CN103276414A - 一种应用于高开孔率微小孔板的电铸装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种应用于高开孔率微小孔板的电铸装置，包括电铸槽以及设置在电铸槽上方的上盖，其还包括由设置在所述电铸槽内的阳极金属板以及阴极芯模组成的电铸反应模块；用于控制电铸槽中电解液的温度的体液温度控制模块；用于对电铸槽进行抽真空的抽真空模块；用于对电铸槽内的电解液进行循环搅拌的循环搅拌模块；用于控制阴极芯模的温度的阴极温度控制模块。本发明除具有常规电铸功能外，还可以实现对封闭电铸槽抽气达低压，降低电铸环境的大气压力；对电铸槽中的电解液进行加热，提高电解温度；循环冲液搅拌电解液，增大搅拌强度；施加阴极温度热梯度、提高沉积面附近电解液温度的功能，这些措施均有利于加速电铸时高开孔率微小孔板上深沟槽中的物质输运和氢气排出，从而提高利用微细电铸效果。

Description

一种应用于高开孔率微小孔板的电铸装置
技术领域
本发明涉及一种电铸装置，尤其是一种应用于高开孔率微小孔板的电铸装置。
背景技术
电铸是利用金属的电解沉积原理来精确复制某些复杂或特殊形状工件的特种加工方法。具体步骤是把预先按所需形状制成的电铸模作为阴级，用电铸材料作为阳极，一同放入与阳极材料相同的金属盐溶液中，通以直流电。在电解作用下，电铸模表面逐渐沉积出金属电铸层，达到所需的厚度后从溶液中取出，将电铸层与原模分离，便获得与原模形状相对应的金属复制品。
高开孔率微小孔板一种是电铸领域的工艺难点之一，因为这种孔板的孔槽深宽比较大，大深宽比结构深沟槽中电沉积反应物质传输受阻情况严重，容易产生针孔等沉积缺陷。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能够提高高开孔率微小孔板的电铸装置。
为解决上述问题，本发明提供了一种应用于高开孔率微小孔板的电铸装置，包括电铸槽以及设置在所述电铸槽上方的上盖，其特征在于，还包括以下模块：
-电铸反应模块，包括设置在所述电铸槽内的阳极金属板以及阴极芯模；
-体液温度控制模块，用于控制电铸槽中电解液的温度；
-抽真空模块，用于对电铸槽进行抽真空；
-循环搅拌模块，用于对电铸槽内的电解液进行循环搅拌。
-阴极温度控制模块，用于控制阴极芯模的温度。
作为本发明的进一步改进，所述体液温度控制模块包括设置在电铸槽内的体液加热棒以及用于控制所述体液加热棒的体液温度传感器。
作为本发明的进一步改进，所述抽真空模块包括与电铸槽内部连通的真空泵以及用于测量电铸槽内压力的真空压力表。
作为本发明的进一步改进，所述循环搅拌模块包括冲液管以及连接在所述冲液管上的单向阀，所述冲液管上还设有若干喷气孔，所述单向阀与大气连通。
作为本发明的进一步改进，所述单向阀为电磁单向阀，所述搅拌装置还包括控制单元，所述控制单元包括与所述真空泵以及所述单向阀均连通的双通道时间继电器。
作为本发明的进一步改进，所述阴极温度控制模块包括固定在芯模上的阴极加热管以及控制沉积面温度的阴极温度传感器。
作为本发明的进一步改进，所述真空泵上还连接有抽气过滤器。
作为本发明的进一步改进，所述金属板为镍板。
作为本发明的进一步改进，所述金属板设置在所述芯模的上方。
作为本发明的进一步改进，所述上盖由透明材料制成。
本发明的有益效果在于，除具有常规电铸功能外，还可以实现对封闭电铸槽抽气达低压，降低电铸环境的大气压力；对电铸槽中的电解液进行加热，提高电解温度；循环冲液搅拌电解液，增大搅拌强度；施加阴极温度热梯度、提高沉积面附近电解液温度的功能，这些措施均有利于加速电铸时高开孔率微小孔板上深沟槽中的物质输运和氢气排出，从而提高利用微细电铸效果。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
其中：2-双通道时间继电器；3-金属板；4-真空泵；6-抽气过滤器；7-真空压力表；8-上盖；10-体液温度传感器；12-体液加热棒；14-电铸槽；15-阴极温度传感器；16-阴极加热管；18-芯模；20-冲液管；22-单向阀。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，一种应用于高开孔率微小孔板的电铸装置，包括电铸槽14以及设置在电铸槽14上方的上盖8，其还包括以下模块：由设置在电铸槽14内的阳极金属板3以及阴极芯模18组成的电铸反应模块；用于控制电铸槽14中电解液的温度的体液温度控制模块；用于对电铸槽14进行抽真空的抽真空模块；用于对电铸槽14内的电解液进行循环搅拌的循环搅拌模块；用于控制阴极芯模18的温度的阴极温度控制模块。
本发明除具有常规电铸功能外，还可以实现对封闭电铸槽14抽气达低压，降低电铸环境的大气压力；对电铸槽14中的电解液进行加热，提高电解温度；循环冲液搅拌电解液，增大搅拌强度；施加阴极温度热梯度、提高沉积面附近电解液温度的功能，这些措施均有利于加速电铸时高开孔率微小孔板上深沟槽中的物质输运和氢气排出，从而提高利用微细电铸效果。
进一步的，体液温度控制模块包括设置在电铸槽14内的体液加热棒12以及用于控制体液加热棒12的体液温度传感器10。
提高温度可以加快溶液中离子的迁移速度，提高溶液的导电性，还能改善镀液的分散能力与深度能力，使镀层分布均匀；同时温度升高，会降低阴极极化，导致镀层结晶颗粒变粗，但升温以后可以使用更大的电流密度。在改变镀液离子浓度和电流密度等其他操作条件，并配合协调适当时，升高温度对电铸过程有利，一般电铸工艺都选择适当的加温，以增加盐类的溶解度，改善阳极溶解性，提高镀液导电性，减少镀层的析氢量等。在本发明中，电铸电解液温度均设定为25℃。当电解液温度等于或者大于25℃时，体液温度传感器10控制体液加热棒12停止加热；当电解液温度小于25℃时，体液温度传感器10控制体液加热棒12工作，对电解液进行加热至25℃。使得电解液温度始终维持在25℃。
进一步的，抽真空模块包括与电铸槽14内部连通的真空泵4以及用于测量电铸槽14内压力的真空压力表7。
通过真空泵4对电铸环境进行封闭并抽气至负压条件。降低电铸环境的大气压力，有利于溶液中氢气泡的析出，减少针孔等沉积缺陷产生的几率和数量，提高电铸效果。
进一步的，循环搅拌模块包括冲液管20以及连接在冲液管20上的单向阀22，冲液管20上还设有若干喷气孔，单向阀22与大气连通。
 首先通过真空泵4对电铸槽14进行抽真空，当电铸槽14与外界压差达到一定的数额时，单向阀22开启，大量空气在槽内外较大压强差的作用下，由冲液管20的喷气孔喷出，强力搅拌槽内电解液，当槽内外压差平衡时，单向阀22再次关闭，真空泵4再次对电铸槽14进行抽真空，如此循环，实现循环冲液搅拌。
进一步的，单向阀22为电磁单向阀22，搅拌装置还包括控制单元，控制单元包括与真空泵4以及单向阀22均连通的双通道时间继电器2。
通过分别调节双通道时间继电器2两个通道的通断时间来控制真空泵4的抽气时间和单向阀22的开启时间，实现自动化。
进一步的，金属板3设置在芯模18的上方。
将阴级芯模18设置在金属板3的下方，在电铸过程中设置在下方的阴极附近电解液“重”金属离子的大量消耗使得该处电解液密度降低，溶液变轻，槽内电解液上下层形成大的密度梯度差，在重力作用下，“重”电解液向下“充实”而“轻”电解液向上运动，形成对流，传质效率高。
进一步的，阴极温度控制模块包括固定在芯模18上的阴极加热管16以及控制沉积面温度的阴极温度传感器15。
芯模18上设有阴极加热管16，阴极加热管16工作时，将使得使阴极附近产生高温与电解液低温形成一定数值的温度差，将一定程度上强化传质效果。因为温差的存在，为对流的发生添加了新的驱动力，沉积面附近溶液变得更轻，整个槽内电解液处于更“活跃”状态，抗外界影响能力降低，使得槽顶部剪切流更容易带动槽内电解液形成循环涡流运动，使物质输运能力更强，减少针孔等沉积缺陷的发生。而且设置阴极温度传感器15，能够控制沉积面保持在最合适的温度范围内。
进一步的，真空泵4上还连接有抽气过滤器6。
因为在电铸过程中，电解液的挥发量很大，抽取的气体中含有大量的水分，这对于真空泵4的长时间运行会造成很大的危害，因此有必要在真空泵4与电铸槽14之间添加抽气过滤器6，以去除气体中的绝大部分水汽，实现对抽取气体的干燥和过滤。
进一步的，金属板3为镍板。
因为金属镍具有良好的机械性能与强度，同时还有很好的抗化学腐蚀性能。
进一步的，上盖8由透明材料制成。便于观察电铸槽14内的情况。
以上依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定技术性范围。

Claims (10)

1.一种应用于高开孔率微小孔板的电铸装置，包括电铸槽以及设置在所述电铸槽上方的上盖，其特征在于，还包括以下模块：
-电铸反应模块，包括设置在所述电铸槽内的阳极金属板以及阴极芯模；
-体液温度控制模块，用于控制电铸槽中电解液的温度；
-抽真空模块，用于对电铸槽进行抽真空；
-循环搅拌模块，用于对电铸槽内的电解液进行循环搅拌；
-阴极温度控制模块，用于控制阴极芯模的温度。
2.根据权利要求1所述的一种应用于高开孔率微小孔板的电铸装置，其特征在于：所述金属板设置在所述芯模的上方。
3.根据权利要求1所述的一种应用于高开孔率微小孔板的电铸装置，其特征在于：所述体液温度控制模块包括设置在电铸槽内的体液加热棒以及用于控制所述体液加热棒的体液温度传感器。
4.根据权利要求1所述的一种应用于高开孔率微小孔板的电铸装置，其特征在于：所述抽真空模块包括与电铸槽内部连通的真空泵以及用于测量电铸槽内压力的真空压力表。
5.根据权利要求1所述的一种应用于高开孔率微小孔板的电铸装置，其特征在于：所述循环搅拌模块包括冲液管以及连接在所述冲液管上的单向阀，所述冲液管上还设有若干喷气孔，所述单向阀与大气连通。
6.根据权利要求5所述的一种应用于高开孔率微小孔板的电铸装置，其特征在于：所述单向阀为电磁单向阀，所述搅拌装置还包括控制单元，所述控制单元包括与所述真空泵以及所述单向阀均连通的双通道时间继电器。
7.根据权利要求1所述的一种应用于高开孔率微小孔板的电铸装置，其特征在于：所述阴极温度控制模块包括固定在芯模上的阴极加热管以及控制沉积面温度的阴极温度传感器。
8.根据权利要求4所述的一种应用于高开孔率微小孔板的电铸装置，其特征在于：所述真空泵上还连接有抽气过滤器。
9.根据权利要求1所述的一种应用于高开孔率微小孔板的电铸装置，其特征在于：所述金属板为镍板。
10.根据权利要求1-9其中所述的一种应用于高开孔率微小孔板的电铸装置，其特征在于：所述上盖由透明材料制成。
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