圆锥内表面波纹微结构电铸技术试验研究

摘要

微小结构在航空航天、电子工业、信息通讯等领域具有广阔的应用前景。电铸作为一种利用金属电化学阴极沉积原理来制备零件的精密特种加工技术，具有高复制精度、无工具损耗等特点。因此，使用该技术可以制造形状复杂的微小结构零件，尤其适用于传统加工技术难以实现的内腔结构复杂、尺寸微小且精度高的金属零件的加工。 本文针对圆锥内表面波纹微结构的加工进行了研究，提出了采用组合芯模电铸制备内腔结构复杂的圆锥波纹喇叭微结构。主要研究内容如下： (1)经过论证，确定了工艺路线；首先采用基于UV-LIGA工艺的电铸技术制备微铜环和微镍环，对其进行组装得到组合芯模，再对组合芯模进行旋转电铸，最后对镍材料进行选择性溶解，得到圆锥内表面波纹微结构。 (2)采用UV-LIGA技术制备电铸胶膜，研究了150μm厚SU-8干膜光刻胶的光刻工艺，分析了覆膜、前烘、曝光、后烘以及显影等环节的工艺参数对胶膜质量的影响，并采用优化的工艺参数制备得到图形清晰、与基底结合力强的电铸胶膜，其中胶膜厚150μm，线宽300μm。 (3)探索了铜、镍微环微细电铸加工工艺，研究了电铸液配比、电流密度等工艺参数对电铸层表面质量、性能等的影响。采用无添加剂的低主盐型硫酸铜电铸液，在电流密度为0.5A/dm2下制备得到表面平整致密的不同尺寸的微铜环；采用氨基磺酸镍溶液体系，在电流密度为0.5A/dm2下制备得到表面平整致密的不同尺寸的微镍环；其中微环厚度为150μm，最小内径为1.5mm，最大内径为2.23mm，环宽为300μm。 (4)研究了TFG镍蚀刻剂对铜、镍选择性溶解的效果，分析不同工艺条件下铜、镍的溶解速度。试验发现65℃水浴加热，机械搅拌情况下采用TFG镍蚀刻剂可以完全溶解镍材料，而铜材料仅溶解8.97%。采用装配良好的组合芯模进行整体旋转电铸，并对铸件进行了镍的选择性溶解，初步制备得到圆锥内表面波纹喇叭。

目录

第一个书签之前

第一章 绪论

1.2 微小结构加工技术

1.2.1 微细切削加工技术

1.2.2 微细电火花加工

1.2.3 飞秒激光加工技术

1.2.4 微细电解加工

1.3 LIGA/UV-LIGA技术

1.3.1 LIGA技术

1.3.2 UV-LIGA技术

1.3.3 微细电铸技术

1.4 课题研究意义及主要内容

1.4.1 课题研究意义

1.4.2 主要研究内容

第二章 总体方案及光刻工艺研究

2.2 SU-8光刻胶简介及其光刻原理

2.2.1 SU-8光刻胶简介

2.2.2 SU-8光刻机理

2.2.3 SU-8干膜光刻胶

2.3 SU-8干膜光刻胶光刻工艺过程

2.3.1 基片的选择及前处理

2.3.2 覆膜

2.3.3 前烘

2.3.4 曝光

2.3.5 后烘

2.3.6 显影

2.3.7 漂洗与干燥

2.3.8 硬烘

2.3.9 光刻工艺总结

2.4 小结

第三章 铜、镍微环电铸试验研究

3.2.1 微细电铸试验平台

3.2.2 试验结果检测装置

3.3.2 电铸液的选择及其各成分作用

3.3.3 电铸液配比与电流密度对电铸层表面形貌的影响

3.3.4 电铸液配比与电流密度对电铸层性能的影响

3.3.6 微铜环电铸

3.4 微镍环电铸

3.4.1 电铸液的选择及试验安排

3.4.2 电流密度对电铸层的影响

3.4.3 微镍环电铸

3.5 小结

第四章 圆锥内表面波纹微结构组合电铸试验研究

4.1.1 铜、镍溶解试验研究

4.1.2 铜、镍叠片选择性溶解

4.2 圆锥内表面波纹微结构组合电铸

4.2.1 组合芯模装配

4.2.2 旋转电铸试验

4.2.3 圆锥波纹喇叭选择性溶解

4.3 小结

第五章 总结与展望

5.2 未来研究工作展望

参考文献

致谢

在学期间发表的学术论文