用磁控溅射的方法在粉煤灰的表面镀上纳米铜膜.doc

用磁控溅射的方法在粉煤灰的表面镀上纳米铜膜 中国北京有色金属研究总院：徐（邮箱：xzh@163.com） 北 京 航 空 航 天 大 学：于国文，沈诚全 文章摘要：粉煤灰是一种砂状的空心球体，主要由用煤燃烧发电的厂区形成的灰尘组成。表面镀有金属的微粒广泛应用于现代工业中，磁控溅射就是个一种用铜膜覆盖镀在煤胞上的方法，该方法也是大量用于大型金属件表面的金属防护涂层技术。一种必威体育精装版被设计出的设备的使用使得细微粒也能进行其表面的金属层的敷涂，由于细微粒很难被分散开来，同时又要求使颗粒保持运动促使该颗粒的各个面上被涂上金属膜。这种镀上的金属膜在光学显微镜和SEM的观察下是致密、光滑的，甚至是没有其他金属镀层污染的。这样的铜膜和煤胞的关系是相当紧密的，即使在粉煤灰被压碎的情况下也不能破坏这层铜膜。各种先进的检测手段如：XRD、SEM、XPS、SPM都被用于这种铜膜的特性。。这些手段表明新型的磁控溅射设备可以用在粉煤灰的表面镀上一层高质量的纳米铜膜。 关键词：粉煤灰、纳米铜膜、磁控溅射 引言：煤胞是一种从火力发电厂排放的粉煤灰中分离得到的空心微珠，其表面主要是由石英和莫来石组成的，并且颗粒的粒度分布是在40nm到200nm之间，密度大约在0.7±0.1g/cm3。由于独特的球面联合作用使得这样的空心微珠具有高强度的受压缩性、优越的声学和热血绝缘性。煤胞具有优良的性能可以用作填充材料，也许能够取代其他的矿物填充材料。而通过表面改性的煤胞能够进一步地改善它的烧结性能，催化性能，吸波性能，选择性和力学、热学方面的性能（恩辛格穆勒，1994年）。镀上一层薄薄的金属膜的煤胞是通过镀层金属材料组分和中间的取核子作用的粉煤灰来共同拥有优越的性能的。比如说：镀上一层很薄的银膜的空心微珠的最终产品就能和银一样的电导性能以及红外反射性能，同时，也能有和陶瓷类似的热绝缘性，很低的密度，很低的成本，很小的维护费用，以及宽泛的使用性能。当这样的材料再添加上一个合适比率的涂层，黏合剂和树脂复合材料的时候，他们就能提供相应的导电性能，给一些受电磁干扰的设备提供防护(EMI)，在涂层和黏合剂中，低密度的颗粒比一些重金属的无机填料更容易进行缓慢的相分离（恩辛格穆勒，2003年），许多的对固体物质表面改性的独特方法应运而生，如：离子注入法离子束混合和粒子束沉积法，化学覆盖法，金属膜沉积法和其他的一些方法，还有最近用于能够有效在固体表面镀上金属膜的磁控溅射法，然而，迄今为止，还没有任何的资料对在微细粒表面应用该法进行金属镀膜的报道。 我们做这项研究的目标就是开发一种磁控溅射法，以试图能够准确控制在煤胞的表面沉积的铜的数量。我们技术的关键点就是建造一个既能够振动又能摆动的装置，以保持镀膜区域中的微粒的分散和在流化床中的沉积的增加。镀上铜膜的空心微珠具有优越的性能，重量轻，成本低，但是具有导电屏蔽的导电性铜材料却成本高，质量大。 空心微珠的制备和预处理 把这些微粒通过160目的细筛进行筛分，筛下部分用酸液和碱液分别洗涤消除有机的或无机的杂质，从而获得清洁的表面。图（1）说明显微镜下的空心微珠的形状。从中能看出，几乎所有的空心微珠都是具有规则的区域，在显微镜下是透明的。这些空心微珠的粒度大概在30到80微米之间。在这样的粒度级别上的微珠表面是光滑的，图（1）b，显示的是在化学显微镜下的空心微珠范围里的转移图像。可以看出的是：在其表面的区域范围内是十分薄的，而且不均匀。一些较小的空心微珠是镶嵌在大的微珠中间的，同时，一些区域中含有杂质。表（1）列出了这种空心微珠的化学成分及其含量，显示其中的SiO2 和Al2O3含量之 （a） （b） 图（1）：光学显微镜下的未镀膜的空心微珠，（a）反射光照射（b）投射光照射 和超过了91%，其他的成分主要是钠、钾、碳的氧化物等。 表（1）空心微珠的含量 成分 SiO2 Al2O3 Na2O CO2 K2O Fe2O3 CaO 其他 含量/ wt% 49.700 42.200 1.430 2.700 1.400 0.915 0.727 0.928 磁控溅射镀膜 图（2）显示的是一种最近设计的用于目前的研究中的磁控溅射设备，它由真空室、目标室、样品货架、样品容器、旋转水泵、涡轮分子泵、氩气供应和发射装置组成。2克重的被洗涤和干燥过的空心微珠样品放在样品容器中，溅射室被抽到3x10-3帕的真空状态，样品容器在600到1800赫兹的频率下进行振动使样品颗粒得到分散。当测得氩气的压强为4x10-1的时候就可开始溅射镀层。可以通过改变溅射电压和电流的方法对溅射功率进行调整，溅射的时间取决与需要溅射产生的金属膜