CN104419928A - 惯性约束聚变实验用空心微球的电沉积金工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了惯性约束聚变实验用空心微球的电沉积金工艺，包括以下步骤：步骤一、在空心玻璃微球表面溅射厚度为50～60nm的金属导电层，得到溅射金属空心微球；步骤二、在镀槽中配置镀金液，其中，镀金液中金25g/L、亚硫酸铵780ml/L；步骤三、将阳极材料金和阴极材料铜放置在镀槽内，并将溅射金属空心微球放入镀槽内；步骤四、通过加热使电镀槽内电镀液温度为40～50℃，通电使镀槽内电镀液的电流密度为2.1～2.5mA/cm2，并在通电后使阴极以100～200r/min的转速旋转；步骤五、在溅射金属空心微球表面沉积3～12μm的金层后停止通电，得到空心金属微球。采用本发明在空心玻璃微球表面电沉积金得到的空心金属微球厚度均匀、表面平整。

Description

惯性约束聚变实验用空心微球的电沉积金工艺
技术领域
本发明涉及电沉积金属工艺，具体是惯性约束聚变实验用空心微球的电沉积金工艺。
背景技术
惯性约束聚变又称靶丸聚变，为实现受控核聚变的一种途径，其是利用高功率的脉冲能束均匀照射微球靶丸，由靶面物质的消融喷离产生的反冲力使靶内氘氚燃料快速地爆聚至超高密度和热核温度，从而点燃的高效率释放聚变能的微型热核爆炸。在惯性约束聚变实验前,常通过电沉积法在空心玻璃微球表面镀金或铜，进而得到空心双层微球靶丸。现今电沉积的靶丸的镀层表面粗糙，镀层厚度不均匀，这会影响惯性约束聚变实验的正常进行。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种能使沉积得到的空心金属微球镀层厚度均匀、表面平整的惯性约束聚变实验用空心微球的电沉积金工艺。
本发明的目的主要通过以下技术方案实现：惯性约束聚变实验用空心微球的电沉积金工艺，包括以下步骤：
步骤一、在空心玻璃微球表面溅射厚度为50～60nm的金属导电层，得到溅射金属空心微球；
步骤二、在镀槽中配置镀金液，其中，镀金液中金25g/L、亚硫酸铵780ml/L；
步骤三、将阳极材料金和阴极材料铜放置在镀槽内，并将溅射金属空心微球放入镀槽内；
步骤四、通过加热使电镀槽内电镀液温度为40～50℃，通电使镀槽内电镀液的电流密度为2.1～2.5mA/cm2，并在通电后使阴极以100 ～200r/min的转速旋转；
步骤五、在溅射金属空心微球表面沉积3～12μm的金层后停止通电，得到空心金属微球。
温度高于60℃时，亚硫酸盐要分解析出S2-,与Au+作用生成Au2S沉淀，亚硫酸金铵双络合物离子的离解作用加强，使[Au(NH4)]+浓度增大，即增大了晶粒的成长速度，会使镀层光亮度下降，作为优选，所述步骤四中电镀液温度为45℃。
电流密度增大，伴随着阴极电势降低，容易进入析氢区，为了能使镀层能保持比较高的光亮度，作为优选，所述步骤四中镀槽内电镀液的电流密度为2.3 mA/cm2。
由于微球随阴极一同旋转，而微球自身强度比较低，转速过快会导致大量微球在作无规则旋转滚动过程中与阴极产生摩擦、碰撞而破碎，当阴极转速大于200 r/min时，超过40%微球破碎，电镀过程中接触阴极与微球表面同时发生金的沉积，转速过低时，容易使微球粘结在阴极表面或者由于某一处在阴极表面停留时间过长而产生面缺陷，当转速小于100 r/min时，大部分微球的表面镀层存在缺陷，作为优选，所述步骤四中通电后阴极转速为150r/min。
由于Cu比Au优先沉积，故而镀层中会有微量Cu杂质存在，为了得到光亮度高的镀层，所述步骤二中配置的电镀液中还包括100g/L的柠檬酸钾。其中，柠檬酸钾作为络合剂，会使金的还原电位比相同浓度氯金酸的大幅度负移。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：（1）本发明的镀液包括亚硫酸铵，亚硫酸铵具有良好的分散能力和覆盖能力，镀液中的铵根和亚硫酸根可以提高镀金层的表面光泽性，使镀层有良好的整平性和延展性。
（2）本发明的阴极转动，可以有效加强微球在阴极表面的随机滚动，并对镀层有整平作用，因此，能进一步降低镀层表面粗糙度。
（3）本发明在沉积过程中进行升温处理，温度升高，离子扩散速度加快，电流密度增大，能阻止粗晶核或海绵状镀层产生。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
惯性约束聚变实验用空心微球的电沉积金工艺，包括以下步骤：步骤一、挑选直径、球形度、同心度符合条件的空心玻璃微球，然后使用磁控溅射设备采用翻转法或“反弹盘”、分子束悬浮等方法在微球表面溅射厚度为50～60nm的金属导电层，得到溅射金属空心微球；步骤二、在镀槽中配置镀金液，其中，镀金液中金25g/L、亚硫酸铵780ml/L及柠檬酸钾100g/L，并保证镀金液中PH值在8.0～9.0；步骤三、将阳极材料金和阴极材料铜放置在镀槽内，并将溅射金属空心微球放入镀槽内；步骤四、通过加热使电镀槽内电镀液温度为40～50℃，通电使镀槽内电镀液的电流密度为2.1～2.5mA/cm2，并在通电后使阴极以100 ～200r/min的转速旋转；步骤五、在溅射金属空心微球表面沉积3～12μm的金层后停止通电，得到空心金属微球。本实施例中步骤四中电镀液温度优选 为45℃，步骤四中镀槽内电镀液的电流密度优选为2.3 mA/cm2，步骤四中通电后阴极转速优选为150r/min。
采用美国Thermoe-lectricity公司的扫描电镜附带的能谱(EDS)对空心微球镀层进行能谱测试，采用日本日立公司的TM-1000 SEM对空心微球镀层进行微区分析以及断层分析，采用日本HIROX公司的KH-3000VD 3维视频显微镜记录空心微球的整体形貌。电沉积金后的空心金微球放大6 000倍后镀层表面粗糙度比较均匀，无大量突起或凹陷等明显缺陷，测得的表面粗糙度低于500 nm。电沉积30 min后微球镀层表面横断面形貌，在放大6 000倍条件下可以看出，镀层壁厚约3μm，厚度均匀，镀层为无孔隙的紧密堆积结构，与基底结合较为牢固。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的技术方案下得出的其他实施方式，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.惯性约束聚变实验用空心微球的电沉积金工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、在空心玻璃微球表面溅射厚度为50～60nm的金属导电层，得到溅射金属空心微球；
步骤二、在镀槽中配置镀金液，其中，镀金液中金25g/L、亚硫酸铵780ml/L；
步骤三、将阳极材料金和阴极材料铜放置在镀槽内，并将溅射金属空心微球放入镀槽内；
步骤四、通过加热使电镀槽内电镀液温度为40～50℃，通电使镀槽内电镀液的电流密度为2.1～2.5mA/cm2，并在通电后使阴极以100 ～200r/min的转速旋转；
步骤五、在溅射金属空心微球表面沉积3～12μm的金层后停止通电，得到空心金属微球。
2.根据权利要求1所述的惯性约束聚变实验用空心微球的电沉积金工艺，其特征在于，所述步骤四中电镀液温度为45℃。
3.根据权利要求1所述的惯性约束聚变实验用空心微球的电沉积金工艺，其特征在于，所述步骤四中镀槽内电镀液的电流密度为2.3 mA/cm2。
4.根据权利要求1所述的惯性约束聚变实验用空心微球的电沉积金工艺，其特征在于，所述步骤四中通电后阴极转速为150r/min。
5.根据权利要求1～4中任意一项所述的惯性约束聚变实验用空心微球的电沉积金工艺，其特征在于，所述步骤二中配置的电镀液中还包括100g/L的柠檬酸钾。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN110767520A (zh) * 2019-10-10 2020-02-07 南京三乐集团有限公司 一种空间行波管同轴tnc输出输能结构及其软件优化方法
CN113699563A (zh) * 2021-08-24 2021-11-26 深圳市联合蓝海黄金材料科技股份有限公司 一种硬金圆形球珠的生产方法

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