CN104459857A - 梳形光栅的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种梳形光栅的制备方法，其中，所述制备方法包括：(1)对金属待加工件表面进行抛光，得到初制件；(2)在初制件的一个侧面上等间距地加工出多个凹槽，得到梳形光栅初坯A1；(3)将梳形光栅初坯A1在电解液中进行电镀，得到梳形光栅毛坯A2，所述梳形光栅毛坯A2的凹槽的槽宽等于预设槽宽，所述梳形光栅毛坯A2的凹槽的槽深等于预设槽深；(4)将梳形光栅毛坯A2进行打磨，得到梳形光栅。本发明通过将金属待加工件表面先进行抛光后，而后加工多个凹槽，在具有凹槽的基础上再进行电镀，最后在对其表面进行打磨，从而获得符合要求的梳形光栅。使得其达到要求，不仅操作方法简单，且降低机械设备的精密度要求，节省生产成本。

Description

梳形光栅的制备方法

技术领域

本发明涉及梳形光栅的制备领域，具体地，涉及一种梳形光栅的制备方法。

背景技术

梳型梳形光栅可作为真空电子器件的慢波结构、微波技术中的带阻滤波器而被广泛应用。由于工作于基模的电磁波波长与器件结构尺寸的共度性，随着器件工作频率的提高，所需梳形光栅的周期常数越小，这就给零件加工提出了苛刻的要求。同时，为了缓解高频趋肤效应，要求加工的梳形光栅必须具有良好的表面光洁度。为了制备出高精密的梳型梳形光栅，人们不得不选用加工尺度更小的机床，而高精度加工机床的价格非常昂贵，无形中增加了梳形光栅零件加工的成本。如，为了加工出周期常数为0.065mm的梳形光栅样件，人们可选用精密线切割机床使用直径为0.03mm到0.04mm的钼丝来完成对样件的加工，而这种高精密的设备目前市场价格在百万元人民币以上。而且利用这种纯机械手段加工制备这种小周期结构梳形光栅时，也无法对梳形光栅槽的侧面进行打磨抛光，无法克服表面粗糙度大的问题。而采用基于半导体技术的紫外光刻和反应离子技术制备这类梳型梳形光栅结构时，除了加工复杂，设备昂贵的不足外，无法获得深宽比大的梳形光栅沟槽也是一个很大的问题。

因此，提供一种制备方法相对简单、产品精度高且生产成本较为廉价的梳形光栅的制备方法是本发明亟需解决的问题。

发明内容

针对上述现有技术，本发明的目的在于克服现有技术中制备高精密的梳形梳形光栅的设备成本昂贵且加工复杂，且无法获得深宽比大的梳形光栅沟槽的问题，从而提供一种制备方法相对简单、产品精度高且生产成本较为廉价的梳形光栅的制备方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种梳形光栅的制备方法，其中，所述制备方法包括：

(1)对金属待加工件表面进行抛光，得到初制件；

(2)在初制件的一个侧面上等间距地加工出多个凹槽，得到梳形光栅初坯A1；

(3)将梳形光栅初坯A1在电解液中进行电镀，得到梳形光栅毛坯A2，所述梳形光栅毛坯A2的凹槽的槽宽等于预设槽宽，所述梳形光栅毛坯A2的凹槽的槽深等于预设槽深；

(4)将梳形光栅毛坯A2进行打磨，得到梳形光栅。

优选地，步骤(2)中的加工方法为线切割、电火花切割和铣切割中的一种或多种。

优选地，步骤(2)中梳形光栅初坯A1的槽宽不小于预设槽宽。

优选地，步骤(2)中h≥h₀；

h为梳形光栅初坯A1的槽深，h₀为所述预设槽深。

优选地，步骤(3)中所述电镀层的厚度为

d为所述梳形光栅初坯A1的槽宽，d₀为所述预设槽宽，η为预设值。

优选地，在步骤(3)中，电镀的方法包括以下公式：

$T=\frac{n\×s\×d\×\mathrm{\ρ}\×Q}{M\×I\×\mathrm{\η}};$ 其中，

T为电镀时间；n为金属离子被还原成金属单质所需要的电子数；s为梳形光栅初坯A1的表面积；d为梳形光栅初坯A1表面需要电镀的镀层厚度；ρ为金属单质的密度；Q为1mol电子的电量，为常量；M为金属单质的相对分子质量；I为电流密度；η为电流效率。

优选地，步骤(3)中所述电解液中包括金属待加工件中的至少一种金属盐。

优选地，步骤(3)中电镀温度为15-50℃。

优选地，步骤(4)还包括：将梳形光栅毛坯A2在打磨后通过水、酒精和有机溶剂进行清洗。

优选地，将梳形光栅毛坯A2在打磨后顺次通过水、酒精、有机溶剂和水进行清洗。

根据上述技术方案，本发明通过将金属待加工件表面先进行抛光后，而后加工多个凹槽，在具有凹槽的基础上再进行电镀，并使得电镀后的凹槽的槽宽和槽深符合预设槽宽和预设槽深的要求，最后在对其表面进行打磨，从而获得符合要求的梳形光栅。通过这种方式，大大降低了在直接对其进行机械加工过程中的对精密度的要求，通过后期的电镀，使得其达到需要的要求，不仅操作方法简单，且大大降低了机械设备的精密度的要求，节省了生产成本。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明提供了一种梳形光栅的制备方法，其中，所述制备方法包括：

(1)对金属待加工件表面进行抛光，得到初制件；

(2)在初制件的一个侧面上等间距地加工出多个凹槽，得到梳形光栅初坯A1；

(3)将梳形光栅初坯A1在电解液中进行电镀，得到梳形光栅毛坯A2，所述梳形光栅毛坯A2的凹槽的槽宽等于预设槽宽，所述梳形光栅毛坯A2的凹槽的槽深等于预设槽深；

(4)将梳形光栅毛坯A2进行打磨，得到梳形光栅。

上述设计通过将金属待加工件表面先进行抛光后，在其边上加工多个凹槽，当然，此处凹槽的数量与我们实际需要制得的梳形梳形光栅的凹槽数量需要保持一致，且一个梳齿与凹槽作为一个周期来计算，该周期需要与成品梳形光栅的周期一致，而后在具有凹槽的基础上再进行电镀，并使得电镀后的凹槽的槽宽和槽深符合预设槽宽和预设槽深的要求，最后在对其表面进行打磨，从而获得符合要求的梳形光栅。通过这种方式，大大降低了在直接对其进行机械加工过程中的对精密度的要求，通过后期的电镀，使得其达到需要的要求，不仅操作方法简单，且大大降低了机械设备的精密度的要求，节省了生产成本。

步骤(2)中的加工方法可以为本领域常规采用的加工方法，例如，在本发明的一种优选的实施方式中，步骤(2)中的加工方法可以为线切割、电火花切割和铣切割中的一种或多种。

因后期电镀是在梳形光栅初坯A1的表层进一步镀膜，因而，为了避免电镀后的梳形光栅初坯A1不符合预设槽宽，在本发明的一种更为优选的实施方式中，步骤(2)中梳形光栅初坯A1的槽宽应当设置为不小于预设槽宽。从而可以通过电镀方式在梳形光栅初坯A1的表层电镀上薄膜来填补与预设槽宽之间的差距。

同样地，为了保证梳形光栅初坯A1的槽深也可以通过电镀方式来实现满足预设槽深的要求，在本发明的一种更为优选的实施方式中，步骤(2)中h≥h₀；h为梳形光栅初坯A1的槽深，h₀为所述预设槽深。理由同上，因而在此不作进一步赘述。

为了保证最终制得的梳形光栅的尺寸要求可以满足本领域的要求范围，在本发明的一种优选的实施方式中，步骤(3)中所述电镀层的厚度可以设置为

$(1\±\mathrm{\η})\frac{d-d_0}{2};$

d为所述梳形光栅初坯A1的槽宽，d₀为所述预设槽宽，η为预设值。在本发明中，η可以根据实际生产中的需要进一步进行设置和调整，从而保证其误差范围不超过本领域的技术要求。

所述电镀方式可以按照本领域常规采用的电镀方式进行，在此不作赘述，但是为了保证电镀后的镀膜厚度可以达到我们实际生产需要的要求，在步骤(3)中，电镀的方法包括以下公式：

$T=\frac{n\×s\×d\×\mathrm{\ρ}\×Q}{M\×I\×\mathrm{\η}};$ 其中，

T为电镀时间；n为金属离子被还原成金属单质所需要的电子数；s为梳形光栅初坯A1的表面积；d为梳形光栅初坯A1表面需要电镀的镀层厚度；ρ为金属单质的密度；Q为1mol电子的电量，为常量；M为金属单质的相对分子质量；I为电流密度；η为电流效率。通过上述公式，可以在其他量为定值的时候，测算出电镀时间，进而保证电镀后镀膜的厚度符合技术要求。

当然，在本发明中，镀膜应当与该梳形光栅材料相一致，因而，在本发明的一种优选的实施方式中，步骤(3)中所述电解液中包括金属待加工件中的至少一种金属盐。当然，此处的电解液可以根据具体需要镀膜的类型来具体配制。电镀温度可以按照本领域常规的方式进行设置，例如，在本发明的一种更为优选的实施方式中，步骤(3)中电镀温度可以设置为15-50℃。电解液的配制和电镀温度可以按照具体的镀层来对应配制，可以按照本领域的常规方式进行，也可以根据实际需要进行。例如，1、镀铜：1L电解液中可以包括180g硫酸铜、12g氯化铜、40g硫酸和3g钪或钇的氯化物，余量为去离子水，电镀温度为40-50℃；2、镀锌：1L电解液中可以包括470-500g硫酸锌、30g硫酸铝、45-50g十二水硫酸铝钾、50g硫酸钠，余量为去离子水，电镀温度为20-25℃；3、镀锡：1L电解液中可以包括氟硼酸亚锡100-400g、氟硼酸50-250g、明胶6g、β-萘酚0.5-1.0g，余量为去离子水，电镀温度为15-40℃；4、镀锡：1L电解液中可以包括氟硼酸亚锡40-60g、氟硼酸50-250g，甲醛1-3g、光亮剂15-30g、烷基酚聚氧乙烯醚8-140g，余量为去离子水，电镀温度为10-25℃；5、镀镍：1L电解液中可以包括硫酸镍200-250g、氯化镍30-35g、硼酸30-35g、十二烷基磺酸钠0.05-0.08g、邻苯甲酰磺酰亚胺0.5-0.8g，余量为去离子水，电镀温度为40-55℃；6、镀银镉合金：1L电解液中可以包括氰酸银32g、氰酸镉20g、氰酸钠20-25g、氢氧化钠7-15g，余量为去离子水，电镀温度为18-25℃；7、镀银锌合金：1L电解液中可以包括氰酸锌50g、氰酸钠80g、氰酸银6g、氢氧化钠50g、氯化金3g，余量为去离子水，电镀温度为18-25℃。

为了使得制得的梳形光栅表面更为清洁，并去除在电镀过程中残留的杂质等，在本发明的一种更为优选的实施方式中，步骤(4)还可以包括：将梳形光栅毛坯A2在打磨后通过水、酒精和有机溶剂进行清洗。该清洗过程可以按照本领域常规的清洗顺序进行依次清洗，例如，在本发明的一种优选的实施方式中，可以设置为将梳形光栅毛坯A2在打磨后顺次通过水、酒精、有机溶剂和水进行清洗。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种梳形光栅的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

(1)对金属待加工件表面进行抛光，得到初制件；

(2)在初制件的一个侧面上等间距地加工出多个凹槽，得到梳形光栅初坯A1；

(3)将梳形光栅初坯A1在电解液中进行电镀，得到梳形光栅毛坯A2，所述梳形光栅毛坯A2的凹槽的槽宽等于预设槽宽，所述梳形光栅毛坯A2的凹槽的槽深等于预设槽深；

(4)将梳形光栅毛坯A2进行打磨，得到梳形光栅。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中的加工方法为线切割、电火花切割和铣切割中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中梳形光栅初坯A1的槽宽不小于预设槽宽。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中h≥h₀；

h为梳形光栅初坯A1的槽深，h₀为所述预设槽深。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述电镀层的厚度为

d为所述梳形光栅初坯A1的槽宽，d₀为所述预设槽宽，η为预设值。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在步骤(3)中，电镀的方法包括以下公式：

$T=\frac{n\×s\×d\×\mathrm{\ρ}\×Q}{M\×I\×\mathrm{\η}};$ 其中，

T为电镀时间；n为金属离子被还原成金属单质所需要的电子数；s为梳形光栅初坯A1的表面积；d为梳形光栅初坯A1表面需要电镀的镀层厚度；ρ为金属单质的密度；Q为1mol电子的电量，为常量；M为金属单质的相对分子质量；I为电流密度；η为电流效率。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述电解液中包括金属待加工件中的至少一种金属盐。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中电镀温度为15-50℃。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)还包括：将梳形光栅毛坯A2在打磨后通过水、酒精和有机溶剂进行清洗。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，将梳形光栅毛坯A2在打磨后顺次通过水、酒精、有机溶剂和水进行清洗。