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【簡(jiǎn)介】
通過(guò)對(duì)a-Al2O3陶瓷表面的粗化處理，利用化學(xué)鍍和電鍍技術(shù)使陶瓷膜管表面金屬化，為金屬與陶瓷的連接提供中間層，并對(duì)化學(xué)鍍電鍍的機(jī)理做了簡(jiǎn)單的研究。
關(guān)鍵詞：陶瓷膜管，粗化，金屬化，化學(xué)鍍，電鍍
中圖分類號(hào)TQI53．12 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 B 文章編號(hào)1008—9411(2006)05—0015—03
l 前 言
隨著科學(xué)的日新月異，由于非金屬材料具有諸多特殊的性質(zhì)，應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣泛。α一Al2O3多孔陶瓷就是其中之一，通過(guò)特殊的工藝，在該陶瓷基體表面形成一層α一Al2O3無(wú)機(jī)膜，再利用多孔陶瓷的通孔，應(yīng)用于高溫?zé)煔獬龎m領(lǐng)域。該方法通過(guò)對(duì)無(wú)機(jī)膜孔徑的控制，對(duì)高溫?zé)煔庵胁煌降念w粒進(jìn)行治理收到很好的效果。
由于陶瓷材料與金屬原子鍵的結(jié)構(gòu)的根本不同，加上陶瓷本身的物理化學(xué)性能，因此，無(wú)論是金屬連接還是陶瓷本身的連接都存在不少難點(diǎn)[1]。
陶瓷材料的致命弱點(diǎn)是易脆、韌性差。陶瓷的線膨脹系數(shù)小，與金屬的線膨脹系數(shù)相差較大，通過(guò)加熱連接陶瓷與金屬(或中間層連接陶瓷)時(shí)，接頭會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力，削弱了接頭的力學(xué)性能，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致連接后接頭的破壞開(kāi)裂。因此，在進(jìn)行陶瓷與金屬的連接或用金屬中間層連接陶瓷時(shí)，還要考慮接頭的熱應(yīng)力問(wèn)題[2]。所以，采用化學(xué)鍍結(jié)合電鍍方法，在其表面鍍銅，再通過(guò)化學(xué)鍍層，電鍍低應(yīng)力鎳，進(jìn)行焊接是可行的，并收到了很好的效果。
2 實(shí)驗(yàn)
2．1 實(shí)驗(yàn)材料及工藝
氯化鈀，氫氧化鈉，氯化亞錫，鹽酸．硫酸銅，酒
石酸鉀鈉，硫酸鎳，氯化鎳，磷酸，去離子水，添加劑，α一Al2O3陶瓷膜管等。試劑均為市售分析純?cè)噭?/div>
具體工藝如下：
局部防護(hù)處理—→浸水—→除油—→清洗—→粗化—→清洗—→敏化—→清洗—→浸泡—→活化—→清洗—→還原(甲醛) —→化學(xué)鍍銅—→電鍍低應(yīng)力鎳—→清洗—→浸泡—→干燥—→成品。
2．2 化學(xué)鍍銅
α一Al2O3無(wú)機(jī)膜膜管在化學(xué)鍍銅前．必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的處理和清洗。清洗后，為了得到的化學(xué)鍍層結(jié)合強(qiáng)度高，我們對(duì)陶瓷表面進(jìn)行粗化處理。粗化采用高濃度的堿溶液腐蝕。如圖l，圖2分別是Al2O3的原始狀態(tài)和腐蝕后的SEM照片，腐蝕后的Al2O3晶界處的玻璃相被腐蝕，而且腐蝕已經(jīng)擴(kuò)大到晶粒內(nèi)部，導(dǎo)致腐蝕后產(chǎn)生許多不完整的晶粒結(jié)構(gòu)，從而得到明顯的粗化作用。因而高濃度的堿溶液腐蝕后，鍍層結(jié)合力得到一定的提高[3]。其表面化學(xué)鍍銅的工藝，如表l所示。
2．3 電鍍鎳
將化學(xué)鍍銅過(guò)后的α一Al2O3無(wú)機(jī)膜膜管浸入NiSO4溶液中作陰極。金屬作陽(yáng)極，接通直流電流后在α一Al2O3無(wú)機(jī)膜膜管上沉積出金屬Ni 鍍層。其具體配方和條件如表2所示：
3 機(jī)理研究
化學(xué)鍍銅作為電鍍鎳的底層，主要用于Al2O3無(wú)機(jī)膜膜管的金屬化處理，實(shí)現(xiàn)α一Al2O3無(wú)機(jī)膜膜管的導(dǎo)電性。且得到的鍍層致密，空隙少，硬度高，具有極好的化學(xué)和物理性能。其主要化學(xué)反應(yīng)是：
Cu 2++2HCHO+4OH-+Cu+H2 ↑+2H2O+2HCOO- (1)
以甲醛作還原劑是一種自催化還原反應(yīng)。溶液中的銅鹽通過(guò)硫酸銅提供二價(jià)銅離子。在堿性條件下，采用甲醛為還原劑。用氫氧化鈉調(diào)節(jié)溶液的pH以保證溶液的穩(wěn)定性。在其組分不變時(shí)提高氫氧化鈉的含量，沉積度將有所提高。但當(dāng)增至一定的量時(shí)，銅的沉積度則變化不大，溶液易于分解。氫氧化鈉也不宜過(guò)低，過(guò)低會(huì)使沉積度緩慢甚至停止。在化學(xué)鍍銅中銅離子在催化表面上被甲醛還原成金屬銅外還有如下沉積銅的反應(yīng)：
2Cu2++HCHO+5OH-→Cu2O+HCOO-+3H2O (2)
Cu2O +2HCHO+20H一→Cu+H2+2HCO0一+H20 (3)
由于催化表面被沉積金屬覆蓋，沉積反應(yīng)就會(huì)自動(dòng)中止，所以只能獲得有限厚度的鍍層。
在化學(xué)鍍銅實(shí)現(xiàn)α一Al2O3無(wú)機(jī)膜膜管的導(dǎo)電后，就可以進(jìn)行常規(guī)的電鍍了。由于Ni的化學(xué)穩(wěn)定性好，室溫時(shí)Ni表面生成一層可防止其接續(xù)氧化的NiO薄膜，其線性膨脹系數(shù)25—600℃時(shí)為l5.5×10-6K-1，并能被多種焊料潤(rùn)濕，化學(xué)鍍質(zhì)高，結(jié)合力好。電鍍時(shí)，將金屬制件(成品或半成品)作為陽(yáng)極。所鍍金屬作陰極棒浸入含有鍍層成分的電解液中，并通直流電。
……
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