專利名稱：一種壓電陶瓷表面電極的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種在壓電陶瓷上鍍覆金屬電極的方法，具體涉及一種采用無氰化學鍍金技術在壓電陶瓷上鍍覆鎳-金復合電極的方法。
背景技術：
壓電陶瓷是一類具有壓電效應，并可使機械能和電能互相轉(zhuǎn)換的信息功能材料，被廣泛應用于醫(yī)學、電子、航空航天等領域。但是，壓電陶瓷固有的電絕緣性嚴重限制了其應用與發(fā)展，因此必須在其表面鍍覆電極。目前，壓電陶瓷所采用的電極材料多為銀和鎳，但銀電極需要在800°C高溫下焙燒才可獲得，工藝復雜，不易操作。鎳電極制備工藝簡單，穩(wěn)定性略差，長期置于空氣中易被氧化，因而對電極材料的焊錫性與焊接強度會產(chǎn)生一定影響。金具有化學性質(zhì)穩(wěn)定、在高溫下不易氧化、電阻率和接觸電阻較低、導電性好等優(yōu)點，并具有良好的延展性能和焊接性能，是一種非常好的電極材料，被廣泛應用于各個領域。鍍金后的鎳-金復合電極，在電性能、可焊性、耐蝕性等方面都有明顯的提高。目前金電極的制備方法主要有電鍍、離子濺射和化學鍍，采用電鍍和離子濺射法制備的金電極成本高且結(jié)合力差，而常見的硫氰化物化學鍍金方法，雖可得到性能優(yōu)異的鍍層，但氰化物有劇毒，且須在高溫強堿條件下才能進行，容易腐蝕鍍件。因此，這些方法均不適合于制備壓電陶瓷的金電極，必須研究探索一種新的、適合于壓電陶瓷的無氰化學鍍金方法，為壓電陶瓷材料的應用與發(fā)展提供更廣闊的前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種壓電陶瓷表面電極的制備方法，本方法在壓電陶瓷鎳電極表面采用無氰化學鍍技術鍍上一層金屬金，避免了鎳電極的不足，為壓電陶瓷材料的應用與發(fā)展提供更廣闊的前景。本發(fā)明以PZT、PMN (鈮鎂酸鉛基壓電陶瓷)、PLN (鈮鋰鋯鈦酸鉛基壓電陶瓷)、PBaS(鍶鋇改性鋯鈦酸鉛壓電陶瓷)、PSnN (鈮錫改性鋯鈦酸鉛壓電陶瓷)等壓電陶瓷為鍍件，鍍件可為片狀、塊狀、弧形、環(huán)形等各種形狀，采用先化學鍍鎳、后化學鍍金的全化學鍍過程在壓電陶瓷表面鍍鎳-金電極，具體技術方案如下:
一種壓電陶瓷表面電極的制備方法，其特征是:在壓電陶瓷表面鍍上一層金屬鎳，然后用化學鍍的方法在鎳鍍層表面鍍上金，得到鎳-金復合電極，所用鍍金液為水溶液，其中包含以下濃度的成分:Na3Au (SO3)2 1.2-2.8g/L，Na2SO3 8_25g/L，KH2PO4 10_25g/L，鍍金液中還包含C2H8N2, C2H8N2的濃度保持與金的摩爾比為6-20:1。上述制備方法中，鍍金液的pH為6.5-7.5。上述制備方法中，鍍金的具體過程是:將鍍鎳后的壓電陶瓷放入鍍金液中，在45-55°C下進行鍍金，并不斷攪拌，鍍層達到 所需厚度后將壓電陶瓷取出并清洗干凈。上述制備方法中，鍍鎳技術可以使用現(xiàn)有技術中公開的任意在壓電陶瓷上鍍鎳的技術。上述制備方法中，鍍鎳優(yōu)選的采用下述方法:鍍鎳時，將壓電陶瓷進行粗化、敏化、活化處理后放入鍍鎳液中進行鍍鎳。所用的粗化液、敏化液、活化液、鍍鎳液如下:
1、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 ；
2、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 ；
3、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PdC12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 ;優(yōu)選的，鈀鹽活化液中，PdCl2含量為0.4g/L，鎳鹽活化液中，乙酸鎳與硼氫化鈉的濃度相同；
4、鍍鎳液為水溶液，其成分為NiSO4 7H20、NaC6H5O7 2H20、NaH2PO2 H20、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30g/L，BS0添加劑含量為0.08-0.2g/L，pH 8-11。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?；酋啺罚跫壒饬羷?。上述鍍鎳方法中，鍍鎳液的pH為9-9.6，優(yōu)選為9.0。上述鍍鎳方法中，鍍鎳的具體步驟為: (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，優(yōu)選40°C，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。上述鍍鎳方法中，鍍鎳液的配制方法為:按配比稱取各成分，然后將NaH2PO2 H2O與NH4Cl混合，配成B溶液，將NiSO4WH2O ,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，即得鍍鎳液。本發(fā)明鍍制方法簡便、靈活，可以適用于多種形狀的壓電陶瓷，所述壓電陶瓷的形狀可以為片狀、塊狀、弧形、環(huán)形等。上述制備方法中，化學鍍金時間可依據(jù)溫度和所需鍍層厚度而定，溫度越高，鍍速越大，鍍層達到相同厚度所需時間越短。鍍鎳所需時間一般為IOmin左右，鍍金所需時間一般為8-15min，所得鎳電極層的厚度約為0.9iim，金電極層的厚度約為0.10-0.13 Um0圖1、圖2為本發(fā)明所得鍍件的結(jié)構示意圖。進一步的，本發(fā)明對鍍金液可以進行進一步的改進，使其性能更佳。具體為:在鍍金液中還可以添加添加劑成分，所述添加劑濃度為0.6-1.5g/L。所述添加劑為添加劑I或/和添加劑2，添加劑I和2的主要成分為聚乙二醇和聚丙烯酰胺。本發(fā)明所得電極的SEM斷面和表面形貌如圖3和圖4所示，由圖可見，鍍層晶粒均勻密實，緊密的附著在鎳層表面，且金鍍層較薄，電極整體與壓電陶瓷基底結(jié)合緊密。本發(fā)明采用無氰化學鍍技術制備金電極，所制備的金電極具有均勻一致、耐腐蝕性強、孔隙率低、結(jié)合力好、可焊性強等優(yōu)點，而且鍍覆金層后電極的電阻率明顯降低，明顯低于鎳電極。本發(fā)明簡單易操作，不受工件形狀的限制，能在不同性能和形狀壓電陶瓷的鎳電極上鍍上一層金，形成性能更優(yōu)越的鎳-金復合電極。采用無氰化學鍍技術制備金電極，避免了劇毒氰化物的使用，更加環(huán)保、安全，降低了對設備的要求，鍍液能反復使用，提高了經(jīng)濟效益。所得到的金電極均勻一致、化學性質(zhì)穩(wěn)定、電阻率低、耐腐蝕性強、孔隙率低、結(jié)合力好、焊接性能好，很好的滿足了壓電陶瓷的應用要求，提高了壓電陶瓷的使用性能；另一方面，所得金鍍層較薄， 降低了壓電陶瓷材料的使用成本。


圖1是本發(fā)明所得環(huán)形鍍件的結(jié)構示意 圖2是本發(fā)明所得片狀鍍件的結(jié)構示意 圖3是鍍件的斷面SEM形貌圖，圖中切割斷面規(guī)整程度的差異是由壓電陶瓷、鎳和金的材質(zhì)不同引起的；
圖4是鍍件的表面SEM形貌 圖5是電極經(jīng)3M膠帶粘貼后的SEM圖，圖中虛線內(nèi)的黑點部位是粘貼后的輕微變化； 圖6是本發(fā)明所得電極的塔菲爾曲線 其中，1、壓電陶瓷，2、鎳鍍層，3、金鍍層。
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，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)明所用化學藥品及試劑均能在市場上買到，所用壓電陶瓷在普通壓電陶瓷廠亦可買到，對其種類、形狀、尺寸等均不做限定。下面實施例中所用的濃鹽酸為37%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。實施例1
1、鍍鎳所用的溶液如下:
權利要求
1.一種壓電陶瓷表面電極的制備方法，其特征是:在壓電陶瓷表面鍍上一層金屬鎳，然后用化學鍍的方法在鎳鍍層表面鍍上金，得到鎳-金復合電極，所用鍍金液為水溶液，其中包含以下濃度的成分=Na3Au(SO3)2 1.2-2.8g/L，Na2SO3 8_25g/L，KH2PO4 10_25g/L，鍍金液中還包含C2H8N2, C2H8N2的濃度保持與金的摩爾比為6-20:1。
2.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征是:在鍍金液中還含有添加劑，濃度為0.6-1.5g/L ;所述添加劑為添加劑I或/和添加劑2，添加劑I和2的主要成分為聚乙二醇和聚丙烯酰胺。
3.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征是:鍍金液的PH為6.5-7.5。
4.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征是:鍍金的過程是:將鍍鎳后的壓電陶瓷放入鍍金液中，在45-55°C下進行鍍金，并不斷攪拌，鍍層達到所需厚度后將壓電陶瓷取出并清洗干凈。
5.根據(jù)權利要求4所述的制備方法，其特征是:鍍金所需時間為8-15min。
6.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征是:鍍鎳時，將壓電陶瓷進行粗化、敏化、活化處理后放入鍍鎳液中進行鍍鎳； 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 ； 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PdC12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 ； 鍍鎳液為水溶液，其成分為 NiSO4 7H20、NaC6H5O7 2H20、NaH2PO2 H20、NH4C1 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 30g/L, BSO 添加劑含量為 0.08-0.2g/L，pH 8-11。
7.根據(jù)權利要求6所述的制備方法，其特征是:鍍鎳的活化液中PdCl2含量為0.4g/L，乙酸鎳與硼氫化鈉的濃度相同；鍍鎳液的PH為9-9.6。
8.根據(jù)權利要求6所述的制備方法，其特征是:鍍鎳的具體步驟為: (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)權利要求6所述的制備方法，其特征是:鍍鎳液溫度為40°C;鍍鎳液pH為9.0 ;鍍鎳時間為IOmin ；鍍鎳液的配制方法為:按配比稱取各成分，然后將NaH2PO2* 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，即得鍍鎳液。
10.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征是:所述壓電陶瓷的形狀為片狀、塊狀、弧形或環(huán) 形。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種壓電陶瓷表面電極的制備方法，其特征是在壓電陶瓷表面鍍上一層金屬鎳，然后用化學鍍的方法在鎳鍍層表面鍍上金，得到鎳-金復合電極，所用鍍金液為水溶液，其中包含以下濃度的成分Na3Au(SO3)21.2-2.8g/L，Na2SO38-25g/L，KH2PO410-25g/L，C2H8N2的濃度保持與金的摩爾比為6-20:1。本發(fā)明簡單易操作，不受工件形狀的限制，采用無氰化學鍍技術制備金電極，避免了劇毒氰化物的使用，更加環(huán)保、安全，所得到的金電極均勻一致、化學性質(zhì)穩(wěn)定、電阻率低、耐腐蝕性強、孔隙率低、結(jié)合力好、焊接性能好，很好的滿足了壓電陶瓷的應用要求，提高了壓電陶瓷的使用性能。
文檔編號C04B41/90GK103242063SQ20131017219
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月10日 優(yōu)先權日2013年5月10日
發(fā)明者張穎, 黃世峰, 周美娟, 徐東宇, 張娜, 程新 申請人:濟南大學