柔性陰極無掩膜電解加工表面織構關鍵技術研究

《柔性陰極無掩膜電解加工表面織構關鍵技術研究》是依託華僑大學，由江開勇擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：柔性陰極無掩膜電解加工表面織構關鍵技術研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：江開勇
• 依託單位：華僑大學

項目摘要

提出一種適用於無掩膜電解加工自由曲面表面織構的新方法,突破目前無掩膜電解加工表面織構僅適用於平面或簡單柱面的瓶頸問題。採用摻雜了活性催化劑的軟性聚合物，通過雷射活化和後續的化學鍍銅工藝在軟性聚合物材料表面上製作導電織構圖形，再通過反拷與背襯處理，快速製備電解加工曲面表面織構的柔性電極；通過曲面展平技術，把曲面織構圖形映射到平面模板，降低電極製造的複雜程度，適應曲面表面織構的多樣性需求；採用脈衝電解加工，實現曲面表面織構的轉印過程。研究分析雷射加工參數對材料表面粗化、微融效果；分析材料表面微觀形貌、粗糙度、活化中心暴露形態對化學鍍速度、鍍層結合力、均勻性的影響，最佳化雷射能量參數；研究解決曲面展平時的內蘊幾何保持性問題；通過活性催化添加劑納米化，研究分析添加劑粒徑對鍍層質量的影響；試驗分析電解加工表面織構的特殊工藝規律。通過本項目，研究解決無掩膜電解加工曲面表面織構的關鍵問題。

結題摘要

首先採用商業化銅鹽對PU進行摻雜改性，通過雷射活化、化學鍍銅工藝最佳化實驗研究，實現了在改性PU材料表面製作導電圖案的目的。自主研製了EDTA-Cu粉體，替代商業化銅鹽對PU材料摻雜改性，得到的化學鍍銅線邊緣更加精細。提出了表面改性的新思路，研究開發了一組溶劑型活性劑。將活性溶液旋塗於柔性基底上，乾燥後使用紫外/紅外雷射掃描，沖洗後化學鍍銅。通過最佳化活性溶液濃度、旋塗轉速、雷射參數等，經過化學鍍銅，獲得寬度20以內、邊緣清晰的銅線，實現了在柔性材料表面直接構造導電織構圖案。把改進的溶劑型活性劑旋塗在聚醯亞胺薄膜上，經雷射掃描誘導直接沉積出導電性良好的電路圖案。對溶劑型活性劑的配方做進一步改進，以乙酸銅為銅源，乙二醇為還原劑，異丙醇為溶劑，並加入了製成懸濁液的粘結劑（PVP等），旋塗於PU表面，乾燥後使用波長355nm的納秒紫外雷射誘導原位反應。經XRD表征，證實了PU表面直寫出銅層的效果。 採用了測地極坐標參數化方法對目標網路局部化，解決了大曲率表面映射過程中的較大變形問題。進一步地，研究解決了基於旋轉不變數的改進拉普拉斯變形，借鑑了LIPMAN等提出的旋轉不變數方法，能夠更加精確地求解變形後的拉普拉斯坐標，降低變形後的扭曲程度。 嘗試了多種反拷製作柔性陰極的措施：1、通過加環氧樹脂被襯的室溫固化方法；2、採用磁力吸合使柔性陰極與工件加工表面貼合的方法；3、採用3D列印仿形陰極的製作方法。不同的製作方法適用於不同的加工對象。如較大面積、比較平整的自由曲面，採用柔性磁鐵條吸合比較合適；對於內表面，套用3D列印仿形陰極具有較好的加工效果。 採用溶劑型添加劑對PU材料表面改性，替代粉體摻雜改性是本課題研究工作的重點突破：採用溶劑型添加劑，亟待解決的添加粉料顆粒細化難題不攻自破；通過表面旋塗活性劑，解決了混料改性使基體材料變脆的問題。開發了3D列印柔性仿形陰極，提供了柔性陰極表面導電織構製作電解液流道設計的一體化解決方案，為電解加工用陰極方法提供了值得借鑑的研究成果。