[发明专利]基于金属钨刻蚀模芯的微压印成形模具装置的成形方法

说明书

基于金属钨刻蚀模芯的微压印成形模具装置的成形方法，所述装置包括上隔热板、上模板、上垫板、凸模固定板、坯料、坯料固定板、坯料垫块、凹模、推块、凹模隔热板、自适应平台承料台、自适应平台底座、自适应平台固定板、自适应平台固定销、下隔热板、下模板、固定板、导套、导柱、加热圈、金属钨刻蚀模芯凸模、凸模固定键、凸模固定套和凸模垫块。微压印成形方法包括：坯料准备、模具安装与调试和微压印成形实验。本发明中金属钨刻蚀模芯涂抹能够替代微压印成形模具中硅刻蚀模具，模具使用寿命明显提高，成本显著降低，能够满足铝、镁合金、铜合金、钛合金等多种材料微结构零件微压印成形要求。

技术领域

本发明涉及一种微压印成形模具装置及装配成形方法，具体涉及一种金属钨刻蚀模芯微成形模具装置及方法，属于机械制造及微成形技术领域。

背景技术

微压印成形工艺是一种采用具有微结构的模具装置制造微型构件的工艺方法，具有产品一致性好、成本低以及适合大批量生产等优点，在光学传感器、生物MEMS、微型热交换器以及微能源领域具有广泛应用。目前，微压印成形具主要采用硅刻蚀模具，硅模具固定连接难度大，容易损坏，模具寿命低、脱模难度大，导致微压印结构复杂，成本高。例如，徐杰等人提出了一种金属微热压印成形模具装置及方法(专利号：201510009443.1)，利用自动调平机构和真空吸附方法解决了硅模具脱模难度大、硅片容易损坏的难题，实现了金属材料微压印成形。然而，该模具装置结构复杂，成形效率第，主要满足铝合金、镁合金等高温条件下强度较低材料微压印成形。

本发明提供了一种基于金属钨刻蚀模芯的微压印成形模具装置及装配成形方法，金属钨微结构模芯采用刻蚀-钝化混合工艺或刻蚀-钝化交替工艺制造，在模具装置内部直接通过刚性连接实现钨刻蚀模具与坯料的固定，采用球形自调平机构实现微成形过程模具自调平，解决金属微压印成形模具装置中硅刻蚀模具固定结构复杂，成形效率低的问题，能够满足包括高强度材料在内的金属材料微压印成形。

发明内容

本发明提供了一种基于金属钨刻蚀模芯的微压印成形模具装置及方法，解决金属微压印成形模具装置中硅刻蚀模具固定结构复杂、成形效率低的问题，能够满足包括高强度材料在内的金属材料微压印成形。

本发明的技术方案是：一种基于金属钨刻蚀模芯的微压印成形模具装置，它包括上隔热板、上模板、上垫板、凸模固定板、坯料、坯料固定板、坯料垫块、凹模、推块、凹模隔热板、自适应平台承料台、自适应平台底座、自适应平台固定板、自适应平台固定销、下隔热板、下模板、固定板、导套、导柱、加热圈、金属钨刻蚀模芯凸模、凸模固定键、凸模固定套、凸模垫块。设置上隔热板和下隔热板分别连接在上模板和下模板上，以进行隔热保护以及与微成形设备连接；上垫板安装在上模板上，金属钨刻蚀模芯凸模通过凸模固定套凸模固定板凸模固定键固定在上垫板上。为保证坯料与金属钨刻蚀模芯凸模的平行度，凹模结构采用全封闭式，坯料固定板固定在凹模上，坯料垫块和推块分别竖直与横向安装在凹模中，以方便取料，加热圈将坯料固定板和凹模包围，为避免压力机上的压力传感器温度过高损伤传感器，设计凹模隔热板连接在凹模与自适应平台承料台之间。自适应平台底座通过自适应平台固定销与自适应平台固定板固定在下模板上，自适应平台承料台与自适应平台底座连接，自适应平台能够根据合模角度，灵活调整倾斜角度，且导向良好，能够保证凸模与承料台中心的同心度。凸模固定板和固定板之间通过多个导柱和多个导套进行定位和导向。

金属钨刻蚀模芯加工方法，具体包括以下步骤：

步骤一：淀积(溅射)表面金属掩膜(金属掩膜包括Al薄膜、Ti薄膜、Cr薄膜、Ni薄膜、Cu薄膜)，溅射厚度由后续刻蚀深度和选择比共同决定，铝掩膜采用FHR磁控溅射设备溅射，淀积厚度200nm-10μm；