Спосіб виготовлення мідного електрода

Спосіб виготовлення мідного електрода катодним осадженням на поверхню металевої міді з електроліту, що містить тетрафторборат і пірофосфат міді, борну й пірофосфорну кислоти, який відрізняється тим, що мідною поверхнею є мідний дріт, який згинають у вигляді змійовика з вертикальними паралельними ділянками на відстані l=6-8 мм, ізолюють дуги, чергують катодне осадження мідного покриття при робочій густині струму Jp з осадженням міді при густині струму Jд вище граничної протягом t=110-130 секунд три рази, щораз збільшуючи Jд в 1,7-1,9 рази, формують електрод заданої форми. (19) (21) a200804305 (22) 07.04.2008 (24) 10.02.2010 (46) 10.02.2010, Бюл.№ 3, 2010 р. (72) ТРУБНІКОВА ЛАРИСА ВАЛЕНТИНІВНА, БАЙРАЧНИЙ БОРИС ІВАНОВИЧ, МАЙЗЕЛІС АНТОНІНА ОЛЕКСАНДРІВНА, ПЕРШИН МИКОЛА ОЛЕКСАНДРОВИЧ (73) НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ "ХАРКІВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ" (56) SU 160409, 22.11.1963 RU 2033481, C1, 20.04.1995 GB 1175960, 01.01.1970 3 89563 4 пірофосфорної кислоти 90-120г/дм3, продукти електролізу в заданому об'ємі (наприклад, металу при електроекстракції металів з роза електроліз у ньому проводять при катодній ведених розчинів) без зменшення електрохімічно густині струму 800-1200А/м2 і співвідношенні площі активної площі поверхні, тобто без зниження проповерхні катода й анода Sa:Sк=(0,5-10):1 [5]. дуктивності електролізу. Спосіб дозволяє одержувати мідні електроди з При виконанні сукупності зазначених операцій високою продуктивністю. Однак інтервал густин експериментально виявлено, що пропоновані умоструму, що рекомендується, призначений для ви електролізу забезпечують осадження на дротоодержання на катоді у вигляді мідних пластин вій заготовці в 5-7 разів більш розвинутої електрокомпактного осаду міді. При збільшенні густині хімічно активної структури, міцно зчепленої з струму вище граничної робочої 1200А/м2 формуосновою, а формування електрода із заготовок ється дендритне покриття, але тільки по периметрі забезпечує задану форму електрода й збільшення плоского електрода. Площа поверхні електрода в відповідну кількість разів площі поверхні. збільшується при цьому лише незначно. Електрод У технічному плані відмітною рисою пропонопісля електролізу має форму підложки і його форваного способу є те, що електроліз проводять не ма не може бути змінена. при постійній густині струму, і не при інших відоЗавдання, що розв'язується даним винаходом, мих режимах формування дендритних осадів (поє одержання електрода заданої форми з електростійний потенціал, густина струму, що змінюється хімічно активною розвинутою поверхнею. лінійно або східчасто), а при чергуванні процесів В основу винаходу покладено завдання ствонанесення шарів міді при густині струму вище грарення способу виготовлення мідного електрода ничної для росту дендритів і нижче граничної для катодним осадженням міді з розчину, що містить їх механічного закріплення на поверхні катода. тетрафторборат і пірофосфат міді, борну й піроПри цьому кожний новий ступінь дендритоутворюфосфорну кислоти. вання здійснюється при більшій силі струму. Це Для рішення поставленого завдання запропозабезпечує одержання міцно зчепленої з основою нований спосіб, по якому мідний дріт згинають у електрохімічно активної розвинутою поверхні. вигляді змійовика з вертикальними паралельними Відомі способи одержання мідних дендритних ділянками на відстані l=6-8мм, ізолюють дуги, черосадів на катоді (способи одержання мідних порогують катодне осадження мідного покриття при шків) при постійній силі струму, при постійному робочій густині струму Jp з осадженням міді при потенціалі й при лінійно або східчасто зростаючій густині струму J¶ вище граничної протягом t=110силі струму. На катоді при цьому одержують роз130 секунд три рази, щораз збільшуючи J¶ в 1, 7винену поверхню, однак або дендрити не мають 1,9 раз, формують електрод заданої форми. міцного зчеплення з основою, або на катоді з меПроцес здійснюють у такий спосіб. ншою швидкістю формується менш розвинена В електролізер поміщають електроліт складу, сферолітна поверхня. Не відоме чергування прог/дм3: цесів дендритоутворювання, що здійснюється при Cu(BF4)2 160-180, трикратній зміні сили струму на електролізері, з Cu2P2O7 10-25, осадженням компактних покриттів, що забезпечує Н3ВО3 30, одержання на катоді дендритної структури, міцно Н4Р2О7 90-120. зчепленої з основою. Виготовляють заготовки для електродів, для Відоме використання стрижнів для одержання чого мідний дріт діаметра 0,1-0,5мм згинають у мідних порошків і ниток (вуглецевих - в об'ємних вигляді змійовиків з вертикальними паралельними вуглеграфітових електродах, з вентильних металів ділянками, що знаходяться на відстані l=6-8мм - для нанесення каталітичних покриттів) як вихід(період) і мають довжину, рівну висоті майбутнього ний матеріал при формуванні високорозвиненої електрода. Ізолюють дуги, що з'єднують ці параелектродної структури. Однак не відоме викорислельні ділянки. Завішують заготовки на катодну тання дроту як матеріал для пропонованої заготоштангу. Установлюють силу струму на електролівки у вигляді змійовика з вертикальними паралезері, що забезпечує робочу густину струму на кальними ділянками на відстані l=6-8мм і тоді 1200А/м2, чергують катодне осадження мідноізольованими дугами, на які осаджують дендритну го покриття при робочій густині струму Jp з структуру чергуванням катодного осадження мідосадженням міді при густині струму J¶ вище граниного покриття при робочій густині струму Jp з осачної протягом l=110-130 секунд три рази, щораз дженням міді при густині струму J¶ вище граничної збільшуючи J¶ в 1, 7-1,9 раз. протягом t=110-130 секунд три рази, щораз збільНеізольовані вертикальні ділянки заготовки шуючи J¶ в 1, 7-1,9 раз, і з яких формують електпокриваються дендритною структурою, міцно зчерод заданої форми. Саме таке сполучення парапленої з основою. Електрохімічно активна площа метрів забезпечує одержання дендритної поверхні, що визначена по величині граничного структури, рівномірно розподіленої по поверхні струму на заготовці в стандартному сірчанокислодроту й можливість формування електрода задаму електроліті міднення, збільшується в порівнянні ної форми, у тому числі й із заданою відстанню з вихідною поверхнею в 5-7 разів. між паралельними ділянками електрода, після Формують електрод заданої форми або з однінанесення дендритної структури, не порушуючи єї заготовки, згинаючи по ізольованих ділянках дуг, неї. Сполучення дендритного покриття із заданою або з декількох, розташовуючи їх зміщеними друг відстанню між паралельними ділянками дроту дощодо друга шарами. Розташовуючи паралельні зволяє при наступному використанні електрода в ділянки заготовок на заданій відстані друг від друпроцесі електроекстракції металів компенсувати га формують електрод, що дозволяє накопичувати 5 89563 6 зменшення площі поверхні через зарощування Таким чином, порівняння технічного рішення, макропор її збільшенням за рахунок збільшення що заявляється, із прототипом і іншими технічнигабаритного діаметра паралельних ділянок і цим ми рішеннями дозволяє зробити висновок про відзабезпечити сталість продуктивності процесу елеповідність способу, що заявляється, критеріям ктроекстракції. "новизна" і "істотні відмінності". Таким чином, створення електрода заданої Приклад 1. В електролізер заливають електконфігурації з електрохімічно активною розвинуроліт складу, г/дм3: тою поверхнею, що досягається тільки при викоCu(BF4)2 170, нанні сукупності умов: мідний дріт згинають у виCu2P2O7 17, гляді змійовика з вертикальними паралельними Н3ВО3 30, ділянками на відстані l=6-8мм, ізолюють дуги, черН4Р2О7 105. гують катодне осадження мідного покриття при На мідну пластину площею 1,32см2 при катодробочій густині струму Jp з осадженням міді при ній густині струму 1200А/м2 осаджують компактне мідне покриття. При густині струму 2000А/м2 по густині струму J¶ вище граничної протягом t=110периметрі пластини ростуть дендрити, які після 130 секунд три рази, щораз збільшуючи J¶ в 1,7-1,9 сушіння обсипають, при густині струму 4500А/м2 раз, формують електрод заданої форми, встановсферолітні утворення на фоні темно-вишневої лено авторами вперше в процесі експериментів шорсткуватої поверхні пластини, а по периметрі (див. приклади). дендрити, які обсипаються у процесі електролізу. При збільшенні J¶ більш ніж в 1,9 разів на каЕлектрохімічно активна площа поверхні збільшутоді формуються механічно неміцні дендрити, ється в 1,35 разів. менш чим в 1,7 разів - утвориться недостатньо Приклад 2-8. Процес здійснюють у такий спорозвинута поверхня дендритів. сіб. Використання одного циклу осадження міді Виготовляють заготовку з мідного дроту діапри робочій густині струму й вище граничної гусметром 0,3мм, згинаючи її у вигляді змійовика, що тині струму недостатньо для одержання розвинумає 6 вертикальних паралельних ділянки довжитої дендритної структури. Більше 3-х циклів - з'явною по 2 див на відстані 6-8мм (див. табл.) друг від ляється небезпека формування електрохімічно друга, ізолюють з'єднуючі їх дуги. Площа поверхні неактивних ділянок поверхні, закритих для електнеізольованих ділянок - 1,32см . В електролізер ролізу порожнеч. поміщають електроліт складу, г/дм3: При зменшенні відстані l між вертикальними Cu(BF4)2 170, паралельними ділянками змійовика менш 6мм Cu2P2O7 17, осаджуються недостатньо розвинуті дендрити в Н3ВО3 30, центральній частині заготовки. Збільшення відстаН4Р2О7 105. ні понад 8мм недоцільно, тому що вже слабко Завішують заготовку на катодну штангу. Червпливає на дендритоутворення й це збільшення гують катодне осадження мідного покриття при вже приводить до зменшення питомої площі поверобочій густині струму Jp=1200А/м2з осадженням рхні при формуванні із заготовок електрода задаміді при густині струму J¶ вище граничної протягом ної форми. 110-130 секунд (див. табл.) три рази, починаючи із Під час відсутності ізоляції дуг заготовок при густині струму 2500А/м2 і щораз збільшуючи її в електроосадженні міді спостерігається нерівномір1,7-1,9 раз (див. n у табл.). Неізольовані вертиканий розподіл дендритів по висоті заготовок, а тальні ділянки змійовика покриваються дендритною кож обмежується можливість формування електструктурою рожевого кольору, міцно зчепленої з рода із заготовок їх вигином у місцях дуг через основою. Збільшення площі поверхні, тобто коеруйнування дендритів, сформованих на дугах. фіцієнт розвитку електрохімічно активної поверхні Тобто, підтримка виявлених експериментальдроту Кe наведений у табл. Вигин заготовок у місно границь параметрів електролізу й пропоновацях дуг змійовика не приводить до порушення дених операцій є істотно необхідним для реалізації ндритної структури. способу. Таблиця Технічні характеристики способів виготовлення мідного електрода Технічний параметр l, мм t, 3 n Кe 2 7 120 1,8 7,0 3 6 120 1,8 5,4 4 8 120 1,8 6,5 Приклад 9. Процес здійснюють як по прикладу 2, тільки не ізолюють дуги змійовика. Осаджується дендритна структура, нерівномірно розподілена по довжині вертикальних ділянок: угорі одиночні дендрити, унизу - більш густо розташовані. При вигині № прикладу 5 7 110 1,8 6,1 6 7 130 1,8 6,4 7 7 120 1,7 5,9 8 7 120 1,9 6,1 заготовок дендритна структура в місцях вигину обсипається. Приклад 10. На катодну штангу завішують не заготовку у вигляді змійовика, а 6 вертикальних шматків дроту довжиною по 2см. Потім процес 7 89563 8 здійснюють як по прикладу 2. Осаджується дендпідтримувати як постійну продуктивність електроритна структура, нерівномірно розподілена по виекстракції у ванні вловлювання, так і струмове соті: угорі одиночні дендрити, унизу - дендрити зі навантаження на ньому при анодному розчиненні сферолітними утвореннями на вершинах і із зав електролітах міднення. критими порожнинами усередині. З оброблених Таким чином, зіставлення даних, наведених у шматків дроту можна зібрати електрод будь-якої прикладах, показує, що пропонований спосіб доформи, але для фіксації шматків дроту в необхідзволяє отримати мідний електрод заданої форми з ному положенні необхідно додатковий пристрій. електрохімічно активної розвинутою поверхнею. Приклад 11. Процес здійснюють як по приклаМожливість зміни форми електрода дозволить при ду 2, тільки осадження міді при густині струму вийого використанні управляти розподілом струму в ще граничної в три етапи здійснюють без чергуелектролізері й підвищувати селективність електвання з осадженням покриття при робочій густині родного процесу, збільшувати його поверхню в струму. Осаджується дендритна структура, що порівнянні із плоским електродом і накопичувати частково обсипається вже в процесі електролізу й продукти електролізу без зменшення електрохімімайже повністю - після сушіння. чно активної площі поверхні. Приклад 12. Процес здійснюють як по приклаДжерела інформації: ду 2, тільки виготовляють заготовки з 18 вертика1. Патент Росії №2048610 С25С1/00 Способ полульними ділянками. 3 3-х заготовок формують об'чения высокопористого губчатого металла / Трясємно-гофрований електрод, розташовуючи їх цын И.П. - опубл. 20.11.95. трьома зміщеними друг щодо друга шарами на 2. Патент Росії №2150533 С25В11/03, C25D11/00, відстані 3мм і згинаючи по ізольованих ділянках C25D11/34 Способ формирования объемнодуг під кутом 60° На виготовлений електрод осапористого слоя металла с открытой пористостью джують катодно мідь із розведеного (3г/дм3 іонів на электропроводной подложке / Мирзоев Р.Α.; міді) аміакатного електроліту міднення при силі Стыров М.И.; Кузнецов В.П.; Степанова Н.И.; Маструму на ванні 0,38А. До всіх ділянок сформовайоров А.И. - 10.06.2000. ного електрода відкритий доступ електроліту без 3. Патент Росії №1822391 Валок к валковым майого прокачування або перемішування. Протягом шинам для переработки полимерных материалов / 200 годин електролізу на всіх ділянках електрода в А.Н.Александровский, Е.В.Климкин, М.И.Донченко цьому електроліті, що має як верхню (граничний и др. / Б.И. №22, 1993г. дифузійний струм), так і нижню (сполучена з като4. Александровский А.Н., Донченко М.И., Бондадним процесом при низьких густинах струму реакренко Л.И. Особенности катодного осаждения кація розчинення міді) границі робочої густині струпиллярно-пористых покрытий из сернокислого му, осаджується рожева мідь, без підгару й без электролита меднения с добавкой ПАВ // Химичеділянок підрозчинення. Електрод з нарощеним ское и нефтяное машиностроение, 1990. - №12. шаром міді завантажують на анодну штангу в елеС.31-32. ктролітичну ячейку із сірчанокислим електролітом 5. Патент України на корисну модель №28846 міднення: проводять електроліз при силі струму С25С7/00, C25D3/38 Спосіб виготовлення мідних 1,6А протягом 38 годин. Повторюють цикли нароанодів, що містять фосфор / Трубнікова Л.В., Байщування й розчинення міді. Електрод дозволяє рачний Б.І., Майзеліс А.О. - Опубл. 25.12.2007. Комп’ютерна верстка О. Гапоненко Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601