CN103668372A

CN103668372A - 一种碳骨架材料直接电镀的电镀方法

Info

Publication number: CN103668372A
Application number: CN201310538473.2A
Authority: CN
Inventors: 张全生; 郭东莉; 夏骥; 王传荟; 杨楷楷
Original assignee: Shanghai Institute of Technology
Current assignee: Shanghai Institute of Technology
Priority date: 2013-11-04
Filing date: 2013-11-04
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2033-11-04
Also published as: CN103668372B

Abstract

本发明涉及电镀技术领域，尤其涉及一种碳骨架材料的电镀方法。一种碳骨架材料直接电镀的电镀方法，包括如下步骤：1）将非金属材料放入真空炉中，通入保护气，在600℃～1000℃下焙烧2小时～10小时，得到碳化材料；2）预电镀：采用所需镀种镀液工艺条件下的1/1000～1/10的电流密度下，将碳化材料进行电镀10分钟～30分钟；3）再次电镀：采用所需镀种镀液工艺条件下的电流密度，将步骤2）电镀后的材料再次电镀1小时～10小时加厚镀层，得到电镀材料。由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明具有工艺简单，容易控制、成本低，对环境无污染，适合大规模生产。

Description

一种碳骨架材料直接电镀的电镀方法

技术领域

本发明涉及电镀技术领域，尤其涉及一种碳骨架材料的电镀方法。

背景技术

由于非金属材料价格低廉、可再生等优点及表面经金属化处理后可替代一些金属制品进行使用，并可达到金属制品的视觉化效果。因此其电镀工艺不论在工艺品制作，还是机器零部件的制造等方面都具有越来越广泛的应用。

非金属材料在电镀前通常需要进行表面处理，使其具有良好的表面状态及导电性。一般是在基体表面涂覆导电涂料，或者采用敏化、活化及化学镀的方法进行前处理，从而获得具有导电性的金属层。在基体表面涂覆导电涂料的前处理方法对于一些形状特殊的基体不宜得到均匀的涂层，会导致成品的变形及镀层粗糙，比如叶脉、泡沫等；而化学镀的方法，需先进行粗化、敏化、活化、化学镀等，不仅工序繁多，而且产生大量的废水，对环境污染极大。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种碳骨架材料直接电镀的电镀方法，解决以上技术问题。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种碳骨架材料直接电镀的电镀方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）碳化：将具有碳骨架结构的非金属材料放入真空炉中，在保护气氛下在600℃～1000℃下焙烧2小时～10小时，即得到保留有碳骨架的碳化材料；

2）预电镀：采用所需镀种镀液工艺条件下的1/1000～1/10的电流密度下，将碳化材料进行电镀10分钟～30分钟；

3）再次电镀：采用所需镀种镀液工艺条件下的电流密度，将步骤2）电镀后的材料再次电镀1小时～10小时加厚镀层，得到电镀材料。

本发明克服了原有非金属材料在电镀前为实现表面金属化的过程中的不足，比如在形状特殊的基体上涂覆导电涂料不均匀导致产品的变形及镀层粗糙等，以及化学镀的方法工序繁多，产生大量的废水等缺点。本发明采用碳化的方法实现具有完整碳骨架结构的材料的非金属材料的电镀，采用上述方法可节省大量的贵金属及人力、物力。另外，材料中的有机物在碳化过程中以水、二氧化碳的形式排除，不会对环境造成污染，是一种极其环保的电镀工艺。

本发明在步骤1）之前还包括清洗步骤：将待电镀的具有碳骨架结构的非金属材料用清水进行清洗。

步骤1）中，非金属材料可以是植物，所述植物为植物的根、茎、叶或果壳等。

所述非金属材料也可以是具有碳骨架结构的植物纤维制品。

所述非金属材料还可以是具有碳骨架结构的高分子材料，所述高分子材料为酚醛树脂、呋喃树脂、聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚氯乙烯或聚偏二氯乙烯共聚物等。

步骤1）中，所述保护气氛采用惰性或还原性气氛，所述惰性气氛可以是高纯氮或高纯氩中的一种；所述的还原性气氛可以是0～10%氢氩混合气或0～10%氢氮混合气中的一种。

步骤1）中，所述非金属材料在焙烧过程中，在0～400℃时采用1℃～4℃/min的升温速率；在400℃～1000℃采用2℃～10℃/min的升温速率。

当所述非金属材料为植物的叶时，在步骤2）碳化时，可采用耐高温材料对所述植物的叶进行压制定型后进行碳化。所述耐高温材料可以采用石英、氧化铝、刚玉或陶瓷等。

步骤2）和3）中，所述镀种可以是铜、镍、铬、锌、镉、锡、铅、铁、银、金、铂、铑、钯、铟中的一种或两种及两种以上的合金。

有益效果：由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1）工艺简单，容易控制；本发明通过对非金属材料的碳化，达到使其表面具有导电性的目的，与现有的通过化学镀使非金属材料的表面金属化的方法相比，节省了粗化、敏化、活化等多步反应。

2）成本低，对环境无污染，适合大规模生产；与化学镀前处理使非金属材料表面具有导电性相比，节省了大量的银或钯等贵金属，降低了成本，另外前处理过程中无废水产生，非金属材料中的有机物在碳化的过程中以水及二氧化碳的形式排除，不会对环境造成污染。

附图说明

图1为实施例1中除去有机质后的叶脉；

图2为经碳化处理后的叶脉；

图3为电镀铜后的电镀叶脉。

具体实施方式

为了本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面进一步阐述本发明。

一种碳骨架材料直接电镀的电镀方法，包括如下步骤：

1）清洗：选择碳骨架结构的非金属材料，非金属材料可以是植物的根、茎、叶或果壳等。也可以是具有碳骨架结构的植物纤维制品。还可以是具有碳骨架结构的高分子材料，如酚醛树脂、呋喃树脂、聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚氯乙烯或聚偏二氯乙烯共聚物等。将非金属材料用清水进行清洗。

2）碳化：将步骤1）中清洗后的非金属材料放入真空炉中，通入惰性或还原性气氛。采用逐步升温的方式焙烧，在0～400℃时采用1℃～4℃/min的升温速率；在400℃～1000℃采用2℃～10℃/min的升温速率。并在600℃～1000℃下焙烧2小时～10小时，即得到保留有碳骨架的碳化材料。

当碳化植物的叶时，可采用石英、氧化铝、刚玉或陶瓷等耐高温材料对植物的叶进行压制定型后进行碳化。

3）预电镀：采用所需镀种镀液工艺条件下的1/1000～1/10的电流密度下，将碳化材料进行电镀10分钟～30分钟。镀种可以是铜、镍、铬、锌、镉、锡、铅、铁、银、金、铂、铑、钯、铟中的一种或两种及两种以上的合金。

4）再次电镀：采用所需镀种镀液工艺条件下的电流密度，将步骤3）电镀后的材料再次电镀1小时～10小时加厚镀层，得到电镀材料。

实施例1：

对桂花树的叶脉采用本发明的电镀方法电镀，包括如下步骤：

1）将如图1所示的除去有机质后的叶脉置于真空炉中，在其上压上石英平板用以定形，通入高纯氮；采用2℃/min的升温速率升至300℃，然后以5℃/min升至700℃，保温5小时，即得到如图2所示的碳化的桂花树叶；

2）将碳化的桂花树叶在酸性光亮镀铜液中进行小电流电镀，其工艺条件如下：

电流密度：0.01A/dm²；

电镀时间：30min；

温度：室温；

搅拌：空气搅拌；

3）将步骤2）中经小电流电镀后的桂花树叶在酸性光亮镀铜液中继续电镀，加厚镀层，其工艺条件如下：

电流密度：2A/dm²；

电镀时间：3h；

温度：室温；

搅拌：空气搅拌；

最终得到如图3所示的电镀桂花树叶。

实施例2：

对聚丙烯腈基（PAN）预氧化纤维布采用本发明的电镀方法电镀，包括如下步骤：

1）将聚丙烯腈基预氧化纤维布置于真空炉中，通入高纯氩；采用8℃/min的升温速率升至800℃，保温4小时，即得到碳化纤维布；

2）步骤1）中得到的碳化纤维布在酸性光亮镀铜液中进行小电流电镀，其工艺条件如下：

电流密度：0.2A/dm²；

电镀时间：10min；

温度：室温；

搅拌：空气搅拌；

③、将步骤2）中经小电流电镀后的碳化纤维布在光亮镀镍液中进行电镀。其工艺条件如下：

电流密度：3A/dm²；

电镀时间：2h；

温度：60℃；

搅拌：空气搅拌。

最终得到电镀纤维布。

以上显示和描述本发明的基本原理和主要特征本发明的优点。本行业的技术人员应该了解本发明不受上述使用方法的限制，上述使用方法和说明书中描述的只是说本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护本发明范围内本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一种碳骨架材料直接电镀的电镀方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）碳化：将具有碳骨架结构的非金属材料放入真空炉中，在保护气氛作用下，在600℃～1000℃下焙烧2小时～10小时，即得到保留有碳骨架的碳化材料；

2.根据权利要求1所述的一种碳骨架材料直接电镀的电镀方法，其特征在于：在步骤1）之前还包括清洗步骤：将待电镀的具有碳骨架结构的非金属材料用清水进行清洗。

3.根据权利要求1或2所述的一种碳骨架材料直接电镀的电镀方法，其特征在于：步骤1）中，所述非金属材料是植物，所述非金属材料采用植物的根、茎、叶或果壳。

4.根据权利要求1或2所述的一种碳骨架材料直接电镀的电镀方法，其特征在于：所述非金属材料是具有碳骨架结构的植物纤维制品。

5.根据权利要求1或2所述的一种碳骨架材料直接电镀的电镀方法，其特征在于：所述非金属材料是具有碳骨架结构的高分子材料，所述高分子材料为酚醛树脂、呋喃树脂、聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚氯乙烯或聚偏二氯乙烯共聚物。

6.根据权利要求1所述的一种碳骨架材料直接电镀的电镀方法，其特征在于：步骤1）中，所述保护气氛是惰性气氛或还原性气氛，所述惰性气氛是高纯氮或高纯氩中的一种；所述的还原性气氛是0～10%氢氩混合气或0～10%氢氮混合气中的一种。

7.根据权利要求1或6所述的一种碳骨架材料直接电镀的电镀方法，其特征在于：步骤1）中，所述非金属材料在焙烧过程中，在0℃～400℃时采用1℃/min～4℃/min的升温速率；在400℃～1000℃采用2℃/min～10℃/min的升温速率。

8.根据权利要求3所述的一种碳骨架材料直接电镀的电镀方法，其特征在于：当所述非金属材料为植物的叶时，在步骤2）碳化时，采用耐高温材料对所述植物的叶进行压制定型后进行碳化。

9.根据权利要求1所述的一种碳骨架材料直接电镀的电镀方法，其特征在于：步骤2）中，所述镀种是铜、镍、铬、锌、镉、锡、铅、铁、银、金、铂、铑、钯、铟中的一种或两种及两种以上的合金。

10.根据权利要求1所述的一种碳骨架材料直接电镀的电镀方法，其特征在于：步骤3）中，所述镀种是铜、镍、铬、锌、镉、锡、铅、铁、银、金、铂、铑、钯、铟中的一种或两种及两种以上的合金。