一种频率选择表面制备工艺、该表面及具有该表面的工件制造技术

本发明专利技术属于功能性表面制作技术领域，并具体公开了一种频率选择表面制备工艺、该表面及具有该表面的工件，其首先在工件的待加工表面涂覆一层光刻胶；然后按预设图形对光刻胶进行激光直写光刻加工；再将激光直写光刻加工后的工件置于显影液中，以显影出图形；再将显影出图形的工件置于腐蚀液中，以腐蚀裸露的工件表面；最后去除剩余的光刻胶，获得所需的频率选择表面。本发明专利技术能够在二维和三维的工件上制备频率选择表面，对工件材料和尺寸没有特殊要求，不需要掩膜板，灵活度大，制作效率高、质量好，获得的频率选择表面性能好。

【技术实现步骤摘要】
一种频率选择表面制备工艺、该表面及具有该表面的工件
本专利技术属于功能性表面制作
，更具体地，涉及一种频率选择表面制备工艺、该表面及具有该表面的工件。
技术介绍
频率选择表面(FrequencySelectiveSurface，FSS)是一种表面具有周期性图形的智能结构。一般由导电贴片或金属缝隙附着在介电衬底材料上，并呈周期性排布，以达到对特定频段的电磁波有选择性。究其本质，FSS是一种空间滤波器，根据需求，其可以设计成选择性地反射、透过或吸收特定频率的电磁波。FSS可广泛应用于可见光、红外光以及其它波段，尤其可应用于雷达隐身技术和抗干扰方面，FSS拥有众多优势与卓越的性能。例如：利用频率选择表面制作雷达天线罩，可以控制电磁波的传输与吸收，有效地降低了雷达反射截面(RCS)，达到了隐身的效果；同时，也因为屏蔽了工作频段以外的有害电磁波而提高了抗干扰的能力。因而，FSS越来越受到人们的重视。目前，制备平面的频率选择表面技术比较成熟，主要有印刷电路板(PCB)技术、微笔直写技术、数控加工技术和激光直接刻蚀技术。利用PCB技术制备频率选择表面，需要预先制备掩模板，缺乏灵活性且成本高，生产周期长；微笔直写技术需要精密控制笔头与基材间的距离，对基材的平整度要求较高，很难实现曲面加工；数控加工技术是通过控制精密的刀具在材料表面直接刻蚀加工频率选择表面的阵列图形，该方法虽然能实现较高的精度，但加工效率低，整套设备价格昂贵；激光直接刻蚀技术需要较高的激光能量直接剥离掉金属层形成图形，其对激光器的要求较高，加工速度一般较低，加工图形质量差，加工精度较低且容易对内部绝缘介质层产生损伤，影响制备的FSS的电磁性能。经过检索，目前主要有以下频率选择表面制作方案，专利文献US5650249A公开了一种精密制造雷达罩的方法，该方法通过制备与曲面基板共形的三维掩膜板，利用类似PCB的技术，在曲面上制备了频率选择表面，该方法虽然能够达到较高的精度，但其针对不同的FSS阵列单元需要制作特定的掩膜板，成本高，制作效率低，生产周期长。专利文献CN103395205A公开了一种利用3D打印技术制作曲面频率选择表面的方法，该方法先用3D打印技术制作出曲面频率选择表面的承载基底和承载基底金属化保护壳体，接着对承载基底金属化，再除去承载基底金属化保护壳体，最终经后处理即可，该方法明显效率低，周期长，材料浪费严重。专利文献CN104078762A公开了一种在不可展开曲面上形成频率选择表面结构的方法，该方法的工艺流程为：先利用丝网印刷技术在PVA薄膜上套印频率选择表面周期阵列图形，然后将PVA薄膜平铺在水面上，接着在图形上喷撒有机溶剂，使其变为油膜图形，再将不可展开曲面对准油膜图形的中心并缓慢下沉，油膜图形贴覆在不可展开曲面上，形成频率选择表面周期阵列图形，该方法利用丝网印刷技术套印图形时，要先制作丝网印版，包括掩膜晒版、曝光、显影等步骤，仍然需要制作特定的掩膜，缺乏灵活性且成本高，生产周期长。专利文献CN105161803A公开了一种石墨烯薄膜频率选择表面，其利用石墨烯薄膜替代金属导电层，利用激光刻蚀或机械刻蚀或3D打印的方法获得频率选择表面阵列图形，但是将石墨烯薄膜附着在高性能纤维增强树脂基材上工艺复杂，且成本较高，此外，激光刻蚀法的制备速度慢，而且在激光扫描路径的两侧存在较大的热影响区、重熔层和毛刺，较大的激光能量极易造成基材损坏；机械刻蚀的加工效率低，对于复杂曲面存在加工死角；3D打印所需的石墨烯纳米粉末价格昂贵，成本高，而且制备速度慢。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种频率选择表面制备工艺、该表面及具有该表面的工件，其通过激光直写光刻技术在工件表面直接制备频率选择表面，无需掩膜板，具有成本低，效率高，加工质量好，精度高等优点，适用于二维平面频率选择表面的制备，尤其适用于三维曲面的频率选择表面的制备。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提出了一种频率选择表面制备工艺，其包括如下步骤：S1在工件的待加工表面涂覆一层光刻胶；S2按预设图形对光刻胶进行激光直写光刻加工；S3将激光直写光刻加工后的工件置于显影液中，以显影出图形；S4将显影出图形的工件置于腐蚀液中，以腐蚀裸露的工件表面；S5去除剩余的光刻胶，获得所需的频率选择表面。作为进一步优选的，所述工件由金属导电层和绝缘介质层构成，工件的待加工表面为平面或曲面。作为进一步优选的，光刻胶的涂覆方法为旋涂法、喷涂法、刷涂法、泼涂法、提拉法、浸渍法、刮涂法、丝网印刷法、狭缝涂布法、喷墨打印法、点胶法中的任意一种。作为进一步优选的，光刻胶为正型光刻胶或负型光刻胶中的一种，涂覆的厚度优选为1μm～5μm。作为进一步优选的，涂覆的光刻胶烘干后再进行激光直写光刻加工，烘干温度优选为70～100℃，烘干时间优选为5min～20min。作为进一步优选的，利用激光直写光刻设备进行激光直写光刻加工，激光直写光刻加工的激光功率优选为200mW～800mW，扫描速度优选为200mm/s～1500mm/s，加工次数优选为1～10次。作为进一步优选的，显影液与所用的光刻胶配套。作为进一步优选的，腐蚀液为将金属导电层腐蚀掉且对绝缘介质层无损伤的液体。按照本专利技术的另一方面，提供了一种频率选择表面，其由所述的频率选择表面制备工艺制备。按照本专利技术的另一方面，提供了一种工件，该工件表面制备有所述的频率选择表面。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：1.专利技术人经研究发现，现有的频率选择表面制备工艺中，一般均需要制备掩膜板，其存在成本高，制作效率低，生产周期长，缺乏灵活性的问题，本专利技术创造性的将激光直写光刻技术应用至频率选择表面的制备中，可有效解决现有制备工艺的问题，具有灵活度大，制作效率高、质量好，获得的频率选择表面性能好的优点。2.本专利技术不仅适用于制备平面频率选择表面，还可以用于制备不可展开成平面的曲面频率选择表面，其不受工件自身的制备工艺、形状和尺寸的限制，可实现三维加工。3.将本专利技术的制备工艺应用至曲面频率选择表面制备时，可直接在曲面上加工成型，无需分片制备并拼接，制作效率高，产品质量好。4.本专利技术无需掩膜，降低了加工成本，并且可根据需要随时修改预设图形，灵活度高，方便快捷，制备效率高。5.由于光刻胶的涂覆厚度对光刻后产品的质量具有重要影响，本专利技术对其厚度进行了反复研究，最终确定出最优的厚度为1～5μm，在该厚度参数下，一方面可使得预设图形能够快速获得，图形轮廓清晰，保证图形形状和质量，另一方面便于剩余光刻胶的快速有效去除，保证频率选择表面最终的质量。6.本专利技术还对光刻胶的烘干工艺进行了研究与设计，该烘干工艺与最终涂覆的光刻胶性能息息相关，本专利技术经过研究确定了最优工艺，使得烘干温度优选为70～100℃，烘干时间优选为5min～20min，保证获得所需的光刻胶膜层，进而保证频率选择表面最终的质量。7.本专利技术还对激光直写光刻加工工艺进行了研究与设计，该加工工艺与最终制备的频率选择表面的性能息息相关，本专利技术经过研究确定了最优工艺，使得激光功率为200mW～800mW，扫描速度为200mm/s～1500mm/s，在此工艺下保证最终制备的频率选择表面的质量本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种频率选择表面制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：S1在工件的待加工表面涂覆一层光刻胶；S2按预设图形对光刻胶进行激光直写光刻加工；S3将激光直写光刻加工后的工件置于显影液中，以显影出图形；S4将显影出图形的工件置于腐蚀液中，以腐蚀裸露的工件表面；S5去除剩余的光刻胶，获得所需的频率选择表面。

【技术特征摘要】
1.一种频率选择表面制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：S1在工件的待加工表面涂覆一层光刻胶；S2按预设图形对光刻胶进行激光直写光刻加工；S3将激光直写光刻加工后的工件置于显影液中，以显影出图形；S4将显影出图形的工件置于腐蚀液中，以腐蚀裸露的工件表面；S5去除剩余的光刻胶，获得所需的频率选择表面。2.如权利要求1所述的频率选择表面制备工艺，其特征在于，所述工件由金属导电层和绝缘介质层构成，工件的待加工表面为平面或曲面。3.如权利要求1所述的频率选择表面制备工艺，其特征在于，光刻胶的涂覆方法为旋涂法、喷涂法、刷涂法、泼涂法、提拉法、浸渍法、刮涂法、丝网印刷法、狭缝涂布法、喷墨打印法、点胶法中的任意一种。4.如权利要求1所述的频率选择表面制备工艺，其特征在于，光刻胶为正型光刻胶或负型光刻胶中的一种，涂覆的厚度优选为1μm～5μm。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：刘建国，项徽清，艾骏，曾晓雁，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42