非金属材料化学镀的应用新进展36
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非金属材料化学镀的应用新进展
摘要:化学镀技术可以进行强化非金属材料表面,应用前景非常广泛。本文介
绍了非金属材料化学镀基体表面活化的几种方法:光化学法、自催化活化法、介
电层放电法、气相沉积法,并论述了化学镀技术在非金属材料上的最新进展和应用。
关键词:非金属材料;化学镀;应用;进展
1引言
化学镀技术可以强化提高金属或非金属材料的表面特性,广泛应用于石油化工、航空航天、机械等行业。现在很多非金属材料的表面需要进行金属化表面处理,如汽车行业的塑料电镀件、印刷电路板行业的化学镀镍、电池行业中镀做为
发泡镍极、陶瓷粉体的化学镀工艺等。
2非金属材料化学镀的表面强化处理
非金属材料在进行化学镀之前要经过预处理,预处理过程包括对基体除油后,在基体表面进行粗化、敏化、活化。这些预处理过程属于化学镀前的前置处理过程。其中表面活化是最关键的工序,对于镀层的均匀和与基本的粘合力有重要的
作用。进行活化是为了在表面覆盖一层均匀的金属颗粒,成为结晶中心。常见的
基体表面活化方法有催化性涂料法、银浆法等。
2.1光化学法
光化学法是非金属材料化学镀进行基体活化的研究方法,它将光学和化学结
合在一起,活性物质由光辐射诱导产生,基本表面发生化学反应,形成均匀的活
性物质,为进一步的化学镀奠定基础。活化机理有光电化学机理、热电化学机理、热分解反应机理等。光源主要有紫外准分子激光、红外灯等,如果是准分子灯,
对其进行活化的操作是将活性物质制成固态膜,然后覆盖在基体表面,通过技术
使活性颗粒沉积在基体上。如果使用光化学法具有区域性,要用模具对基进行掩膜。
2.2自催化活化法
自催化活化是由光化学法演变而来的,采用的是激光光源,没有活动性物质
母体。通过激光将化学镀液沉积为镀层金属,没有活化步骤。激光对基体进行照
射时,基体会发生物理或化学反应,使受射基体表面干净,使镀层金属的沉积成
为可能。镀液吸收光能会局部温度会升高,镀层金属离子从镀液或基体中吸收电
子还原为金属原子。这些金属原子可以自催化,促进金属的继续沉积。
2.3利用介电层放电活化法
利用介电层放电活化法是通过进行介电层放电,使基体表面清洁粗化,接着
在基体表面涂抹醋酸钯,利用活化法获得活性钯颗粒,清除掉未分解的醋酸钯,
基体表面形成活性钯图案,接着进行化学镀。使用介电层放电不需要激光和真空
设备,在空气中就可以进行,活性钯颗粒均匀、活性好。
2.4气相沉积法
气相沉积法分为物理沉积和化学沉积,将基体放于高压真空空间,将金属制
作为靶体或者易挥发物质,在基体表面沉积了一层金属,这是化学镀必须要用到
的活性层。气相沉积法的活性层和基体紧密结合在一起,镀层金属和基体也紧密
结合,可以很容易得到活性层,但缺点是需要使用价格较高的真空设备,无法进
行区域选择,基体要保持高温,镀层金属要首先制成易发挥的物质。
3非金属材料化学镀的研究内容
3.1玻璃纤维化学镀
现在导电材料是一个研究热点,导电材料通过进行导电纤维填料并与树脂基
材复合制备而成,纤维材料会受到价格、力学特性等的限制。镀金属玻璃纤维的
强度较高,导电性好,是一种很好的导电填料。在对玻璃纤维乾地表面前处理时
使用分散剂和偶联剂。用扫描电镜进行分析,分散处理后的试样具有较好的分散
效果和均匀度。偶联处理使玻璃纤维和活性金属的结合紧密,使金属在玻璃纤维
表面的吸附能力增强。镀液中的主盐硫酸铜浓度可以对沉积速度产生影响,硫酸
铜的浓度增加,化学镀的沉积速度减慢。这是因为镍离子的浓度高,从而对沉积
速度产生了影响。铜离子的含量小,铜离子的沉积电位和镍是相同时,对镍的沉
积影响不大,如果镍的浓度升高,使铜的沉积电位高于镍时,纤维表面会沉积为铜,镍的沉积性就不活跃,镀液的沉积速度也产生影响。要实现铜和镍的沉积,
要降低铜的沉积电位。
如果铜离子的浓度较低,不会明显影响镍的沉积电位,如果铜离子的浓度较高,镍的沉积电位受到了明显的影响,这表明铜的百分含量快速增加,镍的百分
含量快速减少,磷离子沉积电位也随着铜离子的浓度升高而降低。
通过研究表明,新制备的镀镍、镀铜纤维的导电性能很好,但搁置或热处理
后会影响导电性。这是因为镍和铜镀层的表面能较高,从周围吸收杂质或形成氧
化层后对导电性产生了影响。在热塑树脂中加入导电纤维,加工后的材料的导电
性能不能达到预期的效果,于是制备化学镀导电玻璃纤维,在镀铜纤维后再镀一
层Ni- Cu-P合金,这样做可以对内部导电层加以保护,铜层起到了导电作用,Ni-Cu-P是保护性的镀层。双镀层结构使纤维具有较好的导电性、抗氧化性。
3.2陶瓷化学镀
陶瓷的不可焊性和导电性差使陶瓷的应用范围受到了限制,对其表面进行处
理后,可以满足较多的应用要求。对陶瓷进行前期预处理包括清洗、粗化、活化等,用有机溶剂或除油剂做为清洗液,要用超声波来清除掉微孔里的除油液。
对陶瓷进行粗化的方法有化学和薄膜改性两种方法,其化学粗化使用氟化物
粗化液或氢氧化钾粗化液,薄膜改性粗化法是在陶瓷表面涂上一层耐热性好的玻璃,烧结使液态玻璃渗透到陶瓷的微孔,用氟化物进行表面粗化,用超声波进行
清洗,干燥。敏化和活化方法有三种,第一种用氯化亚锡溶液使用敏化液,氯化
钯做为活化液;第二种方法是敏化活化一步完成,第三种方法是直接处理含有二
价钯离子和有机物的混合液。
现在陶瓷在电子工业中有了广泛的应用,电子元件的性能依赖于涂镀技术。
陶瓷化学镀可以改革镀层合金的种类和含量,使其具有多种功能。
3.3塑料化学镀
对塑料基体表面进行处理可以形成金属层,使塑料具有了金属化,具有良好
的耐蚀性、耐磨性、导电性等,塑料金属化的方法中化学镀是应用最广泛的一种。进行塑料化学镀时要使用还原剂,将金属离子还原为具有催化活性的物体表面,
形成金属镀层。在化学镀前要进行粗化、敏化、活化等处理,使镀层和基体紧密
的结合。
研究人员贺英使用化学镀技术在聚苯胺镀层嵌入铜,获得了与尼龙材料结合
紧密的导电复合镀层,镀层覆盖均匀,重量轻,力学性能优良。化学镀可以明显
影响镀层的性能,如果碱性镀液的PH值变大、镀液的温度升高,复合镀层的导
电性会增强。
3.4金刚石化学复合镀