專利名稱：一種壓電復合材料鎳電極的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在壓電復合材料上鍍鎳電極的方法，具體涉及一種采用化學鍍在壓電復合材料元器件上鍍鎳電極的方法。
背景技術(shù)：
壓電復合材料是指由至少一種壓電相材料與非壓電相材料按照一定的連通方式組合在一起而構(gòu)成的一種具有壓電效應的新材料。壓電復合材料具有聲阻抗低、易與水及人體組織等傳播介質(zhì)匹配、低機械品質(zhì)因數(shù)、高靜水壓靈敏優(yōu)值、溫度穩(wěn)定性好等一些特點在水聲、超聲、電聲以及其他方面得到了廣泛應用。由于壓電復合材料是無機非金屬材料壓電陶瓷和有機物材料聚合物復合而成，若使電極同時在壓電陶瓷和聚合物上具有良好的附著強度，并達到均勻一致性非常困難，從而限制了壓電復合材料的使用范圍。因此研制適合于壓電復合材料的電極，使其發(fā)揮優(yōu)良的壓電性能，對壓電復合材料的推廣應用具有非常重要的意義。目前，壓電陶瓷電極的制備方法普遍采用的是燒滲銀，此法焙燒溫度是800°C，而壓電復合材料中的非壓電相聚合物，不能承受如此高的溫度。因此，此法不適用于壓電復合材料電極的制作。目前制備壓電復合材料的電極方法多采用涂銀漿、噴金工藝等，采用涂銀漿方法制備的電極結(jié)合強度與均勻性差，而噴金工藝原料及設備昂貴，使產(chǎn)品成本太高，失去市場競爭力。化學鍍工藝是不需外加電流，在具有自催化活性的材料表面通過溶液中化學還原反應進行的金屬沉積過程。采用化學鍍工藝獲得的鍍層還具有以下優(yōu)點(1)不論物體形狀如何復雜都能得到均勻一致的鍍層；( 沉積鍍層具有獨特的化學、物理和機械性能； (3)鍍層在材料表面附著力強，鍍層細密，大面積鍍覆合格率高；(4)投資少，簡便易行，工藝方法簡單，生產(chǎn)本低，對環(huán)境的污染較小。由于化學鍍的以上優(yōu)點，其已經(jīng)成為金屬和非金屬表面金屬化的有效手段，其工藝流程也經(jīng)過了大量的研究。但是，將化學鍍用于制備壓電復合材料的電極還未見報道，壓電復合材料是由壓電陶瓷和聚合物組成，這兩者采用一般的非金屬表面化學鍍的方法不能生成正常的鍍層，聚合物無法附著電極，因此必須研究探索一種新的、適合壓電復合材料的化學鍍方法才能使這兩種不同材料具有相近的自催化活性，從而獲得均勻一致的鍍層。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種壓電復合材料鎳電極的制備方法，本方法對現(xiàn)有化學鍍鎳方法的工藝進行改進，使壓電復合材料中的陶瓷和聚合物能同時鍍上鎳，形成電極材料且電極鍍層均勻。本發(fā)明是通過以下措施實現(xiàn)的
一種壓電復合材料鎳電極的制備方法，其特征是采用化學鍍的方法制備，將壓電復合材料經(jīng)粗化、敏化、活化后放入鍍鎳液中進行鍍鎳，得到鎳電極，活化所用的活化液為鈀鹽活化液或鎳鹽活化液，其中，鈀鹽活化液是將PdCl2和濃鹽酸溶于水中配制而成，PdCl2含量為0. 3-0. 5g/L、濃HCl含量為9. 9-llml/L ；鎳鹽活化液是將乙酸鎳和硼氫化鈉溶于無水甲醇中配制而成，乙酸鎳的含量為64-68g/L，硼氫化鈉的含量為64-68g/L。所用鈀鹽活化液中，PdCl2最佳含量為0. 4g/L，所用鎳鹽活化液中，乙酸鎳與硼氫化鈉的濃度相同時最佳。所用鍍鎳液為水溶液，其成分為NiSO4 ·7H20,NaC6H5O7 ·2H20,NaH2PO2 .H2CKNH4Cl 和 BSO添加劑，其中，NiSO4 ·7Η20 濃度為 15_25g/L，NaC6H5O7 ·2Η20含量為9_15g/L，NaH2PR ·Η20 含量為18-30g/L，NH4Cl含量為30 g/L，BSO添加劑含量為0. 08-0. 2g/L，鍍鎳液用氨水調(diào)解pH至8-11，優(yōu)選調(diào)至9-9. 6。鍍鎳液的配制方法為按配比稱取各成分，然后將NaH2PA · H2O與NH4Cl混合，配成B溶液，將NiSO4 · 7H20、BSO添加劑與NaC6H5O7 · 2H20混合，配成A溶液；將B溶液緩慢滴入A溶液中，用氨水調(diào)解pH，即得。粗化所用粗化液是密度1. 0-1. 5g/cm3的混合無機酸與水的混合液，其體積比 1 2-1:4,所用的無機酸包括鹽酸、硫酸、硝酸、高氯酸等。敏化所用敏化液為SnCl2 · 2H20和濃鹽酸的水溶液，SnCl2 · 2H20在水中的含量為 ^-35g/L，濃HCl在水中的含量為45-55ml/L。本發(fā)明所述的壓電復合材料的組成為壓電陶瓷和聚合物，所述聚合物包括環(huán)氧樹脂、硅膠、高溫膠等。具體的，本方法包括以下步驟
(1)將所需尺寸的壓電復合材料加入粗化液中，室溫下處理5-30min，然后將壓電復合材料放入沸水中清洗，以除去粗化液；
(2)將粗化后的壓電復合材料放入敏化液中，室溫下處理3-15min，然后用去離子水清
洗；
(3)將敏化后的壓電復合材料放入活化液中進行活化處理，處理后用去離子水清洗；采用鈀鹽活化液的處理條件為室溫下處理3-15min，采用鎳鹽活化液的處理條件為 20-40°C下處理 30-50min ；
(4)將活化后的壓電復合材料放入鍍鎳液中，在25-50°C下進行鍍鎳，并不斷攪拌，鍍層達到厚度時停止鍍鎳，并將復合材料兩邊多余的鎳層除去，即得。上述方法中，鍍鎳時間按照鍍層厚度和溫度的不同而不同，溫度越低，鍍鎳速度越小，花費時間越長，一般在3-15min可達到厚度要求，在實際操作時可根據(jù)需要進行調(diào)整。本發(fā)明所用的BSO添加劑為化學鍍常用添加劑，其主要化學成分為糖精，學名鄰苯甲酰磺酰亞胺，初級光亮劑。本發(fā)明采用科學、合理的鍍鎳工藝對壓電復合材料進行鍍鎳操作，能夠在壓電陶瓷和聚合物上同時鍍上電極，為使用提供便利。經(jīng)過大量實驗總結(jié)，在鍍鎳時，采用25-50°C 的溫度范圍，在此范圍內(nèi)鍍鎳速度快，鍍層均勻。圖1為鍍液溫度對鍍速的影響，從圖中可以看出，隨著溫度的升高鍍鎳的速度也隨之升高。圖2、3、4分別是在30°C、4(TC、5(rC下鍍鎳所得鎳層的3000倍SEM圖，從圖中可以看出，圖2、3、4中的鎳層均附著在壓電復合材料的壓電陶瓷和聚合物上。圖3中鎳層排列規(guī)律，而圖2和4有堆積、團聚現(xiàn)象出現(xiàn)。由此可以看出，溫度的選擇不能只看鍍鎳速度，還要全面考慮所得鍍層的性能。除此以外，鍍鎳液的PH對鍍層的形成也至關(guān)重要。圖5和6分別為pH8. 0、9. 2時所得鍍層的3000倍SEM 圖像，從圖中可以看出，PH8.0時的鎳層有堆積、團聚現(xiàn)象出現(xiàn)，而pH9.0時鎳層排布比較規(guī)律、均勻，由此可見，PH變化對鍍層的性能也有較大的影響。為了使壓電復合材料中的不同成分能夠同時鍍上電極，本發(fā)明對化學鍍工藝進行了改進，將活化工藝進行了選擇、優(yōu)化，采用鈀鹽活化液和鎳鹽活化液對材料進行活化。鈀鹽活化法是使用氯化亞錫等還原劑將鈀離子還原為金屬鈀，使其沉積或吸附在基體表面， 它具有活化效果好、工藝簡單等特點，是目前最有工業(yè)價值的金屬活化液。鎳鹽活化法是通過選用合適的還原劑，將鎳鹽溶液中的金屬離子還原，從而獲取金屬顆粒，無鈀活化工藝較傳統(tǒng)的鈀活化法成本低、污染小等優(yōu)點，具有非常廣闊的研究前景。通過這兩種活化方法， 使壓電陶瓷和聚合物具有相近的催化活性，從而能夠通過化學鍍的方法在兩種不同的非金屬材料上同時鍍上電極，且鍍層均勻，結(jié)合力強。此外，在鍍鎳過程中也對鍍鎳液進行了改進，使鍍鎳溫度溫和，鍍鎳時間快，鍍層厚度易控制，鍍液壽命長。除上述改進外，將粗化工藝進行了選擇、優(yōu)化，本發(fā)明在粗化工藝中使用的是密度約為1.0-1.5g/cm3 (優(yōu)選1. 2g/cm3)的混合無機酸溶液。摒棄了現(xiàn)今普遍使用的氫氟酸的水溶液、氫氟酸和硝酸的混合溶液、三氧化鉻和氫氟酸或者硫酸的混合溶液、磷酸、氫氧化鈉等粗化工藝。本工藝使用的粗化液具有成本較低、污染少、低溫度(低能耗)、粗化液穩(wěn)定等優(yōu)點。本發(fā)明不需要昂貴設備，能在復雜元件表面沉積鎳，鍍鎳的速度快，鍍層厚度易調(diào)控，所得鎳電極鍍層厚度均勻致密，鍍層結(jié)合力強，均一性好，耐磨性好，抗蝕性能好，可焊性好，使用壽命長，可以滿足復合材料應用的需求。


圖1為鍍液溫度對鍍速的曲線；
圖2為30°C時所得鍍層3000倍SEM圖像； 圖3為40°C時所得鍍層3000倍SEM圖像； 圖4為50°C時所得鍍層3000倍SEM圖像； 圖5為pH=8. 0時所得鍍層3000倍SEM圖像； 圖6為pH=9. 2時所得鍍層3000倍SEM圖像； 圖7為實施例1所得鍍層5000倍SEM圖像； 圖8為無鈀活化鍍層5000倍SEM圖像。
具體實施例方式下面通過具體實施例對本發(fā)明進行進一步的闡述，應該明白的是，下述說明僅是為了解釋本發(fā)明，并不對其內(nèi)容進行限定。本發(fā)明所用的所有化學藥品均能在市場上買到，其出處在此不再贅述，下面實施例中所用的濃鹽酸為37wt%的鹽酸。所用的粗化液是由密度1. 0-1. 5g/cm3的混合無機酸和水按體積比1:2-4配制而成的，所述的無機酸包括硫酸、鹽酸、硝酸、高氯酸等，混合比例以達到密度1.0-1.5g/cm3為宜。下述實施例中所用的環(huán)氧樹脂、高溫膠和硅膠均能在市場上買到，所用的環(huán)氧樹
5脂包括縮水甘油胺類環(huán)氧樹脂和線型脂肪族類環(huán)氧樹脂，市場上買到的型號均能應在本發(fā)明中。 采用鈀鹽活化液進行化學鍍反應實施例1
所用的溶液如下
權(quán)利要求
1.一種壓電復合材料鎳電極的制備方法，其特征是采用化學鍍的方法制備，將壓電復合材料經(jīng)粗化、敏化、活化后放入鍍鎳液中進行鍍鎳，得到鎳電極，活化所用的活化液為鈀鹽活化液或鎳鹽活化液，其中，鈀鹽活化液是將Pdci2和濃鹽酸溶于水中配制而成，PdCl2 含量為0. 3-0. 5g/L、濃HCl含量為9. 9-llml/L ；鎳鹽活化液是將乙酸鎳和硼氫化鈉溶于無水甲醇中配制而成，乙酸鎳的含量為64-68g/L，硼氫化鈉的含量為64-68g/L。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是=PdCl2含量為0.4g/L。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是乙酸鎳與硼氫化鈉的濃度相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是所述鍍鎳液為水溶液，其成分為 NiSO4 · 7H20、NaC6H5O7 · 2H20、NaH2PO2 · H2O, NH4Cl 和 BSO 添 加劑，其中，NiSO4 · 7H20 濃度為 15-25g/L, NaC6H5O7 · 2H20 含量為 9_15g/L，NaH2PO2 · H2O 含量為 18_30g/L，NH4Cl 含量為 30 g/L，BSO 添加劑含量為 0. 08-0. 2g/L，pH8_ll。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征是鍍鎳液pH為9-9.6。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是粗化所用粗化液為密度1.0-1. 5g/cm3 的混合無機酸與水的混合液，無機酸與水的體積比1:2-4 ；敏化所用敏化液為SnCl2 · 2H20 和濃鹽酸的水溶液，SnCl2 · 2H20在水中的含量為26-35g/L，濃HCl在水中的含量為 45-55ml/L。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是所述壓電復合材料的組成為壓電陶瓷和聚合物，所述聚合物包括環(huán)氧樹脂、硅膠或高溫膠。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是包括以下步驟(1)將壓電復合材料加入粗化液中，室溫下處理5-30min，然后將壓電復合材料放入沸水中清洗，以除去粗化液；(2)將粗化后的壓電復合材料放入敏化液中，室溫下處理3-15min，然后用去離子水清洗；(3)將敏化后的壓電復合材料放入活化液中進行活化處理，處理后用去離子水清洗；采用鈀鹽活化液的處理條件為室溫下處理3-15min，采用鎳鹽活化液的處理條件為20_40°C 下處理30min ；(4)將活化后的壓電復合材料放入鍍鎳液中，在25-50°C下進行鍍鎳，并不斷攪拌，鍍層達到厚度時停止鍍鎳，并將復合材料兩邊多余的鎳層除去，即得。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征是鍍鎳液的配制方法為按配比稱取各成分，然后將NaH2PR · H2O與NH4Cl混合，配成B溶液，將NiSO4 · 7H20、BSO添加劑與 NaC6H5O7 · 2H20混合，配成A溶液；將B溶液緩慢滴入A溶液中，用氨水調(diào)解pH，即得。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征是鍍鎳溫度為35-45°C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種壓電復合材料鎳電極的制備方法，采用化學鍍的方法制備，將壓電復合材料經(jīng)粗化、敏化、活化后放入鍍鎳液中進行鍍鎳，得到鎳電極，活化所用的活化液為鈀鹽活化液或鎳鹽活化液，其中，鈀鹽活化液是將PdCl2溶于一定的鹽酸溶液中配制而成，PdCl2含量為0.3-0.5g/L、濃HCl含量為9.9-11ml/L；鎳鹽活化液是將乙酸鎳和硼氫化鈉溶于無水甲醇中配制而成，乙酸鎳的含量為64-68g／L，硼氫化鈉的含量為64-68g／L。本發(fā)明鍍鎳速度快，鍍層厚度易調(diào)控，所得鎳電極鍍層厚度均勻致密，鍍層結(jié)合力強，均一性好，耐磨性好，抗蝕性能好，可焊性好，使用壽命長，可以滿足復合材料應用的需求。
文檔編號C23C18/18GK102337526SQ201110271920
公開日2012年2月1日 申請日期2011年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月15日
發(fā)明者周美娟, 孫敏, 張穎, 程新, 郝超, 黃世峰 申請人:濟南大學