Реферат: Химические способы нанесения металлических покрытий
Осаждение золота на стекле производится при помощи: 1) раствора, содержащего одноатомный спирт, гидрат окиси щелочного металла, или 2) раствора: алкоголят, окись щелочного металла и 3) раствора, содержащего соединение Au с формулой R2 AuX. Толщина слоя легко поддается регулировке. Для защиты мягкого слоя золота применяются тетрагалогениды. В заключение производится нагревание до 500°С. Другие рецепты с несколькими растворами можно найти у Эрмеса и Стукея.
Рецепт омеднения, которое получается значительно труднее, дает Френч. Можно также нагревать металлическое тело при атмосферном давлении примерно до 260—345° С р обдувать его потоком газа, химически нейтрального к данному металлу, например углекислого газа, аргона, гелия; этот газ смешивается с парами медной соли ацетоуксусной кислоты. Химическое осаждение слоев никеля, олова и платины не нашло еще широкого применения в лабораторной практике.
Б) Осаждение из газообразного металлического соединения
Для полноты изложения следует упомянуть о возможности получать металлические слои, как тонкие, так и толстые, при разложении карбониловых или галоидных соединений соответствующих металлов; этим процессом чаще пользуются в технике, чем в лабораториях. Таким приемом можно получать спои никеля, железа, а также платины и металлов платиновой группы. Карбонил в виде пара вводится в камеру, где установлены пластинки для осаждения слоя. Если нагревать эти пластинки приблизительно до 200° С, то карбонил распадается на окись углерода и металл, который выделяется на поверхности пластинок в виде зеркального слоя с очень сильным блеском. Этот слой может быть сравнительно толстым, т. е. может влиять на оптические свойства поверхностей пластинок.
В) Электролитическое осаждение
Метод электролитического осаждения находит мало применения в лабораторной практике. Часто необходимо некоторое время выдерживать электролитические ванны и производить предварительную обработку деталей; поэтому лучше в таких случаях пользоваться освоенными методами, которые широко применяются в соответствующей промышленности на больших установках. В этой области все сильнее распространяется автоматизация.
Существенными факторами являются состав ванны, температура, сила тока; часто надо определять, как следует включать обрабатываемую деталь,— она может являться анодом, катодом или попеременно то тем, то другим.
Рецепты и указания для отдельных электролитических ванн можно найти в литературе.
Отметим еще некоторые возможные применения электролитических процессов, например уже упомянутую ранее электролитическую полировку, нанесение антикоррозийных металлических покрытий, глянцевание металлических поверхностей, в особенности алюминиевых, а также анодное оксидирование, электролитическое матирование алюминия.
В связи с этим надо упомянуть также возможность узорчатой металлизации. Она достигается при закрывании тех мест, на которые металл не должен осаждаться. Для этого пригодны воски-вещества, жиры и т. п. Созданные путем специальной обработки, например электролитическим методом, пористые оксидные слои хорошо покрываются красящими веществами.
Снятие гальванических покрытий, см. табл. I, 23.
Г) Окунание в жидкость, например в расплавленный металл или растворы солей
Металлические слои можно наносить, окуная деталь в расплавленный металл, слой которого наносится, или в соответствующие другие жидкости.
Д) Метод вжигания
Слои, весьма прочно держащиеся на стекле, получают способом вжигания, при котором раствор соли соответствующего металла разлагается при нагревании и выделяющийся металл вжигается в стекло. Такие слои применяют, например, для того, чтобы стеклу сообщить электрическую проводимость, или для того, чтобы припаять к нему металл. Кундт рекомендует следующий рецепт.
Растворить 1 г хлористой платины в 3 см* абсолютного спирта и добавить 10 см* концентрированного раствора борной кислоты, затем добавить 20 см* смеси венецианского скипидара и лавандового масла, взяв их в таком соотношении, чтобы получился густой раствор. Полученная жидкость остается неограниченно стойкой. На поверхность стекла наносят маленькой кисточкой некоторое количество этого раствора и затем медленно нагревают стекло. Вначале раствор становится более жидким. Но при дальнейшем нагревании он становится коричневым, испаряется, и на поверхности стекла появляется зеркало металлической платины. В этом состоянии платину еще можно легко стереть с поверхности стекла. Но при дальнейшем нагревании она очень прочно вжигается в стеклянную поверхность. Если слой оказался слишком тонким, то процесс повторяется еще ран.
Рейнберг получил равномерную зеркальную поверхность платины, отказавшись от лавандового масла и заменив его раствором хлористого висмута следующего состава: 1 г хлористого висмута растворяют в 20 см* спирта, добавляют 1 см* соляной кислоты и непосредственно перед употреблением весь этот раствор разбавляют спиртом до 120 еж3 . Раствор для платинирования можно составить также, смешивая: 3 см* 6% раствора пироксилина в чистом метиловом спирте, 3 см* 6% раствора «хлористой платины» в спирте, 3 см* спирта, 1 еж3 раствора хлористого висмута приведенного выше состава.
Жидкости для нанесения платиновых, золотых, серебряных, иридиевых слоев имеются в продаже под названиями «платиновый блеск», «золотой блеск» и т. д. Состав этих жидкостей значительно более сложен, чем платиновых растворов, указанных выше, поэтому не рекомендуется составлять их в небольших количествах самостоятельно. Кроме благородного металла они содержат висмут, хром и родий. Родий, по-видимому, весьма способствует хорошим качествам слоя, хотя его количество в растворе составляет только 1% по отношению к количеству благородного металла.
Е) Испарение в высоком вакууме
а) Очистка поверхности. Исключительно хорошая очистка поверхности-, служащей для осаждения металлического слоя, является залогом высокого качества слоя и его прочного прилипания. И тому и другому вредят главным образом жирные загрязнения.
Поверхность стекла или кварца, очищенную обычными химическими приемами и промытую в воде, затем протирают очень чистой ватой, смоченной в перекиси водорода, после чего продолжают протирать поверхность сухой ватой до тех пор, пока появившийся на ней налет конденсирующихся водяных паров не будет тут же испаряться.
Еще более эффективной очистки можно достичь при помощи тлеющего разряда, пользуясь прибором для испарения металлов, но при соответствующем разрежении. Для этого в приборе следует установить вспомогательный катод на расстоянии нескольких сантиметров от очищаемой поверхности так, чтобы катодпые лучи при разряде падали па нее. Сила разрядного тока около 15 ма, в прибор следует вводить какой-либо благородный газ. Очищающее действие на поверхность, подготовляемую для осаждения, производит также ее нагревание до 200°С в том же приборе очищаемая поверхность при этом должна иметь более высокую температуру по сравнению со всем, что находится внутри прибора.
б) Вакуум. Хороший вакуум является основным предварительным условием для успешного получения металлических слоев методом испарения. Давление в приборе должно быть настолько малым, чтобы испаряющиеся атомы металла на пути к поверхности, где они осаждаются, по возможности не испытывали столкновений с частицами оставшегося газа. Давление ни в коем случае не должно превышать 10~4 мм рт. ст. В противном случае получают плохо держащиеся на поверхности слои невысокого качества.
Следовательно, при конструировании вакуумной установки необходимо обратить внимание на то, чтобы работа насосов и поперечные сечения трубопроводов были достаточными для быстрого откачивания всех газов, освобождающихся при нагревании и испарении металлов. Эти газовые потоки не должны перекрывать участка, где происходит испарение и осаждение металла. Ртутные пары необходимо вымораживать; при осаждении алюминиевых слоев необходимо охлаждение по крайней мере жидким азотом, при осаждении серебряных слоев достаточно охлаждения до —80° С.
В качестве вакуумных сосудов могут служить стеклянный колокол, цилиндрический стеклянный сосуд или резервуар.
В качестве уплотняющего вещества для плоскошлпфованных поверхностей может служить апьезоновый воск, можно применять также пластичные материалы с малым давлением паров. Места токоподводов при больших силах тока следует обеспечить водяным охлаждением.
в) Испарение. Перед началом испарения необходимо провести предварительную очистку металла; для этого можно: 1) прокаливай, металл в течение 5 минут, при этом поверхность, покрываемую металлом, необходимо защитить экраном, 2) применить тлеющий разряд в водороде, для этого потребуется положить 2000 в между испарителем и нижней плитой прибора.
Испарение в высоком вакууме можно применять для всех металлов, а также для многих металлоидов и соединений.
Испарение происходит с накаленных проволок и полосок фольги илп из накаленных тиглей. Для накала можно применять электрический ток и электронную бомбардировку или пользоваться индукциопными печами.