[发明专利]一种双阴极竖直旋转微电铸装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种微电铸装置，尤其涉及一种双阴极竖直旋转微电铸装置。

背景技术

微电铸工艺是一种基于离子沉积的精密制造技术，能够用于制作各种传统加工方法难以实现或加工成本过高的微小、复杂结构。近年来,得益于MEMS技术的广泛研究和快速进步，微电铸技术被广泛尝试于微/纳米结构的制造，成为一种非硅基微纳结构加工的重要技术之一，并成功应用于信息通信、医用器械、影像镜片武器雷达等前沿技术领域中。

在微纳结构电铸过程中，阴极表面离子交换会产生析氢现象，气体依附在阴极表面如果不及时排除会产生气孔、氢脆等缺陷；阳极腐蚀过程中向电铸液排出杂质和阳极泥，杂质和阳极泥在电铸液中漂浮在接触阴极后也会吸附在阴极表面，最后形成结瘤；微纳结构电铸工艺中，微纳结构凹槽内部离子传质条件不佳，原溶液离子沉积消耗后得不到有效的补充，导致结构漏铸，铸件质量不佳。获得高表面质量的电铸铸件需要有效地控制工艺参数，改善成型条件。

目前，市场上成熟应用的电铸装置较少，结构和功能均较为单一，针对微纳结构电铸成型工艺开发设计的微电铸实验装置更为少见，结构成熟功能完善的微电铸实验装置对于金属基微制造技术发展意义重大。研究发现，电铸过程中采用一定的阴极运动可以改善电铸铸件的成型质量，特别是采用阴极竖直旋转的方式，可以有效减少气体、杂质等的影响。受制于竖直旋转的结构特点，目前采用阴极竖直旋转方式的电铸装置主要用于回转体零件电铸，平面阴极只能采用垂直于旋转轴的旋转方式。

例如，专利CN1410600A公开的一种“药型罩电铸制造工艺及装置”，阳极单元为与药型罩芯模外形相对应的像形阳极腔，药型罩电铸阴极绕竖直轴旋转运动，并采用绝缘辊子滚压法或绝缘摩擦法对旋转电铸中的阴极芯模表面进行滚压或摩擦扰动处理，从而获得性能良好的药型罩铸件。根据本发明人的研讨，上述的像形阳极腔与药型罩阴极均为其绕竖直轴旋转的必要条件，无法应用于平面阴极电铸。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能实现平面阴极微电铸工艺中阴极绕竖直轴旋转，以减少析氢、杂质吸附等带来的铸件缺陷，增加电铸液扰动效果，改善离子传质条件，且一次电铸实验过程中成型两个性能相同的铸件的双阴极竖直旋转微电铸装置。

为了解决上述技术问题，本发明提供的双阴极竖直旋转微电铸装置，包括电铸槽、电源、电机、电解阴极和电解阳极，所述的电机通过竖直旋转轴与双阴极夹具单元传动连接，所述的双阴极夹具单元安放在所述的电铸槽中；所述的双阴极夹具单元由一块上固定板、一块下固定板、两块阴极安装板、两块阴极固定板和一块阳极安装板组成，所述的竖直旋转轴与所述的上固定板上端连接，所述的阳极安装板上端竖直安装在上固定板中间部位，所述的阳极安装板下端竖直安装在所述的下固定板中间部位，所述的阳极安装板上固定安装所述的电解阳极，两块所述的阴极安装板相对于所述的阳极安装板平行安装在所述的阳极安装板的两侧，两块所述的阴极安装板上端分别与所述的上固定板连接，下端分别与所述的下固定板连接，两块电解阴极分别安装在两块所述的阴极安装板面对所述的阳极安装板的一侧且夹在所述的阴极安装板与阴极固定板中间，所述的阴极固定板与所述的阴极安装板相对固定；所述的电源的阴极和阳极分别与所述的双阴极夹具单元的所述的电解阴极和电解阳极电连接。

所述的上固定板和下固定板的外轮廓为圆柱形。

所述的阴极安装板和所述的阳极安装板均为方形。

所述的阴极固定板通过螺栓和螺母与所述的阴极安装板采用拆卸式固定连接。

所述的阴极安装板和所述的阳极安装板与上固定板和下固定板通过螺钉采用拆卸式固定连接。

所述的电铸槽为圆柱形。

所述的双阴极夹具单元的结构件即所述的上固定板、下固定板、阴极安装板、阴极固定板、阳极安装板、螺钉、螺栓和螺母均采用耐腐蚀尼龙材料加工制成。

采用上述技术方案的双阴极竖直旋转微电铸装置，电铸槽用于放置电铸液，电机提供双阴极夹具单元旋转所需的力矩，电源提供电铸电能；其优点是：

(1)实现平面电铸阴极绕竖直线旋转，使平面阴极相对于电铸液具有一定的相对速度，通过电铸液对阴极面的冲刷，降低气体、杂质等在阴极表面的吸附能力，减少铸件气孔、结瘤等缺陷。

(2)一次电铸过程可以获得两个工艺条件完全相同的电铸铸层，提高制备电铸铸件的工作效率，特别有利于需要相同工艺条件下的电铸对比实验。