1、 本科 毕业 设计 (论文 ) （二零 届） 非钯活化的织物化学镀技术的研究 所在学院 专业班级 纺织工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 II 摘 要 ： 面对日趋恶化的电磁污染，为有效降低电磁辐射的危害，人们采用了许多方法，开发防电磁污染新材料越来越受到人们 的重视。化学镀金属织物是一种很好的电磁波屏蔽材料，它兼有金属的导电、电磁波屏蔽特性和织物的柔软、透气等特性。作为一种能够在电磁环境中进行电磁辐射防护的防护载体，已成为纺织的焦点。 大多数织物的前处理都采取上述“粗化、敏化、活化”步骤 ,但是工序繁杂 ,成本较高。采用非活化钯技术对织物进行化学镀，对人体伤害小 ,成本低
2、，布面与金属的结合力提高 ,织物表面电阻降低 ,织物厚度较薄 ,各方面的性能优良。 本文先对增重率、电阻值、电磁屏蔽性能的相关性研究表明，镀后织物的防辐射性能远优于一般的涤纶织物。然后对镀层织物的透气性、硬 挺度、强力性能的相关性研究表明，由于镀层织物的厚度增加，透气性不是很好，但刚柔性、强力综合服用性能优良。最后得出非钯活化镀银织物和化学镀镍织物非活化液的工艺配方。 关键词 ： 化学镀；非活化；导电性；电磁屏蔽性； III Research on a non-activation process for electroless plating Abstract ： Faced with th
3、e deterioration of the electromagnetic pollution and in order to effectively reduce the hazards of electromagnetic radiation, we used a number of ways that the development of anti-electromagnetic new materials have become more and more popular. Chemical metal-coated fabric is a good shielding materi
4、als to electromagnetic wave what has the properties of metal and fabric, such as excellent electric conductivity, electromagnetic shielding capacity , soft ,ventilation and so on. As a shield electromagnetic material in the electromagnetic environment, which has become focus in the textile. Most fab
5、ric adopt the “pretreatment coaring, sensitization, activation“ step， but the process is multifarious, the cost is higher. Using an activation palladium electroless plating technology for fabric, to human body hurt small ,cost Low, cloth cover and metal bond improved, fabric surface resistance is re
6、duced, fabric is very thin, and all aspects is excellent performance. This paper first to increase heavy rate, resistance, electromagnetic shielding performance correlation studies show that plating of fabrics of anti-radiation performance far outperform the polyester fabrics. Then the permeability
7、of coating fabric of dull color, gives degrees, strong performance, the correlation studies show that, due to the thickness of coating fabric increases, permeability is not very good, but just flexible, strong comprehensive take excellent performance. Finally concluded that the palladium activation
8、silver-plated fabric and electroless nickel plating fabric technology of the activation Liquid formula. Keywords ： Electroless nickel plating； nonactivation； conductivity； electromagnetic shielding； 目 录 1绪论 . 1 1.1化学镀织物产生的背景和意义 . 1 1.2化学镀技术的发展概况及趋势 . 1 1.2.1 化学镀技术的特点 . 1 1.2.2化学镀技术概况 . 2 1.2.3化学镀最近研
9、究进展及发展趋势 . 3 1.3非钯活化的织物化学镀 . 4 1.3.1织物非把活化化学镀国内外研究现状 . 4 1.3.2织物非钯活化化学镀的发展趋势 . 6 2 化学镀基本原理 . 8 2.1化学镀简介 . 8 2.2化学镀的基本原理 . 9 3 织物化学镀 . 11 3.1化学镀液的组分分析 . 11 3.2化学镀液的配制方法 : . 11 4 实验设计 . 13 4.1实验材料及设备 . 13 4.1.1实验材料 . 13 4.1.2 试剂 . 13 4.1.3 实验仪器 . 13 4.2实验基本配方及工艺流程 . 13 4.2.1 配方 . 13 4.3工艺流程 . 15 4.3.1
10、化学粗化 . 15 4.3.2非钯活化 . 16 4.3.3 施镀 . 17 4.3.4注意事项 . 17 5. 实验数据分析 . 18 5.1化学镀织物的增重率 . 18 5.2化学镀织物的导电性 . 20 5.3镀层织物的防辐射性能 . 22 5.4 镀层织物 透气性测试 . 24 5.5镀层织物硬挺度测试 . 26 5.6 镀层织物强力测试 . 28 6结论 . 30 7.不足与展望 . 30 参考文献 . 31 7.致 谢 . 错误 !未定义书签。 1 1 绪论 1.1 化学镀织物产生的背景和意义 随着我国电磁环境日趋 恶化，居民住宅及办公楼内电磁辐射水平有明显增加趋势。继大气污染、水
11、污染和噪声污染之后，电磁辐射已成为我国的第四污染源。在北京、上海、广州、深圳、石家庄等地已发生多起电磁辐射纠纷。目前，我国的电磁辐射环境情况相当于 20 世纪 60 年代的水污染、大气污染的状况，现在就要加强研究，未雨绸缪，若电磁污染到了环境无法忍受的地步，再想发展经济将举步维艰。为此，电磁污染的防护研究迫在眉睫 1。电磁波照射人体时引起器官加热导致生理障碍或伤害的作用，严重时会产生酸中毒、过度换气、流泪、盗汗、抽搐等症状，如不及时治疗，会危及 生命，电磁波照射对人体的生理还有不利的影响；此外电磁波能干扰电子设备的运行，许多正常工作的电子、电气设备产生的电磁波能使邻近的电子、电气设备性能下降乃
12、至无法工作，甚至造成事故和设备损坏。联合国人类环境会议已将电磁污染列为环境保护项目之一。中华人民共和国环境保护法中也明文规定了电磁辐射为主要污染因素之一。如何预防和消除电磁波辐射对人类生产、生活的影响以及对人体健康的危害已成为当今世界各国关注的重要课题。所以各种形式的电磁波辐射屏蔽技术及产品被不断开发出来，电磁波辐射防护织物就是其中之一 2。化学镀金属织 物是一种很好的电磁波屏蔽材料，它兼有金属的导电、电磁波屏蔽特性和织物的柔软、透气等特性，作为一种能够在电磁环境中进行电磁辐射防护的防护载体，正逐渐成为纺织研究的焦点。 1.2 化学镀技术的发展概况及趋势 1.2.1 化学镀技术的特点 化学镀（
13、 eLectroLess pLating）是通过溶液中适当的还原剂使金属离子在金属表面的自催化作用下还原进行的金属沉积过程，也叫无电解电镀、自催化镀。化学镀过程实质是化学氧化还原反应，由电子转移、无外电源的化学沉积过程 3。化学镀相比电镀其优点主要如下 : a.化学镀可用 于各种基体，包括金属、半导体及非金属。 2 b.化学镀层厚度均匀，无论工件如何复杂，只要采取适当的技术措施，就可 以在工件上得到均一镀层。 c.对于能自动化的化学镀而言，可以获得任意厚度的镀层。 d.化学镀所得到的镀层具有很好的化学、机械和磁性性能（如镀层致密、硬度高等） 由于化学镀具有一些优于电镀的特性，所以获得了极广泛的
14、应用。化学镀最先开始于化学镀镍，目前已发展到化学镀铜、化学镀钴、化学镀锡及化学镀金、银、铂等其他贵金属以及多元合金，且在电子及微电子工业上得到了高速发展 4。 1.2.2 化学镀技术概况 化 学镀的发展史主要就是化学镀镍的发展史。 1944年， A.Brenner和 G.RiddeLL 进行了第一次实验室试验，几年以后才对外公布。人们认为 A.Brenner和 G.RiddeLL 是化学镀镍技术的发明者，因为他们开发了可以工作的镀液并进行了科学研究 5。 从 A.Brenner 和 G.RiddeLL 开始研究到化学镀镍的广泛应用大约经历了 30 年的时间。到了 20 世纪 70年代，科学技术
15、的进步和工业的发展，促进了化学镀镍的应用和研究。在此期间化学镀镍槽容量以每年 15%的速度增长。 20 世纪 80 年代后，化学镀镍技术有了很大 的突破，长期存在的一些问题，如镀液寿命、稳定性等得到初步解决，基本实现了镀液的自动控制，使连续化的大生产有了可能，因此化学镀镍的应用范围和规模进一步扩大。 为了获得性能更加优异能满足不同场合要求的镍基合金镀层，人们对可以与镍同时共沉积的金属进行了许多研究，包括在次磷酸溶液中可以与镍共沉积的金属的种类，并开发出了各种镍基三元合金镀层。对在化学镀镍磷合金镀液中引入铜、钨、钼、铁等第三种元素所沉积的三元合金的性能作了大量的研究工作。 有关化学镀铜的技术晚于
16、化学镀镍， 1947 年 Narcus 首先报道了化学镀铜溶液。 商品化学镀铜出现于 20世纪 50年代，第一个类似现代的化学镀铜溶液由 CahiLL公开发表于 1957年，镀液为碱性酒石酸铜镀液，甲醛为还原剂。化学镀铜技术在 20 世纪 60年代获得了很大的进步。 70 年代已经走向成熟，化学镀铜溶液十分稳定，出现了镀浴分析全自动控制的生产线。 20世纪 80年代高新技术的发展驾驭着印刷电路产业的技术方向，化学镀铜技术也朝着这个方向发展，这个时期的化学镀铜仍然采用经典工艺，然而有关工艺材料方面和控制技术上发生了重大革新。目前，化学镀铜不仅在宽广的操作条件下，镀浴长时间保持稳定，而且过程状态可
17、 以预测，镀层性能优良。化学镀铜是非常有效的电磁干扰屏蔽方法。从 19663 年 Lordi首次建议采用化学镀铜屏蔽电磁干扰，到 20 世纪 80年代早期化学镀铜获得了广泛应用。此外，化学镀铜还可用于雷达反射器、铜轴电缆射频屏蔽、天线罩、底板屏蔽制造中。化学镀铜作为装饰性塑料镀也得到了迅速的发展 6。 镀锡及其合金是一种可焊性良好并具有一定耐蚀能力的涂层，在印刷电路板（ PCB）、连接器和纸带式自动粘接（ TAB）等电子部件中广泛应用。关于化学镀锡国内外至今仍报道很少，国外 MoLenaar和 Koyana等人的研究也基本上处于 实验室阶段。 虽然化学镀钴的反应早为 Brenner 等人与化学
18、镀镍一起发现，但并未引起人们多大兴趣，化学镀钴是随着计算机中对磁记录材料的需求而发展起来的。其优点为优异的磁性能，用化学沉积法制备磁记录介质具有方便、低成本、薄膜成分结构和性能可以控制等优点。其中兼有良好耐磨性和软磁性能的化学镀钴硼合金薄膜引起了人们的关注。但其镀液稳定性和沉积速度不够理想，极大地影响了钴硼软磁合金的广泛应用 7。 化学镀贵金属 8 银镜反应是最早的化学镀银反应。化学镀银在印刷电路、电子工业、光学（镀镜子）及装饰领域中用途广 泛，几乎可以在任何金属及绝缘材料上施镀，银镀层的可焊性良好，具有优良的耐气候性和导电性，但由于银价格昂贵，化学镀银浴稳定性不够而限制了它的使用范围。化学镀
19、金（ Au）层具有导电性、热压焊接性、耐氧化性、耐药品性等物理化学性能，已经广泛应用于 IC陶瓷封装、 IC卡等半导体器件制造中。但由于化学镀金层容易发生扩散，并且价格昂贵限制了它的使用。铂族金属镀层主要用于电子器件，化学镀钯及其合金具有廉价、导电性好、化学稳定性高和白色外观等优良特性，在装饰行业和电子工业等领域都有广泛应用。在电子行业中，化学镀 Pb-Ni合金具 有成业等领域都有广泛应用。在电子行业中，化学镀 Pb-Ni合金具有成本较低，硬度较高、耐磨性较好、延展性和可焊性好等优点。在半导体工业中， Pb-Ni合金在可焊性、抗腐蚀性、无表面氧化层及密封焊接性等方面可以替代化学镀金层。它广泛应
20、用于接触器、连接器、印刷电路板插座和插头、半导体引线架和金属管座、金属封装和集成电路引线框等电子产品。 1.2.3 化学镀最近研究进展及发展趋势 20 世纪 70 年代，人们开始了光对化学镀影响的研究。激光增强化学镀具有若干突出优点 :高度选择性，可实现无掩膜微区局部沉积；超常规的镀速；配合微 机控制可获得各类金属线条图形；可在任何材料的基体上沉积金属；与基体有较好的结合力 9。 由于超声波本身的特点，在化学镀中引入超声波是个很好的措施，最早在化学镀中引入4 超声波是 20 世纪 50 年代。首先在化学镀中引入超声波最明显的作用是提高镀速；其次超声波对镀层表面形貌也有影响，在相同工艺条件下，超
21、声波化学镀镍层比常规化学镀镍层（ 90 ）细化得多，均匀化效果显著；第三超声波化学镀可以降低镀层内应力，提高镀层与基体的结合力。资料显示，在非导体材料表面进行化学镀铜时加入超声辐射，能够有效地加快沉积速度，使镀层与基体的 结合力增加 25%30%，而使其内应力下降 10。 F.Touyeras 认为超声波在其中所起的作用是除氢和催化活化 11。超声波在粉体化学镀中的应用主要考虑以下几个方面：其一是超声波产生的搅拌作用，它有利于金属离子向表面扩散，从而加快镀速，另一是超声波的作用可能使离子在金属表面的吸附量下降，使镀速减慢；在非金属表面进行化学镀时，还要考虑超声波对活性核心的影响，即超声波有可能
22、会使在表面的活性核心发生脱附，从而影响镀覆的均匀性及速度。 作为功能性镀层，未来将向两方面发展 12-13。一方面在已有的基础上进一 步完善和提高，这包括化学镀镍钴合金的高容量存储、化学镀锡合金的速度提高以及化学镀过程中恒定镀速的控制等问题的解决。另一方面，发展功能多样化和其它先进的辅助技术相互融合，包括印刷电路板的计算机辅助设计、激光、紫外光、红外线、超声波的诱导化学镀、纳米颗粒的掺杂和特殊性能的 LCR 元件的制造等先进技术。 1.3 非钯活化的织物化学镀 1.3.1 织物非把活化化学镀国内外研究现状 （一）非金属化学镀的活化工艺 哈尔滨工程大学化工系的 张永锋 , 马玲俊 , 郭为民等
23、人详细叙述了近年来国内外非金属化学镀的多种活化工艺及其发展状况 。胶体钯活化工艺性能优异，已被广泛应用于各个方面。用非金属代替金属的活化工艺成本低，污染小 14。 （二） ABS塑料表面化学镀镍无钯活化工艺研究 湘潭大学化学学院的刘铮，肖顺华，林原斌提出了一种非金属表面化学镀镍无钯活化工艺，即在常温下，以 NaBH4为还原剂，在 ABS塑料上沉积活性镍，以此活性镍为活化中心，进行化学镀镍。研究确定了活化液的最佳配方，并利用均匀设计方法确定了在 ABS塑料表面化学镀镍最佳工艺条件为： 19g/L Ni(Ac)2 4H2O， 22g L NaH2P02， 0.02mL/L N2H4 H20， 40
24、mg L糖精；镀液 pH值 5 0 5 6，温度 70 80。采用 SEM、 XRD、 EDS等手段对镀层的形貌、结构、成分及含量进行了表征。结果表明：所得镀液稳定，镀速快，镍层均匀，结合力5 强，说明在 ABs塑料表面用该无钯活化新工艺取代钯活化是可行的 15。 （三）非金属电镀胶体活化液的研究 湘潭大学的高德淑，苏光耀采用钢、钴、镍等金属 氢氧化物胶体溶液， 作为 ABS 塑料 电镀活化处理液时；它们都有不同程度的催化活性，其中以铜一镍组成的混合胶体液的活化效果为最好。当该混合胶体活化液中， Ni3+ Cu3+=0。 5 L， pH 值 为 6 0 8 0时，在室温下活化处理 ABS 塑料
25、并经硼氢化钠还原、化学镀铜 电镀铜加厚等，最 终所得试片与贵金属银活化工艺所得试片相比，外观无明显差异 16。 （四）玻璃表面无钯活化化学镀镍的研究 国防科学技术大学材料工程与应用化学系的傅圣利，李义和，王本根，陈占营利用热还原方法制备活性镍，取代了玻璃表面化学镀镍用钯活化的方法；探索了活化液的组成和制取活性镍的工艺条件 同时获得了在玻璃表面进行化学镀镍的镀液配方；通过 SEM 对镀层的形貌和组成进行了观测。实验结果表明：所得镀液稳定、 镀速好，镀制的镍层均匀、光亮；这说明玻璃表面用镍活化以取代用钯活化是一种可行的方法 17。 （五）非金属表面无钯活化化学镀镍工艺研究 哈尔滨量具刃具集团有限责
26、任公司的曲荣明等人介绍了一种非金属表面无钯活化化学镀镍工艺 ,即采用不同的前处理方法 ,在常温下 ,用 NaBH4 作还原剂 ,在 ABS 塑料、玻璃、陶瓷表面沉积活性镍 ,以此为活化中心进行化学镀镍。研究确定了活化液的最佳工艺条件 :NaBH4(g):Ni(Ac)2 4H2O(g):CH3OH(mL)=7:8:100;温度 2030 ;活化时间 2030min。结果表明 :活化效果好 ,镀层均匀 ,结合力强 ,说明该无钯活化工艺是可行的 18。 （六）玻璃表面的无钯活化化学镀镍 华侨大学材料科学与工程学院的王森林，厦门大学化学系的吴辉煌提出了玻璃表面的一种无钯活化镀镍液配方，该配方由醋酸镍、
27、甲醇、柠檬酸钠和氨组成。将处理后的玻璃浸渍于活化液中，然后进行热处理，最后化学镀镍，可得表面光亮的银白色的镍镀层 19。 （七）半导体氧化物对非金属化学镀铜催化作用的研究 秦安师范专科学校化学系的张欣，杨圣谆研究了非金属表面要进行化学镀时，传统的工艺是采取金属 Pd、 Ag等催化剂、 经敏化、活化处理，在非金属表面上形成具有催化活性 的金属晶核，然后才能进行化学镀。 但是此法成本昂贵，溶液不稳定，操作繁复，难控制。 本文研完了用 n 型半导体氧化物如 ZnO、 MgO、 Ni202和 SnO2， 来代替贵金属作化学镀时的催化剂。研宄表明：使用 SnO2作催化剂，用甲醛作还原剂在陶瓷表面进行化学镀铜时，县 有镀层沉枳速度快，大面积镀复合格率高，键层质量好， 与基体贴合力特别强等特点。此 外，
