一种掩膜电解加工微结构阵列的方法技术

本发明专利技术提出一种掩膜电解加工微结构阵列的方法，属于电解加工领域。包括下列步骤:（a）制作掩膜成型的诱导装置。包括：1.在基底（1）上制作支架（2）；2.基底（1）表面疏水处理，制作疏水层（3）；3.涂覆聚合物（4）；4.装配诱导装置；（b）诱导聚合物（4）图形化；（c）固化诱导成型的聚合物（4），在金属平板工件（5）上得到图形化聚合物（7）；（d）电解加工微结构阵列。本发明专利技术采用电诱导结合超疏水工艺进行图形转移方法制作电解加工中的图形化掩膜结构，避免了图形之间聚合物在基底表面上的残留，保证了掩膜图形之间的金属裸露和后期的电解加工的顺利进行，工艺简单，成本低，效率高。

A method of microstructural array fabrication by masks

The invention provides a method for the microstructural array of the mask electrolysis processing, which belongs to the field of electrolytic processing. The following steps are included: (a) making the inducer of the mask forming. Including: 1. in the basement (1) on the bracket (2); the 2. substrate (1) surface hydrophobic treatment, making the hydrophobic layer (3); 3. (4); 4. polymer coating assembly guidance device; (b) induced by polymer (4) graphical; (c) induced by curing molding polymer (4), in the flat metal workpiece (5) on the graphical polymer (7); (d) electrochemical machining micro structure array. The invention adopts electric induction pattern transfer making method in ECM graphical mask structure with super hydrophobic process, to avoid the pattern between the polymer residues in the basal surface, to ensure the machining between the mask and the bare metal smoothly, simple process, low cost, high efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种掩膜电解加工微结构阵列的方法
本专利技术涉及一种掩膜电解加工微结构阵列的方法，属于电化学加工领域。
技术介绍
微结构阵列是一种在机械零件表面加工出按一定规律分布的具有特定形貌和尺寸特征的结构。近年来，由于其在减小摩擦、超疏水、生物相容性、光学以及航空航天等方面具有卓越的性能而被广泛关注和研究。目前在金属表面加工微结构阵列的常用方法有外加机械力冲击加工、外加能量加工和电解加工等，其中电解工艺具有生产效率高、成本低、工序简单、加工质量好、工具阴极无消耗等优点而被广泛研究和利用。制造微结构阵列的电解加工工艺需要掩膜结构辅助加工。目前制作掩膜的方法主要有光刻法、刻蚀法和电铸法等，这些方法能够有效地加工出所需要的掩膜，但其制作成本高、能耗大、生产效率低，且由于其工艺特点而在制作微纳米级尺寸的微结构时受到限制。因此需要一种操作简单、工艺成本低的掩膜加工方法。
技术实现思路
本专利技术针对现有掩膜电解加工微结构阵列方法中掩膜制作成本高、能耗大、生产效率低的缺点，提出一种采用电诱导结合超疏水工艺进行图形转移方法制作掩模的电解加工微结构阵列的方法。（a）制作掩膜成型的诱导装置。1.在基底上制作支架。选择平整度高的可导电材料作为基底，清洗其表面并烘干，采用微纳米加工方法在基底边缘制作一定厚度的薄膜作为支架，支架材料为绝缘材料。2.基底表面疏水处理，制作疏水层。对基底表面进行表面疏水处理，制作疏水层，改变基底表面能，降低基底表面黏附性。3.涂覆聚合物。在基底上涂覆一定厚度的聚合物，聚合物的厚度低于支架高度。4.装配诱导装置。清洗并干燥将要电解加工微结构阵列的金属平板工件表面，施加一定的压力将金属平板工件装配在基底上的支架上，装配好的基底和金属平板工件作为掩膜成型的诱导装置，其中，金属平板工件作为诱导聚合物图形化的诱导模板。（b）诱导聚合物图形化。诱导装置中的金属平板工件和基底分别接电源的正极和负极，接通电源，聚合物在电场力的激励下突破表面张力和粘滞阻力发生流变，以一定图形形状从基底上逐渐向金属平板工件方向生长，当聚合物最终与金属平板工件表面接触时诱导工艺完成。其中，诱导形成的聚合物图形特征由诱导工艺参数确定。（c）固化诱导成型的聚合物，在金属平板工件上得到固化的图形化聚合物。在保持电压稳定的情况下，使用紫外光照射聚合物或者加热聚合物，使诱导成型的聚合物固化；取下诱导装置中的金属平板工件，由于基底表面的疏水性，图形化聚合物和基底之间的黏附力小于图形化聚合物和金属平板件之间的黏附力，和基底及金属平板工件都接触的图形化聚合物从基底上被剥离、转移到金属平板工件上，在金属平板工件上得到图形化聚合物，此图形化聚合物在后继的电解工序中作为电解加工微结构阵列的掩膜。（d）电解加工微结构阵列。在电解槽中，以金属平板工件为被电解加工的阳极、以金属平板工件上固化聚合物为掩膜，通入电解液，接通电源，在金属平板工件上电解加工微结构阵列。与现有电诱导制备图形或模板工艺相比，本专利技术采用超疏水工艺结合电诱导图形转移方法制作电解图形化的掩膜结构，避免了图形与图形之间聚合物在基底表面上的残留，保证了掩膜图形之间的金属裸露和后期的电解加工工艺的顺利进行；与其他掩膜电解加工微结构阵列技术方案相比，本专利技术的有益效果在于使用电场诱导图形转移方法制作电解加工微结构阵列的掩膜，此工艺操作简单，降低了掩膜加工的成本和能耗，提高了电解加工微结构阵列的效率。附图说明图1（a）为在基底边缘上制作支架示意图。图1（b）为在基底上制作疏水层示意图。图1（c）为在基底上涂覆聚合物示意图。图1（d）为制作的掩膜成型诱导装置示意图。图2为电诱导聚合物制作图形化掩模示意图。图3（a）为光固化图形化聚合物示意图。图3（b）为加热固化图形化聚合物示意图。图4为固化的聚合物图形粘附在金属平板工件上形成图形化掩膜示意图。图5为掩膜电解加工微结构阵列示意图。其中:（1）为基底，（2）为支架，（3）为疏水层，（4）为聚合物，（5）为金属平板工件，（6）为诱导电源，（7）为图形化聚合物，（8）为紫外光，（9）为电解液，（10）为电解槽具体实施方式（一）本实施方式中采用紫外光固化型聚合物，下面结合附图说明本实施方式。（a）制作掩膜成型的诱导装置。1.在基底（1）上制作支架（2）。选择平整度高、透明的可导电材料作为基底（1），如ITO玻璃，清洗其表面并烘干，采用微纳加工方法在基底（1）边缘制作一定厚度的薄膜作为支架（2），如光刻+化学气相沉积或磁控溅射等薄膜制备工艺。其中，支架（2）形状可为环形或矩形，其厚度范围在20～50微米；支架（2）的材料为绝缘材料，如SiO2、SiC或Si3N4，如图1（a）所示。2.基底（1）表面疏水处理，制作疏水层（3）。对基底（1）表面进行表面疏水处理，制作疏水层（3），疏水处理工艺可采用如表面化学修饰或微米、亚微米和纳米微结构加工工艺、或制作疏水涂层方法，改变基底表面能，降低其黏附性，如图1（b）所示；其中的疏水涂层材料可采用如特氟龙或硅橡胶。3.涂覆聚合物（4）。使用匀胶或喷胶方式在基底（1）上均匀涂覆一层聚合物（4），本方案聚合物（4）材料采用紫外光固化型聚合物，如SU-8胶或卡夫特无影胶，如图1（c）所示；其中聚合物（4）的厚度低于支架（2）的高度，尺寸为小于等于10微米。4.装配诱导装置。清洗并干燥将要电解加工微结构阵列的金属平板工件（5）表面，施加一定的压力将金属平板工件（5）装配在基底（1）上的支架（2）上，装配好的基底（1）和金属平板工件（5）作为掩膜成型的诱导装置，其中，金属平板工件（5）作为诱导聚合物（4）图形化的诱导模板，如图1（d）所示；其中的金属平板工件（5）材料为可电解加工的导电材料，常用材料如镍、铜、钢、合金钢、不锈钢。（b）诱导聚合物（4）图形化。诱导装置中的金属平板工件（5）和基底（1）分别接电源（6）的正极和负极，接通电源（6），聚合物（4）在电场力的激励下突破表面张力和粘滞阻力发生流变，以一定图形形状从基底（1）上逐渐向金属平板工件（5）方向生长，当聚合物（4）最终与金属平板工件（5）表面接触时诱导工艺完成，如图2所示；其中，诱导形成的聚合物（4）图形特征由诱导工艺参数确定，其形状可为规则图形如圆柱状或环状。（c）固化诱导成型的聚合物（4），在金属平板工件（5）上得到固化的图形化聚合物（7）。在保持电压稳定的情况下使用紫外光（8）照射紫外光固化型聚合物（4），使诱导成型的聚合物（4）固化，如图3（a）所示；取下诱导装置中的金属平板工件（5），由于基底（1）表面的超疏水性，图形化聚合物（7）和基底（1）之间的黏附力小于图形化聚合物（7）和金属平板件（5）之间的黏附力，和基底（1）及金属平板工件（5）都接触的图形化聚合物（7）从基底（1）上被剥离、转移到金属平板工件（5）上，如图4所示；此固化后的图形化聚合物（7）在后继的电解工序中作为电解加工微结构阵列的掩膜。（d）电解加工微结构阵列。在电解槽（10）中，以金属平板工件（5）为被电解加工的阳极、以金属平板工件（5）上图形化聚合物（7）为掩膜，通入电解液（9），接通电源，在金属平板工件（5）上电解加工微结构阵列，如图5所示；具体实施方式（二）本实施方式中采用热固化型聚合物下面结合附图说明本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种掩膜电解加工微结构阵列的方法，其特征在于包括下列步骤：（a）制作掩膜成型的诱导装置，包括:1.在基底（1）上制作支架（2）；2.基底（1）表面疏水处理，制作疏水层（3）；3.涂覆聚合物（4）；4.装配诱导装置；（b）诱导聚合物（4）图形化；（c）固化诱导成型的聚合物（4），在金属平板工件（5）上得到固化的图形化聚合物（7）；（d）电解加工微结构阵列, 在电解槽（10）中，以金属平板工件（5）为被电解加工的阳极、以金属平板工件（5）上图形化聚合物（7）为电解的掩膜，通入电解液（9），接通电源，在金属平板工件（5）上电解加工微结构阵列。

【技术特征摘要】
1.一种掩膜电解加工微结构阵列的方法，其特征在于包括下列步骤：（a）制作掩膜成型的诱导装置，包括:1.在基底（1）上制作支架（2）；2.基底（1）表面疏水处理，制作疏水层（3）；3.涂覆聚合物（4）；4.装配诱导装置；（b）诱导聚合物（4）图形化；（c）固化诱导成型的聚合物（4），在金属平板工件（5）上得到固化的图形化聚合物（7）；（d）电解加工微结构阵列,在电解槽（10）中，以金属平板工件（5）为被电解加工的阳极、以金属平板工件（5）上图形化聚合物（7）为电解的掩膜，通入电解液（9），接通电源，在金属平板工件（5）上电解加工微结构阵列...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦歌，周奎，罗晨旭，王冠，程丹佛，赵西梅，李润清，明平美，张新民，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：河南,41