的工具電極在未加工的光學照片 55
圖4-3 端面直徑為20μm的工具電極在加工後的光學照片 56
圖4-4 將圖4-3工具電極端面上的水分吹乾後的光學照片 56
圖4-5 工具電極端面直徑20μm在加工後的250倍SEM圖 57
圖4-6 工具電極端面直徑20μm在加工後的1000倍SEM圖 57
圖4-7 無轉動單點電解加工示意圖 61
圖4-8 陰極維持不動，於加工過程中加工間隙逐漸變大的光學照片 64
圖4-9 圖4-8的光學照片疊合在一起所描繪的輪廓變化圖 65
圖4-10 陰極維持不動，於加工過程中缺口輪廓在不同角度的工件直徑變化曲線圖 66
圖4-11 於加工過程中，移動陰極使得加工間隙維持定值之光學照片 67
圖4-12 將圖4-11的光學照片疊合在一起所描繪的輪廓變化圖 68
圖4-13 於加工過程中使加工間隙維持定值，缺口輪廓不同角度的直徑變化曲線圖 69
圖4-14 電壓15V，加工初始位置Y=-200 μm，間隙固定，加工開始2min後之光學照片 70
圖4-15 維持工具電極不動的電場線範圍示意圖 70
圖4-16 移動工具電極接近加工缺口時的電場線範圍示意圖 70
圖4-17 加工缺口輪廓θ=0°與跟θ=75°之處的工件直徑變化曲線圖 71
圖4-18 陰極維持不動使加工間隙變大，主軸轉動時單點電解加工示意圖 74
圖4-19 工具電極維持不動，供應電壓15V，主軸轉速100rpm，加工初始位置Y=-200 μm，加工間隙逐漸變大之光學照片 75
圖4-20 工具電極維持不動使得加工間隙變大的情況下，主軸轉動時單點電解加工的輪廓變化圖 76
圖4-21 工具電極維持不動使得加工間隙變大情況下，主軸轉動時單點電解加工的直徑變化曲線圖 77
圖4-22 於加工過程中移動陰極，主軸轉速100rpm，供應電壓15V，加工位置200 μm，加工間隙維持定值之光學照片 78
圖4-23 隨著加工進行移動陰極使得加工間隙維持定值的情況下，主軸轉動時單點電解加工的輪廓變化圖 79
圖4-24 隨著加工進行移動陰極使得加工間隙維持定值的情況下，供應電壓15V主軸轉動時單點電解加工的輪廓直徑變化曲線圖 80
圖4-25 電壓15V，加工時間2分鐘後，主軸有無旋轉時的輪廓比較圖 81
圖4-26 往復電解加工示意圖 84
圖4-27 電壓5V時往復電解加工的輪廓變化圖 85
圖4-28 電壓5V時，鎢棒分別位於Y=0μm，-200μm Y=0μm，-200μm，-400μm位置上之往復電解加工的直徑變化曲線圖 86
圖4-29 電壓15V時往復電解加工的輪廓變化圖 87
圖4-30電壓15V時，鎢棒分別位於Y=0μm， -200μm，-400μm位置上之往復電解加工的 直徑變化曲線圖 88
圖4-31電壓5V之往復電解加工，在Y=0μm和 Y=-200μm處最後10分鐘內的直徑變化圖 89
圖4-32電壓15V時，往復電解加工在最後10分鐘在Y=0μm和Y=-200μm處的直徑變化圖 90
圖4-33電壓5V，初始位置在Y = 0μm時往復電解加工的輪廓變化圖 93
圖4-34電壓5V，鎢棒最末端的初始位置為Y=0μm在最後十分鐘內，鎢棒中段與末端的直徑變化曲線圖 94
圖4-35 電壓5V，初始位置在Y = -50μm時往復電解加工的輪廓變化圖 95
圖4-36 電壓5V，鎢棒最末端的初始位置在Y= -50μm，在最後十分鐘內，鎢棒中段與末端直徑變化曲線圖 96
圖4-37電壓5V，初始位置在Y = -100μm時往 復電解加工的輪廓變化圖 97
圖4-38電壓5V，鎢棒最末端初始位置在Y =-100μm，在最後十分鐘內，鎢棒中段與末端的直徑變化曲線圖 98
圖4-39高長寬比之均勻鎢棒各位置的直徑 變化曲線圖 100
圖4-40 高長寬比之均勻鎢棒的SEM照片 100

表 目 錄

表3-1 鎢(Tungsten)之化學成份 37
表3-2各離子在25℃下之當量導電率( ) 38
表3-3 氫氧化鉀溶液之性質 39
表3-4 304不?袗?之物理性質 40
表3-5 304不?袗?之化學成分 40
表3-6 實驗之參數設定 47
表4-1 測試工具電極端面直徑之加工參數 53
表4-2 無轉動時單點電解加工之實驗參數 60
表4-3 主軸轉動之單點電解加工的實驗參數 74
表4-4 主軸轉動時往復電解加工的實驗參數 84
表4-5 探討初始加工位置之加工參數 92
表4-6 高長寬比之均勻鎢棒的電解加工實驗參數 99

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