镀铜碳纤维布的制备及性能研究
本文关键词:碳纤维表面化学镀铜工艺研究,由笔耕文化传播整理发布。
0窦僦
【化学镀】
V『oI.27
No.7
镀铜碳纤维布的制备及性能研究
侯伟,潘功配,关华,朱晨光
(南京理工大学化工学院,江苏南京210094)
摘要:为制备新型毫米波无源干扰材料,采用化学镀方法在 碳纤维布表面沉积了金属铜层.测量了优化工艺条件下制得的 镀铜碳纤维布的
表面电阻,并采用冷热循环法检测了镀层的结 合强度,应用雷达散射截面(IⅪS)测试系统测试了同样尺寸 的镀铜碳纤维布及未改性碳纤维布的3 mm波段RcS值。结果 表明:镀铜碳纤维布镀覆均匀,金属光泽强,有良好的镀层结
注目,特别是毫米波近程雷达技术和精确制导武器的 发展异常迅速,给未来战争带来了难以预计的影响, 毫米波雷达的发展也加速了对抗技术的研究步伐【l J。碳 纤维作为一种新型材料,在航空、航天、生物材料和 民用工业领域有广泛应用。通过对其表面实施金属化 处理,可提高其导电性能,并同时保持碳纤维原有的 优点,是一种优良的毫米波对抗材料。采用化学镀技 术可实现材料表面金属化,其突出优点是耐腐蚀,耐 磨,镀层致密度高和均匀性佳,因此被广泛使用在航
合强度及较强的导电性能。镀铜碳纤维布在3衄波段的RCS
值较未改性碳纤维布有很大提高,且与理论计算值接近。 关键词:碳纤维布;化学镀铜;3 mln波段;雷达散射截面 中图分类号;TQl53
and
文献标识码:A
Of
文章编号:1004—227x(2008)07一ool5—03
Study
On
preparatiOn carbOn nber
properties ∥HOU
cOpper PAN
depOsited
fabric
Wei,
空航天、机械制造等各个领域。当前国内在碳纤维布
Gong-pei,GUAN Hua,ZHU Chen—guang Abstract:A copper coating was deposited
on
表面进行化学镀铜,并对其3姗波段RCS(Rad盯
Cross
tlle sIlrface of
a
Section,雷达散射截面积,是在给定方向上返回
carbon fmer f曲ric by electroless plating method to prep铷.e
new
或散射功率的一种量度,它用入射场的功率密度归一 化【2】)性能开展研究的报道较少。本文通过优化后的化 学镀工艺,成功在碳纤维布表面沉积了金属铜层,并
millimeter wave passive iamming material.The surf.ace
copper
I.esis协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
对镀铜碳纤维布的导电性、镀层结合强度以及3咖波
段RCS值进行了测试研究。
d印osited cafbon fiber flabric and unmodified carbon
a
fiber fabric were tested by using
RCS measurement system.
2实验部分
2.1材料 碳纤维布采用东丽T300B一3000_40B型J.3K碳纤 维布(南通森友碳纤维有限公司),织物结构为平纹, 厚度为0.28 mm,面密度为200 g/m2,经纬密度均为5 根/(10 mm)。其它试剂均为市售化学纯,且未经特 殊处理。
The results showed that me copper d印osited 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锄j崦
2.2碳纤维布表面预处理
在进行化学镀铜之前,必须对碳纤维表面进行预 处理,包括去胶、除油、粗化、敏化、活化5个步骤【3】,
1前言
近20年来,国外毫米波雷达在军事上的应用引人
收稿日期:2007-lO-29 修回日期:2007一ll—ol
经过预处理的碳纤维布可放入化学镀铜液中施镀。
2.3镀铜碳纤维布的制备
前期实验通过正交设计法对碳纤维化学镀铜的工 艺进行了优化研究,得出较理想的化学镀铜工艺条件 为:10
pH g/L CuS04,10 mI,/I,HCHO,40 g/L NaKC4H406,
作者简介:侯伟(1978-),男,山东潍坊人,博士研究生,主要从事 烟火无源干扰材料技术的研究。
作者联系方式:(E蛐d1)dah∞1978@163.伽.
12.75,施镀温度60 oC,施镀时间20 minl引。为保
万方数据
持碳纤维布施镀过程中的平整,采用超声波振荡法对 化学镀铜液进行均匀分散。 2.4测试及表征 用LExT3000型激光共焦显微镜(日本奥林巴斯 株式会社)对镀铜碳纤维布表层进行形貌观察,用 DT.830型数字电表测量镀铜碳纤维布的电阻,采用冷 热循环法测定镀层结合力【4】,借用电子工业部53所的 RCS测试系统在微波暗室中进行镀铜碳纤维布及碳纤 维布的3 n蚰RCS测试(测试时将镀铜碳纤维布以及 碳纤维布原样分别制成5 cm×5.5 cm的试样,垂直置 于微波暗室旋转测试台上,调整微波发射源,取电磁 波入射角为00进行测试)。
lO
mm试样,用DT.830数字万用表测量两端电阻,取
两面平均值,测量结果为2.25 r№m:而未经镀铜处理
的碳纤维布表面电阻值为27.5剑cm。由此可见,在碳
纤维布表面化学镀铜,可使所制得的复合材料导电性 能显著增强。 3.3镀铜碳纤维布的镀层结合性能 镀层结合性能直接影响着镀铜碳纤维布的工程实 用性,因此需要对制备的镀铜碳纤维布的镀层结合性 能进行测试。基于碳纤维基材的特性,镀层结合性能 测试采用冷热循环法【5】。将镀铜碳纤维布放在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,若镀层无起泡或脱落,则镀层的 结合力不低于0.8~O.9 kg/cm[4】。本实验所得的镀铜碳 纤维布样品经过3个周期的冷热循环测试,镀层无起
3结果与讨论
3.1镀铜碳纤维布的表面形貌 碳纤维表面光滑,分子中缺少极性基团,因此很 难在其表面直接进行化学镀铜,必须经过粗化使碳纤 维表面由憎水性变为亲水性,以增强镀层与基体的结 合力。借助SEM观察,粗化时间过长将使碳纤维丝刻 蚀过度,镀后碳纤维抗拉性能下降。优化试验表明, 粗化时间以10~15 IIlin为宜。经过敏化与活化反应后, 碳纤维布表面沉积了一层很薄的贵金属银,在化学镀 铜过程中,铜在贵金属银的催化作用下不断沉积到碳 纤维布表面。随着反应时间的延长,铜最终在碳纤维 布表面形成一层致密的金属层。目视镀铜碳纤维布, 其表面为鲜亮的红铜色,镀覆均匀,金属光泽性强, 如图1a所示。图lb是其激光共焦显微镜图,从图1b 可以清楚地看出,碳纤维布经化学镀处理后,纤维表 面沉积了一层金属。
泡、脱落,说明镀层的结合强度符合要求。 3.4镀铜碳纤维布的3 mm波段RCS实验研究 图2a为镀铜碳纤维布和未表面改性的碳纤维布在
3衄波段RCS仪器上测试的结果。
8 7
6
5 4 3
墓∞是^幕袜一理∞U篮
2
l
_,,GHz (a)
/,GHz
(b)
圈2碳纤维布和镀铜碳纤维布的3 mm波段RCS测试结果及 理论计算值
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
从图2a可以看出,镀铜碳纤维布在3咖波段的
RCS仪器实测值远高于碳纤维布的实测值,5个测试频 率点的平均实测值为碳纤维布的5.25倍。毫米波RCS 测试系统实测值的单位为dBsm(超过1 m2的级差单位
“分贝”),而在实际应用中,l配S单位一般为m2,
因此需要对其单位进行转换。根据图2a,由公式(1)【6】 可以计算镀铜碳纤维布以及碳纤维布的3 mm波段
圈l镀铜碳纤维布的数码照片和激光共焦显微镜图(x l帅)
Figure l DigitaI photo and confbcal Iaser scannjng
RCs实测值;另外,根据理论公式(2)【7】可以计算镀铜 碳纤维布3 mm波段的RCS理论值,计算结果见图2b。
D=lO×lg盯
micrograph(x 100)of copper deposited carbon nber f.abI。ic
3.2镀铜碳纤维布的导电性能 材料的导电性能与其毫米波散射性能有直接的关
(1) (2)
盯=4稃屠
系,导电性越强,其毫米波散射能力越强,毫米波I配S
值越大,作为毫米波雷达对抗材料的应用可能性就越
其中D为仪器实测值(dBsm),仃为雷达散射截面积
(m?),S为被测目标表面面积(m2),A为工作波长(m)。
(下转第20页)
大。将优化工艺所制备的镀铜碳纤维布制成10姗×
万方数据
镀层中不仅具有与刀.A1203/Ni复合刷镀层相近的纳米 A1203颗粒含量,而且还含有一定的纳米SiC颗粒。虽 然复合镀层中两种颗粒的质量分数不高,但是由于其 尺寸很小,在复合刷镀层中无团聚现象,并且沿三维 均匀分布【8】,所以已经能够明显影响复合刷镀层的组织
(3)疗.sic—A1203疗婀复合刷镀层中纳米颗粒综合 质量分数的增加,使得纳米颗粒对复合刷镀层的细晶 强化、弥散强化和微畸变强化等作用增强,这是
刀.siC—A1203/Ni复合刷镀层的硬度和耐磨性均得到~
定程度提高的主要原因。 参考文献:
【l】 徐滨士.再制造工程基础及应用[h日.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社。
2005:156.175.
0
和性能。由于栉.siC—砧203/Ni复合刷镀层具有较高的
纳米颗粒综合质量分数,纳米颗粒对复合刷镀层的上 述3种强化作用更加明显,因此行.SiC—A1203/Ni复合 刷镀层的耐磨性要优于珈A1203/Ni复合刷镀层。
【2】 【3】
徐滨士.纳米表面工程【M】.北京:化学工业出版社,2003:200-227. 王德忠,朱宗顺.某舰中间轴磨损沟槽复合层改性修复设计与应用啊. 中国修船,2004(4):11.12.
4结论
(1)制备的n.SiC.-A1203/Ni复合刷镀层中,能够 在维持纳米A1203颗粒共沉积量(Al元素的质量分数 5.63%左右)基本不变的情况下,在其中增加了纳米 SiC颗粒(Si元素的质量分数在4.86%左右),从而提
【4】
周力平.纳米电刷镀技术在发动机气阀导管口孔修理中的应用【J】.中 国表面工程,2004,17(3):46-47.
【5】
吴斌,徐滨土,张斌,等.自动化纳米电刷镀技术及其在发动机连杆再 制造中的应用【.『】.中国表面工程,2006,19(5):260一262.
【6】
张海军,贾晓林,刘战杰,等.纳米A1203-si02的分散及颗粒间的相互 作用【J】.硅酸盐学报,2003,3l(10):928—933.
【7】
徐滨士i董世运,梁志杰,等.纳米颗粒复合电刷镀液料浆的制备方法: 中国,02lOll96.6【P1.2003—06_25.
高了复合刷镀层中纳米颗粒的综合含量。 (2)与聆一A1203府岍复合刷镀层相比,”.SiC-A1203/l岖 复合刷镀层的表面更加平整致密,组织得到明显细化,
[s】
Du L
z,xu
B
s,DONG s
Y,et
aI.Pr印撇60Il,nlicros缸ucn鹏锄d
plated
mbological pIopem鼯of n柏0.A1203/Ni bn玛h
bmsh
el咖lated
c∞耳'0s沁co撕ngs明.surfCoatTeclIllol,,2005,192(2,3):3ll一316. [编辑:吴杰】
其显微硬度得到一定程度的提高,耐磨性是忍-A1203小i
复合刷镀层的1.7倍左右。
(上接第16页)
从图2b可看出,化学镀铜后碳纤维布在3锄波
段的Rcs实测值从未经化学镀铜处理前的1.426 增大到6.434
2 4
合强度及较强的导电性能。 (2)经过表面化学镀铜改性后的镀铜碳纤维布与 同尺寸的碳纤维布相比,其在3 mm波段的RCS值增
m2
m2,增幅为35l%,而且实测值已经与
理论计算值比较接近。化学镀铜碳纤维布的理论值高 于实测值的原因是:理论计算时视金属方片为无损耗 (导电率无穷大)的理想导体,而实际上金属层是有
幅为35l‰且与理论计算值较接近,因此可以作为一
种新型的毫米波对抗材料。 参考文献:
fl】 付伟.毫米波无源干扰技术的发展现状田.火控雷达技术,200l,30(1):
22—25.
o
一定损耗的【7】;而且测试时受测试环境的影响,被测目
标周围会存在一些杂波,从而导致实际测量值小于理 论计算值。碳纤维布经表面化学镀铜改性后,因其导 电性显著增强,其RCS实测值明显高于碳纤维布本身 的实测值,且与理论计算值较接近。因此经过表面化
【2】
克拉特E
F.雷达散射截面——预估、测量和减缩嗍.阮颖铮,陈海,
译.北京:电子工业出版社,1988:47. 【3】 侯伟,潘功配,关华,等.碳纤维表面化学镀铜工艺的优化研究明.电 镀与涂饰,2007,26(9):18-20. 【4】 伍学高.塑料电镀技术【M】.成都:四川科技出版社,1983:359-370. 高嵩,姚广春.化学镀铜前碳纤维预处理的研究们.材料保护,2∞5,
38(7):43_45.
学镀铜改性的碳纤维布的吸波能力下降,毫米波雷达 散射能力提高,该材料可以作为一种新型的毫米波对 抗材料。
【5】
【6】 【7】
阮颖铮.雷达截面与隐身技术嗍.北京:国防工业出版社,1998:373.
赵洁,闵江.毫米波段Rcs测试技术研究们.光电对抗与无源干扰。
1995(1):14-23.
4结论
(1)采用优化后的化学镀铜工艺制得的镀铜碳纤 维布表面光滑平整,金属光泽性强,有良好的镀层结
【编辑:昊杰】
万方数据
镀铜碳纤维布的制备及性能研究
作者: 作者单位: 刊名: 英文刊名: 年,卷(期): 被引用次数: 侯伟, 潘功配, 关华, 朱晨光, HOU Wei, PAN Gong-pei, GUAN Hua, ZHU Chenguang 南京理工大学化工学院,江苏,南京,210094 电镀与涂饰 ELECTROPLATING & FINISHING 2008,27(7) 1次
参考文献(7条) 1.付伟 毫米波无源干扰技术的发展现状[期刊论文]-火控雷达技术 2001(01) 2.克拉特 E F;阮颖铮;陈海 雷达散射截面--预估、测量和减缩 1988 3.侯伟;潘功配;关华 碳纤维表面化学镀铜工艺的优化研究[期刊论文]-电镀与涂饰 2007(09) 4.伍学高 塑料电镀技术 1983 5.高嵩;姚广春 化学镀铜前碳纤维预处理的研究[期刊论文]-材料保护 2005(07) 6.阮颖铮 雷达截面与隐身技术 1998 7.赵洁;闵江 毫米波段RCS测试技术研究 1995(01)
本文读者也读过(10条) 1. 关华.潘功配.侯伟.欧阳的华.周雪.GUAN Hua.PAN Gong-pei.HOU Wei.OUYANG De-hua.ZHOU Xue 碳纤维布化学 镀银工艺的优化[期刊论文]-电镀与涂饰2008,27(1) 2. 侯伟.潘功配.关华.杨莎.HOU Wei.PAN Gong-pei.GUAN Hua.YANG Sha 碳纤维表面化学镀铜工艺的优化[期刊论 文]-电镀与涂饰2007,26(9) 3. 关华.潘功配.侯伟.刘国生.GUAN Hua.PAN Gong-pei.HOU Wei.LIU Gno-sheng 镀银碳纤维布的制备及其毫米波 RCS特性[期刊论文]-电镀与涂饰2009,28(8) 4. 顾斌.许少凡.徐继辉.GU Bin.XU Shao-fan.XU Ji-hui 短碳纤维表面化学镀铜工艺研究[期刊论文]-热加工工艺 2005(12) 5. 高嵩.姚广春.GAO Song.YAO Guang-chun 碳纤维表面镀铜的镀液稳定性[期刊论文]-材料与冶金学报2005,4(4) 6. 杨莎 新型毫米波干扰材料的制备与性能研究[学位论文]2007 7. 高嵩.姚广春.GAO Song.YAO Guang-chun 影响碳纤维表面镀铜速率的因素[期刊论文]-材料保护2005,38(4) 8. 何传飞.HE Chuan-fei 碳纤维表面化学镀铜工艺[期刊论文]-山东纺织科技2010,51(1) 9. 贾治勇.王群.徐干成.刘国权.刘朝 碳纤维加固材料电磁屏蔽效能研究[会议论文]10. 汪丽红.潘功配.李轲.WANG Li-hong.PAN Gong-pei.LI Ke 硝基纤维素片化学镀铜工艺研究[期刊论文]-纤维素 科学与技术2006,14(4)
引证文献(1条) 1.关华.潘功配.侯伟.刘国生 镀银碳纤维布的制备及其毫米波RCS特性[期刊论文]-电镀与涂饰 2009(8)
本文链接:
本文关键词:碳纤维表面化学镀铜工艺研究,由笔耕文化传播整理发布。
本文编号:241602
本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/241602.html