[發明專利]一種機床用長光柵輥壓印模具精密電鑄加工方法

有效

• 申請號: 201210247375.9
• 申請日: 2012-07-17
• 公開（公告）號: CN102758226A
• 公開（公告）日: 2012-10-31
• 發明（設計）人: 劉紅忠;趙效忠;尹磊;史永勝;馮龍;蔣維濤;盧秉恒
• 申請（專利權）人: 西安交通大學;西安瑞特快速制造工程研究有限公司
• 主分類號: C25D1/10
• 分類號: C25D1/10;G03F7/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 田洲

技術領域

本發明涉及微細制造領域中的精密電鑄技術領域，特別涉及一種機床用長光柵輥壓印模具的精密電鑄加工方法。

技術背景

隨著科學技術的進步，以數控機床為核心的制造裝備水平成為一個國家制造業水平高低的衡量標準。機床用長光柵(以下簡稱光柵)，作為數控機床的基礎性、關鍵性位置檢測元件，其精度和可靠性直接影響著機床所加工零件的精度，在機械制造領域的應用越來越廣泛。

目前主流的光柵制造方法是通過光刻工藝制造高精度的母光柵，再以其為母版進行光刻或翻模復制，工藝步驟繁復，精度損失大，而且受制于光刻技術限制，難于實現大尺度超長的母光柵制造，在超大行程的位置檢測中只能夠采用多柵尺拼接的方式，增加了安裝與調試難度。

輥壓印工藝作為一種高效率、低成本的納米壓印光刻技術，能夠利用輥壓印模具(即母光柵)上連續無接縫的光柵線紋圖形，在機械力的作用下，連續復制光柵，可實現超長光柵的制備，具備連續生產，高產能，低成本的技術優勢。

與眾多納米壓印技術一樣，母光柵的制造一直是制約輥壓印制造光柵工藝進行產業化的重要因素。傳統的輥壓印模具的制造方法主要有兩種：

(1).采用超精密加工技術，利用刀具在圓柱型輥壓印模具基體表面進行刻劃，輔以超精密的分度機構，能夠在圓柱型輥壓印模具基體上制造出均勻柵距的母光柵柵線。但這種方法加工效率較低，往往需要耗費數周時間才能完成一只輥壓印模具的制造，更為嚴重的是，數目甚大的柵線刻劃，對刀具的磨損極為嚴重，難以保證加工先后槽型的一致性，使得母光柵加工的精度無法得到保證。

(2).使用圓柱曝光工藝在輥壓印模具基體表面的光刻膠上制作均勻柵距的母光柵柵線，再利用濕法刻蝕工藝，以光刻膠為掩膜，在輥壓印模具基體上制造出母光柵柵線。與刀具刻劃法相比，其優勢在于，在形成光刻膠圖形過程中，不會產生因刀具磨損而造成柵線槽形不均勻的現象。然而，由于輥壓印工藝是一種依賴壓力的機械微復型方法，要求輥壓印模具基體必須有足夠的硬度與剛性，一般會選擇金屬材料，如銅、不銹鋼，眾所周知，金屬材料由于其金相組織分布的不均勻，在濕法刻蝕中，面對微米級的線寬，各向腐蝕速率不易控制，因此很難保證柵線槽形腐蝕的一致性。

發明內容

本發明的目的在于提供一種機床用長光柵輥壓印模具的精密電鑄加工方法，該方法使用經過圓柱曝光、顯影的輥壓印模具基體作為電鑄母模，在其表面的光刻膠上的光柵柵線凹槽中沉積金屬材料，作為剝離光刻膠后光柵柵線。

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現：

一種機床用長光柵輥壓印模具精密電鑄加工方法，包括以下步驟：

1）輥壓印模具基材制造：選擇表面導電的柱狀體為輥壓印模具基材，即輥子；

2）電鑄原模的制作：用提拉法在輥子表面涂覆光刻阻蝕膠，然后用紫外光對輥子進行整周曝光，將掩模板上的柵線圖形復型到輥子表面光刻膠上面，接著對輥子進行顯影處理，去掉被曝光部分或未被曝光部分的光刻膠，從而形成一個表面均布有光刻膠柵線微結構的輥子模具，它將作為精密電鑄原模；

3）精密電鑄制作輥壓印模具：將表面具有光刻膠柵線微結構的電鑄原模作為陰極，裝有金屬的鈦藍作為陽極，將陰陽極置于電鑄液中進行電鑄，電鑄原模表面光刻膠柵線微結構凹槽中將會沉積形成金屬的柵線微結構，最后去除電鑄原模表面的光刻膠柵線微結構，保留電鑄形成的金屬柵線微結構在輥子表面，從而形成用來壓印光柵尺的輥壓印模具。

本發明進一步的改進在于：步驟1）中輥壓印模具基材為金屬銅或殷鋼輥子，或者是非金屬材料通過沉積金屬層來制作導電層而形成的輥子；所述輥子直徑為Φ50~200mm；高度為50~200mm，表面粗糙度<50nm,圓柱度及同心度<1μm。

本發明進一步的改進在于：所述非金屬材料為陶瓷或石英玻璃。

本發明進一步的改進在于：步驟2）中涂覆的光刻阻蝕膠為正性光刻阻蝕膠或負性光刻阻蝕膠；經曝光后的輥子表面光刻膠柵線微結構的周期為500nm~100um，柵線槽的深寬比<1：5。

本發明進一步的改進在于：正性光刻阻蝕膠為EPG533，負性光刻阻蝕膠為SU8。

本發明進一步的改進在于：步驟3）中陽極鈦藍中的金屬為鎳或鎳鈷合金。

本發明進一步的改進在于：步驟3）中，將裝有金屬的鈦藍作為陽極環形均布在陰極周圍，作為陰極的電鑄原模則在環形中央，電鑄過程中陰極的電鑄原模在伺服電機帶動下做周轉運動。