[发明专利]在非金属材料表面上形成铜金属层的方法

说明书

本发明提供一种在非金属材料表面上形成铜金属层的方法，包括：制备碳基化学镀催化剂(或称触媒)油墨，所述油墨的成分中至少具有含有氧官能团的碳粉末材料；将碳基化学镀催化剂油墨喷涂在非金属材料表面然后干燥所述碳基化学镀催化剂油墨；以及将表面具有该碳基化学镀催化剂油墨的非金属材料浸泡在一化学镀溶液中，进而在碳基化学镀催化剂油墨上形成一铜金属层；通过本发明方法可以为现有化学镀铜工艺中使用的催化剂提供一种替代方案，实现不需要使用六价铬和钯作为催化剂的目标，并且具备环保，低成本和节省时间的优点。

技术领域

本发明涉及一种化学镀(Chemical Plating)工艺的领域，特别是一种的在非金属材料表面上形成铜金属层的方法。

背景技术

电镀在非金属材料(塑料，陶瓷，玻璃和木材等)上已广泛应用于工业中，由于电镀表面具有耐腐蚀性、强韧性、耐磨和美观性等特性，因此在非金属材料上电镀的技术已广泛应用于许多产品和产业，例如汽车，消费品，管道，玩具，食品和饮料以及化妆品。

无电极电镀(Electroless Plating)又称为化学镀(chemical plating)，化学镀是在无外加电流的情况下藉助合适的还原剂，使化学镀溶液中的金属离子通过氧还原反应还原成金属，并沉积到经过活化处理的零件表面的一种金属镀覆技术。在非金属材料的表面形成牢固的电镀金属，非金属材料需要通过预处理步骤，以增强电镀金属在非金属材料表面的附着力。

非金属材料的常规电镀程序一般包括两个步骤：表面预处理和金属电镀。表面预处理涉及一些化学处理和反应的工序，例如清洁(cleaning)，蚀刻(etching)，敏化(sensitization)，活化(activiation)和加速(acceleration)。使用强氧化剂如三氧化铬(Chromium trioxide)和硫酸混合物使表面粗糙化以获得良好的机械粘着性，以及产生微孔用以作为金属和基材之间的粘合位点。

现有技术在非金属材料的表面用三氧化铬，硫酸和水的混合物，或是这些无机成分和磷酸的混合物预处理。然而，这种方法存在许多缺点，其中预处理溶液中含有的六价铬是具有遗传毒性的致癌物质，具有高度危险性。接触六价铬的工人有遭受肺癌，哮喘或鼻上皮和皮肤损伤的风险。六价铬的使用可能会对环境造成长期污染，并且在美国，欧洲和中国的电子工业中被广泛禁止使用。在中和的同时，形成大量的氢氧化铬，这种处理显著地阻碍了所用组合物的去除。此外，该已知方法的预处理溶液具有很强的腐蚀性，需要大量的水才能将其从非金属材料表面中完全除去。此外，电镀前的常规表面预处理过程复杂且耗时。由于预处理溶液的处理和其使用的组合物有关，为了更容易处理使用过的预处理溶液，必须减少六价铬化合物以及中和还原产物。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种在非金属材料表面上形成铜金属层的方法。

本发明发现功能性碳粉末材料可作为是化学镀铜的催化剂，基于解决上述的技术问题，本发明在非金属材料表面上形成铜金属层的方法的优选方法，包括以下步骤：一种在非金属材料表面上形成铜金属层的方法，包括：制备碳基化学镀催化剂油墨；将所述碳基化学镀催化剂油墨喷涂在非金属材料表面然后干燥所述碳基化学镀催化剂油墨；以及将表面具有该碳基化学镀催化剂油墨的非金属材料浸泡在一化学镀溶液中，进而在碳基化学镀催化剂油墨上形成一铜金属层。

其中非金属材料包括：塑料、陶瓷、木材、玻璃和布料其中的任一种。

其中碳基化学镀催化剂油墨是由功能性碳粉末材料、分散剂、增稠剂(thicker)和溶剂组成的混合物。

其中功能性碳粉末材料是含有氧官能团的碳粉末材料，所述含有氧官能团的碳粉末材料的氧含量是所述含有氧官能团的碳粉末材料的5wt％至50wt％。

其中功能性碳粉末材料进一步掺杂有氮(N)、硫(S)、硼(B)、氟(F)和磷(P)其中任一种元素或其组合，所述该功能性碳粉末材料含有的所述元素组合的含量是所述功能性碳粉末材料的1wt％至20wt％。