[发明专利]表面处理电极

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于物体表面处理的电极。该电极尤其适合于利用氧化还原法在物体上沉积金属，以实现将例如金沉积在实心或空心微球体上，该实心或空心微球体分别称为微珠和微球，由聚合物或玻璃制成，尤其用于对功率激光，的物理研究领域。该电极也可以用来金属化金属的或非金属的珠，这些珠用于不同领域诸如制造热传感器或压力传感器、介电生物医学传感器、或光学传感器。该电极也可以用来金属化各种物体，尤其是很小型的物体，这些物体的尺度和/或脆性不允许在通过电解作用或原电池作用沉积时直接电连接，或者不允许使用例如对电子微型元件或计时仪器的整体滚镀( en vrac au tonneau)。最后，该电极也可以用于电化学或化学抛光，或者用于其它的表面处理诸如脱脂、阳极氧化、磷化或氮化。

背景技术

对功率激光的某些物理试验需要使用微球或微珠用作靶。这些基于例如聚合物或玻璃制成的微球是球体或准球体，每个球体或准球体包括由壁限定的中心空腔，而微珠是实心球体或准球体。通常，这些微球或微珠具有约100微米的直径，并且每个微球的壁为约几微米厚。为了这些试验的需要，微球必须用具有约10微米厚度的金属层诸如金涂敷。在这些试验过程中为了获得尽可能好的结果，在微球上沉积的金属的厚度必须尽可能均匀，其密度必须尽可能接近沉积金属的理论密度，沉积材料必须不具有任何材料健康缺陷并且其表面粗糙度必须不超过约一百纳米。这些参数难以控制，由于它们从一个微球到另一个微球可以不同。此外，有意义的是在沉积操作过程中，能够单独地监控每个微球，以便以尽可能大的精确度来表征在微球上获得的沉积。这同样适用于微珠。

存在可以用来金属化物体的不同沉积技术。

存在物理气相沉积(PVD)法，使金属层沉积在物体上。利用这种方法，可以获得厚度薄和质量良好的沉积。但是当沉积达到约几微米的厚度时，获得的厚层的物理性能通常不好(高粗糙度、高应力的多孔沉积)。PVD法也倾向于加热所用的衬底，有时导致衬底的变形，尤其当衬底是聚合物衬底时。并且，PVD的沉积速率比用下述的其它技术获得的那些要低得多。

氧化还原沉积技术可以分为两种不同的类别：

-通过浸入的化学沉积，其包括通过两个氧化还原对之间的交换而提供还原待沉积的金属所需的电子。发生氧化以产生电子的还原剂可以是待覆盖的金属，在这样的情况下这被称为通过置换的化学沉积，或者可以是能够氧化的可溶性离子还原形式，在这样的情况下这被称为通过还原的化学沉积。这些电子也可以通过待金属化的物体与另一种具有更强氧化倾向的较不贵重的金属之间的电接触来提供，物体和该另一种金属浸没在同一种待沉积金属的溶液中，这是通过接触或原电池作用(effet de pile)的化学沉积。在通过浸没的化学沉积中，一将部件浸没在沉积溶液中，沉积立即开始，于是氧化还原反应在没有外电源时自然发生；

-电解沉积，其包括通过在电极与包含在沉积溶液中待沉积的金属之间进行电化学反应而提供还原待沉积的金属所需的电子。为此，待金属化的物体通过将其连接至电源的负极而被负极化。电源的正极被连接至也浸没在作为用于组合氧化反应的交换部位的沉积溶液中的阳极。电源不但可以输送直流电，而且也可以输送交流电，于是这被称为脉冲电流沉积。在这种情况下，施加并控制电信号的形式。根据电流信号，这相继引起在待金属化的物体表面上发生还原和氧化反应，这可能在某些情况下改善沉积。

通过置换或还原的化学沉积法提供优异均匀性的沉积厚度。然而，对于某些金属，尤其是金，它们不能够获得大于1微米的沉积厚度。

并且，在现有的物理气相沉积或化学浸没法中，大多数需要使用支持体来支持待金属化的物体，结果在使支持体与物体分开后，在沉积的厚度中产生孔。这种孔的存在是一种材料健康缺陷，其对于沉积所需的质量是不能接受的。

通过原电池作用的化学沉积的原理很久就已知。利用这种沉积技术，可以获得非常均匀的沉积厚度。该沉积技术用于非常薄的沉积例如用于镀金器和银器，由于该沉积技术能引起电极中的一个，即，其金属氧化的电极的腐蚀。这引起这种金属溶解在沉积溶液中，因此产生污染沉积层的危险。并且，具有在沉积操作过程中氧化的金属的电极，在沉积过程中本身倾向于被待沉积的金属覆盖，这导致物体沉积速率的急剧下降，并使过程难以控制。