CN100575562C - 一种高电阻率金属氧化物材料表面电镀的方法 - Google Patents

一种高电阻率金属氧化物材料表面电镀的方法 Download PDF

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一种高电阻率氧化物材料表面电镀的方法，属于金属氧化物材料表面电镀技术领域。首先对金属氧化物材料表面进行原子氢致电导改性处理，提高其表面电子电导，使电阻率小于104Ω·m，使材料表面出现半导化或金属化，金属氧化物材料经原子氢电导改性处理后，用去离子水进行清洗，然后采用振动电镀或滚镀的方法，在氧化物材料表面电镀沉积金属镀层。优点在于：具有高电阻率的金属氧化物材料表面不能直接电镀，而本发明先对金属氧化物材料表面进行原子氢致电导改性处理，使其表面电子电导增大，然后再电镀沉积金属镀层，所得金属镀层厚度均匀，与氧化物材料表面具有良好的结合力，设备投资小，生产维护简单。

Description

一种高电阻率金属氧化物材料表面电镀的方法
技术领域
本发明属于金属氧化物材料表面电镀技术领域，特别涉及一种高电阻率氧化物材料表面电镀的方法，一种因为电阻率高(电阻率大于104Ω·m)而不能直接电镀的氧化物材料的电镀方法，以实现材料表面金属化。
背景技术
高电阻率氧化物材料表面金属镀覆不能采用电镀工艺，这是因为这类材料的电子电导小，电镀液中被镀金属离子不能从材料表面得到电子，所以不能沉积下来。传统的氧化物材料表面金属镀覆方法有化学镀、真空蒸镀、溅射镀、涂覆金属浆料后再烧结等方法，各方法都有各自的优缺点[殷庆瑞，祝炳和，功能陶瓷的显微结构、性能与制备技术，冶金工业出版社，2005年1月]。如含有氨水的化学镀银溶液不稳定，甚至有可能生成有爆炸危险的叠氮化合物。真空蒸镀和溅射镀有设备投资大、维护费用较高等缺点，涂覆金属浆料后再烧结的方法有金属层厚度不均匀等缺点。
发明内容
本发明的目的是提供一种高电阻率金属氧化物材料表面电镀的方法，解决了高电阻率金属氧化物材料表面不能直接电镀的问题。
本发明所述的高电阻率金属氧化物材料含金属元素钛、铁、钴、镍、铜、锌、铌、铅之中的1～8种，金属氧化物材料可以由这些金属元素的简单氧化物组成，也可以由这些金属元素的简单氧化物组成的复合氧化物构成，氧化物材料中这八种金属元素的摩尔百分含量之和介于10％～50％。氧化物材料表面电镀的金属种类包括银、金、镉、铬、铜、铁、镍、锌、锡。
本发明的高电阻率金属氧化物材料表面电镀的方法是首先对金属氧化物材料表面进行原子氢致电导改性处理，提高其表面电子电导(电阻率小于104Ω·m)，使材料表面出现半导化甚至金属化，然后在氧化物材料表面直接电镀金属层。
金属氧化物材料表面原子氢致电导改性的具体过程为将氧化物材料与导电介质接触，也可以将氧化物材料与分散性导电介质如钢球混合在一起，然后将氧化物材料和导电介质一起置于电解质水溶液(电解质浓度5克/升～500克/升)，在水中加入电解质的目的是提高水溶液的电导率，因此强电解质具有更好的效果，如硫酸钠(Na2SO4)和硫酸钾(K2SO4)，然后以导电介质作为阴极电解水溶液，阴极电流密度为0.01安培/平方分米～5安培/平方分米，电解质水溶液温度为-20℃～100℃，导电介质上产生的原子氢对氧化物材料表面进行电导改性，增大其表面电导率，使得氧化物材料表面呈现半导化或金属化，在电解水溶液过程中对材料和导电介质进行机械搅拌或振动将具有更好的电导改性效果。金属氧化物材料经原子氢电导改性处理后(电阻率小于104Ω·m)，用去离子水进行清洗，然后采用振动电镀或滚镀的方法，在氧化物材料表面电镀沉积金属镀层，由于经原子氢电导改性的氧化物材料表面电子电导增大，电镀液中金属离子能够在经过电导改性的氧化物材料表面直接得到电子而沉积下来，因此电镀的金属种类包括银、金、镉、铬、铜、铁、镍、锌、锡。
本发明的优点在于：具有高电阻率的金属氧化物材料表面不能直接电镀，而本发明先对金属氧化物材料表面进行原子氢致电导改性处理，使其表面电子电导增大，然后再电镀沉积金属镀层，所得金属镀层厚度均匀，与氧化物材料表面具有良好的结合力，设备投资小，生产维护简单。
本发明适用于由氧化物功能材料制造的电子元器件表面电镀，也适用于氧化物材料颗粒或块体的表面电镀。
附图说明
图1为氧化物颗粒示意图，
图2为经过原子氢电导改性的氧化物颗粒示意图，
图3为表面电镀了金属镀层的氧化物颗粒示意图，
其中，氧化物材料本体1，氧化物颗粒表面被电导改性的部分2，氧化物表面沉积的金属镀层3。
具体实施方式
实施例1
选取20片直径10mm、厚度1mm的镍锌铜铁氧体(N0.3Zn0.5Cu0.2Fe2O4)陶瓷片，镍元素摩尔百分含量为4.29％，锌元素摩尔百分含量为7.14％，铜元素摩尔百分含量为2.86％，铁元素摩尔百分含量为28.6％，以直径1mm的钢球作为阴极导电介质，将陶瓷片和钢球一起置于吊篮中，浸入硫酸钠水溶液中，以钛篮为阳极，于振动条件下电解水溶液，对铁氧体表面进行原子氢电导改性处理，工艺参数如下：
硫酸钠(Na2SO4)：20克/升
阴极电流密度：0.05安培/平方分米
温度：室温
处理0.5小时后，将陶瓷片和钢球取出，经去离子水清洗，然后再置于滚镀筒中，采用滚镀工艺镀铜，工艺参数如下：
焦磷酸铜(Cu2P2O7)：60克/升
焦磷酸钾(K4P2O7)： 400克/升
氨水：             2毫升/升
二氧化硒(SeO2)：   0.015克/升
pH：               8.4
阴极电流密度：     0.5安培/平方分米
温度：             室温
获得的铜镀层呈粉红色，结晶细致，铁氧体陶瓷片被铜镀层完全包覆。
实施例2
选取20粒钛酸铅(PbTiO3)单晶，体积1mm3左右，颗粒状，铅和钛元素摩尔百分含量皆为20％，以直径0.5mm的钢球为阴极导电介质，置于吊篮中，将吊篮浸入硫酸钾水溶液中，以钛篮为阳极，于振动条件下电解水溶液，对钛酸铅单晶表面进行原子氢电导改性处理，工艺参数如下：
硫酸钾(K2SO4)：200克/升
阴极电流密度： 1安培/平方分米
温度：         80℃
处理2小时后，将吊篮取出，用去离子水冲洗干净吊篮、钢球和钛酸铅单晶后，再将吊篮置于电镀银溶液中，采用振动电镀工艺镀银，工艺参数如下：
氯化银(AgCl)：       50克/升
氰化钾(KCN)：        80克/升
碳酸钾(K2CO3)：      20克/升
酒石酸钾钠：         25克/升
氯化镍(NiCl2·6H2O)：40克/升
阴极电流密度：       0.8安培/平方分米
温度：               室温
获得的银镀层色泽银白，反光性好，钛酸铅单晶被银镀层完全包覆。
实施例3
选取10片直径10mm、厚度1mm的铌镁酸铅(Pb(Mg1/3Nb2/3)O3)陶瓷片，铅元素摩尔百分含量为20％，铌元素摩尔百分含量为13.3％，以直径1mm的钢球作为阴极导电介质，一起置于吊篮中，将吊篮浸入硫酸钠水溶液中，于振动条件下进行原子氢电导改性处理，工艺参数如下：
硫酸钠(Na2SO4)：    400克/升
阴极电流密度：      2安培/平方分米
温度：              室温
处理1小时后，将吊篮取出，用去离子水清洗干净吊篮、铌镁酸铅陶瓷片和钢球，然后将吊篮置于电镀锡溶液中，采用振镀工艺镀锡，工艺参数如下：
氟硼酸亚锡(Sn(BF4)2)：200克/升
氟硼酸(HBF4)：        150克/升
明胶：                6克/升
β-萘酚：             1克/升
阴极电流密度：        20安培/平方分米
温度：                30℃
获得的锡镀层色泽银白、致密，铌镁酸铅陶瓷片被锡镀层完全包覆。
实施例4
选取10片直径10mm、厚度1mm的Co2Z平面六角铁氧体(Ba3Co2Fe24O41)陶瓷片，钴元素摩尔百分含量为2.86％，铁元素摩尔百分含量为34.3％，以直径1mm的钢球作为阴极导电介质，一起置于吊篮中，将吊篮浸入硫酸钠水溶液中，于振动条件下进行原子氢电导改性处理，工艺参数如下：
硫酸钠(Na2SO4)：    50克/升
阴极电流密度：      0.05安培/平方分米
温度：              室温
处0.5小时后，将吊篮取出，用去离子水清洗干净吊篮、铁氧体陶瓷片和钢球，然后将吊篮置于电镀镍溶液中，采用振镀工艺镀镍，工艺参数如下：
硫酸镍(NiSO4)：      220克/升
氯化钠(NaCl)：       10克/升
硼酸(H3BO3)：        30克/升
硫酸镁(MgSO4·7H2O)：50克/升
氟化钠(NaF)：        4克/升
pH：                 4.4
阴极电流密度：       1.5安培/平方分米
温度：               50℃
获得的镍镀层色泽银白，结晶细致，铁氧体陶瓷片被镍镀层完全包覆。

Claims (5)

1、一种高电阻率氧化物材料表面电镀的方法，首先对金属氧化物材料表面进行原子氢致电导改性处理，提高其表面电子电导，使电阻率小于104Ω·m，使材料表面出现半导化或金属化，金属氧化物材料经原子氢电导改性处理后，用去离子水进行清洗，然后采用振动电镀或滚镀的方法，在氧化物材料表面电镀沉积金属镀层；
金属氧化物材料表面原子氢致电导改性处理的工艺为：将氧化物材料与导电介质接触，或者将氧化物材料与分散性导电介质钢球混合在一起，然后将氧化物材料和导电介质一起置于电解质水溶液中，以导电介质作为阴极电解水溶液，阴极电流密度为0.01安培/平方分米～5安培/平方分米，电解质水溶液温度为室温～100℃，导电介质上产生的原子氢对氧化物材料表面进行电导改性，增大其表面电导率，使得氧化物材料表面呈现半导化或金属化。
2、按照权利要求1所述的方法，其特征在于，电解质水溶液中电解质浓度5克/升～500克/升。
3、按照权利要求1所述的方法，其特征在于，在电解水溶液过程中对材料和导电介质进行机械搅拌或振动。
4、按照权利要求1所述的方法，其特征在于，电解质选择强电解质Na2SO4或K2SO4。
5、按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的高电阻率金属氧化物材料含金属元素钛、铁、钴、镍、铜、锌、铌、铅之中的1～8种，氧化物材料中这八种金属元素的摩尔百分含量之和介于10％～50％；电镀的金属种类包括银、金、镉、铬、铜、铁、镍、锌、锡。
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Hydrogen-Induced Lateral Growth of NickelCoatingonBa3Co2Fe24O41(Co2Z)-Based HexaferriteduringtheElectroplating of Multilayer Chip Inductors. Jiang Li Cao, Long TuLi, and Li Zhang.Journal of The Electrochemical Society,Vol.149 No.12. 2002
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