薄膜技術(shù) 電鍍 LB技術(shù)

1、2.4 溶液鍍膜法 o 電鍍 o 化學(xué)鍍-化學(xué)反應(yīng)沉積 o 陽(yáng)極氧化-陽(yáng)極反應(yīng)沉積 o 溶膠-凝膠 o LB技術(shù) 一一 電鍍電鍍 1.1、電鍍的基本原理、電鍍的基本原理 電鍍是金屬電沉積技術(shù)之一，是通過(guò)電電鍍是金屬電沉積技術(shù)之一，是通過(guò)電 解方法在固體表面上獲得金屬沉積層的解方法在固體表面上獲得金屬沉積層的 過(guò)程。過(guò)程。 電鍍是指在含有電鍍是指在含有欲鍍金屬欲鍍金屬的的鹽類(lèi)溶液鹽類(lèi)溶液中中, ,在在直流直流 電電的作用下的作用下, ,以以被鍍基體金屬被鍍基體金屬為陰極為陰極, ,以以欲鍍金欲鍍金 屬或其它惰性導(dǎo)體屬或其它惰性導(dǎo)體為陽(yáng)極，通過(guò)為陽(yáng)極，通過(guò)電解電解作用，在作用，在 基體表面上獲得基

2、體表面上獲得牢固的金屬膜牢固的金屬膜的表面技術(shù)的表面技術(shù)。 般來(lái)說(shuō)，陰極上金屬電沉積的過(guò)程是由下列步驟組般來(lái)說(shuō)，陰極上金屬電沉積的過(guò)程是由下列步驟組 成的：成的： (1) (1) 傳質(zhì)步驟傳質(zhì)步驟 在電解液中的預(yù)鍍金屬的離子或它在電解液中的預(yù)鍍金屬的離子或它 們的絡(luò)離子由于濃度差而向陰極們的絡(luò)離子由于濃度差而向陰極( (工件工件) )表面或表面或 表面附近遷移；表面附近遷移； (2) (2) 表面轉(zhuǎn)化步驟表面轉(zhuǎn)化步驟 金屬離子或其絡(luò)離子在電極表金屬離子或其絡(luò)離子在電極表 面上或表面附近的液層中發(fā)生還原反應(yīng)的步驟，面上或表面附近的液層中發(fā)生還原反應(yīng)的步驟， 如絡(luò)離子配位體的變換或配位數(shù)的降低；如

3、絡(luò)離子配位體的變換或配位數(shù)的降低； (3) (3) 電化學(xué)步驟電化學(xué)步驟 金屬離子或絡(luò)離子在陰極上得到金屬離子或絡(luò)離子在陰極上得到 電子，還原成金屬原子；電子，還原成金屬原子； (4) (4) 新相生成步驟新相生成步驟 即生成新相，如生成金屬或合即生成新相，如生成金屬或合 金金. . o 當(dāng)直流電通過(guò)兩電極及兩極間 含金屬離子的電解液時(shí)，金屬 離子在陰極上還原沉積成鍍層， 而陽(yáng)極氧化將金屬轉(zhuǎn)移為離子。 o 如圖所示，在硫酸銅溶液中插 人兩個(gè)銅板，并與直流電源相 接，當(dāng)施加一定電壓時(shí)，兩極 就發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。 o Cu2+(溶液內(nèi)部)Cu2+（陰極表 面） o Cu2+（陰極表面）+2e-Cu(

4、金 屬) 濕法濕法 電鍍電鍍 熔融鹽熔融鹽 電鍍電鍍 在熔融鹽中進(jìn)行的電鍍?cè)谌廴邴}中進(jìn)行的電鍍 在水溶液和有機(jī)溶液中進(jìn)行的電鍍?cè)谒芤汉陀袡C(jī)溶液中進(jìn)行的電鍍 鍍層按鍍層的性能分為三類(lèi)：鍍層按鍍層的性能分為三類(lèi)： (1) (1) 防護(hù)性鍍層防護(hù)性鍍層 鍍鋅及鋅合金，鍍鎘等；鍍鋅及鋅合金，鍍鎘等； (2) (2) 防護(hù)裝飾性鍍層防護(hù)裝飾性鍍層 多層鎳多層鎳+ +鉻，鋼鉻，鋼+ +鎳鎳+ +鉻，銅鉻，銅 + +錫錫+ +鉻，鎳鉻，鎳+ +銅銅+ +鎳鎳+ +鉻等；鉻等； (3) (3) 功能性鍍層功能性鍍層 電鍍層必須滿(mǎn)足的三個(gè)條件：電鍍層必須滿(mǎn)足的三個(gè)條件： 1) 1) 與基體金屬結(jié)合牢固，附著力

5、好；與基體金屬結(jié)合牢固，附著力好； 2) 2) 鍍層完整，結(jié)晶細(xì)致，孔隙少；鍍層完整，結(jié)晶細(xì)致，孔隙少； 3) 3) 鍍層厚度分布均勻。鍍層厚度分布均勻。 電沉積的基本條件 o 金屬離子以一定的電流密度進(jìn)行陰極還原時(shí)，原則上， 只要電極電位足夠負(fù)，任何金屬離子都可能在陰極上 還原，實(shí)現(xiàn)電沉積。 o 但由于水溶液中有氫離子、水分子及多種其它離子， 使得一些還原電位很負(fù)的金屬離子實(shí)際上不可能實(shí)現(xiàn) 沉積過(guò)程。 o 所以金屬離子在水溶液中能否還原，不僅決定于其本 身的電化學(xué)性質(zhì)，還決定于金屬的還原電位與氫還原 電位的相對(duì)大小。 o 若金屬離子還原電位比氫離子還原電位更負(fù)，則電極 上大量析氫，金屬沉積極

6、少。 1.2、電鍍?nèi)芤旱幕窘M成、電鍍?nèi)芤旱幕窘M成 析出金屬的易溶于水的鹽類(lèi)，稱(chēng)為主鹽；析出金屬的易溶于水的鹽類(lèi)，稱(chēng)為主鹽； 1 能與析出的金屬離子形成絡(luò)鹽的成分；能與析出的金屬離子形成絡(luò)鹽的成分； 2 提高鍍液導(dǎo)電性的鹽類(lèi)；提高鍍液導(dǎo)電性的鹽類(lèi)； 3 有利于陽(yáng)極溶解的助溶陰離子有利于陽(yáng)極溶解的助溶陰離子； 5 能保持溶液的能保持溶液的PH值在要求范圍內(nèi)的緩沖劑；值在要求范圍內(nèi)的緩沖劑； 4 影響金屬離子在陰極上析出的成分影響金屬離子在陰極上析出的成分添加劑。添加劑。 6 考察一個(gè)電鍍?nèi)芤菏欠駶M(mǎn)足生產(chǎn)的需要，一般考察一個(gè)電鍍?nèi)芤菏欠駶M(mǎn)足生產(chǎn)的需要，一般 要了解一些基本的性能參數(shù)：包括電流效率

7、、要了解一些基本的性能參數(shù)：包括電流效率、 分散能力、整平能力、覆蓋能力等。分散能力、整平能力、覆蓋能力等。 電流效率電流效率 電鍍中把實(shí)際析出的金屬量與理電鍍中把實(shí)際析出的金屬量與理 論析出量的比；論析出量的比； 宏觀上，鍍液使鍍件表面鍍層分宏觀上，鍍液使鍍件表面鍍層分 布更加均勻的能力布更加均勻的能力； 微觀上，鍍液所具有的能使鍍層微觀上，鍍液所具有的能使鍍層 的輪廓比底層更平滑的能力的輪廓比底層更平滑的能力； 指形狀復(fù)雜的零件電鍍時(shí)，鍍層指形狀復(fù)雜的零件電鍍時(shí)，鍍層 覆蓋基體的程度覆蓋基體的程度. . 分散能力分散能力 整平能力整平能力 覆蓋能力覆蓋能力 1.3、電鍍的工藝過(guò)程、電鍍的工

8、藝過(guò)程 電鍍的工藝過(guò)程包括電鍍的工藝過(guò)程包括鍍前處理鍍前處理、電鍍電鍍、鍍后鍍后 處理處理三大步。三大步。 鍍前處理鍍前處理包括拋光或打磨、脫脂、包括拋光或打磨、脫脂、 除銹、活化等多道工序，鍍前處除銹、活化等多道工序，鍍前處 理質(zhì)量直接影響到鍍層與基體間理質(zhì)量直接影響到鍍層與基體間 的結(jié)合力和鍍層的完整性。的結(jié)合力和鍍層的完整性。 鍍后處理鍍后處理則關(guān)系到鍍層的防護(hù)性和則關(guān)系到鍍層的防護(hù)性和 裝飾性效果；鍍后處理包括裝飾性效果；鍍后處理包括鈍化鈍化和和 浸膜浸膜. . 鈍化鈍化 浸膜浸膜 是在新鍍出的鍍層人為地形是在新鍍出的鍍層人為地形 成一層致密的氧化物膜，使成一層致密的氧化物膜，使 鍍層

9、金屬與空氣隔絕，以提鍍層金屬與空氣隔絕，以提 高鍍層的防護(hù)性和裝飾性。高鍍層的防護(hù)性和裝飾性。 是在鍍后的零件表面浸涂一層是在鍍后的零件表面浸涂一層 有機(jī)或無(wú)機(jī)高分子膜，以提高有機(jī)或無(wú)機(jī)高分子膜，以提高 鍍層的防護(hù)性和裝飾性鍍層的防護(hù)性和裝飾性 。 1.4、影響鍍層質(zhì)量的因素、影響鍍層質(zhì)量的因素 1.4.1 鍍液的影響鍍液的影響 依據(jù)金屬離子的存在形式可把電鍍?nèi)芤悍譃橐罁?jù)金屬離子的存在形式可把電鍍?nèi)芤悍譃?簡(jiǎn)單鍍液和絡(luò)合物鍍液。簡(jiǎn)單鍍液和絡(luò)合物鍍液。 p 主要金屬離子為簡(jiǎn)單離子的鍍液，其陰主要金屬離子為簡(jiǎn)單離子的鍍液，其陰 極極化作用不大，鍍層的結(jié)晶較粗。鍍極極化作用不大，鍍層的結(jié)晶較粗。鍍

10、液的分散能力較差；液的分散能力較差； p 絡(luò)合物鍍液陰極極化作用較大，所得鍍絡(luò)合物鍍液陰極極化作用較大，所得鍍 層結(jié)晶細(xì)致緊密鍍液的分散能力也較層結(jié)晶細(xì)致緊密鍍液的分散能力也較 好。好。 u鍍液中的主鹽濃度高時(shí)，電沉積過(guò)程中的鍍液中的主鹽濃度高時(shí)，電沉積過(guò)程中的 濃差極化小，晶核形成速度降低，所得鍍濃差極化小，晶核形成速度降低，所得鍍 層晶粒較粗；這種影響在簡(jiǎn)單鹽鍍液中尤層晶粒較粗；這種影響在簡(jiǎn)單鹽鍍液中尤 為明顯。為明顯。 u主鹽濃度過(guò)低時(shí)，盡管對(duì)提高鍍液的分散主鹽濃度過(guò)低時(shí)，盡管對(duì)提高鍍液的分散 能力有利，但鍍液允許的電流密度小。鍍能力有利，但鍍液允許的電流密度小。鍍 液中的導(dǎo)電鹽可提高其

11、導(dǎo)電性，增加陰極液中的導(dǎo)電鹽可提高其導(dǎo)電性，增加陰極 極化，對(duì)獲得結(jié)晶細(xì)致的鍍層有利。極化，對(duì)獲得結(jié)晶細(xì)致的鍍層有利。 在生產(chǎn)過(guò)程中由于零件的進(jìn)出而帶入水、帶在生產(chǎn)過(guò)程中由于零件的進(jìn)出而帶入水、帶 出溶液、陰極和陽(yáng)極上的化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致溶液中出溶液、陰極和陽(yáng)極上的化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致溶液中 各主要成分間的比例、鍍液的各主要成分間的比例、鍍液的pHpH值、添加劑的值、添加劑的 含量等在不斷變化陽(yáng)極和陰極非導(dǎo)電區(qū)的溶含量等在不斷變化陽(yáng)極和陰極非導(dǎo)電區(qū)的溶 解造成鍍液中雜質(zhì)離子的不斷積累，這些因素解造成鍍液中雜質(zhì)離子的不斷積累，這些因素 都會(huì)對(duì)鍍層的性能產(chǎn)生不利影響。都會(huì)對(duì)鍍層的性能產(chǎn)生不利影響。 因而對(duì)電鍍?nèi)?/p>

12、液要加強(qiáng)維護(hù)與管理；特別因而對(duì)電鍍?nèi)芤阂訌?qiáng)維護(hù)與管理；特別 是要定期分析和調(diào)整各組分的含量，對(duì)溶是要定期分析和調(diào)整各組分的含量，對(duì)溶 液采取連續(xù)過(guò)濾、定期分析和除雜處理。液采取連續(xù)過(guò)濾、定期分析和除雜處理。 1.4.2 電鍍規(guī)范的影響電鍍規(guī)范的影響 鍍液溫度鍍液溫度 p 升高鍍液溫度有利于提高離子的擴(kuò)散速升高鍍液溫度有利于提高離子的擴(kuò)散速 度、加快向放電形式的轉(zhuǎn)化，因而將使度、加快向放電形式的轉(zhuǎn)化，因而將使 鍍層晶粒變粗。鍍層晶粒變粗。 p 提高電流密度、必然增大陰極極化作提高電流密度、必然增大陰極極化作 用使鍍層致密，沉積速度加快，但過(guò)用使鍍層致密，沉積速度加快，但過(guò) 高的濃差極化會(huì)導(dǎo)致邊

13、角部位鍍層變粗高的濃差極化會(huì)導(dǎo)致邊角部位鍍層變粗 乃致燒焦。乃致燒焦。 電流密度電流密度 1.4.3 析氫的影響析氫的影響 u在任何在任何種電解液中，在金屬電沉積的同時(shí)都存在種電解液中，在金屬電沉積的同時(shí)都存在 有氫離子的放電并析出氫氣，析出的氫有時(shí)會(huì)進(jìn)入有氫離子的放電并析出氫氣，析出的氫有時(shí)會(huì)進(jìn)入 鍍層或基體金屬體內(nèi)。使金屬的晶格歪扭，內(nèi)應(yīng)力鍍層或基體金屬體內(nèi)。使金屬的晶格歪扭，內(nèi)應(yīng)力 增大，從而導(dǎo)致鍍層脫落或使鍍件脆裂；增大，從而導(dǎo)致鍍層脫落或使鍍件脆裂； u吸附在基體金屬內(nèi)的氫，在鍍件的存放或使用過(guò)程吸附在基體金屬內(nèi)的氫，在鍍件的存放或使用過(guò)程 中，由于環(huán)境溫度的升高會(huì)慢慢從基體中釋放出

14、中，由于環(huán)境溫度的升高會(huì)慢慢從基體中釋放出 來(lái)而導(dǎo)致鍍層鼓泡。而氫氣在陰極上析出時(shí)，經(jīng)常來(lái)而導(dǎo)致鍍層鼓泡。而氫氣在陰極上析出時(shí)，經(jīng)常 呈氣泡狀粘附在陰極的表面，從而阻止金屬在這些呈氣泡狀粘附在陰極的表面，從而阻止金屬在這些 地方的沉積，產(chǎn)生針孔。地方的沉積，產(chǎn)生針孔。 1.4.4 基體金屬的影響基體金屬的影響 n 基體金屬的化學(xué)性質(zhì)與其和鍍層之間結(jié)合力基體金屬的化學(xué)性質(zhì)與其和鍍層之間結(jié)合力 密切相關(guān)。在某些電解液中，如果基體金屬密切相關(guān)。在某些電解液中，如果基體金屬 的電位負(fù)于鍍層金屬，若不用其它鍍層過(guò)渡，的電位負(fù)于鍍層金屬，若不用其它鍍層過(guò)渡， 就不容易獲得結(jié)合力良好的鍍層。就不容易獲得結(jié)合

15、力良好的鍍層。 n 鑄造件和粉末冶金件的表面往往是凹凸不平且鑄造件和粉末冶金件的表面往往是凹凸不平且 多孔的，零件內(nèi)孔易積留預(yù)處理的溶液、鍍件多孔的，零件內(nèi)孔易積留預(yù)處理的溶液、鍍件 表面經(jīng)過(guò)一段時(shí)間會(huì)出現(xiàn)黑色的斑點(diǎn)。表面經(jīng)過(guò)一段時(shí)間會(huì)出現(xiàn)黑色的斑點(diǎn)。 n 此外、零件在電鍍前的脫脂、除銹是否徹底，此外、零件在電鍍前的脫脂、除銹是否徹底， 也將嚴(yán)重影響鍍層的性能也將嚴(yán)重影響鍍層的性能. . 了解常用單金屬電鍍了解常用單金屬電鍍 單金屬電鍍是指鍍液中只含有一種金屬離子，單金屬電鍍是指鍍液中只含有一種金屬離子， 鍍后形成單一金屬鍍層的方法。鍍后形成單一金屬鍍層的方法。 l常用的單金屬電鍍主要有鍍鋅、

16、常用的單金屬電鍍主要有鍍鋅、 鍍銅、鍍鎳、鍍鉻、鍍錫和鍍鍍銅、鍍鎳、鍍鉻、鍍錫和鍍 鎘等，不僅可作為鋼鐵機(jī)件等鎘等，不僅可作為鋼鐵機(jī)件等 的防腐，還具有裝飾功能和改的防腐，還具有裝飾功能和改 善可焊性的特性。善可焊性的特性。 金屬沉積過(guò)程: o 1傳質(zhì)步驟：液相中的反應(yīng)粒子（金屬水化 離子或配合離子）向陰極表面?zhèn)鬟f的步驟，有 電遷移,擴(kuò)散及對(duì)流三種不同方式。 o 2前置化學(xué)步驟：研究表明，直接參加陰極 電化學(xué)還原反應(yīng)的金屬離子往往不是金屬離子 在電解液中的主要存在形式。在還原之前，離 子在陰極附近或表面發(fā)生化學(xué)轉(zhuǎn)化，然后才能 放電還原為金屬。 o 3電荷轉(zhuǎn)移步驟：反應(yīng)粒子在陰極表面得到 電子形

17、成吸附原子或吸附離子的過(guò)程稱(chēng)為電荷 轉(zhuǎn)移步驟，又稱(chēng)為電化學(xué)步驟，這里主要發(fā)生 電荷從陰極表面轉(zhuǎn)移到反應(yīng)粒子的過(guò)程，這是 電沉積過(guò)程的重要步驟。 o 4結(jié)晶步驟: 吸附原子通過(guò)表面擴(kuò)散到達(dá)生 長(zhǎng)點(diǎn)而進(jìn)人晶格，或吸附原子相互碰撞形成新 的晶核并長(zhǎng)大成晶體。 1、鍍鋅、鍍鋅 n 鋅的標(biāo)準(zhǔn)電極電位為鋅的標(biāo)準(zhǔn)電極電位為-0.76V，對(duì)鋼鐵基體來(lái)，對(duì)鋼鐵基體來(lái) 說(shuō)鋅鍍層屬于陽(yáng)極性鍍層、主要用于防止鋼說(shuō)鋅鍍層屬于陽(yáng)極性鍍層、主要用于防止鋼 鐵的腐蝕。電鍍鋅工藝分為氰化物鍍鋅和無(wú)鐵的腐蝕。電鍍鋅工藝分為氰化物鍍鋅和無(wú) 氰鍍鋅兩類(lèi)。氰鍍鋅兩類(lèi)。 n 氰化物鍍鋅的特點(diǎn)是溶液均鍍能力好，鍍后光氰化物鍍鋅的特點(diǎn)是溶液

18、均鍍能力好，鍍后光 滑細(xì)致，應(yīng)用較廣，鍍液分微氰、低氰、中氰滑細(xì)致，應(yīng)用較廣，鍍液分微氰、低氰、中氰 和高氰幾種。但由于氰化物屬劇毒物，近年來(lái)和高氰幾種。但由于氰化物屬劇毒物，近年來(lái) 已趨向來(lái)用微氰和無(wú)氰鍍液。已趨向來(lái)用微氰和無(wú)氰鍍液。 n 無(wú)氰鍍液有堿性鋅酸鹽鍍液、銨鹽鍍液、硫酸無(wú)氰鍍液有堿性鋅酸鹽鍍液、銨鹽鍍液、硫酸 鹽鍍液及無(wú)銨氯化物鍍液等。鹽鍍液及無(wú)銨氯化物鍍液等。 1.1 堿性氰化物鍍鋅堿性氰化物鍍鋅 適用于電鍍形狀復(fù)雜和鍍層厚度適用于電鍍形狀復(fù)雜和鍍層厚度20m以上以上 的零件，但鍍液的電流效率較低并且有劇的零件，但鍍液的電流效率較低并且有劇 毒。毒。 堿性氰化物鍍鋅的鍍層結(jié)晶細(xì)致

19、、光澤好，堿性氰化物鍍鋅的鍍層結(jié)晶細(xì)致、光澤好， 鍍液的均鍍能力和深鍍能力均好，允許使鍍液的均鍍能力和深鍍能力均好，允許使 用的電流密度和溫度范圍較寬，對(duì)設(shè)備腐用的電流密度和溫度范圍較寬，對(duì)設(shè)備腐 蝕性小。蝕性小。 鍍液配制及電鍍過(guò)程中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：鍍液配制及電鍍過(guò)程中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： 嚴(yán)格控制鍍液中各成分的濃度范圍。嚴(yán)格控制鍍液中各成分的濃度范圍。 注意鍍液中氰化物、氫氧化鈉與空氣有注意鍍液中氰化物、氫氧化鈉與空氣有 關(guān)成分的反應(yīng)。關(guān)成分的反應(yīng)。 陽(yáng)極使用鋅板陽(yáng)極使用鋅板( (含鋅量含鋅量99.97%)99.97%)時(shí)應(yīng)注時(shí)應(yīng)注 意用陽(yáng)極套，防止陽(yáng)極泥渣懸浮在鍍液意用陽(yáng)極套，防止陽(yáng)極泥渣懸

20、浮在鍍液 中，使鍍層粗糙。中，使鍍層粗糙。 1.2 堿性鋅酸鹽鍍鋅堿性鋅酸鹽鍍鋅 但鍍液的均鍍能力和深鍍能力較氰化物鍍但鍍液的均鍍能力和深鍍能力較氰化物鍍 液差，電流效率低液差，電流效率低(70一一80)，鍍層超，鍍層超 過(guò)一定厚度時(shí)脆件增加。過(guò)一定厚度時(shí)脆件增加。 堿性鋅酸鹽鍍鋅的鍍液成分簡(jiǎn)單，使用方堿性鋅酸鹽鍍鋅的鍍液成分簡(jiǎn)單，使用方 便，鍍層細(xì)致光亮，鈍化膜不易變色，對(duì)便，鍍層細(xì)致光亮，鈍化膜不易變色，對(duì) 設(shè)備腐蝕性小，廢水處理也比較容易。設(shè)備腐蝕性小，廢水處理也比較容易。 鍍液配制及電鍍過(guò)程中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：鍍液配制及電鍍過(guò)程中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： 必須嚴(yán)格控制對(duì)鍍層質(zhì)量影響較大的鉛、鐵、

21、必須嚴(yán)格控制對(duì)鍍層質(zhì)量影響較大的鉛、鐵、 銅等雜質(zhì)含量。銅等雜質(zhì)含量。 定期分析鋅和氫氧化鈉的含量。一般掛鍍應(yīng)定期分析鋅和氫氧化鈉的含量。一般掛鍍應(yīng) 控制氫氧化鈉控制氫氧化鈉: : 鋅鋅( (重量比重量比) = 10: 1) = 10: 1，滾鍍，滾鍍 控制氫氧化鈉控制氫氧化鈉: : 鋅鋅( (重量比重量比) = l2: 1) = l2: 1。 該工藝使用的陽(yáng)極板面積應(yīng)比氰化鍍鋅大一該工藝使用的陽(yáng)極板面積應(yīng)比氰化鍍鋅大一 些。些。 2、鍍銅、鍍銅 鍍銅層是一種重要的預(yù)鍍層，用鍍銅層是一種重要的預(yù)鍍層，用 以提高鍍層的結(jié)合強(qiáng)度也是一以提高鍍層的結(jié)合強(qiáng)度也是一 種重要的中間鍍層，可提高鋼鐵種重要的

22、中間鍍層，可提高鋼鐵 件的耐蝕性和塑料的抗熱沖擊性件的耐蝕性和塑料的抗熱沖擊性 能等。能等。 3、鍍鎳、鍍鎳 u鎳是銀白微黃的金屬，具有鐵磁性。鎳的相鎳是銀白微黃的金屬，具有鐵磁性。鎳的相 對(duì)原子質(zhì)量為對(duì)原子質(zhì)量為58.7，密度為，密度為8.9 g/cm3，標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn) 電極電位為電極電位為-0.25V。 u在空氣中鎳表面極易形成一層極薄的鈍化膜，在空氣中鎳表面極易形成一層極薄的鈍化膜， 因而具有極高的化學(xué)穩(wěn)定性，常溫下，鎳能因而具有極高的化學(xué)穩(wěn)定性，常溫下，鎳能 很好地防止大氣、水、堿液的侵蝕；在堿、很好地防止大氣、水、堿液的侵蝕；在堿、 鹽和有機(jī)酸中穩(wěn)定；在硫酸和鹽酸中溶解緩鹽和有機(jī)酸中穩(wěn)定

23、；在硫酸和鹽酸中溶解緩 慢，易溶于稀硝酸中。慢，易溶于稀硝酸中。 鎳的標(biāo)準(zhǔn)電極電位比鐵正，且表面鈍化鎳的標(biāo)準(zhǔn)電極電位比鐵正，且表面鈍化 后的電極電位更正。鎳鍍層屬陰極性保后的電極電位更正。鎳鍍層屬陰極性保 護(hù)層，對(duì)底金屬僅能起機(jī)械保護(hù)作用。護(hù)層，對(duì)底金屬僅能起機(jī)械保護(hù)作用。 但鍍層多孔，常常與其它金屬鍍層組成但鍍層多孔，常常與其它金屬鍍層組成 多層組合體系，用作底層或中間層，如多層組合體系，用作底層或中間層，如 CuNiCr、 NiCuNiCr 4、鍍鉻、鍍鉻 鉻是最重要的防護(hù)裝飾性鍍層之一，鍍層具有很鉻是最重要的防護(hù)裝飾性鍍層之一，鍍層具有很 高的硬度和耐磨件，常用于零件修復(fù)或易磨損件高的硬

24、度和耐磨件，常用于零件修復(fù)或易磨損件 的電鍍。的電鍍。 1 1 普通鍍鉻普通鍍鉻 普通鍍鉻鍍層光亮拋光性能較好溶液對(duì)設(shè)普通鍍鉻鍍層光亮拋光性能較好溶液對(duì)設(shè) 備的腐蝕性較小，受鐵雜質(zhì)的影響也較小，溶備的腐蝕性較小，受鐵雜質(zhì)的影響也較小，溶 液易維護(hù)，應(yīng)用最廣。液易維護(hù)，應(yīng)用最廣。 普通鍍鉻主要用于裝飾，鍍層極易鈍化。對(duì)鋼基普通鍍鉻主要用于裝飾，鍍層極易鈍化。對(duì)鋼基 體而言，鉻鍍層為陰極性鍍層，僅能起機(jī)械保護(hù)體而言，鉻鍍層為陰極性鍍層，僅能起機(jī)械保護(hù) 作用。普通鍍鉻配方及電鍍工藝規(guī)范見(jiàn)表。作用。普通鍍鉻配方及電鍍工藝規(guī)范見(jiàn)表。 2 2鍍硬鉻鍍硬鉻 鍍硬鉻是在各種基體材料上鍍較厚的鉻層鍍層厚度一般鍍

25、硬鉻是在各種基體材料上鍍較厚的鉻層鍍層厚度一般 在在20m以上。由于鍍層較厚，能發(fā)揮鍍鉻層硬度高、耐以上。由于鍍層較厚，能發(fā)揮鍍鉻層硬度高、耐 磨的特點(diǎn)，沒(méi)有穿透腐蝕的問(wèn)題，但可能遭受應(yīng)力腐蝕。磨的特點(diǎn)，沒(méi)有穿透腐蝕的問(wèn)題，但可能遭受應(yīng)力腐蝕。 5、其它單金屬電鍍、其它單金屬電鍍 鍍錫鍍錫 食品食品 釬焊釬焊 裝飾裝飾 焊接性焊接性 接觸電阻接觸電阻 耐蝕耐蝕 導(dǎo)電導(dǎo)電 抗高溫抗高溫 裝飾裝飾 鍍銀鍍銀 鍍金鍍金 二二 化學(xué)鍍化學(xué)鍍 化學(xué)鍍是在金屬表面的催化作用下化學(xué)鍍是在金屬表面的催化作用下, ,經(jīng)控制化學(xué)還原反應(yīng)經(jīng)控制化學(xué)還原反應(yīng) 進(jìn)行的金屬沉積過(guò)程。反應(yīng)必須在具有自催化性的材料表進(jìn)行的金

26、屬沉積過(guò)程。反應(yīng)必須在具有自催化性的材料表 面進(jìn)行，金屬的沉積過(guò)程是純化學(xué)反應(yīng)（催化作用當(dāng)然是面進(jìn)行，金屬的沉積過(guò)程是純化學(xué)反應(yīng)（催化作用當(dāng)然是 重要的重要的, ,因不用外電源也為稱(chēng)無(wú)電鍍或不通電鍍因不用外電源也為稱(chēng)無(wú)電鍍或不通電鍍 。 在化學(xué)鍍中，金屬離子是依靠在溶液中得到所需的電子而 還原成金屬。 化學(xué)鍍?nèi)芤旱慕M成及其相應(yīng)工作條件必須是反應(yīng)只限在具 有催化作用的制件表面，而溶液不應(yīng)自己本身發(fā)生氧化還 原，以免溶液自然分解，造成溶液過(guò)快地失效。 n 化學(xué)鍍的沉積過(guò)程不是通過(guò)界面上固液兩相間化學(xué)鍍的沉積過(guò)程不是通過(guò)界面上固液兩相間 金屬原子和離子的交換，而是液相離子金屬原子和離子的交換，而是液

27、相離子Mn+通通 過(guò)液相中的還原劑在金屬或其它材料表面上過(guò)液相中的還原劑在金屬或其它材料表面上 的還原沉積。的還原沉積。 n 化學(xué)鍍的關(guān)鍵是還原劑的選擇和應(yīng)用，最常用化學(xué)鍍的關(guān)鍵是還原劑的選擇和應(yīng)用，最常用 的還原劑是次磷酸鹽和甲醛，近年來(lái)又逐漸采的還原劑是次磷酸鹽和甲醛，近年來(lái)又逐漸采 用硼氫化物以及氨基硼烷類(lèi)和類(lèi)衍生物等作為用硼氫化物以及氨基硼烷類(lèi)和類(lèi)衍生物等作為 還原劑，以便室溫操作和改變鍍層性能。還原劑，以便室溫操作和改變鍍層性能。 n 從本質(zhì)上講，化學(xué)鍍是一個(gè)無(wú)外加電場(chǎng)的電化從本質(zhì)上講，化學(xué)鍍是一個(gè)無(wú)外加電場(chǎng)的電化 學(xué)過(guò)程。學(xué)過(guò)程。 1、化學(xué)鍍的三種方式、化學(xué)鍍的三種方式 與電鍍不同

28、的是，在化學(xué)鍍中，溶液內(nèi)的與電鍍不同的是，在化學(xué)鍍中，溶液內(nèi)的 金屬離子是依靠得到由還原劑提供的電子金屬離子是依靠得到由還原劑提供的電子 而還原成相應(yīng)的金屬的。完成化學(xué)鍍的過(guò)而還原成相應(yīng)的金屬的。完成化學(xué)鍍的過(guò) 程有三種方式：程有三種方式： 置換沉積置換沉積 接觸沉積接觸沉積 還原沉積還原沉積 置換沉積置換沉積 利用被鍍金屬利用被鍍金屬(Me(Me1 1) )的電位比沉積金屬負(fù)，的電位比沉積金屬負(fù)， 將沉積金屬離子將沉積金屬離子(Me(Me2 2) )從溶液中置換在工件從溶液中置換在工件 表面上。其化學(xué)反應(yīng)式可表述為：表面上。其化學(xué)反應(yīng)式可表述為： Me1 + Me2n+Me2 + Me1m+

29、 溶液中金屬離子被還原的同時(shí)，伴隨著基體金屬的溶液中金屬離子被還原的同時(shí)，伴隨著基體金屬的 溶解，當(dāng)基體金屬表面完全覆蓋時(shí)，反應(yīng)即自動(dòng)停溶解，當(dāng)基體金屬表面完全覆蓋時(shí)，反應(yīng)即自動(dòng)停 止。所以，采用這種方法得到的鍍層非常薄。止。所以，采用這種方法得到的鍍層非常薄。 接觸沉積接觸沉積 利用電位比被鍍金屬高的第三金屬與被鍍利用電位比被鍍金屬高的第三金屬與被鍍 金屬接觸，讓被鍍金屬表面富積電子，從金屬接觸，讓被鍍金屬表面富積電子，從 而將沉積金屬還原在被鍍金屬表面。其化而將沉積金屬還原在被鍍金屬表面。其化 學(xué)反應(yīng)實(shí)際上與上式相同，只是學(xué)反應(yīng)實(shí)際上與上式相同，只是MeMe1 1不是基不是基 體金屬，而是

30、第三金屬。其缺點(diǎn)是第三金體金屬，而是第三金屬。其缺點(diǎn)是第三金 屬離子會(huì)在溶液中積累。屬離子會(huì)在溶液中積累。 還原沉積還原沉積 利用還原劑被氧化時(shí)釋放出的自由電子，利用還原劑被氧化時(shí)釋放出的自由電子， 把金屬沉積在金屬鍍件表面，其反應(yīng)過(guò)程把金屬沉積在金屬鍍件表面，其反應(yīng)過(guò)程 可表述為：可表述為： 一般意義上的化學(xué)鍍所指即還原沉積化學(xué)鍍，如：一般意義上的化學(xué)鍍所指即還原沉積化學(xué)鍍，如： 鍍鎳鍍鎳 鍍銅鍍銅 鍍銀鍍銀 鍍金鍍金 鍍鈷鍍鈷 鍍鈀鍍鈀 Me2n+ + ReMe + OX 2、化學(xué)鍍的條件 o （1）鍍液中還原劑的還原電位要顯著低于沉積金屬 的電位，使金屬有可能在基材上被還原而沉積出來(lái)。

31、o （2）配好的鍍液不產(chǎn)生自發(fā)分解，當(dāng)與催化表面接 觸時(shí)，才發(fā)生金屬沉積過(guò)程。 o （3）調(diào)節(jié)溶液的pH值、溫度時(shí)，可以控制金屬的還 原速率，從而調(diào)節(jié)鍍覆速率。 o （4）被還原析出的金屬也具有催化活性，這樣氧化 還原沉積過(guò)程才能持續(xù)進(jìn)行，鍍層連續(xù)增厚。 o （5）反應(yīng)生成物不妨礙鍍覆過(guò)程的正常進(jìn)行，即溶 液有足夠的使用壽命。 3、化學(xué)鍍的特點(diǎn) 與電鍍相比，化學(xué)鍍有如下的特點(diǎn)： o鍍覆過(guò)程不需外電源驅(qū)動(dòng)； o均鍍能力好，形狀復(fù)雜，有內(nèi)孔、內(nèi)腔的鍍件 均可獲得均勻的鍍層； o孔隙率低； o鍍液通過(guò)維護(hù)、調(diào)整可反復(fù)使用，但使用周期 是有限的； o可在金屬、非金屬以及有機(jī)物上沉積鍍層。 o 化學(xué)鍍鍍

32、覆的金屬和合金種類(lèi)較多，諸如: o Ni-P， Ni-B， Cu, Ag， Pd， Sn，In， Pt，Cr及多種Co基合金等， o 但應(yīng)用最廣的是化學(xué)鍍鎳和化學(xué)鍍銅。 電鍍工藝也有其不能為化學(xué)鍍所代替的優(yōu)點(diǎn)， 首先是可以沉積的金屬及合金品種遠(yuǎn)多于化學(xué)鍍， 其次是價(jià)格價(jià)格比化學(xué)鍍低得多，工藝成熟，鍍液簡(jiǎn) 單易于控制。 在化學(xué)鍍鎳溶液質(zhì)量提高的基礎(chǔ)上，化學(xué)鍍 鎳生產(chǎn)線(xiàn)的裝備和技術(shù)發(fā)展很快，逐漸從小槽到 大槽，從手工操作、斷續(xù)過(guò)濾、人工測(cè)定施鍍過(guò) 程中各種參數(shù)到自動(dòng)控溫、槽液循環(huán)過(guò)濾和攪拌。 4、化學(xué)鍍的應(yīng)用 o 化學(xué)鍍層一般具有良好的耐蝕性、耐磨性、 釬焊性及其它特殊的電學(xué)或磁學(xué)等性能。 o 不

33、同成分的鍍層，其性能變化很大，因此 在電子、石油、化工、航空航天、核能、 汽車(chē)、印刷、紡織、機(jī)械等工業(yè)中獲得日 益廣泛的應(yīng)用。 三、陽(yáng)極氧化法 o 1.定義：鋁、鉭、鈦、鈮等金屬或合金，在適當(dāng) 的電解液中作陽(yáng)極并加上一定直流電源，由于電化 學(xué)反應(yīng)金屬陽(yáng)極表面被氧化形成氧化物薄膜。 o 2.原理：遵從法拉第定律。 o 3.注意：在陽(yáng)極氧化過(guò)程中，會(huì)有一定數(shù)量的氧 化物又溶解在電解液中，所以實(shí)際形成氧化物的質(zhì) 量比理論值偏低，成膜是氧化物形成與溶解的綜合 結(jié)果。 o 4.只局限于少量金屬氧化，鋁氧化膜應(yīng)用最廣，可 獲得非晶連續(xù)膜，但厚度受限。 1.1 陽(yáng)極氧化制程 1.2 陽(yáng)極氧化產(chǎn)品微觀結(jié)構(gòu) 正

34、面圖 側(cè)面圖 陽(yáng)極氧化處理簡(jiǎn)介 o 陽(yáng)極工藝流程： 脫脂拋光中和 活化染色封孔 前處理： 后處理： 陽(yáng)極氧化 注：在每個(gè)工序之后都會(huì)有相應(yīng)的水洗，前處理段可以用自來(lái)水，后處理段必注：在每個(gè)工序之后都會(huì)有相應(yīng)的水洗，前處理段可以用自來(lái)水，后處理段必 須使用純凈水須使用純凈水 o 陽(yáng)極工藝概述： 1. 脫脂 脫脂又叫除油，是陽(yáng)極前處理一項(xiàng)重要工序，脫脂常采用堿性溶液做脫脂 劑，如NaOH, Na2CO3, Na3PO4等組成的脫脂劑，堿液除油主要是在高溫條 件下，將堿咬動(dòng)物油和植物油咬化形成可溶性肥皂而除去油污。 2. 化學(xué)拋光 在磷酸基溶液浸泡工件，以消除工件表面的機(jī)械缺陷，減小 表面粗糙度，并

35、提高其表面光澤。 影響因素： a. 化拋液成分； b. 化拋液濃度； c. 化拋溫度； d. 化拋時(shí)間； 操作方法：a. 將工件置于化拋槽中浸泡; b. 將工件在化拋槽中輕輕旋轉(zhuǎn); c. 將工件從化拋槽中快速取出，并用熱水洗; d. 水洗 3. 中和(堿咬) 中和是化學(xué)拋光的另一種預(yù)處理方式，可以調(diào)整工件表面材質(zhì)的粗細(xì)/ 均勻/亮度的程度。 Al2O3 + NaOH Al3+ + other; Al + NaOH NaAlO2 + H2 (注：注： NaAlO2是黑色的可溶性鹽，反應(yīng)過(guò)程中附在工件表面，即黑膜是黑色的可溶性鹽，反應(yīng)過(guò)程中附在工件表面，即黑膜) 影響因素： a. 堿液濃度； b.

36、 鋁離子濃度； c. 操作溫度； d.操作時(shí)間； 操作方法：a. 將待處理的工件置于中和槽上方；b. 將工件放入中和槽； c. 設(shè)定中和時(shí)間；d.中和時(shí)間到時(shí)迅速將工件移出中和槽并轉(zhuǎn)入水洗槽 4. 陽(yáng)極氧化 硫酸陽(yáng)極氧化工藝獲得的鋁氧化膜外觀無(wú)色透明，厚度為5-20um, 硬度 高，孔隙多，吸附型強(qiáng)，有利于染色，經(jīng)封閉處理后，具有較高的抗腐蝕 能力。 陰半極反應(yīng)：2H+ + 2e H2 陽(yáng)半極反應(yīng)：4OH 4e 2H2O; Al + O2 Al2O3; Al2O3 + H2 2Al3+ + 3H2O 影響因素：a. 電解液濃度; b.電解液溫度; c.電壓; d. 電流密度；e：氧化時(shí)間 5.

37、 活化 陽(yáng)極氧化后，在著色之前，可用酸液處理將氧化膜活化，所有有機(jī)酸/無(wú) 機(jī)酸及酸性鹽都可以作為活化劑，由于酸溶液對(duì)氧化鋁的化學(xué)溶解作用，氧 化膜孔的孔壁從外向內(nèi)溶解，使孔徑擴(kuò)大，同時(shí)可以通過(guò)控制活化時(shí)間的長(zhǎng) 短，得到孔徑大小不同的氧化鋁膜，達(dá)到擴(kuò)孔，增加孔隙率，從而提高吸附 染料能力的效果。 影響因素： a. 活化劑種類(lèi)； b. 活化劑濃度； c. 活化溫度； d.活化時(shí)間 6. 染色-化學(xué)染色法對(duì)氧化膜的要求： a. 氧化膜必須有足夠的厚度，具體厚度要依染色的色調(diào)而定，如果暗色要求 較厚的膜層；而鮮艷的色澤需要較薄的膜層。-可通過(guò)控制氧化時(shí)間來(lái)控 制膜的厚度。 b. 氧化膜必須要有足夠的孔

38、隙和吸附能力。-可通過(guò)控制電流密度來(lái)控制 膜的孔隙，控制活化過(guò)程來(lái)控制膜的孔徑，從而控制膜的吸附能力。 c. 氧化膜應(yīng)均勻，膜層本身的顏色適應(yīng)于染色處理-選擇合適的電解液 7. 封孔 封孔處理是把陽(yáng)極氧化膜的微孔封閉并將微孔內(nèi)染料固定，是染色 工藝 整體的一個(gè)部分。封孔處理最簡(jiǎn)單的是在沸水中處理，只要進(jìn)行的適當(dāng)， 就能保證染色膜表現(xiàn)出應(yīng)有的色澤牢固度，而且還可使工件具有防止脂 印，色斑及油脂所染的能力。陽(yáng)極氧化過(guò)的表面只有經(jīng)過(guò)充分的封孔才 能 使它失去對(duì)接觸物影響的能力。 影響因素： a.封孔液組成； b.封孔液PH值； c.封孔溫度； d.封孔時(shí) 間 4.溶膠-凝膠 o 溶膠溶膠-凝膠（凝膠

39、（Sol-Gel）技術(shù)是指金屬有機(jī)或）技術(shù)是指金屬有機(jī)或 無(wú)機(jī)化合物（稱(chēng)前驅(qū)物），經(jīng)溶液、溶膠、無(wú)機(jī)化合物（稱(chēng)前驅(qū)物），經(jīng)溶液、溶膠、 凝膠而固化，在溶膠或凝膠狀態(tài)下成型，再凝膠而固化，在溶膠或凝膠狀態(tài)下成型，再 經(jīng)熱處理轉(zhuǎn)化為氧化物或其他化合物固體材經(jīng)熱處理轉(zhuǎn)化為氧化物或其他化合物固體材 料的方法，是應(yīng)用膠體化學(xué)原理制備無(wú)機(jī)材料的方法，是應(yīng)用膠體化學(xué)原理制備無(wú)機(jī)材 料的一種濕化學(xué)方法。料的一種濕化學(xué)方法。 o 溶膠與凝膠結(jié)構(gòu)的區(qū)別：溶膠是具液體特征 的膠體體系，分散的粒子大小在11000 nm之間， 具有流動(dòng)性， 無(wú)固定形狀。 o 凝膠是具有固體特征的膠體體系，被分散的 物質(zhì)形成連續(xù)的網(wǎng)狀骨

40、架，骨架空隙充有液 體或氣體，無(wú)流動(dòng)性，有固定形狀。 溶膠溶膠-凝膠合成的工藝方法凝膠合成的工藝方法 o 用用Sol-Gel法制備材料的具體技術(shù)和方法很多，法制備材料的具體技術(shù)和方法很多， 歸納起來(lái)，按其溶膠、凝膠的形成方式可分歸納起來(lái)，按其溶膠、凝膠的形成方式可分 為傳統(tǒng)膠體法、水解聚合法和絡(luò)合物法三種，為傳統(tǒng)膠體法、水解聚合法和絡(luò)合物法三種， 如圖如圖2-1所示。所示。 圖2-1 Sol-Gel合成的工藝方法 前驅(qū)物溶液前驅(qū)物溶液 水解溶液水解溶液 凝凝 膠膠 絡(luò)合物溶膠絡(luò)合物溶膠 細(xì)密荷電顆粒溶膠細(xì)密荷電顆粒溶膠 化學(xué)添加劑化學(xué)添加劑絡(luò)合劑絡(luò)合劑 水水 催化劑催化劑 聚合聚合 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)p

41、H值，值， 添加電解質(zhì)，添加電解質(zhì)， 溶劑蒸發(fā)溶劑蒸發(fā) 低壓蒸發(fā)低壓蒸發(fā) 溶膠-凝膠法的基本原理 所用的起始原料(前驅(qū)物)一般為金屬醇鹽，也可用某 些鹽類(lèi)、氫氧化物、配合物等，其主要反應(yīng)步驟都 是前驅(qū)物溶于溶劑(水或有機(jī)溶劑)中形成均勻的溶液， 溶質(zhì)與溶劑產(chǎn)生水解或醇解反應(yīng)，反應(yīng)生成物聚集 成1 nm左右的粒子并組成溶膠，溶膠經(jīng)蒸發(fā)干燥轉(zhuǎn) 變?yōu)槟z。其最基本的反應(yīng)如下。 1. 溶劑化 能電離的前驅(qū)物金屬鹽的金屬陽(yáng)離子 M z+吸引 水分子形成溶劑單元(M(H2O)n)z+ (z為M離子 的價(jià)數(shù))，為保持它的配位數(shù)而具有強(qiáng)烈的釋放 H的趨勢(shì)。 (M(H2O)n)z+=(M(H2O)n1(OH)(

42、z-1)+H 2 . 水解反應(yīng) o 非電離式分子前驅(qū)物，如金屬醇鹽M(OR)n (n 為金屬 M 的 原子價(jià)，R代表烷基)，與水 反應(yīng)，反應(yīng)可延續(xù)進(jìn)行，直至生成M(OH)n。 M(OR)nxH2OM(OH)x(OR)n-x+xROH 3. 縮聚反應(yīng) o 可分為失水縮聚： -M-OH+HO-MM-O-M-+H O o 失醇縮聚：-M-OR+HO-M-M-O- M+ROH 圖圖2-2 Sol-Gel法的基本工藝過(guò)程法的基本工藝過(guò)程 金屬醇鹽金屬醇鹽 溶劑溶劑 水水 催化劑催化劑 溶膠溶膠 濕凝膠濕凝膠 干凝膠干凝膠成品成品 水解、縮聚水解、縮聚陳化陳化干燥干燥 熱處理熱處理 氣凝膠氣凝膠 超臨界干

43、燥超臨界干燥 均相溶液的制備均相溶液的制備 o Sol-Gel法的第一步是制取包含醇鹽和水的均相溶法的第一步是制取包含醇鹽和水的均相溶 液，以確保醇鹽的水解反應(yīng)在分子級(jí)水平上進(jìn)行。液，以確保醇鹽的水解反應(yīng)在分子級(jí)水平上進(jìn)行。 由于金屬醇鹽在水中的溶解度不大，一般選用既與由于金屬醇鹽在水中的溶解度不大，一般選用既與 醇鹽互溶、又與水互溶的醇作為溶劑，其加量既要醇鹽互溶、又與水互溶的醇作為溶劑，其加量既要 保證不溶入三元不混溶區(qū)，又不宜過(guò)多，因?yàn)榇际潜ＷC不溶入三元不混溶區(qū)，又不宜過(guò)多，因?yàn)榇际?鹽水解產(chǎn)物，對(duì)水解有抑制作用。鹽水解產(chǎn)物，對(duì)水解有抑制作用。 o 水的加入量對(duì)溶膠制備及后續(xù)工藝過(guò)程都有

44、重要影水的加入量對(duì)溶膠制備及后續(xù)工藝過(guò)程都有重要影 響，是響，是Sol-Gel工藝的一項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)。對(duì)于一些水工藝的一項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)。對(duì)于一些水 解活性的醇鹽，如鈦醇鹽，往往還需控制加水速度，解活性的醇鹽，如鈦醇鹽，往往還需控制加水速度， 否則極易生成沉淀。否則極易生成沉淀。 溶膠的制備溶膠的制備 o Sol-Gel法中，最終產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)在溶膠形成法中，最終產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)在溶膠形成 過(guò)程中即已初步形成，后續(xù)工藝均與溶膠的過(guò)程中即已初步形成，后續(xù)工藝均與溶膠的 性質(zhì)直接相關(guān)，因此溶膠制備的質(zhì)量是十分性質(zhì)直接相關(guān)，因此溶膠制備的質(zhì)量是十分 重要的。由均相溶液轉(zhuǎn)變?yōu)槿苣z是由醇鹽的重要的。由均相溶液轉(zhuǎn)變?yōu)槿苣z是由

45、醇鹽的 水解反應(yīng)和縮聚反應(yīng)產(chǎn)生的。水解反應(yīng)和縮聚反應(yīng)產(chǎn)生的。 OHOSi(OH)-RO OHSi(OH)-RO 2 - 23 快 凝膠化過(guò)程凝膠化過(guò)程 o 凝膠是由細(xì)小顆粒聚集而成的由三維結(jié)構(gòu)和連凝膠是由細(xì)小顆粒聚集而成的由三維結(jié)構(gòu)和連 續(xù)分散相介質(zhì)組成的具有固體特征的膠態(tài)體系。續(xù)分散相介質(zhì)組成的具有固體特征的膠態(tài)體系。 o 按分散相介質(zhì)不同有水凝膠（按分散相介質(zhì)不同有水凝膠（hydrogel）、醇）、醇 凝膠（凝膠（alcogel）和氣凝膠（）和氣凝膠（aerogel）等。）等。 o 溶膠向凝膠的轉(zhuǎn)變過(guò)程可簡(jiǎn)述為：縮聚反應(yīng)形成的聚溶膠向凝膠的轉(zhuǎn)變過(guò)程可簡(jiǎn)述為：縮聚反應(yīng)形成的聚 合物或粒子聚集

46、體長(zhǎng)大為小粒子簇（合物或粒子聚集體長(zhǎng)大為小粒子簇（cluster），后者），后者 逐漸相互連接成為一個(gè)橫跨整體的三維粒子簇連續(xù)固逐漸相互連接成為一個(gè)橫跨整體的三維粒子簇連續(xù)固 體網(wǎng)絡(luò)。體網(wǎng)絡(luò)。 o 在陳化過(guò)程中，膠體粒子聚集形成凝膠的過(guò)程和粒子在陳化過(guò)程中，膠體粒子聚集形成凝膠的過(guò)程和粒子 團(tuán)聚形成沉淀的過(guò)程完全不同。在形成凝膠時(shí)，由于團(tuán)聚形成沉淀的過(guò)程完全不同。在形成凝膠時(shí)，由于 液相被包裹于固相骨架中，整個(gè)體系失去活動(dòng)性。液相被包裹于固相骨架中，整個(gè)體系失去活動(dòng)性。 凝膠的干燥凝膠的干燥 o 濕凝膠內(nèi)包裹著大量的溶劑和水，干燥過(guò)程往往伴著濕凝膠內(nèi)包裹著大量的溶劑和水，干燥過(guò)程往往伴著 很大

47、的體積收縮，因而容易引起開(kāi)裂。防止凝膠在干很大的體積收縮，因而容易引起開(kāi)裂。防止凝膠在干 燥過(guò)程中開(kāi)裂是燥過(guò)程中開(kāi)裂是Sol-Gel工藝中至關(guān)重要而較為困難的工藝中至關(guān)重要而較為困難的 一環(huán)，特別是對(duì)尺寸較大的塊體材料。一環(huán)，特別是對(duì)尺寸較大的塊體材料。 o 導(dǎo)致凝膠收縮、開(kāi)裂的應(yīng)力主要源于由充填于凝膠骨導(dǎo)致凝膠收縮、開(kāi)裂的應(yīng)力主要源于由充填于凝膠骨 架隙中的液體的表面張力所產(chǎn)生的毛細(xì)管力，凝膠尺架隙中的液體的表面張力所產(chǎn)生的毛細(xì)管力，凝膠尺 寸越厚越開(kāi)裂。此外，干燥速率也是重要因素。為了寸越厚越開(kāi)裂。此外，干燥速率也是重要因素。為了 獲得有一定厚度的完整凝膠，往往需要嚴(yán)格控制干燥獲得有一定厚

48、度的完整凝膠，往往需要嚴(yán)格控制干燥 條件（如溫度、相對(duì)濕度等）使其緩慢干燥，有時(shí)需條件（如溫度、相對(duì)濕度等）使其緩慢干燥，有時(shí)需 要數(shù)日乃至數(shù)月的時(shí)間，因此干燥是要數(shù)日乃至數(shù)月的時(shí)間，因此干燥是Sol-Gel工藝中耗工藝中耗 時(shí)最長(zhǎng)的工序。時(shí)最長(zhǎng)的工序。 干凝膠的熱處理干凝膠的熱處理 o 熱處理的目的是消除干凝膠中的氣孔，使制熱處理的目的是消除干凝膠中的氣孔，使制 品的相組成和顯微結(jié)構(gòu)滿(mǎn)足產(chǎn)品的性能要求。品的相組成和顯微結(jié)構(gòu)滿(mǎn)足產(chǎn)品的性能要求。 o 在加熱過(guò)程中，干凝膠先在低溫下脫去吸附在加熱過(guò)程中，干凝膠先在低溫下脫去吸附 在表面的水和醇。在表面的水和醇。265300，OR基被氧基被氧 化。

49、化。300以上則脫去結(jié)構(gòu)中的以上則脫去結(jié)構(gòu)中的OH。由于。由于 熱處理伴隨著的較大的體積收縮和各種氣體熱處理伴隨著的較大的體積收縮和各種氣體 （如（如CO2、H2O、ROH）的釋放，所以升溫）的釋放，所以升溫 速率不宜過(guò)快。速率不宜過(guò)快。 溶膠溶膠-凝膠合成的技術(shù)意義凝膠合成的技術(shù)意義 o Sol-Gel法實(shí)質(zhì)上是采用介觀層次上性能受到控制法實(shí)質(zhì)上是采用介觀層次上性能受到控制 的各種源物質(zhì)，取代傳統(tǒng)工藝中那些既未進(jìn)行幾何的各種源物質(zhì)，取代傳統(tǒng)工藝中那些既未進(jìn)行幾何 控制又未實(shí)施化學(xué)控制（如礦物陶瓷原料）或者僅控制又未實(shí)施化學(xué)控制（如礦物陶瓷原料）或者僅 有幾何控制（如普通超微、單分散粉料）的生原料。有幾何控制（如普通超微、單分散粉料）的生原料。 o 由于材料的初期結(jié)構(gòu)在溶液由于材料的初期結(jié)構(gòu)在溶液-溶膠溶膠-凝膠過(guò)程中即已凝膠過(guò)程中即已