CN115074805A - 一种上浮式微小金属球体/球壳电镀装置及对微球进行电镀的方法 - Google Patents

一种上浮式微小金属球体/球壳电镀装置及对微球进行电镀的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115074805A
CN115074805A CN202210793874.1A CN202210793874A CN115074805A CN 115074805 A CN115074805 A CN 115074805A CN 202210793874 A CN202210793874 A CN 202210793874A CN 115074805 A CN115074805 A CN 115074805A
Authority
CN
China
Prior art keywords
electroplating
microspheres
hole array
vertical hole
fixing plate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202210793874.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115074805B (zh
Inventor
张云望
卢春林
肖江
张超
徐嘉靖
王宇光
李婧
朱方华
尹强
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Laser Fusion Research Center China Academy of Engineering Physics
Original Assignee
Laser Fusion Research Center China Academy of Engineering Physics
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Laser Fusion Research Center China Academy of Engineering Physics filed Critical Laser Fusion Research Center China Academy of Engineering Physics
Priority to CN202210793874.1A priority Critical patent/CN115074805B/zh
Publication of CN115074805A publication Critical patent/CN115074805A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115074805B publication Critical patent/CN115074805B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D17/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells for electrolytic coating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D17/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells for electrolytic coating
    • C25D17/06—Suspending or supporting devices for articles to be coated
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D21/00—Processes for servicing or operating cells for electrolytic coating
    • C25D21/10—Agitating of electrolytes; Moving of racks
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D3/00—Electroplating: Baths therefor
    • C25D3/02—Electroplating: Baths therefor from solutions
    • C25D3/12—Electroplating: Baths therefor from solutions of nickel or cobalt
    • C25D3/14—Electroplating: Baths therefor from solutions of nickel or cobalt from baths containing acetylenic or heterocyclic compounds
    • C25D3/16—Acetylenic compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D3/00—Electroplating: Baths therefor
    • C25D3/02—Electroplating: Baths therefor from solutions
    • C25D3/38—Electroplating: Baths therefor from solutions of copper
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D3/00—Electroplating: Baths therefor
    • C25D3/02—Electroplating: Baths therefor from solutions
    • C25D3/46—Electroplating: Baths therefor from solutions of silver
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D5/00—Electroplating characterised by the process; Pretreatment or after-treatment of workpieces
    • C25D5/18—Electroplating using modulated, pulsed or reversing current
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D7/00—Electroplating characterised by the article coated

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electroplating Methods And Accessories (AREA)

Abstract

本发明公开了一种上浮式微小金属球体/球壳电镀装置及对微球进行电镀的方法，包括：镀槽；竖孔阵列圆柱体，其连接在镀槽底部，且与镀槽的底部留有间隙；竖直旋转轴，其通过竖直旋转轴位置及运动控制单元放置在镀槽上方；电机固定板，其连接在竖直旋转轴末端；阴极，其连接在电极固定板的下端面的凹槽内，且阴极靠近并朝向竖孔阵列圆柱体的上端面；阳极，其连接在电极固定板的侧面，且阳极的高度大于电极固定板的厚度；脉冲电源，其与阴极和阳极连接；增压单元，其与竖孔阵列圆柱体和镀槽底部留有的间隙连通。本发明可通过竖孔阵列圆柱体的通孔直径和沉积时间精确控制微球直径，微球尺寸的批量均匀性可在微米量级内精确控制。

Description

一种上浮式微小金属球体/球壳电镀装置及对微球进行电镀 的方法
技术领域
本发明属于电化学领域及微小金属球体/球壳制备领域，具体涉及一种上浮式微小金属球体/球壳电镀装置及对微球进行电镀的方法，适用于制备球形度高、表面粗糙度低的金属球体/球壳，包括空心球壳和实心球体。基于本装置原理的电镀工艺同样适用于大尺寸球体/球壳的制备。
背景技术
在惯性约束聚变(ICF)研究中，多壳层靶是一种重要靶型，该靶型对金属壳层质量要求极高，以Au空心球壳为例，其表面粗糙度应小于10nm，厚度均匀性应大于99％。目前世界各国均采用电镀法加工该靶型的金属球壳，张林等(Study of Electrodeposited Au onHollow Polystyrene Microspheres[J].Applied Surfce Science,265(2013)465-469)设计了两种微球电镀装置，并申请了专利(漂浮式微球电镀装置，ZL201220566603.4；下沉式微球电镀装置，ZL201220566769.6)，制备的空心Au球壳表面粗糙度最低约6nm，但该装置仅能制备壁厚很小的薄壁空心球壳(Au球壳最大壁厚约10微米)。现有技术中其他相关的微球电镀装置制备的微球表面镀层普遍存在厚度均匀性差、表面粗糙度较差等问题，这严重限制了该工艺在相关领域的应用。
发明内容
为了克服现有装置和技术中的不足，本发明开发了一种上浮式微小金属球体/球壳电镀装置，可以实现微球运动方式的直接和准确控制，使微球镀层均匀性、粗糙度、厚度等全部指标都有了极大提升。
本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种上浮式微小金属球体/球壳电镀装置，包括镀槽，以及设置在镀槽内的阳极和阴极，还包括：用于放置待电镀微球的竖孔阵列圆柱体，其连接在镀槽底部，且与镀槽的底部留有间隙；
竖直旋转轴，其通过竖直旋转轴位置及运动控制单元放置在镀槽上方；
电机固定板，其连接在竖直旋转轴末端；
所述阴极连接在电极固定板的下端面的凹槽内，且所述阴极靠近并朝向竖孔阵列圆柱体的上端面；
所述阳极连接在电极固定板的侧面，且所述阳极的高度大于电极固定板的厚度；
脉冲电源，其与阴极和阳极连接；
增压单元，其与竖孔阵列圆柱体和镀槽底部留有的间隙连通。
优选的是，所述镀槽上设置有镀液入口和镀液出口，且所述镀液出口高于镀液入口；所述镀液入口和镀液出口之间依次连通镀液循环过滤单元和镀液加热单元。
优选的是，所述镀液循环过滤单元的出液口与增压单元连通，增压单元通过增压单元管路与竖孔阵列圆柱体和镀槽底部留有的间隙连通。
优选的是，所述阴极为片状圆环阴极，阴极材质与待电镀金属相同，电极固定板为圆形电极固定板，片状圆环阴极的圆心与电极固定板圆心重合；阳极为圆筒状。
优选的是，所述竖孔阵列圆柱体上均匀分布有以竖孔阵列圆柱体为中心的多个通孔，多个通孔组成竖孔阵列分布圆；多个通孔的轴心均匀分布在与竖孔阵列圆柱体端面同心的圆上，多个通孔的孔径略大于待电镀微球直径，且阴极半径与竖孔阵列分布圆半径相等。
优选的是，通过竖直旋转轴位置及运动控制单元使电极固定板圆心与竖孔阵列圆柱体轴心重合，且竖孔阵列圆柱的端面与电极固定板的端面的间距小于待电镀微球的半径。
优选的是，还包括：导电滑环，其固定在竖直旋转轴上部，所述阴极和阳极通过导电滑环与脉冲电源连接。
本发明还提供一种采用如上所述的上浮式微小金属球体/球壳电镀装置对微球进行电镀金属壳的方法，包括以下过程：向镀槽中注入电镀溶液，使液面超过镀液出口，开启镀液加热单元和镀液循环过滤单元，将待电镀微球放置于竖孔阵列圆柱体的多个通孔中，每个通孔中盛放一个微球，通过竖直旋转轴位置及运动控制单元控制竖直旋转轴，进而使电极固定板端面及阴极与竖孔阵列圆柱体上端面平行，其间距小于待电镀微球半径，通过增压单元将部分镀液注入通孔，使微球上浮并与阴极接触，然后再通过竖直旋转轴位置及运动控制单元使竖直旋转轴带动电极固定板匀速旋转，进而带动待电镀微球滚动，通过增压单元调整增压单元管路内压力，使微球在流体力学作用下不与竖孔壁发生接触和摩擦，开启电镀电源，即实现待电镀微球表面镀层的生长。
优选的是，所述电镀溶液为电镀Au溶液，其组成包括：Au：5～22g/L、(NH4)2SO3：600～800mL/L、C6H5K3O7·H2O：100～120g/L；电镀溶液的pH为8.0～9.0；
或所述电镀溶液为电镀Cu溶液，其组成包括：焦磷酸铜：70～100g/L、焦磷酸钾：300～400g/L、柠檬酸铵：10～15g/L、二氧化硒：0.008～0.02g/L、2-巯基苯骈噻唑：0.002～0.004g/L、2-巯基苯骈咪唑：0.002～0.004g/L；电镀溶液的pH为8.2～8.8；
或所述电镀溶液为电镀Ag溶液，其组成包括：硝酸银：30～40g/L、亚氨基二磺酸铵：80～120g/L、硫酸铵：100～140g/L、柠檬酸铵：1～5g/L；电镀溶液的pH为8.2～9.0；
或所述电镀溶液为电镀Ni溶液，其组成包括：硫酸镍：250～300g/L、氯化镍：30～50g/L、硼酸：35～40g/L、糖精：0.6～1.0g/L、1,4丁炔二醇：0.3～0.5g/L、十二烷基硫酸钠：0.05～0.15g/L；电镀溶液的pH为4.0～6.0；
所述待电镀微球为导电实心微球或导电空心微球，当所述待电镀微球为不导电实心微球或不导电空心微球时，采用磁控溅射方法在不导电实心微球或不导电空心微球表面制备导电层；
所述电镀的电流密度为1.0～4.0mA/cm2，频率为500～1000Hz，占空比为10％，温度为30～50℃。
优选的是，所述待电镀微球为空心PAMS微球，其在电镀前是采用磁控溅射方法制备导电层，且导电层厚度大于1微米。
本发明至少包括以下有益效果：
(1)实现了微球的强制转动，滚动速度快且平稳，可在较大范围内连续调节微球转动速度；
(2)利用流体力学作用，通过电镀溶液限制小球处在微孔中间位置，微球不会与孔壁发生摩擦，避免镀层破损，这是本发明能够实现微球快速转动的关键之一；
(3)可通过竖孔阵列圆柱体的通孔直径和沉积时间精确控制微球直径，微球尺寸的批量均匀性可在微米量级内精确控制，镀层最大沉积厚度由增压管路压力决定，可在大范围内连续调节；
(4)制备的金属球体/球壳球形度好，表面粗糙度低，以外径约800μm的金球壳为例，厚度均匀性大于99％，表面粗糙度Ra可达10nm左右，样品如图4～6所示。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明：
图1为本发明上浮式微小金属球体/球壳电镀装置的整体结构示意图；
图2为本发明上浮式微小金属球体/球壳电镀装置的镀槽及内部结构示意图；
图3为本发明竖孔阵列圆柱体的结构示意图；
图4为本发明实施例1制备的空心Au球的体视显微镜照片；
图5为本发明实施例1制备的空心Au球的高能CT透视图像；
图6为本发明实施例1制备的空心Au球的粗糙度测试结果(Ra10.57nm)。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
图1～2为本发明的一种上浮式微小金属球体/球壳电镀装置，包括：
镀槽4；
用于放置待电镀微球的竖孔阵列圆柱体3，其连接在镀槽4底部，且与镀槽4的底部留有间隙9；
竖直旋转轴1，其通过竖直旋转轴位置及运动控制单元放置在镀槽4上方；
电机固定板5，其连接在竖直旋转轴1末端；即竖直旋转轴下端通过螺纹与电极固定板垂直连接，
阴极7，其连接在电极固定板5的下端面的凹槽内，且所述阴极7靠近并朝向竖孔阵列圆柱体3的上端面；
阳极6，其连接在电极固定板5的侧面，且所述阳极6的高度大于电极固定板5的厚度；
脉冲电源，其与阴极7和阳极6连接；
增压单元，其与竖孔阵列圆柱体3和镀槽4底部留有的间隙9连通；
所述镀槽上设置有镀液入口10和镀液出口11，且所述镀液出口高于镀液入口；所述镀液入口和镀液出口之间依次连通镀液循环过滤单元和镀液加热单元。
在上述技术方案中，阴极7作为集流体与微球接触，使微球导电，阴极7与微球为滚动接触，竖直旋转轴位置及运动控制单元为顶置式电子搅拌器，其搅拌轴与竖直旋转轴连接，通过顶置式电子搅拌器使竖直旋转轴带动阴极旋转，并控制阴极平面与竖孔阵列圆柱体的上端面保持固定距离，竖孔阵列圆柱体将微球限制在通孔中，并提供电镀液循环通道，电极固定板5用于固定阴极7和阳极6；阳极是阴极和微球的对电极，进行阳极反应，脉冲电源与阴极和阳极连接，为电镀反应提供电压，增压单元增加增压单元管路内的溶液压强，增压单元管路将溶液压力传导至竖孔阵列圆柱体的竖孔，使竖孔中的微球上浮并接触阴极，镀槽底设置凹槽用于固定竖孔阵列圆柱体，镀液循环过滤单元用于过滤电镀溶液，去除溶液中的固体污染物，镀液加热单元用于加热电镀溶液，控制溶液温度在电镀工艺要求的范围内，镀槽用于盛放电镀溶液和其它结构，竖直旋转轴位置及运动控制单元用于控制竖直旋转轴的位置和运动。
在上述技术方案中，所述镀液循环过滤单元的出液口与增压单元连通，增压单元通过增压单元管路8与竖孔阵列圆柱体和镀槽底部留有的间隙连通。通过增压单元将部分镀液注入间隙，进而通过该间隙将镀液注入竖孔阵列圆柱体的竖孔中，以增大竖孔中的微球与阴极板之间的正压力。
在上述技术方案中，所述阴极为片状圆环阴极，阴极材质与待电镀金属相同，电极固定板为圆形电极固定板，其一底面有用于固定阴极7的凹槽，片状圆环阴极的圆心与电极固定板圆心重合；阳极为圆筒状，阳极高度大于电极固定板厚度，两者之差不小于微球半径；且所述阳极的内壁与电极固定板的外侧连接；
在上述技术方案中，所述竖孔阵列圆柱体上均匀分布有以竖孔阵列圆柱体为中心的多个通孔(即多个竖孔)，多个通孔组成竖孔阵列分布圆；多个通孔的轴心均匀分布在与竖孔阵列圆柱体端面同心的圆上，多个通孔的孔径略大于待电镀微球直径，且阴极半径与竖孔阵列分布圆半径相等。
在上述技术方案中，通过竖直旋转轴位置及运动控制单元使电极固定板圆心与竖孔阵列圆柱体轴心重合，且竖孔阵列圆柱的端面与电极固定板的端面的间距小于待电镀微球的半径。
在上述技术方案中，还包括：导电滑环2，其固定固定在竖直旋转轴上部，所述阴极和阳极通过导电滑环与脉冲电源连接；导电滑环固定在竖直旋转轴上，导电滑环旋转一端与竖直旋转轴下端阴极及侧面的阳极连接，导电滑环另一端与脉冲电镀电源输出端连接。
在上述技术方案中，电镀时，向镀槽注入足量电镀溶液，使液面超过镀液出口，开启镀液加热单元和镀液循环过滤单元，将待电镀微球放置于竖孔阵列圆柱体的通孔中，一个竖孔(通孔)盛放一个微球，通过竖直旋转轴运动及位置控制单元控制竖直旋转轴底面、电极固定板平面及阴极与竖孔阵列圆柱体上端面平行，其间距小于带电镀微球半径，通过增压单元控制使微球上浮并与阴极接触，然后再通过竖直旋转轴位置及运动控制单元使竖直旋转轴带动电极固定板匀速旋转，进而带动微球滚动，通过增压单元调整增压单元管道内压力，使微球在流体力学作用下不与竖孔壁发生接触和摩擦，最后开启电镀电源，即可实现微球镀层的生长，电沉积层厚度通过时间控制。
在本发明中，通过微球相对阴极的快速转动，既保证了微球持续导电，又缩短了微球和阴极的固定接触时间，抑制了导电接触点/面处镀层的不良沉积现象。微球的快速转动使镀液冲刷微球表面镀层，有效降低浓差极化，提高镀层质量和沉积速率。在电镀过程中，微球表面只有暴露在竖孔上部的外侧部分发生沉积，微球的快速转动使这一区域发生快速转换和更新，即任一区域在一个周期内发生沉积的时间非常短，且由于微球转动具有一定的随机性，同一区域发生两次沉积的时间间隔较长，即微球整个表面的电镀过程可以等效为一个周期很长、电流脉冲很短的脉冲沉积过程，这一作用产生了与常规脉冲电镀法相同的细化晶粒作用。镀层仅在与重力方向相反的微球上部沉积是实现微球镀层整体均匀沉积的关键，微球的快速转动带来的随机性本身可以提高镀层沉积均匀性，同时又可以显著提高均化生长的作用效率。
实施例1：
采用上述的上浮式微小金属球体/球壳电镀装置对微球进行电镀金属壳的方法，包括以下过程：
向镀槽中注入电镀溶液，使液面超过镀液出口，开启镀液加热单元和镀液循环过滤单元，将待电镀微球放置于竖孔阵列圆柱体的多个通孔中，每个通孔中盛放一个微球，通过竖直旋转轴位置及运动控制单元控制竖直旋转轴，进而使电极固定板端面及阴极与竖孔阵列圆柱体上端面平行，其间距小于待电镀微球半径，通过增压单元(0.2MPa)将部分镀液注入通孔，使微球上浮并与阴极接触，然后再通过竖直旋转轴位置及运动控制单元使竖直旋转轴带动电极固定板匀速旋转(50rpm)，进而带动待电镀微球滚动，通过增压单元调整增压单元管路内压力，使微球在流体力学作用下不与竖孔壁发生接触和摩擦，开启电镀电源，即实现待电镀微球表面镀层的生长，镀层生长速度约1微米/小时；镀液循环过滤流速约2升/分钟；
所述电镀溶液的组成包括：Au：20g/L、(NH4)2SO3：800mL/L、C6H5K3O7·H2O：120g/L；电镀溶液的pH为8.5；
所述电镀的电流密度为3mA/cm2，频率为1000Hz，占空比为10％，温度为50℃。所述待电镀微球为空心PAMS微球，该空心微球电镀前采用磁控溅射方法制备Au导电层，厚度不小于1微米。
图4为本发明实施例1制备的空心Au球的体视显微镜照片；图5为本发明实施例1制备的空心Au球的高能CT透视图像；图6为本发明实施例1制备的空心Au球的粗糙度测试结果(其中Ra 10.57nm)。
实施例2：
采用上述的上浮式微小金属球体/球壳电镀装置对微球进行电镀金属壳的方法，包括以下过程：
向镀槽中注入电镀溶液，使液面超过镀液出口，开启镀液加热单元和镀液循环过滤单元，将待电镀微球放置于竖孔阵列圆柱体的多个通孔中，每个通孔中盛放一个微球，通过竖直旋转轴位置及运动控制单元控制竖直旋转轴，进而使电极固定板端面及阴极与竖孔阵列圆柱体上端面平行，其间距小于待电镀微球半径，通过增压单元(0.2MPa)将部分镀液注入通孔，使微球上浮并与阴极接触，然后再通过竖直旋转轴位置及运动控制单元使竖直旋转轴带动电极固定板匀速旋转(50rpm)，进而带动待电镀微球滚动，通过增压单元调整增压单元管路内压力，使微球在流体力学作用下不与竖孔壁发生接触和摩擦，开启电镀电源，即实现待电镀微球表面镀层的生长，镀层生长速度约1微米/小时；镀液循环过滤流速约2升/分钟；
所述电镀溶液为电镀Cu溶液，其组成包括：焦磷酸铜：80g/L、焦磷酸钾：350g/L、柠檬酸铵：13g/L、二氧化硒：0.01g/L、2-巯基苯骈噻唑：0.003g/L、2-巯基苯骈咪唑：0.003g/L；电镀溶液的pH为8.5；
所述电镀的电流密度为20mA/cm2，温度为50℃。所述待电镀微球为空心PAMS微球，该空心微球电镀前采用磁控溅射方法制备Cu导电层，厚度不小于1微米。
实施例3：
采用上述的上浮式微小金属球体/球壳电镀装置对微球进行电镀金属壳的方法，包括以下过程：
向镀槽中注入电镀溶液，使液面超过镀液出口，开启镀液加热单元和镀液循环过滤单元，将待电镀微球放置于竖孔阵列圆柱体的多个通孔中，每个通孔中盛放一个微球，通过竖直旋转轴位置及运动控制单元控制竖直旋转轴，进而使电极固定板端面及阴极与竖孔阵列圆柱体上端面平行，其间距小于待电镀微球半径，通过增压单元(0.2MPa)将部分镀液注入通孔，使微球上浮并与阴极接触，然后再通过竖直旋转轴位置及运动控制单元使竖直旋转轴带动电极固定板匀速旋转(50rpm)，进而带动待电镀微球滚动，通过增压单元调整增压单元管路内压力，使微球在流体力学作用下不与竖孔壁发生接触和摩擦，开启电镀电源，即实现待电镀微球表面镀层的生长，镀层生长速度约1微米/小时；镀液循环过滤流速约2升/分钟；
所述电镀溶液为电镀Ag溶液，其组成包括：硝酸银：35g/L、亚氨基二磺酸铵：100g/L、硫酸铵：120g/L、柠檬酸铵：3g/L；电镀溶液的pH为8.5；
所述电镀的电流密度为3mA/cm2，温度为室温。所述待电镀微球为空心PAMS微球，该空心微球电镀前采用磁控溅射方法制备Ag导电层，厚度不小于1微米。
实施例4：
采用上述的上浮式微小金属球体/球壳电镀装置对微球进行电镀金属壳的方法，包括以下过程：
向镀槽中注入电镀溶液，使液面超过镀液出口，开启镀液加热单元和镀液循环过滤单元，将待电镀微球放置于竖孔阵列圆柱体的多个通孔中，每个通孔中盛放一个微球，通过竖直旋转轴位置及运动控制单元控制竖直旋转轴，进而使电极固定板端面及阴极与竖孔阵列圆柱体上端面平行，其间距小于待电镀微球半径，通过增压单元(0.2MPa)将部分镀液注入通孔，使微球上浮并与阴极接触，然后再通过竖直旋转轴位置及运动控制单元使竖直旋转轴带动电极固定板匀速旋转(50rpm)，进而带动待电镀微球滚动，通过增压单元调整增压单元管路内压力，使微球在流体力学作用下不与竖孔壁发生接触和摩擦，开启电镀电源，即实现待电镀微球表面镀层的生长，镀层生长速度约1微米/小时；镀液循环过滤流速约2升/分钟；
所述电镀溶液为电镀Ni溶液，其组成包括：硫酸镍：280g/L、氯化镍：40g/L、硼酸：38g/L、糖精：0.8g/L、1,4丁炔二醇：0.4g/L、十二烷基硫酸钠：0.1g/L；电镀溶液的pH为5；
所述电镀的电流密度为20mA/cm2，温度为45℃。所述待电镀微球为空心PAMS微球，该空心微球电镀前采用磁控溅射方法制备Ni导电层，厚度不小于1微米。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种上浮式微小金属球体/球壳电镀装置，包括镀槽，以及设置在镀槽内的阳极和阴极，其特征在于，还包括：
用于放置待电镀微球的竖孔阵列圆柱体，其连接在镀槽底部，且与镀槽的底部留有间隙；
竖直旋转轴，其通过竖直旋转轴位置及运动控制单元放置在镀槽上方；
电机固定板，其连接在竖直旋转轴末端；
所述阴极连接在电极固定板的下端面的凹槽内，且所述阴极靠近并朝向竖孔阵列圆柱体的上端面；
所述阳极连接在电极固定板的侧面，且所述阳极的高度大于电极固定板的厚度；
脉冲电源，其与阴极和阳极连接；
增压单元，其与竖孔阵列圆柱体和镀槽底部留有的间隙连通。
2.如权利要求1所述的上浮式微小金属球体/球壳电镀装置，其特征在于，所述镀槽上设置有镀液入口和镀液出口，且所述镀液出口高于镀液入口；所述镀液入口和镀液出口之间依次连通镀液循环过滤单元和镀液加热单元。
3.如权利要求2所述的上浮式微小金属球体/球壳电镀装置，其特征在于，所述镀液循环过滤单元的出液口与增压单元连通，增压单元通过增压单元管路与竖孔阵列圆柱体和镀槽底部留有的间隙连通。
4.如权利要求1所述的上浮式微小金属球体/球壳电镀装置，其特征在于，所述阴极为片状圆环阴极，阴极材质与待电镀金属相同，电极固定板为圆形电极固定板，片状圆环阴极的圆心与电极固定板圆心重合；阳极为圆筒状。
5.如权利要求4所述的上浮式微小金属球体/球壳电镀装置，其特征在于，所述竖孔阵列圆柱体上均匀分布有以竖孔阵列圆柱体为中心的多个通孔，多个通孔组成竖孔阵列分布圆；多个通孔的轴心均匀分布在与竖孔阵列圆柱体端面同心的圆上，多个通孔的孔径略大于待电镀微球直径，且阴极半径与竖孔阵列分布圆半径相等。
6.如权利要求5所述的上浮式微小金属球体/球壳电镀装置，其特征在于，通过竖直旋转轴位置及运动控制单元使电极固定板圆心与竖孔阵列圆柱体轴心重合，且竖孔阵列圆柱的端面与电极固定板的端面的间距小于待电镀微球的半径。
7.如权利要求1所述的上浮式微小金属球体/球壳电镀装置，其特征在于，还包括：导电滑环，其固定在竖直旋转轴上部，所述阴极和阳极通过导电滑环与脉冲电源连接。
8.一种采用如权利要求1～7任一项所述的上浮式微小金属球体/球壳电镀装置对微球进行电镀金属壳的方法，其特征在于，包括以下过程：向镀槽中注入电镀溶液，使液面超过镀液出口，开启镀液加热单元和镀液循环过滤单元，将待电镀微球放置于竖孔阵列圆柱体的多个通孔中，每个通孔中盛放一个微球，通过竖直旋转轴位置及运动控制单元控制竖直旋转轴，进而使电极固定板端面及阴极与竖孔阵列圆柱体上端面平行，其间距小于待电镀微球半径，通过增压单元将部分镀液注入通孔，使微球上浮并与阴极接触，然后再通过竖直旋转轴位置及运动控制单元使竖直旋转轴带动电极固定板匀速旋转，进而带动待电镀微球滚动，通过增压单元调整增压单元管路内压力，使微球在流体力学作用下不与竖孔壁发生接触和摩擦，开启电镀电源，即实现待电镀微球表面镀层的生长。
9.如权利要求8所述的上浮式微小金属球体/球壳电镀装置对微球进行电镀的方法，其特征在于，
所述电镀溶液为电镀Au溶液，其组成包括：Au：5～22g/L、(NH4)2SO3：600～800mL/L、C6H5K3O7·H2O：100～120g/L；电镀溶液的pH为8.0～9.0；所述电镀的电流密度为1.0～4.0mA/cm2，频率为500～1000Hz，占空比为10％，温度为30～50℃；
或所述电镀溶液为电镀Cu溶液，其组成包括：焦磷酸铜：70～100g/L、焦磷酸钾：300～400g/L、柠檬酸铵：10～15g/L、二氧化硒：0.008～0.02g/L、2-巯基苯骈噻唑：0.002～0.004g/L、2-巯基苯骈咪唑：0.002～0.004g/L；电镀溶液的pH为8.0～8.8；所述电镀的电流密度为15～30mA/cm2，温度为30～50℃；
或所述电镀溶液为电镀Ag溶液，其组成包括：硝酸银：30～40g/L、亚氨基二磺酸铵：80～120g/L、硫酸铵：100～140g/L、柠檬酸铵：1～5g/L；电镀溶液的pH为8.2～9.0；所述电镀的电流密度为2～4mA/cm2，温度为室温；
或所述电镀溶液为电镀Ni溶液，其组成包括：硫酸镍：250～300g/L、氯化镍：30～50g/L、硼酸：35～40g/L、糖精：0.6～1.0g/L、1,4丁炔二醇：0.3～0.5g/L、十二烷基硫酸钠：0.05～0.15g/L；电镀溶液的pH为4.0～6.0；所述电镀的电流密度为15～30mA/cm2，温度为40～50℃；
所述待电镀微球为导电实心微球或导电空心微球，当所述待电镀微球为不导电实心微球或不导电空心微球时，采用磁控溅射方法在不导电实心微球或不导电空心微球表面制备导电层。
10.如权利要求9所述的上浮式微小金属球体/球壳电镀装置对微球进行电镀的方法，其特征在于，所述待电镀微球为空心PAMS微球，其在电镀前是采用磁控溅射方法制备导电层，且导电层厚度大于1微米。
CN202210793874.1A 2022-07-07 2022-07-07 一种上浮式微小金属球体/球壳电镀装置及对微球进行电镀的方法 Active CN115074805B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210793874.1A CN115074805B (zh) 2022-07-07 2022-07-07 一种上浮式微小金属球体/球壳电镀装置及对微球进行电镀的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210793874.1A CN115074805B (zh) 2022-07-07 2022-07-07 一种上浮式微小金属球体/球壳电镀装置及对微球进行电镀的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115074805A true CN115074805A (zh) 2022-09-20
CN115074805B CN115074805B (zh) 2023-10-13

Family

ID=83257591

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210793874.1A Active CN115074805B (zh) 2022-07-07 2022-07-07 一种上浮式微小金属球体/球壳电镀装置及对微球进行电镀的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115074805B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115161753A (zh) * 2022-07-07 2022-10-11 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 一种下沉式微小金属球体/球壳电镀装置及对微球进行电镀的方法
CN115433986A (zh) * 2022-10-13 2022-12-06 盐城工学院 一种在球状钛颗粒上制备二氧化钛纳米管阵列的方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001348699A (ja) * 2000-06-05 2001-12-18 Kano Seisakusho:Kk 電解電極治具
JP2011080128A (ja) * 2009-10-08 2011-04-21 Hitachi Metals Ltd メッキ装置
CN202849572U (zh) * 2012-10-31 2013-04-03 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 下沉式微球电镀装置
CN202898574U (zh) * 2012-10-31 2013-04-24 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 漂浮式微球电镀装置
US20180371635A1 (en) * 2017-06-21 2018-12-27 Lawrence Livermore National Security, Llc Cathode system for electrodeposition of metals on microspheres
CN111692063A (zh) * 2020-06-04 2020-09-22 合肥工业大学 浮动斜盘随动球铰铰接锥形柱塞变量泵/马达旋转组件
US20200326475A1 (en) * 2019-04-15 2020-10-15 The Curators Of The University Of Missouri Microsphere Based Patterning of Metal Optic/Plasmonic Sensors Including Fiber Based Sensors
CN115161753A (zh) * 2022-07-07 2022-10-11 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 一种下沉式微小金属球体/球壳电镀装置及对微球进行电镀的方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001348699A (ja) * 2000-06-05 2001-12-18 Kano Seisakusho:Kk 電解電極治具
JP2011080128A (ja) * 2009-10-08 2011-04-21 Hitachi Metals Ltd メッキ装置
CN202849572U (zh) * 2012-10-31 2013-04-03 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 下沉式微球电镀装置
CN202898574U (zh) * 2012-10-31 2013-04-24 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 漂浮式微球电镀装置
US20180371635A1 (en) * 2017-06-21 2018-12-27 Lawrence Livermore National Security, Llc Cathode system for electrodeposition of metals on microspheres
US20200326475A1 (en) * 2019-04-15 2020-10-15 The Curators Of The University Of Missouri Microsphere Based Patterning of Metal Optic/Plasmonic Sensors Including Fiber Based Sensors
CN111692063A (zh) * 2020-06-04 2020-09-22 合肥工业大学 浮动斜盘随动球铰铰接锥形柱塞变量泵/马达旋转组件
CN115161753A (zh) * 2022-07-07 2022-10-11 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 一种下沉式微小金属球体/球壳电镀装置及对微球进行电镀的方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
乔小晶等: "壳核型微球对10.6µm激光消光研究", 《火工品》, no. 3, pages 30 - 35 *
张云望;卢春林;尹强;张林;唐道润;: "双壳层靶丸金属层电沉积装置设计", 强激光与粒子束, no. 03, pages 247 - 251 *
贾雷等: "金属铪的制备和精炼", 《热加工工艺》, vol. 49, no. 1, pages 101 - 5 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115161753A (zh) * 2022-07-07 2022-10-11 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 一种下沉式微小金属球体/球壳电镀装置及对微球进行电镀的方法
CN115161753B (zh) * 2022-07-07 2024-06-21 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 一种下沉式微小金属球体/球壳电镀装置及对微球进行电镀的方法
CN115433986A (zh) * 2022-10-13 2022-12-06 盐城工学院 一种在球状钛颗粒上制备二氧化钛纳米管阵列的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN115074805B (zh) 2023-10-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN115074805B (zh) 一种上浮式微小金属球体/球壳电镀装置及对微球进行电镀的方法
CN109778244B (zh) 一种喷射电沉积3d微细金属增材制造装置
CN115161753B (zh) 一种下沉式微小金属球体/球壳电镀装置及对微球进行电镀的方法
WO2023020300A1 (zh) 一种激光辅助电沉积制备梯度镀层的方法及装置
CN106757234A (zh) 3d纳米多孔金属材料的制备方法
CN101660181A (zh) 一种金属箔及其制备方法和制备设备
CN108649183B (zh) 一种锂离子电池负极集流体用微孔铜箔的制备方法
CN104032339A (zh) 一种控制电沉积镍钨合金涂层结构的方法
CN108130570A (zh) 一种复合三价电镀铬工艺
CN113089036A (zh) 一种变频功率超声电沉积纳米金属陶瓷复合层制备方法
CN201053039Y (zh) 制备球状纳晶镍铁镀层的电沉积装置
CN104962977A (zh) 一种棒状双金属基复合阳极材料的制备方法
CN104818512B (zh) 可溶性分离阳极电沉积制备软磁合金连续薄膜的装置及方法
CN202898574U (zh) 漂浮式微球电镀装置
CN101787552B (zh) 一种药型罩用Cu-W-Ni铜基复合材料及其电铸方法、电铸液
CN101775631B (zh) 含纳米稀土和二氧化锆的二氧化铅基复合镀层的制备方法
US7090761B2 (en) Method of producing metal ferrules, and device therefor
CN102021622A (zh) 一种微生物表面电镀包覆磁性材质的方法及其装置
CN114481266B (zh) 一种激光刻蚀微织构表面复合电沉积自润滑涂层的制备方法及装置
CN202849572U (zh) 下沉式微球电镀装置
CN205556843U (zh) 电解抛光装置
CN208562555U (zh) 一种具有喷流阳极的电镀装置
CN100545320C (zh) 一种用于制作平面电铸板的电铸镍的方法
CN105063700A (zh) 一种用脉冲电流在印制电路板表面电镀银的方法
KR20140022189A (ko) 고체산화물 연료전지용 연료극 금속지지체 및 그 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant