Электрохимическая металлизация.

Она основана на окислительно-восстановительных реакциях, протекающих при подведении внешней электрической энергии к электродам электролитической ванны. Особенностью таких технологических процессов является пространственное разделение физико-химических процессов восстановления (на катоде) и окисления (на аноде). Они протекают в двойном электрическом слое у электродов.

Двойной электрический слой образуется на электроде, еще не подключенном к внешнему источнику, при погружении в раствор, как следствие нескомпенсированности связей поверхностных атомов. На границе двух фаз твердое тело – жидкость возникает межфазная разность потенциалов. В результате образуется упорядоченное движение зарядов противоположенного знака. Электронейтральность системы не нарушается, но каждая из фаз получает заряд. Возникает динамическое равновесие зарядов на границе металл – раствор, то есть двойной электрический слой. Поэтому внешний источник тока, подключенный к электродам, опущенным в раствор электролита, вызывает нарушение равновесия, начинаются окислительные и восстановительные процессы у соответствующих электродов, стремящиеся вернуть систему к равновесию.

Растворы электролитов являются проводниками второго рода. Электрический ток в них переносится ионами, образуемыми в результате диссоциации раствора электролита. На границе с проводниками первого рода (металлами), где носителями являются электроны, характер проводимости меняется.

Здесь протекает электрохимическая реакция с участием ионов и электронов, которая заключается в разряде заряженной частицы или ионизации незаряженной частицы (электродный процесс). Существует строгая пропорциональная зависимость между количеством протекающего электричества и количеством выделенного на электродах вещества. На каждую единицу количества электричества, пропущенного через электрическую ванну, на электродах вступает в электрохимическую реакцию по 1 грамм-эквиваленту вещества (Закон Фарадея):

Где:

q – количество металла, растворенного из анода, или осажденного на катоде, г;

i – сила тока, протекающего через ванну;

t – время протекания, с;

A – атомная масса металла;

Z – валентность металла;

F – число Фарадея (f=96.500).

Скорость осаждения и качество пленки полученной в результате осаждения (однородность, плотность, бездефектность) определяются четырьмя основными факторами:

1. Поляризационные явления у электродов.

2. Рассеивающей способностью у электролита.

3. Посторонними включениями в электролите.

4. Режимом осаждения.

П овышение скорости осаждения и качества пленки

Стабильность условий металлизации во времени возможна только при стабильной поляризации электродов, соответствующей приложенному потенциалу. Этому мешают концентрационная и химическая поляризация, смещающая потенциалы электродов относительно потенциала равновесия. Концентрационную поляризацию вызывают побочные газовыделяющие процессы у электродов при диссоциации . Химическая поляризация является результатом ограниченной скорости протекания химических реакций в приэлектродном слое электролита, вследствие замедленной диссоциации комплексных ионов металла. Ее устраняют добавлением в раствор комплексообразователей, которые увеличивают электроотрицательность потенциала.

Важнейшей характеристикой электролитической ванны является рассеивающая способность, характеризующая равномерность осаждения по площади катода. Анодная плотность тока должна быть значительно ниже катодной , Чтобы ослабить вредное влияние скопления газовых пузырьков, застойных явлений и особенно для улучшения рассеивающей способности ванны.

Стабилизация режима обеспечивается системой корректировки состава ванны и PH раствора, токового режима и температурного, корректировка осуществляется путем введения дискретных доз водного раствора добавляемого вещества.

Состав ванны для Cu

20 г/л Cu в виде CuS_O4,

160 г/л H₂SO₄, 1 г/л декстрина

скорость осаждения

при D_k=2А/дм² и

Состав ванны для Ni

NiSO₄* 7H₂O -300 г/л

H₃BO₃ – 30 г/л

D_k=2A/дм² , PH - 4±10%,