[发明专利]一种直线状激光束辅助线阳极扫描微细电铸系统

说明书

本发明专利公开了一种直线状激光束辅助线阳极扫描微细电铸系统，包括搅拌桨、线阳极和粘附有胶膜图案的阴极基底，其特征在于：它还包括直线状激光束整形单元、直线状激光束、反射镜和透光玻璃；所述的透光玻璃固定于搅拌桨的底面；所述的直线状激光束由直线状激光束整形单元输出后经反射镜反射后竖直向下地射向搅拌桨并穿透透光玻璃射向阴极基底；所述的直线状激光束与线阳极平行；所述的直线状激光束与搅拌桨同步运动。本发明的优点是：采用直线状激光束辅助线阳极扫描，将传统的激光点状光斑改成直线状激光束的电铸技术，在掩模微细制件的制造中，电沉积速度大幅提高、电铸件厚度分布均匀性更高、电铸制件质量更好。

技术领域

本发明属于掩模电铸制造技术领域，具体涉及一种直线状激光束辅助线阳极扫描微细电铸系统。

背景技术

掩模微细电铸因制件成形精度高、表面质量好、材质致密、易于形-性-貌协同控制、便于多尺度制件批量并行制造等优势，是精密微细金属构件制造的主要技术之一。但是，现有的掩模微细电铸技术存在电沉积速度慢、生产周期长、制件厚度均匀性偏低等不足，一定程度上限制了其更广阔的应用。

针对掩模微细电铸的厚度均匀问题，科技工作者通过优化设计阴阳极的结构形状和配置形式、增设辅助阳极或阴极、优化电解液搅拌方式等措施，可获得比较满意的电铸效果。在此基础上，如进一步进行精密机械加工、研磨、抛光等后处理操作，电铸件的厚度一致性可完全满足大部分应用要求。但是，上述措施很大程度上增加了工艺成本和操作的复杂性。公开号为CN108588803A的专利“一种电沉积装置”，采用了一种明显不同于基于大面积固定阳极的传统浸液槽镀方式的独特掩模电沉积方法。该方法利用载有超微直线状阳极(惰性)的搅拌桨贴近(不接触)掩模表面或阴极表面做往复扫描运动的方式进行掩模电沉积。在该技术中，一方面输送给阴极掩模电沉积空间内的电场高度局域化且距离极短，同时，阳极持续做周期性、全面域性的往复移动，因而，电场分布均匀，另一方面，贴近阴极或胶模表面做匀速往复运动的平底搅拌桨能产生层流态液流场，进而获得相对均匀分布的流场。因此，该方法能获得厚度均匀性极好的电铸制件。理论上，基于该技术成形的电铸构件无需均匀化后处理操作。但是，此技术的电沉积速度依然不高。

为提高掩模电沉积的速度和效率，业界和学术界也进行了不懈的努力，开发出超声/兆声波搅拌、磁场驱动对流、辅助梯度温度场、高速冲液等非常规措施，均能不同程度地提高掩模电沉积的速度和效率，然而，这些措施极难适合大面积掩模电沉积场景，主要原因是，上述能场难以均匀地作用于大面积表面，且调控难度大。另外，超声/兆声波搅拌因能场过高，极易损坏掩模或导致电铸制件中途脱落。

研究和应用(广东工业大学朱嘉俊在基于液体约束的电化学沉积技术研究，南京航空航天大学陈亚在超疏水选区沉积层射流电沉积制备工艺研究)表明，射流电沉积区叠加激光能场后，其沉积速度大幅提高，且沉积定域性(选择性)也显著改善。这是因为，激光的光热效应和冲击效应能明显加快电解液对流速度和荷电粒子运动速度，并增大电解液电导率，进而大幅提高电沉积区的交换电流密度和极限电流密度，相应地，电沉积速度明显提高。然而，现有的激光复合电沉积方法同样无法满足大面积掩模电铸的应用需求。根本原因是，作用区域极小(光斑面积一般不超过1平方毫米)的激光难以快速高效地向大面积(数百平方厘米以上)区域输送能场。

针对以上现状，本发明提出一种直线状激光束辅助线阳极扫描微细电铸系统。在该系统中，长直线状激光与长直线状线阳极距离极近且平行布置，并在电铸过程中同步运动，以复合能场方式作用于掩模微细电铸过程。利用该系统能以高电沉积速度、高效且高厚度均匀性地制备微细电铸件。

发明内容

本发明目的在于提供一种直线状激光束辅助线阳极扫描微细电铸系统，以实现电沉积速度大幅提高、电铸件厚度分布均匀性更高、电铸制件质量更好的掩模微细电铸。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下。