專利名稱：陰極板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于電沉積金屬的陰極板。
例如所謂的ISA工藝(PROCESS)就是一種電沉積銅的特別成功的方法，在該方法中，銅沉積在不銹鋼陰極母板上。而后通過如下步驟從陰極板上剝離電解沉積的銅先彎曲陰極板使至少一部分沉積的銅與陰極板分離，接著用楔入剝離(wedge stripping)氣噴(gasblasting)的方法使其余的銅與陰極板分離。
在ISA工藝中，陰極母板的底部邊沿通常覆蓋著一層類似蠟這樣的隔離化合物(release compound)或者一個(gè)塑料的邊沿襯條，以防止銅在其上沉積。這有助于從陰極板的兩個(gè)面上剝離電沉積的銅，使其成為分開的基本相同的板。但是，像這樣在陰極板上涂蠟，既浪費(fèi)時(shí)間又增加費(fèi)用，所增加的費(fèi)用包括用于涂蠟以及用于回收在剝離工序中產(chǎn)生的蠟以及保存蠟所花的費(fèi)用。
為了避免這些問題，有些電解精煉/電解提取工藝采取一種所謂的包層式陰極板方法(enveloped cathode process)。在該方法中，不需要在陰極板的下邊沿上涂蠟，并且在板的兩個(gè)面上和陰極母板的底部邊沿周圍都能形成電沉積金屬。
然后，彎曲陰極板并從板片的兩個(gè)面上向后拉拽電沉積金屬而使之形成V形，如此就完成了電解沉積金屬包層(metal envelope)的清除工作。接著從電解沉積金屬包層之間移走陰極母板，再閉合包層并使其從垂直位置旋轉(zhuǎn)到水平位置，然后把包層運(yùn)送到碼放/包裝位置。
這種清除方法不但在閉合包層并使其從垂直位置旋轉(zhuǎn)到水平位置以便存放之前需要復(fù)雜的裝置來(lái)分開金屬包層并移走陰極母板，而且這樣一種方案浪費(fèi)時(shí)間且通常又沒有ISA工藝的剝離工序那么快。
與其它各方一起，本申請(qǐng)人最近開發(fā)出了一種新方法，在該方法中，金屬包層成型于不銹鋼陰極母板上然后被剝離形成兩個(gè)單獨(dú)的板片。這種方法是本申請(qǐng)的共同未決(co-pending)國(guó)際專利申請(qǐng)No.PCT/FI99/00979的發(fā)明主題。下面參照附

圖1A-1D和2A-2D以簡(jiǎn)要的方式對(duì)這種新方法進(jìn)行討論。
從陰極母板上剝離電解沉積金屬包層的起始步驟是至少?gòu)年帢O板上部分地分離任何一個(gè)面上沉積金屬包層?，F(xiàn)在參照附圖1A-1D對(duì)此進(jìn)行描述。包層式陰極包括沉積在陰極母板10上的陰極板片20和30，這兩個(gè)陰極板片沿其下邊沿由脆弱部分(frangible portion)40接合。首先彎曲陰極母板以便至少使板片20、30的上端部50分離。
接著，對(duì)圖1D所示的部分分離的包層實(shí)施如圖2A和2B所示的剝離操作。部分分離的板片20和30放置在位于輥?zhàn)踊蜻\(yùn)送帶50上的剝離裝置中。該裝置包括一個(gè)楔入式剝離器(wedge stripper)或氣體噴流器(gas blaster)130。這些楔入式剝離器130插入板片20、30與陰極母板10之間的縫隙。楔入式剝離器130把電沉積包層的板片20和30從陰極母板10上剝離下來(lái)。但是，如圖2B所示，板片20和30還是由沿陰極板10的底部邊沿延伸的脆弱部分40連接在一起。為了使電沉積金屬包層完全分開成為兩個(gè)獨(dú)立的基本相同的板片，板片20和30由夾具25、35夾持著從如圖2B所示的基本垂直的位置圍繞脆弱部分40翻轉(zhuǎn)到如圖2C所示的基本水平的位置。這個(gè)翻轉(zhuǎn)動(dòng)作使沉積金屬包層分成兩個(gè)基本相同的板片。在多數(shù)情況下，板片20、30從垂直位置到水平位置轉(zhuǎn)動(dòng)一次就能被分開。如下所述板片20和30彼此分離以及板片與陰極母板的分離可由夾具25、35來(lái)證實(shí)。仍然夾持著處于圖2C所示的水平位置的板片20、30的夾具如圖2D所示適于向外輕輕拉拽各個(gè)板片。如果板片20、30與夾具一起向外移動(dòng)，則證實(shí)板片20、30已經(jīng)分離。但是，如果向外拉動(dòng)夾具的力非常大或者夾具根本不動(dòng)，則表明脆弱部分40實(shí)際上還沒有分開板片20、30，因此可能還需要繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)板片(如圖2C所示)。
如果需要繼續(xù)操縱/轉(zhuǎn)動(dòng)板片20、30，應(yīng)用夾具25和35的裝置上下轉(zhuǎn)動(dòng)板片20和30直到如前所述那樣板片的分離得到證實(shí)。
一旦陰極板20和30分離成為兩個(gè)基本相同的單獨(dú)板片，那么把板片從裝置中運(yùn)出以便碼放以及后序處理就只是簡(jiǎn)單的問題了。
有些情況下很難把沉積金屬包層分離成兩個(gè)單獨(dú)的板片。正如可理解到的那樣，板片部分的重復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)或拍動(dòng)會(huì)很浪費(fèi)時(shí)間并且也降低了該方法的整體效率。
現(xiàn)在參照?qǐng)D3，圖3表示在陰極母板10上有一凹槽15，而沉積金屬包圍著陰極母板10的末端。該凹槽15成型于陰極母板的底部邊沿，作為如同時(shí)待審的國(guó)際專利申請(qǐng)No.PCT/FI99/00979中所述的“增長(zhǎng)效果裝置(growth effecting means)”。但是，申請(qǐng)人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，即使設(shè)有凹槽15，沉積金屬也可能不會(huì)整齊地從陰極板上剝離下來(lái)或分成兩個(gè)基本相同的板片20、30。為了解釋該問題，如圖3所示，有時(shí)候，金屬包層分成兩個(gè)板片，而一個(gè)伸出部分(Lip)25卻連在一個(gè)板片上。這個(gè)伸出部幾乎包圍著母板10的整個(gè)末端。金屬板片20和30之間的裂痕35主要在陰極母板10的一側(cè)，而不是位于母板底部的優(yōu)選的脆弱部分40處。
本發(fā)明的目的是克服或至少改進(jìn)背景技術(shù)中的一個(gè)缺點(diǎn)，或者提供一種代替背景技術(shù)的有效方案。
在第一實(shí)施方案中，凹槽呈V形，薄弱線在V形的拱弧內(nèi)形成。
在另一實(shí)施方案中，V形槽的弧度在75-105度之間，而最優(yōu)選地V形槽的弧度大致為90度。
本申請(qǐng)人已經(jīng)確定，陰極母板上的凹槽的大小及形狀對(duì)于沉積金屬包層從陰極上分離成兩個(gè)基本相同板片的性能具有一定影響。
當(dāng)凹槽具有合適的大小及形狀時(shí)，在電沉積包層的兩個(gè)側(cè)面之間能可靠地產(chǎn)生一條薄弱線，從而沉積金屬包層的兩個(gè)分離的面的板片的分離在凹槽中的薄弱線上開始。
如果薄弱線沒有形成在凹槽之中，那么裂痕可能會(huì)在凹槽的外部開始，并且，如圖3所示，裂痕有時(shí)會(huì)繼續(xù)繞板的端部延伸到陰極母板金屬包層的外側(cè)。然后板片可能會(huì)在脆弱區(qū)域外側(cè)的一個(gè)位置斷裂。在脆弱區(qū)域外側(cè)有了這樣一條裂痕后，在剝離工序中就產(chǎn)生了困難。首先，它會(huì)使兩個(gè)板片之間的分裂變得非常困難。在有些情況下，可能需要幾次轉(zhuǎn)動(dòng)或拍動(dòng)板片才能使之分離。顯然這并不是所希望的，并且這增加了板在剝離機(jī)器中的停留時(shí)間，因而降低了生產(chǎn)速度。
另外，在脆弱區(qū)域外側(cè)有了一條裂口后，會(huì)使兩個(gè)板片不是基本對(duì)稱的或尺寸相同的。如圖3所示，一個(gè)板片基本是個(gè)平面，而另一個(gè)則具有一個(gè)小的伸出部分或彎鉤狀的邊沿。所得到的邊沿不規(guī)則的板片不僅外觀不好看，而且特別在高速自動(dòng)化機(jī)器中難以處理。
本申請(qǐng)人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)可以設(shè)計(jì)凹槽的大小及形狀，從而使在兩板片之間延伸的薄弱線保持在凹槽的內(nèi)部。在使沉積金屬形成于凹槽中以及還要使兩個(gè)板片容易分離這兩者之間，凹槽的形狀起到均衡的作用。
實(shí)際上，在另一個(gè)實(shí)施方案中，凹槽的形狀可以被做成使沉積金屬基本充滿整個(gè)凹槽。還有另外的實(shí)施方案中，凹槽的形狀可以被做成使得金屬的沉積直接臨近凹槽的頂端。
另一方面，本發(fā)明提供一種電沉積金屬的陰極板，所述陰極板至少沿一個(gè)邊沿設(shè)有一個(gè)凹槽，并且凹槽被制成一定形狀，從而使在使用過程中，凹槽的形狀能使在凹槽內(nèi)部的沉積金屬中形成一條薄弱線，這樣，在從所述陰極板上剝離金屬時(shí)，金屬包層的分離成為兩個(gè)基本相同的板片沿著所述薄弱線開始。
除非文章中有明確表示，否則全篇說明書及權(quán)利要求書中，詞語(yǔ)“包括”、“包含”及類似詞語(yǔ)應(yīng)當(dāng)解釋為與排它性含義或窮舉性含義相對(duì)的非遍舉的包括性含義；也就是說，其意思是“包括，但不限于”。
圖3是帶有部分地剝離成為兩個(gè)獨(dú)立板片的沉積金屬包層的陰極母板的側(cè)視圖。
圖4是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的側(cè)視圖。
圖5和6是表示陰極板的不同形狀底部邊沿的側(cè)視圖。
申請(qǐng)人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)可以在母板下端開設(shè)一個(gè)凹槽，使得薄弱線形成于凹槽之中，從而能使沉積金屬包層可靠地分裂成為兩個(gè)基本相同且最好對(duì)稱的板片。
參照?qǐng)D4，它表示陰極母板100，沿陰極母板的下端邊沿有一個(gè)V形槽150。簡(jiǎn)明起見，圖4中所示的凹槽150的弧度為90度，不過，從前文可以理解到，凹槽并不限于V形，并且凹槽的弧度也不一定必須等于90度。
設(shè)定V形槽150的形狀和大小以使之具有若干作用。其主要作用是使沉積金屬包層120從母板100上脫離下來(lái)分成兩個(gè)基本相同的板片122和124。
現(xiàn)在將解釋V形槽是如何實(shí)現(xiàn)這些作用的。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員知道，例如，當(dāng)為了電解精煉銅，把母板100放置在電解槽中時(shí)，它被間置在銅陽(yáng)極之間且基本都浸在電解液中。陽(yáng)極的銅進(jìn)入電解液并再沉積到陰極板上。通常，為了達(dá)到“全期(“full term”)”的沉積，陰極板要在電解槽中浸泡5-14天之久。
當(dāng)銅晶體在金屬陰極上沉積時(shí)，基本是與沉積表面成直角沉積的，如圖4中的箭頭所示。通常，銅會(huì)選擇阻力最小的路徑并盡可能快地沉積到陰極上。因此，可以理解到，銅更容易沉積在陰極板100的外側(cè)表面102、104上，而不是V形槽150中。但是，銅沉積在V形槽中這一點(diǎn)很重要，因?yàn)閺哪赴?00上清除銅包層時(shí)，要如上所述那樣垃拽金屬包層的相對(duì)側(cè)，從而使裂縫或斷裂起點(diǎn)從母板100底端的脆弱區(qū)域140開始。并希望該裂縫的起點(diǎn)始于V形槽150的頂端。因此，理想的是，V形槽150被制成一定形狀以使V形槽中銅的沉積接近頂端并且薄弱線在V形槽150的拱弧之間延伸。
申請(qǐng)人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，某種特定凹槽尺寸及形狀能實(shí)現(xiàn)沉積金屬的“對(duì)稱的”分裂，而其它的凹槽尺寸及形狀就不行。例如，一個(gè)具有90°±15°拱弧的V形槽能使銅在V形槽中生成，而且在V形槽的拱弧之間能產(chǎn)生由虛線A表示的薄弱線。然后在清除沉積金屬包層時(shí)，V形槽中薄弱線A的位置使沉積金屬的分裂以形成兩個(gè)基本相同的板片沿著脆弱區(qū)域140中的薄弱線或裂痕開始。
可以把圖4所示的凹槽150與圖5和6所示的V形凹槽加以比較。
在圖5中表示一個(gè)淺的V形槽60。該V形槽60的形狀對(duì)沉積銅所產(chǎn)生的阻力沒有圖4所示的凹槽150的那么大。因此，銅很容易在V形槽60中沉積。這正是所希望的。但是，申請(qǐng)人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，由于V形槽60的這種形狀，所以減小了薄弱線的長(zhǎng)度乃至薄弱線的作用效果。因而，在金屬包層兩個(gè)面之間的結(jié)合變得更堅(jiān)固，使金屬包層分裂成兩個(gè)基本相同的板片變得更加困難。實(shí)際上，已經(jīng)有實(shí)驗(yàn)表明，為了分開這種板片，需要在剝離機(jī)器中作幾次的轉(zhuǎn)動(dòng)或拍動(dòng)，有些情況下，板片有可能會(huì)以類似圖3中所示的方式分開。
在圖6中，凹槽70更窄而且更深。這增大了對(duì)進(jìn)入圖4所示V形槽150或圖5所示V形槽60的銅離子的沉積的阻力。有時(shí)，銅不會(huì)沉積得遍布整個(gè)V形槽70，尤其不會(huì)沉積在V形槽的頂端處。這形成了橫跨V形槽的金屬橋鍵80。該橫跨V形槽的金屬橋鍵阻止在V形槽拱弧中形成薄弱線。橋鍵80起作用牢固地固接金屬包層的兩側(cè)，這可能會(huì)再次導(dǎo)致需要多次轉(zhuǎn)動(dòng)或拍動(dòng)沉積金屬才能使之分離成兩個(gè)板片，并且這兩個(gè)板片的大小很可能會(huì)不同。
在本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案中該方案特別適用于電解提取工藝，可以設(shè)計(jì)V形槽的大小及形狀使其可以封閉一部分氣態(tài)物質(zhì)，其能進(jìn)一步發(fā)揮作用以構(gòu)成凹槽拱弧中的薄弱線。
應(yīng)當(dāng)理解到，在不超出本發(fā)明主旨及范圍的前題下，可以對(duì)所述的方法及裝置作出改變。
權(quán)利要求
1.一種在陰極上電沉積金屬包層的方法，所述包層包括沉積在所述陰極板每側(cè)并沿至少一個(gè)邊沿通過一脆弱部分相接合的沉積金屬，并且圍繞脆弱部分轉(zhuǎn)動(dòng)各側(cè)的沉積金屬包層可以使金屬包層脫離所述的陰極，從而金屬包層與所述陰極分離以分成兩個(gè)基本相同的板片，該方法包括在所述陰極板上設(shè)置一個(gè)凹槽，這樣，位于和靠近所述凹槽沉積的金屬就形成了所述的脆弱部分，并且其中所述凹槽被制成的形狀使得在凹槽中沉積的金屬內(nèi)形成一條薄弱線，從而沉積金屬的兩個(gè)板片的分離沿著所述薄弱線開始。
2.一種如權(quán)利要求1所述的方法，其中凹槽被制成V形，薄弱線形成于V形的拱弧內(nèi)。
3.一種如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中凹槽兩個(gè)側(cè)面分開形成的夾角在75-150度之間。
4.一種如前面任何一個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其中凹槽兩個(gè)側(cè)面分開形成的夾角為90度。
5.一種如前面任何一個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其中凹槽被制成的形狀能使金屬的沉積直接臨近凹槽的頂端。
6.一種如前面任何一個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其中凹槽被制成的形狀能使沉積金屬基本上充滿整個(gè)凹槽。
7.一種如前面任何一個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其中凹槽被制成的形狀使之在金屬沉積過程中能收集從陰極板下面升起的氣體。
8.一種電沉積金屬包層的陰極板，所述陰極板至少沿一個(gè)邊沿設(shè)有一個(gè)凹槽，并且凹槽被制成的形狀能致使在工作時(shí)位于凹槽內(nèi)部的沉積金屬中形成一條薄弱線，這樣，在從所述陰極上剝離金屬時(shí)，金屬包層的分離構(gòu)成兩個(gè)基本相同的板片沿著所述薄弱線開始。
9.一種如權(quán)利要求8所述陰極板，其中凹槽被制成V形，薄弱線形成于V形的拱弧內(nèi)。
10.一種如權(quán)利要求8或9所述陰極板，其中凹槽兩個(gè)側(cè)面分開形成的角度在75-150度之間。
11.一種如權(quán)利要求8-10中任何一個(gè)權(quán)利要求所述陰極板，其中凹槽兩個(gè)側(cè)面分開90度。
12.一種如權(quán)利要求8-11中任何一個(gè)權(quán)利要求所述陰極板，其中凹槽被制成的形狀能使金屬的沉積直接靠近凹槽的頂端。
13.一種如權(quán)利要求8-12中任何一個(gè)權(quán)利要求所述陰極板，其中凹槽被制成的形狀能使沉積金屬基本上充滿整個(gè)凹槽。
14.一種如權(quán)利要求8-13中任何一個(gè)權(quán)利要求所述陰極板，其中凹槽被制成的形狀使之在金屬沉積過程中能收集從陰極板下面升起的氣體。
15.一種在陰極上電沉積金屬包層的方法，該方法基本是在本文中結(jié)合附圖和/或?qū)嵤├兴f明的本發(fā)明任何一個(gè)實(shí)施方案所描述的方法。
16.一種電沉積金屬包層所用的陰極板，陰極板基本是在本文中結(jié)合附圖和/或?qū)嵤├兴f明的本發(fā)明任何一個(gè)實(shí)施方案所描述的陰極板。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在陰極上電沉積金屬包層的方法。金屬包層(120)包括沉積在陰極板(100)每側(cè)上的金屬板片(122、124)。沿陰極板的一個(gè)邊沿設(shè)置一個(gè)凹槽(150),這樣,位于和靠近所述凹槽沉積的金屬形成一脆弱部分(140)。該凹槽被制成的形狀使得在凹槽中的沉積金屬中形成一條薄弱線(A),從而使沉積金屬包層的兩個(gè)板片的分離沿著這條薄弱線開始。
文檔編號(hào)C25C1/12GK1357059SQ00809136
公開日2002年7月3日 申請(qǐng)日期2000年6月16日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月18日
發(fā)明者戴維·貝利, 雷維爾·韋恩·阿姆斯特朗 申請(qǐng)人:精煉銅控股公司