电铸技术的基础和在产品上的应用.pdf

该【电铸技术的基础和在产品上的应用 】是由【学锋】上传分享，文档一共【7】页，该文档可以免费在线阅读，需要了解更多关于【电铸技术的基础和在产品上的应用 】的内容，可以使用淘豆网的站内搜索功能，选择自己适合的文档，以下文字是截取该文章内的部分文字，如需要获得完整电子版，请下载此文档到您的设备，方便您编辑和打印。电铸技术的基础和在产品上的应用电铸技术的基础和在产品上的应用TheFoundationandAppliedProductsElectroformingTechndogy[日]panyofJapan日本维克多公司技术开发部刘仁志2005-10-26译于西安省军区招待所1、前言进入21世纪,社会结构随着信息化和高消费化而导致工程塑料复制品泛滥成灾。电铸技术作为复制技术在金属薄膜制造、铸造用模具制造中有着广泛的应用。同时,作为工程塑料成型模具的制造技术已经具有重要地位。21世纪是讲求与环境共生和可持续发展的世纪,节约资源和能源是社会追求的目标。电铸技术是与资源再利用和实现可持续发展的有效技术,它使通过复制单个制品而大量生产产品成为可能。本文稿对电铸的原理、设备、和在产品中的应用加以介绍。2、电铸技术开发的背景电铸最早是在1841年由俄国对石蜡或石膏进行导电化处理后制作工艺品铜电铸的模具而开始的。但在在工业上的广泛应用是在1950~1960年左右。早期(19世纪)的电铸是以铜电铸为主。限于在印刷胎版的复制和雕像和浮雕等工艺品的制作。中间阶段(20世纪初)铁的电铸渐渐取代铜成为主流,应用也扩大到橡胶和塑料模具的制作。到后期(20世纪后半期)镍取代铁而成为电铸的主流。应用也扩大到录音原盘、波导管、铸造和注塑模、、金属薄膜、、印制线路板、工艺美术品等诸多方面。现在,铜、镍、金、铂、银等都可以做为电铸加工的材料,在半导体、CD(MD)或DVD等的磁信息记录、光电子、微电子、DNA增幅等超精细加工中,都已经有了应用。现在电铸已经作为微电子技术时代的重要加工手段。3、电铸的原理电铸的原理如图1所示,如同电镀一样是是利用电化学反应的的电沉积技术。通过在含有同所要获得的金属的离子的电解液中的阳极的溶解,在作为阴极的母型上沉积出金属从而形成可以复制原型的金属模型,这就是电铸的原理。电沉积技术的构成见图2。图1电铸原理示意图2电沉积技术的构成电铸与电镀的最大不同是,电镀的产品是被镀件和产品的复合体。而电铸则只是以电沉积层为所需要的制品。最终要将镀层与母型脱离。电铸与电镀的不同见表1。表1电铸与电镀的不同点母型,用导电性好的铜制作印刷线路,用硬度和耐热性好的铁制作冲压模,用耐腐蚀性好和贵金属制作金导线或装饰品,利用银的杀菌作用制作DNA的增幅器等。4、电铸的特点利用电铸技术可以制作其它方法达不到的复制高精度和细致的模具,可以复制高价值和高复杂程度的造型。另外,电铸还可以制作其它方法不能做到的制品,特别是那些制作原型很困难的制品。如图1所示的电铸过程中,金属沉积层从原型上剥离时,根据原型的材料的不同可以是一次性的也可以是重复使用的。而重复使用的原型可以多次使用,从而降低了电铸加工的成本和提高了效率。但是,电铸的技术还有进一步发展的空间,电铸技术的水准与材料学、物理化学、以及电化学的进步和设备的改进都有着密切关系。电铸加工的主要技术和经济特征如下:①与制品的形状大小无关,只要有电铸槽就可以制作;②电沉积物的物理、化学性质可以在较宽的范围变化;③可以复制50~100nm的精度的造型;④可以制作中空制品和合金制品;⑤对大量复制产品,与其它方法比在高精度和制作成本方面有优势;⑥生产的效率提高,对环境保护有利。5、电铸系统的构成电铸过程与原型的制作,与导电层的获得方法(化学的物理的)、利用酸和碱的剥离方法、电沉积金属的性质、设备和装置都有关系。主要的系统包括电沉积的金属、电解液、模型、设备等。系统原型的制作,与原型的所用的材料有关,非导体的电铸、导体的电铸有不同的电铸液和工艺。、石蜡、石膏、树脂原型法,蜡加工有机械加工法、手工法、模压、雕刻法等,金属、树脂、玻璃有化学加工法(、蚀刻法)等。原型的材料,现在主要是采用金属、树脂、玻璃等,电铸制品的精度和细微化可以利用光学和化学的方法获得。这种方法多用于非导体原型。经过研磨的玻璃板涂覆感光涂料、经感光后制作成树脂图形,可以经蚀刻而制成原型。另外,也有在金属或玻璃基材表面制作塑料图形后再进行化学蚀刻来制作原型。这种用光化学方法制作的原型用来时行光碟(CD、MD、DVD等)模的电铸。还有用机械加工方法制作的原型,用来制作反射镜或、、的电铸。,由于原型是非导体,在电铸前进行表面的导电化是必要的。这种导电化,有湿法的化学镀和干法的真空镀等,镀层有银、铜、镍等金属膜。化学镀方法有利用不同金属的电位差的置换法和利用还原剂的还原法,但多半是利用还原剂法。真空镀是在真空条件下使放电离子向阴极耙电极冲击而将金属溅射到被镀件上去的方法。非导体表面导电化后,就可以根据工艺流程进行电铸。如果以这种所得到的电铸模做原型,可以再在上面电铸出相反形状的电铸模,即在阴模上电铸出阳模,在阳模上电铸出阴模。以往在非导体上电铸要经历低温度、低浓度、低电流密度(2A/dm2)的第一层膜的电镀,现在随着电源和电铸槽的改良以及电铸流程的电子化、表面金属化的改良,现在已经不需要进行第一次电镀就时接进入电铸流程。。电铸的分类如下:镍电铸:氨基磺酸镍液,硫酸镍液铜电铸:氰化铜,硫酸盐镀铜,焦磷酸盐镀铜铁电铸:氨基磺酸铁钴电铸:氨基磺酸钴、硫酸钴金电铸:氰化液银电铸:焦磷酸盐镀液、氰化液对电铸来说,影响电铸金属质量的是电铸的结晶过程。最终是受电铸溶液的物理、化学性质的影响。表2氨基磺酸镍镀液的组成电铸金属离子的浓度对最大电流密度有影响;镀液的密度和粘度对过滤的效率有影响;电导度对金属离子的迁移、热容量对镀液温度的、离子扩散系数对极限电流密度、电导度对电流密度、表面张力对气体的逸出和针孔的形成等,都有影响。对这些因素的影响的综合考虑,决定电铸液的组成。用于光盘母盘电铸制作的镍的氨基磺酸盐电铸液见表2。6电铸装置与设备电铸装置由非金属导体化设备、母型剥离设备、电源和进行电铸的电解槽等构成。根据电铸的目的不同而会有各种不同的设备。例如,为了非金属表面金属化,所需要的化学镀装置,有喷镀法装置,也有浸镀法装置;而电源也有用到高压性能好的开关电源;阳极则考虑到溶解的充分而选用球状阳极等。图5是光盘原型电铸所用的旋盘电极式电铸装置。这装置种让盘面呈45。角,使电铸过程中产生的气体容易析出。同时采用了镀液冲刷电铸表面的方式循环供镀液。图6是电铸生产镍箔的装置。7最近的技术动向由于电铸需要稳定的直流电流,现在已经采用了交流因素极少的直流电源设备。同时在镀液分析、挂具改进,计算技术的引进等方面都有新的进展。使电铸金属的性能有进一步的改进。随着电铸应用领域的扩大,传统上靠机械加工方法加工的齿轮、高尔夫球的模具、眼镜等,都已经采用电铸法制造模具。并且电铸的精密度也进入了纳米级的时代。例如光刻原盘或微电子制品和TEM用的微等,都要用到微电铸技术。这是因为电铸可以从原型上非常精密地复制出模型,可以制作粗糙度为40nm的镜面模具。8结语电铸技术虽然已经进入纳米时代,但却很少为人所知。其知名度很低。因此本稿为的普及电铸的知识(而写)。电铸从宏观复制到现在的纳米级复制,所使用的还是以160年前开发的技术为基础的技术。但是在工艺流程和设备方面已经有了很大进步。今后,需要进一步发展无污染或少污染的技术,同时要根据物理化学、材料学、电工学、光学、机械工程、经济学、环境科学等的进步而对电铸技术进行新的开发和发展,包括开发出新的适合用于电铸的合金电铸技术。(日本《表面技术》)