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CN103342583B一种陶瓷材料制品表面高精度金属图案的加工方法[caired.com-彩红网3D模型下载平面素材专利检索网站源码]

本发明公开一种在陶瓷材料制品表面加工高精度金属图案的方法,所述方法首先对陶瓷材料制品进行预处理,在陶瓷材料制品表面镀厚度为0.01~100μm的金属膜,然后在金属膜上涂覆耐腐蚀的感光材料,并进行曝光显影,最后采用蚀刻液对金属膜进行蚀刻,蚀刻好后除去固化的感光材料、露出金属膜层图案,并根据需要可进一步在金属膜层表面进行电镀或化学镀处理。本发明所述方法,用于在陶瓷材料制品表面制作微纳米级高精度金属图案,制作的金属图案具有颜色可调、导电率可调、图案可任意设计的特点,可提升陶瓷材料制品的产品档次及观赏性,且不伤害陶瓷基材,成本低。
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技术领域

[0001] 本发明涉及一种在陶瓷材料制品表面加工金属图案的方法,尤其是一种在陶瓷材料制品表面加工高精度金属图案的方法。

背景技术

[0002] 随着科学技术的发展,人们对陶瓷材料制品表面制作高精度金属电路或图案的要求越来越高。目前传统的陶瓷材料制品表面金属图案的加工方法主要有丝网印刷法、金属热喷涂法、喷墨打印法、激光蚀刻法等,但均存在精度不高的问题。

[0003] 丝网印刷是先通过丝网印刷,然后在一定的温度下烧结,从而获得表面金属图案。丝网印刷受制于网版丝径及浆料特性,其印刷精度很难达到100 μπι以下。金属热喷涂需要对材料表面进行粗化处理,否则附着力难以达到要求,且精度也很难达到微纳米级。喷墨打印受制于打印机喷头精度和打印机油墨,对于0.5〜5 μπι的精度要求目前来说还无法实现。激光蚀刻的方法是使激光镭射系统在陶瓷材料制品表面进行镭射雕刻,由于激光光束瞬间产生的高温高热使陶瓷表面气化,容易导致图案变色、陶瓷基材易受损等问题。

[0004] 综上,以上现有的方法处理的陶瓷材料制品表面的金属表层很粗糙,表面粗糙度和表面光泽度及表面色度均难以控制,而且均存在加工精度不高、图形易变形、容易伤害陶瓷基材等问题,无法实现微纳米级高精度金属图案的加工。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种可在陶瓷材料制品表面实现高精度金属图案的加工方法。

[0006] 为实现上述目的,本发明采取的技术方案为:一种陶瓷材料制品表面高精度金属图案的加工方法,包括以下步骤:

[0007] (I)预处理:对陶瓷材料制品表面进行抛光、清洗预处理;

[0008] (2)金属镀膜:在预处理后的陶瓷材料制品表面镀金属膜,所述金属膜的厚度为0.01 〜100 μ m ;

[0009] (3)涂覆感光材料:在步骤(2)所述的金属膜上涂覆耐腐蚀的感光材料;

[0010] (4)曝光显影:设计所需要的图案并制作菲林或掩膜板,将菲林或掩膜板遮盖在步骤(3)中的感光材料上,充分曝光,然后用显影液清除掉未曝光的感光材料;

[0011] (5)化学蚀刻:根据步骤(2)中的金属膜配制蚀刻液,对经过步骤(4)处理后的陶瓷材料制品表面金属膜进行蚀刻;

[0012] (6)除去感光材料:将蚀刻好的陶瓷材料制品表面用溶剂或碱性溶液清洗,除去固化的感光材料,露出金属膜层图案即可。

[0013] 上述所述步骤(4)中,制作的菲林或掩膜板的精度达到0.5 μπι及以下精度。

[0014] 上述所述步骤(5)中根据金属膜的材质选择使用适当的蚀刻液,例如当金属膜为不锈钢材质时,可选择摩尔浓度为0.1〜0.5mol/L的三氯化铁溶液、加入少量稀硝酸作为蚀刻液,蚀刻喷淋时间为0.1〜60min,蚀刻液的温度为10〜60°C。所述金属膜的材质不同,选择的蚀刻液的成分不同,当然,金属膜的材质确定时,也可选择不同的蚀刻液,只要该蚀刻液能够对该材质的金属实现化学蚀刻即可。蚀刻过程中,根据金属膜的材质、蚀刻液的成分、蚀刻液的浓度等条件,确定蚀刻时间等。

[0015] 上述方法先对根据需要对陶瓷材料制品表面进行适当的预处理,在陶瓷材料制品表面镀上一层厚度为0.01〜100 μ m的金属膜,然后在所述金属膜上涂覆耐腐蚀的感光材料,最后将设计制作好的菲林或掩膜板遮盖在感光材料中,进行曝光及显影,被曝光的感光材料部分固化,而未被曝光的感光材料用显影液清除掉,最终使得金属膜上覆盖的为设计所需要图案形状的固化的感光材料,未被固化的感光材料覆盖的金属膜部分裸露,由于感光材料耐腐蚀,因此根据金属膜的材质配饰适当的蚀刻液,对陶瓷材料制品表面的金属膜进行化学蚀刻处理,覆盖有固化的感光材料的金属膜部分不能被腐蚀,而裸露的金属膜部分在蚀刻液的作用下逐渐被腐蚀从陶瓷材料制品表面去除。因为被曝光后固化的感光材料呈现设计所需要的图案,因此最终在陶瓷材料制品表面形成所需要的设计好的金属图案。制作的菲林或掩膜板的精度可达到0.5 μπι及以下的精度,因此最终在陶瓷材料制品表面形成的金属图案可达0.5〜5 μπι的线分辨率,从而实现在陶瓷材料制品表面加工出高精度的金属图案。上述所述方法可以实现任意图形包括镂空图案的高精度制作,成型后的图案具有不伤害陶瓷基材、附着力好、图案色彩可调、表面光泽度可调等优点,特别适合制作高精密度电路如RFID、NFC天线等,或制作高档、精美的装饰图案如金属LOGO等,且具有加工成本低、工艺重复性好、能实现微纳米级高精度的特点。

[0016] 作为本发明所述陶瓷材料制品表面高精度金属图案的加工方法的优选实施方式,所述步骤(I)预处理中的抛光处理包括机械研磨抛光、抛光粉抛光、或其它物理、化学抛光法;所述预处理中的清洗处理包括等离子清洗、超声清洗、化学清洗或其它表面清洁处理方法;具体地可为,用粉末粒径为0.001〜5 μπι的研磨粉末,其研磨粉末材料可以为刚玉、碳化硅、氧化锆、氮化硅、氧化铈、氧化镧、氧化钇等,将陶瓷材料制品通过机械研磨抛光成镜面状态,使其表面粗糙度Ra控制在0.5 μ m及以下。实践中,可根据后期处理的需要,采用适当的方式对陶瓷材料制品表面进行预处理。

[0017] 作为本发明所述陶瓷材料制品表面高精度金属图案的加工方法的优选实施方式,所述步骤(2)中采用物理气相沉积、化学气相沉积、磁控溅射、多弧离子镀膜或其他真空镀膜方式在预处理后的陶瓷材料制品表面镀金属膜,所述金属膜的材质可为金、银、铂、钽、钨、锆、锌、锰、镍、钛、铬、镁、铝、不锈钢、铁、铜中的一种或至少两种的合金。一般地,采用物理气相沉积、化学气相沉积、磁控溅射、多弧离子镀膜或其他真空镀膜方式在预处理后的陶瓷材料制品表面镀金属膜,选择采用具体的每种镀膜方式时,可根据需要选择适当的工艺参数,例如以采用磁控溅射为例,可将陶瓷材料制品挂炉,抽真空,控制炉内温度为50〜350°C,然后通入氩气或氮气,以不锈钢作为靶材,开启磁控溅射靶进行溅射,保持真空度在0.001〜10Pa,溅射I〜lOOmin,以获得0.01〜100 μπι的镀层。当选用其他方法在陶瓷材料制品表面镀金属膜时,镀膜过程中的工艺条件根据需要及情况合适地选择,当然,所述镀膜的方式不局限于以上几种方法,只要能够实现在陶瓷材料制品表面镀上0.01〜100 μπι的金属膜即可。所述金属膜的材质可为金、银、铂、钽、钨、锆、锌、锰、镍、钛、铬、镁、铝、不锈钢、铁、铜中的一种或两种以上的合金,当然,所述金属膜的材质也可为其他合金。

[0018] 作为本发明所述陶瓷材料制品表面高精度金属图案的加工方法的优选实施方式,所述步骤(2)中在预处理后的陶瓷材料制品表面镀金属膜的过程中通入有反应气体,所述反应气体为氩气、氮气、乙炔、氧气、甲烧、乙烧、乙稀、氢气中的一种或至少两种的混合气体。当在预处理后的陶瓷材料制品表面镀金属膜的过程中通过以上反应气体时,所述反应气体的通入,可使得镀到陶瓷材料制品表面的金属膜的颜色、硬度及耐磨性可选择,实践中,可根据最终所镀金属膜的颜色、硬度及耐磨性的需求,选择通入合适的反应气体。

[0019] 作为本发明所述陶瓷材料制品表面高精度金属图案的加工方法的优选实施方式,所述步骤(3)中的感光材料为光刻胶或高解析度的光固化油墨;优选地,所述高解析度的光固化油墨为UV油墨或其它感光固化油墨。所述感光材料优选光刻胶或高解析度的光固化油墨,所述高解析度的光固化油墨优选UV油墨,所述感光材料的选择不局限上述,只要选择的感光材料能够耐蚀刻液的腐蚀,且能够在后续步骤中曝光显影即可。

[0020] 作为本发明所述陶瓷材料制品表面高精度金属图案的加工方法的优选实施方式,所述步骤(3)中采用旋涂、浸涂、喷涂、辊涂、刮涂或丝网印刷的方式在金属膜上涂覆感光材料。

[0021] 作为本发明所述陶瓷材料制品表面高精度金属图案的加工方法的优选实施方式,所述步骤(4)中在各种激光、可见光、红外光或紫外光下曝光,曝光时间为0.1〜lOmin。

[0022] 作为本发明所述陶瓷材料制品表面高精度金属图案的加工方法的优选实施方式,所述步骤(4)中的显影液为 Na2C03、NaHCO3, NaOH, KOH、Ba (OH) 2、K2CO3, KHCO3、氨水中的一种或至少两种的混合液;优选地,所述显影液的浓度为0.0l〜5wt%、温度为10〜80°C,清洗时间为0.1〜30min。所述显影液可选择上述各溶液中的一种或两种及以上的混合液,配制成碱性溶液,例如,当配制成的显影液的浓度为0.0l〜5wt%时,用显影液清除掉未曝光的感光材料时,清洗时间为0.1〜30min,显影液的温度控制在10〜80°C。当配制成的显影液的浓度为其他范围时,可根据情况控制适当的清洗时间及显影液的温度。

[0023] 作为本发明所述陶瓷材料制品表面高精度金属图案的加工方法的优选实施方式,所述步骤(6)中的溶剂为乙醇、异丙醇、丁醇、乙酸、乙酸乙酯、乙酸丁酯、甲苯、丙酮、丁酮、乙醚、汽油、丁基卡必醇中一种或至少两种的混合液,碱性溶液为Na2C03、K2CO3, NaOH, KOH、Ba (OH) 2、K2C03、KHC03、氨水中的一种或至少两种的混合液。蚀刻好的陶瓷材料制品表面采用以上几种溶剂或碱性溶液或其中两种及以上的混合液进行清洗,以除去固化的感光材料,露出金属膜层图案,一般地,溶剂或碱性溶液对蚀刻好的陶瓷材料制品表面的清洗时间为

0.1〜60min,溶剂或碱性溶液的温度为20〜60°C,溶剂或碱性溶液的浓度为I〜50wt%。当然,所述溶剂或碱性溶液对陶瓷材料制品表面的清洗时间以及碱性溶液的温度和浓度等也可不在上述范围,只要实现能够将固化的感光材料清洗除去、露出金属膜层的图案即可。

[0024] 作为本发明所述陶瓷材料制品表面高精度金属图案的加工方法的优选实施方式,所述方法还包括:

[0025] (7)后期加工处理:对图案表面进行化学镀或电镀处理,使得陶瓷材料制品表面的金属图案厚度为0.0l〜1000 μπι。根据需要决定是否对加工后的金属图案表面进行化学镀或电镀处理,化学镀或电镀的材料包括:金、银、铂、钛、铜、铬、锌、锡、镍、铁、铝等其中的一种或至少两种,可使得陶瓷材料制品表面的金属图案可进一步获得抗氧化性、耐磨性、导电性、装饰性等效果,如制作电子导电线路则进行化学镀或电镀金属技术沉积处理,使得处理后陶瓷材料制品表面金属图案的厚度达到0.0l〜1000 μm,以增加金属图案的导电性,也可以进行表面镀银处理,控制镀液的浓度和时间,从而获得不同厚度的镀层。

[0026] 本发明所述的陶瓷材料制品优选氧化锆陶瓷材料制品,所述氧化锆可选择黑色、白色或其他颜色。当然,本发明的陶瓷材料制品并不限于氧化锆陶瓷材料制品,也可为氧化招、碳化娃、氣化招、氣化娃、铁氧体等陶fe材料制品。

[0027] 本发明所述陶瓷材料制品表面高精度金属图案的加工方法,综合运用了陶瓷表面抛光技术、金属溅射技术、化学蚀刻技术等,用于在陶瓷材料制品表面制作纳米级高精度金属图案,制作的金属图案具有颜色可调、导电率可调、图案可任意设计的特点,特别是所述金属图案的精度高,可提升陶瓷材料制品的产品档次及观赏性,特别适合制作高档陶瓷手表、陶瓷装饰品、陶瓷手机装置、高精度陶瓷电路等。所述方法不伤害陶瓷基材,可以保留陶瓷基材本身的特质,克服了陶瓷因硬度高、刚性强、易碎等导致的加工难的问题。

具体实施方式

[0028] 为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点,下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。

[0029] 实施例1

[0030] 本实施例提供一种在陶瓷手机底板上加工高精度金属LOGO图案的方法,所述方法包括以下步骤:

[0031] (I)预处理:用粉末粒径在0.001〜5 μπι的刚玉粉末,将白色或黑色氧化锆陶瓷手机底板通过机械研磨抛光成镜面状态,使陶瓷手机底板的表面粗糙度Ra控制在0.5 μ m及以下;

[0032] (2)金属镀膜:将预处理后的陶瓷手机底板清洗干净后,采用磁控溅射方式在陶瓷手机底板表面镀镁铝合金膜,具体为将陶瓷手机底板挂炉,抽真空,控制炉内温度为50〜350°C,然后通入氩气,以镁铝合金作为靶材,开启磁控溅射靶进行溅射,保持真空度在

0.001〜10Pa,溅射I〜lOmin,以在陶瓷手机底板上镀上厚度为0.01〜100 μπι的镁铝合金膜;

[0033] (3)涂覆感光材料:用旋涂的方式将陶瓷手机底板的镁铝合金膜上涂覆上感光胶,控制旋涂机的转速(例如1500rpm)和旋涂时间(例如lOmin),将感光胶厚度控制在0.01〜50 μ m,然后保持20〜135 °C下烘干;

[0034] (4)曝光显影:将设计好的菲林或掩膜板图案遮盖在陶瓷手机底板表面的感光胶上,然后在激光曝光机下曝光,控制时间为lOmin,使图案能够充分曝光,然后用显影液清洗除掉未被曝光的感光胶,所述显影液选择NaOH与KOH的混合液,所述显影液的浓度为5wt%,清洗时间为0.1min,显影液温度为40 °C ;

[0035] (5)化学蚀刻:配制摩尔浓度为0.1〜0.5mol/L的盐酸溶液,加入少量稀硝酸,作为蚀刻液,将陶瓷手机底板放于蚀刻机中,向陶瓷手机底板喷淋蚀刻液,喷淋时间为

0.lmin、蚀刻液的温度为60°C,对陶瓷手机底板表面的镁铝合金膜进行蚀刻;

[0036] (6)除去感光材料:将蚀刻好的陶瓷手机底板用溶剂清洗,所述溶剂选择乙酸丁酯溶剂,清洗时间为lOmin,所述碱性溶液的温度为60°C、浓度为50wt%,清洗除去固化的感光材料,从而露出镁铝合金膜层图案;

[0037] (7)后期加工处理:根据需要决定是否对图案表面进行化学镀或电镀处理,如想增加金属镀层的抗氧化性,可以在镁铝合金图案表面镀银处理,控制镀液的浓度和时间,从而在陶瓷手机底板表面获得厚度为0.01〜1000 μπι的金属图案。

[0038] 实施例2

[0039] 本实施例提供一种在陶瓷手机底板上加工高精度金属LOGO图案的方法,所述方法包括以下步骤:

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