镀镍金刚石线切割硅片
电镀工艺基础理论一、电镀概述简单来说，电镀指借助外界直流电的作用，在溶液中进行电解反应，
使导电体例如金属的表面沉积一金属或合金层。我们以硫酸铜的电镀作例子:硫酸铜镀液主要有硫酸铜
、硫酸和水，甚至也有其它添加剂。硫酸铜是铜离子(Cu2+)的来源，当溶解于水中会离解出铜离子，铜
离子会在阴极(工件)还原(得到电子)沈积成金属铜。这个沉积过程会受镀浴的状况如铜离子浓度、酸碱
度(pH)、温度、搅拌、电流、添加剂等影响。
阴极主要反应:Cu2+(aq)+2e-→Cu(s)电镀过程中的铜离子浓度因消耗而下降，影响沉积过程。
面对这个问题，可以两个方法解决：1.在浴中添加硫酸铜；2.用铜作阳极。添加硫酸铜方法比较麻烦，
又要分析又要计算。用铜作阳极比较简单。阳极的作用主要是导体，将电路回路接通。但铜作阳极还有
另一功能，是氧化(失去电子)溶解成铜离子，补充铜离子的消耗。阳极主要反应:Cu(s)→
Cu2+(aq)+2e-由于整个镀液主要有水，也会发生水电解产生氢气(在阴极)和氧气(在阳极)的副反应
阴极副反应:2H3O+(aq)+2e-→H2(g)+2H2O(l)阳极副反应:6H2O(l)→O2(g)+4H3O+(aq)+
4e-结果，工件的表面上覆盖了一层金属铜。这是一个典型的电镀机理，但实际的情况十分复杂。电
镀为一种电解过程，提供镀层金属的金属片作用有如阳极，电解液通常为镀着金属的离子溶液，被镀物
作用则有如阴极。阳极与阴极间输入电压后，吸引电解液中的金属离子游至阴极，还原后即镀着其上。
同时阳极的金属再溶解，提供电解液更多的金属离子。某些情况下使用不溶性阳极，电镀时需添加新群
电解液补充镀着金属离子。
2.2电镀基础知识电镀大部份在液体(solution)下进行，又绝大部份是由水溶液(aqueoussolution)中
电镀，约有30种的金属可由水溶液进行电镀，由水溶液电镀的金属有：铜Cu、镍Ni、铬Cr、锌Zn、镉Cd
、铅Pb、金Au、银Ag、铂Pt、钴Co、锰Mn、锑Sb、铋Bi、汞Hg、镓Ga、铟In、铊、As、Se、Te、Pd、Mn
、Re、Rh、Os、Ir、Nb、W等；有些必须由非水溶液电镀如锂、钠、钾、铍、镁、钙、锶、钡、铝、La
、Ti、Zr、Ge、Mo等；既可由水溶液又可由非水溶液电镀的有铜、银、锌、镉、锑、铋、锰、钴、镍等
金属。电镀的基本知识包括：溶液性质；物质反应；电化学；化学反应方程式；界面物理化学；材
料性质等。电镀与其它镀覆方法电沉积过程的比较2.2.1溶液(solution)被溶解之物质称为溶质
(solute)，使溶质溶解之液体称之溶剂(solute)。溶剂为水的溶液称之水溶液(aqueoussolution)。
表示溶质溶解于溶液中的量为浓度(concentration)。在一定量溶剂中，溶质能溶解之最大量值称为溶
解度(solubility)。达到溶解度值的溶液称为饱和溶液(saturatedsolution)，反之为非饱和溶液
(unsaturatedsolution)。溶液浓度，在工厂及作业现场，使用易了解及便利的重量百分率浓度
(weightpercentage)。另外常用的莫耳浓度(molalconcentration)。2.2.2物质反应(reactionof
matter)在电镀处理过程中，有物理变化及化学变化，例如研磨、干燥等为物理反应，电解过程有化学
反应，我们必须充份了解在处里过程中各种物理及化学反应及其相互间关系与影响。2.2.3电镀常用
之方程式(chemicalformular)
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常用电镀所需的电压及电流密度
序号处理种类溶液性质溶液温度/℃电流密度/A?dm-2槽上电压/V备注
装饰性光亮镀铬酸性40~5510~209~10需要换极2
镀硬铬酸性55~6540~709~10需要换极3
镀乳白铬酸性70~7225~309~10需要换极4
镀黑铬酸性20~4520~309~10需要换极5
镀镍酸性20~351~1.254~56
镀锌酸性室温1~2.54~57
氰化镀锌氰化物室温2~54~58
酸性镀铜酸性室温1~2.54~59
氰化镀铜氰化物室温1~2.54~510
酸性镀镉酸性室温1~24~511
氰化镀镉氰化物室温1~24~512
酸性镀锡酸性室温0.5~2.54~513
碱性镀锡碱性70~801~44~514
镀铅酸性室温1~44~515
氰化镀银氰化物室温0.3~0.82~316
氰化镀金氰化物室温0.05~0.12~317
氰化镀黄铜氰化物室温0.3~1.52~318
氰化镀青铜氰化物40~551~2.53~519
镀铅锡合金酸性室温1~26~820铝
硫酸阳极氧化酸性15~250.8~2.515~2521
铝硫酸硬阳极氧化酸性-5~100.5~5100开始电压8V~12V22
铝铬酸阳极氧化酸性30~400.5~2.55023黑色金属电解抛光酸性50~10020~1006~824
不锈钢电化学着色酸性室温0.15~0.32~425
铜及铜合金电解抛光酸性室温6~103~526
铜及铜合金电化学氧化碱性80~1000.5~52~627
镍电解抛光酸性35~6030~5012~1828
铝电解抛光酸性70~9020~5012~2029
电解去油碱性70~903~109~10需要换极30
电解酸洗酸性室温~702~109~10需要换极31
阳极去残渣碱性80~901~59~1032
电解退铬碱性70~90/室温3~109~1033
电解退铜及黄铜酸性室温3~85~634
电解退镍酸性室温2~102~635
电解退锡、退铅碱性80~90/室温1~55~6
我电镀NiZn合金，要求电流密度是0.0775A/cm2,我的镀件有50cm2左右。但是我加到30V电流都只是
0.010A左右，是什么原因，怎样可以提高电流。
用了Ag/Agcl做正极，常温，PH8左右。镀液成分（每L）：
ZnCl20.05g
NaHCO375g
镍六水化合物9.5g
焦磷酸钠34.6g
水合肼1.21ml
金刚石表面化学镀Ni工艺研究
摘要：由于金刚石表面能较高，在热压成型时很难与金属基体牢固的结合起来，因此刀具受到高的切削
载荷时，金刚石很容易脱落，致使出现刀具寿命明显降低的问题，采用对金刚石的表面进行金属化处理
。本文研究了在金刚石表面金属化的各种处理方法及优化了在金刚石表面进行化学镀Ni的工艺。关键词
：金刚石；化学镀；增重率0前言金刚石具有高的热导率、低的密度、高的硬度、高的抗压强度及热膨
胀系数与半导体材料好匹配等优点，但由于目前金刚石锯切工具和钻机工具多用粉末冶金的方法生产，
烧结温度一般可以高达900℃，然而金刚石在空气中加热到700℃左右的时候，就开始出现氧化失重，抗
压能力下降的问题；在1000℃以上时金刚石会发生石墨化，同时因为金刚石表面能很高，而且金刚石与
基体润湿性比较差，与基体粘合力较弱，金刚石一般与金属基体的连接仅仅靠机械镶嵌力，却不能形成
强的化学键粘合力，使金刚石在工作过程中容易脱落。为了达到增强金刚石和金属之间的润湿性的目的
，本文采用以次亚磷酸钠做为还原剂在金刚石表面进行化学镀镍的方法来降低金刚石和基体的界面能，
改善他们之间的润湿性。同时分析了金刚石表面镀覆前后不同的增重率对金刚石性能的影响。研究了金
刚石表面化学镀镍，给出了化学镀前的预处理过程和化学镀的工艺流程，并确定了化学镀镍的合理配方
。用金刚石单颗粒抗压强度测定仪测试镀覆前后单颗金刚石的抗压强度，利用扫描电镜（SEM)分析镀覆
前后金刚石表面形貌、疏松致密程度等，利用X射线衍射仪（XRD)分析特征峰判断晶型非晶型、镀覆金属
与金刚石有无界面生成物等。
1金刚石表面处理的发展及应用目前,在金刚石表面镀层中使用的材料主要是金属材料,所以又称之为金
刚石的表面金属化处理。在这其中根据使用地方的差异又可分为两种不同的情况:(1)表面镀钛、镀钨、
镀铬等的金刚石适用于使用金属结合剂和陶瓷结合剂的砂轮；(2)镀镍和镀铜的金刚石适用于使用树脂结
合剂的砂轮;1.1金刚石表面镀覆条件在金刚石表面进行镀覆时，存在非常多的形成条件和影响因素，
主要有：成分条件、结构条件、工艺条件。(1)成分条件按金属与金刚石的相互作用可将金属分为三
类：①石墨化元素：元素周期表中第ⅧB族元素如Fe、Ni、Co等是碳的溶剂，在高温超高压条件下，此类
元素能促进石墨转变成金刚石，是触媒元素。但其触媒作用是双向的，即在高温常压下，这些元素会促
进金刚石石墨化。烧结的过程中，在石墨化元素的作用下，金刚石在700℃时开始发生石墨化现象，1000
℃时发生严重的石墨化。包含有石墨化元素的结合剂在热压的过程中会出现严重侵蚀金刚石的问题，导
致金刚石强度迅速下降。根据钛镀层纯度实验结果表明：钛镀层中在含有有不到1％的Fe、Co、Ni等石墨
化元素存在时，就会强烈降低镀层与金刚石之间的结合强度。②碳化物形成元素：碳可与一些过渡族金
属(Ti、Mo、Nb、W、V、Cr等)形成碳化物，且3d空轨道愈多，愈易于结合。这些碳化物形成元素及合金
在合适的工艺条件下与金刚石中的碳发生反应形成碳化物，外延生长在金刚石表面，可实现这些过渡金
属与金刚石之间的化学键合。③不作用的“惰性”元素主要有：Sn、Cu、Zn等低
熔点元素及其合金是金刚石工具中比较常用的结合剂成分，但他们与金刚石之间不发生化学反应，而且
其浸润角大于900，与金刚石的粘结性非常差。金刚石只有机械地镶嵌在这类结合剂中，易脱落流失。
(2)结构条件为了实现金刚石与金属的良好的冶金结合，在金刚石颗粒表面形成碳化物层，只有Ti、V
、Cr、Mo、Nb、W等强碳化物形成元素才能达到这样的目的，同时还必须避免Fe、Co、Ni等一些石墨化元
素与金刚石表面的直接接触，否则碳化物层就会生长在石墨层上，从而不能达到强力冶金结合的目的。
所以金刚石与金属冶金结合的结构条件碳化物层直接外延生长在金刚石上。(3)工艺条件金刚石表面
形成碳化层的过程为实际上是原子在金刚石表面扩散的过程，碳化物形成量是有反应过程的温度与时间
以及PH决定的。胎体与金刚石之间的结合依靠的是碳化物形成在金刚石上，但是碳化物的形成是受原子
扩散迁移控制的，需要在一定温度下经过较长时间的界面反应。金刚石与镀覆金属产生冶金结合的前提
条件是必须使金刚石表面外延生长-即形成均匀、连续、轻薄的碳化物层，此过程需一定时间、温度，对
PH也有一定的要求，且不能有石墨化元素存在。由于在结合剂中通过直接加入碳化物形成元素进行真空
液相烧结的方法不仅流程工艺条件苛刻，不适合进行大规模工业化生产。因此在烧结之前，生产表面镀
覆金属的金刚石即金刚石表面镀覆Ti、V、Cr、Mo、Nb、W及合金的金刚石是非常必要的。在镀覆金属过
程中，一定的真空、温度、时间PH条件下使金刚石表面外延生长在可控厚度的碳化物层。作为中间产物
，带有镀层的金刚石与结合剂在
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本发明涉及一种金刚石线的生产方法，其生产装置包括：上砂筒和适于穿行于该上砂筒的中心轴的钢丝线，该钢丝线呈负极，上砂筒的下端设有旋转磁场发生装置。上述生产方法，包括：A、钢丝线的表面处理；B、配制镀液；C、将电镀液放入上砂槽中，并将电镀液由上砂槽输入上砂筒中，再在上砂筒内的镍块上接入直流阳极；D、使钢丝线从上砂筒的下端中心穿入，再从上端中心穿出，并在处于穿行状态的钢丝线上接入直流阴极，同时所述旋转磁场发生装置生成绕该上砂筒的中心轴旋转的磁场，磁力线切割上砂筒内的镀液，（注：镀液中镍：铬：钛的质量比为1:2:2.5），中产生径向电流并使经阳离子处理的金刚石颗粒与镍离子一同结合在所述钢丝线上。
先给金刚石镀镍，铬，钛，再把金刚石做成金刚石线。
镀镍溶液一般以硫酸镍、乙酸镍等为主盐，次亚磷酸盐、硼氢化钠、硼烷、肼等为还原剂，再添加各种助剂。在90℃的酸性溶液或接近常温的中性溶液、碱性溶液中进行作业。以使用还原剂的不同分为化学镀镍-磷、化学镀镍-硼两大类。镀层在均匀性、耐蚀性、硬度、可焊性、磁性、装饰性上都显示出优越性。
金刚石镀镍时硫酸镍、乙酸镍，次亚磷酸盐、硼氢化钠、硼烷、肼和水质量比是1:1.2:0.2:0.3:0.25:0.15:20
镀铬溶液各成分的影响（1）CrO3：它溶于水生成H2CrO4，提供Cr3＋。CrO3含量一般控制在150～400g/L。CrO3浓度低时，电流效率高，硬度高，分散能力好，缺点是导电率低，槽压高。CrO3浓度高时则相反。在生产中，防护装饰性镀铬溶液一般采用300g/LCrO3左右，耐磨镀铬为250g/L以下。CrO3:itsolubleinwater,provideCr3+H2CrO4generation.CrO3contentgeneralcontrolin150~400g/L.CrO3lowconcentration,thecurrentefficiencyhigh,highhardness,gooddispersion,defectistheabilityofconductiverateislow,slothighpressures.CrO3highconcentrationistheopposite.Inproduction,protectionadornmentsex,chromiumplatingsolutiongeneraluseofthe300g/LCrO3orso,wear-resisting,chromiumplatingfor250g/Lbelow.（2）H2SO4：在普通镀铬溶液中，H2SO4含量要与CrO3相配合，应控制CrO3︰SO42-在80～120︰1的范围内，它影响阴极效率、沉积速度、光泽度等。H2SO4:ingeneral,chromiumplatingsolution,H2SO4contenttoCrO3andcoordinates,shouldbecontrolledCrO3:SO42-in80~120:1,withinthescopeofthecathode,anditaffectstheefficiencysedimentaryspeed,glossiness.（3）H2SiF6：SiF62－在电极反应过程中与SO42－作用相似，它可以使电流效率提高19～21％，而标准镀铬溶液为13％。另外对铬层表面有活化作用。H2SiF6:SiF62-intheelectrodereactionprocessandSO42-rolesimilar,itcanmakethecurrentefficiencyimprove19~21%,whilethestandardfor13%chromiumplatingsolution.Inaddition,thechromiumlayersurfacehaveanactivation.（4）三价铬：新制溶液中由于缺少一定量的三价铬离子，镀层效果难以满意。在转入正常生产之前，先要大阴极（小阳极）电解一段时间，在电解时阴极上能产生三价铬离子。三价铬含量一般控制在2～4g/L。要维持这个范围，阳极面积应比阴极面积大一倍左右。
金刚石镀铬时CrO3、H2SO4，H2SiF6，三价铬和水质量比是100:2:10:15:1000
金刚石镀钛（应该是氮化钛），氮化钛，H2SO4，H2SiF6，二氧化钛，水的质量比是100:2:10:17：25：1000
申请号：201510306801.5
申请人：苏州旦能光伏科技有限公司
发明人：苏晓东叶晓亚
摘要：本发明公开了一种金刚石线切割硅片的表面处理方法及制绒方法，金刚石线切割硅片表层覆盖有切割引起的非晶硅层，且金刚石线切割硅片表面密布平行的线痕，表面处理方法包括：将金刚石线切割硅片进行清洗预处理；将清洗预处理后的金刚石线切割硅片放入含有金属离子、氧化剂和刻蚀剂的混合溶液中，先后进行金属离子附着、氧化生成SiO2、催化化学刻蚀反应；分别用第一清洗液、第二清洗液、去离子水清洗刻蚀后硅片，分别去除硅片表面残留的金属粒子、氧化层、化学残留；清洗后即可得到去除线痕和含有微缺陷非晶层的硅片。本发明能够使用常规工艺对金刚石线切割硅片进行有效制绒，并且通过其制备的晶体硅太阳能电池的转换效率得到了提高。
主权利要求：1.一种金刚石线切割硅片的表面处理方法，所述金刚石线切割硅片表层覆盖有切割引起的非晶硅层，且金刚石线切割硅片表面密布平行的线痕，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S1、将金刚石线切割硅片进行清洗预处理；S2、将清洗预处理后的金刚石线切割硅片放入含有金属离子、氧化剂和刻蚀剂的混合溶液中，进行金属离子附着、氧化生成SiO2、催化化学刻蚀反应；所述金属离子选自金离子、银离子、铜离子和铁离子中的一种或多种；所述氧化剂选自H2O2、HNO3、H2CrO4溶液中的一种或多种；所述刻蚀剂为HF；S3、分别用第一清洗液、第二清洗液、去离子水清洗刻蚀后硅片，分别去除硅片表面残留的金属粒子、氧化层、化学残留；所述第一清洗液为硝酸溶液；所述第二清洗液为氢氟酸溶液；清洗后即可得到去除线痕和含有微缺陷非晶层的硅片。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金刚石线切割硅片为金刚石线切割单晶硅片或金刚石线切割多晶硅片。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金刚石线切割硅片表层覆盖的非晶硅层厚度为1～50nm，表面的线痕高度为1～10μm。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1包括：S11、将金刚石线切割硅片放入HF溶液中清洗，去除表面的SiO2氧化层；S12、将去除表面SiO2氧化层后的金刚石线切割硅片使用去离子水进行超声清洗。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤S11具体为：将金刚石线切割硅片放入质量百分比1～10％HF溶液中清洗，去除表面的SiO2氧化层，清洗时间为60～1200秒，清洗温度为5～30℃。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2包括：金属离子附着，金刚石线切割硅片将金属离子还原成金属粒子并选择性附着在非晶硅层和线痕表面；氧化生成SiO2，硅片表面被氧化生成SiO2层；催化化学刻蚀反应，金属粒子作为化学刻蚀的催化剂，生成的SiO2被刻蚀剂溶解生成水溶性物质，同时氧化剂继续氧化硅片生成SiO2，从而使得这一溶解-氧化过程保持下去，对硅片进行化学刻蚀。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中金属离子的浓度为0.0001～1mol/L，氧化剂的浓度为0.001～5mol/L，刻蚀剂的浓度为1～20mol/L，步骤S2的反应时间为10～3600秒。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S3中：第一清洗液为质量百分比为10～70％的硝酸溶液，清洗时间为60～1200秒，清洗温度为5～90℃；第二清洗液为质量百分比为1～10％的氢氟酸溶液，清洗时间为60～1200秒，清洗温度为5～50℃。
9.一种金刚石线切割硅片的制绒方法，其特征在于，所述制绒方法包括：采用权利要求1～8中任一项所述的方法对金刚石线切割硅片进行表面处理；将表面处理后的硅片放入制绒溶液中进行制绒。
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