碳纤维表面化学镀铜的工艺
 

摘要　
目的：主要研究如何在碳纤维表面镀铜，如何解决化学镀铜时碳纤维在镀铜溶液中的浸润及黑心问题。方法:对碳纤维进行适当的表面处理，然后将化学镀和电镀结合使用在其表面镀铜。结果:较好地解决了碳纤维与镀铜溶液的浸润性及碳纤维束的黑心问题。结论:对碳纤维先进行化学镀再电镀，既可提高碳纤维与铜镀层的结合力，又可获得较厚的镀层。
关键词　碳纤维； 黑心问题； 化学镀铜
1　试验原理与方法
1.1 化学镀原理及特点
1.1.1   原理
化学镀是一种不需要通电，依据氧化还原反应原理，利用强还原剂在含有金属离子的溶液中，将金属离子还原成金属而沉积在各种材料表面形成致密镀层的方法。
1.1.2   化学镀特点
    化学镀是无电沉积镀层，选择合适的化学镀溶液，将被镀工件表面去除油污后直接放入镀液中。根据设定的厚度确定浸镀的时间即可。化学镀优点是：（1）工艺简单，适应范围广，不需要电源，不需要制作阳极，只要一般操作人员均可操作。（2）镀层与基体的结合强度好。（3）成品率高，成本低，溶液可循环使用，副反应少。（4）无毒，有利于环保。（5）投资少，数百元设备即可，见效快。
1.2　碳纤维镀铜前的表面处理的重要性及其处理方法
镀铜碳纤维的铜镀层是以机械嵌合的方式和碳纤维结合在一起的］。镀铜时，析出的铜原子极易在碳纤维表面富集，而且首先是在碳纤维表面的沟槽内沉积，因此碳纤维表面的粗糙度在很大程度上影响了镀层与碳纤维的紧密结合程度。未经表面处理的碳纤维表面呈疏水性，电镀时会在表面呈现黑斑，因此必须对碳纤维进行表面处理。
提高碳纤维表面活性的方法较多，如：气相氧化法、液相氧化法、等离子刻蚀法等。不论哪种方法都能使碳纤维表面的含氧官能团增加，从而增加碳纤维表面的浸润性。
1.2.1　碳纤维的化学镀铜
    碳纤维化学镀铜的基本过程是碳纤维经表面处理后经过敏化、活化、还原、解胶，最后在镀铜液中进行化学镀铜。化学镀的关键在活化和化学镀铜。化学镀铜溶液中的主盐就是铜盐，该溶液通常由硫酸铜、酒石酸钾钠、氢氧化钠、甲醛等配制而成。该溶液最大的缺点就是不稳定，短时间内就会失效。为了就解决以上的缺点，本试验做了如下改进：（1）更换络合剂，（2）加入稳定剂。
1.2.2　碳纤维的电镀铜
　　碳纤维的电导率较低，一般只有1.0×104～1.0×105S/m，所以不能直接作为电极进行电镀。本试验采用单点接触连续移动碳纤维法对其实施电镀。
2　试验结果及讨论
2.2　碳纤维化学镀和电镀的效果及比较
2.2.1　碳纤维束电镀时的黑心问题
所谓的黑心问题就是电镀时铜只沉积在碳纤维束的表面，而内部碳纤维没有被镀上铜，因而产生黑心。这是因为碳纤维束在电镀时许多断裂的短纤维在电流的作用下自由取向，这些纤维优先被镀上铜。镀铜纤维的导电性要远大于未被镀铜的纤维，这样镀上铜的外部碳纤维对内部未被镀上铜的纤维产生屏蔽，使得铜只在外部碳纤维上沉积而内部碳纤维上很难镀上铜。
2.2.2　碳纤维电镀和化学镀镀层效果的比较
电镀碳纤维的表面不够光滑，铜镀层与碳纤维的结合力不好。在纤维表面与铜层的相接处，由于表面张力的作用，发生了部分界面分离现象。从碳纤维束的镀铜效果来看，化学镀消除了电流分布的不均匀性，大大改善了电镀时的黑心问题。但从另一角度来说，化学镀不及电镀沉积速度快。前者阳极形状比较灵活，特别适于局部镀和工件修复；后者阳极材料、形状要求比较高，可获得厚镀层，适于批量生产。因此对碳纤维先进行化学镀然后再电镀，既可以提高碳纤维与铜镀层的结合力，又可获得较厚的镀层，可见将二者结合使用是提高碳纤维束镀铜质量的有效方法。
3　结　论
① 对碳纤维表面进行适当的处理可以改善碳纤维表面的浸润性和粗糙度。
② 对化学镀铜过程加以改进，可以有效地提高碳纤维镀铜质量。
③ 将化学镀和电镀有效的结合可以提高碳纤维镀铜效果
参考文献
1　作者：范大楠，王玉林，刘兆军等.镍对C/Cu复合材料界面特性影响的研究.天津大学学报，1991(1)
2　作者：曹卓坤,刘宜汉,姚广春.  硫酸盐酸性镀液中碳纤维电镀铜  过程工程学报  2006年 第04期
3   作者：王济国.碳纤维表面的化学镀铜.新型碳材料，1996(4)
4　作者:杨连威,刘振刚,姚广春,   碳纤维镀铜的研究材料科学与工艺   2005年 第06期
5   作者：曾华梁.塑料电镀.北京：北京轻工业出版社，1985