李茸 *，周萬(wàn)城，王思力

（1.西安高科技研究所603 室，陜西 西安 710025；2.西北工業(yè)大學(xué)凝固技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710072）

表面金屬化的玻璃纖維具有兼容性好、質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)，可以用作電磁干擾屏蔽填充物以及纖維增強(qiáng)金屬?gòu)?fù)合材料。玻璃纖維本身是一種性能優(yōu)異的無(wú)機(jī) 非金屬材料，耐高溫、耐腐蝕，化學(xué)穩(wěn)定性好，作為增強(qiáng)性材料在未來(lái)吸波材料應(yīng)用中具有發(fā)展?jié)摿1-2]。

玻璃纖維表面金屬化的方法很多，由于化學(xué)鍍法工藝設(shè)備簡(jiǎn)單、污染較低，以及可以在非導(dǎo)體基體上進(jìn)行沉積，而得到人們重視。玻璃纖維表面金屬化多以沉積鎳基合金為主，如Ni-Fe-P[3]、Ni-Co-P[4]、Ni-P[5-6]；也有少量在玻璃纖維表面沉積Cu[7]的報(bào)道。近年來(lái)由于對(duì)鍍層要求的多樣化，改善其金屬特性也越來(lái)越受到人們重視，由于金屬鈷與鐵一樣具有很高的磁性能，但其居里溫度達(dá)到1 150 °C，因此金屬鈷及鈷基多元合金作為磁性材料和電磁屏蔽材料的研究日漸受到人們的關(guān)注。關(guān)于玻璃纖維表面化學(xué)鍍鈷基合金的研究逐漸增多，如Co-P[8]、Cu-Co-P[9]、Ni-Co-P[10]等。時(shí)刻等人[11]曾在玻璃纖維表面化學(xué)鍍Ni-Co-Fe-P合金，研究少量金屬鐵對(duì)鍍層導(dǎo)電性能的影響。目前關(guān)于玻璃纖維表面化學(xué)鍍金屬Co 基Co-Fe-P 合金鍍層的報(bào)道鮮有見到。本文介紹了一種在玻璃纖維基體上堿性高溫化學(xué)鍍Co-Fe-P 合金的工藝，并對(duì)所得Co-Fe-P 合金鍍層的結(jié)合力、厚度、成分及吸波性能進(jìn)行了的測(cè)試。

1 化學(xué)鍍Co-Fe-P 合金工藝

1.1 工藝流程

除膠─除油─水洗─粗化─水洗─活化─解膠─還原─化學(xué)鍍─水洗─晾干。

1.2 前處理

1.2.1 除膠

體積分?jǐn)?shù)為30%的丙酮溶液，常溫浸泡5～6 h。

1.2.2 除油

采用無(wú)水乙醇，在超聲波下常溫浸泡10 min。

1.2.3 粗化

50 g/L 的NH4F 溶液，在超聲波下常溫浸泡5 min。

1.2.4 活化

采用自制膠體鈀活化液對(duì)玻纖維進(jìn)行活化，25～30 °C 浸泡3 min

1.2.5 解膠

體積分?jǐn)?shù)為10%的鹽酸溶液，25～30 °C浸泡0.5 min。

1.2.6 還原

質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的次磷酸鈉溶液，常溫浸泡0.5 min。

1.3 化學(xué)鍍

CoCl2·6H2O 0.045 mol/L

FeSO4·7H2O 0.005 mol/L

NaH2PO2·H2O 0.2 mol/L

Na3C6H5O7·2H2O 0.2 mol/L

NH4Cl 0.5 mol/L

添加劑A 0.3 mg/L

θ85 °C

pH 10～11

裝載量 15 g/L

鍍覆完成的玻璃纖維在低溫(40 °C)真空干燥6～8 h。

2 化學(xué)鍍Co-Fe-P 合金鍍層的性能

市售無(wú)堿玻璃纖維(直徑23 μm 左右，長(zhǎng)度90 mm左右)施鍍60 min 后，對(duì)鍍層性能進(jìn)行測(cè)試。

2.1 鍍層結(jié)合力

采用熱震法[12]測(cè)定鍍層結(jié)合力。將鍍好的纖維加熱至200 °C 后，在室溫水中激冷，連續(xù)循環(huán)5 次，之后用放大鏡觀察鍍層是否有起皮、裂紋及剝落的現(xiàn)象，以定性評(píng)價(jià)鍍層的結(jié)合力。

測(cè)試結(jié)果說(shuō)明，在玻璃纖維表面上所制Co-Fe-P合金鍍層均勻完整，無(wú)開裂、起皮及脫落現(xiàn)象(見圖1)，鍍層的抗熱沖擊強(qiáng)度高，結(jié)合力良好。

圖1 玻璃纖維上Co-Fe-P 合金化學(xué)鍍層的表面形貌Figure 1 Surface morphology of electroless plated Co-Fe-P alloy coating on glass fiber

2.2 鍍層厚度

采用JEM-5600LV 掃描電子顯微鏡(SEM)對(duì)鍍覆Co-Fe-P 合金后的玻璃纖維橫截面進(jìn)行觀察，如圖2所示。由圖可知，鍍層的厚度為1.0～1.5 μm。

2.3 鍍層成分分析

圖2 玻璃纖維上Co-Fe-P 合金化學(xué)鍍層的截面形貌Figure 2 Cross-sectional morphology of electroless plated Co-Fe-P alloy coating on glass fiber

采用JEM-5600LV 掃描電子顯微鏡附帶的能譜儀 (EDS)對(duì)Co-Fe-P 鍍層的表面和截面(見圖2中A、B兩點(diǎn))進(jìn)行點(diǎn)掃描能譜分析，所得結(jié)果見表1。從中可以看出，鍍層主要組成為Co、Fe 和P 元素，且兩測(cè)試點(diǎn)的分析結(jié)果相差不大，說(shuō)明玻璃纖維表面均勻覆蓋了一層Co-Fe-P 合金鍍層。檢測(cè)到的Ca、Si、Mg 等元素應(yīng)該是玻璃的成分。

表1 玻璃纖維表面Co-Fe-P 合金鍍層的元素組成Table 1 Elemental composition of electroless plated Co-Fe-P alloy coating on glass fiber surface

2.4 吸波性能

將待測(cè)纖維剪短為22.86 mm，采用波導(dǎo)法對(duì)纖維在8.2～12.4 GHz 頻率范圍內(nèi)的電磁參數(shù)進(jìn)行測(cè)試[13]。把質(zhì)量分?jǐn)?shù)占10%的測(cè)試?yán)w維均勻分散在熔融石蠟中，然后澆鑄到銅質(zhì)法蘭(尺寸為10.16 mm × 22.86 mm × 2 mm)里后制得樣品，測(cè)試設(shè)備為Agilent Technologies HP8510B 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀。參考文獻(xiàn)[14]和[15]，以測(cè)試的電磁參數(shù)為基礎(chǔ)，計(jì)算纖維對(duì)X 波段的微波反射率，分析其吸波性能。

圖3是含及不含化學(xué)鍍Co-Fe-P 合金鍍層的玻璃纖維與石蠟的混合樣品對(duì)8.2～12.4 GHz 波段電磁波的吸收曲線。由圖可見，與無(wú)鍍覆玻璃纖維的試樣相比，化學(xué)鍍Co-Fe-P 合金玻璃纖維試樣對(duì)X 波段電磁波的反射損失有所提高。無(wú)鍍覆玻璃纖維試樣對(duì)8.2～10.0 GHz 頻段電磁波的反射損失基本沒有，最大反射損失在12 GHz(損失量為3 dB 左右)；含鍍覆Co-Fe-P合金玻璃纖維的試樣在8.2～12.4 GHz 波段的反射損失整體提高了3.5 dB，8.2～10 GHz 頻段范圍內(nèi)的吸收提高了4.5 dB，最大反射損失在8.2 GHz(損失量為6 dB左右)。從反射損失可以判斷，沉積Co-Fe-P 合金鍍層改變了玻璃纖維的電磁性能，使其對(duì)8.2～12.4 GHz 波段的電磁波有一定的吸收能力。因此，表面沉積Co-Fe-P 合金鍍層的玻璃纖維作為吸波材料的增強(qiáng)型填充物，有利于其與其他微波吸收劑的匹配。

圖3 化學(xué)鍍Co-Fe-P 合金前后玻璃纖維的微波吸收曲線Figure 3 Electromagnetic wave absorbing curves of glass fibers before and after electroless Co-Fe-P alloy plating

3 結(jié)論

在玻璃纖維表面成功沉積了Co、Fe、P 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別約為90%、4.1%和4.5%的Co-Fe-P 合金鍍層。該鍍層在玻璃纖維表面覆蓋均勻、完整，結(jié)合力良好，對(duì)8.2～12.4 GHz 波段電磁波有一定的吸收能力。沉積Co-Fe-P 合金鍍層的玻璃纖維可以用作微波吸收材料的增強(qiáng)材料。

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