陶瓷上镀耐高温耐高真空的厚镍层工艺

朱 东，储荣邦

(1.南京水佐岗48巷5号9幢205室，江苏 南京 210009;2.南京虎踞北路4号6幢501室，江苏南京 210013)

引 言

陶瓷上镀厚镍层主要用于金属零件焊接，由于与金属零件焊接的温度高(1000℃左右)，要求镀层有良好的结合力和一定厚度(10～40μm)，焊接后的微波管在高真空的条件下，绝对不允许漏气，要求镀层具有良好的致密性。总之，镀层要能承受高温、高真空的考验。

1 陶瓷金属化预涂层

所谓陶瓷镀镍，不是在陶瓷上直接镀镍，而是在陶瓷的金属化涂层上镀一层金属镍。因此，有必要把金属化预涂层扼要介绍一下。陶瓷(95%氧化铝)首先经过去油去脏等一系列的清洗处理后涂复一层金属化膏剂涂层。该涂层要求平整无缺，δ控制在(80±10)μm，再在氢气炉中对膏剂进行烧结，俗称陶瓷金属化。烧结θ为(1500±10)℃保持45min，即获得跟陶瓷结合很牢的金属化预涂层。在这涂层上就可以进行镀镍。

1.1 金属膏剂的主要成分

金属膏剂的主要成分有钼粉、一氧化锰和三氧化二稆等混合物。其间的配比略有变动。

1)第一次金属膏剂。作为陶瓷的第一次金属膏剂，三氧化二铝成分高些;其目的使金属膏剂涂复在陶瓷上再经氢气炉中烧结后，陶瓷与第一次涂复层之间结合力得到保障。

2)第二次金属膏剂。作为涂复的第二次金属膏剂，一氧化锰和钼粉含量要高一些;当第二次金属膏剂涂复在第一次金属膏剂上后，仍要在氢气炉中烧结。

3)面层金属膏剂。作为涂复的最后面层金属膏剂，一氧化锰和钼粉含量最高;该涂复经氢气炉烧结后，就达到金属化预涂层的功能，它为后续顺利镀镍打下了良好的基础。

1.2 金属膏剂涂复的厚度

金属膏剂每涂复一次，都要在氢气炉里烧结一次;金属膏剂应多次涂复，烧结后总厚度控制在70～90μm。

1.3 金属膏制作要求

金属膏剂的三种主要成分，不仅有配比要求，而且还要通过球磨机使三种成分充分地均匀地混合在一起，使金属膏剂涂复后表面性能均匀一致。

2 镀镍前处理

1)套好洁净的橡皮手指套，将金属化后的陶瓷，用预先去过油的干净的细铜丝绑好，且检查保证每个金属化处与铜丝接触良好。

2)将绑扎好的陶瓷件，浸入V(水)∶V(HCl)=1∶1盐酸溶液中，0.5min。

3)取出陶瓷件、用自来水冲洗干净，速浸一下蒸馏水，带电入槽镀镍。

3 镀镍

3.1 镀镍溶液组成

镀镍溶液的组成及其操作条件为，170～250g/L硫酸镍，50～70g/L硫酸镁，30～35g/L硼酸，15～20g/L氯化钠，0.05 ～0.10g/L 十二烷基硫酸钠，Jκ为 0.8A/dm2，pH 为 5.0 ～5.5，θ为 20 ～35℃，t为60min(视镀层厚度要求而定)，搅拌方式采用阴极移动。

3.2 镀镍注意事项

1)绑扎陶瓷件要带橡皮手套或橡皮手指套，保证铜丝与金属化的陶瓷件接触良好。尽可能防止内孔件绑铜丝过多而屏蔽电力线进入，内孔应对着阳极板，保证陶瓷件内外镀层厚度的一致性。

2)当绑扎金属化的陶瓷零件放入镀镍槽中镀镍时，在开始5min内，电流会由小变大，因为底层电阻由大变小，观察电流升降情况，5min后电流开至所需数值。

3)配制镀镍溶液的主要材料有硫酸镍、氯化镍、硼酸和十二烷基硫酸钠等，应选用分析纯级，并使用去离子水配制镀液。

4)镀液用瓦特型镀镍液，不能用光亮镀镍溶液。

5)阳极采用质量分数高的电解镍板或镍球，并装有阳极套，避免杂质进入镀镍溶液中。

6)镀镍溶液的pH调控对镀层的质量有着重要影响，pH直接影响镍离子的放电过程。在镀镍过程中镀镍溶液的pH必须保持在5.0～5.5范围。因此，要保证硼酸的质量浓度以保证镀液的pH稳定，最佳的硼酸质量浓度为30～35g/L。

镀镍液的pH偏低会导致析氢。析出的氢气泡滞留在镀层表面，阻碍镍层的沉积而出现针孔;与此同时，还降低电流效率。镀镍液的pH偏高时，镀液易混浊，阴极周围的金属离子会以氢氧化物的形式夹杂在镀层中，使镀层的力学性能恶化，外观粗糙;当后处理烧结时，镀层容易起泡。

由上可知，镀液的pH应严格控制。首先，定期分析硼酸的含量，并及时调整。然后，根据镀液pH用试剂级的稀硫酸或氢氧化钠加以微调。

7)镀液中十二烷基硫酸钠含量不足时，也会导致镀层表面析氢而产生针孔，因此，也要及时补充，以保持镀液的稳定。

8)阴极移动的频次为10～20次/min，移动的幅度为25～100mm。

9)镍镀层中不允许夹杂含硫、磷元素，否则会影响后续焊接性能。

4 镀镍后处理

1)镀镍后的陶瓷件，用水冲洗干净。再用沸腾蒸馏水，煮二次，每次5min左右，目的是将吸附在陶瓷细孔内的残留镀液煮出来。否则，烧结后焊接装管时，绝缘性能不好，会影响管子寿命。

2)烘干。

3)烧结。由于电真空的特殊要求，镀层要求烧结。将镀好的陶瓷零件放在氢气炉中烧结，θ为1000～1020℃，保持30min。

5 镀件质量检查

经过烧结可以检查电镀层的质量。烧结后，镍层绝对不能有一点起皮、剥落或针孔、气泡，镀层为银白色半光泽，具有工艺要求的厚度。具备上述条件的陶瓷件，才可以与电真空器件、金属零件焊接。