[发明专利]一种光纤传感器金属化封装方法与工艺

说明书

技术领域

本发明属于光电生物传感器领域，特别涉及一种光纤传感器金属化封装方法与工艺。

背景技术

光纤传感器具有体积小、重量轻、精度高、使用寿命长、抗电磁干扰能力强、防水防潮、及本征安全等优点，被广泛应用于地质工程、结构工程、隧道工程、桥梁工程等领域的安全监测中。目前，光纤传感器普遍采用胶体封装的方式，但是胶体具有易老化、易蠕变、耐腐蚀能力差、抗震能力差等特点，严重限制了光纤传感器的适用寿命和测量精度。众所周知，部分金属具有耐腐蚀、耐高压、耐高温等特性，采用焊接方式进行光纤传感器封装是克服以上问题的有效方法，但是光纤的主要成分是二氧化硅，为非金属材料，不能直接进行焊接封装。因此，将光纤表面金属化，进而实现光纤传感器的金属化封装，具有重要的经济意义和实用价值。

石英光纤表面金属化有多种方法，如真空蒸发镀法、溅射法、熔融涂镀法、化学镀法、电镀法等。但是，由于在操作中难以控制、原料特殊、加工成本高等原因，目前各种工艺仍然存在着各自的不足和局限性。针对这一现状，迫切需要突破光纤金属化工艺关键技术难题，以满足实际使用需求。

张声峰关于《石英光纤表面金属化》的研究：通过化学镀镍+电镀制备了具有磁致伸缩性能的镍钴合金镀层石英光纤。但其化学镀镍时，存在大量析出氢引起溶液pH值下降，活性晶体分解使镀液稳定性差的问题。

发明内容

为了克服上述不足，本发明提出了一种化学镀与电镀相结合的光纤金属化封装方法与工艺，在光纤表面得到了一层均匀致密且结合力好的金属镀层，增强了光栅的韧性与耐高温、耐腐蚀能力，为实现光纤传感器的长寿命封装提供了有效的方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种光纤传感器金属化封装方法，包括：

对光纤进行预处理、敏化、活化、化学镀镍、电镀金属，即得；

所述化学镀镍的镍液包括：主盐硫酸镍、还原剂次亚磷酸钠，络合剂85wt％的乳酸，缓冲剂硼酸，稳定剂氟化钠，以及氨水。

本发明研究发现：以35g/L硼酸作为缓冲剂可防止化学镀镍时大量析出的氢引起溶液pH值下降；稳定剂30g/L氟化钠对活性晶体进行掩蔽，可有效防止镀液自分解；同时，在反应过程中添加缓冲剂氨水调整镀液的pH值，保证镀液的稳定性。以此，保证了本发明化学镀镍液的稳定性，提高镀层的稳定性、均匀性以及致密性。

优选的，所述电镀金属的电镀溶液包括：焦磷酸、焦磷酸钾、酒石酸钾钠四水化合物、磷酸氢二钾、植酸、香草醛、硫酸铜溶液，以及氨水。

优选的，所述预处理工艺包括：去保护层、清洗、除油、清洗、去除金属离子、清洗、化学粗化、清洗、热处理。

更优选的，本发明除油采用的是碱液20wt％的NaOH溶液，相较于酸性除油液的除油能力强，价格低廉。

更优选的，本发明选用稀硝酸溶液去除在光纤制备过程中粘附的金属离子，以免一些还原性强的金属离子影响化学镀镍以及电镀金属过程，提高镀层的质量。

优选的，所述的光纤表面敏化和活化选用SnCl₂和Cu分别作为敏化剂和具有催化活性的金属元素，采用浸渍催化金属活化法，使光纤表面覆盖一层催化膜。

优选的，所述电镀金属，按比例配置电镀液，具体电镀铜时，调节pH值至7左右，在温度为20℃，电流为0.5A/dm²的条件下，电镀20-30min。

优选的，所述粗化时间控制在3min左右，得到表面光滑、覆盖良好、完整均匀的镀层。

优选的，所述活化温度控制在30-40℃，活化时间为20min。

优选的，所述化学镀镍的具体步骤为：首先，量取一定量的85wt％乳酸加入到去离子水中混合成络合剂溶液，然后分别称取定量的30g/L硫酸镍、28g/L次亚磷酸钠、35g/L硼酸和30g/L氯化钠加入到络合剂溶液中，最后添加氨水来调整镀液的pH值；在20-25℃的条件下，将光纤置入化学镀镍液中5-10min。

优选的，所述电镀金属的具体步骤为：将表面具有镍磷合金镀层的光纤光栅用去离子水清洗并干燥，然后固定在阴极上；阳极采用石墨电极，先用10wt％的NaOH溶液去除油污；再用质量浓度10wt％的H₂SO₄溶液中和，然后用蒸馏水清洗，在给定工艺下，置于电镀溶液中电镀30min。

更优选的，本发明采用的电镀溶液以及电镀工艺如下：