一种在尖锥形陶瓷腔体内壁制备微细金属涂层图案的方法技术

本发明专利技术提出了一种在尖锥形陶瓷腔体内壁制备微细金属涂层图案的方法，涉及超材料隐身技术领域。本发明专利技术提供的在尖锥形陶瓷腔体内壁制备金属涂层微细金属涂层图案的方法，包括如下步骤，激光从尖锥形陶瓷腔体外部穿透尖锥形陶瓷腔体，对尖锥形陶瓷腔体的内壁上的金属涂层进行激光反向刻蚀，通过选择性扫描在尖锥形陶瓷腔体内壁获得微细金属涂层图案，所述尖锥形陶瓷腔体的壁的厚度为3‑15mm。本发明专利技术的优点在于，突破传统方法的加工技术壁垒，首次提出利用激光反向刻蚀尖锥形陶瓷腔体内壁的金属涂层，解决了尖锥形陶瓷腔体内壁难构筑微细金属涂层图案的技术难题，便于进一步制备FSS超材料，为尖锥形陶瓷腔雷达罩隐身提供技术基础。

【技术实现步骤摘要】
一种在尖锥形陶瓷腔体内壁制备微细金属涂层图案的方法
本专利技术涉超材料隐身
，具体而言，涉及一种在尖锥形陶瓷腔体内壁制备微细金属涂层图案的方法。
技术介绍
频率选择表面(FrequencySelectiveSurface,FSS)是一种微波周期性结构，任何周期性分布在平面上的导体贴片或孔径结构，都会对微波到光波波段的电磁波产生衍射现象。当单元尺寸为入射波半波长的整数倍时发生谐振。当频率选择表面的阵单元对于某一频率的入射波发生谐振时，该入射波将被全反射或全透射，而偏离此谐振频率的入射波可以部分通过或被部分反射，因此FSS可作为空间滤波器。FSS应用于隐身技术中具有其他隐身技术无法比拟的优势，如波段宽、可靠性好，不用改变机体外形及其制作工艺，同时不增阻且不增重，具有良好的应用前景。天线罩可以和FSS相结合制作成频率选择天线罩(FrequencySelectiveRadome,FSR)，选择性屏蔽敌方雷达波段并透过己方雷达波段，实现雷达罩的隐身。从材料设计和制备角度而言，基于FSS的隐身雷达和天线罩就是在特定透波陶瓷罩内表面涂覆亚波长规则金属微细图案(线)结构单元而构成的人工电磁材料(如图1所示)。然而，由于机体上多存在一些非平面的异形结构或尖锥形结构，基于FSS的超材料在机体雷达上的全覆盖还存在很大的技术难度。传统的FSS超材料制备技术基本都是通过涂胶-光刻掩膜技术在平面陶瓷外表面金属化和图形化，得到基于FSS的超材料。传统技术包括丝网印刷金属微细加工技术、液相沉积技术和先进真空沉积技术如真空蒸镀、离子注入和等离子沉积(如PVD/CVD等)，但前述技术用于在尖锥形陶瓷腔体内壁表面制备微细涂层图案时，存在如下缺陷：丝网印刷金属微细加工技术已经比较成熟，现有印刷技术在普通领域的精细度已满足，如“高精密度金属蚀刻加工工艺”(申请号CN201410261133.4)，但对于尖锥形或异形结构的陶瓷腔体内而言，因丝网印刷的相关设备和操作过程都严重受到尖锥形陶瓷腔体或异形狭窄结构的几何形状和尺寸的约束而无法在其内壁实现FSS超材料的印刷制备。液相沉积法是利用金属氟化物缓慢水解，在放置于溶液中的亲水性基底的表面直接生长出相应的金属氧化物薄膜。目前，液相沉积法已经被成功地应用于SiO2、TiO2、SnO2以及Fe、V、Mn、Nb、Zr、Ni、Ta等金属的氧化物薄膜的制备。尽管还有其它多种液相沉积金属涂层的方法如电镀沉积金属涂层法，如“金属电镀沉积方法”(申请号CN103517571A)，提供了一种绝缘基板的金属电镀沉积方法，由此可见，如果尖锥形或异形结构的陶瓷腔体内缺少精准的掩膜图案，就根本无法通过液相法在尖锥形或异形结构的陶瓷腔体内制备具有精度可控的微细金属涂层图案。“一种基于可见到近红外波段吸收膜系结构”(中国专利申请号CN201420028381.X)，该专利公开了在任意衬底上采用气相沉积、液相沉积依次生长金属薄膜层、介质薄膜层，其后利用气相沉积或气相沉积结合退火工艺在介质薄膜层上生长金属颗粒无序分布层。其优点是工艺简单，成本低，偏正不敏感，角度不敏感，可控性好。但如果尖锥形或异形结构的陶瓷腔体内缺少精准的掩膜图案，同理也根本无法通过气相沉积或气相沉积结合退火工艺制备具有精度可控的微细金属涂层图案。因此，目前液相沉积和气相沉积技术直接用于尖锥形陶瓷腔体内金属薄膜乃至微细金属涂层图案的制备还有很多技术阻碍。先进真空沉积技术如真空蒸镀、离子注入、等离子沉积(如PVD/CVD等)虽然能在一定程度上克服前述的某些缺陷，可在材料表面制备高精度的金属图案，但目前缺乏在尖锥形陶瓷腔体内精准制备掩膜图案的方法，因此也无法实现在尖锥形陶瓷腔体内获得精度高、导电性好和可靠性高的微细金属涂层图案。此外，也无法实现如何保证陶瓷/金属涂层两种成分、结构和热膨胀系数迥异的材料结合后，能适应于高温热冲击(≥800℃)和热应力，并维持其界面结合性能、界面扩散和长寿命服役等，这些都是需要进一步克服的问题。因此，研发一种能在尖锥形陶瓷腔体内壁制备满足工作条件的金属微细金属涂层图案的方法，将为高温服役条件下如深地探测、空天军事侦察及探测等用关键陶瓷金属化部件提供技术支撑，具有十分重要的应用价值。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种在尖锥形陶瓷腔体内壁制备微细金属涂层图案的方法，此方法可在异形部件内构筑微细金属涂层图案，解决了尖锥形陶瓷腔体内壁难构筑精细图案的技术难题。该方法适用于在一端开口的尖锥形陶瓷腔体内壁制备微细金属涂层图案，尤其是锥角20-80度的尖锥形陶瓷部件。本专利技术解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。一方面，本专利技术提供一种在尖锥形陶瓷腔体内壁制备微细金属涂层图案的方法，包括如下步骤，激光从尖锥形陶瓷腔体的外部穿透尖锥形陶瓷腔体在腔体内壁上聚焦，对尖锥形陶瓷腔体内壁上的金属涂层进行激光反向刻蚀后在尖锥形陶瓷腔体的内壁获得微细金属涂层图案。通过选择性激光反向刻蚀，获得所需的微细金属涂层图案。相对于现有技术，本专利技术的实施例至少具有如下优点或有益效果：本专利技术提供的在尖锥形陶瓷腔体内壁制备微细金属涂层图案的方法，首次提出利用激光反向刻蚀尖锥形陶瓷腔体的内壁的金属涂层，解决了尖锥形陶瓷腔体内壁难构筑微细金属涂层图案的技术难题，便于进一步制备FSS超材料，为尖锥形陶瓷雷达罩的隐身提供技术基础。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本专利技术
技术介绍
中的超材料结构示意图；图2为本专利技术实施例1中反向激光反向刻蚀示意图；图3为本专利技术实施例1中反向激光反向刻蚀示意图；图4为本专利技术实施例1中反向激光反向刻蚀工作台的示意图；图5为本专利技术实施例3中方法的流程示意图I；图6为本专利技术实施例3中方法的流程示意图II。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考具体实施例来详细说明本专利技术。本申请实施例提供一种在尖锥形陶瓷腔体内壁制备微细金属涂层图案的方法，包括如下步骤，激光从尖锥形陶瓷腔体的外部穿透尖锥形陶瓷腔体在腔体内壁上聚焦，对尖锥形陶瓷腔体内壁上的金属涂层进行激光反向刻蚀后在尖锥形陶瓷腔体的内壁获得微细金属涂层图案，所述尖锥形陶瓷腔体的壁的厚度为3-15mm。首次提出利用激光反向刻蚀尖锥形陶瓷腔体的内壁的金属涂层，解决了尖锥形陶瓷腔体内壁难构筑高精度精细图案的技术难题，便于进一步制备FSS，为尖本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在尖锥形陶瓷腔体内壁制备微细金属涂层图案的方法，其特征在于，包括如下步骤，激光从尖锥形陶瓷腔体的外部穿透尖锥形陶瓷腔体在腔体内壁上聚焦，对尖锥形陶瓷腔体内壁上的金属涂层进行激光反向刻蚀后在尖锥形陶瓷腔体的内壁获得微细金属涂层图案，所述尖锥形陶瓷腔体的壁的厚度为3-15mm。/n

【技术特征摘要】
1.一种在尖锥形陶瓷腔体内壁制备微细金属涂层图案的方法，其特征在于，包括如下步骤，激光从尖锥形陶瓷腔体的外部穿透尖锥形陶瓷腔体在腔体内壁上聚焦，对尖锥形陶瓷腔体内壁上的金属涂层进行激光反向刻蚀后在尖锥形陶瓷腔体的内壁获得微细金属涂层图案，所述尖锥形陶瓷腔体的壁的厚度为3-15mm。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光反向刻蚀过程中使用的激光中心波长为100nm～2000nm，脉冲宽度为10ns～1000ns；所述激光的扫描速度1mm/s～1000mm/s，扫描间距为0.01mm～1mm，离焦量为-10mm～0mm。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：
在所述激光反向刻蚀步骤前还包括如下步骤：
金属涂层沉积：利用离子注入在基材表面制备改性层，得到含改性层的基材，再在含改性层的基材上沉积籽晶层和增厚涂层，得到待激光反向刻蚀基材一；
保护胶沉积：在待激光反向刻蚀基材一的金属涂层表面设置保护胶，得到待激光反向刻蚀基材二；
将所述待激光反向刻蚀基材二利用激光反向刻蚀后，清洗保护胶，即在尖锥形陶瓷腔体的内壁获得微细金属涂层图案。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述金属涂层包括Ag基涂层、Cu基涂层、Au基涂层和Al基涂层中的任意一种。


5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述金属涂层沉积过程中包括如下步骤：
a、清洗基材表面：
将基材清洗后放入真空中干燥，干燥完成后放入偏压反溅射设备中进行偏压反溅射处理，得到预处理基材；
偏压反溅射过程中的真空度小于6×10-3Pa，偏压反溅射清洗基材的时间为8～12min，反溅射偏压为-550～-450V，偏压反溅射过程中的气压为2.8～3.2Pa，工作氛围为Ar；
b、等离子体浸没离子注入：
通入惰性气体调整真空度为1.8～2.2×10-2Pa，依次调整灯丝电流、电弧电压和引出电压后，再交替调节抑制电压和加速电压，利用离子注入和等离子沉积将离子注入样品表层，处理完成后得到含有改性层的基材；
所述离子包括Ti、Ta和NiCr中的任意一种；
所述灯丝电流为10～14A，电弧电压为100～140V，引出电压为0.5-0.8kV；抑制电压为1～4kV，加速电压为60～80kV，加速电流与抑制电流差值为1～4mA；所述惰性气体纯度为大于99％；所述惰性离子倾...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘波，朱海红，金凡亚，但敏，
申请(专利权)人：四川大学，华中科技大学，核工业西南物理研究院，
类型：发明
国别省市：四川;51