一种用于放电加工的复合材料电极及其制造方法技术领域
本发明属于一种放电加工领域，特别是涉及一种应用于放电加工的复合材
料电极及其制造方法。
背景技术
随着机械工业的进步，对于材料的要求也逐渐提高，因此机械组件的设
计常要求使用具有高硬度、高强度、具有良好耐热性和耐蚀性的材料，以满足
一些特殊场合和环境的使用需要，这种结果往往导致增加了组件加工的难度。
放电加工(Electrical Discharge Machining)技术可适用于超硬合金以及模具钢等
材料工件的加工，不仅可以有效地对硬质材料进行形状复杂的加工，更可实现
精确的加工效果。
为了达到更好的放电加工效果，以往对于放电加工技术的研发大多着眼于
控制放电加工参数、加工液冲刷条件及放电加工机的电极件摇动方式，对于放
电加工速度缓慢的现象始终未有显著的改进。欲增加放电加工速度的关键，在
于能够在放电加工进行的同时，快速移除其加工凹痕周围所产生的隆起物。放
电加工原理是利用电能转换成工件热能，使工件急速融熔的一种热性加工方
法。换言之，在放电加工时，电极件是置于加工液中，由放电加工机的伺服机
构向工件靠近，两者间的电场将随着距离的缩短而增加。直至接近到某一距离，
电极件与工件间的绝缘将崩溃，在两者极微细的间隙中产生过渡电弧放电现
象，随之而来的巨大能量将作用于工件，使其表面熔化而形成加工凹痕，大部
分的熔融物质将在凹痕的周围表面凝固形成隆起物。同时，小部分的熔融物质
则在接触到加工液时凝固形成金属粉末，而被受热产生膨胀压力的加工液带走
离开工件表面，此被携走的量即为加工量，但由于电极件的端面为单纯的平面
或曲面，所以需要增加加工时间先让电极件再次产生过渡电弧放电现象，去除
加工凹痕周围的隆起物，再进行后续的放电加工，如此反复进行，直至加工完
成所需的工件形状。由此可知，沉积于加工凹痕周围的隆起物为影响放电加工
速度的症结。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于放电加工的复合材料电极及
其制造方法，能够在进行放电加工时，大幅度增加放电加工速度。
采用上述结构的复合材料电极，由于在电极放电加工面镶嵌有突出的硬质
绝缘研磨粒子，因此复合了放电加工和研磨的功能，在放电加工时可同步对于
加工凹痕周围尚未凝固的隆起物加以研磨，由于研磨时隆起物尚未凝固因此可
轻易将其去除，并快速的进行后续之放电加工。
为了实现上述目的，本发明提供了一种用于放电加工的复合材料电极，含
有一放电加工面，其特点在于：该放电加工面嵌有多个绝缘研磨粒子，该绝缘
研磨粒子突出于该放电加工表面。
上述的用于放电加工的复合材料电极，其特点在于，该绝缘研磨粒子的材
料为氮化硅(Si3N4)、氧化锆(ZrO2)、碳化硅(SiC)及氧化铝(Al2O3)所组成的族群其
中之一。
上述的用于放电加工的复合材料电极，其特点在于，该绝缘研磨粒子的粒
径可为10微米至1000微米。
上述的用于放电加工的复合材料电极，其特点在于，该绝缘研磨粒子的表
面披覆一金属薄层。
为了更好地实现上述目的，本发明还提供了一种用于放电加工的复合材料
电极的制造方法，其特点在于包含如下步骤：
提供一复合原料，由金属粉末与多个绝缘研磨粒子所混拌形成；
将该复合原料压模成形；
在抗氧化环境下烧结该复合原料以形成一复合材料电极基材；及
腐蚀该复合材料电极基材的一放电加工面，使多个该绝缘研磨粒子突出于
该放电加工面。
上述的制造方法，其特点在于，该绝缘研磨粒子占总组成的10wt％至
50wt％。
上述的制造方法，其特点在于，该绝缘研磨粒子的材料为自氮化硅(Si3N4)、
氧化锆(ZrO2)、碳化硅(SiC)及氧化铝(Al2O3)所组成的族群其中之一。
上述的制造方法，其特点在于，该绝缘研磨粒子的粒径可为10微米至1000
微米。
上述的制造方法，其特点在于，在抗氧化环境下烧结该复合原料以形成一
复合材料电极基材的步骤，是在充入氮气的气体保护环境下烧结该复合原料。
上述的制造方法，其特点在于，该腐蚀该复合材料电极基材的一放电加工
面的步骤，是借助一金属腐蚀液来进行该放电加工面的腐蚀。
为了更好地了解本发明的目的、构造特征及其功能，下面配合附图进一步
详细说明。
附图说明
图1为本发明第一实施例的放电加工示意图；
图2为本发明第一实施例的制造流程示意图；
图3为本发明第二实施例的圆板状电极示意图；
图4为本发明应用实例的结构示意图；
图5为金属粉末与绝缘研磨粒子不同混合比例的放电加工速度比较图；
图6为含有未披覆金属层的绝缘研磨粒子之复合材料电极断面的扫描式
电子显微镜照片；及
图7为含有披覆金属层的绝缘研磨粒子之复合材料电极断面的扫描式电
子显微镜照片。
其中，附图标记：
100 放电加工机
110 放电加工头电极旋转装置
120 马达
122 皮带
130 复合材料电极
131 绝缘研磨粒子
140 加工槽
141 加工液
200 工件
210 加工表面
具体实施方式
在图1中，本发明的第一实施例揭示了放电加工过程。其中，复合材料电
极130呈圆管状，其放电加工面具有突出的绝缘研磨粒子131，在进行放电加
工时，复合材料电极130通过放电加工机的伺服机构向加工表面210靠近，当
接近至一微小间距时，复合材料电极130和加工表面210的绝缘将会崩溃而发
生过渡电弧放电现象。随之而产生的能量将对加工表面210作用，使其熔化而
形成加工凹痕，大部分的熔融物质将在凹痕的周围表面形成隆起物。同时利用
复合材料电极130研磨加工表面，借助突出在放电加工面的绝缘研磨粒子131
以去除其尚未凝结的隆起物。与现有技术的放电加工速度受限于加工液所能带
走的金属粉末的量相比，该方法可大幅度增加放电加工的加工量。
本发明更揭露应用于放电加工的复合材料电极的制造方法，请参考图2，
其为本发明第一实施例的制造流程示意图，其制造方法包括如下步骤：步骤
310，首先提供金属粉末与绝缘研磨粒子，并进行混拌形成复合原料；步骤320，
将复合原料压模成形；步骤330，在抗氧化环境下烧结此成形的复合原料以形
成复合材料电极基材；步骤340，腐蚀复合材料电极基材之放电加工面，使绝
缘研磨粒子突出于其表面，即完成复合材料电极的制作。其中，金属粉末应选
择良导体，绝缘研磨粒子应选择高硬度和高熔点的材料，如氮化硅(Si3N4)、氧
化锆(ZrO2)、碳化硅(SiC)和氧化铝(Al2O3)等，借助其不导电、耐研磨和耐高温
的特性，可以在研磨过程中承受隆起物未凝固的高温状态，并因绝缘特性而不
会影响放电加工的特性。并且配合放电加工参数设定的不同，其绝缘研磨粒子
的粒径可为10微米至1000微米，绝缘研磨粒子占总组成的10wt％至50wt％。
此外，压模压力、烧结时间、烧结温度、腐蚀方法以及抗氧化环境需配合
不同的原料来加以设定，如本发明第一实施例的金属粉选用铜粉末，绝缘研磨
粒子选用氧化铝粒子。在原料混拌完成之后，以2000Kg/cm2的压模压力使其
成形，再于充入氮气的气体保护环境下以摄氏780度烧结8小时，并以硝酸进
行放电加工面的腐蚀。而适当的金属粉末与绝缘研磨粒子的混合比例更可有效
提升放电加工的速度，请参考图5，其为金属粉末与绝缘研磨粒子不同混合比
例的放电加工速度比较图。比较绝缘研磨粒子含量占总组成0wt％、10wt％、
20wt％、30wt％、40wt％和50wt％对于模具钢的放电加工速度。如图5所示，当
电极含有绝缘研磨粒子时，其加工速度与含量为0wt％的电极比较皆有所提升，
特别是其含量为20wt％时，加工速度可增加为不含研磨粒的一般电极的七倍以
上。
由于在放电加工及研磨时，绝缘研磨粒子会持续与加工表面产生磨擦，为
增加绝缘研磨粒子对于复合材料电极基材的放电加工面的附着力，可预先在研
磨粒子表面披覆一金属薄层，之后再进行混拌、压模、烧结和腐蚀等步骤。如
此可以使绝缘研磨粒子和复合材料电极基材产生较佳的键结效果。如图6和图
7所示，图6为含有未披覆金属层之绝缘研磨粒子的复合材料电极断面的扫描
式电子显微镜照片，图7为含有披覆金属层之绝缘研磨粒子的复合材料电极断
面之扫描式电子显微镜照片。其金属粉选用铜粉末，绝缘研磨粒子选用碳化硅，
绝缘研磨粒子含量占总组成20wt％，在图7中的碳化硅粒子预先以无电镀方式
披覆小于一微米的铜金属薄层。再以相同的制造方法完成图6和图7的复合材
料电极。如图6中的A所示，其表示碳化硅粒子和铜金属接口的常态，然B
所示，即为碳化硅粒子和铜金属接口之间因热应力或压力等影响产生微裂缝。
又如图7中C所指出的碳化硅粒子，在其底面的凹处仍覆盖有铜金属层，以及
图7中D和E所指的破断处仍为铜金属层所披覆，显示经过无电镀的碳化硅
粒子和铜金属接口的键结力较强。
本发明用于放电加工的复合材料电极可配合不同的加工需求改变电极形
状和其放电加工面，例如可将电极制作为棒状或圆板状。请参考图3，其为本
发明第二实施例的圆板状电极示意图。圆板状的复合材料电极130是以圆周面
作为放电加工面，其表面具有裸露出的绝缘研磨粒子131，复合材料电极130
在放电加工时可配合转动方式来研磨加工表面210。
另外，为配合复合材料电极可以利用转动方式来对加工表面进行研磨，请
参考图4，其为本发明应用例的结构示意图。将复合材料电极130安装于放电
加工头电极旋转装置110的旋转轴，其一端的固定轴固定于放电加工机100，
另一端的旋转轴则通过皮带122传动和马达120连结，借助马达120的动力传
递来带动旋转轴而产生旋转。在进行放电加工时，复合材料电极130通过金属
基材部分对于工件200进行放电加工，工件200置于充满加工液141的加工槽
140，同时复合材料电极130则相对于工件200旋转并由速度控制器121来操
控其转速，借助突出于复合材料电极130的放电加工表面的绝缘研磨粒子来对
加工表面进行研磨。当工件200的加工表面被放电加工的能量熔化而形成加工
凹痕并随之产生隆起物时，利用绝缘研磨粒子刮除其尚未凝结的隆起物。复合
研磨和放电的加工方式可以使放电加工速度大幅度提高，从而提高放电加工机
的工作效率。
上述内容仅为本发明的较佳实施例，然其并非用于限定本发明，任何本领
域普通技术人员，根据本发明的精神和构思，均可十分方便地进行改进与润饰，
因此本发明的专利保护范围是以本专利权利要求书要求保护的范围为准。