Odată cu avansarea vremurilor și cerințele tot mai mari pentru produse electronice mai subțiri și mai ușoare, procesele de fabricație a plăcilor de circuite se îmbunătățesc în mod constant. În ultimii ani, anozii de titan au fost recunoscuți și înțeleși treptat de mai mulți oameni în procesul de placare cu cupru PCB. În comparație cu bilele tradiționale de cupru fosfor, care continuă să se dizolve în timpul utilizării, anozii de titan rămân stabili ca formă și nu suferă reacții de dizolvare în timpul utilizării, așa că sunt numiți anozi insolubili și sunt numiți și anozi stabili dimensional. Odată cu îmbunătățirea cerințelor produsului, cerințele procesului de placare cu cupru PCB sunt, de asemenea, în creștere. Anozii de titan prezintă treptat avantaje față de bilele de bronz fosforat și înlocuiesc treptat cota de piață a bilelor de bronz fosforat. Acest articol va oferi o introducere generală asupra anozilor de titan și va combina deceniile noastre de experiență în dezvoltarea și fabricarea anozilor de titan pentru a împărtăși cunoștințele și experiența în proiectarea și utilizarea anozilor de titan, astfel încât mai mulți oameni să poată înțelege anozii de titan. Anodul are o înțelegere mai aprofundată.
1. Introducere în anodul de titan
1.1 Definiția anodului de titan
Anodul de titan este denumit în general DSA (DimensionalStable Anode), care este un anod stabil dimensional. În timpul utilizării, anodul de titan nu suferă o reacție de dizolvare, menținând astfel stabilitatea dimensională. Prin urmare, anodul de titan este un anod insolubil. Anodul de titan nu este un electrod metalic simplu, ci un electrod acoperit: anodul de titan este un material de electrod compozit care folosește titanul ca metal de bază și este acoperit cu un strat electrocatalitic pe suprafață. Deși multe materiale pot fi transformate în acoperiri, cele mai utilizate pe scară largă sunt acoperirile cu elemente din grupul de platină, adesea numite acoperiri cu metale prețioase, care includ în principal următoarele trei tipuri: platină (metale), oxid de ruteniu și oxid de iridiu (toți oxizi de metal ceramici). ). Prin urmare, un anod de titan poate fi definit ca un material de electrod care folosește titan metalic ca material de bază, folosește metale din grupa platinei și oxizii acestora ca acoperiri de suprafață și are conductivitate electrică și activitate catalitică chimică ridicată.
1.2 Istoricul dezvoltării anozilor de titan
Apropo de istoria anozilor de titan, nașterea acestuia este inseparabilă de olandezul Henry Beer (HB Beer). Datând din 1957, Beer a preluat conducerea în inventarea tehnologiei de galvanizare a platinei pe metal de titan, a solicitat un brevet și a fondat MAGNETOCemie (predecesorul MAGNETO Chemie). În 1967, Beer a inventat o metodă de formare a unei pelicule de oxid de metal pe metal de titan. Un exemplu specific de implementare a folosit oxidul de ruteniu ca anod pentru electroliza apei sărate, ceea ce a promovat mari schimbări în industria clor-alcalin. Această acoperire este încă utilizată pe scară largă în diverse reacții electrochimice de evoluție a clorului astăzi. Odată cu cercetările aprofundate asupra diferitelor metale din grupa platinei și a oxizilor acestora, în anii 1970, acoperirile de oxid de metal mixt iridiu-tantal au fost dezvoltate cu succes și au început treptat să fie utilizate în reacțiile electrochimice de evoluție a oxigenului. Astăzi, anozii de titan se bazează pe performanța lor superioară și sunt utilizați pe scară largă în multe domenii electrochimice, inclusiv industria chimică (industria clor-alcalină), sinteza organică electrolitică, galvanizarea, protecția catodică, producția și dezinfecția de clor electrolitic industrial și civil și alte domenii de aplicare. .
Începând cu anii 1990, anozii de titan au fost utilizați în procesele de placare cu cupru PCB și au fost dezvoltați și îmbunătățiți în continuare în primul deceniu al acestui secol. În ultimii 10 ani, odată cu îmbunătățirea cerințelor de capacitate a procesului PCB, anozii de titan au început treptat să înlocuiască anozii solubili - bile de cupru fosfor cu avantajele lor unice. În funcție de cerințele de galvanizare, anozii de titan pot fi utilizați nu numai pentru placarea DC, ci și pentru placarea cu impuls invers. În viitor, pe măsură ce cerințele procesului de placare cu cupru cresc și mai mult, anozii de titan vor continua să fie cercetați și dezvoltați pentru a se adapta la noile condiții de galvanizare.
2. Principiul de reacție al anodului de titan
Anodul de titan este un anod insolubil, iar procesul de reacție a anodului în timpul funcționării este semnificativ diferit de cel al anozilor solubili (bile de cupru fosfor).
Reacția anodică a anodului solubil este un proces de reacție chimică simplă în care metalul pierde electroni și se dizolvă; reacția anodică a anodului insolubil este în esență o reacție de electroliză a apei, iar produșii de reacție sunt ioni de oxigen și hidrogen. Diferența dintre reacțiile chimice anodice dintre anozii insolubili și anozii solubili poate fi rezumată în următoarele trei puncte: i. Produși de reacție diferiți; ii. Procese de reacție diferite; iii. Potenţiale de reacţie diferite. Acest lucru determină, de asemenea, că în condiții specifice de aplicare, performanța anozilor de titan și cerințele pentru echipamente au propriile lor particularități.
i. Produșii de reacție sunt diferiți
După cum se poate observa din ecuația de reacție de mai sus, cel mai convenabil lucru despre utilizarea anozilor solubili este că tot metalul depus pe catod provine din metalul dizolvat în reacția anodului, realizând astfel echilibrul metalic în sistemul de galvanizare. Când se utilizează un anod insolubil, nu numai că nu se produc ioni metalici corespunzători la capătul anodului, dar se produc și ioni de hidrogen suplimentari. Prin urmare, pentru anozii insolubili, în timp ce se completează ionii de cupru, trebuie consumați și ioni de hidrogen în exces pentru a menține echilibrul întregului sistem de galvanizare. În prezent, soluția principală este utilizarea oxidului de cupru. Prin urmare, orice utilizare a anozilor de titan necesită aproape întotdeauna un sistem suplimentar de adăugare de pulbere de oxid de cupru, care este cea mai mare diferență față de sistemul cu bile de cupru fosfor.
ii. Procesul de reacție este diferit
Procesul de reacție anodic al anodului solubil este relativ simplu. Reacția finală care are loc este aceea că cuprul ({0}} valență) este transformat în ioni de cupru (+2 valență), iar reacția sa secundară va produce, de asemenea, parțial ioni de cupru (+1 valență); anodul anodului insolubil Reacția este un proces de reacție electrocatalitică care implică acoperirea cu oxid de metal prețios pe suprafața anodului de titan. Reacția de bază este reacția anodică a apei de electroliza, iar produsele finale sunt ionii de oxigen și hidrogen. În timpul acestui proces de reacție, acoperirea nu numai că va provoca o mare cantitate de descompunere a aditivilor din soluția de placare prin contact, dar reacția va produce, de asemenea, intermediari puternic oxidanți, inclusiv atomi de oxigen, radicali hidroxil etc., care vor provoca, de asemenea, suplimentari. descompunerea aditivilor. Acest lucru creează un obstacol foarte mare în calea utilizării anozilor insolubili - în comparație cu anozii solubili, anozii insolubili vor provoca un consum suplimentar de aditivi și vor crește semnificativ costurile de operare ale procesului de placare cu cupru PCB.
iii. Potenţiale de reacţie diferite
În timpul procesului de galvanizare, capătul anodului anodului insolubil suferă o reacție de electroliză a apei, iar potențialul electrod standard al acestei reacții este semnificativ mai mare decât cel al anodului solubil. În același timp, deoarece rezistivitatea titanului este mai mare decât a cuprului; și, în general, densitatea de curent mai mare este adesea folosită atunci când se utilizează anozi de titan. Acest lucru duce la faptul că tensiunea întregului sistem de galvanizare este semnificativ mai mare decât cea a anozilor solubili atunci când sunt utilizați anozi de titan. Această diferență de tensiune este cel puțin mai mare de 1V, sau chiar 2V. În comparație cu sursa de alimentare potrivită pentru bile de cupru fosfor, trebuie luată în considerare în prealabil proiectarea tensiunii sursei de alimentare pentru anozi insolubili. Desigur, din perspectiva costului, costul sursei de alimentare va crește în mod corespunzător.
3. Avantajele și dezavantajele anozilor de titan
3.1 Avantajele anozilor de titan
În comparație cu bilele de cupru fosfor, anozii de titan aduc avantaje incomparabile, deoarece sunt un tip de anod complet diferit. Pentru a rezuma, avantajele anozilor de titan se reflectă în principal în următoarele puncte.
i.Avantaje ale uniformității stabile a placajului
Avantajul uniformității galvanizării anozilor de titan înseamnă că utilizarea anozilor insolubili poate menține o uniformitate stabilă a galvanizării pentru o lungă perioadă de timp, care este determinată de caracteristicile anodului insolubil în sine. În timpul procesului de galvanizare, pentru a asigura stabilitatea uniformității galvanizării, este necesar să se asigure că condițiile de galvanizare sunt controlabile și stabile. Un punct foarte important este menținerea uniformității de descărcare de la capătul anodului la capătul catodului. Stabilitatea descărcării de la capătul anodului la capătul catodului este determinată în mare măsură de dimensiunile relative ale celor doi. În procesul de placare cu cupru PCB, bilele de cupru fosfor solubil utilizate se vor dizolva pe măsură ce galvanizarea continuă, rezultând o reducere a dimensiunii anodului (în principal înălțimea anodului) și o modificare a zonei relative. Prin urmare, este imposibil să se mențină uniformitatea de descărcare a anodului pentru o lungă perioadă de timp folosind bile de cupru fosfor. Anozii insolubili sunt numiți și „anozi stabili dimensional”, ceea ce înseamnă că dimensiunea anodului anodului insolubil rămâne stabilă pe o perioadă lungă de utilizare. În acest moment, este necesar doar să se asigure că acoperirea de pe suprafața anodului de titan nu a eșuat pe durata de viață a anodului și are încă capacități de descărcare și electrocatalitică, astfel încât să se asigure stabilitatea descărcării de la capătul anodului la capătul catodului. De obicei, după ce anodul insolubil este instalat online, este necesară doar reglarea uniformității de placare pentru prima dată (cum ar fi ajustarea dimensiunii și poziției plăcii de ecranare), iar o distribuție stabilă a grosimii placarii poate fi obținută pentru o lungă perioadă de timp. , care poate fi realizat pe tot parcursul ciclului de viață a anodului. „o dată pentru totdeauna” în interior.
ii. Eficiență mai mare a producției
În comparație cu bilele de cupru fosfor, îmbunătățirea eficienței producției adusă de anozii de titan se reflectă în principal în următoarele două aspecte:
Pe de o parte, anozii de titan pot funcționa la densități de curent mai mari. Datorită pasivării filmului de fosfură pe suprafața bilei de cupru fosfor, densitatea maximă de curent de funcționare a bilei de cupru fosfor nu poate depăși 2,5 ~ 3 ASD; în timp ce densitatea maximă de curent pe care o poate rezista anodul de titan este de zeci de ori mai mare decât cea a bilei de cupru fosfor (de exemplu, în domeniul galvanizării oțelului, densitatea curentului de lucru a anozilor de titan poate ajunge la mai mult de 100 ASD). Prin urmare, prin sprijinirea echipamentelor și potrivirea condițiilor corespunzătoare de galvanizare, anozii de titan au potențialul de a obține o productivitate mai mare a echipamentului și o eficiență de producție mai mare.
Pe de altă parte, anozii de titan evită problemele de întrerupere a producției cauzate de adăugarea și întreținerea regulată a procesului de bile de cupru fosfor. Când se folosesc bile de bronz fosforat, bilele de bronz fosforat consumate trebuie completate la intervale regulate. Înainte de a adăuga noi bile de bronz fosfor, acestea trebuie curățate. Nu pot fi produse imediat după adăugarea lor. Este nevoie de o anumită perioadă de funcționare a cilindrului electrolitic pentru a forma o peliculă de fosfatare pe suprafață. Bilele de bronz fosfor care au fost folosite de mult timp sunt aproape de starea reziduală, așa că trebuie curățate complet din coșul de titan pentru a evita problemele de calitate a galvanoplastiei. Aceste operațiuni de întreținere inevitabile fac ca echipamentele de placare cu cupru care folosesc bile de bronz fosfor nu doar să nu poată funcționa neîntrerupt pentru o perioadă lungă de timp, dar și să consume multă forță de muncă. Când utilizați anozi de titan, dispozitivul de adăugare a pulberii de oxid de cupru pentru completarea ionilor de cupru este independent și nu este nevoie să opriți mașina pentru a completa pulberea de oxid de cupru. În același timp, anodul de titan în sine este, de asemenea, „fără întreținere”, adică în timpul ciclului de viață al anodului de titan, în principiu, nu este nevoie de curățare suplimentară a anodului de titan. Prin urmare, utilizarea anozilor de titan poate realiza teoretic o producție complet neîntreruptă, economisind astfel mult timp de întreținere și investiții în forță de muncă.
iii. Control mai stabil al procesului
Utilizarea anozilor de titan poate menține componentele soluției de galvanizare într-o stare mai stabilă, ceea ce este avantajul adăugării de pulbere de oxid de cupru.
Pe de o parte, deoarece grosimea filmului de fosfatare de pe suprafața bilei de cupru fosforat este dificil de controlat perfect, pe premisa de a evita ca filmul de fosfatare să fie prea gros, ceea ce va duce la pasivarea bilei de cupru fosforat, bila de cupru fosfor va fi adesea prea dizolvată, ceea ce va duce la pierderea lichidului din poțiune. Creșterea continuă a concentrației ionilor de cupru. Concentrația ionilor de cupru joacă un rol vital în valoarea TP a găurilor placate. Prin urmare, fluctuațiile concentrației ionilor de cupru vor afecta într-o anumită măsură stabilitatea efectului de placare a găurilor. În același timp, în timpul procesului de dizolvare a bilelor de cupru fosfor, se vor consuma ioni de clorură suplimentari din soluția de placare. Pe de o parte, fluctuația ionilor de clorură va reacționa asupra grosimii filmului de fosfatare și, pe de altă parte, va determina, de asemenea, fluctuația efectului aditivilor de galvanizare. Această situație nu va apărea atunci când folosiți anozi de titan. Trebuie doar să controlați strict cantitatea de pulbere de oxid de cupru adăugată pentru a controla complet concentrația ionilor de cupru; în același timp, concentrația ionilor de clorură în sine poate fi menținută într-o stare foarte stabilă.
Pe de altă parte, utilizarea bilelor de cupru fosfor este mai probabil să provoace contaminarea soluției de placare, ducând la defectarea prematură a aditivilor de placare. Bilele de cupru fosfor sunt prelucrate prin topire și laminare, în timp ce pulberea de oxid de cupru este produsă prin dizolvarea materiei prime de cupru în soluție, purificarea și precipitarea în continuare a precursorului de oxid de cupru în soluție și, în final, calcinarea acestuia. Pulbere de oxid de cupru. În comparație cu cele două procese de prelucrare, procesul de prelucrare a pulberii de oxid de cupru este mai convenabil pentru a controla puritatea materiilor prime. Relativ vorbind, în condiții bune de control, conținutul de impurități din pulberea de oxid de cupru va fi mai mic decât cel al bilelor de cupru fosfor. În timpul utilizării pe termen lung, fie că este vorba de bile de cupru fosfor sau de pulbere de oxid de cupru, impuritățile se vor dizolva și se vor acumula în soluția de placare. Aditivii de galvanizare sunt adesea destul de sensibili la conținutul de ioni de impurități din soluția de galvanizare. Când ionii de impurități din soluția de galvanizare ating o anumită concentrație, ei vor afecta efectul aditivilor de galvanizare, afectând astfel în mod negativ efectul de galvanizare. Prin urmare, sistemul de galvanizare care utilizează anozi de titan poate menține lichidul din baie într-o stare de poluare relativ scăzută și poate face ca lichidul din baie să dureze mai mult. Acest lucru nu numai că reduce costul suplimentar al pregătirii rezervorului cauzat de defectarea prematură a băii de placare, dar reduce și costul băii în timpul utilizării. Impactul impurităților va fi, de asemenea, mai asigurat.
iv. Capabilitati mai mari de proces
Capacitatea procesului de galvanizare depinde în principal de două aspecte: proiectarea echipamentului și suportul sistemului de galvanizare.
În ceea ce privește proiectarea echipamentului, utilizarea bilelor din bronz fosforat limitează proiectarea echipamentului, deoarece sistemul de bile din bronz fosforat nu poate scăpa de modul de combinare a „bile de bronz fosforat-coș de titan-anod sac”. Acest sistem de bile din bronz fosfor determină și metoda de galvanizare. Este o metodă de placare verticală. Utilizarea anozilor de titan poate scăpa complet de modul de placare verticală. Deoarece anozii de titan pot fi complet personalizați, fluxul de jet al echipamentului, circulația, distribuția anodului, forma anodului și alte aspecte pot fi reproiectate și optimizate. Acest lucru oferă echipamentului o varietate de posibilități și oferă, de asemenea, capabilități ale echipamentului de galvanizare (cum ar fi îmbunătățirea suplimentară a uniformității galvanizării, densitatea curentului de funcționare etc. oferă condiții prealabile.
În ceea ce privește suportul sistemului de galvanizare, în comparație cu problema de poluare a soluției de placare cauzată de sistemul cu bile de cupru fosfor, anozii de titan pot oferi capacități mai mari de galvanizare. Prin urmare, direcția de dezvoltare a noilor aditivi de galvanizare s-a mutat practic către adaptarea anozilor de titan, în special este dezvoltarea și adaptarea aditivilor pentru noi aplicații și cerințe mai mari. Alegerea anodului de titan înseamnă a alege posibilitatea dezvoltării viitoare.
3.2 Dezavantaje și selecția anozilor de titan
În comparație cu bilele de cupru fosfor, dezavantajele anozilor de titan pot fi rezumate la unul singur, care este costul. Costul este cel mai important motiv care împiedică anozii de titan să înlocuiască complet bilele de cupru fosfor.
i. Costul investiției în echipamente este ridicat
Problema costului investiției în echipamente este concentrată în principal în următoarele aspecte: În primul rând, sistemul de anod de titan necesită un sistem suplimentar de adăugare de pulbere de oxid de cupru. Pentru un control mai bun, se recomandă utilizarea în același timp a unui sistem de control online a medicamentelor; în al doilea rând, sursa de alimentare potrivită pentru anozii de titan trebuie să fie mai mare. Proiectarea tensiunii de lucru a adus o creștere a costului de producție a sursei de alimentare pentru anozi de titan; în al treilea rând, costul anozilor de titan este mult peste cel al coșurilor de titan cu sisteme de bile din bronz fosfor (datorită oxidului de metal prețios de pe suprafața anozilor de titan, costul acoperirii). Pe scurt, utilizarea anozilor de titan va aduce îmbunătățiri semnificative bugetului general al unei game de echipamente.
ii. Costuri de operare mai mari
Costurile de exploatare includ costurile de înlocuire a accesoriilor (anozi de titan) și costurile de producție și producție.
Pe de o parte, anodul de titan trebuie să aibă o durată de viață corespunzătoare. După o perioadă de utilizare, performanța de descărcare sau performanța de galvanizare a anodului de titan va scădea și chiar este posibil să nu poată continua să îndeplinească cerințele ridicate ale galvanizării. În general, anozii de titan trebuie evaluați și înlocuiți după 1 până la 2 ani de utilizare. Costul de înlocuire al anodului de titan este mult mai mare decât cel al coșului de titan al sistemului de bile din bronz fosfor.
Pe de altă parte, în ceea ce privește costurile de fabricație, față de bilele de cupru fosforat, costul suplimentar cauzat de anozii de titan provine în principal din consumul suplimentar de aditivi de placare cu cupru. În comparație cu bilele de cupru fosfor, anozii de titan vor duce la o creștere semnificativă a nivelului de consum unitar al aditivilor de placare cu cupru. Prin urmare, modul de control al consumului de aditivi într-un nivel rezonabil este un indicator de evaluare important pentru clienți pentru a evalua calitatea produselor cu anod de titan. În ceea ce privește consumul de cupru, ținând cont de prețul unitar și rata de pierdere de material a bilelor de cupru fosfor și a pulberii de oxid de cupru, nu va exista un decalaj deosebit de mare în costurile reale de utilizare ale celor două.
3.3 Selectarea anodului de titan
Alegerea anodului de titan este o alegere între cost și calitate. Pe de o parte, utilizarea anozilor de titan poate îmbunătăți de fapt capacitățile procesului și poate îmbunătăți calitatea produsului. În unele cazuri, utilizarea sau nu a anozilor de titan determină dacă un producător are capacitățile de fabricație ale unui anumit produs; pe de altă parte, utilizarea anozilor de titan va fi o îmbunătățire evidentă în comparație cu bilele de bronz fosforat, atât în ceea ce privește costurile de investiții unice ale echipamentelor, cât și costurile de operare ulterioare. Când beneficiile depășesc costurile, este clar că anozii de titan vor fi într-adevăr alegerea naturală. Mai mult, în unele cazuri, dacă nu se folosesc anozi de titan, capacitatea de fabricație a unui anumit produs se va pierde, anozii de titan au devenit o alegere inevitabilă. Pe măsură ce cererea de produse continuă să crească, îmbunătățirile capacităților proceselor sunt, de asemenea, cerințe permanente. Pe termen lung, alegerea anozilor de titan va fi inevitabil o direcție de dezvoltare din ce în ce mai sigură.
produse conexe în ehisen
