專利名稱：航天飛行器太陽能電池帆板互連片用鉬箔鍍銀工藝和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及材料表面處理技術(shù)，特別是一種航天飛行器太陽能電池帆板互連片用鉬箔 鍍銀工藝和裝置，具體為新的航天飛行器太陽能電池帆板互連片用鉬箔電鍍銀的技術(shù)。
背景技術(shù)：
鉬及鉬合金是一種耐高溫材料，在高溫下能保持較高的強(qiáng)度。同時(shí)，它還具有高的導(dǎo) 熱性和低的熱膨脹系數(shù)，耐熱沖擊性能良好。該材料的導(dǎo)電性和耐磨性也很好。由于上述 優(yōu)點(diǎn)，鉬及鉬合金被廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，其中就包括用于航天飛行器(衛(wèi)星、飛船 和空間站)太陽能電池陣互連片的鉬箔。但鉬的可焊性相對較差且高溫時(shí)會強(qiáng)烈氧化，此 氧化膜毫無防護(hù)作用，而對于航天飛行器太陽能帆板互連片材料來講，良好的焊接性和導(dǎo) 電性是不可或缺的。為解決該問題，需在鉬表面進(jìn)行電鍍改性。由于銀具有良好的釬焊性 能，因此通常在鉬表面電鍍銀以改善可焊性能，并減少或防止鉬的氧化。
由于鉬表面往往存在天然氧化物，主要是Mo03，該氧化物會干擾鍍層的吸附。同時(shí)， 鉬和銀之間形成合金(固溶體)很困難，原因在于鉬在銀中溶解度很小，在160(TC，鉬在 銀中的溶解度約僅為5%，目前市場上的AgM030、 AgMo50、 AgMo65和AgMo75等合金均 為采用粉末冶金法高溫?zé)Y(jié)制造。因此，在鉬表面電鍍銀難度較大，直接鍍銀往往粘附不 牢，鍍層質(zhì)量較差。解決鉬電鍍銀困難的辦法一般是采用預(yù)鍍或沖擊鍍的辦法在表面先鍍 上一層薄金屬(如鉻、鎳、金、銠、鉑等)，經(jīng)過高溫?zé)崽幚砗笤倮^續(xù)電鍍，工藝較為煩 瑣，銀鍍層和鉬箔的結(jié)合也不好。另外，有文獻(xiàn)報(bào)道預(yù)鍍鎳對導(dǎo)電性能造成不利影響，而 金、銠、鉑則還會加大成本。因此有必要研究一種新的在鉬箔表面上電鍍銀的技術(shù)。
金屬等離子注入改性技術(shù)是上世紀(jì)80年代發(fā)展起來的一種表面處理技術(shù)。它是直接將 金屬離子注入需要改性的材料中，獲得無明顯界面、具有很高的結(jié)合強(qiáng)度的金屬改性層， 改善其表面的導(dǎo)電性。同時(shí)，在注入過程中離子束對材料表面還有轟擊作用，這種轟擊作 用往往能夠去除材料表面的氧化物。在此基礎(chǔ)上再對材料進(jìn)行電鍍，應(yīng)可獲得質(zhì)量較好， 結(jié)合強(qiáng)度高的電鍍層。顯然，金屬等離子注入技術(shù)可以解決鉬箔表面電鍍銀存在的難題， 包括鉬箔表面存在天然氧化物和鉬銀難以形成固溶體。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供了一種航天飛行器太陽能電池帆板互連片用鉬箔的鍍銀工藝 和裝置，采用金屬等離子注入工藝將銀離子注入到經(jīng)過脫脂、酸洗和清洗后的鉬箔中，高 溫退火和浸銀處理后再進(jìn)行電鍍銀，最后進(jìn)行鈍化處理，從而獲得晶粒細(xì)小圓滑、結(jié)構(gòu)致 密和抗硫化物腐蝕能力強(qiáng)的鍍銀層，鉬箔的導(dǎo)電性得到改善，可焊性良好。
本發(fā)明提供的一種航天飛行器太陽能電池帆板互連片用鉬箔的電鍍銀工藝主要包括 鉬箔的預(yù)處理、離子注入、高溫退火處理、浸銀處理、電鍍銀和鈍化處理，具體步驟
1)互連片純鉬箔試片經(jīng)過打磨、脫脂處理、水洗、硫酸溶液酸洗、水洗完成預(yù)處理；
脫脂處理處理的目的是使試片的表面狀態(tài)均一，并除掉部分氧化膜和油污。脫脂處理 后的試片要經(jīng)流水反復(fù)沖洗。清洗后試片表面水膜狀態(tài)均一，不掛液，即為脫脂成功，可 進(jìn)行下道工序。
脫脂后的試片放入10%稀硫酸溶液中進(jìn)行酸洗活化處理，以進(jìn)一步清除試片表面的氧 化物，這樣才能獲得與基底結(jié)合良好的鍍層。同時(shí)，鉬互連片表面的清潔對于離子注入機(jī) 中高真空度的獲得及維持非常重要，表面清潔還能獲得良好的離子注入效果?；罨幚砗?的試片也要經(jīng)流水反復(fù)沖洗，并用去離子水清洗。
2) 在離子注入機(jī)上將銀離子注入鉬箔試片(互連片)中，真空室中過夜后取出； 在強(qiáng)流離子注入機(jī)上將銀離子注入至鉬箔互連片中，在真空室中過夜后取出試樣。具
體是將一定劑量和能量的Ag金屬離子注入到Mo互連片中；注入在金屬等離子注入機(jī)上 進(jìn)行。注入時(shí)需要設(shè)定金屬等離子源的陰極和陽極之間的弧壓、觸發(fā)極和陰極之間的觸發(fā) 壓和束流密度。為防止離子注入機(jī)出現(xiàn)頻繁打火而損害機(jī)器、破壞真空和阻滯注入過程， 弧壓和觸發(fā)壓應(yīng)設(shè)定在能起弧的最低值，后期可以不斷調(diào)整。為加快注入過程，束流密度 應(yīng)適當(dāng)調(diào)大， 一旦離子注入機(jī)出現(xiàn)高壓打火則應(yīng)調(diào)小。而注入劑量和注入能量按照實(shí)現(xiàn)設(shè) 計(jì)的值進(jìn)行。所述的離子注入過程工藝參數(shù)為弧壓升至60V，觸發(fā)壓升至80V，負(fù)壓升 至2KV，高壓升至50KV，注入過程中不斷調(diào)節(jié)觸發(fā)頻率，保持束流密度為2.0-2.5 ^A'cm—2 左右，注入期間真空度保持在lxl(T3Pa以下。所述的銀離子的注入的劑量為1.7xl017 ions/cm2，注入能量為105 keV。
3) 在高真空爐中于真空度為lxl(^Pa和70(TC溫度下保溫2小時(shí)進(jìn)行退火；
Ag離子注入后的Mo箔試樣表面有很大的應(yīng)力，同時(shí)注入后試樣表面原子都呈非晶 狀態(tài)，所以需要對注入后的試樣進(jìn)行退火處理，以消除內(nèi)應(yīng)力，同時(shí)使非晶態(tài)的Ag轉(zhuǎn)化 為晶態(tài)的Ag，這種均勻分布的晶態(tài)Ag使得電鍍銀離子在鉬箔表面結(jié)晶更加容易，鍍層晶 粒也變小，這對獲得完整、結(jié)晶致密、分布均勻的Ag鍍層是有幫助的。退火溫度根據(jù)去 應(yīng)力退火及非晶到晶體轉(zhuǎn)變的定義確定，保溫小時(shí)根據(jù)實(shí)際確定。
4) 在42-48'C下，將經(jīng)過銀離子注入、高溫退火后的鉬試片浸入pi^4的銀溶液進(jìn)行 表面浸銀；
浸銀處理可以進(jìn)一步提高鉬箔對銀的電鍍能力。該步驟包括浸銀液的配制和浸銀處 理。配制時(shí)，將硝酸銀和硫脲分別用去離子水溶解，然后將兩種溶液混合放入同一容器中， 不斷地?cái)嚢柚涟咨恋砣芙鉃橹?。用鹽酸調(diào)節(jié)混合溶液的pH值。浸銀處理時(shí)，將銀離子 注入并經(jīng)高溫退火后的鉬箔試片浸在浸銀液中，翻轉(zhuǎn)鉬箔，使浸銀層均勻，直到試片表面
覆蓋一層白色的銀為止。浸銀后的試片一定要經(jīng)過流水的反復(fù)沖洗。所述的浸銀液配方
15g/L的硝酸銀溶液，飽和硫脲溶液，200-220g/L， 1:1的鹽酸調(diào)pH值=4。
5) 使用經(jīng)過銀離子注入、高溫退火和浸銀處理的鉬箔試片為陰極，銀箔為陽極，在 銀鹽鍍液中進(jìn)行電鍍銀；
本發(fā)明選用亞硫酸鹽鍍銀，鍍液成分主要硝酸銀、亞硫酸鈉、磷酸二氫鈉、檸檬酸鈉。 電鍍時(shí)，以銀為陽極，經(jīng)過離子注入、高溫退火和浸銀處理的鉬箔為陰極，調(diào)節(jié)電鍍液的 pH值為6-7，溫度為室溫18-35°C，電流密度為0.4-2 A/dm2。為了使得電鍍層晶粒細(xì)小， 加入添加劑硫代氨基脲。
所述的銀鹽鍍液
AgN03 30 g/L
Na2S03 100g/L
NaH2P04 35g/L
擰檬酸鈉 35g/L
硫代氨基脲 8g/L
6)得到的鍍銀鉬箔試片放置在鈍化溶液中進(jìn)行鈍化時(shí)間4分鐘，隨后自然晾干； 由于銀鍍層本身熱力學(xué)的不穩(wěn)定，在潮濕、鹽霧尤其是當(dāng)自然環(huán)境大氣中含有硫化物 存在時(shí)會產(chǎn)生腐蝕變色。這種腐蝕會嚴(yán)重影響其導(dǎo)電性能和可焊性，造成銀鍍層質(zhì)量的下 降，從而影響整機(jī)產(chǎn)品的性能和可靠性。因此，往往需要在材料電鍍銀后進(jìn)行鈍化處理以 提高其抗硫化物腐蝕的能力。本發(fā)明采用有機(jī)化合物鈍化，也就是在含有硫、氮活性基團(tuán) 的直鏈或雜環(huán)化合物溶液中浸漬一定時(shí)間，銀與有機(jī)物作用生成一層非常薄的銀絡(luò)合物 膜，將銀鍍層與腐蝕介質(zhì)隔離開，達(dá)到防止變色和防硫化物腐蝕的目的。由于該銀絡(luò)合物 膜很薄，不至于影響導(dǎo)電性和可焊性。本發(fā)明所采用的鈍化溶液成分包括苯駢三氮唑 (B.T.A)、碘化鉀、l-苯基5-巰基四氮唑，鈍化時(shí)pH值控制在5 6范圍內(nèi)，溫度為室溫， 時(shí)間約4分鐘。
本發(fā)明進(jìn)行以下測試
1) 電鍍液性能測試
① 通過自然放置和加熱實(shí)驗(yàn)來測試電鍍液的穩(wěn)定性。其中，自然放置是將新配制的 鍍液在空氣中長時(shí)間自然放置，記錄從開始到出現(xiàn)混濁的時(shí)間；加熱實(shí)驗(yàn)則是將新配置的 鍍液，在恒水浴鍋中加熱至50'C，記錄從開始到出現(xiàn)混濁的時(shí)間。
② 采用遠(yuǎn)近陰極法測定電鍍液的均鍍能力。
③ 用增重法測定沉積速度，按鍍層成分分析結(jié)果計(jì)算鍍層平均厚度。
2) 電鍍層的成分EDS檢測。采用英國產(chǎn)的Oxford ISIS 4.0 EDS測試表面成分，檢測 電鍍效果。
3 )電鍍層形貌SEM觀測。采用PHILIPS XL30環(huán)境掃描電子顯微鏡觀察試樣表面形 貌，包括電鍍層晶粒大小、形狀，結(jié)構(gòu)上是否完整和致密。 上述兩項(xiàng)測試的目的在于檢驗(yàn)電鍍工藝的效果。
4) 抗硫化鈉腐蝕試驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)的目的在于檢驗(yàn)鈍化處理的效果。本發(fā)明采用將鍍銀 鉬箔試片放入Na2S濃度恒定的溶液中使其加速腐蝕的方式，來檢測鍍銀鉬箔試片耐腐蝕 的程度。采用三電極體系電化學(xué)測試，獲取其在硫化鈉溶液中的極化電阻。
5) 采用加熱驟冷法檢驗(yàn)銀鍍層和鉬箔的附著強(qiáng)度。在恒溫箱式電阻爐中進(jìn)行加熱， 在200。C下保溫1.5-2h。經(jīng)加熱后，取出試樣立即投入溫度為室溫的水中驟冷，冷熱循環(huán) 4次。對冷至室溫的試樣檢查，鍍層無起皮或剝落為合格，否則評為不合格。
6) 鈍化后的鉬箔互連片導(dǎo)電性測試。對于航天飛行器(衛(wèi)星、飛船和空間站)太陽 能電池帆板互連片材料來講，良好的導(dǎo)電性是基本的要求之一。在電鍍銀后導(dǎo)電性應(yīng)該會 得到很大的改善，但由于鈍化處理在其表面生成了一層非常薄的銀絡(luò)合膜，導(dǎo)電性有可 能受到影響，因此，必須對鈍化后的鉬箔互連片進(jìn)行導(dǎo)電性測試。本發(fā)明采用SDY-5型 雙電測四探針測試儀測量試樣的電導(dǎo)率。為減小測量誤差造成的影響，每個(gè)試樣測五個(gè)點(diǎn)， 然后取平均值。
7)電鍍鉬箔互連片可焊性測試。對于航天飛行器太陽能電池帆板互連片材料來講， 良好的可焊性也基本的要求之一。正因?yàn)榧冦f箔的可焊性較差，所以對其進(jìn)行電鍍銀以改 善其可焊性，而鈍化處理也有可能對可焊性造成影響，所以有必要對最后的可焊性進(jìn)行測 試。本實(shí)驗(yàn)采用流布面積法進(jìn)行測試。流布面積法是將一定質(zhì)量的焊料放在待測試樣表面 上，滴上幾滴松香異丙醇焊劑，放在加熱板上加熱到200。C，保持2min，取下試樣，然后 用面積儀檢査并計(jì)算焊料涂布面積(虛焊面不能一并計(jì)入)，流布面積愈大，鍍層可焊性愈 好。為了使實(shí)驗(yàn)具有更易操作，待冷卻后不測試焊料涂布面積，而是測焊料熔化擴(kuò)散后的 直徑D或平均直徑(熔化后一般為圓形或橢圓形)，D愈大，表示焊接性能愈好，反之愈 差。
本發(fā)明采用金屬等離子注入技術(shù)，結(jié)合傳統(tǒng)的電鍍銀工藝，提供了一種新的航天飛行 器太陽能電池帆板互連片用鉬箔電鍍銀工藝，從而獲得晶粒細(xì)小圓滑、結(jié)構(gòu)致密和抗硫化 物腐蝕能力強(qiáng)的鍍銀層，鉬箔的導(dǎo)電性得到改善，可焊性好。


圖l:本發(fā)明銀離子注入鉬箔裝置示意圖。 圖2:本發(fā)明均鍍能力測試裝置示意圖。 圖3:本發(fā)明電鍍層EDS圖譜。
圖4:本發(fā)明互連片鉬箔鍍銀層的SEM表面形貌觀察。
圖5:本發(fā)明電化學(xué)測試體系示意圖。
圖6:本發(fā)明鈍化后試樣在Na2S溶液中極化電阻的相應(yīng)曲線。
圖7:本發(fā)明可焊性測試示意圖。
具體實(shí)施例方式
結(jié)合實(shí)施例和附圖對本發(fā)明作詳細(xì)描述。
圖1為銀離子注入鉬箔裝置示意圖，其中，l一離子源，2—離子束，3—注入室，4 _樣品，5_靶盤，6—真空擴(kuò)散泵，7—維持泵，8—機(jī)械泵，9一高壓和系統(tǒng)控制柜。該 離子注入機(jī)的組成部件包括離子源、真空注入室、靶盤、真空系統(tǒng)、高壓和控制柜。其中， 真空系統(tǒng)又由擴(kuò)散泵、維持泵和機(jī)械泵組成，真空系統(tǒng)直接與真空注入室通過閥門連接； 靶盤位于注入室中；離子源位于注入室上方，與靶盤傾斜相對。注入時(shí)，離子源加有弧壓、 觸發(fā)壓和高壓。 一
主要操作步驟如下
1、 對規(guī)格為50mm x 40 mm xO.l mm的純鉬箔試片進(jìn)行首先要先經(jīng)細(xì)砂紙打磨，以使 試片的表面狀態(tài)均一，并除掉部分氧化膜。隨后將試片浸在脫脂液
(NaOH:Na2C03:Na2SiOf3:2:l的混合溶液)中進(jìn)行脫脂處理，脫脂處理后的試片要經(jīng)流 水反復(fù)沖洗。清洗后試片表面水膜狀態(tài)均一，不掛液，即為脫脂成功。
2、 脫脂后的試片放入10%的硫酸溶液中進(jìn)行酸洗活化處理，以進(jìn)一步清除試片表面 的氧化物，使試片裸露出純鉬晶格?；罨幚砗蟮脑嚻惨?jīng)流水反復(fù)沖洗，并用去離子 水清洗。
3、 本發(fā)明中銀離子的注入在MEVVAIIA-H源強(qiáng)流離子注入機(jī)上進(jìn)行(北京師范大
學(xué)低能核物理研究所生產(chǎn))，該注入機(jī)參照附圖l所示，工藝參數(shù)選擇結(jié)果列于表l中。
_表l Ag離子注入工藝參數(shù)_
注入離子 Ag的電荷態(tài) 注入能量(keV) 劑量(ions/cm2)
Ag__^_1.7x1017
注入過程示意圖見圖l。注入時(shí)，打開金屬離子注入機(jī)真空室3，將互連片銀箔樣品 4放靶盤5上，啟動真空系統(tǒng)抽真空，真空系統(tǒng)由真空擴(kuò)散泵6，維持泵7，機(jī)械泵8組 成，真空系統(tǒng)與注入室用閥門連接。開始用機(jī)械泵8先抽低真空，當(dāng)?shù)驼婵斩冗_(dá)到lPa以 下后，用擴(kuò)散泵6抽高真空，當(dāng)高真空度達(dá)到lxl(^Pa后，開始調(diào)節(jié)工藝參數(shù)。
首先打開離子源1預(yù)熱5分鐘，然后在高壓和系統(tǒng)控制柜9上將弧壓升至60V (弧壓 表讀值)，觸發(fā)壓升至80V (觸發(fā)壓表讀值)。將弧壓和觸發(fā)壓調(diào)完后，升負(fù)壓至2KV，高 壓升至50KV，進(jìn)行觸發(fā)開始注入工作。注入過程不斷調(diào)節(jié)觸發(fā)頻率，保持束流密度為 2.0~2.5 nA'cm—2左右，注入期間真空度保持在lxlO—3Pa以下。
注入結(jié)束后，先不^(每試樣取出，放在真空室中過夜，然后打開真空室取出試樣。
4、 采用高真空燒結(jié)爐，在高真空狀態(tài)(lxlO—3Pa)和700'C溫度下保溫2小時(shí)進(jìn)行退 火處理。
5、 對銀離子注入并經(jīng)過高溫真空退火的鉬箔試片表面進(jìn)行浸銀工藝預(yù)處理。浸銀液 的配制過程為稱取一定量的硝酸銀和硫脲(化學(xué)純)，分別用去離子水溶解，使硝酸銀 溶液濃度為15g/L，硫脲溶液濃度為200-220g/L(飽和狀態(tài))。將兩種溶液混合放入同一容器 中，不斷地?cái)嚢柚涟咨恋砣芙鉃橹埂Ｓ胠:l的鹽酸將混合溶液的pH值調(diào)節(jié)至4。配好的溶 液如有過量的硫脲沉于底部，屬于正?，F(xiàn)象，不用過濾。浸銀的溫度控制在42-48'C。
將經(jīng)上述工序處理好的鉬箔試片浸在浸銀液中，翻轉(zhuǎn)鉬箔，使浸銀層均勻，直到試片 表面覆蓋一層白色的銀為止。浸銀后的試片一定要經(jīng)過流水的反復(fù)沖洗，以避免將浸銀液 帶入鍍槽，污染鍍液。
6、 電鍍
(1) 本發(fā)明選用亞硫酸鹽鍍銀，所用各種試劑均為化學(xué)純，鍍液用去離子水配制。 陰極為銀離子注入、高溫退火和浸銀處理的鉬箔試片，陽極使用銀箔。
(2) 酸度對鍍層的表觀狀態(tài)影響不大，但對其抗變色性能有一定的影響,pH在6.5左 右較宜。為便于實(shí)際操作，本發(fā)明將pH值控制在6-7之間。
鍍銀配方及工藝條件為
AgN0330g/L
Na2S03100g/L
NaH2P0435g/L
檸檬酸鈉35g/L
硫代氨基脲8g/L
pH6.5
溫度25°C
電流密度0.4國2A.dm2
其中，硫代氨基脲為添加劑。
(3)鍍液穩(wěn)定性測試
① 自然放置實(shí)驗(yàn)
在容器中放入50mL新配置的鍍液，在空氣中長時(shí)間自然放置，記錄從開始到出現(xiàn)混 濁的時(shí)間。
② 加熱實(shí)驗(yàn)
在100mL的敞口燒杯中盛入50mL新配置的鍍液，在恒水浴鍋中加熱至50°C，記錄 從開始到出現(xiàn)混濁的時(shí)間。
鍍液穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，自然放置實(shí)驗(yàn)經(jīng)過l個(gè)月鍍液仍沒有出現(xiàn)沉淀；加熱實(shí)驗(yàn) 中經(jīng)過80小時(shí)鍍液沒有出現(xiàn)沉淀，這表明本發(fā)明配制的鍍液具有良好的穩(wěn)定性。
(4) 測試均鍍能力
用遠(yuǎn)近陰極法測定均鍍能力。渡槽為透明有機(jī)玻璃燒杯，陰極采用厚度為3(Him的鉬 箔，尺寸為50"0mm，工作表面平滑光亮，非工作面用環(huán)氧樹脂密封，使用與陰極相同 尺寸的帶孔陽極純銀箔，實(shí)驗(yàn)電流為2A，如圖2所示，IO—陽極，11—鍍液，12—近陰 極，13—遠(yuǎn)陰極，14一電源。
在室溫下電鍍30min后取出陰極清洗干凈，在105-115'C的烘箱中干燥15min，準(zhǔn)確 稱量近遠(yuǎn)陰極的增重nu和m2。
均鍍能力T按下式計(jì)算
r =——^xioo% 《-i
式中K為遠(yuǎn)近陰極與陽極間距之比，本實(shí)驗(yàn)采用5: 1。
結(jié)果表明，本發(fā)明所用鍍液的均鍍能力T=92.9%。
(5) 沉積速度的測定。
用增重法測定沉積速度，按鍍層成分分析結(jié)果計(jì)算鍍層平均厚度。
/
v = —
式中v為沉積速度，l為沉積層尺寸，t為沉積時(shí)間。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明中所用電鍍法在室溫下，陰極電流密度Dk=3A.dm—2時(shí)，沉積 速度為90-ll(Vnrh"。
7、 能譜分析
鉬箔表面銀電鍍層EDS能譜圖見圖3。由能譜圖3可以看出，本實(shí)驗(yàn)的電鍍層主要由 銀元素構(gòu)成，銀被成功地電鍍到了鉬互連片的表面。
8、 銀鍍層掃描電鏡形貌觀察
圖4為銀鍍層形貌SEM照片。從圖4中可以看出,所得鍍層結(jié)晶細(xì)致，晶粒圓滑，晶 粒分布均勻。
9、 鈍化處理
由于鍍銀層極易與空氣中的硫發(fā)生反應(yīng)而變色，因此需對其進(jìn)行鈍化試驗(yàn)。鈍化工藝
為
苯駢三氮唑(B.T.A) 5g/L 碘化鉀(KI) 2g/L
1-苯基5-巰基四氮唑
0.5g/L 5-6
PH
溫度 時(shí)間
鈍化完之后自然晾干。
10、 抗硫化鈉腐蝕試驗(yàn)
本發(fā)明采用將鍍銀鉬箔試片放入Na2S濃度恒定的溶液中使其加速腐蝕的方式，來檢 測鍍銀試片耐腐蝕的程度。
電化學(xué)測試采用三電極體系，示意圖如圖5所示，其中15-Na2S溶液，W為待測試 試樣，R為飽和甘汞電極(SCE)， A為不銹鋼輔助電極。輔助電極為不銹鋼電極，采用飽 和甘汞電極(SCE)作為參比電極。工作電極為鍍銀前后的純鉬箔，工作電極工作面面積 為20x20 mm2，非工作面用環(huán)氧樹脂密封，工作介質(zhì)為l%Na2S溶液。實(shí)驗(yàn)前，把試樣在 Na2S溶液中浸泡30 min，使其表面狀態(tài)穩(wěn)定。在室溫25±3 'C下進(jìn)行測試。測試系統(tǒng)由 PRINCETON公司的PARSTAT 2273電化學(xué)測試系統(tǒng)和PowerSuite軟件組成。
極化曲線在相對于腐蝕電位-10mV至IJ+10mV線性極化范圍內(nèi)測量。電位掃描速度為 0.166 mV/s。
圖6為鈍化后互連片試樣在Na2S溶液中極化電阻的相應(yīng)曲線，由該曲線獲得鈍化后 試樣在Na2S溶液中的極化阻力(Rp)為86.472Q.cm2，而未經(jīng)鈍化處理的極化阻力為 31.632Q.cm2。這說明鈍化后的互連片具有較強(qiáng)的抗Na2S腐蝕的能力。實(shí)際觀察也發(fā)現(xiàn)互 連片外表顏色不發(fā)生改變。
11、 采用加熱驟冷法檢驗(yàn)銀鍍層和鉬箔的附著強(qiáng)度。將鈍化前后電鍍銀的鉬箔放入恒 溫箱式電阻爐中進(jìn)行加熱，在200。C下保溫1.5-2h。經(jīng)加熱后，取出試樣立即投入溫度為 室溫的水中驟冷，冷熱循環(huán)4次。對冷至室溫的試樣檢查，結(jié)果表明鈍化前后電鍍銀鉬 箔均無起泡(層)、無脫皮(落)、無裂紋、無發(fā)皺、無龜裂。
12、 互連片鈍化前后導(dǎo)電性測試
本發(fā)明采用SDY-5型雙電測四探針測試儀測量互連片鈍化前后的電導(dǎo)率。為減小測 量誤差造成的影響，每個(gè)試樣測五個(gè)點(diǎn)，然后取平均值。
該儀器測量硅片電阻率的范圍為0.001-200 Q.cm(可擴(kuò)展)，測量方塊電阻的測量范圍 為0.01-2000 Q.cm (可擴(kuò)展)；樣品厚度要求為不超過3.00mm;樣品臺的最大尺寸d為 100mm (J-2B)和200mm) (J-51);模擬電路測試誤差為小于等于0.3%+1字；整機(jī)測
量最大相對誤差小于等于+5%;整機(jī)測量標(biāo)準(zhǔn)不確定度小于等于5%;電源為交流電，工
作電壓為220V+10%，功率小于25W。未電鍍銀的純鉬箔的電導(dǎo)率平均為1.82xlO入Q+m"， 而電鍍銀的鉬箔的電導(dǎo)率平均為6.5xl(^Q"Tn—1，經(jīng)過鈍化處理后的試樣電導(dǎo)率為 6.31xlO入Q"Tn—1。這說明電鍍銀對提高鉬箔導(dǎo)電性效果顯著，鈍化處理對導(dǎo)電性影響不大。
13、 互連片焊接性能測試 本發(fā)明采用流布面積法測試。
流布面積法是將一定質(zhì)量的焊料放在待測試樣(鈍化前后的鍍銀鉬箔)表面上，滴上 幾滴松香異丙醇焊劑，放在加熱板上加熱到200'C，保持2min，取下試樣，然后用面積儀 檢查并計(jì)算焊料涂布面積(虛焊面不能一并計(jì)入)，如示意圖7所示，16-基體，17-焊料。
評定方法流布面積愈大，鍍層可焊性愈好。為了使實(shí)驗(yàn)具有更易操作，待冷卻后不測試 焊料涂布面積，而是測焊料熔化擴(kuò)散后的直徑D或平均直徑(由于熔化后一般為圓形或橢 圓形，測量其長段徑)，D愈大，表示焊接性能愈好，反之愈差。
采用的焊料為含錫40% 4)2.0的錫焊絲；焊劑是25%的松香異丙醇中性焊劑。結(jié)果 見表2。
_^_表2鉬箔焊接性能測試結(jié)果_
擴(kuò)散后的橢圓(mm)
^箔&理工藝_ 長徑 短徑
純鉬箔 5 2
鉬箔鍍銀、未鈍化 18 14
鉬箔鍍銀、鈍化 17 12
結(jié)果表明，鍍銀后的試樣可焊性均比純鉬箔有了很大的提高，達(dá)到了要求。同時(shí)，測 試結(jié)果也表明，有機(jī)物BTA的鈍化實(shí)驗(yàn)在顯著提高鍍銀層耐腐蝕性能的同時(shí)，也造成焊 接性能輕微下降，對焊接性能影響不大。
權(quán)利要求
1、一種航天飛行器太陽能電池帆板互連片用鉬箔的電鍍銀工藝，其特征在于主要包括鉬箔的預(yù)處理、離子注入、高溫退火處理、浸銀處理、電鍍銀和鈍化處理，具體步驟1)互連片純鉬箔試片經(jīng)過打磨、脫脂處理、水洗、硫酸溶液酸洗、水洗完成預(yù)處理；2)在離子注入機(jī)上將銀離子注入鉬箔試片中，真空室中過夜后取出；3)在高真空爐中于真空度為1×10-3Pa和700℃溫度下保溫2小時(shí)進(jìn)行退火；4)在42-48℃下，銀離子注入后并經(jīng)過高溫退火的鉬試片浸入pH＝4的浸銀液中，對表面再進(jìn)行浸銀處理；5)使用經(jīng)過銀離子注入、高溫退火和浸銀處理的鉬箔試片為陰極，銀箔為陽極，在銀鹽鍍液中進(jìn)行電鍍銀；6)得到鍍銀鉬箔試片放置在鈍化溶液中進(jìn)行鈍化時(shí)間4分鐘后自然晾干。
2、 按照權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于所述的硫酸溶液為10%的硫酸溶液。
3、 按照權(quán)利要求1所述的工藝,其特征在于所述的純鉬箔試片為50 x 40 x0.1 mm。
4、 按照權(quán)利要求.l所述的工藝，其特征在于所述的離子注入過程工藝參數(shù)為 弧壓升至60V，觸發(fā)壓升至80V，負(fù)壓升至2KV，高壓升至50KV，注入過程中不斷調(diào)節(jié)觸發(fā)頻率，保持束流密度為2.0~2.5 uA·cm-2，注入期間真空度保持在1*10-3Pa以下。
5、 按照權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于所述的銀離子的注入的劑量為1.7M017 ions/cm2，注入能量為105keV。
6、 按照權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于所述的浸銀液配方15g/L的硝酸銀溶 液，飽和硫脲溶液，200-220g/L， 1:1的鹽酸調(diào)節(jié)pH值二4。
7、 按照權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于所述的銀鹽鍍液和工藝參數(shù)AgN03 30 g/LNa2S03 100g/L NaH2P04 35g/L 檸檬酸鈉 35g/L 硫代氨基脲 8g/L pH 6-7 溫度 25°C 電流密度 0.4-2A.dm2。
8、 按照權(quán)利要求1所述的處理工藝，其特征在于所述的鈍化溶液的組成苯駢三氮哇(B.T.A) 5g/L 碘化鉀(KI) 2g/L l-苯基5-巰基四氮唑 0.5g/L pH 5-6 溫度 25°C 時(shí)間 4min。
9、 一種權(quán)利要求1所述的工藝中使用的離子注入機(jī)裝置，其特征在于它是強(qiáng)流離子 注入機(jī)，該離子注入機(jī)的組成部件包括離子源、真空注入室、靶盤、真空系統(tǒng)、高壓和控 制柜。其中，真空系統(tǒng)又由擴(kuò)散泵、維持泵和機(jī)械泵組成，真空系統(tǒng)直接與真空注入室通 過閥門連接；靶盤位于注入室中；離子源位于注入室上方，與靶盤傾斜相對。注入時(shí)，離 子源加有弧壓、觸發(fā)壓和高壓。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種航天飛行器太陽能電池帆板互連片用鉬箔的電鍍銀工藝，包括的步驟是鉬箔的打磨和脫脂處理、酸洗活化處理、銀金屬等離子注入、高溫退火處理、浸銀處理、電鍍銀、電鍍層的成分EDS檢測、形貌SEM觀察、電鍍鉬箔的鈍化處理、電鍍鉬箔的導(dǎo)電性和可焊性測試。本發(fā)明提出采用真空金屬等離子注入技術(shù)，將金屬元素按照一定能量和劑量注入到經(jīng)過打磨、脫脂處理和酸洗活化處理的鉬箔互連片材料中，經(jīng)過真空高溫退火后進(jìn)行浸銀處理。隨后再進(jìn)行無氰電鍍銀，從而在鉬箔上獲得結(jié)合緊密，晶粒細(xì)小圓滑和結(jié)構(gòu)致密的鍍銀層。對電鍍鉬箔鈍化處理后鍍銀層具有了抗硫化物腐蝕的能力。同時(shí)，電鍍后鋁箔的導(dǎo)電性和可焊性有了很大的提高，沒有受到鈍化處理的影響。
文檔編號H01J37/317GK101393947SQ20081015281
公開日2009年3月25日 申請日期2008年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月5日
發(fā)明者萬怡灶, 芳 何, 呂海峰, 王玉林, 遠(yuǎn) 黃 申請人:天津大學(xué)