本文關鍵詞： 金剛石 電解提純 化學鍍銅 高溫銅催化生長法 硼納米線　出處：《浙江理工大學》2015年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：金剛石作為一種極限功能材料被廣泛應用于金屬切削加工、半導體芯片封裝、微波器件、光學窗口等眾多領域，但天然金剛石產(chǎn)量稀少，早已不能滿足社會發(fā)展所需，促使人造金剛石的市場需求量逐年增加，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，對高溫高壓法金剛石合成塊的快速經(jīng)濟綠色分解是目前生產(chǎn)中存在的技術難題之一，具有重要的經(jīng)濟價值。此外，基于金剛石高熱導率、高硬度等獨特性能進行的金剛石復合材料深度開發(fā)也在不斷推進，如金剛石/銅復合材料被認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)構與物理化學特性導致其與銅復合后界面結(jié)合強度十分低，嚴重削弱了金剛石高熱導率等特性的發(fā)揮，如何改進金剛石與銅等基體金屬之間的潤濕性和界面結(jié)合能力就成為金剛石復合深加工迫切需要解決的關鍵科學問題。本文對傳統(tǒng)的金剛石合成塊電解提純技術進行研究，提出了一套高效經(jīng)濟的金剛石后續(xù)處理新工藝。同時針對金剛石難以復合的問題，提出了高活性金剛石的表面改性處理，研究了金剛石無甲醛化學鍍銅及高溫銅催化生長法表面包覆硼納米線兩種適合規(guī)�；瘧玫慕饎偸砻嫣幚砑夹g，為金剛石復合深加工提供了優(yōu)質(zhì)原材料。本文主要研究內(nèi)容如下： 設計開發(fā)了一種新的從合成塊中進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程中的作用，分析了各組分對陰極增重的影響規(guī)律，以及電解時的電流密度和電解液pH值的影響，獲得了一個高效經(jīng)濟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，沒有雜質(zhì)，且電解后鐵、鎳等副產(chǎn)品回收率可達92%以上，提純效率高。 采用化學鍍方法在金剛石表面包覆金屬銅，，化學鍍?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值對化學鍍銅沉積速率、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，反應溫度60℃。采用體視顯微鏡觀察化學鍍后的金剛石，表面鍍層均勻、緊湊、晶粒細小勻稱，XRD和EDS分析鍍層的結(jié)構與成分，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法在金剛石表面生長硼納米線，該方法是將金剛石、銅粉、硼粉均勻混合后在氫氣氣氛下進行熱處理，在金剛石表面生長了長度為0.5～1.5μm，直徑為20～100nm的硼納米線。溫度會顯著影響硼納米線形貌，當熱處理溫度為1090℃時獲得的是硼納米線，當溫度為1110℃時硼生長為硼納米方塊，當溫度為1130℃時硼納米結(jié)構沒有明顯規(guī)律。除溫度外，保溫時間也是影響因素之一，溫度為1090℃時若保溫時間低于90min，不能獲得硼納米線，120min硼納米線生長均勻，保溫時間越長，硼納米線越彎曲。金剛石、銅粉、硼粉的比例也會影響硼納米線的生長，金剛石的比例低于60%時不能獲得硼納米線，在60%以上且銅粉、硼粉的質(zhì)量比在2～4之間時均可以獲得均勻的硼納米線。硼納米線的生長機制與金剛石的結(jié)構、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，金剛石能夠固溶硼但固溶度很小，硼容易在金剛石表面達到飽和，再在銅液滴的催化作用下于界面結(jié)合處形成形核點，硼原子穿過銅液滴到達形核位置，最終長成硼納米線。金剛石表面生長硼納米線后具有更高的表面活性，無需敏化、活化就能夠進行化學鍍銅，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：1536707