电铸技术发展及研究的主要方向

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1、□张康智□陈万强西安航空学院□李祥阳西安710077□王芳摘要:简述了电铸的基本原理及优点，并介绍了目前电铸技术的主要研究内容及关键技术。关键词:电铸微电铸喷射式电铸快速成型电铸纳米晶体中图分类号:TG66文献标识码:A文章编号：1000－4998(2014)02－0080－03电铸就是将非金属铸模（光刻胶、塑料等）用电沉积的方法对其填充各种金属，然后将金属剥离，从而得到与非金属结构一致的金属微结构的工艺方法。美国电镀和表面精饰学会（AESF）对电铸的定义是“通过在最终将与镀层分离的基体或者模具上进行电镀，从而进行工件复制生产的一种工

2、艺”。电铸技术诞生后的一百多年间，这种精密成型能力突出的工艺主要用于常规尺寸形状复杂工件的模型复制以及工件表面形貌精确复制，人们致力于解决镀层太厚（相对于一般电镀而言）所造成的内应力困难等相关工艺技术问题，使其在印刷制版、光盘模版制作、精密工件复制、大型工件修复等方面得到推广应用。电铸技术的基本原理如图1所示，电铸过程中，阳极金属在电压作用下“溶解”（被氧化）成为阳离子，进入溶液。溶解的金属离子通过电铸液中的运动到达阴极发生还原反应生成金属原子，在阴极表面沉积。电铸技术的优缺点（1）尺寸精度高。芯模加工成所需的尺寸精度后，电铸可以精确

3、地加以复制，可以得到尺寸几乎完全相同的复制品，因此适于生产精度要求很高的工件。（2）芯模表面的精确复制。电铸工艺能实现极高精度的表面细节复制，复制水平可以达到0.01μm，具有高度的逼真性，这是其它生产工艺难以媲美的。1（3）可以生产复杂形状器件。可以将难以加工的内型面加工转化为外型面加工，例如特殊型面的波导管、气切割嘴、薄壁回转件的加工。（4）可以调节沉积层的物理性质。可以通过改变电铸条件、铸液成分等方法来调节金属电铸层的硬度、韧性和拉伸强度等机械力学性能。（5）加工尺寸范围大。电铸加工的尺寸范围一般只受电铸设备的限制，产品的尺寸可

4、以从微观的毫微米级到宏观的大器件。（6）便于批量生产。在一个电铸工序中，可以同时加工模具上的多种孔洞，减少了模具制作的循环周期。芯模和电铸液均可以重复使用，因此器件加工时具有较好的重复性。在实际应用中，微细电铸技术也存在着一些缺陷是需要克服的。（1）电铸沉积时间较长。这个缺点可以通过批量生产来弥补，或者增加芯模与电铸液间电压，进而增加电流密度，来获得高的电铸沉积速度。（2）电铸材料的限制。从目前的材料性能、工艺以收稿日期：2013年7月▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲曾芬芳

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7、，电铸件的结构设计是关键。解液工艺参数，尽可能加大待铸件与阴极间的距离，采用象形阳极，有效地搅拌及采用辅助阴极等方法来提高镀层的均匀性。总之，采用合理的方法，有效的措施，获得电场分布均匀、尺寸精度高、力学性能佳的微细电铸新工艺（如超临界微细电铸、超声波复合电铸等），将是今后研究的重点，从而提高微电铸层的均匀性。2.2喷射式电铸现有电铸技术存在的一个显著问题是单位面积电沉积速率低，喷射式电铸就是为了提高电铸的电沉积速率而提出的一种新的工艺方法。喷射式电铸是利用口径极小的喷嘴将电解液以极高的速率喷向阴极表面，此时速度极高的电解液不但起到了

8、强烈搅拌的作用，而且大大降低了浓差极化，因此极限电流密度有较大增加，从而可以使电铸的电沉积速率大为提高。电铸液的喷射流量与电流密度和电铸速率之间基本上呈线性关系，随着流量的增大，电铸电流密度逐渐增大，电铸速率随着流量的增