close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY 05600

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 5600
(13) C1
(19)
7
(51) C 25D 5/54
(12)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОГО ПОДСЛОЯ
ДЛЯ ГАЛЬВАНИЧЕСКОЙ МЕТАЛЛИЗАЦИИ КЕРАМИКИ
(21) Номер заявки: 961057
(22) 1996.11.16
(46) 2003.12.30
(71) Заявитель: Учреждение образования
"Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины" (BY)
(72) Авторы: Проневич Игорь Иванович;
Подденежный Евгений Николаевич;
Мельниченко Игорь Михайлович (BY)
(73) Патентообладатель: Учреждение образования "Гомельский государственный
университет имени Франциска Скорины" (BY)
(57)
Способ получения электропроводного подслоя для гальванической металлизации керамики, заключающийся в том, что на поверхность керамики наносят смесь, содержащую
соединение металла, и осуществляют термообработку керамики с нанесенным слоем смеси,
отличающийся тем, что используют смесь, содержащую порошок алюминия в количестве 77,2-99,6 мольных процентов и, в качестве соединения металла, соль или соли щелочного металла кислородсодержащей кислоты в количестве 0,4-22,8 мольных процентов,
указанную смесь наносят на кремнеземсодержащую поверхность керамики, термообработку осуществляют на воздухе при температуре, обеспечивающей расплавление алюминия на керамике.
BY 5600 C1
(56)
Поляков А.А. Технология керамических радиоэлектронных материалов. - М.: Радио и
связь, 1989. - С. 176-177.
US 4576689 A, 1986.
RU 2035441 C1, 1995.
SU 606844, 1978.
Изобретение относится к технологии получения гальванических покрытий на диэлектриках и может быть использовано для формирования электропроводного подслоя на поверхности керамики в процессах химического и электрохимического никелирования,
меднения, серебрения.
Известен способ получения электропроводного подслоя для гальванической металлизации керамики, заключающийся в нанесении на подложку соли металла и ее каталитическое восстановление [1]. В известном способе электропроводный подслой получают
химическим никелированием, химическим меднением или химическим серебрением из
растворов, содержащих соли указанных металлов. После чего на подслой гальванически
наносят слой металла. Однако получение подслоя на керамике требует обязательного ак-
BY 5600 C1
тивирования поверхности палладием, а также проведения сложных предварительных операций по обезжириванию, промывке и т.п., что усложняет процесс получения подслоя,
требует проведения дополнительных мероприятий по защите окружающей среды.
Известен способ получения электропроводного подслоя для гальванической металлизации керамики, заключающийся в нанесении на подложку соли металла до формирования электропроводного подслоя [2]. В известном способе в качестве соли металла
используют сульфиды металлов, например меди, которые наносят на поверхность подложки. Сульфиды обладают свойствами полупроводников, вследствие этого полученный
подслой характеризуется высокими значениями поверхностного сопротивления. Нанесенные на поверхность керамики, например силикатной, слои обладают недостаточной адгезией к подложке и прочностью, что обуславливает низкое качество гальванических
покрытий. Применение конкретного сульфида металла для подслоя ограничивает возможность получения качественного подслоя из других металлов химической металлизацией.
Известен способ получения электропроводного подслоя для гальванической металлизации керамики, заключающийся в нанесении на поверхность керамики слоя активатора
химической металлизации и последующей термообработке слоя активатора и керамики
[3]. В известном способе используют активатор никелирования, что ограничивает возможность получения подслоя для химического меднения.
Наиболее близким к заявляемому является способ получения электропроводного подслоя для гальванической металлизации керамики, заключающийся в нанесении на поверхность керамики смеси порошков солей металлов и последующей термообработке
нанесенного слоя вместе с подложкой [4]. В известном способе используют смесь монокарбидов тугоплавких или переходных металлов, которую вжигают в смеси азота и водорода при высоких температурах обжига керамики, что усложняет известный способ и
ограничивает его применение. Способ требует термостойких при высоких температурах
подложек и малопригоден для формирования подслоя на обожженной керамике. К тому
же известный способ требует разработки специальных растворов для химической металлизации, что ограничивает применение известного способа при гальваническом нанесении
меди и никеля химическим способом.
Заявляемый способ решает проблему получения электропроводного подслоя для гальванического (химического или электрохимического) нанесения никеля, серебра, меди на
поверхность кремнеземсодержащей керамической подложки.
Технический результат изобретения заключается в получении электропроводного
подслоя, пригодного как для химического, так и электрохимического нанесения и никеля,
и меди, и серебра на поверхность кремнеземсодержащей керамики. Кроме того, технический результат изобретения заключается в обеспечении возможности нанесения подслоя,
а затем металлического покрытия на менее термостойкую керамику.
Достижение указанных технических результатов обеспечивается тем, что в способе
получения электропроводного подслоя для гальванической металлизации керамики, заключающегося в нанесении на поверхность керамики смеси, содержащей соль металла, и в
последующей термообработке керамики с нанесенным слоем смеси, в качестве смеси используют смесь порошка алюминия в количестве 77,2-99,6 мольных процентов и соли или
солей щелочного металла кислородсодержащей кислоты в количестве 0,4-22,8 мольных
процентов, смесь наносят на кремнеземсодержащую поверхность керамики, а термообработку осуществляют на воздухе при температуре, обеспечивающей расплавление алюминия.
Существо изобретения заключается в следующем. При нагреве названной смеси выше
температуры плавления алюминия алюминий расплавляется и взаимодействует с диоксидом кремния, связанным в подложке, восстанавливая кремнезем подложки до кремния.
Процесс восстановления протекает только при наличии в смеси соли щелочного металла
кислородсодержащей кислоты и направлен от поверхности керамики в глубь. Толщина
токопроводящего подслоя зависит от пористости керамики, достаточности алюминия для
2
BY 5600 C1
восстановления кремния, количества кремнезема в подложке, времени и температуры обжига (термообработки).
Исследованиями установлено, что полученный электропроводный слой состоит из
кристаллов кремния, алюминия, аморфной стеклофазы, а также кристаллической фазы оксидов. Конкретный состав электропроводного слоя зависит от состава подложки и количества реагентов, участвующих в реакции. Так, на подложке, не содержащей кремнезема
либо с содержанием кремнезема менее 3 % по массе электропроводный слой не формируется. Качество электропроводного слоя оценивали по его однородности и сплошности.
При подержании названной соли щелочного металла ниже оптимальной концентрации
порошка алюминия выше оптимальной слой не был сплошным и однородным как по
площади, так и по толщине, а остаток алюминия легко удалялся с поверхности вследствие
низкой адгезии, т.е. фактически слой не образовывался. При превышении содержания названной соли выше оптимальной концентрации (порошка алюминия ниже оптимальной
концентрации) слой имел неоднородность по площади и толщине и не был сплошным.
Кроме того, при этом существенно возрастало удельное электросопротивление слоя. Полученный электропроводный сплошной слой обладает высокой прочностью, высокой адгезией к подложке и высокой электропроводностью. Последнее обеспечивает возможность
нанесения на него меди, никеля или серебра электрохимическим способом, т.е. использование его в качестве подслоя для электрохимического нанесения. Кроме того, получаемый
подслой, по-видимому, обладает каталитическим действием, поскольку позволяет получать на нем слои меди, никеля или серебра химическим способом из традиционно применяемых для этих целей растворов солей указанных металлов. Таким образом, полученный
электропроводный слой может быть использован для гальванического нанесения металлических покрытий из указанных металлов как химическим, так и электрохимическим методами. При этом качество металлического покрытия зависит, преимущественно, от
качества электропроводного подслоя. Сплошность и однородность подслоя определяет
сплошность, однородность, бездефектность металлического покрытия. Металлическое покрытие обладает высокой адгезией к подложке. Адгезионная прочность электропроводного подслоя еще выше и характеризуется когезионным разрушением материала подложки.
В качестве исходных компонентов для получения электропроводного подслоя используют порошок алюминия и соль щелочного металла кислородсодержащей кислоты: хромовой, молибденовой, вольфрамовой, азотной и т.п., например K2Cr2O7, Na2Cr2O7,
Na2MoO4, NaNO3 и т.д.
В качестве компонента для получения смеси для нанесения в заявляемом способе могут быть использованы вместо названных солей смеси солей щелочного металла разных
кислородсодержащих кислот, смеси солей щелочных металлов одной кислородсодержащей кислоты или смеси солей щелочных металлов разных кислородсодержащих кислот.
Под кремнеземсодержащей подложкой понимается оксидная керамика, стеклокерамика или керамическая подложка со стеклоэмалевым покрытием, содержащие в своем составе диоксид кремния.
Используемые в заявляемом способе составы смесей для нанесения получали путем
смешивания порошков алюминия и названной соли щелочного металла до однородной
массы. Соль использовали в виде порошка либо в виде водного или спиртового раствора.
Количество растворителя определялось выбранной технологией нанесения. Однако
концентрации порошка алюминия и соли щелочного металла после удаления растворителя удовлетворяли заявляемым оптимальным соотношениям компонентов. Аналогичным
образом получали исследуемые (запредельные) составы смесей для нанесения. Заявляемые
составы наносили на поверхность в виде смесей порошков, паст или суспензий. При получении суспензий перемешивание компонентов осуществляли до предельного растворения
соли щелочного металла. При использовании суспензии дополнительно применяли сушку
в течение 3-10 мин. Нанесение осуществляли намазыванием, распылением, поливом и
3
BY 5600 C1
другими известными способами. Заявляемый способ осуществляли нанесением масс заданных (оптимальных) составов на поверхности керамических плиток равномерным слоем толщиной 0,3-0,6 мм с последующим обжигом при температурах 700-950 °С в течение
20-120 мин с последующим охлаждением заготовок. Аналогичным образом наносили и
термообрабатывали исследуемые составы смесей для нанесения. Термообработку осуществляли на воздухе в электропечи.
В качестве кремнеземсодержащих подложек использовали керамические плитки следующих типов: I - плитка для полов (ГОСТ 6787-80); II - изделия шамотные на основе
каолина (ТУ 14-8-290-78); III - полученные из состава, содержащего 20 % химически
стойкого стекла и 80 % α-оксида алюминия, спеченный при 1180 °С в течение 1 ч и другие.
В качестве солей щелочных металлов кислородсодержащей кислоты использовали калий двуххромовокислый (К2Сr2О7) по ГОСТ 4220-65, азотнокислый натрий по ГОСТ
4168-66, силикат натрия в виде жидкого натриевого стекла по ГОСТ 130878-81 и другие.
Порошок алюминия использовали по ГОСТ 6058-73.
В таблице приведены конкретные примеры осуществления заявляемого способа (примеры, соответствующие оптимальным составам № № 4-13), примеры, обосновывающие
выбор предельных значений компонентов заявляемого способа (исследуемые (запредельные) составы № № 1-3, 14-16), а также свойства полученных электропроводных подслоев.
При этом каждый состав смеси по примерам № № 1-16 наносился на 10 однородных керамических подложек.
После остывания на керамические плитки с нанесенным электропроводным подслоем
наносили гальваническим способом медь и никель.
Для химического никелирования использовали следующий состав, г/л:
никель сернокислый (NiSO4·7Н2О)
30
натрий уксуснокислый (CH3COONa·3H2O)
15
кислота уксусная (98 %) (СН3СООН)
6,5
натрий фосфорноватистокислый
15
(гипофосфит натрия NaH2PO2·Н2О)
тиомочевина
0,003
вода
остальное.
Химическое никелирование осуществляли при температурах раствора 90-95 °С, его рН
равно 4,5 при плотности загрузки 1 дм/л.
Электрохимическое никелирование осуществляли при следующих условиях.
Состав электролита, г/л:
никель сернокислый (NiSO4·7Н2О)
200
натрий хлористый (NaCl)
10
магний сернокислый (MgSO4·7Н2О)
40
натрий сернокислый (Na2SO4)
25
кислота борная (Н3ВО3)
25
вода
остальное.
Режимы никелирования:
кислотность раствора, рН
5%
температура раствора, °С
18-23
плотность тока, А/дм2
0,4
катодный выход по току, %
70.
Электрохимическое меднение осуществляли при следующих условиях.
Состав электролита (г/л):
медь сернокислая (CuSO4·5Н2О)
200
кислота серная (H2SO4)
60
спирт этиловый (С2Н5ОН), мл/л
8
вода
остальное.
4
5
+
+
+
1
850
60
+
+
+
0,2
1
850
60
99,8
99,8
0,2
3
2
Примечание: знак ( + ) означает "соответствует"
1
Состав смеси для нанесения:
Аl
99,8
К2Сr2О7
0,2
Na2SiO3
NaNO3
Тип подложки
2
Температура термообработки, °С
800
Время термообработки, мин
60
Удельное электросопротивление
подслоя, Ом/квадрат
Качество подслоя: сплошной, однородный
Качество подслоя: несплошной,
с дефектами
+
Способы нанесения металлов:
химическое никелирование
+
электрохимическое никелирование
электрохимическое меднение
Качество металлического покрытия:
сплошное, однородное
Качество металлического покрытия:
несплошное с дефектами
+
Прочность сцепления с подложкой,
МПа
Составы, режимы, свойства
28
+
+
30
+
+
+
2
+
1,5
3
900
60
99,6
5
0,2
0,2
3
850
60
99,6
0,4
4
12
+
+
+
6
2
800
60
0,4
99,6
6
20
+
+
+
100
9
1
850
60
91
7
19
+
+
+
120
1
850
60
91
9
8
21
+
+
+
100
1
850
60
9
91
9
2
900
60
77,2
22,8
11
2
900
60
22,8
77,2
12
14
8,8
1
850
60
77,2
13
14
+
+
+
11
+
+
+
12
+
+
+
16
+
+
+
100 2,5×104 2,5×104 1,5×104
5
2
820
60
91
4
10
Номера примеров
Содержание компонентов, мольн. %
+
+
+
3
900
60
74
26
14
+
+
+
26
2
800
60
74
15
+
+
+
1
850
60
26
74
16
BY 5600 C1
BY 5600 C1
Режим меднения:
температура раствора, °С
18-23
плотность тока, А/дм2
1,5
соотношение анодной и катодной
поверхностей
1:1
выход по току, %
96.
Свойства гальванических покрытий после нанесения их на керамику с подслоем приведены в таблице.
Качество нанесенных подслоев и гальванических покрытий на керамике определяли
визуально. Адгезионная прочность оценивалась методом отслаивания.
Как видно из таблицы, предлагаемый способ (примеры № № 4-13) обеспечивает получение электропроводного подслоя для гальванической металлизации керамики. При этом
обеспечивается высокое качество металлического покрытия. Покрытия высокого качества
были получены с помощью заявляемого способа при химическом меднении, серебрении,
электрохимическом нанесении серебра на указанные в таблице и иные кремнеземсодержащие керамические подложки. Как следует из результатов испытаний, заявляемый способ обеспечивает получение металлических покрытий на керамических подложках,
выдерживающих вышеуказанные режимы термообработки.
Источники информации:
1. Мелащенко Н.Ф. Гальванические покрытия диэлектриков. - Мн.: Беларусь, 1987. С. 56-99.
2. Мелащенко Н.Ф. Гальванические покрытия диэлектриков. - Мн.: Беларусь, 1986. С. 100-103.
3. Заявка Японии 63-13330, МПК Н 01G 4/12, С 23С 18/32, 1989.
4. Поляков А.А. Технология керамических радиоэлектронных материалов. - М.: Радио и
связь, 1989. - С. 176-177 (прототип).
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
159 Кб
Теги
патент, 05600
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа