核壳结构铜粉制备工艺优化研究
凹凸棒石粘土（以下简称凹土）是一种铝镁硅酸盐矿物，属稀有非金属矿产资源。研究采用淮安盱眙特色资源凹凸棒石黏土棒晶作内核，利用其特殊的晶体结构，用化学镀的方法在凹凸棒石棒晶表面包覆金属铜，制备以凹凸棒石棒晶为内核的凹土-铜核壳结构的超细粉体。研究了制备过程的操作方式、工艺条件、工艺配方等对核壳结构粉体形貌的影响。经提纯、超细化后的凹凸棒石粘土用水分散处理使之分散成平均粒径在20-70nm的凹土棒晶，先用SnCl2溶液对凹土棒晶进行敏化处理，然后采用PdCl2溶液对敏化后的凹土棒晶进行活化处理，最后采用化学镀的方法进行施镀；探讨了还原剂浓度、Ni2+浓度、反应温度等对形成凹土棒晶表面镀层的影响，优化其制备工艺。最优配方与工艺条件为：最佳化学镀铜基础配方和操作条件为：硫酸铜 10g/L；硫酸镍2g/L；次亚磷酸钠30g/L；柠檬酸23.5g/L；硼酸30g/L；pH5；温度70℃。采用扫描电镜表征，研究显示，包覆后的粉体呈棒状结构，其直径由原来的20nm-70nm增加到200nm- 300nm，包覆程度较差，不连续均匀性。关键词 凹土，核壳结构，超细粉体，化学镀，镀层形貌、结构与成分目 录
1引言 ................................................................. 1
1.1 凹凸棒石粘土简介 ................................................... 1
1.2 粉体化学镀概述 ..................................................... 2
1.3 粉体表面化学镀铜的综述 ............................................. 5
1.4 粉体化学镀铜的前处理 ............................................... 7
2 化学镀反应机理 ....................................................... 7
2.1 化学镀铜的原理 ................................... *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
r /> 1.4 粉体化学镀铜的前处理 ............................................... 7
2 化学镀反应机理 ....................................................... 7
2.1 化学镀铜的原理 ..................................................... 7
2.2 本课题的研究目的与方法 ............................................ 12
3 实验部分 ............................................................ 13
3.1 实验仪器及药品 .................................................... 13
3.2 实验方法及步骤 .................................................... 16
4 实验结果与分析 ...................................................... 17
4.1 镀层形貌及结构 .................................................... 17
4.2镀液稳定性分析 .................................................... 23
4.3化学镀铜液成分及工艺条件研究 ...................................... 25
结论 .................................................................. 27
致谢 .................................................................. 28
参考文献 .............................................................. 29
1 引言
随着当今科学技术的快速发展,对材料性能的力学(如强度、韧性、硬度、热冲击性能等)和物理性能(如密度、导电、导热、介电、磁化性能等)的要求日益苛刻,单一材料很难满足要求,通过对多种异类材料的裁剪组合实现物理、力学性能的优良结合是现代高新材料制备的重要手段[1]。这些复合粉体的特点使其在陶瓷/金属复合材料、储氢材料、电工合金、隐身材料、减震材料等领域有较好的应用，化学镀就是一种很好的制备复合粉体的方法。1947年纳克斯（Narcus）首次报道了化学镀铜技术,50年代中期,随着印制线路板(PCB)通孔金属化的发展,化学镀铜得到了最早的应用[2]。如今，化学镀铜技术已广泛应用于卫星通讯天线超轻波纹波导、雷达反射器、同轴电缆射频屏蔽、天线罩、底板屏蔽等制造中[3]。凹凸棒石粘土是一种铝镁硅酸盐矿物，属稀有非金属矿产资源,凹土具有独特的晶体结构和理化性能，在凹土表面镀铜使它成为导电粉体来作为电磁屏蔽涂料的导电填料，具有较佳的电磁屏蔽性能，也可以用来替代超细金属粉体，减少它们在电子工业中的用量，而且采用化学镀对粉体进行表面改性具有施镀对象无选择性, 均镀能力强, 成本低等优点。
1.1 凹凸棒石粘土简介
凹土为凹凸棒土的简称，是一种具有层链状结构的含水富镁铝的硅酸盐矿物，化学式为：Si8O2Mg5[Al] (OH)2 (H2O) 44H2O，其基本结构单元为两层硅氧四面体与一层镁铝氧八面体构成的棒状单晶[4]，直径20～70nm，长0.1～5.0um，属于天然一维纳米材料。1862年，俄国学者隆科钦科夫最早在乌拉尔矿区的热液蚀变产物中发现这一矿物并将它命名坡缕土(Palygorskite)。1935年法国学者拉巴特朗(de Lapparent)在美国佐治亚州凹凸堡(Attapulgus)的漂白土中发现而命名为凹凸棒土(简称凹土)。后来Huggins等证明两种粘土具有相同的结构，属于同一矿物。凹凸棒石呈土状、致密块状，产于沉积岩和风化壳中，颜色为白色、灰白色、青灰色、灰绿色或弱丝绢光泽。土质细腻，有油脂滑感，质轻、性脆，吸水性强，湿时具粘性和可塑性。凹土的结构特征赋予了其独特的吸附、流变、离子交换、催化、填充等性能 ,在油、化工、建材、医药、农业和环保等领域中应用广泛[5]; 凹土作为一种铬鞣碱化材料[6]和污水处理吸附剂[7]在制革领域中具有广阔的应用前景, 日益受到重视。我国各地盛产凹土，江苏盱眙、安徽明光等地有大规模开发。甘肃靖远地区发现的世界最大凹凸棒石黏土矿床，使我国成为凹凸棒石黏土资源大国。由于我国开发利用水平低，以致使这种经济意义重大的矿藏的应用还只限于一般的填料，甚至以原土的形式廉价地出口德国等国，造成资源的浪费。我国目前对于这种粘土珍稀资源的研究还多限于一般的定性的鉴定和形貌观察。
凹土是一种具有纤维状或链状结构的水合镁铝硅酸盐，其结构可分3层。上下两层是硅氧四面体结构，中间是一层Mg-O-Al八面体。这些结构单元按方格形式交错排列，构成c轴方向的双链状、沿a、b轴方向的层状结构。由于结构中存在晶格置换，故晶体中含有不定量的Na+、Ca2+、Fe3+、Al3+。凹凸棒土的显微结构包括3个层次：(1)凹凸棒土的基本结构单元—棒晶，棒晶呈针状，长约1 um，直径0.01um，与棒平行的沟槽宽约5×10 -4um，棒长与直径因产地而异；(2)由棒晶紧密平行聚集而成的棒晶束；(3)由晶束也(包括棒晶)间相互聚集而形成的各种聚集体(粒径通常在0.01～0.1mm)[8]。凹凸棒石粘土呈碱性，pH值为8～9，江苏盱眙凹凸棒石粘土为细长的棒状、针状晶体形态，矿物发
1引言 ................................................................. 1
1.1 凹凸棒石粘土简介 ................................................... 1
1.2 粉体化学镀概述 ..................................................... 2
1.3 粉体表面化学镀铜的综述 ............................................. 5
1.4 粉体化学镀铜的前处理 ............................................... 7
2 化学镀反应机理 ....................................................... 7
2.1 化学镀铜的原理 ................................... *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
r /> 1.4 粉体化学镀铜的前处理 ............................................... 7
2 化学镀反应机理 ....................................................... 7
2.1 化学镀铜的原理 ..................................................... 7
2.2 本课题的研究目的与方法 ............................................ 12
3 实验部分 ............................................................ 13
3.1 实验仪器及药品 .................................................... 13
3.2 实验方法及步骤 .................................................... 16
4 实验结果与分析 ...................................................... 17
4.1 镀层形貌及结构 .................................................... 17
4.2镀液稳定性分析 .................................................... 23
4.3化学镀铜液成分及工艺条件研究 ...................................... 25
结论 .................................................................. 27
致谢 .................................................................. 28
参考文献 .............................................................. 29
1 引言
随着当今科学技术的快速发展,对材料性能的力学(如强度、韧性、硬度、热冲击性能等)和物理性能(如密度、导电、导热、介电、磁化性能等)的要求日益苛刻,单一材料很难满足要求,通过对多种异类材料的裁剪组合实现物理、力学性能的优良结合是现代高新材料制备的重要手段[1]。这些复合粉体的特点使其在陶瓷/金属复合材料、储氢材料、电工合金、隐身材料、减震材料等领域有较好的应用，化学镀就是一种很好的制备复合粉体的方法。1947年纳克斯（Narcus）首次报道了化学镀铜技术,50年代中期,随着印制线路板(PCB)通孔金属化的发展,化学镀铜得到了最早的应用[2]。如今，化学镀铜技术已广泛应用于卫星通讯天线超轻波纹波导、雷达反射器、同轴电缆射频屏蔽、天线罩、底板屏蔽等制造中[3]。凹凸棒石粘土是一种铝镁硅酸盐矿物，属稀有非金属矿产资源,凹土具有独特的晶体结构和理化性能，在凹土表面镀铜使它成为导电粉体来作为电磁屏蔽涂料的导电填料，具有较佳的电磁屏蔽性能，也可以用来替代超细金属粉体，减少它们在电子工业中的用量，而且采用化学镀对粉体进行表面改性具有施镀对象无选择性, 均镀能力强, 成本低等优点。
1.1 凹凸棒石粘土简介
凹土为凹凸棒土的简称，是一种具有层链状结构的含水富镁铝的硅酸盐矿物，化学式为：Si8O2Mg5[Al] (OH)2 (H2O) 44H2O，其基本结构单元为两层硅氧四面体与一层镁铝氧八面体构成的棒状单晶[4]，直径20～70nm，长0.1～5.0um，属于天然一维纳米材料。1862年，俄国学者隆科钦科夫最早在乌拉尔矿区的热液蚀变产物中发现这一矿物并将它命名坡缕土(Palygorskite)。1935年法国学者拉巴特朗(de Lapparent)在美国佐治亚州凹凸堡(Attapulgus)的漂白土中发现而命名为凹凸棒土(简称凹土)。后来Huggins等证明两种粘土具有相同的结构，属于同一矿物。凹凸棒石呈土状、致密块状，产于沉积岩和风化壳中，颜色为白色、灰白色、青灰色、灰绿色或弱丝绢光泽。土质细腻，有油脂滑感，质轻、性脆，吸水性强，湿时具粘性和可塑性。凹土的结构特征赋予了其独特的吸附、流变、离子交换、催化、填充等性能 ,在油、化工、建材、医药、农业和环保等领域中应用广泛[5]; 凹土作为一种铬鞣碱化材料[6]和污水处理吸附剂[7]在制革领域中具有广阔的应用前景, 日益受到重视。我国各地盛产凹土，江苏盱眙、安徽明光等地有大规模开发。甘肃靖远地区发现的世界最大凹凸棒石黏土矿床，使我国成为凹凸棒石黏土资源大国。由于我国开发利用水平低，以致使这种经济意义重大的矿藏的应用还只限于一般的填料，甚至以原土的形式廉价地出口德国等国，造成资源的浪费。我国目前对于这种粘土珍稀资源的研究还多限于一般的定性的鉴定和形貌观察。
凹土是一种具有纤维状或链状结构的水合镁铝硅酸盐，其结构可分3层。上下两层是硅氧四面体结构，中间是一层Mg-O-Al八面体。这些结构单元按方格形式交错排列，构成c轴方向的双链状、沿a、b轴方向的层状结构。由于结构中存在晶格置换，故晶体中含有不定量的Na+、Ca2+、Fe3+、Al3+。凹凸棒土的显微结构包括3个层次：(1)凹凸棒土的基本结构单元—棒晶，棒晶呈针状，长约1 um，直径0.01um，与棒平行的沟槽宽约5×10 -4um，棒长与直径因产地而异；(2)由棒晶紧密平行聚集而成的棒晶束；(3)由晶束也(包括棒晶)间相互聚集而形成的各种聚集体(粒径通常在0.01～0.1mm)[8]。凹凸棒石粘土呈碱性，pH值为8～9，江苏盱眙凹凸棒石粘土为细长的棒状、针状晶体形态，矿物发
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