本发明专利技术公开了一种下沉式微小金属球体/球壳电镀装置及对微球进行电镀的方法，包括：镀槽；阴极板，其设置在镀槽底部；竖直中空轴，其通过竖直中空轴运动控制单元放置在镀槽上方；增压单元，其与竖直中空轴的顶端连通；阳极固定壳体，其与竖直中空轴可拆卸连接；阳极，其连接在阳极固定壳体内；脉冲电源，其与阴极板和阳极连接；竖孔阵列圆柱体，其与阳极固定壳体连接且位于阳极的下方；竖孔阵列圆柱体的底部靠近并朝向所述阴极板；且竖直中空轴的末端与竖孔阵列圆柱体的顶部连通。采用该装置实现了待电镀微球的强制转动，滚动速度快且平稳，可在较大范围内连续调节待电镀微球转动速度；制备的金属球体/球壳球形度好，表面粗糙度低。表面粗糙度低。表面粗糙度低。
【技术实现步骤摘要】
一种下沉式微小金属球体/球壳电镀装置及对微球进行电镀的方法
[0001]本专利技术属于电化学领域及微小金属球体/球壳制备领域，具体涉及一种下沉式微小金属球体/球壳电镀装置及对微球进行电镀的方法，适用于制备球形度高、表面粗糙度低的金属球体/球壳，包括空心球壳和实心球体。基于本装置原理的电镀工艺同样适用于大尺寸球体/球壳的制备。
技术介绍
[0002]在惯性约束聚变(ICF)研究中，多壳层靶是一种重要靶型，该靶型对金属壳层质量要求极高，以Au空心球壳为例，其表面粗糙度应小于10nm，厚度均匀性应大于99％。目前世界各国均采用电镀法加工该靶型的金属球壳，张林等(Study of Electrodeposited Au on Hollow Polystyrene Microspheres[J].Applied Surfce Science,265(2013)465
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469)设计了两种微球电镀装置，并申请了专利(漂浮式微球电镀装置，ZL201220566603.4；下沉式微球电镀装置，ZL201220566769.6)，制备的空心Au球壳表面粗糙度最低约6nm，但该装置仅能制备壁厚很小的薄壁空心球壳(Au球壳最大壁厚约10微米)。现有技术中其他相关的微球电镀装置制备的微球表面镀层普遍存在厚度均匀性差、表面粗糙度较差等问题，这严重限制了该工艺在相关领域的应用。
技术实现思路
[0003]为了克服现有装置和技术中的不足，本专利技术开发了下沉式微小金属球体/球壳电镀装置，可以实现微球运动方式的直接和准确控制，使微球镀层均匀性、粗糙度、厚度等全部指标都有了极大提升。
[0004]本专利技术的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
[0005]为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，提供了包括镀槽，以及设置在镀槽内的阴极板和阳极，还包括：
[0006]竖直中空轴，其通过竖直中空轴运动控制单元放置在镀槽上方；
[0007]增压单元，其与竖直中空轴的顶端连通；
[0008]阳极固定壳体，其与竖直中空轴可拆卸连接；所述阳极连接在阳极固定壳体内；
[0009]脉冲电源，其与阴极板和阳极连接；所述阴极板设置在镀槽底部；
[0010]用于放置待电镀微球的竖孔阵列圆柱体，其与所述阳极固定壳体连接且位于阳极的下方；
[0011]其中，所述竖孔阵列圆柱体的底部靠近并朝向所述阴极板；且所述竖直中空轴的末端与竖孔阵列圆柱体的顶部连通。
[0012]优选的是，所述镀槽上设置有镀液入口和镀液出口，且所述镀液出口高于镀液入口；所述镀液入口和镀液出口之间依次连通镀液循环过滤单元和镀液加热单元。
[0013]优选的是，所述镀液循环过滤单元的出液口与增压单元连通。
[0014]优选的是，所述阴极板为平板状，其表面平整，阴极板的材质与待电镀金属相同；所述阳极固定壳体与所述竖直中空轴的下端螺纹连接且保持垂直；所述阳极为圆环片状；所述阳极固定壳体的内部设置凹槽，凹槽的底部上固定阳极，且阳极的圆心与阳极固定壳体的中心重合。
[0015]优选的是，所述竖孔阵列圆柱体上均匀分布有多个通孔，多个所述通孔的孔径略大于球体直径；所述阳极固定壳体的凹槽的内壁设置有螺纹，所述竖孔阵列圆柱体通过螺纹与阳极固定壳体连接，且所述竖孔阵列圆柱体的顶部与凹槽底部上固定的阳极之间留有间隙，且该间隙与所述竖直中空轴的末端连通。
[0016]优选的是，所述竖孔阵列圆柱体上均匀分布有方形排布的1～100
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1～100的多个通孔或以竖孔阵列圆柱体为中心均匀分布的圆形排布的多个通孔。
[0017]优选的是，通过竖直中空轴运动控制单元使竖孔阵列圆柱底部端面与阴极板平行，且竖孔阵列圆柱底部端面与阴极板的间距小于待电镀微球的半径。
[0018]本专利技术还提供一种采用如上所述的下沉式微小金属球体/球壳电镀装置对微球进行电镀金属壳的方法，包括以下过程：向镀槽中注入电镀溶液，使液面超过镀液出口，开启镀液加热单元和镀液循环过滤单元，将待电镀微球放置于竖孔阵列圆柱体的多个通孔中，每个通孔中盛放一个微球，通过竖直中空轴运动控制单元控制竖孔阵列圆柱体的底部端面与阴极板平行，其间距小于待电镀微球半径，通过增压单元将部分镀液注入竖直中空轴，以增大多个通孔中的待电镀微球与阴极板之间的正压力，同时通过流体力学作用抑制待电镀微球与孔壁之间发生摩擦，然后再通过竖直中空轴运动控制单元带动微球在阴极板上滚动，整体运动模式可采用往复平动或正反向交替旋转，开启脉冲电源进行电镀，即实现待电镀微球表面镀层的生长。
[0019]优选的是，所述电镀溶液为电镀Au溶液，其组成包括：Au：5～22g/L、(NH4)2SO3：600～800mL/L、C6H5K3O7·
H2O：100～120g/L；电镀溶液的pH为8.0～9.0；所述电镀的电流密度为1.0～4.0mA/cm2，频率为500～1000Hz，占空比为10％，温度为30～50℃；
[0020]或所述电镀溶液为电镀Cu溶液，其组成包括：焦磷酸铜：70～100g/L、焦磷酸钾：300～400g/L、柠檬酸铵：10～15g/L、二氧化硒：0.008～0.02g/L、2
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巯基苯骈噻唑：0.002～0.004g/L、2
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巯基苯骈咪唑：0.002～0.004g/L；电镀溶液的pH为8.2～8.8；所述电镀的电流密度为15～30mA/cm2，温度为30～50℃；
[0021]或所述电镀溶液为电镀Ag溶液，其组成包括：硝酸银：30～40g/L、亚氨基二磺酸铵：80～120g/L、硫酸铵：100～140g/L、柠檬酸铵：1～5g/L；电镀溶液的pH为8.2～9.0；所述电镀的电流密度为2～4mA/cm2，温度为室温；
[0022]或所述电镀溶液为电镀Ni溶液，其组成包括：硫酸镍：250～300g/L、氯化镍：30～50g/L、硼酸：35～40g/L、糖精：0.6～1.0g/L、1,4丁炔二醇：0.3～0.5g/L、十二烷基硫酸钠：0.05～0.15g/L；电镀溶液的pH为4.0～6.0；所述电镀的电流密度为15～30mA/cm2，温度为40～50℃；
[0023]所述待电镀微球为导电实心微球或导电空心微球，当所述待电镀微球为不导电实心微球或不导电空心微球时，采用磁控溅射方法在不导电实心微球或不导电空心微球表面制备导电层。
[0024]优选的是，所述待电镀微球为空心PAMS微球，其在电镀前是采用磁控溅射方法制备导电层，且导电层厚度大于1微米。
[0025]本专利技术至少包括以下有益效果：
[0026](1)实现了待电镀微球的强制转动，滚动速度快且平稳，可在较大范围内连续调节待电镀微球转动速度；
[0027](2)利用流体力学作用，通过电镀溶液限制待电镀微球处在竖孔阵列圆柱体上通孔中间位置，待电镀微球不会与孔壁发生摩擦，避免镀层破损，这是本专利技术能够实现微球快速本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种下沉式微小金属球体/球壳电镀装置，包括镀槽，以及设置在镀槽内的阴极板和阳极，其特征在于，还包括：竖直中空轴，其通过竖直中空轴运动控制单元放置在镀槽上方；增压单元，其与竖直中空轴的顶端连通；阳极固定壳体，其与竖直中空轴可拆卸连接；所述阳极连接在阳极固定壳体内；脉冲电源，其与阴极板和阳极连接；所述阴极板设置在镀槽底部；用于放置待电镀微球的竖孔阵列圆柱体，其与所述阳极固定壳体连接且位于阳极的下方；其中，所述竖孔阵列圆柱体的底部靠近并朝向所述阴极板；且所述竖直中空轴的末端与竖孔阵列圆柱体的顶部连通。2.如权利要求1所述的下沉式微小金属球体/球壳电镀装置，其特征在于，所述镀槽上设置有镀液入口和镀液出口，且所述镀液出口高于镀液入口；所述镀液入口和镀液出口之间依次连通镀液循环过滤单元和镀液加热单元。3.如权利要求2所述的下沉式微小金属球体/球壳电镀装置，其特征在于，所述镀液循环过滤单元的出液口与增压单元连通。4.如权利要求1所述的下沉式微小金属球体/球壳电镀装置，其特征在于，所述阴极板为平板状，其表面平整，阴极板的材质与待电镀金属相同；所述阳极固定壳体与所述竖直中空轴的下端螺纹连接且保持垂直；所述阳极为圆环片状；所述阳极固定壳体的内部设置凹槽，凹槽的底部上固定阳极，且阳极的圆心与阳极固定壳体的中心重合。5.如权利要求4所述的下沉式微小金属球体/球壳电镀装置，其特征在于，所述竖孔阵列圆柱体上均匀分布有多个通孔，多个所述通孔的孔径略大于球体直径；所述阳极固定壳体的凹槽的内壁设置有螺纹，所述竖孔阵列圆柱体通过螺纹与阳极固定壳体连接，且所述竖孔阵列圆柱体的顶部与凹槽底部上固定的阳极之间留有间隙，且该间隙与所述竖直中空轴的末端连通。6.如权利要求5所述的下沉式微小金属球体/球壳电镀装置，其特征在于，所述竖孔阵列圆柱体上均匀分布有方形排布的1～100
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1～100的多个通孔或以竖孔阵列圆柱体为中心均匀分布的圆形排布的多个通孔。7.如权利要求1所述的下沉式微小金属球体/球壳电镀装置，其特征在于，通过竖直中空轴运动控制单元使竖孔阵列圆柱底部端面与阴极板平行，且竖孔阵列圆柱底部端面与阴极板的间距小于待电镀微球的半径。8.一种采用如权利要求1～7任一项所述的下沉式微小金属球体/球壳电镀装置对微球进行电镀金属壳的方法，其特征在于，包括以下过程：向镀槽中注入电镀溶液，使液面超过镀液出口，开启镀液加热单元和镀液循环过滤单元，将待电镀微球放置于竖孔阵列圆柱体的多个通孔中，每个通孔中盛放一个微球，通过竖直中空轴...
【专利技术属性】
技术研发人员：张云望，肖江，张超，卢春林，徐嘉靖，王宇光，李娃，李婧，苏琳，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院激光聚变研究中心，
类型：发明
国别省市：
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