一种提高聚合物与金属薄膜结合力的方法技术

本发明专利技术公开了一种提高聚合物与金属薄膜结合力的方法。所述方法包括：采用碳等离子体诱导原位生长法，同时溅射金属等离子体，使在碳等离子体诱导聚合物原位转变的同时与金属原子反应生成配合物，从而在聚合物基体表面构筑非晶碳/金属混合过渡层，之后生长金属薄膜，从而增强金属薄膜与聚合物基底的结合力。本发明专利技术通过在金属薄膜与聚合物基底间制备非晶碳/金属混合过渡层，可以更好提高金属在聚合物表面的结合，该方法具有工艺简单、聚合物基体不受限制、对环境友好、金属薄膜种类多样、成本低等优点，对发展环境友好的聚合物表面金属化技术以及拓展聚合物在电子、机械、装饰、阻隔、电磁和光、热等领域的应用具有广阔应用前景。热等领域的应用具有广阔应用前景。热等领域的应用具有广阔应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种提高聚合物与金属薄膜结合力的方法


[0001]本专利技术属于表面工程
，尤其涉及一种提高聚合物与金属薄膜结合力的方法。

技术介绍

[0002]聚合物具有尺寸稳定性好、抗冲击强度高、耐腐蚀性优异以及质量轻便等特性，而被越来越广泛地应用于日常生活和工业生产中。然而，聚合物存在不导电、不导热、硬度低、耐磨性差、耐候性差以及缺乏金属光泽等缺点，严重限制着其在一些特殊领域的应用。聚合物表面金属化将有效改善聚合物材料的表面性质，不仅能使基体保持聚合物的抗蚀性强、质量轻、易于成型等特性，又能赋予其金属优异的导电导热性、导磁性、金属光泽以及可焊性等，并能有效提高聚合物表面的机械强度，延长其服役寿命。目前常用的聚合物表面金属化技术按工艺方法的不同可分为湿法和干法。其中，湿法有电镀技术，干法有真空镀膜技术等。电镀是目前广泛应用的聚合物金属化技术，虽然其可以有效解决聚合物表面的金属镀层问题，但是电镀工艺会对环境造成严重污染，而且其工艺过程非常复杂，其使用聚合物种类也只限于ABS等少数几种。随着国家环保新规定的出台实施，含有六价铬、锡、钯、汞、铅、镉、多溴和多溴二苯醚等有害物质的产品将被禁止使用。这对聚合物表面金属化课题提出了更高的挑战。相对于电镀技术，以磁控溅射为代表的真空镀膜技术具有适用性广、工艺简单、无毒无污染、成本较低等一系列优点。
[0003]然而，聚合物表面制备金属薄膜通常存在结合强度不足的问题。软质聚合物材料与硬质薄膜之间在物理性能(硬度、弹性模量和热膨胀系数等)存在严重的不匹配。因此，在聚合物材料表面构筑生长硬质金属薄膜始终存在着软质聚合物材料结构向硬质薄膜结构的突然转变，两种结构错配严重且性能差异明显的材料的突变界面在力学作用下极易发生失稳，从而在根本上决定了聚合物材料与硬质金属薄膜之间存在结合强度不足的问题。
[0004]因此，寻找一种新型的环境友好型的聚合物表面金属化的方法，在聚合物表面获得具有可靠结合强度的金属薄膜，对聚合物的工业化应用具有重要意义。

技术实现思路

[0005]针对上述技术现状，本专利技术旨在提供一种提高聚合物与金属薄膜结合力的方法，利用该技术在聚合物表面制备的非晶碳/金属混合层，使得聚合物碳质结构向无机非晶碳转变的同时与金属离子反应生成配合物，提高金属薄膜与聚合物基体间的结合强度，并且该技术克服了传统电镀和化学镀等技术的缺点。
[0006]为实现上述专利技术目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0007]本专利技术实施例提供了一种提高聚合物与金属薄膜结合力的方法，其包括：
[0008]提供聚合物基体；
[0009]采用碳等离子体诱导原位生长法，同时溅射金属等离子体，使在碳等离子体诱导聚合物表面有机碳质结构向无机非晶碳质结构转变的同时与金属原子反应生成有机金属
配合物，从而在所述聚合物基体表面构筑非晶碳/金属混合过渡层；
[0010]在所述非晶碳/金属混合过渡层表面生长金属薄膜，从而增强金属薄膜与聚合物基底的结合力。
[0011]在一些优选实施例中，所述方法具体包括：以高纯石墨靶为碳等离子体源，以金属靶为金属等离子体源，使碳等离子体与金属等离子体同时作用于聚合物基体表面，使得金属离子与聚合物碳质结构生成有机金属配合物，形成所述非晶碳/金属混合过渡层。
[0012]进一步地，在所述聚合物基体表面原位生长非晶碳/金属混合过渡层采用的工艺条件包括：基体偏压为
‑
100～
‑
300V，气体流量为30～60sccm，石墨靶电流为0.5A～4.0A，金属靶电流为0.5A～4.0A，生长时间为10～60min。
[0013]在一些优选实施例中，所述方法具体包括：以金属靶为金属等离子体源，使金属等离子体持续作用于聚合物基体表面，在所述非晶碳/金属混合过渡层表面生长金属薄膜，采用的工艺条件包括：气体流量为50～100sccm，金属靶电流为0.5A～2.0A，生长时间为10～60min。
[0014]与电镀和化学镀等传统的聚合物表面金属化技术相比，本专利技术具有工艺简单、聚合物基体不受限制、对环境友好、金属薄膜种类多、成本低等特点。本专利技术先通过碳等离子与金属等离子体同时持续作用于基体表面，使得有机碳质结构向无机非晶碳转变的同时与金属离子发生反应，生成有机金属配合物，在聚合物表面生成非晶碳/金属混合过渡层，再在过渡层表面生长金属薄膜层。该方法可以显著提高所制备的金属薄膜在聚合物基体表面的膜基结合强度，从而实现聚合物表面的金属化。本专利技术提供的聚合物表面金属化方法对发展环境友好的聚合物表面金属化技术以及拓展聚合物在机械、装饰、阻隔、电磁和光、热等金属化功能应用具有重要意义。
附图说明
[0015]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0016]图1是本专利技术一典型实施例中在聚合物基体表面所制备的金属薄膜的结构示意图。
[0017]图2是本专利技术对比例1、实施例1
‑
5中在聚合物基体表面所制备的金属薄膜样品的划痕实验结果对比图。
[0018]图3a是对比例1中聚合物表面直接沉积铜膜的截面透射图。
[0019]图3b是对比例1中聚合物表面直接沉积铜膜的元素分布图。
[0020]图3c是本专利技术实施例2中沉积非晶碳/金属混合过渡层后再沉积铜膜的截面透射图。
[0021]图3d是本专利技术实施例2中沉积非晶碳/金属混合过渡层后再沉积铜膜的截面透射图。
[0022]图4a是对比例2中PI薄膜表面制备金属薄膜的截面形貌图。
[0023]图4b
‑
图4f分别是本专利技术实施例6
‑
10中PI薄膜表面制备金属薄膜的截面形貌图。
[0024]附图说明：1
‑
聚合物基体，2
‑
非晶碳/金属混合过渡层，3
‑
金属薄膜。
具体实施方式
[0025]鉴于现有技术中的不足，本案专利技术人经长期研究和大量实践发现，首先通过碳等离子体与金属金属等离子体同时作用于聚合物基体表面，使得有机碳质结构向非晶碳质结构转变的同时与金属离子发生反应，生成配合物，在聚合物表面构筑一层非晶碳/金属混合过渡层然后在该非晶碳/金属混合过渡层表面继续生长金属薄膜层，可以有效提高硬质无机金属薄膜在软质聚合物基体表面的可靠结合强度。
[0026]因此，本专利技术得以提出一种提高聚合物与金属薄膜结合力的方法，其主要机理是：碳等离子体轰击聚合物基体使其表面高分子碳质结构发生随机断裂，与碳自由基随机反应，生成无机碳质结构，在转变的同时金属等离子体的注入会与碳氧官能团发生反应，生成配合物，从而在聚合物基体表面构筑了一层非晶碳/金属混合过渡层生长层，可以有效提高无机金属薄膜在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高聚合物与金属薄膜结合力的方法，其特征在于，包括：提供聚合物基体；采用碳等离子体诱导原位生长法，同时溅射金属等离子体，使在碳等离子体诱导聚合物表面有机碳质结构向无机非晶碳质结构转变的同时与金属原子反应生成有机金属配合物，从而在所述聚合物基体表面构筑非晶碳/金属混合过渡层；在所述非晶碳/金属混合过渡层表面生长金属薄膜，从而增强金属薄膜与聚合物基底的结合力。2.根据权利要求1所述的提高聚合物与金属薄膜结合力的方法，其特征在于，具体包括：以高纯石墨靶为碳等离子体源，以金属靶为金属等离子体源，使碳等离子体与金属等离子体同时作用于聚合物基体表面，使得金属离子与聚合物碳质结构生成有机金属配合物，形成所述非晶碳/金属混合过渡层。3.根据权利要求2所述的提高聚合物与金属薄膜结合力的方法，其特征在于，在所述聚合物基体表面原位生长非晶碳/金属混合过渡层采用的工艺条件包括：基体偏压为
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100～
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300V，气体流量为30～60sccm，石墨靶电流为0.5A～4.0A，金属靶电流为0.5A～4.0A，生长时间为10～60min。4.根据权利要求2所述的提高聚合物与金属薄膜结合力的方法，其特征在于，具体包括：以金属靶为金属等离子体源，使金属等离子体持续作用于聚合物基体表面，在所述非晶碳/金属混合过渡层表面生长金属薄膜，采用的工艺条件包括：气体流量为50～100sccm，金属靶电流为0.5A～2.0A，生长时间为10...

【专利技术属性】
技术研发人员：王永欣，李玥，党蕊，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：