鍍銅碳纖維布的制備及性能研究
本文關(guān)鍵詞:碳纖維表面化學鍍銅工藝研究,由筆耕文化傳播整理發(fā)布。
0竇僦
【化學鍍】
V『oI.27
No.7
鍍銅碳纖維布的制備及性能研究
侯偉,潘功配,關(guān)華,朱晨光
(南京理工大學化工學院,江蘇南京210094)
摘要:為制備新型毫米波無源干擾材料,采用化學鍍方法在 碳纖維布表面沉積了金屬銅層.測量了優(yōu)化工藝條件下制得的 鍍銅碳纖維布的
表面電阻,并采用冷熱循環(huán)法檢測了鍍層的結(jié) 合強度,應(yīng)用雷達散射截面(IⅪS)測試系統(tǒng)測試了同樣尺寸 的鍍銅碳纖維布及未改性碳纖維布的3 mm波段RcS值。結(jié)果 表明:鍍銅碳纖維布鍍覆均勻,金屬光澤強,有良好的鍍層結(jié)
注目,特別是毫米波近程雷達技術(shù)和精確制導(dǎo)武器的 發(fā)展異常迅速,給未來戰(zhàn)爭帶來了難以預(yù)計的影響, 毫米波雷達的發(fā)展也加速了對抗技術(shù)的研究步伐【l J。碳 纖維作為一種新型材料,在航空、航天、生物材料和 民用工業(yè)領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。通過對其表面實施金屬化 處理,可提高其導(dǎo)電性能,并同時保持碳纖維原有的 優(yōu)點,是一種優(yōu)良的毫米波對抗材料。采用化學鍍技 術(shù)可實現(xiàn)材料表面金屬化,其突出優(yōu)點是耐腐蝕,耐 磨,鍍層致密度高和均勻性佳,因此被廣泛使用在航
合強度及較強的導(dǎo)電性能。鍍銅碳纖維布在3衄波段的RCS
值較未改性碳纖維布有很大提高,且與理論計算值接近。 關(guān)鍵詞:碳纖維布;化學鍍銅;3 mln波段;雷達散射截面 中圖分類號;TQl53
and
文獻標識碼:A
Of
文章編號:1004—227x(2008)07一ool5—03
Study
On
preparatiOn carbOn nber
properties ∥HOU
cOpper PAN
depOsited
fabric
Wei,
空航天、機械制造等各個領(lǐng)域。當前國內(nèi)在碳纖維布
Gong-pei,GUAN Hua,ZHU Chen—guang Abstract:A copper coating was deposited
on
表面進行化學鍍銅,并對其3姍波段RCS(Rad盯
Cross
tlle sIlrface of
a
Section,雷達散射截面積,是在給定方向上返回
carbon fmer f曲ric by electroless plating method to prep銣.e
new
或散射功率的一種量度,它用入射場的功率密度歸一 化【2】)性能開展研究的報道較少。本文通過優(yōu)化后的化 學鍍工藝,成功在碳纖維布表面沉積了金屬銅層,并
millimeter wave passive iamming material.The surf.ace
copper
I.esis協(xié)ce ofme
deposited ca而on Eber f.abric pr叩挪.ed conditions was
mlder optirIlal process
measured孤d
me
adhesion s仃engtll of deposit was tested by rcpeating cooling and heating.The RCS(Radar Cross Section)value of the
copper
對鍍銅碳纖維布的導(dǎo)電性、鍍層結(jié)合強度以及3咖波
段RCS值進行了測試研究。
d。铮螅椋簦澹 cafbon fiber flabric and unmodified carbon
a
fiber fabric were tested by using
RCS measurement system.
2實驗部分
2.1材料 碳纖維布采用東麗T300B一3000_40B型J.3K碳纖 維布(南通森友碳纖維有限公司),織物結(jié)構(gòu)為平紋, 厚度為0.28 mm,面密度為200 g/m2,經(jīng)緯密度均為5 根/(10 mm)。其它試劑均為市售化學純,且未經(jīng)特 殊處理。
The results showed that me copper d。铮螅椋簦澹 carbon fiber f.abric haS good unifonIliW,luster’,adllesion aIld conductibiliⅣ. The RCS value of copper deposited carbon inlpmved greatly in 3 fiber fabric is
mm wave band compared witll the
same size unmodified carbon fibef f.abric.aIld is close to me theoreticanv calculated value.
KeywOrds:carbon肋er
mm wave band:rae【ar
f.abric;electroless copp盱plating;3 section
cross
First-authOr’s address:School of Chemical Engineering,
NanjiIlg Univcrs毋of
210094.China
Sci即ce&TcclInoio姒N鋤j崦
2.2碳纖維布表面預(yù)處理
在進行化學鍍銅之前,必須對碳纖維表面進行預(yù) 處理,包括去膠、除油、粗化、敏化、活化5個步驟【3】,
1前言
近20年來,國外毫米波雷達在軍事上的應(yīng)用引人
收稿日期:2007-lO-29 修回日期:2007一ll—ol
經(jīng)過預(yù)處理的碳纖維布可放入化學鍍銅液中施鍍。
2.3鍍銅碳纖維布的制備
前期實驗通過正交設(shè)計法對碳纖維化學鍍銅的工 藝進行了優(yōu)化研究,得出較理想的化學鍍銅工藝條件 為:10
pH g/L CuS04,10 mI,/I,HCHO,40 g/L NaKC4H406,
作者簡介:侯偉(1978-),男,山東濰坊人,博士研究生,主要從事 煙火無源干擾材料技術(shù)的研究。
作者聯(lián)系方式:(E蛐d1)dah∞1978@163.伽.
12.75,施鍍溫度60 oC,施鍍時間20 minl引。為保
萬方數(shù)據(jù)
持碳纖維布施鍍過程中的平整,采用超聲波振蕩法對 化學鍍銅液進行均勻分散。 2.4測試及表征 用LExT3000型激光共焦顯微鏡(日本奧林巴斯 株式會社)對鍍銅碳纖維布表層進行形貌觀察,用 DT.830型數(shù)字電表測量鍍銅碳纖維布的電阻,采用冷 熱循環(huán)法測定鍍層結(jié)合力【4】,借用電子工業(yè)部53所的 RCS測試系統(tǒng)在微波暗室中進行鍍銅碳纖維布及碳纖 維布的3 n蚰RCS測試(測試時將鍍銅碳纖維布以及 碳纖維布原樣分別制成5 cm×5.5 cm的試樣,垂直置 于微波暗室旋轉(zhuǎn)測試臺上,調(diào)整微波發(fā)射源,取電磁 波入射角為00進行測試)。
lO
mm試樣,用DT.830數(shù)字萬用表測量兩端電阻,取
兩面平均值,測量結(jié)果為2.25 r№m:而未經(jīng)鍍銅處理
的碳纖維布表面電阻值為27.5劍cm。由此可見,在碳
纖維布表面化學鍍銅,可使所制得的復(fù)合材料導(dǎo)電性 能顯著增強。 3.3鍍銅碳纖維布的鍍層結(jié)合性能 鍍層結(jié)合性能直接影響著鍍銅碳纖維布的工程實 用性,因此需要對制備的鍍銅碳纖維布的鍍層結(jié)合性 能進行測試。基于碳纖維基材的特性,鍍層結(jié)合性能 測試采用冷熱循環(huán)法【5】。將鍍銅碳纖維布放在1 00。C
的沸水中煮沸20~25碰n,然后在0~5 oC的冷水浴
中保持3 nliIl后取出,若鍍層無起泡或脫落,則鍍層的 結(jié)合力不低于0.8~O.9 kg/cm[4】。本實驗所得的鍍銅碳 纖維布樣品經(jīng)過3個周期的冷熱循環(huán)測試,鍍層無起
3結(jié)果與討論
3.1鍍銅碳纖維布的表面形貌 碳纖維表面光滑,分子中缺少極性基團,因此很 難在其表面直接進行化學鍍銅,必須經(jīng)過粗化使碳纖 維表面由憎水性變?yōu)橛H水性,以增強鍍層與基體的結(jié) 合力。借助SEM觀察,粗化時間過長將使碳纖維絲刻 蝕過度,鍍后碳纖維抗拉性能下降。優(yōu)化試驗表明, 粗化時間以10~15 IIlin為宜。經(jīng)過敏化與活化反應(yīng)后, 碳纖維布表面沉積了一層很薄的貴金屬銀,在化學鍍 銅過程中,銅在貴金屬銀的催化作用下不斷沉積到碳 纖維布表面。隨著反應(yīng)時間的延長,銅最終在碳纖維 布表面形成一層致密的金屬層。目視鍍銅碳纖維布, 其表面為鮮亮的紅銅色,鍍覆均勻,金屬光澤性強, 如圖1a所示。圖lb是其激光共焦顯微鏡圖,從圖1b 可以清楚地看出,碳纖維布經(jīng)化學鍍處理后,纖維表 面沉積了一層金屬。
泡、脫落,說明鍍層的結(jié)合強度符合要求。 3.4鍍銅碳纖維布的3 mm波段RCS實驗研究 圖2a為鍍銅碳纖維布和未表面改性的碳纖維布在
3衄波段RCS儀器上測試的結(jié)果。
8 7
6
5 4 3
墓∞是^幕襪一理∞U籃
2
l
_,,GHz (a)
/,GHz
(b)
圈2碳纖維布和鍍銅碳纖維布的3 mm波段RCS測試結(jié)果及 理論計算值
ngure 2
Tested and theoretically-caIcuJated 矗ber fhbI。ic and copper deposited carbon矗ber f.abric in 3 wave band
re蛐lts of carbon mm
從圖2a可以看出,鍍銅碳纖維布在3咖波段的
RCS儀器實測值遠高于碳纖維布的實測值,5個測試頻 率點的平均實測值為碳纖維布的5.25倍。毫米波RCS 測試系統(tǒng)實測值的單位為dBsm(超過1 m2的級差單位
“分貝”),而在實際應(yīng)用中,l配S單位一般為m2,
因此需要對其單位進行轉(zhuǎn)換。根據(jù)圖2a,由公式(1)【6】 可以計算鍍銅碳纖維布以及碳纖維布的3 mm波段
圈l鍍銅碳纖維布的數(shù)碼照片和激光共焦顯微鏡圖(x l帥)
Figure l DigitaI photo and confbcal Iaser scannjng
RCs實測值;另外,根據(jù)理論公式(2)【7】可以計算鍍銅 碳纖維布3 mm波段的RCS理論值,計算結(jié)果見圖2b。
D=lO×lg盯
micrograph(x 100)of copper deposited carbon nber f.abI。ic
3.2鍍銅碳纖維布的導(dǎo)電性能 材料的導(dǎo)電性能與其毫米波散射性能有直接的關(guān)
(1) (2)
盯=4稃屠
系,導(dǎo)電性越強,其毫米波散射能力越強,毫米波I配S
值越大,作為毫米波雷達對抗材料的應(yīng)用可能性就越
其中D為儀器實測值(dBsm),仃為雷達散射截面積
(m?),S為被測目標表面面積(m2),A為工作波長(m)。
(下轉(zhuǎn)第20頁)
大。將優(yōu)化工藝所制備的鍍銅碳纖維布制成10姍×
萬方數(shù)據(jù)
鍍層中不僅具有與刀.A1203/Ni復(fù)合刷鍍層相近的納米 A1203顆粒含量,而且還含有一定的納米SiC顆粒。雖 然復(fù)合鍍層中兩種顆粒的質(zhì)量分數(shù)不高,但是由于其 尺寸很小,在復(fù)合刷鍍層中無團聚現(xiàn)象,并且沿三維 均勻分布【8】,所以已經(jīng)能夠明顯影響復(fù)合刷鍍層的組織
(3)療.sic—A1203療婀復(fù)合刷鍍層中納米顆粒綜合 質(zhì)量分數(shù)的增加,使得納米顆粒對復(fù)合刷鍍層的細晶 強化、彌散強化和微畸變強化等作用增強,這是
刀.siC—A1203/Ni復(fù)合刷鍍層的硬度和耐磨性均得到~
定程度提高的主要原因。 參考文獻:
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0
和性能。由于櫛.siC—砧203/Ni復(fù)合刷鍍層具有較高的
納米顆粒綜合質(zhì)量分數(shù),納米顆粒對復(fù)合刷鍍層的上 述3種強化作用更加明顯,因此行.SiC—A1203/Ni復(fù)合 刷鍍層的耐磨性要優(yōu)于珈A1203/Ni復(fù)合刷鍍層。
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4結(jié)論
(1)制備的n.SiC.-A1203/Ni復(fù)合刷鍍層中,能夠 在維持納米A1203顆粒共沉積量(Al元素的質(zhì)量分數(shù) 5.63%左右)基本不變的情況下,在其中增加了納米 SiC顆粒(Si元素的質(zhì)量分數(shù)在4.86%左右),從而提
【4】
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高了復(fù)合刷鍍層中納米顆粒的綜合含量。 (2)與聆一A1203府岍復(fù)合刷鍍層相比,”.SiC-A1203/l嶇 復(fù)合刷鍍層的表面更加平整致密,組織得到明顯細化,
[s】
Du L
z,xu
B
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aI.Pr印撇60Il,nlicros缸ucn鵬鋤d
plated
mbological pIopem鼯of n柏0.A1203/Ni bn瑪h
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el咖lated
c∞耳'0s沁co撕ngs明.surfCoatTeclIllol,,2005,192(2,3):3ll一316. [編輯:吳杰】
其顯微硬度得到一定程度的提高,耐磨性是忍-A1203小i
復(fù)合刷鍍層的1.7倍左右。
(上接第16頁)
從圖2b可看出,化學鍍銅后碳纖維布在3鋤波
段的Rcs實測值從未經(jīng)化學鍍銅處理前的1.426 增大到6.434
2 4
合強度及較強的導(dǎo)電性能。 (2)經(jīng)過表面化學鍍銅改性后的鍍銅碳纖維布與 同尺寸的碳纖維布相比,其在3 mm波段的RCS值增
m2
m2,增幅為35l%,而且實測值已經(jīng)與
理論計算值比較接近;瘜W鍍銅碳纖維布的理論值高 于實測值的原因是:理論計算時視金屬方片為無損耗 (導(dǎo)電率無窮大)的理想導(dǎo)體,而實際上金屬層是有
幅為35l‰且與理論計算值較接近,因此可以作為一
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o
一定損耗的【7】;而且測試時受測試環(huán)境的影響,被測目
標周圍會存在一些雜波,從而導(dǎo)致實際測量值小于理 論計算值。碳纖維布經(jīng)表面化學鍍銅改性后,因其導(dǎo) 電性顯著增強,其RCS實測值明顯高于碳纖維布本身 的實測值,且與理論計算值較接近。因此經(jīng)過表面化
【2】
克拉特E
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4結(jié)論
(1)采用優(yōu)化后的化學鍍銅工藝制得的鍍銅碳纖 維布表面光滑平整,金屬光澤性強,有良好的鍍層結(jié)
【編輯:昊杰】
萬方數(shù)據(jù)
鍍銅碳纖維布的制備及性能研究
作者: 作者單位: 刊名: 英文刊名: 年,卷(期): 被引用次數(shù): 侯偉, 潘功配, 關(guān)華, 朱晨光, HOU Wei, PAN Gong-pei, GUAN Hua, ZHU Chenguang 南京理工大學化工學院,江蘇,南京,210094 電鍍與涂飾 ELECTROPLATING & FINISHING 2008,27(7) 1次
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本文讀者也讀過(10條) 1. 關(guān)華.潘功配.侯偉.歐陽的華.周雪.GUAN Hua.PAN Gong-pei.HOU Wei.OUYANG De-hua.ZHOU Xue 碳纖維布化學 鍍銀工藝的優(yōu)化[期刊論文]-電鍍與涂飾2008,27(1) 2. 侯偉.潘功配.關(guān)華.楊莎.HOU Wei.PAN Gong-pei.GUAN Hua.YANG Sha 碳纖維表面化學鍍銅工藝的優(yōu)化[期刊論 文]-電鍍與涂飾2007,26(9) 3. 關(guān)華.潘功配.侯偉.劉國生.GUAN Hua.PAN Gong-pei.HOU Wei.LIU Gno-sheng 鍍銀碳纖維布的制備及其毫米波 RCS特性[期刊論文]-電鍍與涂飾2009,28(8) 4. 顧斌.許少凡.徐繼輝.GU Bin.XU Shao-fan.XU Ji-hui 短碳纖維表面化學鍍銅工藝研究[期刊論文]-熱加工工藝 2005(12) 5. 高嵩.姚廣春.GAO Song.YAO Guang-chun 碳纖維表面鍍銅的鍍液穩(wěn)定性[期刊論文]-材料與冶金學報2005,4(4) 6. 楊莎 新型毫米波干擾材料的制備與性能研究[學位論文]2007 7. 高嵩.姚廣春.GAO Song.YAO Guang-chun 影響碳纖維表面鍍銅速率的因素[期刊論文]-材料保護2005,38(4) 8. 何傳飛.HE Chuan-fei 碳纖維表面化學鍍銅工藝[期刊論文]-山東紡織科技2010,51(1) 9. 賈治勇.王群.徐干成.劉國權(quán).劉朝 碳纖維加固材料電磁屏蔽效能研究[會議論文]10. 汪麗紅.潘功配.李軻.WANG Li-hong.PAN Gong-pei.LI Ke 硝基纖維素片化學鍍銅工藝研究[期刊論文]-纖維素 科學與技術(shù)2006,14(4)
引證文獻(1條) 1.關(guān)華.潘功配.侯偉.劉國生 鍍銀碳纖維布的制備及其毫米波RCS特性[期刊論文]-電鍍與涂飾 2009(8)
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