电镀法制备微型金柱腔表面质量控制摘要.pdf

第22卷第 11期 强 激 光 与 粒 子 束 Vo1．22．NO．11 2010年 11月 HIGH POW ER LASER AND PARTICLE BEAM S NOV．，2010 文章编号 ： 1001—4322(2010)11-2608—05 电镀法制备微型金柱腔表面质量控制 张云望 ， 孙敬远 ， 陈 静 。，杜 凯 ， 万小波 ， 肖 江 ， 张 伟 ， 张 林 (1．中国工程物理研究院 激光聚变研究 中心，四川 绵阳 621900； 2．西南科技大学 材料科学与工程学院，四川 绵阳 621010； 3．电子科技大学 微电子与固体电子学院，成都 610054) 摘 要 ： 为了提高金柱腔表面质量 ，借助扫描 电子显微镜及其 附带的能量色散谱 (EDS)，3维视频显微 镜 (SEM)等现代微观形貌观测手段和成分分析手段 ，通过单因素实验 ，分析了金柱腔缺陷形貌和组成 以及缺 陷产生 的原 因。探索了电流密度 、金属杂质、有机污染物、预镀工艺及基底材质对镀层质量的影响，并对其作用 机理进行 了探讨 。实验结果表明：对麻点和节瘤等缺陷抑制作用 明显的工艺参数为，金质量浓度 13～22g／L 时，电流密度的最佳范围为2．4～3．2mA／cm。；金质量浓度 5～13g／L时 ，最佳范围为 2．O～2．6mA／cm ；大 电 流冲击时间不超过 1rain；镀液无有机杂质污染；芯轴无钝化 。 关键词 ： 金柱腔 ； 表面质量 ； 缺陷； 亚硫酸盐 中图分类号： TN248 文献标志码 ： A doi：10．3788／HPLP2608 目前，受控核聚变探索研究的主要途径是惯性约束聚变 (ICF)。其 中，间接驱动激光惯性约束聚变是利用 高功率激光束与腔体作用产生的X光烧蚀压缩腔内的靶丸，在极短时间内使之达到极高的温度和密度而引起 核聚变反应口j。间接驱动激光聚变所用靶型通称黑腔靶 ，其特点是聚变靶丸外有一个高原子序数金属材料黑 腔，以提供一个温度足够高且均匀 的辐射场。金是一种非常理想的黑腔材料 ，原因是在短波长、高 Z元素 (Au) 条件下 ，能量的吸收机制为逆轫致 吸收机制 ，这种机制正是 ICF实验所期望的。我 国的ICF打靶实验装置，由 于受到激光能量的限制，若要达到要求的温度和密度条件 ，金柱腔直径和长度多为 mm级 ，其表面积一般在 15mm 左右 ，精度要求在 m级 。显然 ，如此小的整体式金柱腔是不可能采用现有 的机械加工方法直接制成。 目前亚硫酸盐镀金是制备金柱腔的主要技术手段之一。尽管亚硫酸盐镀金体系有诸多的优越性能，如 良好 的 分散能力和覆盖能力 ，镀层有良好 的整平性和延展性 ，纯度高，焊接性 良好等 ，但生产过程中仍发现存在诸多问 题 ，尤其是芯轴表面粗糙和镀层较厚时[3]，镀件表面常常会出现麻点、节瘤以及凸起生长等缺陷。这不但会严 重影响金柱腔外观 ，当缺陷尺寸较大时还会严重影响零件的使用性能，如无法与其它零件匹配 ，打靶实验时漏 光等。本文针对金柱腔表面麻点和节瘤等问题进行研究，探索了工艺参数及微量杂质对镀层质量的影响，并对 其影响机理进行初步探讨 ，提出了一些提高金柱腔表面质量的措施 。 1 实验部分 1．1 金柱腔制备工艺概述 电镀采用亚硫酸铵镀金体系，溶液组成及工艺参数如表 1所示。电源采用脉冲电镀电源。基底为精密数 控车床加工的、具有一定尺寸和形状的紫铜芯轴，经过超声波和有机溶剂联合清洗除油后，将不需要镀制的部 位封闭绝缘 ，用稀盐酸活化后带电进入预镀槽 ，持续一定时问后换槽，镀层达到一定厚度后停止 ，按要求进行二 次加工 ，然后在稀硝酸中将芯轴溶解而得到不同形状和规格 的金空腔。 表 1 镀金液配方及工艺参数 Tablel Bathcomposition and technologicalparametersofgoldsulfiteelectrolyte * 收稿 日期：2009—08—24； 修订 日期：2010—03—25 基金项 目：总装技术基础项 目(BZ1．009)；中国工程物理研究院发展基金项 目(2009B0302039