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丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)塑料直接电镀是塑料电镀史上的重大突破。粗化是实现胶体钯在ABS表面吸附的前提和获得良好结合力的必要条件,表面改性是降低胶体钯浓度和减少漏镀的有效方法,而高分散性、粒度小的胶体钯活化液是成功实施直接电镀的关键。本文通过改变实验参数制备出可在ABS表面直接电镀的胶体钯活化液,在传统的基础上提出表征胶体钯活化液的新方法,研究了ABS塑料直接电镀的过程,并将原来只用于PCB孔金属化的Phoenix工艺用于ABS塑料。 用原子力显微镜(AFM)测试粗化前后ABS表面的粗糙度和镀层的形貌;用X-射线光电子能谱(XPS)对不同处理过程ABS塑料的表面性能及镀层进行了测试;胶体钯的活性分别采用紫外-可见吸收光谱(UV-VIS)、纳米粒度分析仪、立体显微镜、分形维数、混合电位-时间曲线和循环伏安曲线来表征;X-射线衍射仪(XRD)用来检测铜镀层的晶体结构;X-射线荧光光谱(XRF)测量镀层中各元素的含量;扫描电子显微镜(SEM)用来观察电镀不同时间铜镀层的形貌。 采用含痕量钯离子的铬酐-硫酸溶液对ABS塑料表面进行化学粗化,随着Pd2+离子浓度的增加,ABS塑料表面的粗糙度降低;粗化后ABS表面O:C原子浓度由1:1.5升高到1:1,形成了大量的O=C-O官能团。结果表明,具有孤对电子的N和O是吸附胶体Pd/Sn的活性点。表面改性步骤是将3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTS)和阳离子表面活性剂吸附在ABS表面,使得ABS表面的O和NH2含量增加;改善了ABS表面的荷电状态,相同条件下使得Pd/Sn活化液在ABS表面的吸附量由0.95 mg·dm-2增加到1.07 mg·dm-2。 采用液相还原法制备了几种不同分散性的活化液,分散性好的胶体钯溶液的紫外-可见吸收峰相对较宽,经过活化可以进行直接电镀。低温制备和香草醛加入到胶体钯溶液中可以提高分散性和减小胶团粒度(从568.5nm减小到346.1nm)。经催化活性高的胶体钯活化的铜电极化学镀诱导时间短,而活性低的诱导时间长。采用活性高的活化液活化后铜电极在HClO4溶液中循环伏安曲线析氢电位较正,析氢峰较明显。 胶体钯的团聚体结构在溶液中稳定,经过10天的观察,未见有团聚发生。Pd粒子在溶液中的聚集状态具有典型的分形特征。在胶体钯溶液的制备过程中,首先形成的是大量的小颗粒,然后颗粒运动形成钯聚集体。聚集体的形成过程是团簇-团簇聚集模型(CCA),钯胶团具有CCA的分形结构。采用显微镜照相技术和图像处理技术来计算钯聚集体的大小与分维数。利用Fractalfox2.0软件计算图形的分维数,结果表明,低温下可获得分散性较好的胶体溶液,分维数为1.5682,粒子相互粘接形成更大团簇的概率较小;高温制备的胶体溶液的分维数为1.4507,粒子容易粘接。 胶体钯在ABS塑料表面的吸附过程为:粗化后,ABS表面形成大量亲水性含氧官能团;活化过程中Pd通过dsp2杂化与具有孤对电子的N和O形成化学键。 采用含有铜离子和络合剂的碱性解胶液对活化后的ABS表面进行解胶。在强碱性溶液中,Sn2+可将Cu2+还原为Cu或Cu2O;同时,在Pd的催化作用下,Sn2+在溶液中发生歧化反应生成Sn沉积在ABS的表面,增强了塑料表面的导电性。 考察了在覆盖有Pd的非导体表面电沉积铜的初始阶段,发现非导体在电沉积前其面电阻高达100MΩ·cm-1,却可以实现较快速度的电沉积,该过程的推动力是生长前沿高达106A·dm-2的电流密度。先沉积的铜层起到挂具的作用直到整个非金属表面被完全覆盖。最初沉积的铜层是以Pd簇为中心的不规则块状,其大小为2~5μm2,随后在众多连续块状有晶体缺陷的高能表面沉积出具有立方形状的铜晶体。