Гальванические покрытия диэлектриков - Мелащенко Н.Ф.
Скачать (прямая ссылка):
В качестве электропроводного подслоя в промышленности применяют сульфиды меди и электропроводные эмали. Это дает возможность расширить ассортимент диэлектриков, пригодных для получения гальванических покрытий,
59
снизить стоимость процесса формирования электропроводного подслоя, исключить применение драгоценных металлов. С помощью электропроводных эмалей можно решить проблему нанесения покрытий на гигроскопичные и пористые материалы (дерево, кожу, гипс, полиуретан и т. п.). Но ряд недостатков, присущих этим способам, не позволяет широко использовать их для получения гладких защитно-декоративных покрытий.
Химическое никелирование
Основы процесса. Химическое осаждение никеля возможно на активированной (преимущественно соединениями палладия) поверхности диэлектрика. В начальный период оно происходит только на отдельных частицах катализатора (рис. 18), а затем продолжается автокаталитически. Постепенно частицы увеличиваются и сливаются в сплошное покрытие. Процесс продолжают до получения толщины, обеспечивающей электропроводность, достаточную для последующего нанесения электрохимических покрытий (обычно 0,3 — 0,8 мкм).
Рис. 18. Частицы химически осажденного никелевого покрытия на активированном диэлектрике в начальный период формирования покрытия при размере полусфер, мкм: а—0,02; 6 — 0,06; в—0,1; г—0,2
60
Рис. 19. Зависимость средней скорости осаждения покрытия (Ош) от pH аммиачного раствора никелирования при продолжительности процесса:
1 — 30 мин; 2—1 ч; 3—6 ч; температура, °С;
1—20; 2, 3—30
Для начала реакции химического восстановления никеля на активированной поверхности диэлектрика должно быть 0,1 — 1,0 мг/м2 палладия.
При выборе растворов химического никелирования учитывают, что многие диэлектрики имеют небольшие жесткость и теплостойкость и более высокий по сравнению с металлами коэффициент линейного теплового расширения. Поэтому часто стараются не применять растворы с высокой рабочей температурой (выше 60 °С), а также те из них, которые дают напряженные осадки. Растворы, регламентированные ГОСТ 9.305 — 84, применяют лишь для диэлектриков, выдерживающих температуру обработки 75 — 90 °С и более (стеклопластики, кварц и др.).
Для химического никелирования пластмасс используют низкотемпературные гипофосфитные кислые (pH=4 — 7) и Щелочные (рН=8 —11) растворы. Наибольшее применение в промышленности получили щелочные аммиачные растворы. Они просты по составу, обладают высокой стабильностью и низкой чувствительностью к солям палладия, Работают при 30 — 40 °С, а иногда и комнатной температуре. В качестве восстановителя служит фосфорноватисто-кислый натрий (гипофосфит натрия), а комплексообразова-теля и буфера — соли аммония или смесь солей аммония
61
и цитрата. Для обеспечения более надежной работы в их состав вводят стабилизаторы: соединения свинца, тиосоеди-нения, цианиды и др.
Скорость никелирования в аммиачных растворах достигает максимума при pH ==8 — 8,5 (рис. 19). При повышении температуры она возрастает и при 90 — 95 °С может достигать 20 — 30 мкм/ч.
Согласно электрохимической трактовке авто каталитическое восстановление никеля гипофосфитом протекает по суммарному уравнению, отражающему сопряженные реакции анодного окисления гипофосфита и катодного восстановления никеля:
NL
Ni2+ + 2Н2Р07 + 2Н20 - Ni + 2Н2РОГ + Н2 + 2Н+
(при рН<6) (14)
и Ni2+ + 2Н2РОГ + 2Н20 ™ Ni + 2НР023~ + Н2 + 4Н+ (при рН>6). (15)
Одновременно происходит выделение фосфора:
4Н2РО^ + 2Н+ -*¦ 2Р + 2Н2РО? + Н2 + 2Н20 (16)
и разложение гипофосфита:
Nt
Н№ + НаО Н2РО^ 4- На. (17)
Практически на осаждение 1 г покрытия расходуется
4,0 — 4,5 г гипофосфита. При этом коэффициент его использования достигает 70 — 90 % (при расчете по уравнениям реакций (14) и (15).
Свойства покрытия. Покрытия, получаемые из щелоч-
ных растворов, содержат 3 — 7 и из кислых—6 — 15 фосфора преимущественно в виде перенасыщенного твердого раствора в никеле. Но распределение его в осадках довольно неравномерное, что может вызвать слоистость покрытий.
Цвет.............................От светло-серого до
темно-серого
Плотность, г/см3................. 7,9—8,25
Структура при массовой доле фосфора, %:
<7...............................Кристаллическая
>7............................... Аморфная
Твердость по Виккерсу, МПа, при
массовой доле фосфора, % :
3—7 ......................... 7000
62
9—11 5800
10—13 5200
Твердость после термообработки при 400 °С, МПа . 9000—10000
Предел прочности при растяже-жснии, МПа 400—800
Модуль упругости, МПа 120 000
Модуль упругости после термообработки при 400 °С, МПа . 190 000
Относительное удлинение при разрыве, % 1—3
Коэффициент линейного теплового расширения, 10~6/°С . 13-14,5
Удельное объемное электросопротивление, мкОм-см .... 30-60
Присутствие фосфора в химически осажденных покрытиях удельное объемное сопротивление увеличивает по сравнению с чистым никелем в среднем в 4,5 — 8,7 раза. Значительное влияние на электросопротивление оказывают также факторы, изменяющие структуру покрытия: состав раствора, его pH и температура, толщина покрытия.
