CN111761313A - 一种空心双层金锥制造方法 - Google Patents

一种空心双层金锥制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种空心双层金锥制造方法。本发明的空心双层金锥制造方法采用车削加工和电镀加工相结合的方法，分别通过车削加工芯轴，电镀加工金镀层和铜镀层，再去掉用于支撑金镀层的铜，可以获得整体制造成形的空心双层金锥，满足快点火实验对精密空心双层金锥的需求。本发明的空心双层金锥制造方法能够获得整体制造成形的空心双层金锥，相比传统的通过单层金锥进行组装和粘接的制造方法，具有更优良的电学性能，双层结构之间的间隙加工精度优于4μm，可减少对坯料的需求，降低成本。

Description

一种空心双层金锥制造方法
技术领域
本发明属于精密微小零件制造领域，具体涉及一种空心双层金锥制造方法。
背景技术
在惯性约束聚变研究中，空心双层金锥具有更优的快电子聚焦能力，是快点火实验的核心部件。传统的空心双层金锥制造方法一般采用先制造单层金锥，再进行组装和粘接后，获得空心双层金锥。传统的制造方式会在空心双层金锥的粘接处形成胶层，从而影响空心双层金锥的电学性能，不利于发挥空心双层金锥对于约束电子束发散的优势。同时，由于采用组装方式难以控制空心双层金锥的间隙的一致性，产品质量不能得到有效保证。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在是提供一种间隙加工精度高、性能好、成本低的空心双层金锥制造方法。
为达此目的，本发明具体采用如下技术方案：
一种空心双层金锥制造方法，其特点是，所述的方法包括如下步骤：
a.将实心铜柱通过车削加工成芯轴Ⅰ；
b.在芯轴Ⅰ表面电镀金层Ⅰ，得到芯轴Ⅱ，芯轴Ⅱ的金层完全包裹住芯轴Ⅰ；
c.将芯轴Ⅱ通过车削加工成芯轴Ⅲ，芯轴Ⅲ前端的金层厚度小于芯轴Ⅲ后端的金层厚度，在芯轴Ⅲ的表面形成电镀铜层的限位台阶，电镀铜层的限位台阶的高度大于空心双层金锥的双层结构之间的间隙；
d.将芯轴Ⅲ表面电镀铜层，得到芯轴Ⅳ，芯轴Ⅳ的铜层完全包裹住芯轴Ⅲ；
e.将芯轴Ⅳ通过车削加工成芯轴Ⅴ，芯轴Ⅴ后端的金层露出，电镀铜层的限位台阶的高度等于空心双层金锥的双层结构之间的间隙；
f.在芯轴Ⅴ表面电镀金层Ⅱ，得到芯轴Ⅵ；
g.将芯轴Ⅵ通过车削加工成芯轴Ⅶ，芯轴Ⅶ前端的金层厚度小于芯轴Ⅶ后端的金层厚度，在芯轴Ⅶ的表面形成装配用的定位台阶，芯轴Ⅶ前端的铜层露出；
h.通过稀硝酸去除芯轴Ⅶ的铜，清洗，晾干，得到所需的空心双层金锥。
进一步，空心双层金锥的双层结构之间具有0.01mm～0.1mm的间隙。
进一步，空心双层金锥的内锥角α的范围为30°～100°，空心双层金锥内锥的顶端内直径范围为
Figure BDA0002577998040000021
进一步，所述的步骤(a)、步骤(c)、步骤(e)及步骤(g)中车削加工的工艺参数如下：转速n的范围为2000r/min-3000r/min，切深ap的范围为1μm-10μm，进给量f的范围为0.001mm/r-0.01mm/r。
进一步，所述的步骤(b)、步骤(f)中电镀金层的工艺参数如下：金镀液温度为50℃，金镀液pH8-9，金电镀电流密度范围为0.7A/dm2～3.0A/dm2。
进一步，所述的步骤(d)电镀铜层的工艺参数如下：铜镀液温度为45℃，铜镀液pH8-9，铜电镀电流密度范围为1.5A/dm2-2.5A/dm2。
进一步，所述的步骤(a)、步骤(c)、步骤(e)及步骤(g)中分别车削加工所得的芯轴Ⅰ、芯轴Ⅲ、芯轴Ⅴ、芯轴Ⅶ的尺寸偏差均小于2μm，表面粗糙度小于等于Ra50nm。
进一步，所述的步骤(b)、步骤(d)、步骤(f)中，电镀金层/电镀铜层厚度的加工余量大于10μm。
本发明还提供一种基于前述空心双层金锥制造方法的应用，其特征在于，该空心双层金锥制造方法应用于惯性约束聚变领域。
进一步，该空心双层金锥制造方法应用于快点火实验研究中。
本发明还提供一种前述空心双层金锥制造方法的应用，具体方案如下：
一种前述空心双层金锥制造方法的应用，其特点是，该空心双层金锥制造方法应用于惯性约束聚变领域。
进一步，该空心双层金锥制造方法应用于快点火实验研究中。
本发明的空心双层金锥制造方法采用车削加工和电镀加工相结合的方法，分别通过车削加工芯轴，电镀加工金镀层和铜镀层，再去掉用于支撑金镀层的铜，可以获得整体制造成形的空心双层金锥。
本发明的空心双层金锥制造方法能够获得整体制造成形的空心双层金锥，相比传统的通过单层金锥进行组装和粘接的制造方法，具有更优良的电学性能，双层结构之间间隙加工精度优于4μm，可减少对坯料的需求，降低成本。
附图说明
图1为本发明的空心双层金锥制造方法制造的空心双层金锥结构剖视图；
图2-1～图2-8为本发明的空心双层金锥制造方法的工艺流程图；图中，1.电镀铜层的限位台阶2.装配用的定位台阶。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明。
参照图1-2，本发明的空心双层金锥制造方法如下步骤：
a.将实心铜柱通过车削加工成芯轴Ⅰ；
b.在芯轴Ⅰ表面电镀金层Ⅰ，得到芯轴Ⅱ，芯轴Ⅱ的金层完全包裹住芯轴Ⅰ；
c.将芯轴Ⅱ通过车削加工成芯轴Ⅲ，芯轴Ⅲ前端的金层厚度小于芯轴Ⅲ后端的金层厚度，在芯轴Ⅲ的表面形成电镀铜层的限位台阶1，电镀铜层的限位台阶1的高度大于空心双层金锥的双层结构之间的间隙；
d.将芯轴Ⅲ表面电镀铜层，得到芯轴Ⅳ，芯轴Ⅳ的铜层完全包裹住芯轴Ⅲ；
e.将芯轴Ⅳ通过车削加工成芯轴Ⅴ，芯轴Ⅴ后端的金层露出，电镀铜层的限位台阶1的高度等于空心双层金锥的双层结构之间的间隙；
f.在芯轴Ⅴ表面电镀金层Ⅱ，得到芯轴Ⅵ；
g.将芯轴Ⅵ通过车削加工成芯轴Ⅶ，芯轴Ⅶ前端的金层厚度小于芯轴Ⅶ后端的金层厚度，在芯轴Ⅶ的表面形成装配用的定位台阶2，芯轴Ⅶ前端的铜层露出；
h.通过稀硝酸去除芯轴Ⅶ的铜，清洗，晾干，得到所需的空心双层金锥。
本方法通过一次制备完成了空心双层金锥的制备，避免了传统分层制备再装配工艺双层金锥间隙不可控等诸多问题。本方法制备的双层金锥之间没有缝隙，双层金锥之间的间隙控制精度高，具有更好的电学性能，达到了快点火实验期望的实验效果。
进一步，空心双层金锥的双层结构之间具有0.01mm～0.1mm的间隙。
进一步，空心双层金锥的内锥角α的范围为30°～100°，空心双层金锥内锥的顶端内直径范围为
Figure BDA0002577998040000031
进一步，所述的步骤(a)、步骤(c)、步骤(e)及步骤(g)中车削加工的工艺参数如下：转速n的范围为2000r/min-3000r/min，切深ap的范围为1μm-10μm，进给量f的范围为0.001mm/r-0.01mm/r。
进一步，所述的步骤(b)、步骤(f)中电镀金层的工艺参数如下：金镀液温度为50℃，金镀液pH8-9，金电镀电流密度范围为0.7A/dm2～3.0A/dm2。
进一步，所述的步骤(d)电镀铜层的工艺参数如下：铜镀液温度为45℃，铜镀液pH8-9，铜电镀电流密度范围为1.5A/dm2-2.5A/dm2。
进一步，所述的步骤(a)、步骤(c)、步骤(e)及步骤(g)中分别车削加工所得的芯轴Ⅰ、芯轴Ⅲ、芯轴Ⅴ、芯轴Ⅶ的尺寸偏差均小于2μm，表面粗糙度小于等于Ra50nm。
进一步，所述的步骤(b)、步骤(d)、步骤(f)中，电镀金层/电镀铜层厚度的加工余量大于10μm。
本发明还提供一种前述空心双层金锥制造方法的应用，具体方案如下：
一种前述空心双层金锥制造方法的应用，其特点是，该空心双层金锥制造方法应用于惯性约束聚变领域。
本发明通过两次电镀金实现一体式双层金锥制备，通过过渡的电镀铜层隔离两层金锥，通过加工控制铜层厚度来保证双层金锥之间的间隙。本发明的控制关键是通过多次加工控制各镀层的尺寸精度和位置精度，实现高精度间隙的一体式空心双层金锥。
进一步，该空心双层金锥制造方法应用于快点火实验研究中。
实施例1
本实施例用于制造内锥的顶端内直径为0.05mm，内锥角α为30°，双层结构之间间隙为0.01mm的空心双层金锥。
本实施例的制备工艺过程如下：
a.备料，采用超精密车削将实心铜锥通过车削加工成芯轴Ⅰ，加工工艺参数为：转速(n)2200r/min,切深(ap)3μm，进给量(f)0.001mm/r。通过显微镜测量芯轴Ⅰ的尺寸偏差为-0.8μm，通过白光干涉仪芯轴Ⅰ的表面粗糙度为Ra30nm，满足芯轴Ⅰ的技术要求；
b.在芯轴Ⅰ表面电镀30μm金层，得到芯轴Ⅱ，电镀金工艺参数为：镀液温度50℃，pH8.5，电流密度1.5A/dm2；
c.采用超精密车削将芯轴Ⅱ通过车削加工成芯轴Ⅲ，芯轴Ⅲ前端的金层厚度小于芯轴Ⅲ后端的金层厚度，在芯轴Ⅲ的表面形成20μm高电镀铜层的限位台阶，加工工艺参数为：转速(n)2600r/min,切深(ap)1μm，进给量(f)0.001mm/r。通过显微镜测量芯轴Ⅲ的尺寸偏差为-1μm，通过白光干涉仪芯轴Ⅰ的表面粗糙度位Ra35nm，满足芯轴Ⅲ的技术要求；
d.将芯轴Ⅲ表面电镀30μm铜层，得到芯轴Ⅳ，电镀铜工艺参数为：镀液温度45℃，pH9，电流密度2A/dm2；
e.采用超精密车削将芯轴Ⅳ通过车削加工成芯轴Ⅴ，芯轴Ⅴ前端的铜层露出，芯轴Ⅴ后端的金层露出，加工工艺参数为：转速(n)2600r/min，切深(ap)1μm，进给量(f)0.001mm/r。通过显微镜测量芯轴Ⅴ的尺寸偏差为+1μm，通过白光干涉仪芯轴Ⅰ的表面粗糙度为Ra35nm，满足芯轴Ⅴ的技术要求；
f.在芯轴Ⅴ表面电镀金层，得到芯轴Ⅵ，电镀金工艺参数为：镀液温度50℃，pH8.5，电流密度1.5A/dm2；
g.采用超精密车削将芯轴Ⅵ通过车削加工成芯轴Ⅶ，按照图纸技术要求芯轴Ⅶ前端的金层厚度小于芯轴Ⅶ后端的金层厚度，在芯轴Ⅶ的表面形成装配用的定位台阶，加工工艺参数为：转速(n)2600r/min，切深(ap)1μm，进给量(f)0.001mm/r。通过显微镜测量芯轴Ⅶ的尺寸偏差为+2μm，通过白光干涉仪芯轴Ⅰ的表面粗糙度为Ra35nm，满足芯轴Ⅶ的技术要求；
h.通过稀硝酸去除芯轴Ⅶ的铜，清洗，晾干，得到所需的空心双层金锥，其双层结构之间间隙为0.012μm。
实施例2
本实施例用于制造内锥的顶端内直径为0.5mm，内锥角α为60°，双层结构之间间隙为0.05mm的双层金锥。实施方式与实施例1基本相同，主要区别在于：内锥的顶端内直径、内锥角以及双层结构之间间隙不同。
实施例3
本实施例用于制造内锥的顶端内直径为1mm，内锥角α为100°，双层结构之间间隙为0.1mm的双层金锥。实施方式与实施例1基本相同，主要区别在于：内锥的顶端内直径、内锥角以及双层结构之间间隙不同。

Claims (10)

1.一种空心双层金锥制造方法，其特征在于，所述的方法包括如下步骤：
a.将实心铜柱通过车削加工成芯轴Ⅰ；
b.在芯轴Ⅰ表面电镀金层Ⅰ，得到芯轴Ⅱ，芯轴Ⅱ的金层完全包裹住芯轴Ⅰ；
c.将芯轴Ⅱ通过车削加工成芯轴Ⅲ，芯轴Ⅲ前端的金层厚度小于芯轴Ⅲ后端的金层厚度，在芯轴Ⅲ的表面形成电镀铜层的限位台阶(1)，电镀铜层的限位台阶(1)的高度大于空心双层金锥的双层结构之间的间隙；
d.将芯轴Ⅲ表面电镀铜层，得到芯轴Ⅳ，芯轴Ⅳ的铜层完全包裹住芯轴Ⅲ；
e.将芯轴Ⅳ通过车削加工成芯轴Ⅴ，芯轴Ⅴ后端的金层露出，电镀铜层的限位台阶(1)的高度等于空心双层金锥的双层结构之间的间隙；
f.在芯轴Ⅴ表面电镀金层Ⅱ，得到芯轴Ⅵ；
g.将芯轴Ⅵ通过车削加工成芯轴Ⅶ，芯轴Ⅶ前端的金层厚度小于芯轴Ⅶ后端的金层厚度，在芯轴Ⅶ的表面形成装配用的定位台阶(2)，芯轴Ⅶ前端的铜层露出；
h.通过稀硝酸去除芯轴Ⅶ的铜，清洗，晾干，得到所需的空心双层金锥。
2.根据权利要求1所述的空心双层金锥制造方法，其特征在于：空心双层金锥的双层结构之间具有0.01mm～0.1mm的间隙。
3.根据权利要求1所述的空心双层金锥制造方法，其特征在于：空心双层金锥的内锥角α的范围为30°～100°，空心双层金锥内锥的顶端内直径范围为
Figure FDA0002577998030000011
4.根据权利要求1所述的空心双层金锥制造方法，其特征在于：所述的步骤(a)、步骤(c)、步骤(e)及步骤(g)中车削加工的工艺参数如下：转速n的范围为2000r/min-3000r/min，切深ap的范围为1μm-10μm，进给量f的范围为0.001mm/r-0.01mm/r。
5.根据权利要求1所述的空心双层金锥制造方法，其特征在于：所述的步骤(b)、步骤(f)中电镀金层的工艺参数如下：金镀液温度为50℃，金镀液pH8-9，金电镀电流密度范围为0.7A/dm2～3.0A/dm2。
6.根据权利要求1所述的空心双层金锥制造方法，其特征在于：所述的步骤(d)电镀铜层的工艺参数如下：铜镀液温度为45℃，铜镀液pH8-9，铜电镀电流密度范围为1.5A/dm2-2.5A/dm2。
7.根据权利要求1所述的空心双层金锥制造方法，其特征在于：所述的步骤(a)、步骤(c)、步骤(e)及步骤(g)中分别车削加工所得的芯轴Ⅰ、芯轴Ⅲ、芯轴Ⅴ、芯轴Ⅶ的尺寸偏差均小于2μm，表面粗糙度小于等于Ra50nm。
8.根据权利要求1所述的空心双层金锥制造方法，其特征在于：所述的步骤(b)、步骤(d)、步骤(f)中，电镀金层/电镀铜层厚度的加工余量大于10μm。
9.一种基于权利要求1-8任一项所述的空心双层金锥制造方法的应用，其特征在于，该空心双层金锥制造方法应用于惯性约束聚变领域。
10.根据权利要求9所述的空心双层金锥制造方法的应用，其特征在于，该空心双层金锥制造方法应用于快点火实验研究中。
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