[发明专利]一种基于弹性导电硅橡胶复合材料芯模的微电铸方法

说明书

本发明涉及一种基于弹性导电硅橡胶复合材料芯模的微电铸方法，该方法包括以下步骤：⑴“三明治”结构弹性导电硅橡胶复合材料芯模的软刻蚀成形；⑵电铸液的配制；⑶微型零件的电沉积成形；⑷微型零件的脱模；⑸微型零件的后处理。本发明克服了传统微电铸技术制造成本高和制备工艺复杂等缺陷，具有工艺简单、成本低等显著优点，可制备独立、高尺寸精度与高表面质量的金属、金属/陶瓷复合材料与陶瓷微型零件。

技术领域

本发明涉及微成形制造领域，尤其涉及一种基于弹性导电硅橡胶复合材料芯模的微电铸方法。

背景技术

微电铸技术具有复制精度高、结构-性能-形貌易协同调控、适用材料范围广、成本低等优点，是当前制造金属微型零件的关键技术。根据微电铸技术的成形工艺，可将金属微型零件的微电铸成形过程分为芯模制备、电铸液配制、电沉积成形、脱模和后处理等步骤，其中，良好导电性、高精度的芯模是微电铸成形的先决条件。目前常用的微电铸芯模由光刻技术制备的光刻胶结构粘接在导电基板上组成，但其存在以下缺点：（1）需要光刻设备与洁净室，制备成本高昂；（2）光刻胶结构在电铸液中存在溶胀现象，易导致成形的金属微型零件尺寸复制精度低；（3）脱模后光刻胶结构需要去除且去除困难；（4）芯模使用寿命短，仅可单次使用。

近年来，采用弹性硅橡胶模具作为微电铸芯模可在一定程度上解决传统微电铸芯模存在的问题。弹性硅橡胶模具可采用软刻蚀技术从任一微型零件的原始模板复制而来，且具有复制精度高、制备方法简单和成本低等优点。然而，由于弹性硅橡胶不导电，将其用做微电铸芯模首先需对其进行表面导电化处理，如在其表面喷涂一层石墨或金属，此类芯模仍存在以下问题：（1）由于微尺度效应，在脱模过程中，弹性硅橡胶模具表面喷涂的导电层易脱落，甚至微结构遭到破坏，使用寿命短，亦仅限单次使用；（2）不能对弹性硅橡胶模具的微型腔进行精准地导电化处理，导致整个模具表面都导电，无法制备出独立的金属微型零件；（3）导电层进一步加剧了微电铸过程中芯模微型腔中的电力线边缘集中效应，致使成形的金属微型零件均匀性差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种工艺简单、成本低、成形精度高和表面质量好的基于弹性导电硅橡胶复合材料芯模的微电铸方法。

为解决上述问题，本发明所述的一种基于弹性导电硅橡胶复合材料芯模的微电铸方法，包括以下步骤：

⑴“三明治”结构弹性导电硅橡胶复合材料芯模的软刻蚀成形：

①将聚二甲基硅氧烷（PDMS）预聚体及其固化剂按10:1的体积比混合均匀得到PDMS混合液；将所述PDMS混合液浇注到原始模板周围，于100℃固化35min，即得弹性导电硅橡胶复合材料芯模表面的绝缘层；

②向所述PDMS混合液中添加金属导电颗粒或无机导电颗粒作为导电填料，导电填料的添加量为PDMS混合液的10%-50%（体积分数），经超声分散均匀后得到导电填料/PDMS混合液；待所述绝缘层冷却至室温后，将所述导电填料/PDMS混合液浇注到所述原始模板上；同时，将金属导线预埋在所述导电填料/PDMS混合液中，并于100℃固化35min，即得弹性导电硅橡胶复合材料芯模的导电层；

③待所述导电层冷却至室温后，将所述PDMS混合液浇注到所述导电层的背面，并于100℃固化35min，即得弹性导电硅橡胶复合材料芯模背面的绝缘层；待所述绝缘层冷却至室温后，将固化后的弹性导电硅橡胶复合材料芯模从所述原始模板上剥离下来；即得“三明治”结构弹性导电硅橡胶复合材料芯模；

⑵电铸液配制：

根据所制备材料的不同配制不同体系的电铸液；

⑶微型零件的电沉积成形：

将所述“三明治”结构弹性导电硅橡胶复合材料芯模作为阴极，阳极则与所制备微型零件材料相匹配；然后将该阴极和阳极浸入所述电铸液中，根据所制备材料的不同选择不同的电沉积工艺条件进行电沉积，直至芯模被铸满；

⑷微型零件的脱模：