一种高导热石墨纤维表面无钯化学镀铜工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于材料表面处理的技术领域，具体涉及一种高导热石墨纤维表面无钯化 学镀铜工艺。
【背景技术】
[0002] 金属基石墨纤维复合材料具有高模量、高比强度等优良性能，在航天航空、材料等 领域具有广泛的应用前景。用表面金属化的石墨纤维做填料，所制得的结构复合材料可在 飞机蒙皮、汽车和发动机等领域作为高性能结构件使用，而制得的功能复合材料则利用材 料的高导热、导电、低膨胀系数和低密度等性能在热管理、电子器件封装、精密光学仪器、仪 表等领域有广泛应用，因此，表面金属化的高性能石墨纤维是一种极具吸引力的增强体。
[0003] 金属铜由于优异的延展性、导电性能和价格便宜等特点常被用作对石墨纤维表面 进行金属化改性。化学镀是常用的一种表面改性方法，它是在无外电流通过的情况下，利用 氧化还原反应，将溶液中的金属离子在具有催化活性的物件表面形成金属镀层的一种镀覆 技术。在石墨纤维/碳纤维表面进行化学镀铜已有很多工艺方法，但这些工艺方法需要使 用贵金属钯而导致成本较高等不足之处。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种高导热石墨纤维表面无钯化学镀铜工艺，采用该方 法，在不使用价格昂贵金属钯或者其它贵金属银的条件下，利用石墨纤维表面的自催化活 化性能，可以得到与使用钯进行化学镀铜相媲美的铜镀层，该铜镀层结合力强，表面完整细 致且光泽好，同时还降低了化学镀铜工艺的成本。
[0005] 本发明为解决上述技术问题所采用的方案为：
[0006] 一种高导热石墨纤维表面无钯化学镀铜工艺，该工艺是将石墨纤维经过粗化、中 和、敏化和还原后直接进行化学镀铜，其化学镀液包括硫酸铜、甲醛、酒石酸钾钠、2, 2'-联 吡啶、亚铁氰化钾及氢氧化钠。
[0007] 上述方案中，石墨纤维粗化的工艺是采用稀酸浸泡，所述稀酸溶液为10~40wt% 稀硝酸和稀硫酸的混合液，浸泡时间为10_30min。
[0008] 上述方案中，用次亚磷酸钠进行还原。
[0009] 上述方案中，其化学镀的基本参数为：五水硫酸铜15~20g/L、酒石酸钾钠15~ 20g/L、甲醛15~20ml/L、2, 2'-联吡啶3~10mg/L、亚铁氰化钾10~20g/L、氢氧化钠 10 ~20g/L，溶液pH12 ~12. 5,温度 40 ~50°C。
[0010] 上述方案中，以l〇g/L二氯化锡、40mL/L盐酸和0. 2g/L锡粒组成的溶液作为敏化 液。
[0011] 上述方案中，所述的石墨纤维的宽度或者直径为1~2mm，厚度为8~20ym，长度 为5~10mm〇
[0012] 上述方案中，化学镀铜后得到的镀层厚度为1. 72ym。
[0013] 本发明首先采用化学法对石墨纤维进行表面改性，以使石墨纤维表面粗化，增加 石墨纤维表面的亲水性，进而增加石墨纤维与铜镀层之间的结合力，将石墨纤维加入到 10-30%的稀酸溶液中浸泡，使其表面呈现沟槽状，浸泡时间为10-30min;然后将粗化后的 石墨纤维加入到稀氢氧化钠溶液中进行中和，以中和残留在石墨纤维表面的稀酸，然后清 洗至中性；经过敏华和还原后再将经过还原后的石墨纤维加入到镀液中进行化学镀铜，并 不断搅拌，用pH计测试镀液的pH值，观察石墨纤维表面颜色的变化，石墨纤维表面逐渐变 红，并有气泡冒出，15min后，取出石墨纤维，用蒸馏水洗净，放在红外灯下干燥，烘干。
[0014] 本发明的有益效果是：使用该工艺条件可避免使用贵重的钯活化步骤，降低工艺 成本。同时，能在石墨纤维表面快速形成铜镀层，镀铜速度达到4. 7mg/min，镀层厚度达到 7. 2ym，因此，本发明制备工艺简单，成本较低，重复性好，生产周期短；用该工艺方法可以 满足不同镀层厚度要求，镀层均匀、光泽性好、结合力良好。
【附图说明】
[0015] 图1为未经过任何处理的石墨纤维表面形貌图。
[0016] 图2为石墨纤维经过粗化处理后的表面形貌图。
[0017] 图3为石墨纤维表面进行化学镀后的铜镀层形貌图。
[0018] 图4为进行化学镀后与未进行化学镀的石墨纤维的粉末XRD图。
[0019] 图5为石墨纤维表面化学镀铜后铜镀层的厚度。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合【具体实施方式】对本发明作进一步描述，并非对其保护范围的限制。
[0021] 在本【具体实施方式】中：所述的石墨纤维为大截面带状石墨纤维或者圆柱状石墨纤 维，其宽度或者直径为1~2mm，厚度为8~20ym，长度为5~10mm。实施例中不再赘述。
[0022] 实施例1
[0023] (1)石墨纤维粗化：在烧杯中配制好10wt%稀硫酸和10wt%稀硝酸混合稀酸溶 液，将石墨纤维加入溶液中，搅拌lOmin后，过滤出石墨纤维。
[0024] (2)中和：将粗化的石墨纤维放入10wt%的稀氢氧化钠溶液进行中和，然后用蒸 馏水清洗石墨纤维表面至中性。
[0025] (3)敏化：将中和后的石墨纤维放入10g/L二氯化锡、40mL/L盐酸和0. 2g/L锡粒 组成的敏化液中，搅拌15min，再用蒸馏水小心清洗，放入烘箱烘干。
[0026] (4)还原：敏化后的石墨纤维放入30g/L的次亚磷酸钠溶液进行还原，5min后，用 蒸馏水冲洗干净。
[0027] (5)化学镀：前期处理好的石墨纤维，放入化学镀的溶液中进行化学镀。取出镀好 铜后的石墨纤维，用蒸馏水清洗干净，放在红外灯下干燥。干燥好后用扫描电镜观察其形 貌。其化学镀的基本参数如下：
[0028]
【主权项】
1. 一种高导热石墨纤维表面无钯化学镀铜工艺，其特征在于，该工艺是将石墨纤维经 过粗化、中和、敏化和还原后直接进行化学镀铜，其化学镀液包括硫酸铜、甲醛、酒石酸钾 钠、2, 2' -联吡啶、亚铁氰化钾及氢氧化钠。
2. 根据权利要求1所述的高导热石墨纤维表面无钯化学镀铜工艺，其特征在于，石墨 纤维粗化的工艺是采用稀酸浸泡，所述稀酸溶液为10~40wt%稀硝酸和稀硫酸的混合液， 浸泡时间为10_30min。
3. 根据权利要求1所述的高导热石墨纤维表面无钯化学镀铜工艺，其特征在于，用次 亚磷酸钠进行还原。
4. 根据权利要求1所述的高导热石墨纤维表面无钯化学镀铜工艺，其特征在于，其化 学镀的基本参数为：五水硫酸铜15~20g/L、酒石酸钾钠15~20g/L、甲醛15~20ml/L、 2, 2' -联吡啶3~10mg/L、亚铁氰化钾10~20g/L、氢氧化钠10~20g/L，溶液pH12~ 12. 5,温度 40 ~50°C。
5. 根据权利要求1所述的高导热石墨纤维表面无钯化学镀铜工艺，其特征在于，以 10g/L二氯化锡、40mL/L盐酸和0. 2g/L锡粒组成的溶液作为敏化液。
6. 根据权利要求1所述的高导热石墨纤维表面无钯化学镀铜工艺制备得到的，其特征 在于，所述的石墨纤维为带状或圆柱状石墨纤维，所述的石墨纤维的宽度或者直径为1~ 2_，厚度为8~20ym，长度为5~10_。
7. 根据权利要求1所述的高导热石墨纤维表面无钯化学镀铜工艺，其特征在于，化学 镀铜后得到的镀层厚度为1. 72ym。
【专利摘要】本发明涉及一种高导热石墨纤维表面无钯化学镀铜工艺。其技术方案是：采用大截面带状石墨纤维或者圆柱状石墨纤维为基体，进行粗化、中和、敏化和还原等前处理工艺后，再在石墨纤维表面进行化学镀铜。所述的大截面带状石墨纤维的截面形状近似为矩形，或者为圆柱状石墨纤维，其宽度或者直径为1～2mm，厚度为8～20μm，长度为5～10mm；所述的化学镀温度为40～50℃，pH为12～12.5。本发明工艺简单，避免使用价格昂贵的金属钯，成本较低，重复性好，生产周期短；用该工艺方法处理的石墨纤维镀层具有结合力强、镀层均匀光亮的特点。
【IPC分类】C23C18-18, C23C18-40
【公开号】CN104762614
【申请号】CN201510179313
【发明人】李艳军, 张业琼, 王毅, 徐苗, 夏洋洋, 谭莉, 罗子庚, 李轩科
【申请人】武汉科技大学
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2015年4月15日