本文關(guān)鍵詞： 金剛石 電解提純 化學(xué)鍍銅 高溫銅催化生長(zhǎng)法 硼納米線　出處：《浙江理工大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：金剛石作為一種極限功能材料被廣泛應(yīng)用于金屬切削加工、半導(dǎo)體芯片封裝、微波器件、光學(xué)窗口等眾多領(lǐng)域，但天然金剛石產(chǎn)量稀少，早已不能滿足社會(huì)發(fā)展所需，促使人造金剛石的市場(chǎng)需求量逐年增加，產(chǎn)量不斷加大。目前人造金剛石的生產(chǎn)以高溫高壓法為主，對(duì)高溫高壓法金剛石合成塊的快速經(jīng)濟(jì)綠色分解是目前生產(chǎn)中存在的技術(shù)難題之一，具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。此外，基于金剛石高熱導(dǎo)率、高硬度等獨(dú)特性能進(jìn)行的金剛石復(fù)合材料深度開(kāi)發(fā)也在不斷推進(jìn)，如金剛石/銅復(fù)合材料被認(rèn)為是最有前景的下一代封裝材料，但金剛石特殊的晶體結(jié)構(gòu)與物理化學(xué)特性導(dǎo)致其與銅復(fù)合后界面結(jié)合強(qiáng)度十分低，嚴(yán)重削弱了金剛石高熱導(dǎo)率等特性的發(fā)揮，如何改進(jìn)金剛石與銅等基體金屬之間的潤(rùn)濕性和界面結(jié)合能力就成為金剛石復(fù)合深加工迫切需要解決的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。本文對(duì)傳統(tǒng)的金剛石合成塊電解提純技術(shù)進(jìn)行研究，提出了一套高效經(jīng)濟(jì)的金剛石后續(xù)處理新工藝。同時(shí)針對(duì)金剛石難以復(fù)合的問(wèn)題，提出了高活性金剛石的表面改性處理，研究了金剛石無(wú)甲醛化學(xué)鍍銅及高溫銅催化生長(zhǎng)法表面包覆硼納米線兩種適合規(guī)模化應(yīng)用的金剛石表面處理技術(shù)，為金剛石復(fù)合深加工提供了優(yōu)質(zhì)原材料。本文主要研究?jī)?nèi)容如下： 設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種新的從合成塊中進(jìn)行金剛石提純用的電解液，由氯化銨，硼酸，檸檬酸，氯化鈉和糖精鈉組成，研究了電解液各組分在金剛石電解提純過(guò)程中的作用，分析了各組分對(duì)陰極增重的影響規(guī)律，以及電解時(shí)的電流密度和電解液pH值的影響，獲得了一個(gè)高效經(jīng)濟(jì)電解提純金剛石用電解液及工藝：氯化銨15g/l，硼酸30g/l，檸檬酸25g/l，氯化鈉15g/l，糖精鈉10g/l，電流密度8A/dm2，pH值為5。觀察提純后的金剛石，晶型完整，表面干凈，沒(méi)有雜質(zhì)，且電解后鐵、鎳等副產(chǎn)品回收率可達(dá)92%以上，提純效率高。 采用化學(xué)鍍方法在金剛石表面包覆金屬銅，，化學(xué)鍍?nèi)芤河膳饸浠c、硫酸銅、酒石酸鉀鈉、EDTA-2Na和亞鐵氰化鉀組成，化學(xué)鍍以硝酸銀替代昂貴的氯化鈀，以硼氫化鈉替代有毒的甲醛，在活化劑和還原劑使用方面具有新穎性。研究了溶液各組分和工藝條件溫度、pH值對(duì)化學(xué)鍍銅沉積速率、鍍層晶粒、溶液穩(wěn)定性等方面的影響，得到最佳鍍液組成與工藝條件是：硼氫化鈉1.5g/L，硫酸銅20g/L，酒石酸鉀鈉15g/L，EDTA-2Na20g/L，亞鐵氰化鉀65mg/L，雙聯(lián)吡啶15mg/L；溶液pH值13，反應(yīng)溫度60℃。采用體視顯微鏡觀察化學(xué)鍍后的金剛石，表面鍍層均勻、緊湊、晶粒細(xì)小勻稱，XRD和EDS分析鍍層的結(jié)構(gòu)與成分，表明金剛石表面是純度較高的金屬銅層。本工藝鍍液穩(wěn)定，反應(yīng)溫和，鍍速可控，適合金剛石粉體材料的規(guī)�；幚�。 采用高溫銅催化生長(zhǎng)法在金剛石表面生長(zhǎng)硼納米線，該方法是將金剛石、銅粉、硼粉均勻混合后在氫氣氣氛下進(jìn)行熱處理，在金剛石表面生長(zhǎng)了長(zhǎng)度為0.5～1.5μm，直徑為20～100nm的硼納米線。溫度會(huì)顯著影響硼納米線形貌，當(dāng)熱處理溫度為1090℃時(shí)獲得的是硼納米線，當(dāng)溫度為1110℃時(shí)硼生長(zhǎng)為硼納米方塊，當(dāng)溫度為1130℃時(shí)硼納米結(jié)構(gòu)沒(méi)有明顯規(guī)律。除溫度外，保溫時(shí)間也是影響因素之一，溫度為1090℃時(shí)若保溫時(shí)間低于90min，不能獲得硼納米線，120min硼納米線生長(zhǎng)均勻，保溫時(shí)間越長(zhǎng)，硼納米線越彎曲。金剛石、銅粉、硼粉的比例也會(huì)影響硼納米線的生長(zhǎng)，金剛石的比例低于60%時(shí)不能獲得硼納米線，在60%以上且銅粉、硼粉的質(zhì)量比在2～4之間時(shí)均可以獲得均勻的硼納米線。硼納米線的生長(zhǎng)機(jī)制與金剛石的結(jié)構(gòu)、銅液滴催化作用、硼在金剛石內(nèi)的低固溶度和在銅液滴內(nèi)自由傳輸?shù)纫蛩赜嘘P(guān)，金剛石能夠固溶硼但固溶度很小，硼容易在金剛石表面達(dá)到飽和，再在銅液滴的催化作用下于界面結(jié)合處形成形核點(diǎn)，硼原子穿過(guò)銅液滴到達(dá)形核位置，最終長(zhǎng)成硼納米線。金剛石表面生長(zhǎng)硼納米線后具有更高的表面活性，無(wú)需敏化、活化就能夠進(jìn)行化學(xué)鍍銅，且銅包覆完整、致密。
[Abstract]:Diamond as a limiting functional material is widely used in many fields such as metal cutting , semiconductor chip packaging , microwave device , optical window , etc . A new electrolyte for purification of diamond from synthetic block was designed and developed . It was composed of ammonium chloride , boric acid , citric acid , sodium chloride and sodium saccharin . The effect of each component on the electrolysis and purification of diamond was studied . The effect of various components on the electrolysis and purification of diamond was studied . The electrolyte and the process of electrolysis were studied . The electrolyte and the process were obtained : 15 g / l of ammonium chloride , 30 g / l of boric acid , 25 g / l of citric acid , 15 g / l of sodium chloride , 10 g / l of sodium saccharin , 8 g / dm of current density , 15 g / l of sodium chloride , 10 g / l of sodium saccharin , 10 g / dm of current density , no impurity , and the recovery rate of iron , nickel and other by - products after electrolysis was over 92 % , and the purification efficiency was high . The chemical plating method is used to coat the metal copper on the surface of the diamond . The chemical plating solution is composed of sodium borohydride , copper sulfate , potassium sodium tartrate , EDTA - 2Na and potassium ferrocyanide . The optimum plating solution composition and process conditions are as follows : sodium borohydride 1.5g / L , copper sulfate 20g / L , potassium sodium tartrate 15g / L , EDTA - 2Na20g / L , potassium ferrocyanide 65mg / L , bipyridyl 15 mg / L , solution pH value 13 and reaction temperature 60 鈩

本文編號(hào)：1536707