РАЗДЕЛ 2
Методы исследования
2.1. Методика гравиметрического исследования процессов химического осаждения на
стационарных и вращающихся образцах
2.1.1. Конструкция экспериментальной установки для изучения влияния скорости
вращения образца на кинетику химического осаждения металлов. Скорость
доставки реакционно-активных частиц в зону реакции можно регулировать
различными факторами. Наиболее эффективным является перемешивание раствора с
помощью вращающегося цилиндрического образца, применение которого обеспечивает
постоянную скорость транспорта реагентов к образцу и отвод продуктов реакции.
Установка для изучения кинетики процессов ХВ металлов на Д и Ме, а также
химического осаждения токопроводящих пленок сульфида свинца и диоксида свинца
на Д с помощью вращающегося цилиндрического образца представлена на рис. 2.1.
Исследования влияния гидродинамических условий на кинетику изучаемых процессов
проводили в стеклянном сосуде (1) емкостью 100 мл. Реакционный сосуд укреплен
фиксатором из оргстекла на подвижной платформе (2).
Д-образец – стеклянная пробирка длиной 0.1 м и диаметром 0.01 м (марка стекла
СТ-30); металлический образец – алюминиевый или медный стержень длиной 0.1 м и
диаметром 0.0055 м.
Образец (3) зафиксирован муфтой (4) на держателе (5), соединенном с
электромотором (6), при помощи которого образец приводился во вращательное
движение.
Скорость вращения образца (об/мин) контролировалась с помощью диска считывания
оборотов (7) и фотоэлемента (8), фиксированного на держатель (9), который
перемещается вдоль упорной металлической стойки (10). С помощью перемещаемого
держателя проводили загрузку образца в раствор при установлен-
Рис. 2.1. Установка для изучения влияния гидродинамического режима
перемешивания раствора на кинетику химического восстановления металлов.
1 – реакционный сосуд; 7 – диск считывания оборотов;
2 – подвижная платформа; 8 – фотоэлемент;
3 – образец; 9 – держатель;
4 – муфта; 10 – упорная стойка;
5 – держатель; 11 – основа.
6 – электромотор;
ной скорости вращения и удаление образца из раствора по окончании времени
опыта. Частота считывания фотоэлементом регистрировалась цифровым
автоматическим тахометром ЦАТ-3М.
2.1.2. Конструкция экспериментальной установки для проведения
хронопотенциометрических исследований процессов контактного обмена, а также
для изучения кинетики электролитического восстановления меди. С целью
установления изменения концентрации реакционно-активных частиц в межфазном
слое при увеличении скорости вращения образца были проведены
хронопотенциометрические исследования процессов химического осаждения свинца
на алюминии и меди методами прямого и обратного контактного обмена
соответственно.
Для этого была использована экспериментальная установка, включающая
«гидродинамическую» часть (1) (рис. 2.1.) и потенциометрическую часть, общий
вид представлен на рис. 2.2.
Исследуемые образцы – алюминиевый или медный стержни. Образцы (2) погружали в
раствор свинцевания (3) с заранее установленной скоростью вращения. С помощью
электролитических мостиков (4) образец соединен через насыщенный раствор KCl
(5) с каломельным электродом сравнения (6). ЭДС электрохимических цепей:
– Cu / Pb(II), (NH2)2CS, H3BO3, C4H4O6 // KCl / KClнас., Hg2Cl2 / Hg (Pt) +,
(I)
– Al / Pb(II), H3BO3, HBF4, ПАВ (желатин, клей столярный) //
// KCl / KClнас., Hg2Cl2 / Hg (Pt) + (II)
измеряли с помощью катодного вольтметра ВК-2-20 (7).
В случае изучения процесса электролитического восстановления меди из
сернокислого электролита, катод - медный стержень (2) погружали в электролит
меднения (3), анодом (форма цилиндра) служила медная пластина (8).
Электрический ток задавали с помощью источника постоянного тока (9) и
регистрировали амперметром (10). Величину необходимой силы тока поддерживали с
помощью реостата (11), как видно из рис. 2.2. Хронопотенциометрия катодного
процесса
Рис. 2.2. Экспериментальная установка для хронопотенциометрических измерений и
изучения влияния скорости вращения образца на кинетику химического и
электролитического осаждения металлов.
1 – «гидродинамическая» часть установки (рис. 2.1.)
2 – образец
3 – раствор металлизации 8 – Cu-анод
4 – электролитические мостики 9 – источник постоянного тока
5 – стакан с раствором KCl(нас.) 10 – амперметр
6 – каломельный электрод сравнения 11 – реостат
7 – катодный вольтметр 12 - основа
выполнена с помощью потенциометрической схемы, в которой также использовали
каломельный электрод сравнения (6).
2.2. Методика подготовки образцов перед химической металлизацией
2.2.1. Подготовка диэлектрических образцов. Исследование процессов химического
осаждения металлов (Sn, Cu) и PbS проводили в постоянных объемах раствора
(100 мл) на стеклянных образцах-пробирках длиной 0.1 м, диаметром 0.01 м
(марка стекла СТ-30). Перед нанесением металлического слоя на Д-образцы их
обрабатывали [2]: 1) обезжиривание в растворе состава (моль/л): NaOH – 0.75;
Na2CO3 -0.94; натрий фосфорнокислый трехзамещенный – 0.18; 2) кипячение в
хромовой смеси (5 % раствор K2Cr2O7 в концентрированной H2SO4) в течение 900
с; 3) промывка в проточной воде, а потом в дистиллированной воде; 4) сушка на
воздухе при температуре 343–353 К; 5) взвешивание образца на аналитических
весах; 6) кипячение в хромовой смеси в течение 900 с; 7) промывка сначала в
проточной, а потом в дистиллированной воде. Активирование Д-образцов
проводилось по методикам, изложенным в п.2.3. Массу осадка и скорость
химического восстановления металла рас