短碳纤维表面镀铜的研究

摘要 ： 为 改 善 碳 纤 维 与 铝 合 金 的浸 润 性 ， 通过对碳纤 维短切 、 灼烧 、 粗化 、 中和 、 敏化 、 活化 等预处 理工序 ， 获 得 ｒ表 面 粗 糙 度 增 大 的碳 纤 维 ， 然 后 经 过 化 学 镀 铜 得 到 了镀 层 均 匀 的 镀 铜 碳 纤 维 。采 用 ｘ射 线 衍 射 仪 ， 扫 描 电 镜 表 征 了镀 层 的物 相 组 成 及 微 观 形 貌 。 试 验 结 果 表 明 ： 镀 液 在 电 动搅 拌 方式 下 ， 主盐 Ｃ ｕ Ｓ Ｏ ・ ５ Ｈ ， Ｏ含 量 为 １ ５ ｇ ／ Ｌ， 且 添 加 亚 铁 氰 化 钾 和二 联 吡 啶 时 ， 镀铜层均 匀地包覆 在碳纤维 表面 ， 且镀铜层 表面光 滑 、 色 泽鲜亮 ， 与碳 纤 维 结 合 良好 。ｘ 射线 衍 射 分 析 表 明 ： 镀 铜 层 结 晶 良好 ， 是 由不 同取 向 ｃ ｕ晶粒 组 成 的 多 晶 ｃ ｕ镀 层 ， 电镜 观察
１ 试 验 材 料 及 方 法
本试 验所用碳 纤维为 日本东丽公 司原产 的 Ｔ ７ ０ ０ Ｓ Ｃ 一 １ ２ ０ ０ ０ — ５ ０ Ｃ碳纤维 丝。详细参数 如表 １ 所示 。
基金项 目： 国家 自然 科 学 基 金 项 目（ ５ １ ３ ７ １ ０ ７ ７ ）； 河 南 省 重 大 科 技 专 项 基 金 项 目（ １ ０ ２ １ ０ ５ ０ ０ ０ ０ ０ ７ ）
结 合力 比较 差 ， 镀 层容 易脱 落 。 因此 ， 短 纤 维 表 面 改性 主要 通 过 电镀 和化 学镀 ¨ 的工 艺 。化学 镀 不 需
电源设 备 ， 费用 较低并 能 够在 非导 体上 沉积 镀层 且 镀 层较 为 均 匀致 密 。另外 ， 对 比 电镀 工 艺 ， 化 学 镀 工
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Ａｐ ｒ ． ２ Ｏ Ｊ ４
文章 编 号 ： １ ６ ７ ２— ６ ８ ７ １ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ２— ０ ０ ０ １ — ０ ６
短碳 纤 维 表 面 镀 铜 的研 究
张林 光 ， 谢敬佩 ， 刘 舒 ， 孙浩亮 ， 王文 炎
（ 河 南 科 技 大 学 材 料 科 学 与工 程 学 院 ， 河南 洛阳 ４ ７ １ ０ ２ ３ ）
艺 对环 境污 染 比较小 ， 在很 多领 域 已逐 渐取 代 电镀 成为 一种 环保 型 的表 面改性 处 理工艺 。但 在 碳
纤 维化 学镀 铜 时 ， 由于碳 纤维 单丝 直径 仅 为 ７ Ｉ ｘ ｍ， 比表 面积 大 ， 化学 镀过 程 中使碳 纤维 束 的芯部 难 以镀 上金属， 出现 “ 黑心 ” 和“ 结块” 现象 。 本 文针 对碳 纤维 与 铝基体 界 面 间润湿 性差 的问题 ， 采用 不 同 的搅 拌 方式 、 主 盐含量 不 同和不 同的稳 定 剂方 法对 碳纤 维表 面进 行镀 铜 ， 很好地解决 了“ 黑心” 和“ 结块” 问题 ， 得 到 了结 晶细 致 、 均 匀 的铜 镀 层 。通 过 ｘ射线 衍射 （ Ｘ Ｒ Ｄ） 、 扫 描 电镜 （ Ｓ Ｅ Ｍ） 等试 验 方 法 表 征镀 层 的物 相 组成 及 微 观 形貌 ， 分析 了工 艺 参数 对镀 铜层 的影 响 ， 为进 一步 制备 碳纤 维增 强 铝基 复合 材料 奠定 了基础 。
与碳纤 维化 学反 应 的作用 。
目前 ， 碳 纤 维表 面镀 铜 的主要 途径 有 离 子 溅射 、 化学气相沉积（ Ｃ Ｖ Ｄ） 、 金 属粉 末 喷涂 、 电镀 与 化 学 镀 卜” 等方 式 。其 中 ， 离 子溅 射 与 Ｃ Ｖ Ｄ设 备 费用 较 高 ， 条 件 复 杂不 易 控 制 ； 金 属 粉末 喷涂 获 得 的镀 层
第 ３ ５卷 第 ２期
２ ０ １ ４ 年 ４月
河 南 科 技 大 学 学 报 ：自 然 科 学 版
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｈｅ ｎ ａ ｎ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｓｃ ｉ ｅ ｎｃ ｅ ａ ｎｄ Ｆ ｅ ｃ ｈｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ： Ｎａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎｃ ｅ
铜层厚度约 １ Ｉ ｘ ｍ。
关键词 ： 碳纤维 ； 化学镀铜 ； 添加剂 ； 微 观 形 貌
中 图分 类 号 ： Ｔ Ｂ ３ ３标志码 ： Ａ
０ 引言
碳 纤维 （ ｃ ｆ ） 是一种 耐 热性 、 耐蚀 性 良好 且密 度 较 低 ， 比强度 较 高 的功 能 型纤 维 材 料 性、 抗疲 劳性 、 电磁屏 蔽性 等特 点 ， 因而 其广 泛应 用 在汽 车 、 轨 道 交通 、 航 空航 天等 领域 。近 年来 ， 。 碳 纤维 增强 金属 基复 合材 料不 仅具 有较 低 的密 度 、 良好 的强度 和耐 磨 性 ， 而 且具 有 优 良的 导 电性 、 导 热 碳 纤维 增 强铝基 （ Ｃ ｆ ／ Ａ １ ） 复 合材 料 中的碳 纤维 作 为一 种 增 强相 ， 必 须 能 够 与基 体 铝 合 金 紧密 结 合 ， 才 可 以发挥 其增 强作 用 。 由于碳纤 维 表面 与铝 液浸 润性 不好 ， 在铝基 体 中不 易分 散 ， 且 碳纤 维具 有 与铝 反 应生 成 Ａ １ ｃ 有 害脆相 的倾 向 ， 因此 ， 需 对碳 纤 维 表 面 改 性 以增 强 与 基体 之 间的 浸 润性 ， 并 隔 断 其 与 基体 间 的化学 反应 。文 献 ［ １ ０ ］ 的研 究 发现 ： 液 态铝 与碳 有 大于 ９ ０ 。 的界 面润湿 角 ， 而 铝铜 界 面 的润 湿 角为 ０ 。 ， 可完 全 浸润 。 因此 ， 在 碳纤 维表 面镀 铜 能够 有效 增加 碳 纤 维 与铝 合 金 的浸 润性 ， 并起 到 隔离 铝