一种电铸制造超薄金属网栅的阳极结构的制作方法

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本实用新型涉及电沉积加工技术领域，具体是一种电铸制造超薄金属网栅的阳极结构。


背景技术：

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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。
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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。
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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，本实用新型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所需的阳极结构。


技术实现要素：

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本实用新型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，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。
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为实现上述技术效果，本实用新型的技术方案是：
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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。
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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。
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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。
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所述的窄缝的宽度和彼此间的距离可调。
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所述的搅拌桨由耐酸碱腐蚀的绝缘材料制成。
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所述的搅拌桨的运动速度为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。
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本实用新型所涉及的工作原理如下。
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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。
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本实用新型相对于现有技术具有以下显著特点和优势。
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1、操作简单，成本低。
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该阳极结构的工作方式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寸的灵活调控。相较于传统的掩膜电沉积加工，该方法省去了光刻胶掩膜的复杂制备过程，操作简单，工艺成本低。
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2、实用性广，工艺柔性好。
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本实用新型的一种电铸制造超薄金属网栅的阳极结构所加工出的金属网栅为直边孔的类编织状结构，孔形精度高且不易变形，是实现精密筛分、过滤及分离的有效工具，实用性广。加工过程中通过设计基底的旋转角度来实现不同孔形结构（如方形，菱形，三角形等）的金属网栅的制备，通过改变窄缝的宽度和间距即可对金属网栅的通过率和电阻率进行调控，工艺柔性好。
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3、装置结构简单、易于实现。
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本实用新型的一种电铸制造超薄金属网栅的阳极结构，其底部的直线状超微阳极被具有通透窄缝结构的柔性电绝缘层分为等间隔排布的微阳极群，且通过选用不同窄缝尺寸的柔性电绝缘物即可达到对微阳极的尺寸和间距的不同调控效果，无需对金属阳极进行加工和制备，装置整体结构简单，易于实现，实用性强。
附图说明
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图1是一种电铸制造超薄金属网栅的阳极结构及加工原理示意图。
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图2是一种电铸制造超薄金属网栅的阳极结构的剖面图。
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图3是本实用新型所加工的类编织型金属网栅示意图。
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图中：1、平面基底；2、搅拌桨；3、柔性电绝缘层；3-1、通透窄缝；4、直线状超微阳极；5、金属网栅；6、电源；7、电解槽；8、电解液；9、阳极结构整体。
具体实施方式
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下面以加工方格金属网栅为例，结合附图对本实用新型的实施方式做进一步说明。
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如图1和图2所示，一种电铸制造超薄金属网栅的阳极结构，它包括横截面为矩形的搅拌桨2、嵌设于搅拌桨2底部平面中心处且最下沿与搅拌桨2底端面平齐的直线状超微阳极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；直线状超微阳极4的材质为金属铂；柔性电绝缘层3为硅胶材质，厚度为0.2mm，其与搅拌桨2底端平面的贴附面上设有间距为0.5mm宽度为0.2mm的通透窄缝3-1；搅拌桨2的材质为聚丙烯。
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参见图1，调整阳极结构9与平面基底1之间的相对位置，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；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；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以2mm/s的速度做匀速直线往复运动，待该方向上的金属层达到设定厚度时，阳极结构9停止运动并关断电源6；然后使平面基底1相对于直线状超微阳极4转动90
°
，驱动阳极结构9在平面基底1上按设定行程l2以2mm/s的速度做匀速直线往复运动，待该方向上的金属层达到相同的设定厚度时，阳极结构9停止运动并关断电源6；再将基底旋转回至上一个加工方向进行扫描电沉积，如此依次循环上述两个加工方向上的操作，使不同方向上的多条带状沉积层相互交叉堆叠形成类编织状金属网栅结构，待两个加工方向上的金属层总厚度均达到最终设定值时，阳极结构9停止运动并关断电源6；取出平面基底1，清洗干燥后，把交叉堆叠的金属层从平面基底1上剥离，得到最终的超薄金属网栅5。