非金属材料表面化学镀银.pdf

1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/第卷第期年月北京工业大学学报矛兀非金属材料表面化学镀银黄少强,邱文革,李生华北京工业大学 环境与能源工程学院,北京摘要介绍了非金属材料表面化学镀银工艺及研究现状非金属材料化学镀银工艺包括表面预处理和实施化学镀银个步骤,其中表面预处理过程包括粗化、敏化和 活化根据化学镀银 反应机理,分别探讨了还 原法、置换法和自组装方法研究认为,还原法与其他方法相比操作相对简单,仍是目前研究的重点置换法除了可以获得单一镀层外,还可获得性能优良的合金镀层,在探索镀层沉积机理等方面也有广阔的前景自组装法是一种很有发展潜力的化学镀方法,特别适用于对镀层结合力要求较高的化学镀过程关扭词非金属材料表面预处理化学镀银中图分类号文献标识码文章编号一一一近年来,各种功能性材料发展迅速,导电高分子材料作为其中一个重要分支由于其应用领域广而备受关注根据其结构特点,导电高分子材料可分 为结构型和复合型两大类其中复合型 导电高分 子材料指高分子材料本身不具导 电性,在加工成型阶段通过加入导电填料而使制品具有导电性川而镀金属的碳纤维、玻璃纤维、玻璃微球等用作导 电填料由于重量轻、易加工成型及电阻率可调性大等优点成为近来开发的热点,目前,上述导电填料的应用研究多集中在抗静 电及 电磁波屏蔽方面阵“,如军事工业中的隐身技术和吸波材料,电子工业中的抗外电磁场干扰以及阻碍电子元器件自身产 生的电磁场 外溢“在高密度聚乙烯薄膜制成的微囊表面镀银,可用于临床上介入疗法球囊 电极在空心或实心微球玻璃或陶瓷 表面镀银可用作厚膜电路材料、电容器、垫圈和 密封材料“近年来还 开发 出各种用途的导电涂料”一除上述应用外,在印制板、非金属如陶瓷制品表面镀银后还可获得导电性 良好,且具可焊性 的表面精饰镀层随着材料保护和精饰技术的发展,对材料表面进行金属化的方法很多,如 电镀、化学镀、喷镀等化学镀则由于工艺相对简单、不要求材料本身具有导电性而特别适 用于各种形状不规则的非金属基体施镀化学镀银预处理工艺及其进展化学镀是不加外电流,在金属表面的催化作用下经控制化学还原法进行 的金属 沉积过 程】非金属材料的化学镀银工艺通常包括材料表面预处理和实施化学镀银个步骤表面预处理包括粗化、敏化、活化步粗化的目的是在材料表面形成小的凹坑以增大比表面积,增加表面能,提高表面活性,使敏化和活化时金属离子和金属容易吸附于非金属材料表面敏 化是用溶液处理非金属以在其表面均匀吸附一层“,利用其还原性将在活化步骤中吸附于非金属材料表面的十还原为,以形成活性 中心,催化施镀过程中金属离子的还原,而后利用金属的 自身还原作用得到一定厚度的镀层预处理工艺依材料不同也有很大差别尼龙纤维预 处理通常先 用三氯乙烯处理,再 经 胶体把活化、解胶等碳纤维则要在粗化前进行去胶、除油处理,在活化后进行还原前处理等“详细研究了表面预处理过程对陶瓷微粒表面微观结构及化学镀层结合强度的影响为了得到性能优良的镀层,先用一腐蚀微 粒表面的玻 璃层,继 而用溶液 在处理收稿日期一一作者简介黄少强一,男,河南洛阳人,硕士 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/北京工业大学学报年在预处理步骤中加入适量添加剂如二氧化硒哎几、硫酸被月、仇和烷基胺等都能在不同程度上改善镀层结合力树脂预处理工艺为先用铬酸、硫酸混合溶液进行 浸蚀粗化,然后中和,活化采用和眨的溶液通过实验发现,活化液 中矛和十的比例对活化效 果影响很大当十时,十易被还原当十,十的还 原受抑制经过 活化后,树脂还要用热或以凡处理,以除去过量的矛十过量的会抑制后面化学镀过程中的氧化还原反应,或使十氧化还原反应进行彻底,此步骤称为加速步骤,总之,非金属材料预处理过程都是根据材料本身的特点进行的,其根本出发点是如何提高表面微观粗糙度,增加表面活性,增强镀层与表面结合力化学镀银国内外研究现状经过表面预处理的材料,可以在镀银液 中实施化学镀银化学镀银液通常由银盐溶液和还原剂部分组成,为了改善镀液的性能和镀层的质量,通常还 要加入助剂如络合剂 调节反应速度、稳定剂和光亮剂等银盐溶液通常为【戈的强碱性溶液,还原剂则有较大的选择余地,常用的有甲醛、葡萄糖、酒石酸、酒石酸盐和次亚磷酸盐等“也有报道用联氨作还 原剂进行化学镀银川,但现在却很少使用,其余的还原剂还有二 甲胺基硼烷开发新的还原剂和添加剂以改进镀银层质量是近年来化学镀银工艺发展的一个趋势有报道以一氨基乙硫醇为还原剂可以在中性条件下获得耐候性镀银层,以,一二碘铬氨酸作稳定剂也可有效改善镀层质量根据非金属表面预处理后施镀时反应机理的不同,可将化学镀银分为类还原法、置换法和“自组装法”还原法还原法即直接在经过表面预处理的基材表面镀银,利用戈和的氧化还原作用生成银镀层由于其操作相对简单仍是目前研究的重点所用基材多为纤维状、微球状等形态有报道在碳纳米管外化学镀银“”由于碳纳米管因高度石墨化,表面活性很低,且表面曲率大,形成均匀致密的银镀层比较困难,等人只在其外面镀上一层不连续的银微粒,通过改进,在对碳纳米管进行预处理的基础上,在一定温度和下施镀以减慢反应速度,表面镀覆效果有所改善微球粉体方面,通过控制温度、搅拌方式、值和装载量等工 艺参数对陶瓷微粒施镀,可得结合紧密的镀层从炳陶瓷微粒经表面预处理,用次磷酸钠为还原剂,以焦磷酸钠为络合剂,并通 过 适 当的化学镀设备控制微粒运动,可以获得表面形态较好的均 匀镀 层等先用方法制得单分散胶状溶液,通 过快速离心分离得到姚胶体离子,用和凡混合溶液处理,最后加入银氨溶液,戈与“十发生氧 化还原反应使表面沉积出纳米银离子其他形态材料方面,如在钦合金上镀银的工艺为,将其经过砂纸打磨、电化学除油、浸蚀、活化等处理,使表面导电性和化学活性都较原来钦合金为好,镀银后 用作制备高性能电池材料“通过在镀银液中加入适当的络合剂、还原剂、稳定剂等,对镀银工艺加以改进,使玻璃表面的镀层性能也得到了一定的改善为了进一步提高玻璃表面银镀层均匀致密性和耐腐蚀性,可在其中一种镀液组分中加入、川或十等离子,通过耐蚀性试验证明镀层性能有所改善,并且镀银效率也有了提高分析原因为,传统的化学镀银工艺中,银氨溶液和还原性组分反应可生成银胶体而呈弱负性电位,易通过相互聚集以减少比表面积而稳定,对形成优 良的镀层不利钻石表面镀银 也有所报道,通过 实验得 出,镀层结合力与表面粗化度在一定程度上 呈正相关,因为活化步骤 中把原子和继而生成的银沉积在经粗化 处理后形成的微型凹坑中,结合力就强,还可通过控制镀液浓度对镀膜外观加以改进银氨溶液的配制方法对镀层性能也有所影响,在对石英杜瓦管进行化学镀银时,直接将固体掩加入浓氨水中配成银氨溶液,这样得到的镀层在和一下均不变色,也不发生脱落 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/第期黄少强等非金属材料表面化学镀银作者所在的研究小组通过实验发现,在玻璃微球、玻璃纤维表面镀银 时,镀速 对镀银 层质量有很大影响”通过 用葡萄糖、酒石酸钾钠、葡萄糖和酒石酸混合物、葡萄糖和酒石酸钾钠混合物作还原剂进行 实验,发现用葡萄糖和酒石酸钾钠混合还原剂进行化学镀银所得镀层在均匀性、结合紧密度方面都比较好,导电率最低可达。分析原因为其在一定程度上使反应 更加缓和,有利于镀层的“各向同性”堆积,进一步验证了沉积速度与镀层的关系此外,镀液值、稳定剂也能在很大程度上影响沉积速度里换法置换法是通过先在非金属材料表面镀上还原性较强的金属如、等,再利用置换反应获得表面镀银层用置换法除了可以获得单一镀层外,还可获得性能优良的合金镀层有报道在聚丙烯氰基碳纤维表面先通过镀,然后用置换法镀银,所得镀银层厚度和均匀性都比较好不同种类碳纤维对镀速的影响很大在同样的实验条件下,化学气相沉积碳纤维镀速最快,沥青基碳纤维居中,基碳纤维最慢其原因为它们的石墨化程度不同,石墨化程度愈高则镀速愈快对沉积机理进行研究,发现在金属 沉积过程中,高能量的活性位点首先被占据,镀层随 后以此位点为中心倾向于沿轴向扩展,直到以不同位点为中心的镀层相接触只有表面第层金属沉积完成,才开始在晶粒间界这些活性位点上进行后续镀层的沉积日本专利报道 了通过置换镀在、仇、玻璃纤维等粉体材料上镀银先是在基体上化学镀,再化学镀,然后通过。与勺的置换反应,消耗掉化学镀层,实际上获得由基底镀层与表面镀纯层组成的双重构造的镀层粉体与直接在基体上进行化学镀相比,其掩的有效利用率 镀层中的掩镀液中的掩大大提高,所得材料的固有体积电阻也较小,可在导电胶和导电性涂料中应用高保娇等在微米级铜粉上化学镀银,认为在固液两相界面上同时存在着种反应过程置换反应和电化学反应由于置换反应产物铜氨配离子 在铜粉表面吸附作用较银 氨配离子强,阻碍反应进一步发生,此后的反应则依靠电化学作 用,在点缀 式银粒部位上形成多分子银层,而不能得到连续的银膜通过不断对镀银铜粉用稀硫酸洗涤可以除去铜氨配离子,得到包覆完全的镀层为了得到适应不同需要的镀层,可选择在基体材料上镀铜后 同时加入包含十和的置换液十浓度低时,可使镀银层快速沉积十浓度高时,可得结合紧密的银镀层此反应中实际上是十和掩十竞争被还原关于置换型镀液配方也有所报道【,其组分包括可溶性银盐、含有个单硫醚基的水溶性含硫有机物、无机酸或有机酸调节以获得稳定性良好的酸性镀液、硫脉类化合物、表面活性剂和防变色剂等,规定了各组分的使用浓度范围,应用效果良好由上看出,置换法除了可以获得优良的镀层外,在探索镀层沉积机理等方面也有广阔的前景“自组装法”为得到结合紧密的镀层,“自组装法”是一种有效的方法,因为其与还原法和 置换法不同,银镀层与非金属表面 间依靠共价键结合,但其操作烦琐、限制条件多,目前相关方面的报道很少东南大学一研究小组用此法镀银获得成功,他们先用三 甲氧基琉基丙基硅烷作偶联剂,通过溶剂抽提法在玻璃表面形成含琉基的自组装单分子膜,在化学镀过程中高活性的银通过共价键与琉基结合,而后利用掩与掩之间的金属相互作用力,新生银颗粒可在金属表面快速沉积出光亮的银层并通 过、射线衍射等检测手段对镀层进行分析,验证了上述理论 的正确性有研究发现月,经氨基甲基硅烷化的玻璃微球表面更容易与活化步骤中十结合,随后用仇溶液 在处理,再进行化学镀则能收到好的效果“自组装法”是一种很有发展潜力的化学镀方法,特别适用于对镀层结合力要求较高的化学镀过程问题与展望真正的化学镀银工艺应该是 自年等弄清了化学镀镍的催化特性以后才发展起来的,过去多数都是在平面或 曲率半径很大的玻璃材料上施镀,而在碳纤维、玻璃纤维和各种微球等基材上 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/北京工业大学学报年应用则是在导电高分子材料出现年之后在这些材料上镀银,机理和工艺方面与传统的镀银工艺都有很大差异当前的主要问题是如何进一步提高镀层结合力、均匀性及耐候性等,对镀层沉积机理的研究或许有助于这些问题的解决此外,对镀银填料开发更多新用途以满足经济建设需要必然是将来发展的方向参考文献孙酣经功能高分子材料及应用【北京 化学工业出版社,一昭帅冶万玫巧尽,【谭松庭,章明秋,曾汉 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