CN110373660B - 一种金属镀层敏化活化的金刚石颗粒表面化学镀铜的方法 - Google Patents

一种金属镀层敏化活化的金刚石颗粒表面化学镀铜的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种金属镀层敏化活化的金刚石颗粒表面化学镀铜的方法，是首先通过盐浴镀钨的方法，在金刚石颗粒表面包覆钨镀层，获得表面镀钨的金刚石颗粒；然后再将其加入到化学镀铜液中，在钨镀层表面化学镀铜；经清洗烘干后，即获得表面镀铜的金刚石颗粒。本发明的方法省去了传统化学镀铜工艺中需贵金属敏化活化的过程，且所得铜镀层均匀致密，与金刚石颗粒结合性良好。

Description

一种金属镀层敏化活化的金刚石颗粒表面化学镀铜的方法
技术领域
本发明涉及一种金属镀层敏化活化的金刚石颗粒表面化学镀铜的方法，属于金属基复合材料制备领域。
背景技术
金刚石不仅是自然界的最硬单质，而且具有优异的热导率(2200W·m-1·K-1)、低的热膨胀系数(0.86×10-6/℃)和低的密度(3.52g·cm-3)，因此具有许多重要的工业用途，如精细研磨材料、电子封装材料、各类钻头、拉丝模，还被作为很多精密仪器的部件。但是金刚石工具材料多采用粉末冶金法生产，烧结温度较高，而金刚石在空气中加热到700℃左右时，就开始发生氧化失重，抗压能力下降，在1000℃以上金刚石将发生部分石墨化，大大影响金刚石工具的使用效果。另外，金刚石与大部分的金属、陶瓷等材料之间存在很高的界面能，无法有效地与其润湿，造成界面结合性差，同时金刚石的热膨胀系数远远低于金属结合剂的热膨胀系数，所以容易造成金刚石的早期脱落，使金刚石工具的利用率大大降低。因此，如何提高金刚石的抗氧化性，防止金刚石在高温下的石墨化及在使用过程中的脱落，是金刚石工具在使用过程中亟待解决的问题。目前国内外一般采用金刚石表面金属化的方法来防止金刚石被氧化、石墨化，以及化学反应的侵蚀，同时通过金刚石表面形成的金属层与结合剂形成稳定的冶金结合，防止金刚石早期脱落，更好地发挥金刚石优良的性能。
金刚石表面化学镀是实现金刚石表面金属化的重要方法之一，侯亚平等在《金刚石化学镀铜工艺研究》一文中介绍了金刚石化学镀铜工艺流程、工艺配，研究了不同预处理方法对化学镀铜层表面形貌的影响，探讨了硫酸铜质量浓度、络合剂物质的量之比和不同pH下甲醛质量浓度对金刚石表面沉积铜速率的影响，获得的金刚石表面铜镀层均匀致密、无漏镀现象，化学镀Cu效果较好。
但是传统金刚石化学镀Cu必须经过SnCl2敏化、PdCl2活化预处理，否则无法成功进行镀覆。金属钯的价格昂贵，导致化学镀铜的成本过高。
发明内容
为避免上述现有技术所存在的问题，本发明公开了一种金属镀层敏化活化的金刚石颗粒表面化学镀铜的方法，旨在通过对金刚石先镀W再镀Cu的方式，避免传统敏化和活化过程，获得铜包覆均匀的金刚石颗粒。
本发明为实现发明目的，采用如下技术方案：
一种金属镀层敏化活化的金刚石颗粒表面化学镀铜的方法，其特点在于：首先通过盐浴镀钨的方法，在金刚石颗粒的表面包覆钨镀层，获得表面镀钨的金刚石颗粒；然后将所述表面镀钨的金刚石颗粒加入到化学镀铜液中，使钨镀层表面再化学包覆上铜镀层；完成后再经清洗烘干，即获得表面化学镀铜的金刚石颗粒。具体包括如下步骤：
(1)将金刚石颗粒、钨粉、NaCl和BaC12混合均匀，得混合物料；将所述混合物料置于加热炉中，在N2-H2混合气体保护下加热至900～1200℃，保温10～60min；所得产物冷却后，经清洗、烘干处理，即得到表面镀钨的金刚石颗粒；
(2)将一定量的硫酸铜CuSO4·5H2O和2,2-联吡啶C10H8N2，加去离子水溶解，获得溶液A；
将一定量的乙二胺四乙酸二钠C10H14N2Na2O8·2H2O和氢氧化钠NaOH加去离子水溶解，获得溶液B；
将所述溶液A与溶液B混合后，再加入适量甲醛溶液，即获得化学镀铜液；
(3)将所述表面镀钨的金刚石颗粒浸入到所述化学镀铜液中，在超声和电动搅拌的共同作用下使表面镀钨的金刚石颗粒在化学镀铜液中完全分散，控制反应温度为60～70℃，并不断滴加氢氧化钠溶液控制反应过程中溶液的pH值在12～13，直至溶液中无气泡产生，反应完全，获得镀铜后复合粉体；
(4)将所述镀铜后复合粉体用去离子水多次清洗完全去除杂质，然后经沉淀、60℃烘干，即获得目标产物表面化学镀铜的金刚石颗粒。
进一步地，步骤(1)中，所述金刚石颗粒的粒度为50～200μm，钨粉的粒度为0.1～10μm。
进一步地，步骤(1)中，所述的金刚石颗粒和钨粉的质量比为5～20:1，NaCl和BaC12的质量比为1:2～20，金刚石颗粒和W粉的混合粉与NaCl和BaC12的混合盐的质量比为1～2:1。
进一步地，步骤(2)中：所述溶液A和所述溶液B的混合体积比为1:1；在所得化学镀铜液中，硫酸铜的浓度范围为5～40g/L、2,2-联吡啶的浓度范围为0.02～0.08g/L、乙二胺四乙酸二钠的浓度范围为20～80g/L、氢氧化钠的浓度范围为10～20g/L；在所得化学镀铜液中，质量浓度为37％的甲醛溶液的浓度范围是20～40mL/L。
本发明的有益效果是：
1、本发明采用金刚石先镀钨再镀铜的方法，钨镀层增加了金刚石表面的活性，使金刚石能够直接采用化学法镀上金属铜，省去了传统化学镀铜工艺中需贵金属敏化活化的过程。
2、本发明的工艺简便、成本低廉、无污染。
附图说明
图1是本发明实施例1制备得到的表面化学镀铜的金刚石颗粒的扫描电镜图；
图2是本发明实施例1制备得到的表面化学镀铜的金刚石颗粒的能谱图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
下述实施例所用金刚石颗粒的粒度为100μm，钨粉的粒度为4.5μm。金刚石颗粒在使用前先经盐酸浸泡处理以去除金刚石表面残存的触媒、石蜡等杂质，使其表面净化，增加其表面活性，盐酸浓度1.5mol/L、浸泡时间为1h。
实施例1
一种金属镀层敏化活化的金刚石颗粒表面化学镀铜的方法，其具体步骤如下：
(1)将质量比10:1的金刚石颗粒与W粉放入研钵中，并加入质量比1:10的NaCl和BaC12混合盐，均匀混合(金刚石颗粒和W粉的混合粉与NaCl和BaC12混合盐的质量比为1:1)，得混合物料；将混合物料置于加热炉中，在N2-H2混合气体(N2和H2体积比为85％:15％)保护下加热至1100℃，保温30min；所得产物冷却后，经清洗、烘干处理，得到表面镀钨的金刚石颗粒；
(2)按化学计量比称取9.8g的硫酸铜(CuSO4·5H2O)和0.02g的2,2-联吡啶(C10H8N2)，加250mL去离子水溶解，获得蓝色溶液A；称取27g乙二胺四乙酸二钠(C10H14N2Na2O8·2H2O)和7g氢氧化钠(NaOH)，加250mL去离子水溶解，获得透明溶液B；将溶液A与溶液B混合后并加入20mL质量浓度为37％的甲醛(CH2O)溶液，即获得化学镀铜液；
(3)将10g表面镀钨的金刚石颗粒浸入到化学镀铜液中，在超声和电动搅拌的共同作用下使表面镀钨的金刚石颗粒在化学镀铜液中完全分散，控制反应温度为62.5℃，并不断滴加氢氧化钠溶液控制反应过程中溶液的pH值在12.5，直至溶液中无气泡产生，反应完全，获得镀铜后复合粉体；
(4)将镀铜后复合粉体用去离子水多次清洗完全去除杂质，然后经沉淀、60℃烘干，即获得表面化学镀铜的金刚石颗粒。
图1为本实施例所得的表面化学镀铜的金刚石颗粒的扫描电镜图，图2为其能谱图。从图中可以看出，通过本发明的方法可知成功实现金刚石的化学镀铜，且所得铜镀层均匀致密，镀覆性能好。
实施例2
一种金属镀层敏化活化的金刚石颗粒表面化学镀铜的方法，其具体步骤如下：
(1)将质量比10:1的金刚石颗粒与W粉放入研钵中，并加入质量比1:10的NaCl和BaC12混合盐，均匀混合(金刚石颗粒和W粉的混合粉与NaCl和BaC12混合盐的质量比为1:1)，得混合物料；将所述混合物料置于加热炉中，在N2-H2混合气体(N2和H2体积比为85％:15％)保护下加热至1100℃，保温30min；所得产物冷却后，经清洗、烘干处理，得到表面镀钨的金刚石颗粒；
(2)按化学计量比称取9.8g的硫酸铜(CuSO4·5H2O)和0.02g的2,2-联吡啶(C10H8N2)，加250mL去离子水溶解，获得蓝色溶液A；称取27g乙二胺四乙酸二钠(C10H14N2Na2O8·2H2O)和7g氢氧化钠(NaOH)，加250mL去离子水溶解，获得透明溶液B；将溶液A与溶液B混合后并加入20mL的甲醛(CH2O)溶液，即获得化学镀铜液；
(3)将5.83g表面镀钨的金刚石颗粒浸入到化学镀铜液中，在超声和电动搅拌的共同作用下使表面镀钨的金刚石颗粒在化学镀铜液中完全分散，控制反应温度为62.5℃，并不断滴加氢氧化钠溶液控制反应过程中溶液的pH值在12.5，直至溶液中无气泡产生，反应完全，获得镀铜后复合粉体；
(4)将镀铜后复合粉体用去离子水多次清洗完全去除杂质，然后经沉淀、60℃烘干，即获得表面化学镀铜的金刚石颗粒。
经表征，本实施例成功实现金刚石的化学镀铜，且所得铜镀层均匀致密，镀覆性能好。
以上所述仅为本发明的示例性实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种金属镀层敏化活化的金刚石颗粒表面化学镀铜的方法，其特征在于：首先通过盐浴镀钨的方法，在金刚石颗粒的表面包覆钨镀层，获得表面镀钨的金刚石颗粒；然后将所述表面镀钨的金刚石颗粒加入到化学镀铜液中，使钨镀层表面再化学包覆上铜镀层；完成后经清洗烘干，即获得表面化学镀铜的金刚石颗粒；具体包括如下步骤：
(1)将金刚石颗粒、钨粉、NaCl和BaC12混合均匀，得混合物料；将所述混合物料置于加热炉中，在N2-H2混合气体保护下加热至900～1200℃，保温10～60min；所得产物冷却后，经清洗、烘干处理，即得到表面镀钨的金刚石颗粒；
(2)将硫酸铜CuSO4·5H2O和2,2-联吡啶C10H8N2，加去离子水溶解，获得溶液A；
将乙二胺四乙酸二钠C10H14N2Na2O8·2H2O和氢氧化钠NaOH加去离子水溶解，获得溶液B；
将所述溶液A与溶液B混合后，再加入适量甲醛溶液，即获得化学镀铜液；
(3)将所述表面镀钨的金刚石颗粒浸入到所述化学镀铜液中，在超声和电动搅拌的共同作用下使表面镀钨的金刚石颗粒在化学镀铜液中完全分散，控制反应温度为60～70℃，并不断滴加氢氧化钠溶液控制反应过程中溶液的pH值在12～13，直至溶液中无气泡产生，反应完全，获得镀铜后复合粉体；
(4)将所述镀铜后复合粉体用去离子水多次清洗完全去除杂质，然后经沉淀、60℃烘干，即获得目标产物表面化学镀铜的金刚石颗粒。
2.根据权利要求1所述的金属镀层敏化活化的金刚石颗粒表面化学镀铜的方法，其特征在于：步骤(1)中，所述金刚石颗粒的粒度为50～200μm，钨粉的粒度为0.1～10μm。
3.根据权利要求1所述的金属镀层敏化活化的金刚石颗粒表面化学镀铜的方法，其特征在于：步骤(1)中，所述的金刚石颗粒和钨粉的质量比为5～20:1，NaCl和BaC12的质量比为1:2～20，金刚石颗粒和W粉的混合粉与NaCl和BaC12的混合盐的质量比为1～2:1。
4.根据权利要求1所述的金属镀层敏化活化的金刚石颗粒表面化学镀铜的方法，其特征在于：步骤(2)中，所述溶液A和所述溶液B的混合体积比为1:1；
在所得化学镀铜液中，硫酸铜的浓度范围为5～40g/L、2,2-联吡啶的浓度范围为0.02～0.08g/L、乙二胺四乙酸二钠的浓度范围为20～80g/L、氢氧化钠的浓度范围为10～20g/L；
在所得化学镀铜液中，质量浓度为37％的甲醛溶液的浓度范围是20～40mL/L。
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