专利名称：一种压电陶瓷表面电极的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种在压电陶瓷上镀覆金属电极的方法，具体涉及一种采用无氰化学镀金技术在压电陶瓷上镀覆镍-金复合电极的方法。
背景技术：
压电陶瓷是一类具有压电效应，并可使机械能和电能互相转换的信息功能材料，被广泛应用于医学、电子、航空航天等领域。但是，压电陶瓷固有的电绝缘性严重限制了其应用与发展，因此必须在其表面镀覆电极。目前，压电陶瓷所采用的电极材料多为银和镍，但银电极需要在800°C高温下焙烧才可获得，工艺复杂，不易操作。镍电极制备工艺简单，稳定性略差，长期置于空气中易被氧化，因而对电极材料的焊锡性与焊接强度会产生一定影响。金具有化学性质稳定、在高温下不易氧化、电阻率和接触电阻较低、导电性好等优点，并具有良好的延展性能和焊接性能，是一种非常好的电极材料，被广泛应用于各个领域。镀金后的镍-金复合电极，在电性能、可焊性、耐蚀性等方面都有明显的提高。目前金电极的制备方法主要有电镀、离子溅射和化学镀，采用电镀和离子溅射法制备的金电极成本高且结合力差，而常见的硫氰化物化学镀金方法，虽可得到性能优异的镀层，但氰化物有剧毒，且须在高温强碱条件下才能进行，容易腐蚀镀件。因此，这些方法均不适合于制备压电陶瓷的金电极，必须研究探索一种新的、适合于压电陶瓷的无氰化学镀金方法，为压电陶瓷材料的应用与发展提供更广阔的前景。
发明内容
本发明的目的是提供一种压电陶瓷表面电极的制备方法，本方法在压电陶瓷镍电极表面采用无氰化学镀技术镀上一层金属金，避免了镍电极的不足，为压电陶瓷材料的应用与发展提供更广阔的前景。本发明以PZT、PMN (铌镁酸铅基压电陶瓷)、PLN (铌锂锆钛酸铅基压电陶瓷)、PBaS(锶钡改性锆钛酸铅压电陶瓷)、PSnN (铌锡改性锆钛酸铅压电陶瓷)等压电陶瓷为镀件，镀件可为片状、块状、弧形、环形等各种形状，采用先化学镀镍、后化学镀金的全化学镀过程在压电陶瓷表面镀镍-金电极，具体技术方案如下:
一种压电陶瓷表面电极的制备方法，其特征是:在压电陶瓷表面镀上一层金属镍，然后用化学镀的方法在镍镀层表面镀上金，得到镍-金复合电极，所用镀金液为水溶液，其中包含以下浓度的成分:Na3Au (SO3)2 1.2-2.8g/L，Na2SO3 8_25g/L，KH2PO4 10_25g/L，镀金液中还包含C2H8N2, C2H8N2的浓度保持与金的摩尔比为6-20:1。上述制备方法中，镀金液的pH为6.5-7.5。上述制备方法中，镀金的具体过程是:将镀镍后的压电陶瓷放入镀金液中，在45-55°C下进行镀金，并不断搅拌，镀层达到 所需厚度后将压电陶瓷取出并清洗干净。上述制备方法中，镀镍技术可以使用现有技术中公开的任意在压电陶瓷上镀镍的技术。上述制备方法中，镀镍优选的采用下述方法:镀镍时，将压电陶瓷进行粗化、敏化、活化处理后放入镀镍液中进行镀镍。所用的粗化液、敏化液、活化液、镀镍液如下:
1、粗化所用粗化液为密度1.0-1.5g/cm3的混合无机酸与水的混合液，无机酸与水的体积比1:2~4 ；
2、敏化所用敏化液为SnCl2 2H20和浓盐酸的水溶液，SnCl2 2H20在水中的含量为26-35g/L，浓HCl在水中的含量为45-55mL/L ；
3、活化所用的活化液为钯盐活化液或镍盐活化液，其中，钯盐活化液是将PdC12和浓盐酸溶于水中配制而成，PdCl2含量为0.3-0.5g/L、浓HCl含量为9.9-llmL/L ;镍盐活化液是将乙酸镍和硼氢化钠溶于无水甲醇中配制而成，乙酸镍的含量为64-68g/L，硼氢化钠的含量为64-68g/L ;优选的，钯盐活化液中，PdCl2含量为0.4g/L，镍盐活化液中，乙酸镍与硼氢化钠的浓度相同；
4、镀镍液为水溶液，其成分为NiSO4 7H20、NaC6H5O7 2H20、NaH2PO2 H20、NH4Cl 和 BSO添加剂，其中，NiSO4 7H20 浓度为 15-25g/L，NaC6H5O7 2H20 含量为 9_15g/L，NaH2PO2 H2O含量为18-30g/L，NH4Cl含量为30g/L，BS0添加剂含量为0.08-0.2g/L，pH 8-11。本发明所用的BSO添加剂为化学镀常用添加剂，其主要化学成分为糖精，学名邻苯甲酰磺酰亚胺，初级光亮剂。上述镀镍方法中，镀镍液的pH为9-9.6，优选为9.0。上述镀镍方法中，镀镍的具体步骤为: (1)将压电复合材料加入粗化液中，室温下处理5-30min，然后将压电复合材料放入沸水中清洗，以除去粗化液；
(2)将粗化后的压电复合材料放入敏化液中，室温下处理3-15min，然后用去离子水清
洗；
(3)将敏化后的压电复合材料放入活化液中进行活化处理，处理后用去离子水清洗；采用钯盐活化液的处理条件为室温下处理3-15min，采用镍盐活化液的处理条件为20_40°C下处理30min ；
(4)将活化后的压电复合材料放入镀镍液中，在25-50°C下进行镀镍，优选40°C，并不断搅拌，镀层达到厚度时停止镀镍，并将复合材料两边多余的镍层除去，即得。上述镀镍方法中，镀镍液的配制方法为:按配比称取各成分，然后将NaH2PO2 H2O与NH4Cl混合，配成B溶液，将NiSO4WH2O ,BSO添加剂与NaC6H5O7 *2H20混合，配成A溶液；将B溶液缓慢滴入A溶液中，用氨水调解pH，即得镀镍液。本发明镀制方法简便、灵活，可以适用于多种形状的压电陶瓷，所述压电陶瓷的形状可以为片状、块状、弧形、环形等。上述制备方法中，化学镀金时间可依据温度和所需镀层厚度而定，温度越高，镀速越大，镀层达到相同厚度所需时间越短。镀镍所需时间一般为IOmin左右，镀金所需时间一般为8-15min，所得镍电极层的厚度约为0.9iim，金电极层的厚度约为0.10-0.13 Um0图1、图2为本发明所得镀件的结构示意图。进一步的，本发明对镀金液可以进行进一步的改进，使其性能更佳。具体为:在镀金液中还可以添加添加剂成分，所述添加剂浓度为0.6-1.5g/L。所述添加剂为添加剂I或/和添加剂2，添加剂I和2的主要成分为聚乙二醇和聚丙烯酰胺。本发明所得电极的SEM断面和表面形貌如图3和图4所示，由图可见，镀层晶粒均匀密实，紧密的附着在镍层表面，且金镀层较薄，电极整体与压电陶瓷基底结合紧密。本发明采用无氰化学镀技术制备金电极，所制备的金电极具有均匀一致、耐腐蚀性强、孔隙率低、结合力好、可焊性强等优点，而且镀覆金层后电极的电阻率明显降低，明显低于镍电极。本发明简单易操作，不受工件形状的限制，能在不同性能和形状压电陶瓷的镍电极上镀上一层金，形成性能更优越的镍-金复合电极。采用无氰化学镀技术制备金电极，避免了剧毒氰化物的使用，更加环保、安全，降低了对设备的要求，镀液能反复使用，提高了经济效益。所得到的金电极均匀一致、化学性质稳定、电阻率低、耐腐蚀性强、孔隙率低、结合力好、焊接性能好，很好的满足了压电陶瓷的应用要求，提高了压电陶瓷的使用性能；另一方面，所得金镀层较薄， 降低了压电陶瓷材料的使用成本。
图1是本发明所得环形镀件的结构示意 图2是本发明所得片状镀件的结构示意 图3是镀件的断面SEM形貌图，图中切割断面规整程度的差异是由压电陶瓷、镍和金的材质不同引起的；
图4是镀件的表面SEM形貌 图5是电极经3M胶带粘贴后的SEM图，图中虚线内的黑点部位是粘贴后的轻微变化； 图6是本发明所得电极的塔菲尔曲线 其中，1、压电陶瓷，2、镍镀层，3、金镀层。
具体实施例方式下面通过具体实施例对本发明进行进一步的阐述，下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。本发明所用化学药品及试剂均能在市场上买到，所用压电陶瓷在普通压电陶瓷厂亦可买到，对其种类、形状、尺寸等均不做限定。下面实施例中所用的浓盐酸为37%的盐酸。所用的粗化液是由密度1.0-1.5g/cm3的混合无机酸和水按体积比1:2-4配制而成的，所述的无机酸包括硫酸、盐酸、硝酸、高氯酸等，混合比例以达到密度1.0-1.5g/cm3为宜。实施例1
1、镀镍所用的溶液如下:
权利要求
1.一种压电陶瓷表面电极的制备方法，其特征是:在压电陶瓷表面镀上一层金属镍，然后用化学镀的方法在镍镀层表面镀上金，得到镍-金复合电极，所用镀金液为水溶液，其中包含以下浓度的成分=Na3Au(SO3)2 1.2-2.8g/L，Na2SO3 8_25g/L，KH2PO4 10_25g/L，镀金液中还包含C2H8N2, C2H8N2的浓度保持与金的摩尔比为6-20:1。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是:在镀金液中还含有添加剂，浓度为0.6-1.5g/L ;所述添加剂为添加剂I或/和添加剂2，添加剂I和2的主要成分为聚乙二醇和聚丙烯酰胺。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是:镀金液的PH为6.5-7.5。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是:镀金的过程是:将镀镍后的压电陶瓷放入镀金液中，在45-55°C下进行镀金，并不断搅拌，镀层达到所需厚度后将压电陶瓷取出并清洗干净。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征是:镀金所需时间为8-15min。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是:镀镍时，将压电陶瓷进行粗化、敏化、活化处理后放入镀镍液中进行镀镍； 粗化所用粗化液 为密度1.0-1.5g/cm3的混合无机酸与水的混合液，无机酸与水的体积比 1:2-4； 敏化所用敏化液为SnCl2 2H20和浓盐酸的水溶液，SnCl2 2H20在水中的含量为26-35g/L，浓HCl在水中的含量为45-55mL/L ； 活化所用的活化液为钯盐活化液或镍盐活化液，其中，钯盐活化液是将PdC12和浓盐酸溶于水中配制而成，PdCl2含量为0.3-0.5g/L、浓HCl含量为9.9-llmL/L ;镍盐活化液是将乙酸镍和硼氢化钠溶于无水甲醇中配制而成，乙酸镍的含量为64-68g/L，硼氢化钠的含量为64-68g/L ； 镀镍液为水溶液，其成分为 NiSO4 7H20、NaC6H5O7 2H20、NaH2PO2 H20、NH4C1 和 BSO 添加剂，其中，NiSO4 *7H20 浓度为 15-25g/L, NaC6H5O7 *2H20 含量为 9_15g/L, NaH2PO2 H2O 含量为 18-30g/L, NH4Cl 含量为 30g/L, BSO 添加剂含量为 0.08-0.2g/L，pH 8-11。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征是:镀镍的活化液中PdCl2含量为0.4g/L，乙酸镍与硼氢化钠的浓度相同；镀镍液的PH为9-9.6。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征是:镀镍的具体步骤为: (1)将压电复合材料加入粗化液中，室温下处理5-30min，然后将压电复合材料放入沸水中清洗，以除去粗化液； (2)将粗化后的压电复合材料放入敏化液中，室温下处理3-15min，然后用去离子水清洗； (3)将敏化后的压电复合材料放入活化液中进行活化处理，处理后用去离子水清洗；采用钯盐活化液的处理条件为室温下处理3-15min，采用镍盐活化液的处理条件为20_40°C下处理30min ； (4)将活化后的压电复合材料放入镀镍液中，在25-50°C下进行镀镍，并不断搅拌，镀层达到厚度时停止镀镍，并将复合材料两边多余的镍层除去，即得。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征是:镀镍液温度为40°C;镀镍液pH为9.0 ;镀镍时间为IOmin ；镀镍液的配制方法为:按配比称取各成分，然后将NaH2PO2* H2O与NH4Cl混合，配成B溶液，将NiSO4.7H20、BSO添加剂与NaC6H5O7.2H20混合，配成A溶液；将B溶液缓慢滴入A溶液中，用氨水调解pH，即得镀镍液。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是:所述压电陶瓷的形状为片状、块状、弧形或环 形。
全文摘要
本发明公开了一种压电陶瓷表面电极的制备方法，其特征是在压电陶瓷表面镀上一层金属镍，然后用化学镀的方法在镍镀层表面镀上金，得到镍-金复合电极，所用镀金液为水溶液，其中包含以下浓度的成分Na3Au(SO3)21.2-2.8g/L，Na2SO38-25g/L，KH2PO410-25g/L，C2H8N2的浓度保持与金的摩尔比为6-20:1。本发明简单易操作，不受工件形状的限制，采用无氰化学镀技术制备金电极，避免了剧毒氰化物的使用，更加环保、安全，所得到的金电极均匀一致、化学性质稳定、电阻率低、耐腐蚀性强、孔隙率低、结合力好、焊接性能好，很好的满足了压电陶瓷的应用要求，提高了压电陶瓷的使用性能。
文档编号C04B41/90GK103242063SQ20131017219
公开日2013年8月14日 申请日期2013年5月10日 优先权日2013年5月10日
发明者张颖, 黄世峰, 周美娟, 徐东宇, 张娜, 程新 申请人:济南大学