[发明专利]一种微细电解阴极活动模板的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电解加工技术，尤其涉及一种用于加工表面微织构的电解阴极活动模板的制备方法。

背景技术

微细电解阴极活动模板用于通过电解蚀刻的加工方法在金属零件的表面加工大面积微织构。微织构是微小的表面织构。表面织构(Surface texture)是指物体表面具有一定尺寸和排列的凹坑、凹痕或凸包等图案的阵列。具有微纳米尺度微观织构的表面在表面能、光学特性、仿生特性、机械特性、流体动力学特性及摩擦磨损性能等方面与光滑表面表现出截然不同的特点，这为众多学科研究注入了新的活力，并且在许多工程领域展示出巨大的应用潜力。

微细加工或微小件加工是指对小型工件进行的加工。微细加工通常用在医疗器械领域和电子领域。由微细加工工艺生产的零件通常需要用显微镜来观察。微细加工一般在专门进行微小件或精密加工的车间进行。

所谓表面织构技术，就是利用物理、化学或机械的方法人为地在物体表面加工出具有一定尺寸和排列的凹坑、凹痕或凸包等图案的阵列等。目前，微纳织构的加工技术主要有激光加工、磨料气射流加工、电火花加工、电解加工、聚焦离子束加工、微细铣削等。而每一种加工技术都有其独特的优点，也有其局限性。激光加工、聚焦离子束加工和微细铣削均为逐点加工法，而表面织构表面通常需要数千到数万个微小凹坑、凹痕或凸包，所以存在加工效率低的问题。另外，微细铣削等机械加工方法和电火花、激光等通过高热熔化去除材料的加工技术加工后一般都存在“翻边”现象，需要二次加工。而电解加工是利用金属材料在电解液中的电化学阳极溶解原理来将工件加工成形的一种特种加工工艺，阳极的电化学溶解是以离子的形式进行的，具有工具无损耗，无残余应力等特点。

掩膜电解加工是微细织构的微细电解加工技术中的一种，通过光刻工艺制作掩膜将阳极表面非加工区域保护起来而暴露加工区域，再基于阳极溶解原理加工出所设计图案。活动模板微细电解加工属于掩膜电解加工的特殊形式，其掩膜设于模板，具有掩膜的模板可重复使用，工件需要加工的表面不必再经过涂胶、曝光、显影及去胶步骤，从而大幅缩短加工时间。

目前，活动模板的制作方法主要有两种：一种是以覆铜柔性PCB板作为基底，利用机械钻孔在PCB板上加工出镂空圆点,其中薄铜层作为导电层，而基板作为绝缘层；另一种是利用光刻工艺，在薄金属片上经过涂胶、曝光、显影、电解的方法做出活动模板，其中薄金属片作为导电层，光刻胶作为绝缘层，在活动模板涂胶，可以重复使用，避免频繁地在每个工件涂胶。覆铜PCB板作为掩膜活动模板时，受限于PCB板具有一定厚度，无法加工比较微细精致的图案，只能加工尺寸较大的图案，采用机械钻孔方法受制于刀具尺寸，所加工出的模板图案相对较大且形状单一，无法满足特征尺寸较小图案复杂的微织构的加工要求。通过金属片涂胶制作的掩膜活动模板，光刻技术制作模板图案的工艺相对繁复，而且以光刻胶作为绝缘层，绝缘层与基底的结合力较差，使用过程中容易剥落，具有重复利用率低，寿命短的缺点。因此，现有的活动掩膜板存在图案尺寸大，重复利用率低，绝缘层厚度大的缺点，制约微织构向更微小尺度发展。

发明内容

针对现有技术不足，本发明要解决的技术问题是提供一种重复利用率高并且加工织构图案尺寸小而且绝缘层厚度小便于微织构向更微小尺度发展的微细电解阴极活动模板的制备方法。

为了克服现有技术不足，本发明采用的技术方案是：一种微细电解阴极活动模板的制备方法，所述微细电解阴极活动模板用于加工表面微织构，该方法包括以下步骤：

S1、选择光滑平整无裂纹且厚度均匀的金属薄片作为模板基体；

S2、对作为模板基体的金属薄片进行预处理，清洁金属薄片表面杂质、优化粗糙度轮廓；

S3、使用物理气相沉积方法在模板基体表面沉积一层均匀的膜状绝缘层；

S4、使用激光微细加工技术依据织构图案将带绝缘层金属薄片加工出镂空图形； 

S5、重复步骤S4在金属薄片雕刻多个随机排列或规则排列的镂空图形。

作为本发明微细电解阴极活动模板的制备方法的技术方案的一种改进，所述绝缘层厚度为0.05~30微米。