非金属材料电镀.ppt
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1、9.1 概述9.2 非金属电镀前的表面准备9.3 印刷电路板电镀,第9章 非金属材料电镀,9.1 概述,指在非金属材料表面上,利用特殊的加工方法获得一层金属镀层,使之具有金属材料和非金属材料两者的优点的一种电镀方法。,非金属材料电镀:,非金属电镀的历史,19世纪前,在非金属材料上电镀,被认为是 不可能的1835年,利伯格(Liebig)发明了银镜反应,乙醛的银镜反应,在洁净的试管里加入1mL2%的硝酸银溶液,然后一边摇动试管,一边逐滴滴入2%的稀氨水,至最初产生的沉淀恰好溶解为止(这是得到的溶液叫银氨溶液)。再滴入3滴乙醛,振荡后把试管放在热水中温热。不久可以看到,试管内壁上附着一层光亮如镜的
2、金属银。,葡萄糖的银镜反应,在洁净的试管里加入1mL2%的硝酸银溶液,然后一边摇动试管,一边逐滴滴入2%的稀氨水,至最初产生的沉淀恰好溶解为止(这是得到的溶液叫银氨溶液)。滴入一滴管的葡萄糖溶液,振荡后把试管放在热水中温热。不久可以看到,试管内壁上附着一层光亮如镜的金属银。,银镜反应本质,这个反应里,硝酸银与氨水生成的银氨溶液中含有氢氧化二氨合银,这是一种弱氧化剂,它能把乙醛氧化成乙酸(即-CHO被氧化成-COOH),乙酸又与生成的氨气反应生成乙酸铵,而银离子被还原成金属银。从葡萄糖的角度来说,葡萄糖中有醛基,具有还原性,把硝酸银里的银离子还原成金属银,1884年,罗伯(Rober)和阿穆雷格
3、(Amurrag)把石墨涂在非金属材料表面,使它们导电,然后通过电沉积得到铜的雕刻板,我国古代“重塑金身”,在泥塑或者木雕表面包金或银的物理金属化方法及在铁上置换铜或汞齐化方法镀金或银1930有人试图在塑料上镀出金属1938年的塑料期刊上,就报道过塑料上电镀的新闻,真正的具有工业价值的非金属电镀技术的开发,是在廉价而有效的化学镀技术产生之后的事,无线电技术的发展促进了利用化学法实现非金属印制线路板孔金属化技术的产生化学镀铜技术的完善,使塑料电镀技术的工业化成为可能,20世纪50年代,我国开始研究和开发塑料电镀20世纪70年代,我国开发的胶体钯一步活化和常温化学镀镍工业,用于当时出口的收音机机壳
4、和旋钮20世纪80年代,玻璃钢电镀技术获得发展20世纪末,开发出直接镀塑料,还开发出适用于其他非直接镀塑料的直接镀技术21世纪,非金属电镀技术还在工业领域中大量采用,非金属材料种类,塑料陶瓷玻璃玻璃钢石英金刚石,树叶鲜花纸张木材石膏空心砖,塑料,塑料为合成的高分子化合物(聚合物),又可称为高分子或巨分子,也是一般所俗称的塑料或树脂,塑料,不导电不导热耐磨性差不耐污染易变形易变色,非金属材料缺点,导电膜的制备方法,采用金属涂料法或热喷涂法涂覆或喷射导电涂料或导电胶非金属表面金属化,物理气相沉积(PVD):真空蒸发镀、离子镀、溅射镀化学气相沉积(VCD):气相镀热压烫金法导电塑料化学镀化学镀电镀,
5、非金属电镀的应用,装饰性应用功能性应用其他应用,机械类产品电子、电工类产品(电磁屏蔽;电子传递、微波 传输、导电导磁;耐高温;耐蚀性等)交通和运载工具类产品(汽车、船舶、航天航空),应用实例,以塑料代替有色金属汽车工业的内外部件应用局部电镀的应用印刷线路上的应用导电性纤维上的应用电子仪器的屏蔽,其他方面:,玻璃、陶瓷体上电镀铜制作电容器施加可焊性的金属薄膜作为极片在聚氨酯薄膜上镀以磁性镀层,如镍钴或镍铁合金镀层之后,可用来制作印刷线路板手表活络字块的电镀全塑料封装的小型变压器的外封装塑料进行电镀来屏蔽电磁场对塑料、石蜡等电铸用的非金属铸模进行电镀泡沫镍电池电极,注意,在非金属电镀中,以塑料电镀
6、所占的比重最大。其中又以ABS塑料为主。其它非金属电镀与ABS塑料电镀工艺差别主要在于粗化工艺的不同,其余步骤大体相似。,不应有尖角深槽和窄槽,非金属电镀的通用方法,非金属材料的表面整理或清洗充分干燥(浸石蜡)涂可金属化的塑料的涂料粗化敏化活化化学镀电镀非金属材料的表面整理或清洗充分干燥涂可金属化的树脂的涂料粗化敏化活化化学镀电镀,非金属材料的表面整理或清洗充分干燥涂覆导电涂料法(导电胶或导电漆)粘附石墨或银粉等导电粉末 直接电镀,非金属电镀的特点,成型性能好具有良好的物理力学性能、电气性能抗腐蚀性能、耐侯性能和抗老化性能好非金属电镀技术的产品成本往往都比采用金属的要低得多,尤其是材料成本,导
7、电导热导磁耐热强度相对密度镀层结合力,非金属电镀的优点、缺点,优点提高零件表面硬度和耐磨性节约金属简化加工工艺,缺点电镀成本比金属电镀高镀层结合力不很牢固,非金属电镀技术的展望,新型直接催化塑料(添加化学镀催化剂)添加导电粉末获得直接电镀塑料(在塑料表面分散导电性铁、铝微粒)通过特殊前处理获得直接电镀塑料(碱粗化,硫酸磺化处理,引入磺基,在塑料表面形成活性基团,进而吸附金属离子而使表面具有催化活性),导电塑料(制造塑料时,在树脂中掺入导电物质如金属微粒、炭黑、有机络合物、导电聚合物聚苯胺、聚乙烯、聚苯硫醚、聚吡咯、聚吡啶、聚噻吩、聚噻唑、聚对苯撑及热分解导电高分子聚酰亚胺和聚丙烯腈等)高强度可
8、镀塑料:短玻纤维/颗粒混杂增强ABS复合材料局部电镀或选择性电镀塑料生物工程塑料的图形电镀:人工骨关节;直接在功能器件上用非金属电镀技术直接制作所需连接的线路,达到连接所以功能块的目的,9.2 非金属电镀前的表面准备,化学粗化,敏化,活化,还原或解胶,封闭,去应力,化学镀,电镀,除油,典型的非金属表面金属化的工艺,(封闭或去应力)(有机除油)化学除油化学粗化敏化活化还原(或解胶)化学镀电镀,去应力,机械抛光,一、封闭处理(对陶瓷等多孔材料),方法:(1)石蜡封闭:一般零件浸在105的熔融 石蜡中半小时,然后取出滴干和冷却(2)树脂封闭,目的:去应力用于弥补压塑质量的缺陷,通过热处理使ABS树脂
9、分子排列均匀,避免应力集中方法:,把塑料制品聚苯乙烯放在温度655的烘箱内恒温2-4小时;把塑料制品聚丙烯放在温度80-100的烘箱内恒温1-3小时;或者在25%体积的丙酮溶液中浸泡30min,二、去应力(对塑料等),应力高低的检查:1、冰乙酸浸渍法 243的冰乙酸中持续30s2、溶剂浸渍法 211的1:1的甲乙酮和丙酮的混合溶剂 中持续15s,三、除油,有机溶剂除油,碱性除油,酸性除油,减化工序节约能源提高粗化液的寿命适于自动化生产线,ABS塑料、聚苯乙烯、聚丙烯酸酯等采用有机溶液进行表面除油ABS:乙醇聚氯乙烯:甲醇,乙醇,三氯乙烯,丙酮聚苯乙烯:甲醇,乙醇,三氯乙烯酚醛塑料:甲醇,丙酮环
10、氧树脂:甲醇,丙酮聚酰胺:汽油,三氯乙烯氟塑料:丙酮聚酯:丙酮,也有人说塑料不适合用有机溶剂除油,有机溶剂除油,热固性塑料,橡胶,丙酮丁酯纤维素,聚丙烯塑料,10%松节油乳化液+普通化学粗化,碱性化学除油溶液,处理后表面亲水,酸性化学除油溶液,利用强氧化作用来破坏有机物,防止时间过长对表面造成伤害,注意,塑料比重轻,易浮在液面上,操作时用重物将其全部压入液内,并适当翻动,使零件表面全部润湿,四、粗化,作用:(1)使非金属表面呈现微观粗糙,从而增大 了镀层与基体的接触面(2)使塑料表面的聚合物断链,由长链变成 短链,将制件由憎水体变成亲水体,有 利于粗化后各道工序的顺利进行,粗化方法,(常用的是
11、以铬酸和硫酸为主的强氧化性粗化液)(添加重铬酸钾和磷酸的粗化液),化学粗化,有机溶剂粗化,机械粗化,对提高镀层结合力而言:,对于有些表面粗化比较困难的非金属,还要选用物理和化学并用的联合粗化法,化学粗化特点,95%,(1)除污垢能力强,含铬酐、硫酸的强氧 化性酸溶液(2)粗化速度快,效果好(3)应用广,适合任何材料、任何几何 形状、任何用途的材料(4)成分简单,配制容易,维护方便,化学粗化原理,蚀刻,断链,氧化,磺化,ABS举例,A B S,丙烯腈,丁二烯,苯乙烯,H2SO4,A+S,A+B,树脂相,橡胶相,AS共聚形成树脂相;AB共聚形成橡胶相。橡胶相呈球状均匀地分布在树脂相之中。粗化过程中
12、橡胶粒子被溶去形成凹坑。,ABS塑料及其化学粗化后的结构,ABS的粗化作用断面示意图,塑料粗化后微观形貌,机械粗化,敞口形,化学粗化,“投铆”效果,瓶颈形,ABS化学粗化配方,ABS化学粗化溶液的配制,铬酐,硫酸,搅拌,ABS化学粗化配方,其他非金属常用的化学粗化液,五、敏化,是使非金属表面吸附一层容易氧化的物质,以便在活化处理时被氧化,在制件表面上形成“催化膜”。,敏化处理:,敏化剂,二价锡盐,三价钛盐,氯化亚锡的酸性溶液,二价锡的配合碱性溶液,锆的化合物,钍的化合物,敏化液,盐酸,氯化亚锡,敏化液的配制,锡粒,注意:,配制溶液时,必须用去离子水和试剂级化学药品配制。配制方法:把氯化亚锡溶于
13、盐酸水溶液中,切不可将氯化亚锡用水溶解后再加入盐酸中,否则氯化亚锡会水解。,注意:,二价锡很容易水解生成Sn(OH)Cl沉淀,当溶液中有白色沉淀产生时,可加入盐酸,若仍不能使溶液澄清,则应进行过滤。,SnCl2+H2OSn(OH)Cl+HCl,酸性敏化液最终在制件表面上吸附一层凝胶状物质,这层凝胶状物质,不是在敏化液中形成的,而是在下一步用水洗时发生水解而产生微溶性产物,这些微溶产物在凝聚作用下沉积在非金属表面,形成一层厚度有十几至几千埃的膜。,SnCl2+H2OSn(OH)Cl+HCl,注意:,注意,氧化剂、光照、在空气中长时间暴露,都可以导致敏化液失效加入锡条或锡粒可延缓二价锡的氧化,Sn
14、4+Sn=2Sn2+,实际生产中的其他敏化工艺,酸性敏化液,实际生产中的其他敏化工艺,酸性敏化液,实际生产中的其他敏化工艺,碱性敏化液,实际生产中的其他敏化工艺,酒精敏化液,六、活化,是用含有催化活性的金属如金、银、钯、铂等的化合物溶液,对经过敏化处理的制件表面进行再次处理的过程。,活化处理:,注意:,除化学镀银可在敏化后直接进行外,其余的化学镀均必须在活化后进行,活化实质,核化:这些具有催化活性的微粒是化学镀的结晶中心,故活化又称为“核化”。,敏化后的制件表面与含有贵金属离子的溶液相接触时,二价锡被氧化成四价锡,同时贵金属离子被还原为金属微粒,使其紧紧吸附在制件表面上,Sn,2+,Sn,4+
15、,贵金属离子,贵金属微粒,被氧化,被还原,Sn2+Cu2+=Sn4+Cu,Sn2+2Ag+=Sn4+2Ag,3Sn2+2Au3+=3Sn4+2Au,Sn2+Pd2+=Sn4+Pd,反应析出的银微粒具有催化活性,它既是化学镀的催化剂,又是化学镀的结晶核心,注意,活化后在非金属表面形成化学镀反应的核心,是反应的活化点,即晶核,而不是连续的金属镀层当这种具有活化中心的非金属材料进入化学镀液时,就会在表面催化化学镀发生而形成镀层经过活化处理后的工件做好进行干燥,干燥后再进入化学镀的工件结合力有所提高,活化,离子型活化,硝酸银型,氯化钯型,胶体钯活化液,注意,硝酸银活化只能催化化学镀铜氯化钯活化即能催化
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