连续式粉体化学镀方法及其装置 技术领域
本发明涉及一种连续式粉体化学镀方法及其装置。
背景技术
化学镀是利用合适的还原剂使溶液中的金属离子有选择地在具催化活性的表面上还原析出，形成金属镀层的一种化学处理方法。在粉体表面化学镀，可以获得金属包覆陶瓷、高分子、金属等复合粉体，在导电浆料、电触头材料、隐身材料、陶瓷刀具、热喷涂粉末等领域中得到广泛的应用。
粉体化学镀时，金属包覆的均匀性是一个关键难题。采用低温超声波化学镀的方法，较好地解决了粉体、尤其是超细粉体化学镀时包覆的均匀性问题(专利申请号01116714.9)。但是，该方法所用容器较小，在批量生产时仍然存在不同粉体表面金属厚度不均匀的问题。这是由于化学镀为自催化反应，如最初金属的包覆不均匀，则这些已包覆的粉体会优先快速长大。而批量生产时镀液的量多，因此可提供析出的金属离子量多，从而使金属包覆的不均匀现象较严重。
粉体化学镀通常在小型容器中进行，在镀液中加入一定量的粉体，使之发生反应，待反应结束后分离溶液和粉体，该方法只能实现周期式的生产。日本发明了一种新的化学镀技术“滴下法”，并设计了一种专用设备，申请了相关的专利(特開昭62-30885(1987)、特開平1-242782(1989)、特公平2-25431(1990))。它是首先将粉体在水溶液中制成悬浮液，边搅拌边在该容器中分别定量的加入主盐与还原液。其主要目地是防止镀液的自分解。从该方法看，无法根本解决批量生产时金属包覆的均匀性，并且也不能实现连续化生产。
发明内容
本发明的目的在于提供一种连续式粉体化学镀方法及其装置，提高不同粉体 间金属包覆厚度的均匀性及实现了化学镀过程的连续化。
本发明采用的技术方案如下：
1、原理
考虑不同粉体表面上金属包覆厚度均匀性时，理想的方法是每一个粉体周围有与之相对应的镀液量，从该镀液中只能提供这么多的金属离子。为此，采用特殊的设备，设置混合区和反应区，并使含粉体的溶液以微小的量，在规定的时间内通过反应区，如图1所示。这样，分别在时间t1、t2、t3……ti输入管子的溶液L1、L2、L3……Li之间，由于管径的限制，各溶液的混合被控制在尽可能小的范围内，结果就可以使粉体表面析出的金属仅限于该微小量溶液中的金属离子。
2、方法
1)在第一容器装入粉体与溶液L1的悬浮液，通过机械搅拌器搅拌或超声波发生器，或同时采用高分子分散剂使粉体不发生沉降；
2)在第一容器中装入溶液L2；
3)L1/L2分别是主盐/还原液或还原液/主盐溶液或镀液/pH调整液或pH调整液/镀液。
4)将第一容器和第二容器中的两种溶液分别通过各自的计量泵，输入混合室，按比例使混合液的pH值为4.5～13.5；
5)从混合室输出的混合液通过置于超声波发生器中的盘管在超声波辐射下流过盘管进行化学镀反应；
6)反应结束后的粉体和镀液从出口流出进入第三容器。
3、将纳米或微米尺寸的氮化硅或氧化铝或氧化硅或氧化锆或碳化钛或氧化锌或氧化锡或金刚石等粉体加入预处理溶液中，室温下，在粗化、敏化、活化阶段分别施加超声波处理，清洗后烘干；
金属包覆处理用镀液组分：
主盐：硫酸镍或硫酸钴或硫酸铜或硝酸银 10～50克/升
还原剂：次亚磷酸钠或38％浓度的甲醛 2～50克/升
络合剂：柠檬酸钠或乙二胺四乙酸二钠或
25％浓度的氨水 10～50克/升
pH缓冲剂：硼酸或醋酸钠 0～50克/升
分散剂：甲醇 0～100毫升/升
稳定剂：硫脲或亚铁氰化钾 0～50毫克/升
pH调节剂：氢氧化钠或硫酸 0～30克/升
水 加至成1升
制备方法：
将上述组成的药品分别配制成溶液L1和L2，然后将己预处理过的纳米或微米粉体加入含有溶液L1的容器1，将溶液L2放入容器2，L1/L2分别是主盐溶液/还原液或还原液/主盐溶液或镀液/pH调整液或pH调整液/镀液。两种溶液混合后pH为4.5～13.0，在温度为20～60℃、超声波中进行包覆，将容器3中所得粉体与镀液分离，并经清洗和烘干的后处理即可。
4、装置
它包括：装悬浮液的第一容器，在第一容器中装有机械搅拌器或超声波发生器，装一般溶液的第二容器，第一容器与第二容器分别经各自的管子、各自的计量泵接混合室混合室经管子接至装入超声波发生器的盘管，盘管经管子接入第三容器。
本发明具有的有益的效果是：
它与一般的粉体化学镀相比，由于采用一种连续式粉体化学镀方法及其装置，提高了不同粉体间金属包覆厚度的均匀性。此外，还实现了化学镀过程的连续化，降低了劳动强度、提高了生产效率和产品质量的一致性。本发明可用于施加超声波的化学镀，也适用于常规的化学镀。
附图说明
图1是连续式粉体化学镀原理图；
图2是本发明装置的结构示意图。
具体实施方式
如图2所示，本发明包括装有粉体与溶液L1的第一容器1，在第一容器1中装有机械搅拌器或超声波发生器3，装有溶液L2的第二容器2，第一容器1与第二容器2分别经各自的管子、各自的计量泵4、5接混合室6，混合室6经管子接至装入超声波发生器8的盘管7，盘管7经管子接入第三容器9。
1、将镀液分为两部分，一部分为粉体与溶液L1，另一部分为溶液L2。装入容器1和2中。
2、溶液L1/L2分别是主盐溶液/还原液或还原液/主盐溶液或镀液/pH调整液或pH调整液/镀液。
3、容器1中的悬浮液通过机械搅拌器3或超声波发生器搅拌，也可以同时采用高分子分散剂等使粉体不发生沉降。
4、将两溶液通过计量泵4和5，按一定的比例定量输入混合室6，使两种溶液在微观范围内实现混合。
5、混合室可以是静态混合器、也可以用扭曲管构成的混合器、以及高速旋转雾化混合器等。
6、混合液从混合室输出，通过一定直径、一定长度的盘管7，盘管置于超声波发生器8中。在超声波辐照下，镀液以一定的流速流过盘管，在规定的时间内，进行化学镀反应。盘管可以是玻璃，也可以是刚性的塑料类物质。
7、反应结束后的粉体与镀液从出口流出，进入容器9。
在该过程中，盘管的管径对防止混合液的相互干扰起决定作用，从而保证各批粉体包覆金属厚度的均匀性；流量与盘管的长度决定了反应的时间。通过上述设备，还可以实现整个过程的全自动化操作。
实施例1
1)管径20毫米，流速7.2升/小时，超声波内盘管长12米，则溶液在超声波辐照下的时间为90分钟，每小时原料粉体量为648克。
2)计量泵功率、规格：600W、10升/小时
3)超声波功率、频率为：300W、20～40KHz
4)复合粉体：720克/小时(金属含量以重量百分比10％计)
5)溶液组成：纳米氧化铝粉体，尺寸为10～20nm。经敏化、活化后的粉体加入含硫酸钴35克/升，柠檬酸钠15克/升，硼酸40克/升的主盐溶液中，搅拌形成悬浮液L1；另一溶液L2由次亚磷酸纳20克/升，及一定量的NaOH组成，混合液的pH值10.5。所得复合粉体经投射电镜观察，为纳米尺寸下均匀复合的钴/氧化铝粉。
实施例2
1)管径20毫米，流速35升/小时，超声波内盘管长60米，溶液在超声波辐照下的时间为90分钟，每小时原料粉体量为3240克。
2)计量泵功率、规格：3000W、50升/小时
3)超声波功率、频率为：1500W、20～40KHz
4)复合粉体：6480克/小时(金属含量以重量百分比50％计)
5)溶液组成：微米氧化钛粉体，尺寸为0.8～1.2μm。经敏化、活化后的粉体加入含次亚磷酸纳15克/升、及一定量H2SO4的还原液L1中，搅拌形成悬浮液；另一溶液为硫酸镍30克/升，柠檬酸钠17克/升，醋酸钠15克/升的主盐液L2，混合液的pH值4.5。结果通过扫描电镜观察，镍均匀包覆在碳化钛粉体表面。
实施例3
1)管径20毫米，流速7.2升/小时，超声波内盘管长12米，溶液在超声波辐照下的时间为30分钟，每小时原料粉体量为648克。
2)计量泵功率、规格：600W、10升/小时
3)超声波功率、频率为：300W、20～40KHz
4)复合粉体：1296克/小时(金属含量以重量百分比50％计)
5)溶液组成：微米氧化锡粉体，尺寸为1～5μm。经敏化、活化后的粉体加入含甲醛6克/升，甲醇2.2毫升/升的还原液L1中，搅拌形成悬浮液；另一溶液L2由硝酸银17.5克/升，氨水35克/升，氢氧化纳2克/升组成。所得复合粉体经扫描电镜观察，为Ag均匀复合在氧化锡粉体表面的粉体。
实施例4
1)管径10毫米，流速35升/小时，超声波内盘管长60米，溶液在超声波辐照下的时间为30分钟，每小时原料粉体量为324克。
2)计量泵功率、规格：3000W、50升/小时
3)超声波功率、频率为：1500W、20～40KHz
4)复合粉体：3240克/小时(金属含量以重量百分比90％计)
5)溶液组成：微米氧化硅粉体，尺寸为5～10μm。经敏化、活化后的粉体加入含氢氧化纳20克/升的pH值调整液L1中，搅拌形成悬浮液；另一溶液由硫酸铜44克/升、乙二胺四乙酸二钠66克/升，亚铁氰化钾10毫克/升，甲醛24毫升/升，甲醇100毫升/升的镀液L2组成，混合后溶液的pH值13.0。所得粉体经扫描电镜观察，铜均匀包覆在氧化硅粉体表面。