一种电铸制造超薄金属网栅的阳极结构和方法技术

本发明专利技术公开了一种电铸制造超薄金属网栅的阳极结构和方法，属于电沉积加工领域。该阳极结构包括搅拌桨、嵌设于搅拌桨底部平面中心处的直线状超微阳极、紧密贴附于搅拌桨和直线状超微阳极外侧的柔性电绝缘层，其特征在于：柔性电绝缘层的贴附在搅拌桨底端平面上的部分设有等间距分布的通透窄缝，其将直线状超微阳极分为若干个超微阳极阵列，使单个超微阳极下输出的电流高度集中化和局域化。两个加工方向上的扫描沉积依次循环交替进行，进而使得不同方向上的多条平行带状金属层交叉堆叠形成类编织状金属网栅结构。本发明专利技术通过调整窄缝的宽度和间距来实现对金属网栅尺寸的调控，并通过协同控制阳极运行速度和电流密度来实现金属网栅的高品质高效制造。

【技术实现步骤摘要】
一种电铸制造超薄金属网栅的阳极结构和方法
本专利技术涉及电沉积加工
，具体是一种电铸制造超薄金属网栅的阳极结构和方法。
技术介绍
具有网孔特征的金属网栅产品如筛分网、过滤网、屏蔽网、载物网、喷雾片等广泛用于筛分、筛选、过滤、分离、电磁屏蔽等领域。孔形规整、孔壁光滑、几何形状一致性高是高品质金属网栅产品的重要标志。金属网栅主要有金属丝编织型和非编织型两大类。前者因制备工艺简单、成本低、取材方便多样，在工业生产中具有广泛的应用，但是，它的孔形可控性差、几何形状精度低、孔壁不规则、编织结多、网面凹凸不平严重，不适合高端场合的应用。平面非编织型金属网栅的孔形多样、几何形状精度高、定型性好、孔形尺寸易于调控且表面质量高，是高端场合应用的首选，尤其是精度高、孔径小、孔壁光整的金属网栅，只能采用非编织方式加工成形。非编织型精细金属网栅的制造方法主要有减材法与增材法。前者是通过在既定的薄片状基材上选择性去除材料的方式来实现的，如钻孔、冲裁、高能束加工、电火花加工、溶解腐蚀等；后者采用依托基底按设计形状堆叠成形的方式来实现，如电沉积、化学镀等。钻孔、冲压等机械加工方法极难获得高开孔率的孔群结构，且效率偏低；基于高能束熔材法加工虽然效率高、可实现的孔径小，但一般只能获得圆形孔结构，且大都孔壁表面质量差；溶解腐蚀法具有效率高、孔壁质量好等优点，但无法获得深径比大、孔径极小的精密微细网栅。基于电沉积原理的电铸技术因能加工出厚度不受限、最小尺度为原子量级的微细金属结构，使得其在小厚度、小孔宽、高开孔率的精细金属网栅的制造领域有巨大的技术优势。然而，传统电铸制造金属网栅时，需先采用高工艺成本的光刻工艺制备图案化胶膜结构，然后进行电沉积复制，也就是说，传统的金属网栅电铸是一种精密复制工艺，因此，该法严重依赖于操作步骤复杂的光刻制膜工艺。对此，本专利技术开发了一种操作简单、成本低廉且实用性广、无需预制胶膜的以扫描电铸形式制造超薄类编织型高精度金属网栅的方法及其所需的阳极结构。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种新的用于电铸制造超薄金属网栅的阳极结构和方法，以期能实现多个微阳极并行、输出的电流高度集中和高度局域化、以扫描电沉积方式高效、低成本的加工出超薄类编织型高精度金属网栅。为实现上述技术效果，本专利技术的技术方案是：一种电铸制造超薄金属网栅的阳极结构，其特征在于：它包括横截面为矩形的搅拌桨、嵌设于搅拌桨底部平面中心处的直线状超微阳极、紧密贴附于搅拌桨和直线状超微阳极外侧的柔性电绝缘层；所述的直线状超微阳极的最下沿与搅拌桨底端平面平齐；所述的柔性电绝缘层的贴附在搅拌桨底端平面上的部分设有等间距分布的通透窄缝。所述的直线状超微阳极由电化学惰性的导电金属材料制成。所述的柔性电绝缘层为可被压缩变形且厚度均匀的柔性电绝缘物质，其厚度为0.05~0.2mm。所述的窄缝的宽度和彼此间的距离可调。所述的搅拌桨由耐酸碱腐蚀的绝缘材料制成。一种电铸制造超薄金属网栅的方法，其特征在于：它包括以下步骤：S1.将平面基底水平置于电解槽中，将阳极结构置于平面基底的正上方且使其底端平面与平面基底平行，移动阳极结构以使直线状超微阳极位于平面基底上所设定的起始位置的正上方；S2.调整阳极结构与平面基底间的距离，使柔性电绝缘层的下表面轻微压贴在平面基底上，并将直线状超微阳极和平面基底分别与电源的正极和负极相连；S3.调整电解槽中的电解液的液面高度，使电解液的液面高于直线状超微阳极的最下沿5~10mm；S4.启动电源的同时，驱动阳极结构在平面基底上按设定行程L1做匀速直线往复运动，此时，平面基底上对应于通透窄缝的区域不断地电沉积出带状金属层A，当金属层A的厚度达到设定值h1时，阳极结构停止运动并关断电源；S5.降低平面基底，并使之相对于直线状超微阳转动一个设定角度，然后移动阳极结构以使其位于平面基底上新的扫描方向和扫描行程的起始位置的正上方，接着抬升平面基底直到柔性电绝缘层的下表面与平面基底轻微压贴；S6.启动电源的同时，驱动阳极结构在平面基底上按设定行程L2做匀速直线往复运动，此时，平面基底上对应于通透窄缝的区域不断地电沉积出带状金属层B，并当金属层B的厚度达到设定值h1时，阳极结构停止运动并关断电源；S7.降低平面基底，并使之相对于直线状超微阳极转回到S4步骤时的位置，然后移动阳极结构以使其位于平面基底上S4步骤的扫描运动起始位置的正上方，接着抬升平面基底直到柔性电绝缘层的下表面与平面基底轻微压贴，启动电源的同时驱动阳极结构按设定行程L1做往复直线运动，当金属层A的厚度达到设定值h2时，阳极结构停止运动并关断电源；S8.降低平面基底，并使之相对于直线状超微阳极转回到S5步骤时的位置，然后移动阳极结构以使其位于平面基底上S5步骤的扫描运动起始位置的正上方，接着抬升平面基底直到柔性电绝缘层的下表面与平面基底轻微压贴，启动电源的同时驱动阳极结构按设定行程L2做往复直线运动，当金属层B的厚度达到设定值h2时，阳极结构停止运动并关断电源；S9.依次循环重复步骤S7和步骤S8的操作，直到金属层A和金属层B的总厚度值均达到设定值H，此时，阳极结构停止运动并关断电源；S10.取出平面基底，清洗干燥后，把交叉堆叠的金属层A和金属层B从平面基底上剥离，得到最终的超薄金属网栅。所述的金属层的总厚度值H为单一扫描方向上每次扫描电沉积的金属层厚度值h1，h2，h3∙∙∙∙∙∙hi的赋值。所述的阳极结构的运动速度为1~10mm/s，每个加工方向上的行程不超过该方向上基底的长度。本专利技术所涉及的工作原理如下。带有窄缝的柔性电绝缘层将直线状超微阳极又分为若干个超微阳极阵列，使单个超微阳极下输出的电流高度集中化和局域化，窄缝结构限定了基底上电场分布的范围，从而避免了非意向区域的沉积，提高了加工精度和定域性。阳极结构在传动装置的带动下做匀速直线往复运动，调整好阳极结构与平面基底之间的相对位置后，接通电源，平面基底上对应于通透窄缝的区域不断地电沉积出带状金属层，待第一个扫描方向上沉积的金属层厚度达到设定值后，将基底旋转至第二个需要加工的方向进行扫描电沉积，当该方向上的金属层厚度达到相同的设定值时，再将基底旋转回至上一个扫描方向进行扫描电沉积，如此依次循环上述两个扫描方向上的操作，直到两个扫描方向上的金属层的总厚度值均达到最终设定值时停止加工。两个扫描方向上的金属层依次交叉堆叠形成类编织状的金属网栅结构。在加工过程中，通过协同控制阳极运行速度和电流密度来实现金属网栅的高品质高效制造。本专利技术相对于现有技术具有以下显著特点和优势。1、操作简单，成本低。该方法以与基底接触的柔性电绝缘层为掩膜，在基底的两个不同方向上依次循环扫描电沉积，使两个方向上的平行带状沉积层依次交叉堆叠形成预设的类编织状金属网栅结构。所加工的金属网栅其总的长度和宽度可根据基底大小自由设定，并可通过调节柔性电绝缘层上通透窄缝的宽度和彼此之间的距离来实现网栅线径和周期尺本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电铸制造超薄金属网栅的阳极结构，其特征在于：它包括横截面为矩形的搅拌桨（2）、嵌设于搅拌桨（2）底部平面中心处的直线状超微阳极（4）、紧密贴附于搅拌桨（2）和直线状超微阳极（4）外侧的柔性电绝缘层（3）；所述的直线状超微阳极（4）的最下沿与搅拌桨（2）底端平面平齐；所述的柔性电绝缘层（3）的贴附在搅拌桨（2）底端平面上的部分设有等间距分布的通透窄缝（3-1）。/n

【技术特征摘要】
1.一种电铸制造超薄金属网栅的阳极结构，其特征在于：它包括横截面为矩形的搅拌桨（2）、嵌设于搅拌桨（2）底部平面中心处的直线状超微阳极（4）、紧密贴附于搅拌桨（2）和直线状超微阳极（4）外侧的柔性电绝缘层（3）；所述的直线状超微阳极（4）的最下沿与搅拌桨（2）底端平面平齐；所述的柔性电绝缘层（3）的贴附在搅拌桨（2）底端平面上的部分设有等间距分布的通透窄缝（3-1）。


2.根据权利要求1所述的一种电铸制造超薄金属网栅的阳极结构，其特征在于：所述的直线状超微阳极（4）由电化学惰性的导电金属材料制成。


3.根据权利要求1所述的一种电铸制造超薄金属网栅的阳极结构，其特征在于：所述的柔性电绝缘层（3）为可被压缩变形且厚度均匀的柔性电绝缘物质，其厚度为0.05~0.2mm。


4.根据权利要求1所述的一种电铸制造超薄金属网栅的阳极结构，其特征在于：所述的窄缝（3-1）的宽度和彼此间的距离可调。


5.根据权利要求1所述的一种电铸制造超薄金属网栅的阳极结构，其特征在于：所述的搅拌桨（2）由耐酸碱腐蚀的电绝缘材料制成。


6.一种电铸制造超薄金属网栅的方法，其特征在于：它包括以下步骤：
S1.将平面基底（1）水平置于电解槽（7）中，将阳极结构（9）置于平面基底（1）的正上方且使其底端平面与平面基底（1）平行，移动阳极结构（9）以使直线状超微阳极（4）位于平面基底（1）上所设定的起始位置的正上方；
S2.调整阳极结构（9）与平面基底（1）间的距离，使柔性电绝缘层（3）的下表面轻微压贴在平面基底（1）上，并将直线状超微阳极（4）和平面基底（1）分别与电源（6）的正极和负极相连；
S3.调整电解槽（7）中的电解液（8）的液面高度，使电解液（8）的液面高于直线状超微阳极（4）的最下沿5~10mm；
S4.启动电源（6）的同时，驱动阳极结构（9）在平面基底（1）上按设定行程L1做匀速直线往复运动，此时，平面基底（1）上对应于通透窄缝（3-1）的区域不断地电沉积出带状金属层A（5-1），当金属层A（5-1）的厚度达到设定值h1时，阳极结构（9）停止运动并关断电源（6）；
S5.降低平面基底（1），并使之相对于直线状超...

【专利技术属性】
技术研发人员：明平美，张云燕，周涛，李士成，李欣潮，侯亚楠，王伟，肖友平，牛屾，
申请(专利权)人：河南理工大学，南通美精微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41