CN101798238B - 陶瓷金属化的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种陶瓷金属化的方法。其目的在于提供一种减少重金属离子的使用及残余，降低污染、节约资源、操作简便的陶瓷金属化的方法。本发明的目的是采用下述技术方案实现的：它包括以下步骤：A）将陶瓷基体先置入NaOH粗化处理；再置入HF和H2SO4中粗化处理；B）将粗化处理后的陶瓷进行超声波水洗、吹干后，置入金属纳米粒子溶液中活化处理；C）将通过活化处理后的陶瓷置入铜镀液施镀。本发明的有益效果是：首先，利用金属纳米粒子的催化作用改良传统的化学镀铜前处理工艺，变粗化-敏化-活化三步法为粗化-活化两步法，操作简便；其次，避免了重金属离子的使用及残余，降低污染，节约资源。
Description
技术领域
本发明涉及一种陶瓷金属化的方法。
背景技术
陶瓷具有很高的机械强度、耐腐蚀、耐高温、耐压，但它不导电、色泽单调、抗冲击强度差。为了克服这些缺点，可对陶瓷进行金属化处理。目前，陶瓷表面金属化技术很多，化学镀铜以其适应基体广、均镀和深镀能力好、生产方便，而得到广泛的应用。化学镀的一个先决条件是沉积铜的基底表面要有催化活性，而陶瓷不具有催化活性，因此施镀前要预先经过表面处理，以在其表面形成大量活性点。陶瓷基体化学镀铜前处理工艺为粗化-敏化-活化三步法，其中表面活化是前处理工艺中最为关键的步骤，其好坏直接关系到镀层的均匀性，以及镀层与基体的结合强度等。目前应用最普遍的活化方法为：粗化后的陶瓷基体先用SnCl2敏化，再用PdCl2活化，还原生成的钯原子即成为铜沉积的活性点。此前处理液中由于含有锡、钯等重金属离子，易引起较大的环境压力。因此有必要改进传统的粗化-敏化-活化前处理工艺，减少重金属离子的使用及残余，简化操作步骤，降低污染，节约资源。
发明内容
本发明为克服上述现有技术的不足，提供一种减少重金属离子的使用及残余，降低污染、节约资源、操作简便的陶瓷金属化的方法。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
一种陶瓷金属化的方法，它包括以下步骤：
A)将陶瓷基体先置入质量分数为40％-60％的NaOH中，在室温下，粗化处理30-50min；再置入浓度为100-150mL/L的HF和浓度为100-150mL/L的H2SO4混合溶液中，在室温下，粗化处理10-20min；
B)将通过A)步骤粗化处理后的陶瓷进行超声波水洗、吹干后，置入浓度为1×10-4mol/l-10×10-4mol/l的金属纳米粒子溶液中，在室温下，活化处理10-20min；
C)将通过B)步骤活化处理后的陶瓷置入铜镀液施镀；铜镀液是按4-8g/L硫酸铜+7-11mL/L甲醛+20-24mL/L三乙醇胺浓度+45-55g/L乙二胺四乙酸钠+65-75mg/L亚铁氰化钾+10-18ml/L甲醇配制，镀液pH值调节为13-14，施镀温度为30-40℃。
所述的陶瓷基体在置入NaOH粗化处理前，先进行机械处理、水洗、化学除油。
所述的金属纳米粒子溶液为金纳米粒子溶液，金纳米粒子浓度为5×10-4mol/l；活化处理时间为14min。
所述的NaOH质量分数为50％；在NaOH中的粗化处理时间为40min。
所述的HF和H2SO4混合溶液，HF浓度为125mL/L，浓H2SO4浓度为125mL/L；在HF和H2SO4混合溶液中的粗化处理时间为14min。
所述的铜镀液，按6g/L硫酸铜+9mL/L甲醛+22mL/L三乙醇胺浓度+50g/L乙二胺四乙酸钠+70mg/L亚铁氰化钾+14ml/L甲醇配制，镀液pH值调节为13.5，施镀温度为35℃。在此条件下，可以得到组织均匀，致密，导电性良好的镀层。
所述的化学除油在温度40-60℃下进行，化学除油所用除油夜配方为：
NaOH 70g/L
Na2CO3 2g/L。
本发明的有益效果是：首先，利用金属纳米粒子的催化作用改良传统的化学镀铜前处理工艺，变粗化-敏化-活化三步法为粗化-活化两步法，操作简便；其次，避免了重金属离子的使用及残余，降低污染，节约资源。
附图说明
图1为实施例1NaOH粗化后陶瓷颗粒形貌图；
图2为实施例1HF+H2SO4粗化后陶瓷颗粒形貌图；
图3为实施例1粗化后采用金活化陶瓷颗粒形貌图；
图4为实施例1施镀后所得镀铜层用扫描电镜放大1000倍后的微观形貌图；
图5为实施例1施镀后所得镀铜层用扫描电镜放大10000倍后的微观形貌图；
图6为实施例1陶瓷NaOH粗化后EDS测试图；
图7为实施例1陶瓷NaOH粗化后各元素含量表；
图8为实施例1粗化后，金活化后的陶瓷EDS分析图；
图9为实施例1粗化后，金活化后各元素含量表；
图10为实施例1施镀后所得镀层EDS分析；
图11为实施例1施镀后所得镀层各元素含量表。
具体实施方式
实施例1：
前处理基本流程为：基体机械处理-水洗-化学除油-NaOH粗化-HF+H2SO4粗化-超声波水洗-吹干-称重-金纳米粒子活化。
化学除油在50℃下进行；所用除油液配方为：
NaOH 70g/L
Na2CO3 2g/L。
NaOH粗化工艺：NaOH(质量分数为50％)，温度为室温，时间为40min。
HF粗化工艺：HF 125mL/L，浓H2SO4 125mL/L，温度为室温，时间为14min。
活化工艺：金纳米粒子浓度为5×10-4mol·l-1，温度为常温，时间为14min。
施镀工艺为：按6g/L硫酸铜+9mL/L甲醛+22mL/L三乙醇胺浓度+50g/L乙二胺四乙酸钠+70mg/L亚铁氰化钾+14ml/L甲醇配制铜镀液，镀液pH值为13.5，施镀温度为35℃。
图1是实施例1NaOH粗化后陶瓷颗粒形貌图，NaOH粗化后的陶瓷，用扫描电镜观察可以看到在陶瓷颗粒表面形成一些刻蚀痕，形似台阶，但是由于NaOH对陶瓷的刻蚀作用较轻，刻蚀台阶的量较少。
图2是实施例1HF+H2SO4粗化后陶瓷颗粒形貌图，经NaOH粗化，再经HF+H2SO4粗化后的陶瓷扫描电镜显微图像，可以看到陶瓷颗粒表面的刻蚀台阶相对图1增多，且大部分晶粒边缘有块状晶粒片脱落。这说明HF对陶瓷的刻蚀效果比NaOH好的多。
图3为实施例1粗化后采用金活化陶瓷颗粒形貌图，采用金纳米粒子活化后，因为金的催化活性较高，与图2相比，由活化后的陶瓷表面微观形貌可以看出，在刻蚀处形成较多台阶状的活性中心。
图4为实施例1施镀后所得镀铜层用扫描电镜放大1000倍后的微观形貌图，陶瓷采用金纳米粒子活化后所得的镀层用扫描电镜放大1000倍后的微观形貌如图所示，由图可以看出，镀层比较平整均匀，组织致密，这说明金纳米的催化活性较好，与实验前的设想相符。
图5为实施例1施镀后所得镀铜层用扫描电镜放大10000倍后的微观形貌图，由图可得镀层表面在高放大倍数下呈现花朵状，这些花朵可能就是金纳米形成的活性中心，镀铜层就是从活性中心开始在陶瓷上沉积，最后生长成花朵状。
图6为实施例1陶瓷NaOH粗化后EDS测试图，陶瓷经NaOH粗化后，进行EDS能谱测试，可知知陶瓷中只含有Al和O元素，其含量如图7所示，由图中的原子百分比可知，MAl∶Mo并不等于2∶3，这是由于空气中的O在陶瓷表面的吸附所致。该陶瓷为纯的三氧化二铝陶瓷。
图8为实施例1粗化后，金活化后的陶瓷EDS分析图，陶瓷经过粗化再经过金活化后，XRD能谱图如图所示，由图9表可得，金活化后陶瓷表面含少量的金(重量百分比仅为1.38)，这说明经过金纳米活化后在陶瓷表面上形成了金的活化中心。
图10为实施例1施镀后所得镀层EDS分析图，粗化后的陶瓷采用金活化后所得的镀铜层的EDS测试图如图所示，由图可得镀层中含有Cu、O、Au三种元素。由图11可得，镀层中含有Cu和Au，但是Au的含量较少，重量百分比仅为2.79。
实施例2：
前处理基本流程为同实施例1。
化学除油在60℃下进行；所用除油液配方为：
NaOH 70g/L
Na2CO3 2g/L。
NaOH粗化工艺：NaOH(质量分数为40％)，温度为室温，时间为50min。
HF粗化工艺：HF 150mL/L，浓H2SO4 100mL/L，温度为室温，时间为20min。
活化工艺：金纳米粒子浓度为1×10-4mol·l-1，温度为常温，时间为20min。
施镀工艺为：按4g/L硫酸铜+11mL/L甲醛+20mL/L三乙醇胺浓度+55g/L乙二胺四乙酸钠+65mg/L亚铁氰化钾+18ml/L甲醇配制铜镀液，镀液pH值为13.9，施镀温度为40℃。
实施例3：
前处理基本流程为同实施例1。
化学除油在40℃进行；所用除油液配方为：
NaOH 70g/L
Na2CO3 2g/L。
NaOH粗化工艺：NaOH(质量分数为60％)，温度为室温，时间为30min。
HF粗化工艺：HF 100mL/L，浓H2SO4 150mL/L，温度为室温，时间为10min
活化工艺：金纳米粒子浓度为10×10-4mol·l-1，温度为常温，时间为10min。
施镀工艺为：按8g/L硫酸铜+7mL/L甲醛+24mL/L三乙醇胺浓度+45g/L 乙二胺四乙酸钠+75mg/L亚铁氰化钾+10ml/L甲醇配制铜镀液，镀液pH值为13，施镀温度为30℃。
Claims (6)
1.一种陶瓷金属化的方法，其特征在于，它包括以下步骤：
A)将陶瓷基体先置入质量分数为40％-60％的NaOH中，在室温下，粗化处理30-50min；再置入浓度为100-150mL/L的HF和浓度为100-150mL/L的H2SO4混合溶液中，在室温下，粗化处理10-20min；
B)将通过A)步骤粗化处理后的陶瓷进行超声波水洗、吹干后，置入浓度为1×10-4mol/l-10×10-4mol/l的金纳米粒子溶液中，在室温下，活化处理10-20min；
C)将通过B)步骤活化处理后的陶瓷置入铜镀液施镀；铜镀液是按4-8g/L硫酸铜+7-11mL/L甲醛+20-24mL/L三乙醇胺+45-55g/L 乙二胺四乙酸钠+65-75mg/L亚铁氰化钾+10-18ml/L甲醇配制，镀液pH值调节为13-14，施镀温度为30-40℃。
2.根据权利要求1所述的陶瓷金属化的方法，其特征在于，所述的陶瓷基体在置入NaOH粗化处理前，先进行机械处理、水洗、化学除油。
3.根据权利要求1所述的陶瓷金属化的方法，其特征在于，所述的金属纳米粒子溶液为金纳米粒子溶液，金纳米粒子浓度为5×10-4mol/l；活化处理时间为14min。
4.根据权利要求1所述的陶瓷金属化的方法，其特征在于，所述的NaOH质量分数为50％；在NaOH中的粗化处理时间为40min。
5.根据权利要求1所述的陶瓷金属化的方法，其特征在于，所述的HF和H2SO4混合溶液，HF浓度为125mL/L，H2SO4浓度为125mL/L；在HF和H2SO4混合溶液中的粗化处理时间为14min。
6.根据权利要求1所述的陶瓷金属化的方法，其特征在于，所述的铜镀液，按6g/L硫酸铜+9mL/L甲醛+22mL/L三乙醇胺浓度+50g/L乙二胺四乙酸钠+70mg/L亚铁氰化钾+14ml/L甲醇配制，镀液pH值调节为13.5，施镀温度为35℃。
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