Способ изготовления фильтровальной решетки Советский патент 1992 года по МПК B23P15/12 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано преимущественно s промышленной гальванопластике для изготовления сеток, сит, фильтроваль- ных решеток с микронными размерами отверстий и перемычек между ними с высокой прозрачностью.

Известен способ гальванопластического изготовления металлической сетки путем электроосаждения металла на матрицу-катод из органического или другого специального стекла с выгравированием в ней ее изображения, которое металлизируется вакуумным напылением тонкого слоя палладия с последующим удалением его с будущих ее ячеек.

Недостатком этого способа является ограничение минимальных размеров ячеек и шагов сетки до 50 мкм и прозрачности до

50%, обусловленное ограниченными возможностями технологии гравировки стекла.

Известен также способ гальванопласти- ческого изготовления сетки, (сита) путем электроосаждения металла на матрицу из меди или стали, в которой изображение сетки получают фотохимическим способом с последующим заполнением лунок - ее будущих ячеек - диэлектрической массой.

Для получения никелевых сеток используют сульфатный электролит, с добавкой (0,5-1) г/дм3 сахарина, 1,4 г/дм3 бутиндола паратолуолсульфамида, снижающими внутренние напряжения. Осаждение никеля производят при плотности тока 0,8 А/дм2 и температуре электролита до 30°С.

Недостатком данного способа является ограничение ширины перемычек между отверстиями в изготавливаемой сетке вслед00

со ся

ствие уменьшения толщины перемычек между лунками в матрице из-за их подтрав- ливания с целью надежного закрепления и удержания диэлектрической массы в лунках. Это снижает прочность перемычек в матрице и, чтобы обеспечить им достаточную прочность, их уширяют до поперечного размера отверстия или более него. Это приводит К огра йШ-йю гТрозрачности фильтровальной перегородки. А

Данным способом теоретически могут быть получены бетки с отверстиями диаметром 5 мкм, В случае прямоугольной формы отверстий с размерами 5x50 мкм прозрачность сетки, полученной данным способом, с шириной перемычек, равной ширине отверстий 5 мкм, составит 60%, в случае квадратной формы отверстий с размерами 5x5 мкм и шириной перемычек между ними, рав ной 5 мкм, прозрачность будет равной 25%.

Как известно, прозрачность определяет оснЪвные показатели качества фильтровальных решеток, их гидравлическое сопротивление и пропускную способность. Если пропускная способность прями пропорциональна величине прозрачности, то гидравлическое сопротивление обратно пропорционально ей.

Например, пропускная способность фильтровальной решетки (сетки) при прозрачности 25% в 1,8 раза ниже, а гидравлическое сопротивление в 4 раза выше, чем у решеток с прозрачностью равной 45%,

На прочностные качества фильтровальных решеток оказывают неблагоприятное влияние надрывы перегородок, возникающие при отделении решетки от матрицы. Они снижают надежность работы перегородок в фильтровальном устройстве и приводят к ее разрушению. Надрывы обуславливаются микронными размерами перемычек и отсутствием равномерно распределенных сжимающих усилий, препятствующих образованию надрывов и способствующих безнадрывному отделению фильтровальной решетки от матрицы.

Целью изобретения является повышение качества и увеличение прозрачности фильтровальных решеток с микронными размерами отверстий и перемычек между ними.

Для этого предлагается производить электроосаждение никеля на матрицу - фотошаблон из стекла с напыленным в вакууме хромовым покрытием толщиной 0,3-0,5 мкм, в котором фотохимическим способом вытравлены отверстия до поверхности стекла, после этого поверхность осажденного металла покрывают слоем хрома толщиной

в 0,3-0,5 мкм и отделяют готовую фильтровальную решетку от матрицы-фотошаблона. При этом, осаждение производят в электролите, в следующем составе: Углекислый никель160-180 г/дм3

Борная кислота230-250 г/дм3

40%-ная

фтористоводородная

кислота530-550 г/дм3

Сахарин0,014-0,1 г/дм3

НИЛ2-4 г/дм2

где НИЛ - антипитиновая присадка.

Примером выполнения, подтверждающим достижение цели изобретения, являет- ся изготовление фильтровальных решеток с размерами ячеек 3x30 мкм, 5x50 мкм, 10x100 мкм, 20x150 мкм и др. при ширине 60 мм и длине 150 мм, при соблюдении порядка операций, указанных выше, при осаждении в электролите, содержащим следующие конкретные параметры:

Углекислый никель179 г/дм3

Борная кислота237 г/дм

40%-ная фтористоводородная

кислота542 г/дм3

Сахарин0,014 г/дм3

НИА 3 г/дм , при рН - 3,5; температура электролита 50°С, а плотность тока на като- де 0,95 А/дм2.

Так как использование стеклянной матрицы-фотошаблона с хромовым покрытием вместо металлической матрицы прототипа исключает необходимость в диэлектриче- ской массе и в подтравливании перемычек, то ширина в хромовом покрытии и в фильтровальной решетке может быть значительно меньше поперечного размера отверстий. Это в сочетании с фотохимическим спосо- бом обеспечит возможность увеличения прозрачности фильтровальной решетки и уменьшения размеров отверстий в ней по сравнению с прототипом. Хромовое покрытие, нанесенное на поверхность осажденно- го никеля, создает равномерно распределенные сжимающие усилия, которые препятствуют образованию надрывов в перемычках и способствуют качественному отделению готовой решетки от матрицы-фо- тошаблона.

Таким образом повышаются указанные качества фильтровальной решетки, а указанный выше электролит и режим, обеспечивают ей необходимые плотность и прочность.

На фиг. 1 представлена матрица-фотошаблон фильтровальной решетки, оЬщии вид; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг 1; на фиг. 3 показаны в увеличенном масштабе отзер- стия и перемычки п хромовом покрытии.

Матрица-фотошаблон состоит из стекла 1 и хромового покрытия 2 толщиной 0,3-0,5 мкм, напыленного в вакууме.

В хромовом покрытии 2 вытравлены фотохимическим способом отверстия 3 до поверхности стекла 1,

Матрицу-фотошаблон закрепляют стороной с хромовым покрытием в зажиме катода и с помощью его завешивают в электролитическую ванну, заполненную электролитом, имеющим ранее указанный состав. Процесс осаждения никеля на матрицу производится в режиме, указанным также выше, перед отделением никелевой фильтровальной решетки от матрицы-фотошаблона, поверхность осажденного никеля покрывают слоем хрома толщиной 0,3-0,5 мкм, после чего готовую решетку отделяют от матрицы-фотошаблона.

По сравнению с прототипом, предлагаемый способ позволяет получить фильтровальные решетки с„ микронными

отверстиями и с большей прозрачностью, так в случае прямоугольных отверстий одинакового с прототипом размера 5x50 мкм, прозрачность решетки, полученной предлагаемым способом составит 60%, а в случае прототипа о на равна 45%. В результате пропускная способность фильтровальной решетки увеличится в 1,33 раза, а гидравлическое сопротивление снизится

примерно в 2 раза.

Применение фильтровальных решеток, изготовленных по данному способу с микронными размерами отверстий и высокой прозрачностью позволит получить значительную экономию в народном хозяйстве, металла, электроэнергии и топлива, как при изготовлении фильтровальных устройств, так и при их эксплуатации, а также создать малогабаритные воздушные фильтры.

Изготовленные таким способом три образца решеток имеют следующие параметры:

Исполь зование: к изготовлению фильтровальных решеток воздухоочистителей двигателя внутреннего сгорания транспортных машин. Сущность изобретения: производят электроос аждение никеля на матрицу-фотошаблон из стекла с напыленным хромовым покрытием в вакууме толщиной 0,3-0,5 мкм. в котором фотохимическим способом вытравлены отверстия до поверхности стекла, после чего поверхность осажденного на матрицу-фотошаблон никеяя покрывают слоем хрома толщиной 0,3-0,5 мкм и отделяют решетку от матрицы. Осаждение никеля производят в электролите с температурой 40-60°С и плотностью тока на катоде 0,9-2,0 А/дм , а раствор электролита в следующем соотношении: углекислый никель 160-170 г/дм3,40%-ная фтористоводородная кислота 530-550 кг/дм3, борная кислота 230-250 г/дм3, сахарин 0,014-0,1 г/дм3, НИА 2-4 г/дм , где НИА - антипити- новая присадка. 3 ил. сл С

Применение фильтровальных решеток, изготовленных по предлагаемому способу с микронными размерами отверстий и высокой прозрачностью позволит получить в народном хозяйстве значительную экономию материалов, электроэнергии и топлива, затрачиваемых на изготовление и эксплуатацию многочисленных фильтровальных устройств, позволит создать малогабаритные самоочищающиеся воздушные фильтры, необходимые для защиты транспортных ГТД.

Предлагаемый способ позволит изго- тавливать маски для массового производства более прозрачных лавсановых фйльтровальны)ерешеток на циклотронах, на которых сейчас получаются решетки с прозрачностью 8-10% ввиду беспорядочно- го расположения отверстий.

Формула изобретения Способ изготовления фильтровальной решетки путем электроосаждения металла на матрицу из стеклянной пластины в электролите, на которой фотохимическим способом нанесена сетка, отличающийся тем, что, с целью повышения качества и увеличения прозрачности, на матрицу производят электроосаждение никеля слоем толщиной 2-3 км при температуре электролита 40-60°С и плотности тока на катоде 0,9-2,0 А/дм2, затем слой никеля покрывают слоем хрома толщиной 0,3-0,5 мкм и отделяют полученную решетку от матрицы, при

1

0

этом ИСПОЛЬЗУЮТ электролит следующего состава, г/дм :

Никель углекислый160-180

Кислота борная230-250

Кислота

фтористоводородная

40%-нэя530-540

Сахарин0,014-0,1

Антинитинговая

присадка НИА2-4.

U

I

Фиг. 2

1

Фиг.З