一种CVD法制备大面积BDD电极的预处理方法技术

一种CVD法制备大面积BDD电极的预处理方法。CVD法是制备金刚石电极的通用方法，制备出大面积金刚石电极的关键是预处理，即在基材表面形成大量、均匀的孔，进一步在孔内种植大量、均匀的金刚石晶种。本发明专利技术的合金电镀法是基材表面形成大量、均匀的孔的良好方法。将基材钛或铌作为阴极，钛或铌的氯化物与氯化铁的混合物作为电镀液，进行电镀处理，钛或铌与铁的合金镀在阴极表面后，阴极取出，用盐酸浸泡，以溶解出合金中的铁，溶出铁后，阴极表面留下均匀的孔。

Pretreatment method for preparing large area BDD electrode by CVD method

Pretreatment method for preparing large area BDD electrode by CVD method. CVD method is a general method for preparing diamond electrode, prepared by the key of large area diamond electrode is pretreatment, that large, uniform hole is formed on the substrate surface, further in the hole planting large and uniform crystal diamond. The alloy electroplating method of the present invention is a good method for forming a large number of uniform holes on the surface of the base material. The substrate of titanium or niobium as cathode, titanium or niobium chloride and ferric chloride mixture as plating solution, plating, alloy titanium or niobium and iron plating on the surface of the cathode, the cathode removed, using hydrochloric acid soak, to dissolve the alloy of iron, iron dissolved after leaving the cathode surface uniform hole.

【技术实现步骤摘要】
一种CVD法制备大面积BDD电极的预处理方法
本专利技术涉及金刚石电极的制备方法。涉及利用化学气相沉积法（CVD）制备大面积掺硼金刚石电极（BDD）的预处理方法。
技术介绍
纯金刚石不导电，无法作为电极使用。在金刚石晶体中掺一定比例的硼元素，则成为很好的导体。掺硼金刚石电极(BDD)作为阳极用于污水处理，其性能比目前的常用的钛基贵金属电极（DSA电极）优势明显，其析氧电位高，电解的效率是钛基贵金属电极的5倍以上，且金刚石本身的稳定性好，电极寿命长。BDD电极用于污水处理的优良性能已经被大量报道，如专利CN201210514062、CN201210514054、CN201210514000公开的内容。BDD电极在污水处理中应用的难点是大面积BDD电极的指标。所谓大面积，是指面积大于100平米里面的电极。一平米厘米的BDD电极的制备已是成熟的技术，而大面积BDD电极的制备仍是难点。化学气相沉积法（CVD）是制备金刚石薄膜的通用方法。CVD法制备大面积BDD的技术难点有三：其一，基材的预处理，即均匀地将金刚石晶种种植于基材表面；其二，CVD实施过程中，温度场的均匀分布；其三，CVD实施过程中，温度场的均匀分布。而第一个技术难点是关键。基材的预处理报道的有两种方法，一种为表面化学腐蚀法，如韩国公开专利公报第10-2006-0051632报道的氟腐蚀法。更多的尝试是配置王水，对基础钛或铌进行表面腐蚀；第二种为机械打磨法，该法更普遍的应用。如硕士论文编号102870513-S065中使用的方法，如专利200610023442.3所公开的预处理方法。上述两种方法都有明显的缺陷，导致目前大面积BDD在国内未能进入商业应用。化学腐蚀法，可以通过控制腐蚀液的浓度、温度、腐蚀时间，但腐蚀效果很难控制，很难保证腐蚀结果的稳定性，经常出现大孔，直径大于10um的孔，也经常出现无孔的大块区域。机械打磨法，即使通过控制打磨时间、打磨的压力，也很难保证每次打磨深度和孔数量的均一性。为了克服CVD法制备大面积BDD电极工艺中预处理的不稳定性，本专利技术提供一种新的预处理方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服CVD法制备大面积BDD电极工艺中预处理的不稳定性，提出一种新的预处理方法。利用电镀的原理，将钛或铌与铁的合金镀在基材表面，再用酸将铁溶出，以形成均匀的孔洞。通过控制电镀液的配比，电镀的电化学参数，电镀时间，可以实现预处理工艺的稳定性，得到重现性好的预处理结果。这种预处理工艺标准化，是CVD法制备大面积BDD电极的必要条件。本专利技术的基材用钛或铌。在电镀前，用乙醇或丙酮类有机溶剂充分清洗表面，达到去油的目的。本专利技术的电镀，阳极选用钛基钌铱电极，阴极为钛或铱作为基材。阴极和阳极之间的间距5~10mm。电流密度50~300安/平米。一般电镀时间为10分钟。如果想要得到更厚的镀层，可以延长至30分钟。镀层的厚度为2~20微米，优选为6~12微米。镀层的厚度由电镀时间来控制。一般来讲，镀层越厚越好。但镀层过于厚，不利于后面的酸洗，会导致铁溶出不完全。镀层薄，不利于金刚石微晶的表面种植。实验表明，5~12微米的镀层厚度是合适的。电流密度是影响表面孔数量与孔径的关键因素。电流密度大，合金中铁与钛或铌的微晶越小，铁溶出后，孔径小，孔数量多。电流密度过大，会导致电镀过程中电镀液，特别是阴极表面形成电镀液配比的一个梯度，电镀层会分层，每层的铁含量不同，导致铁溶出后，孔的不规则。研究发现，电流密度80~120安是合适的。电镀液的配比是也是关键。铁盐与钛盐或铌盐的配比其摩尔比例为1：3~30铁盐含量高，镀层中铁微晶大，铁溶出后，孔大，孔数量相对少。研发发现的优先参数为1：5~10。电镀结束后，要把镀层中的铁完全洗出来，用热的盐酸至少泡5小时。盐酸浓度不低于1%，温度50~60摄氏度适宜。检验铁完全溶出的办法是，用新的1%盐酸浸泡10分钟，泡出液加碱调至中性，观察是否有铁盐析出。下一步，将基材用超声波清洗，并将0.5um的金刚石晶种用超声波的方法种植于基材的表面，即可作为CVD法制备大面积BDD电极的基材。附图说明结合附图1，可以更清楚的描述本专利技术所公开的预处理的方法。钛或铌的基材，经过清洗去油后，作为阴极放入电镀装置中。配置合适的电镀液，电镀一段时间，将阴极取出。经过酸洗溶出铁后，用超声波将金刚石微晶种植于基材表面，即可成为CVD法制备大面积BDD电极的基材。具体实施方式基材选钛或铌，尺寸200mm*200mm，厚度3mm。清洗液用20%的乙醇溶液。电镀的阳极为钛基涂钌铱的DSA电极。两级间距10mm，电流4~12A。电镀液的配置：氯化铁配置浓缩为0.01mol/L，根据不同的要求，加入定量的氯化钛或五氯化铌。铁盐与钛盐或泥盐的摩尔比为1：3~30.电镀时间10分钟。盐酸浓度1%。用超声波将0.5um的金刚石晶粒种植于基材表面，种植两次。检验的方式为：将上述预处理的基材放入HFCVD装置中，制备BDD电极。将制备好的BDD电极进行寿命试验，寿命高于100小时极为合格。测试过程中，寿命大于200小时，记录为>200.HFCVD制备BDD电极的过程为，第一步抽真空，第二步,升温，热丝碳化，第三步，通入氢气、甲烷和硼烷的混合物，比例为98.3:1.2:0.5.金刚石生长时间为6小时，第四步，降温。BDD电极寿命测试办法：采用加速寿命法，在硫酸溶液中测试，电流升至40A，即电流密度为10000安/平米，测试过程中用换热器移热，测试液体温度不超过40摄氏度。下表是测试结果从上表的结果看，本专利技术的预处理方法对于CVD法制备大面积BDD电极非常有效。本文档来自技高网...

【技术保护点】
将基材钛或铌作为阴极，钛或铌的氯化物与氯化铁的混合物作为电镀液，进行电镀处理，钛或铌与铁的合金镀在阴极表面后，阴极取出，用盐酸浸泡，以溶解出合金中的铁，溶出铁后，阴极表面留下均匀的孔，在孔内种植金刚石的微晶后，即可作为CVD法制备大面积BDD电极的基材。

【技术特征摘要】
1.将基材钛或铌作为阴极，钛或铌的氯化物与氯化铁的混合物作为电镀液，进行电镀处理，钛或铌与铁的合金镀在阴极表面后，阴极取出，用盐酸浸泡，以溶解出合金中的铁，溶出铁后，阴极表面留下均匀的孔，在孔内种植金刚石的微晶后，即可作为CVD法制备大面积BDD电极的基材。2.如权利要求1所述的电镀工艺，阴极镀层的厚度为2~20微米，优选为6~...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘雅妮，左卫雄，
申请(专利权)人：昆山美淼环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32