专利名称：一种压电复合材料镍电极的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种在压电复合材料上镀镍电极的方法，具体涉及一种采用化学镀在压电复合材料元器件上镀镍电极的方法。
背景技术：
压电复合材料是指由至少一种压电相材料与非压电相材料按照一定的连通方式组合在一起而构成的一种具有压电效应的新材料。压电复合材料具有声阻抗低、易与水及人体组织等传播介质匹配、低机械品质因数、高静水压灵敏优值、温度稳定性好等一些特点在水声、超声、电声以及其他方面得到了广泛应用。由于压电复合材料是无机非金属材料压电陶瓷和有机物材料聚合物复合而成，若使电极同时在压电陶瓷和聚合物上具有良好的附着强度，并达到均勻一致性非常困难，从而限制了压电复合材料的使用范围。因此研制适合于压电复合材料的电极，使其发挥优良的压电性能，对压电复合材料的推广应用具有非常重要的意义。目前，压电陶瓷电极的制备方法普遍采用的是烧渗银，此法焙烧温度是800°C，而压电复合材料中的非压电相聚合物，不能承受如此高的温度。因此，此法不适用于压电复合材料电极的制作。目前制备压电复合材料的电极方法多采用涂银浆、喷金工艺等，采用涂银浆方法制备的电极结合强度与均勻性差，而喷金工艺原料及设备昂贵，使产品成本太高，失去市场竞争力。化学镀工艺是不需外加电流，在具有自催化活性的材料表面通过溶液中化学还原反应进行的金属沉积过程。采用化学镀工艺获得的镀层还具有以下优点(1)不论物体形状如何复杂都能得到均勻一致的镀层；( 沉积镀层具有独特的化学、物理和机械性能； (3)镀层在材料表面附着力强，镀层细密，大面积镀覆合格率高；(4)投资少，简便易行，工艺方法简单，生产本低，对环境的污染较小。由于化学镀的以上优点，其已经成为金属和非金属表面金属化的有效手段，其工艺流程也经过了大量的研究。但是，将化学镀用于制备压电复合材料的电极还未见报道，压电复合材料是由压电陶瓷和聚合物组成，这两者采用一般的非金属表面化学镀的方法不能生成正常的镀层，聚合物无法附着电极，因此必须研究探索一种新的、适合压电复合材料的化学镀方法才能使这两种不同材料具有相近的自催化活性，从而获得均勻一致的镀层。
发明内容
本发明的目的是提供一种压电复合材料镍电极的制备方法，本方法对现有化学镀镍方法的工艺进行改进，使压电复合材料中的陶瓷和聚合物能同时镀上镍，形成电极材料且电极镀层均勻。本发明是通过以下措施实现的
一种压电复合材料镍电极的制备方法，其特征是采用化学镀的方法制备，将压电复合材料经粗化、敏化、活化后放入镀镍液中进行镀镍，得到镍电极，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PdCl2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。所用钯盐活化液中，PdCl2最佳含量为0. 4g/L，所用镍盐活化液中，乙酸镍与硼氢化钠的浓度相同时最佳。所用镀镍液为水溶液，其成分为NiSO4 ·7H20,NaC6H5O7 ·2H20,NaH2PO2 .H2CKNH4Cl 和 BSO添加剂，其中，NiSO4 ·7Η20 浓度为 15_25g/L，NaC6H5O7 ·2Η20含量为9_15g/L，NaH2PR ·Η20 含量为18-30g/L，NH4Cl含量为30 g/L，BSO添加剂含量为0. 08-0. 2g/L，镀镍液用氨水调解pH至8-11，优选调至9-9. 6。镀镍液的配制方法为按配比称取各成分，然后将NaH2PA · 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。粗化所用粗化液是密度1. 0-1. 5g/cm3的混合无机酸与水的混合液，其体积比 1 2-1:4,所用的无机酸包括盐酸、硫酸、硝酸、高氯酸等。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 ^-35g/L，浓HCl在水中的含量为45-55ml/L。本发明所述的压电复合材料的组成为压电陶瓷和聚合物，所述聚合物包括环氧树脂、硅胶、高温胶等。具体的，本方法包括以下步骤
(1)将所需尺寸的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 30-50min ；
(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。上述方法中，镀镍时间按照镀层厚度和温度的不同而不同，温度越低，镀镍速度越小，花费时间越长，一般在3-15min可达到厚度要求，在实际操作时可根据需要进行调整。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。本发明采用科学、合理的镀镍工艺对压电复合材料进行镀镍操作，能够在压电陶瓷和聚合物上同时镀上电极，为使用提供便利。经过大量实验总结，在镀镍时，采用25-50°C 的温度范围，在此范围内镀镍速度快，镀层均勻。图1为镀液温度对镀速的影响，从图中可以看出，随着温度的升高镀镍的速度也随之升高。图2、3、4分别是在30°C、4(TC、5(rC下镀镍所得镍层的3000倍SEM图，从图中可以看出，图2、3、4中的镍层均附着在压电复合材料的压电陶瓷和聚合物上。图3中镍层排列规律，而图2和4有堆积、团聚现象出现。由此可以看出，温度的选择不能只看镀镍速度，还要全面考虑所得镀层的性能。除此以外，镀镍液的PH对镀层的形成也至关重要。图5和6分别为pH8. 0、9. 2时所得镀层的3000倍SEM 图像，从图中可以看出，PH8.0时的镍层有堆积、团聚现象出现，而pH9.0时镍层排布比较规律、均勻，由此可见，PH变化对镀层的性能也有较大的影响。为了使压电复合材料中的不同成分能够同时镀上电极，本发明对化学镀工艺进行了改进，将活化工艺进行了选择、优化，采用钯盐活化液和镍盐活化液对材料进行活化。钯盐活化法是使用氯化亚锡等还原剂将钯离子还原为金属钯，使其沉积或吸附在基体表面， 它具有活化效果好、工艺简单等特点，是目前最有工业价值的金属活化液。镍盐活化法是通过选用合适的还原剂，将镍盐溶液中的金属离子还原，从而获取金属颗粒，无钯活化工艺较传统的钯活化法成本低、污染小等优点，具有非常广阔的研究前景。通过这两种活化方法， 使压电陶瓷和聚合物具有相近的催化活性，从而能够通过化学镀的方法在两种不同的非金属材料上同时镀上电极，且镀层均勻，结合力强。此外，在镀镍过程中也对镀镍液进行了改进，使镀镍温度温和，镀镍时间快，镀层厚度易控制，镀液寿命长。除上述改进外，将粗化工艺进行了选择、优化，本发明在粗化工艺中使用的是密度约为1.0-1.5g/cm3 (优选1. 2g/cm3)的混合无机酸溶液。摒弃了现今普遍使用的氢氟酸的水溶液、氢氟酸和硝酸的混合溶液、三氧化铬和氢氟酸或者硫酸的混合溶液、磷酸、氢氧化钠等粗化工艺。本工艺使用的粗化液具有成本较低、污染少、低温度(低能耗)、粗化液稳定等优点。本发明不需要昂贵设备，能在复杂元件表面沉积镍，镀镍的速度快，镀层厚度易调控，所得镍电极镀层厚度均勻致密，镀层结合力强，均一性好，耐磨性好，抗蚀性能好，可焊性好，使用寿命长，可以满足复合材料应用的需求。
图1为镀液温度对镀速的曲线；
图2为30°C时所得镀层3000倍SEM图像； 图3为40°C时所得镀层3000倍SEM图像； 图4为50°C时所得镀层3000倍SEM图像； 图5为pH=8. 0时所得镀层3000倍SEM图像； 图6为pH=9. 2时所得镀层3000倍SEM图像； 图7为实施例1所得镀层5000倍SEM图像； 图8为无钯活化镀层5000倍SEM图像。
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，应该明白的是，下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。本发明所用的所有化学药品均能在市场上买到，其出处在此不再赘述，下面实施例中所用的浓盐酸为37wt%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。下述实施例中所用的环氧树脂、高温胶和硅胶均能在市场上买到，所用的环氧树
5脂包括缩水甘油胺类环氧树脂和线型脂肪族类环氧树脂，市场上买到的型号均能应在本发明中。 采用钯盐活化液进行化学镀反应实施例1
所用的溶液如下
权利要求
1.一种压电复合材料镍电极的制备方法，其特征是采用化学镀的方法制备，将压电复合材料经粗化、敏化、活化后放入镀镍液中进行镀镍，得到镍电极，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Pdci2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。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是=PdCl2含量为0.4g/L。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是乙酸镍与硼氢化钠的浓度相同。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是所述镀镍液为水溶液，其成分为 NiSO4 · 7H20、NaC6H5O7 · 2H20、NaH2PO2 · H2O, 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 30 g/L，BSO 添加剂含量为 0. 08-0. 2g/L，pH8_ll。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征是镀镍液pH为9-9.6。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是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。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是所述压电复合材料的组成为压电陶瓷和聚合物，所述聚合物包括环氧树脂、硅胶或高温胶。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是包括以下步骤(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8所述的制备方法，其特征是镀镍液的配制方法为按配比称取各成分，然后将NaH2PR · 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。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征是镀镍温度为35-45°C。
全文摘要
本发明公开了一种压电复合材料镍电极的制备方法，采用化学镀的方法制备，将压电复合材料经粗化、敏化、活化后放入镀镍液中进行镀镍，得到镍电极，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PdCl2溶于一定的盐酸溶液中配制而成，PdCl2含量为0.3-0.5g/L、浓HCl含量为9.9-11ml/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。本发明镀镍速度快，镀层厚度易调控，所得镍电极镀层厚度均匀致密，镀层结合力强，均一性好，耐磨性好，抗蚀性能好，可焊性好，使用寿命长，可以满足复合材料应用的需求。
文档编号C23C18/18GK102337526SQ201110271920
公开日2012年2月1日 申请日期2011年9月15日 优先权日2011年9月15日
发明者周美娟, 孙敏, 张颖, 程新, 郝超, 黄世峰 申请人:济南大学