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影响人造金刚石表面化学镀镍磷合金形貌的因素研究

更新时间:2009-03-28

微电子产业、太阳能电池业的快速发展增加了对单晶硅片的需求量。国外已经成功研制出了微米级超薄型金刚石切割片,这种切割片的结合剂为树脂,而这种技术在国内目前还仍然处于研制阶段。其技术的突破点就在于如何为微米级金刚石磨粒表面获得刺状金属层从而提高金刚石颗粒与树脂结合剂之间的黏结强度。通过电镀方法虽然能够在微米级金刚石磨粒表面获得刺状金属层,却面临着微米级金刚石颗粒在电镀液中漂浮与阴极接触差而导致漏镀,甚至完全不能施镀的问题。但光滑或是少凸起的表面无法使金刚石颗粒表面与结合剂之间黏结力更大,因此通过改变化学镀中各反应条件来改变镀层形貌,获得的在金刚石磨粒表面球状凸起镀层,对微米级超薄型金刚石切割片产品的开发具有非常重要的意义[1-4]

1 实验方法

1.1 实验仪器

微米级金刚石化学镀搅拌装置;德国徕卡LEICA DMLP 型偏光显微镜;日本公司生产的JsM-5610Lv型扫描电镜[5]

1.2 实验装置图(见图1)

  

1 实验装置图

1.3 实验材料

本实验使用的人造金刚石为JR1型,粒度为120/140。

提出好的问题并设计成问卷,甚至可以与人工智能技术结合,用于中医诊断。百度公司前副总裁梁冬目前转行从事中医诊所事业,但他一直觉得中医不可能规模化、复制化。有一天,他碰到了一位从事人工智能研究的朋友,这位朋友将人工智能技术应用到中医研究上,改变了梁冬的看法。

1.4 化学镀Ni-P合金的反应机理

化学镀是使用适合的还原剂使溶液中的金属离子有选择地在拥有催化活性的表面上还原析出金属镀层的一种化学处理方法。反应式如下:

Ni·Cn2++RNi+nC+O

我院从临床护理工作的需求出发,对护士岗位、护理资源进行集中管理,把护士从传统的“科室人”变为“医院人”,简化了护理人员的调配流程,优化了护理管理模式[14], 真正实现了护理垂直管理。

(1)

d=f(t,pH值,cNi2+credO/VKBSn1n2ni……)

不是每一种基体金属都具有催化作用,在化学元素周期表中具有催化作用的金属是有限的。大部分具有催化作用的金属都集中在元素周期表中的第Ⅷ族,如钯、铹、铂、铁、钴、镍等元素和有些贵金属如金、银等,这些元素能引发次磷酸盐离子的氧化物,使其释放电子去还原金属镍离子。一旦在基体表面有镍,由于镍的催化能力,该过程将能够继续进行。

式(2)表示吸附在催化表面的原子氢是水和次亚磷酸根反应产生的。

这一理论导出的次磷酸盐的氧化和镍的还原反应可综合为:

EVA权重的设计过低,容易导致EVA实施较难具有执行力,使大家对其重视程度降低;过高则又可能因为资本成本率及调整项目因行业、企业各自不同情况影响可比性,甚至影响管理者积极性,所以,权重的设计也应根据行业分类及差异,设计合理。

用次磷酸盐做还原剂的化学镀镍的反应机制,目前还没有共同的结论,“电化学理论”“氢化物理论”“原子氢态理论”是比较流行的三种假设,其中原子氢态理论的认可度最高[3-4,6-11]。按照原子氢态理论,在化学镀镍反应过程中生态原子氢的析出是利用镀件表面的催化作用使分解析出的:

对所有患者开展肿瘤组织间碘-125放射性粒子植入术治疗。首先,为患者开展经皮穿刺植入法治疗。针对肝癌,颈部癌症,口腔癌,肾癌等患者,于局麻下采用放射性离子穿刺植入针开展手术。患者于CT定位下按照所需间距及粒子数经皮穿刺植入病灶内部,保证粒子纵横间距在1-2cm之间。针对食道癌患者,可根据患者食道病变长度和狭窄程度,选择合适的放射性离子食管覆膜支架,开展植入。方法与普通食管支架方法相同,植入放射性离子为碘-125离子。

 

(2)

丛恒雪(1992-),女,硕士生,研究方向:芳香植物的开发应用,email:conghengxue@sjtu.edu.cn;

在表面上使Ni2+还原成镍金属。

Ni2++2HadNi+2H+

(3)

 

(4)

2HadH2

(5)

式(3)表示吸附氢在催化表面上还原镍的过程。式(4)表示在还原磷过程中吸附氢的催化作用。式(5)被认为是原子态的氢生成氢气从而释放出来是与镍-磷还原同时进行。

1.3.3 生化指标及其他体格指标 在病历系统里查阅患者的腰围、臀围、糖尿病史、既往史、生活史(吸烟、饮酒)以及入院后48 h内进行的血生化C21检验、血压、血糖及胰岛素水平检测结果。

 

(6)

2 影响因素

2.1 亲水性

如同其它非金属材料一样,在人造金刚石表面通常可以通过除油—粗化—亲水化—敏化—活化—还原—化学镀这7个工艺步骤实施化学镀。考虑到研究工艺的三个目标:获得具有刺状形貌的金属镀层,对微米级人造金刚石施镀、金刚石与金属镀层间结合强度要高,我们对上述一般工艺步骤进行了改进,对各步工艺参数进行了比较与筛选,省去各流程间水洗步骤的具体工艺流程如图2所示。

  

2 工艺流程

由于化学镀是一种应用型技术,施镀时间的长短即镀速直接影响到经济效益。能够改变镀速的因素有很多,其中最主要的工艺参数是施镀温度及pH值。由于沉积过程中大多数反应都是吸热反应,需要能量,化学镀镍都是在高于60 ℃下进行的,一般温度多控制在80~90 ℃,提高温度对增进镀速有十分明显的作用[12]。据古茨捷茨的报道,温度每升高10 ℃,镀速增加1倍[13]。另一个影响镀速的主要因素是镀液的pH值,由上述反应方程(3)可见,当镍离子还原时,H+浓度增加。因而镀液的pH值必将影响反应动力学及镀速。当pH值升高,H+浓度减小,反应式(3)向生成物(金属镍)方向转变的速度加快,镀速增加,但是pH值对镀速的影响的程度还与镀液成分有关。此外,镍离子浓度、次亚磷酸盐浓度、络合剂、加速剂及稳定剂含量,甚至包括搅拌速度以及镀液装载量对镀速都有不同程度的影响[13-14]。所有因素概括起来,可以写成如下关系式[15]

  

3 亲水化处理对比图

2.2 化学镀工艺参数

化学镀工艺的差别反映在化学镀液的配方上,主要包括3个方面:①还原剂的种类(次亚磷酸盐型、甲醛型、硼氢化物型、肼型);②镀液的pH值(pH值为4~6的酸性镀液,pH值为8~10的碱性镀液);③镀液的温度(25~30 ℃的室温镀液,60~65 ℃的中温镀液,90~100 ℃的高温镀液)。这几个方面之间也有相互的交叉和相互制约。而检验一个化学镀液配方是否合适的指标主要包括两个方面:①镀液的稳定性;②镀速-镀层增重速度。

将镀液中主盐、还原剂、络合剂等镀液主要成分的浓度进行了改进,适当地增加主盐的浓度,虽然主盐浓度的增加会降低镀液的稳定性,但却可以形成凸凹不平并且较厚的镀层。适当增加还原剂等的浓度可以加快反应速度,使金刚石表面反应不均匀,从而产生突起的镀层。然而这些改变都会对镀液的稳定性有所影响,镀液会发生分解或反应过快镀液致使失效。为了解决上述情况,通过多次尝试实验,将搅拌贯穿于施镀过程的全过程,并且适当地降低温度,当镀液有失效现象时加入氨水使镀液恢复。

为了确保人造金刚石表面能表现出良好的亲水性,在化学镀预处理过程中增加一步亲水化处理,即用铬酸洗液浸泡的过程,使镀液与金刚石能很好地润湿与接触,这是确保微米级人造金刚石能否正常进行化学镀过程的关键步骤[1]。将人造金刚石粉末放入铬酸洗液中搅拌浸泡10 h,对比经铬酸洗液亲水化处理与未处理的人造金刚石粉末的化学镀镍实验结果发现,前者的增重速度明显高于后者,且镀覆过程中的损失较少,镀覆较完全。实验过程发现,经铬酸洗液亲水化处理后人造金刚石粉末在化学镀镍过程中几乎没有漂浮现象,而未经该亲水化处理的样品却存在一定的漂浮现象。未亲水化处理和亲水化处理后金刚石镍磷镀层的形貌对比见图3。

在建设“智慧西江”方面,肇庆市政府不断完善硬件设施建设,加快高新技术产品应用。在建设“协同西江”方面,肇庆市政府积极打造水上安全命运共同体。在建设“共享西江”方面,肇庆市政府借助“河长制”、市安全生产委员会、市水上搜救分中心等平台,涉水部门进一步加强了相关信息的交流和共享。在建设“绿色西江”方面,肇庆市政府不断提升西江防治船舶污染应急能力,建立西江船舶防污染联防联控联治机制。在建设“文化西江”方面,肇庆市通过不断强化共建交流,共享经济社会和文化建设成果。

式中:C,络合剂;n,络合剂的量;R,还原剂;O,氧化剂。

根据野外观察和岩矿鉴定等资料研究分析,按矿化类型、矿物共生组合特征及相互穿插关系,槐树坪金矿床矿石中矿物生成是多期和多阶段的,钾长石、绢云母、黄铁矿等生成时间最早,热液的侵入使原岩中的矿物产生蚀变,钾长石、石英、绢云母均为蚀变交代产物。

(7)

式中各参量含义:d镀速;t沉积温度;cNi2+Ni2+浓度;cred,还原剂浓度;O/V,镀液装载量;K,络和剂种类及含量;B,加速剂种类及含量;S,稳定剂种类及含量;n1n2ni其它因素如搅拌、杂质等。

从镀液的稳定性、镀层形貌、工艺过程的可控性几方面,对以醋酸-醋酸钠缓冲体系为特点的高温酸性镀液,与以柠檬酸盐为络合剂,以氨-氯化铵缓冲体系为特点的中温碱性镀液进行比较。结果发现,酸性镀液的镀速较快,但所获镀层的形貌呈平整光滑状,较少出现带有刺状的镀层,且酸性镀液因施镀温度高、醋酸根与镍离子的络合稳定常数较低,导致镀液的稳定性较差很容易发生自催化分解。碱性镀液镀速稍低,但施镀温度较低,且氨和柠檬酸根与镍离子的络合稳定常数较高,镀液较稳定,更主要的是在用碱性镀液较易在人造金刚石表面获得刺状镀层。分析原因可能是化学镀液中金属镍离子形成稳定性较高的络离子过程与还原过程相互竞争,导致镀速缓慢,施镀过程加长,使人造金刚石表面活性中心分布的不均匀性得以宏观地表现出来。

试剂成分如下所示:主盐,硫酸镍(NiSO4·6H2O);还原剂,次亚磷酸钠(NaH2PO2·H2O);络合剂,柠檬酸钠(C6H5Na3O7·2H2O);pH值调整剂,氨水(NH3);缓冲剂,氯化铵(NH4Cl);添加剂,硫脲、硼砂、表面活性剂。

其它试剂均为分析纯,离子水配制溶液。通过考察主盐浓度、还原剂浓度、络合剂浓度、稳定剂浓度、搅拌速度、温度、pH值等工艺参数对镀层形貌的影响,确定了获取球形突起的镍磷合金镀层的化学镀镍-磷镀液配方见表1。

 

1 化学镀镍-磷镀液配方

  

项目1号2号3号4号5号镀液配方及组分浓度 硫酸镍/g·L-13630322826 次亚磷酸钠/g·L-1208152410 柠檬酸钠/g·L-15070844535 氯化铵/g·L-15050503050 添加剂/g·L-10.10.150.20.250.3pH值9.0109.398温度/℃9087894090

经过不同配方的多次实验,并对个别浓度进行适当的调整,配方2、3、4、5虽然都可以在金刚石表面镀覆镍磷合金层,由于还原剂、主盐和其他成分的原因,镀层颜色发黑,并且没有球状形貌,或是球状突起不明显,而1号配方不仅可以在金刚石表面镀覆镍磷合金层,而且有较好的球状形貌[16]。因此,选配方1为最佳配方。镀液组成:硫酸镍,36 g/L;次亚磷酸钠,20 g/L;柠檬酸钠,50 g/L;氯化铵,50 g/L;添加剂,0.1 g/L;pH值,9.0;温度,90 ℃;连续施镀2 h。

最终获得的镀层形貌如图4所示。

  

4 化学镀覆球状镍-磷镀层的SEM

3 结论

利用铬酸洗液的浸泡是微米级金刚石具有了更好地亲水性,使其更好地与镀液接触从而完全参加反应,通过改变化学镀工艺参数以及镀液成分使人造金刚石表面可以获得球形突起状镍磷合金镀层。

参考文献

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