电铸技术的基础和在产品上的应用.doc

电铸技术的基础和在产品上的应用 The Foundation and Applied Products Electroforming Techndogy [日]川崎实 Victor Company of Japan 日本维克多公司技术开发部 刘仁志2005-10-26译于西安省军区招待所 1、前言 进入21世纪，社会结构随着信息化和高消费化而导致工程塑料复制品泛滥成灾。电铸技术作为复制技术在金属薄膜制造、铸造用模具制造中有着广泛的应用。同时，作为工程塑料成型模具的制造技术已经具有重要地位。 21世纪是讲求与环境共生和可持续发展的世纪，节约资源和能源是社会追求的目标。电铸技术是与资源再利用和实现可持续发展的有效技术，它使通过复制单个制品而大量生产产品成为可能。本文稿对电铸的原理、设备、和在产品中的应用加以介绍。 2、电铸技术开发的背景 电铸最早是在1841年由俄国对石蜡或石膏进行导电化处理后制作工艺品铜电铸的模具而开始的。但在在工业上的广泛应用是在1950~1960年左右。早期（19世纪）的电铸是以铜电铸为主。限于在印刷胎版的复制和雕像和浮雕等工艺品的制作。中间阶段（20世纪初）铁的电铸渐渐取代铜成为主流，应用也扩大到橡胶和塑料模具的制作。到后期（20世纪后半期）镍取代铁而成为电铸的主流。应用也扩大到录音原盘、波导管、铸造和注塑模、 、金属薄膜、 、印制线路板、工艺美术品等诸多方面。 现在，铜、镍、金、铂、银等都可以做为电铸加工的材料，在半导体、CD（MD）或DVD等的磁信息记录、光电子、微电子、DNA增幅等超精细加工中，都已经有了应用。现在电铸已经作为微电子技术时代的重要加工手段。 3、电铸的原理 电铸的原理如图1所示，如同电镀一样是是利用电化学反应的的电沉积技术。通过在含有同所要获得的金属的离子的电解液中的阳极的溶解，在作为阴极的母型上沉积出金属从而形成可以复制原型的金属模型，这就是电铸的原理。电沉积技术的构成见图2。 图1 电铸原理示意 图2 电沉积技术的构成 电铸与电镀的最大不同是，电镀的产品是被镀件和产品的复合体。而电铸则只是以电沉积层为所需要的制品。最终要将镀层与母型脱离。电铸与电镀的不同见表1。 表1 电铸与电镀的不同点 项目 电铸 电镀 电沉积金属的结合力 要求可以从基体剥离 要求与基体有强的结合力 电沉积层的厚度 0.0005~0.2mm以上 0.001~0.05mm 目的 母型、样品的复制以利精密成型 制品的防蚀、制品的装饰 沉积层的种类 镍、铜、金、铂、银、铁、铅、镍钴合金等 所有可以电镀的金属和合金、复合层 电铸的质量与脱模方法和电铸金属的金相特点有关。应用方面有利用延展性好的镍制光碟的母型，用导电性好的铜制作印刷线路，用硬度和耐热性好的铁制作冲压模，用耐腐蚀性好和贵金属制作金导线或装饰品，利用银的杀菌作用制作DNA的增幅器等。 4、电铸的特点 利用电铸技术可以制作其它方法达不到的复制高精度和细致的模具，可以复制高价值和高复杂程度的造型。另外，电铸还可以制作其它方法不能做到的制品，特别是那些制作原型很困难的制品。如图1所示的电铸过程中，金属沉积层从原型上剥离时，根据原型的材料的不同可以是一次性的也可以是重复使用的。而重复使用的原型可以多次使用，从而降低了电铸加 工的成本和提高了效率。但是，电铸的技术还有进一步发展的空间，电铸技术的水准与材料学、物理化学、以及电化学的进步和设备的改进都有着密切关系。 电铸加工的主要技术和经济特征如下： ①与制品的形状大小无关，只要有电铸槽就可以制作； ②电沉积物的物理、化学性质可以在较宽的范围变化； ③可以复制50~100nm的精度的造型； ④可以制作中空制品和合金制品； ⑤对大量复制产品，与其它方法比在高精度和制作成本方面有优势； ⑥生产的效率提高，对环境保护有利。 5、电铸系统的构成 电铸过程与原型的制作，与导电层的获得方法（化学的物理的）、利用酸和碱的剥离方法、电沉积金属的性质、设备和装置都有关系。主要的系统包括电沉积的金属、电解液、模型、设备等。系统原型的制作，与原型的所用的材料有关，非导体的电铸、导体的电铸有不同的电铸液和工艺。 5.1原型的制作 原型的制作有金属、石蜡、石膏、树脂原型法，蜡加工有机械加工法、手工法、模压、雕刻法等，金属、树脂、玻璃有化学加工法（ 、蚀刻法）等。 原型的材料，现在主要是采用金属、树脂、玻璃等，电铸制品的精度和细微化可以利用光学和化学的方法获得。这种方法多用于非导体原型。 经过研磨的玻璃板涂覆感光涂料、经感光