CN102330077A

CN102330077A - 喷射化学镀加工多层膜的方法及装置

Info

Publication number: CN102330077A
Application number: CN201110269335A
Authority: CN
Inventors: 沈理达; 王桂峰; 邱明波; 田宗军; 刘志东; 黄因慧
Original assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Current assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date: 2011-09-13
Filing date: 2011-09-13
Publication date: 2012-01-25

Abstract

一种喷射化学镀加工多层膜的方法及装置，其特征是在基体周围利用隔板分隔成多个工作腔，并至少安装着两个或多个化学镀的喷射单元，每个化学镀的喷射单元由独立的镀液循环系统提供镀液，由镀液温控系统控制镀液温度，基体按照设定的速度作旋转或摆动，连续、反复经过各个喷射单元交替进行化学镀，由此形成所需特性的多层膜。本发明过程简单、设备成本低廉、加工过程足够稳定，并具有可制备某些特殊性能的多层膜，且所制备的多层膜组分和子层排列组合多种多样等优点。

Description

喷射化学镀加工多层膜的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种喷射化学镀技术，尤其是一种用于制备多层膜的化学镀技术，具体地说是一种喷射化学镀加工多层膜的方法及装置。

背景技术

化学镀是一种不需要通电，依据氧化还原反应原理，利用强还原剂在含有金属离子的溶液中，将金属离子还原成金属而沉积在各种材料表面形成致密镀层的方法。与电镀相比，化学镀技术操作简单，不需电源设备，且能在非导体上沉积，其制备的镀层具有均匀性好、针孔率低、密着性和耐磨性好等特点，并拥有某些独特的物理、化学、机械和磁性能。另外，由于化学镀技术废液排放少，对环境污染小以及成本较低，在许多领域已逐步取代电镀，成为一种环保型的表面处理工艺。多层膜是指由一种或几种材料交替沉积而形成的组分或结构周期变化的人工微结构材料，如果各层材料的厚度均为纳米级，则称为纳米多层膜。目前，多层膜主要采用物理气相沉积方法（PVD）来制备，物理气相沉积制备多层膜的工艺较为成熟，并具有层间界面共格度高，超晶格结构规则，调制波长可精确控制等优点，但物理气相沉积要求在超高真空、高温和高压的环境下进行，其工艺过程复杂，设备昂贵，制作时间长，成本高，并很难进行大面积工件的镀覆导致样品形状尺寸受到限制，不利于工业化生产。另外，物理方法制备多层膜时，到达基体的原子能量往往很高，无法避免无序生长和层间扩散。而使用喷射化学镀制备多层膜时,可有效地避免上述问题。

发明内容

本发明的目的是提出一种喷射化学镀加工多层膜的方法及装置，这种方法工艺过程简单、设备成本低廉、加工过程足够稳定，并具有可制备某些特殊性能的多层膜，且所制备的多层膜组分和子层排列组合多种多样等优点。

本发明的技术方案之一是：

一种喷射化学镀加工多层膜的方法，其特征是基体周围利用隔板分隔成多个工作腔，并至少安装着两个或多个化学镀的喷射单元，每个化学镀的喷射单元由独立的镀液循环系统提供镀液，由镀液温控系统控制镀液温度，基体按照设定的速度作旋转或摆动，连续、反复经过各个喷射单元交替进行化学镀，由此形成所需的多层膜。

所述的每个喷射单元分别放置在由隔板分隔而成的相互隔绝的工作腔中，喷射单元的数目及排列次序取决于最终形成的多层膜的组分特征。

镀液循环系统将镀液经喷射单元喷射到基体表面进行化学镀后，镀液再回流至储液槽，储液槽中可进行镀液成分的补充和pH值的调节，储液槽上放置有搅拌器，以保证化学镀时基体表面浓度场和流场的稳定性。

用于盛放镀液的底液槽连接有温控系统，以保证化学镀时基体表面温度场的稳定性。

本发明的技术方案之二是：

一种喷射化学镀加工多层膜的装置，其特征是基体周围利用隔板分隔有多个工作腔，至少有两个工作腔中安装着进行化学镀的喷射单元，每个喷射单元拥有独立的镀液循环系统和镀液温控系统。

化学镀喷射单元还包括喷嘴。

镀液循环系统由储液槽、搅拌器、循环泵、过滤器和流量调节阀组成，搅拌器安装在储液槽中，循环泵的进液口与储液槽相连，过滤器安装在循环泵进口管路上，流量调节阀安装在喷嘴与过滤器之间的管路上。

镀液温控系统由温控仪、加热器和水浴槽组成。

本发明的有益效果：

1、本发明采用喷射化学镀技术，采用循环泵将镀液喷射流过基体表面进行化学镀，通过镀液循环系统可以保证化学镀时基体表面浓度场和流场的稳定性，通过镀液温控系统可以保证基体表面温度场的稳定性，这种方法能够充分发挥化学镀技术的优点，用于制备所需特性的多层膜。

2、本发明通过控制镀液成分和喷射单位的数目以及排列的次序，能够制备组分和子层排列组合多种多样的多层膜。

附图说明

图1是本发明的化学镀加工多层膜装置的结构示意图。

图2为环形基体做旋转运动时处理室的结构示意图。

图3是本发明添加多个喷射加工单元时处理室的结构示意图，其中图3（a）为添加3个加工单元后的结构示意图，图3（b）为添加4个加工单元后的结构示意图。

图4为圆形基板做旋转运动时处理室的结构示意图。

图5为基板做水平摆动时处理室的结构示意图。

图中：1、基体；2、组分A喷嘴，3、组份A喷射单元；4、转子流量计；5、流量调节阀；6、过滤机；7、搅拌器；8、磁力泵；9、组分A电沉积液；10、水浴槽；11、温控仪；12、加热器；13、水浴槽；14、组分B电沉积液；15、磁力泵；16、搅拌器；17、过滤机；18、流量调节阀；19、转子流量计；20、处理室；21、组分B加工单元；22、组分B喷嘴；23隔板；24、喷射单元，25、喷射单元。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

实施例一。

一种化学镀加工多层膜的方法，它包括以下步骤：

（1）基体周围利用隔板分隔成多个工作腔，并至少安装着两个或多个化学镀的喷射单元，每个化学镀的喷射单元由独立的镀液循环系统提供镀液，由镀液温控系统控制镀液温度，基体按照设定的速度作旋转或摆动，连续、反复经过各个喷射单元交替进行化学镀，由此形成所需特性的多层膜。

（2）喷射单元放置在分隔而成的工作腔中，根据所要形成多层膜的组分特征选择喷射单元的数目并将其按照相应次序排列。

（3）镀液循环系统将镀液经喷射单元喷射到基体表面进行化学镀后，镀液再回流至储液槽，储液槽中可进行镀液成分的补充和pH值的调节，储液槽上放置有搅拌器，由此可以保证化学镀时基体表面浓度场和流场的稳定性。

（4）镀液温控系统用来控制镀液的温度，保证化学镀时基体表面温度场的稳定性。

实施例二。

如图1-5所示。

一种喷射化学镀加工多层膜的装置，它包括基体1；组分A喷嘴2；组分A喷射单元3；转子流量计4；流量调节阀5；过滤器6；搅拌器7；磁力泵8；储液箱9；水浴槽10；温控仪11；加热器12；水浴槽13；储液箱14；磁力泵15；搅拌器16；过滤机17；流量调节阀18；转子流量计19；处理室20；组分B喷射单元21；组分B喷嘴22；如图1所示。

组分A和组分B化学镀液分别存储在对应储液箱9、14中，储液箱9、14分别安装在对应的水浴槽10、13中，水浴槽10、13中安装有加热器12以便对储液箱9、14中的镀液进行水浴加热，储液箱9、14的上方分别安装有使温度均匀的搅拌器7、16，储液箱9、14中的温度可通过对应的温控仪11加以控制。其中，储液箱9、14中的镀液被磁力泵8、15抽出后，经过过滤器6、17过滤后，分别送入组分A喷射单元3和组分B喷射单元21，经喷嘴2、22喷射到基体1的表面后，然后回流至储液箱9、14中。在喷射单元3、21与过滤器6、17之间的管道上安装有流量计4、19，同时在过滤器6、17的出口端分别安装流量调节阀5、18以控制喷射速度。上述连接便形成一种镀液温控系统和循环系统，该系统可使化学镀液循环使用，同时还可以保证化学镀时基体表面温度场、浓度场及速度场的均匀稳定性。

图2为环形基体做旋转运动时处理室的结构示意图，整个处理室20可根据需要利用隔壁板23分为多个工作腔，并使隔壁板23与回转基体1之间具有很好的密封。计算机控制回转基体1旋转，连续经过化学镀喷射单元3和喷射电镀喷射单元21，每一个喷射单元喷出的镀液均可以同时对基体表面进行化学镀。

图3为添加多个喷射单元时处理室的结构示意图，其中图3（a）为添加3个喷射单元后的结构示意图，图3（b）为添加4个喷射单元后的结构示意图。图3（a）中，喷射单元3、21、24可以进行两种组分或三种组分的化学镀，通过控制这些喷射单元排列的次序，可以实现两种以上组份和子层厚度的排列组合，而图3（b）中，通过添加喷射单元25，可以使这种排列组合更趋于多样化。

图4为圆形基板做旋转运动时处理室的结构示意图，整个处理室20同样利用隔壁板23分为多个工作腔，并使隔壁板23、处理室20和基体1之间具有很好的密封。计算机控制圆形基板1旋转，连续经过组分A喷射单元3和组分B喷射单元21，每一个喷射单元喷出的镀液同样可以对基体表面进行化学镀。图4与图3的区别在于，图3的多层膜形成于基体的环形表面上，形成的多层膜为曲面结构，而图4的多层膜形成开基体的平底面（上底面）上，形成的多层膜为平面结构。

图5为基板做水平摆动时处理室的结构示意图，利用隔壁板23分隔形成多个工作腔，并使隔壁板23与基体1之间具有很好的密封。计算机控制基板1做水平摆动，往复经过组分A喷射单元3和组分B喷射单元21，由喷射单元3、21对板状基体表面进行化学镀。图5的喷射装置形成的多层膜也为平面结构。

本发明的原理和过程如下：由计算机控制基体连续或往复经过组分A喷射单元3和组分B喷射单元21交替进行化学镀，镀液通过各自独立的温控仪11保持温度恒定，利用搅拌器7、16进行搅拌，通过磁力泵8、15实现镀液循环。

本发明未涉及部分如化学镀原理、镀液等均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims

1.一种喷射化学镀加工多层膜的方法，其特征是基体周围利用隔板分隔成多个工作腔，并至少安装着两个或多个化学镀的喷射单元，每个化学镀的喷射单元由独立的镀液循环系统提供镀液，由镀液温控系统控制镀液温度，基体按照设定的速度作旋转或摆动，连续、反复经过各个喷射单元交替进行化学镀，由此形成所需的多层膜。

2.根据权利要求1所述的喷射化学镀加工多层膜的方法，其特征是所述的每个喷射单元分别放置在由隔板分隔而成的相互隔绝的工作腔中，喷射单元的数目及排列次序取决于最终形成的多层膜的组分特征。

3.根据权利要求1所述的喷射化学镀加工多层膜的方法，其特征是镀液循环系统将镀液经喷射单元喷射到基体表面进行化学镀后，镀液再回流至储液槽，储液槽中可进行镀液成分的补充和pH值的调节，储液槽上放置有搅拌器，以保证化学镀时基体表面浓度场和流场的稳定性。

4.根据权利要求1所述的喷射化学镀加工多层膜的方法，其特征是用于盛放镀液的底液槽连接有温控系统，以保证化学镀时基体表面温度场的稳定性。

5.一种喷射化学镀加工多层膜的装置，其特征是基体周围利用隔板分隔有多个工作腔，至少有两个工作腔中安装着进行化学镀的喷射单元，每个喷射单元拥有独立的镀液循环系统和镀液温控系统。

6.根据权利要求5所示的喷射化学镀加工多层膜的装置，其特征是化学镀喷射单元还包括喷嘴。

7.根据权利要求5所示的喷射化学镀加工多层膜的装置，其特征是镀液循环系统由储液槽、搅拌器、循环泵、过滤器和流量调节阀组成，搅拌器安装在储液槽中，循环泵的进液口与储液槽相连，过滤器安装在循环泵进口管路上，流量调节阀安装在喷嘴与过滤器之间的管路上。

8.根据权利要求5所示的喷射化学镀加工多层膜的装置，其特征是镀液温控系统由温控仪、加热器和水浴槽组成。