一种蓝宝石加工用的金刚石线的电镀设备的制作方法

本实用新型是关于一种蓝宝石加工用的金刚石线的电镀设备，属于硬脆材料的加工领域。

背景技术：

蓝宝石晶体具有优异的光学性能、物理性能和稳定的化学性能，广泛应用于高亮度LED衬底材料、各种光学器件和窗口材料。蓝宝石晶锭的加工过程中，需要利用金刚石线锯。目前，金刚石线的主要制备方法，是在金刚石微粉分散的镍水溶液中，利用钢丝做混合电镀，形成镍层固定金刚石。这种电镀方法有一些不足: 金刚石微粉分散在电镀液中，直接参与电镀反应的微粉很少，一般完成制备金刚石线时，电镀液中仍有大量的金刚石微粉悬浮，金刚石微粉的利用效率很低。另外，水溶液中的电镀镍反应伴随着析出氢气的过程，电镀条件发生改变时，析氢过程会严重影响电镀镍层的力学性能，降低金刚石线的使用寿命。

离子液体是指温度较低或室温时，稳定存在的熔融盐，一般由阳离子和阴离子共同组成。相比于水溶剂，离子液体有很多优势: 第一，电化学窗口大，没有析出氢气的过程；第二，蒸汽压极低，几乎不会蒸发，有利于控制电镀条件；第三，离子液体的使用量少，产生废液少，并可以循环利用，有利于保护环境。因此，离子液体在未来的电镀产业中应用前景广阔。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种不但可以降低成本，而且金刚石在钢丝线表面固定牢固，可提高金刚石线的使用寿命，从而降低蓝宝石加工过程成本的蓝宝石加工用金刚石线的电镀设备。

本实用新型的目的是这样实现的：它包括电镀槽1、两对特氟龙转轮和固定架、直流电动机5、金刚石粉箱4、两块镍板阳极3和恒流脉冲电源，金刚石粉箱4设置在电镀液的上方，两对特氟龙转轮和固定架分别安装在电解槽内部与上方，一对特氟龙转轮和固定架浸入电镀液中，另一对特氟龙转轮和固定架设置在电解槽液面之上，钢丝线2设置在钢丝线卷9上并穿过特氟龙转轮联接在金刚石线卷6上，钢丝线2沿着特氟龙转轮从右向左运动经过电镀槽，直流电动机5与金刚石线卷6通过皮带传动对电动机进行周期性通电；金刚石粉箱4箱底部有开孔阵列，两块镍板阳极3相联并且电极平面相互平行，钢丝线2的中心轴位于两块阳极板距离的中心点，连接恒流脉冲电源阳极；阴极滑块10搭在钢丝线2上，连接恒流脉冲电源阴极，清洗喷头7和红外灯8设置在金刚石线卷6上方，整个系统放置在手套箱中，惰性气体的气氛下使用。

本实用新型还有这样一些特征：

1.所述的金刚石表面的镍纳米颗粒，由氢气或一氧化碳等还原气氛在高温下还原氢氧化镍而得。

2.所述金刚石微粉箱在电镀液面上3~5cm，周期性播撒表面固定镍纳米颗粒的金刚石微粉。

3.所述直流电动机与金刚石线卷通过传动皮带相联，电动机转动带动线卷收线，电动机只在不发生电镀反应时通电工作。

本实用新型采用离子液体和镍盐的混合物作为电镀液。金刚石微粉表面固定了镍纳米颗粒，并且此种金刚石微粉不在电镀液中直接分散，而是采取周期性自由落体给料的形式，提高了金刚石微粉的使用效率，节约了金刚石微粉的成本。当表面固定了镍纳米颗粒的金刚石微粉下落到钢丝线周围时，开通脉冲电源，镍阳极溶解的同时，在钢丝线阴极上析出镍金属层，并包裹金刚石微粉形成金刚石线。当电镀时间终了后，开动直流电动机收线，重复以上的电镀过程，可以不间断地制备金刚石线。电镀后的金刚石线，经过洗涤和红外烘干后收集成为金刚石线卷。

本实用新型的有益效果有：

1.利用离子液体作为电镀液的溶剂，避免了水溶液中的析氢反应，有利于

控制镍层的机械强度，并提高金刚石线加工蓝宝石时的使用寿命。

2.金刚石微粉表面固定了镍纳米颗粒，增加金刚石微粉颗粒与镍层的作用

面积，使得线上的金刚石颗粒更加牢固，提高金刚石线加工蓝宝石时的

使用寿命。

3.金刚石微粉不在电镀液中直接分散，采用了自由落体播撒的方式。由于

离子液体粘度较大，金刚石粉下降速度慢，聚集在钢丝线周围，使得钢

丝周围的金刚石粉浓度高。通电电镀后，可达到利用少量的金刚石微粉，

却得到高覆盖密度金刚石线的效果。提高了金刚石微粉的利用效率, 有

效降低了加工蓝宝石时的工艺成本。

4.离子液体的使用量很少，并且可以再生后循环使用，有利于保持环境。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对利用本实用新型设备电镀金刚石线的过程进行详细说明。

结合图1，本实施例包括电镀槽1、特氟龙转轮和固定架、直流电动机5、金刚石粉箱4、两块镍板阳极3和恒流脉冲电源，一对特氟龙转轮和固定架浸入电镀液中，另一对特氟龙转轮和固定架在液面之上，钢丝线2沿着特氟龙转轮从右向左运动，经过电镀槽后形成金刚石线，直流电动机5与金刚石线卷6通过皮带传动对电动机进行周期性通电，带动金刚石线卷收集电镀过程得到的金刚石线；金刚石粉箱4箱底部有开孔阵列，可以周期性向电解槽中撒下表面有镍纳米颗粒的金刚石微粉，金刚石微粉的直径在60 μm左右，金刚石微粉表面有1~5 nm 的镍纳米颗粒；两块镍板阳极3相联，并且电极平面相互平行，钢丝线2的中心轴位于两块阳极板距离的中心点；恒流脉冲电源输出恒流脉冲电流，阴极上的电流密度保持在40~80 mA/cm²，电镀时间保持在5~10 min；电镀液使用含有镍盐的离子液体，金刚石粉箱4设置在电镀液的上方，周期性播撒表面有镍纳米颗粒的金刚石微粉；当这种金刚石微粉下降到钢丝附近时，开通恒流脉冲电源，镍阳极溶解的同时，钢丝线上有镍金属析出，将金刚石包裹在钢丝线上，形成金刚石线。脉冲完成后，电动机开动绕线，将新鲜的钢丝线浸入到电镀液中。重复上述电镀过程，可以不间断地制备金刚石线。本实施例中含镍离子的离子液体电镀液，是由镍盐与离子液体共同组成。镍盐可以是无机镍盐或有机镍盐类；溶剂离子液体的阳离子可以是烷基季胺离子、烷基季磷离子、1，3-二烷基取代的咪唑离子或N-烷基取代的吡啶离子等中的一种，阴离子可以是BF4^-、BF6^-、NO3^-、CF3COO^-等中的一种。

本实施例将电解槽1依次利用丙酮、乙醇和水清洗干净，放置红外灯8下烘干。在电解槽内部与上方分别安装特氟龙转轮和固定架。从钢丝线卷9中找出钢丝线2的线头，穿过转轮联接在金刚石线卷6上。将两片镍阳极3固定在电解槽中，使得钢丝线的中轴在两阳极距离的中心点。然后，将阴极滑块10搭在钢丝线上，分别联接电路后，形成镍阳极和钢丝线负极。整个系统放置在手套箱中，惰性气体的气氛下使用。

本实施例利用的离子液体是1-正丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([Bmim]PF6), 使用的镍盐是氯化镍(NiCl2), 乙二醇(EG)是添加剂。[Bmim]:[NiCl2]:EG的比例范围保持在2:1:6~2:1:9。将得到的混合物电解液装入电解槽中，并保持浸入电解液的钢丝线与液面的距离在1 cm左右。选择60 μm左右的金刚石微粉，浸泡入氢氧化镍的水溶液，230℃下加热蒸发过程中，微粉表面上的氢氧化镍分解形成NiO和H2O，NiO附着在金刚石粉表面。再通入氢气或一氧化碳还原性气氛，400℃下加热2 h后, 还原成直径1~5 nm的镍纳米颗粒。将表面固定了镍纳米颗粒的金刚石微粉装入箱4中，在电解液上方3 cm处进行周期性播撒。

金刚石微粉进入电解液后，由于离子液体粘度较大，微粉在钢丝线周围的浓度较高，开通脉冲电源通电，保持电流密度在40~80 mA/cm²，电镀时间保持在8 min，镍阳极溶解的同时，钢丝线上析出镍金属层，将金刚石微粉包裹在钢丝线上，最终形成了金刚石线。金刚石微粉颗粒表面的镍纳米粒子有效地增加了金刚石与镍层的相互作用表面积，使得金刚石颗粒更加牢固，提高了金刚石线的使用性能。另一方面，播撒的金刚石微粉绝大多数被固定在钢丝线上，有效地提高了金刚石的利用效率。完成电镀后，金刚石线经过清洗喷头7的洗涤和红外灯的烘干。由直流电动机5带动金刚石线卷完成收线。同时，新的钢丝线浸入到电解液中重复进行电镀过程。通过不断重复这种操作工艺，本套设备可以不间断地制备高性能的金刚石线。