一种电铸正方形毛细管用阳极挂具

1.本发明专利属于微细电铸领域，具体涉及一种电铸正方形毛细管用阳极挂具。

背景技术：

2.内径特征尺寸为微米级和亚毫米级的毛细管被广泛应用于电工电子、光学、化工检测、医学等领域，如半导体探针套管、光纤插针、心脏支架导向管等。其中，具有正方形截面特征的异型管（简称为正方形毛细管）因其独特的结构和功能效用，适用于电火花加工电极、微型换热通道等。现有的正方形毛细管加工技术主要有机械拉拔、轧制成型、液压成型、电铸加工等。其中电铸加工因其高成形精度、极小内孔径成形能力、高内型面成形质量、可实现内孔径与管壁厚无关等独有的制管技术优势，是超光滑内孔壁面、超细内径、大壁厚、高精度毛细金属管制造技术的首选。因毛细管电铸制造是通过复制芯模几何形状特征来实现毛细管内孔精密成形的，所以，该技术的关键是控制壁厚或外径的成形精度，即壁厚分布（包括径/周向和轴向）均匀性。专利号为ca2351326的加拿大发明专利公布了一种电铸制造圆截面金属毛细管的装置，其采用立式的四角分布远阳极的方式，实现了比单阳极更好的径向厚度均匀性。日本专利wo2006135057a1介绍了一种毛细管电铸装置，其采用卧式旋转阴极的方式，提高了圆截面毛细管壁厚的周向分布均匀性。但是，电铸方形截面毛细管除了有圆截面毛细管共性均匀性问题外，还有个性成形难题。方形截面芯模的边角处因尖端放电效应而使电流密度分布更集中，导致该处的金属生长速度明显快于其他地方，通常情况下，这致使最终成形的毛细管的横截面不可避免地出现边角圆化、壁厚分布不均等问题，成形精度差，且壁厚越大，上述现象越严重。显然，现有的针对圆截面毛细管电铸的技术方案都难以适用于方形截面毛细管的电铸。基于此，本发明摒弃以往的远阳极、旋转阴极等电铸方式，设计开发了一种电铸正方形毛细管用阳极挂具，实现正方形毛细管的高精度成形。

技术实现要素：

3.本发明专利的目的是解决电铸正方形毛细管中存在的横截面边角圆化、厚度均匀性差的问题，保证正方形毛细管的高精度成形。
4.本发明专利所采用的技术方案是：一种电铸正方形毛细管用阳极挂具，包括正方形金属芯模，它还包括4个薄片状阳极、4个遮蔽板、阳极固定座、阳极导座、2个引电钛片、挂杆；所述的阳极固定座上设有正方形通孔；所述的4个薄片状阳极的几何形状与尺寸相同，分别固定于正方形通孔的四周侧壁，且薄片状阳极各自的外表面与正方形通孔i的侧壁面平齐；所述的4个遮蔽板分别固定于正方形通孔的四角处，且遮蔽板各自外伸的宽度沿对角线方向可调，遮蔽板的使用可以有效避免电场在正方形金属芯模棱角处的集中；所述的阳极导座上设有正方形通孔、方形凹槽；所述的阳极固定座配合固定于方形凹槽中；所述的正方形通孔ii的四周壁面各处设有柔性刷毛，柔性刷毛可以在增强搅拌的同时，起到电场屏蔽的作用，避免了电场向正方形通孔内的辐射，提高电铸的轴向均匀性；所述的2个引电钛片设有正方形通孔iii；所述的2个引电钛片分别与薄片状阳极的前后端面紧密接触
并电气连接；所述的挂杆与阳极固定座、阳极导座可拆卸式密封联接；所述的正方形通孔i、正方形通孔和正方形通孔的横截面中心线共线，且均非接触地、可往复直线移动地套在正方形金属芯模上。
5.所述的薄片状阳极由钛或铂制成。不可溶阳极的使用可以避免频繁更换阳极。
6.所述的薄片状阳极的宽度w1为正方形金属芯模的横截面边长w2的75%~80%。这是为了减弱边缘效应带来的影响，进一步均匀正方形金属芯模横截面上的电场分布。
7.所述的遮蔽板的厚度h为正方形金属芯模的横截面边长w2的10%~20%。
8.所述的正方形通孔的边长w3为正方形金属芯模的横截面边长w2的3~5倍。
9.所述的正方形金属芯模的横截面边角点和屏蔽板外伸端部之间的间距w4为100μm~200μm。
10.所述的遮蔽板、阳极固定座、阳极导座、挂杆的材质为电绝缘聚丙烯。
11.所述的柔性刷毛的材质为电绝缘聚丙烯。
12.与现有技术相比，本发明专利的有益效果是。
13.（1）大幅提高正方形毛细管横截面壁厚分布均匀性。本专利使用四个贴近正方形金属芯模侧壁面放置的薄片状阳极大幅减弱边角处的尖端集中效应，电场线沿横截面四周分布更均匀；本专利通过在边角处增设遮蔽板来进一步阻挡电场线在此处集中，两者结合使用，使得电场线横截面四周分布的均匀性大幅提高。在合理优化它们的尺寸的条件下，两者的协同使用，可实现正方形金属芯模横截面四周的电场分布一致。同时，本专利应用往复移动沉积的方式并采用柔性刷毛来增强传质，保证良好传质条件。综合上述措施，本专利能获得横截面厚度分布均匀性大幅提高的正方形金属毛细管。
14.（2）大幅提高正方形毛细管轴向厚度分布均匀性。柔性刷毛的使用起到电场屏蔽的作用，提高电场沿正方形金属芯模轴向方向上分布的定域性，避免了电场向正方形通孔内的辐射；往复移动沉积的方式进一步加强轴向电铸层厚度均匀性。这极大地改善了常规电铸存在的“两端厚、中间薄”的问题，提高了轴向厚度分布均匀性。
15.（3）大幅减小正方形毛细管边角处圆弧半径。正方形金属芯模横截面边角处的电场遮蔽和边缘效应的减弱都极大地提升了正方形金属芯模横截面的电场分布均匀性，避免了电场在正方形金属芯模横截面边角处的电场集中，有效减小正方形毛细管边角处的圆弧半径。
16.（4）改善传质条件，大幅改善正方形毛细管外表面质量。本发明采用往复移动沉积的方式，可以加强正方形金属芯模表面的新鲜电解液的补充，有利于正方形金属芯模表面氢气泡的释放；本发明采取柔性毛刷来增强搅拌，去除氢气泡，保证良好传质条件。综合上述措施，在电场分布均匀的条件下，正方形金属芯模表面的传质条件良好，可以大幅改善正方形毛细管外表面质量。
附图说明
17.图1是电铸正方形毛细管用阳极挂具的示意图。
18.图2是阳极导座的示意图。
19.图3是引电钛片的示意图。
20.图4是电解液流动以及沿正方形金属芯模轴向方向的电场线分布示意图。
21.图5是本发明专利的正方形金属芯模的横截面电场线分布示意图。
22.图6是未设置遮蔽板的正方形金属芯模的横截面电场线分布示意图。
23.图中：1、电解液；2、正方形金属芯模；3、薄片状阳极；4、遮蔽板；5、阳极固定座；5-1、正方形通孔；6、阳极导座；6-1、正方形通孔；6-1-1、柔性刷毛；6-2、方形凹槽；7、引电钛片；7-1、正方形通孔；8、挂杆；9、电源；w1、薄片状阳极的宽度；w2、正方形金属芯模的横截面边长；w3、正方形通孔的边长；w4、正方形金属芯模的横截面边角点和屏蔽板外伸端部之间的间距；h、遮蔽板的厚度。
具体实施方式
24.下面结合附图对本发明专利作进一步说明。
25.正方形金属芯模2的横截面边长w2为0.8mm、长度为10mm、材质为铝。本具体实例的目的是使用正方形金属芯模2电铸制备出截面边长为1mm、壁厚为0.1mm、长度为10mm的正方形金属毛细管，材质为铜。如图1~5所示，一种电铸正方形毛细管用阳极挂具，包括正方形金属芯模2，它还包括4个薄片状阳极3、4个遮蔽板4、阳极固定座5、阳极导座6、2个引电钛片7、挂杆8；阳极固定座5上设有正方形通孔5-1；4个薄片状阳极3的几何形状与尺寸相同，分别固定于正方形通孔5-1的四周侧壁，且薄片状阳极3各自的外表面与正方形通孔i5-1的侧壁面平齐； 4个遮蔽板4分别固定于正方形通孔5-1的四角处，且遮蔽板4各自外伸的宽度沿对角线方向可调；阳极导座6上设有正方形通孔6-1、方形凹槽6-2；阳极固定座5配合固定于方形凹槽6-2中；正方形通孔ii6-1的四周壁面各处设有柔性刷毛6-1-1； 2个引电钛片7设有正方形通孔iii7-1，它们分别与薄片状阳极3的前后端面紧密接触并电气连接；挂杆8与阳极固定座5、阳极导座6可拆卸式密封联接；正方形通孔i5-1、正方形通孔6-1和正方形通孔7-1的横截面中心线共线，且均非接触地、可往复直线移动地套在正方形金属芯模2上。
26.薄片状阳极3由钛制成，薄片状阳极3的宽度w1为0.65mm；遮蔽板4的厚度h为0.1mm；正方形通孔5-1的边长w3为4mm；正方形金属芯模2的横截面边角点和屏蔽板4外伸端部之间的间距w4为200μm。
27.遮蔽板4、阳极固定座5、阳极导座6、挂杆8的材质为电绝缘聚丙烯；柔性刷毛6-1-1的材质为电绝缘聚丙烯。
28.电源9启动后，本发明专利的一种电铸正方形毛细管用阳极挂具沿着正方形金属芯模2做轴向的往复移动。在向左侧移动时，电解液1的流动以及轴向电场线分布如图4所示。电解液1经过柔性刷毛6-1-1的搅拌后流入正方形通孔5-1的内部，附着在正方形金属芯模2的氢气泡被柔性刷毛6-1-1带走，增强了传质，提高了沉积质量。同时，柔性刷毛6-1-1阻碍了电场线的分布，避免了电场线在正方形通孔ii6-1内的分布，提高了轴向电铸均匀性。
29.本发明的正方形金属芯模2的横截面电场线分如图5所示，电场线受屏蔽板4阻碍，减弱了尖端放电的影响。如图6所示为未设置遮蔽板4的正方形金属芯模2的横截面电场线分布示意图。可以明显看出，设置有遮蔽板4的正方形金属芯模2的横截面电场线分布更加均匀。
30.待电铸层厚度达到0.1mm后，停止电铸。带有的铝制正方形金属芯模2的正方形金属毛细管经化学溶解去除铝制的正方形金属芯模2后，得到正方形金属毛细管。
31.以上描述说明了本发明的技术领域、主要技术特征、解决的技术问题、有益效果和具体实施方式。本发明不受具体附图的限制，本发明不受具体实施方式的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化、改进和延展，这些变化、改进和延展都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

技术特征：

1.一种电铸正方形毛细管用阳极挂具，包括正方形金属芯模（2），其特征在于：它还包括4个薄片状阳极（3）、4个遮蔽板（4）、阳极固定座（5）、阳极导座（6）、2个引电钛片（7）、挂杆（8）；所述的阳极固定座（5）上设有正方形通孔（5-1）；所述的4个薄片状阳极（3）的几何形状与尺寸相同，分别固定于正方形通孔（5-1）的四周侧壁，且薄片状阳极（3）各自的外表面与正方形通孔i（5-1）的侧壁面平齐；所述的4个遮蔽板（4）分别固定于正方形通孔（5-1）的四角处，且遮蔽板（4）各自外伸的宽度沿对角线方向可调；所述的阳极导座（6）上设有正方形通孔（6-1）、方形凹槽（6-2）；所述的阳极固定座（5）配合固定于方形凹槽（6-2）中；所述的正方形通孔ii（6-1）的四周壁面各处设有柔性刷毛（6-1-1）；所述的2个引电钛片（7）设有正方形通孔iii（7-1）；所述的2个引电钛片（7）分别与薄片状阳极（3）的前后端面紧密接触并电气连接；所述的挂杆（8）与阳极固定座（5）、阳极导座（6）可拆卸式密封联接；所述的正方形通孔i（5-1）、正方形通孔（6-1）和正方形通孔（7-1）的横截面中心线共线，且均非接触地、可往复直线移动地套在正方形金属芯模（2）上。2.根据权利要求1所述的一种电铸正方形毛细管用阳极挂具，其特征在于：所述的薄片状阳极（3）由钛或铂制成。3.根据权利要求1所述的一种电铸正方形毛细管用阳极挂具，其特征在于：所述的薄片状阳极（3）的宽度w1为正方形金属芯模（2）的横截面边长w2的75%~80%。4.根据权利要求1所述的一种电铸正方形毛细管用阳极挂具，其特征在于：所述的遮蔽板（4）的厚度h为正方形金属芯模（2）的横截面边长w2的10%~20%。5.根据权利要求1所述的一种电铸正方形毛细管用阳极挂具，其特征在于：所述的正方形通孔（5-1）的边长w3为正方形金属芯模（2）的横截面边长w2的3~5倍。6.根据权利要求1所述的一种电铸正方形毛细管用阳极挂具，其特征在于：所述的正方形金属芯模（2）的横截面边角点和屏蔽板（4）外伸端部之间的间距w4为100μm~200μm。7.根据权利要求1所述的一种电铸正方形毛细管用阳极挂具，其特征在于：所述的遮蔽板（4）、阳极固定座（5）、阳极导座（6）、挂杆（8）的材质均为电绝缘聚丙烯。8.根据权利要求1所述的一种电铸正方形毛细管用阳极挂具，其特征在于：所述的柔性刷毛（6-1-1）的材质为电绝缘聚丙烯。

技术总结

本发明专利属于电铸领域，具体涉及一种电铸正方形毛细管用阳极挂具，包括正方形金属芯模，它还包括4个薄片状阳极、4个遮蔽板、阳极固定座、阳极导座、2个引电钛片、挂杆；所述的阳极固定座上设有正方形通孔；所述的阳极导座上设有正方形通孔、方形凹槽；所述的正方形通孔II的四周壁面各处设有柔性刷毛；所述的2个引电钛片设有正方形通孔III，它们分别与薄片状阳极的前后端面紧密接触并电气连接；所述的正方形通孔I、正方形通孔和正方形通孔的横截面中心线共线，且均非接触地、可往复直线移动地套在正方形金属芯模上。本发明可以有效解决电铸正方形毛细管存在的外型面圆化、厚度均匀性差的问题，并保证正方形毛细管的高精度成形。成形。成形。