一种制作高频波纹馈源喇叭微细结构的精密电铸方法技术

本发明专利技术提供的一种制作高频波纹馈源喇叭微细结构的精密电铸方法，具体为：根据设计的波纹馈源喇叭内腔结构形式，制作出馈源喇叭电铸芯模，芯模经过表面增设抗蚀层处理后，采用象形阳极、阴极旋转、镀液射流、双向脉冲及物理抛磨等方式共同作用，在芯模上精密电铸铜得到馈源喇叭电铸件，然后将电铸件与芯模脱模分离，获得馈源喇叭。本发明专利技术解决了高频波纹馈源喇叭高深宽比的内波纹微细加工难的问题，利用精密电铸技术获得内表面粗糙度低、环形齿内无囊腔的高频波纹馈源喇叭，极大地提高电铸制作的馈源喇叭结构强度，同时喇叭表面的低粗糙度有效地提高了微波信号传输可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种制作高频波纹馈源喇叭微细结构的精密电铸方法
本专利技术涉及精密与超精密器件加工
，具体涉及一种制作高频波纹馈源喇叭微细结构的精密电铸方法。
技术介绍
随着空间技术迅猛发展，气象微波成像探测仪器的频段从可见光、红外扩展到微波。无论是在现代信息化战争中，获取未来战场复杂环境信息的军事气象卫星，或者是从大气层外的宇宙空间对地球大气进行全天候、全天时遥感观测的民用气象卫星，为了准确获得各种探测要素，皆需要搭载高性能微波成像探测仪。高性能微波成像探测仪的天馈系统常使用反射天线作为发射和接收的终端元件。反射天线主要由反射镜和馈源喇叭两部分组成，其中，馈源喇叭作为一种高增益聚集天线辐射器，是微波成像探测仪的一个关键部件，其结构形式、结构参数及加工精度直接影响系统性能的好坏。波纹馈源喇叭辐射出的波束具备方向图圆周对称、旁瓣低、交叉极化低等特点，目前，在微波成像探测仪中广泛采用波纹喇叭作为面天线馈源，用以改善面天线的效率和交叉极化分量。波纹馈源喇叭尺寸是与波长相比拟的，工作频率升高，波长变短，所设计的喇叭尺寸变小。90GHz以下的波纹馈源喇叭的内腔尺寸比较大，可以用机械加工的办法制作，频率在90GHz以上的毫米波、亚毫米波(即高频频段)波纹馈源喇叭尺寸很小，槽子较深，结构复杂，其内表面结构如图1所示。这种馈源喇叭进行机械加工时受到了刀具尺寸等很多因素的限制，同时，在空间探测仪上使用的馈源喇叭，反复承受空间恶劣环境的高低温冲击，而馈源喇叭的壁很薄，机械加工的馈源喇叭又存在内应力和刀痕等缺陷，存在质量隐患，因此，90GHz以上的毫米波、亚毫米波波纹馈源喇叭很难再通过机械加工的方法制造。为了获得高频段毫米波、亚毫米波波纹馈源喇叭，人们提出了很多制作工艺方法，大致可概括为三大类：数铣加工成型，叠片焊接成型、电铸成形。波纹喇叭传统的制作多采用数铣成形的加工方法，数铣成形只适用于喇叭内腔可用空间较大的波纹喇叭，对于小尺寸喇叭，由于喇叭槽子深,加工时，刀杆长度在垂直和水平方向上的尺寸都很大，直接影响槽子的可成形深度及其尺寸、形状和表面精度，所以，波纹喇叭结构尺寸势必会影响数铣加工的可行性，此工艺只限于分米波、厘米波系中结构尺寸大的波纹喇叭的制作。叠片焊接法的主要问题是焊接变形和焊缝致密质量难以控制，由于喇叭内部焊缝质量检查和焊剂的清除十分困难，内部尺寸无法修整。精密电铸方法是实现毫米波、亚毫米波波纹馈源喇叭的重要方法，其基本思想是将数铣难以加工的波纹馈源喇叭内表面，转化成加工电铸芯模的外表面。根据波纹馈源喇叭内腔结构形式，制作出馈源喇叭电铸芯模，在芯模上精密电铸铜得到馈源喇叭电铸件，然后将电铸件与芯模脱模分离，获得馈源喇叭。图2是波纹馈源喇叭电铸芯模外表面结构截面图。在波纹馈源喇叭环形深沟槽内获得均匀沉积的无囊腔的电铸层给传统电铸制作带来了很大的难度，环形沟槽的拐角处由于场效应的影响，电力线分布较为稀疏，电位低，再由于拐角处浓差极化和离子扩散层厚度大，所以很难实现对拐角处均匀的电铸沉积，经长时间的电铸后，会形成包夹电解液的环形囊腔，造成馈源喇叭结构脆弱而无法使用，图3为电铸环形囊腔剖面图。在图3中，在芯模深沟槽201中，电铸铜层301在沟槽外拐角沉积速度快，在内拐角沉积速度慢，长时间电铸后形成环形囊腔302。国外有人提出在深沟槽内嵌入加工好的铜块或石蜡，再电铸成型，从而在深沟槽内实现填充整平，这种制作过程的缺点是很难保证所嵌铜块或石蜡与喇叭本体之间有良好的接触，降低了馈源喇叭强度。传统电铸工艺来制作波纹馈源喇叭的另一个难点是喇叭低粗糙度的控制，由于波纹馈源喇叭对加工精度和表面状态有高要求，一般选用易溶金属材料作为芯模材料，芯模通过化学腐蚀方式去除，化学脱模液不可避免会对喇叭内表面产生腐蚀，很难获得较低的粗糙度来满足电磁信号传输技术的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种制作高频波纹馈源喇叭微细结构的精密电铸方法，以解决传统技术制作高频波纹馈源喇叭高深宽比的内波纹微细结构加工难的问题。本专利技术的第二目的在于提供一种制作高频波纹馈源喇叭微细结构的精密电铸方法，以解决现有的精密电铸方法无法均匀沉积无囊腔的电铸层及馈源喇叭强度降低的问题。本专利技术的第三目的在于提供一种制作高频波纹馈源喇叭微细结构的精密电铸方法，以解决传统电铸方法难以制作出具有低粗糙度表面的高频波纹馈源喇叭微细结构的问题。为实现上述目的，本专利技术提供一种制作高频波纹馈源喇叭微细结构的精密电铸方法，包括以下步骤：①制作馈源喇叭电铸芯模；②对馈源喇叭电铸芯模表面进行预处理；③在馈源喇叭电铸芯模表面增设抗蚀层；④在馈源喇叭电铸芯模上进行精密电铸铜，得到电铸件；⑤对电铸件进行脱模及抗蚀层后处理，得到馈源喇叭。较佳地，步骤①具体包括：通过机加工的方法制作所述馈源喇叭电铸芯模。较佳地，所述馈源喇叭电铸芯模由镁合金、铝合金或其他易溶合金材料制作。较佳地，步骤②中，所述预处理过程包括：将芯模依次进行除油、酸蚀处理，处理后氮气吹干。较佳地，步骤③中，增设抗蚀层具体包括：在芯模表面依次制备粘附层、阻挡层及主导体层。较佳地，制备粘附层的方法采用电镀工艺、化学镀工艺或磁控溅射工艺中的一种；制备阻挡层的方法采用电镀工艺、化学镀工艺或磁控溅射工艺中的一种；制备主导体层的方法采用电镀工艺、化学镀工艺或磁控溅射工艺中的一种。较佳地，制备所述粘附层的材料为钛或钛钨合金；制备所述阻挡层的材料为镍、铂或钯中的一种；制备主导体层的材料为金。较佳地，步骤④中，精密电铸同时采用象形阳极、阴极旋转、镀液射流、双向脉冲及物理抛磨方式。较佳地，所述象形阳极为可拆卸锥形钛篮，安装在镀槽喷杯内侧，钛篮被喷杯上的喷嘴隔开成若干部分，钛篮上装有导电座。较佳地，所述镀液射流喷杯内壁上设有喷嘴，喷嘴为可拆卸空心螺纹管，镀液经磁力泵送往喷杯，经喷嘴射出形成射流。较佳地，所述物理抛磨的抛磨介质可以为抛光毡、聚氨酯、钢丝刷或其他硬性固体材料，抛磨介质经抛磨架固定在阴极轴承固定座上。较佳地，步骤⑤具体包括：脱模以去除芯模，所述抗蚀层后处理包括依次溶解粘附层及阻挡层，并保留主导体层。本专利技术提供的一种制作高频波纹馈源喇叭微细结构的精密电铸方法，首先采用易溶合金材料制作馈源喇叭的电铸芯模，随后在馈源喇叭电铸芯模表面增设抗蚀层，然后在馈源喇叭电铸芯模上进行精密电铸铜，得到电铸件，最后电铸件脱模，得到馈源喇叭。通过增设抗蚀层，使芯模抗电镀液腐蚀，同时保护电镀后的喇叭内壁不被脱模液腐蚀，以保障可以制作出内壁光滑的喇叭。而精密电铸过程通过同时采用了象形阳极、阴极旋转、镀液射流、双向脉冲及物理抛磨结合的方式，脱模后即可获得符合要求的馈源喇叭。本专利技术的有益效果：本专利技术采用精密电铸工艺制作高频率、高性能波纹馈源喇叭，与传统电铸方法相比，该方法可以在喇叭微细结构内实现无囊腔的均匀电铸沉积，并极大地提高馈源喇叭结构强度，在芯模表面制备抗蚀层，保证了喇叭表面的低粗糙度，有效地提高了微波信号传输可靠性。该方法不仅能够在喇叭齿内实现无囊腔电铸沉积，提高馈源喇叭强度，还能获得低粗糙度内表面的波纹馈源喇叭。附图说明图1是高频波纹馈源喇叭内表面结构截面图；图2是高频波纹馈源喇叭电铸芯模外表面结构截面图；图3是电铸环形囊腔截面图；图4是本专利技术实施例精密电铸的镀槽及本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制作高频波纹馈源喇叭微细结构的精密电铸方法，其特征在于，包括以下步骤：①制作馈源喇叭电铸芯模；②对馈源喇叭电铸芯模表面进行预处理；③在馈源喇叭电铸芯模表面增设抗蚀层；④在馈源喇叭电铸芯模上进行精密电铸铜，得到电铸件；⑤对电铸件进行脱模及抗蚀层后处理，得到馈源喇叭。

【技术特征摘要】
1.一种制作高频波纹馈源喇叭微细结构的精密电铸方法，其特征在于，包括以下步骤：①制作馈源喇叭电铸芯模；②对馈源喇叭电铸芯模表面进行预处理；③在馈源喇叭电铸芯模表面增设抗蚀层；④在馈源喇叭电铸芯模上进行精密电铸铜，得到电铸件；⑤对电铸件进行脱模及抗蚀层后处理，得到馈源喇叭；其中，所述馈源喇叭的喇叭齿宽大于0.1mm、槽深/宽比小于5；步骤④中，精密电铸同时采用象形阳极、阴极旋转、镀液射流、双向脉冲及物理抛磨芯模的方式。2.根据权利要求1所述的制作高频波纹馈源喇叭微细结构的精密电铸方法，其特征在于，步骤①具体包括：通过机加工的方法制作所述馈源喇叭电铸芯模。3.根据权利要求1或2所述的制作高频波纹馈源喇叭微细结构的精密电铸方法，其特征在于，所述馈源喇叭电铸芯模由镁合金、铝合金或其他易溶合金材料制作。4.根据权利要求1所述的制作高频波纹馈源喇叭微细结构的精密电铸方法，其特征在于，步骤②中，所述预处理过程包括：将芯模依次进行除油、酸蚀处理，处理后氮气吹干。5.根据权利要求1所述的制作高频波纹馈源喇叭微细结构的精密电铸方法，其特征在于，步骤③中，增设抗蚀层具体包括：在芯模表面依次制备粘附层、阻挡层及主导体层。6.根据权利要求5所述的制作高频波纹馈源喇叭微细结构的精密电铸方法，其特征在于，制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：符容，刘兰波，王立春，倪忠标，
申请(专利权)人：上海航天电子通讯设备研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31