Com o avanço dos tempos e os crescentes requisitos para produtos eletrônicos mais finos e leves, os processos de fabricação de placas de circuito também estão melhorando constantemente. Nos últimos anos, os ânodos de titânio foram gradualmente reconhecidos e compreendidos por mais pessoas no processo de revestimento de cobre PCB. Em comparação com as bolas tradicionais de fósforo e cobre, que continuam a se dissolver durante o uso, os ânodos de titânio permanecem estáveis em forma e não sofrem reações de dissolução durante o uso, por isso são chamados de ânodos insolúveis e também são chamados de ânodos dimensionalmente estáveis. Com a melhoria dos requisitos do produto, os requisitos do processo de revestimento de cobre PCB também estão aumentando. Os ânodos de titânio estão gradualmente mostrando vantagens em relação às bolas de bronze fosforoso e estão gradualmente substituindo a participação de mercado das bolas de bronze fosforoso. Este artigo dará uma introdução geral aos ânodos de titânio e combinará nossas décadas de experiência no desenvolvimento e fabricação de ânodos de titânio para compartilhar algum conhecimento e experiência no projeto e uso de ânodos de titânio, para que mais pessoas possam entender os ânodos de titânio. O ânodo tem um entendimento mais aprofundado.
1. Introdução ao ânodo de titânio
1.1 Definição de ânodo de titânio
O ânodo de titânio é geralmente chamado de DSA (Ânodo Dimensionalmente Estável), que é um ânodo dimensionalmente estável. Durante o uso, o ânodo de titânio não sofre reação de dissolução, mantendo assim a estabilidade dimensional. Portanto, o ânodo de titânio é um ânodo insolúvel. O ânodo de titânio não é um simples eletrodo de metal, mas um eletrodo revestido: o ânodo de titânio é um material de eletrodo composto que usa titânio como metal base e é revestido com um revestimento eletrocatalítico na superfície. Embora muitos materiais possam ser transformados em revestimentos, os mais amplamente utilizados são os revestimentos de elementos do grupo da platina, muitas vezes chamados de revestimentos de metais preciosos, que incluem principalmente os três tipos a seguir: platina (metais), óxido de rutênio e óxido de irídio (todos óxidos de metal cerâmico). ). Portanto, um ânodo de titânio pode ser definido como um material de eletrodo que utiliza titânio metálico como material de base, utiliza metais do grupo da platina e seus óxidos como revestimentos de superfície e possui condutividade elétrica e alta atividade catalítica química.
1.2 História de desenvolvimento de ânodos de titânio
Falando na história dos ânodos de titânio, seu nascimento é indissociável do holandês Henry Beer (HB Beer). Desde 1957, Beer assumiu a liderança na invenção da tecnologia de galvanoplastia de platina em titânio metálico, solicitou uma patente e fundou a MAGNETOChemie (a antecessora da MAGNETO Chemie). Em 1967, Beer inventou um método para formar uma película de óxido metálico em titânio metálico. Um exemplo específico de implementação utilizou óxido de rutênio como ânodo para eletrólise de água salgada, o que promoveu grandes mudanças na indústria de cloro e álcalis. Este revestimento ainda é amplamente utilizado em várias reações eletroquímicas de evolução de cloro atualmente. Com a pesquisa aprofundada sobre vários metais do grupo da platina e seus óxidos, na década de 1970, revestimentos de óxido metálico misto de irídio-tântalo foram desenvolvidos com sucesso e gradualmente começaram a ser usados em reações eletroquímicas de evolução de oxigênio. Hoje, os ânodos de titânio contam com seu desempenho superior e são amplamente utilizados em muitos campos eletroquímicos, incluindo indústria química (indústria de cloro e álcalis), síntese orgânica eletrolítica, galvanoplastia, proteção catódica, produção e desinfecção eletrolítica de cloro industrial e civil e outros campos de aplicação. .
Desde a década de 1990, os ânodos de titânio têm sido usados em processos de revestimento de cobre PCB e foram desenvolvidos e aprimorados na primeira década deste século. Nos últimos 10 anos, com a melhoria dos requisitos de capacidade do processo de PCB, os ânodos de titânio começaram gradualmente a substituir as esferas de cobre de fósforo e ânodos solúveis com suas vantagens exclusivas. Dependendo dos requisitos de galvanoplastia, os ânodos de titânio podem ser usados não apenas para revestimento DC, mas também para revestimento de pulso reverso. No futuro, à medida que os requisitos do processo de galvanização de cobre aumentarem ainda mais, os ânodos de titânio continuarão a ser pesquisados e desenvolvidos para se adaptarem às novas condições de galvanoplastia.
2. Princípio de reação do ânodo de titânio
O ânodo de titânio é um ânodo insolúvel e o processo de reação do ânodo durante a operação é significativamente diferente daquele dos ânodos solúveis (bolas de fósforo e cobre).
A reação anódica do ânodo solúvel é um processo de reação química simples no qual o metal perde elétrons e se dissolve; a reação anódica do ânodo insolúvel é essencialmente uma reação de eletrólise da água, e os produtos da reação são íons de oxigênio e hidrogênio. A diferença nas reações químicas anódicas entre ânodos insolúveis e ânodos solúveis pode ser resumida nos três pontos seguintes: i. Diferentes produtos de reação; ii. Diferentes processos reacionais; iii. Diferentes potenciais de reação. Isso também determina que, sob condições específicas de aplicação, o desempenho dos ânodos de titânio e os requisitos dos equipamentos tenham particularidades próprias.
eu. Os produtos da reação são diferentes
Como pode ser visto na equação de reação acima, o mais conveniente no uso de ânodos solúveis é que todo o metal depositado no cátodo vem do metal dissolvido na reação do ânodo, alcançando assim o equilíbrio do metal no sistema de galvanoplastia. Ao usar um ânodo insolúvel, não apenas nenhum íon metálico correspondente é produzido na extremidade do ânodo, mas também são produzidos íons de hidrogênio adicionais. Portanto, para ânodos insolúveis, ao reabastecer os íons de cobre, o excesso de íons de hidrogênio também deve ser consumido para manter o equilíbrio de todo o sistema de galvanoplastia. Atualmente, a principal solução é utilizar óxido de cobre. Portanto, qualquer uso de ânodos de titânio quase sempre requer um sistema adicional de adição de pó de óxido de cobre, que é a maior diferença do sistema de bola de cobre fosforoso.
ii. O processo de reação é diferente
O processo de reação anódica do ânodo solúvel é relativamente simples. A reação final que ocorre é que o cobre (valência 0) é convertido em íons de cobre (valência +2), e sua reação secundária também produzirá parcialmente íons de cobre (valência +1); o ânodo do ânodo insolúvel A reação é um processo de reação eletrocatalítica envolvendo o revestimento de óxido de metal precioso na superfície do ânodo de titânio. A reação básica é a reação anódica da eletrólise da água, e os produtos finais são íons oxigênio e hidrogênio. Durante este processo de reação, o revestimento não apenas causará uma grande decomposição dos aditivos na solução de revestimento através do contato, mas a reação também produzirá intermediários fortemente oxidantes, incluindo átomos de oxigênio, radicais hidroxila, etc., o que também causará decomposição dos aditivos. Isso cria um grande obstáculo ao uso de ânodos insolúveis - em comparação com ânodos solúveis, os ânodos insolúveis causarão consumo adicional de aditivos e aumentarão significativamente os custos operacionais do processo de revestimento de cobre PCB.
iii. Diferentes potenciais de reação
Durante o processo de galvanoplastia, a extremidade anódica do ânodo insolúvel sofre uma reação de eletrólise da água, e o potencial do eletrodo padrão desta reação é significativamente maior do que o do ânodo solúvel. Ao mesmo tempo, porque a resistividade do titânio é maior que a do cobre; e, em geral, uma densidade de corrente mais elevada é frequentemente utilizada quando se utilizam ânodos de titânio. Isto resulta na voltagem de todo o sistema de galvanoplastia sendo significativamente maior do que a dos ânodos solúveis quando são usados ânodos de titânio. Esta diferença de tensão é pelo menos maior que 1V, ou mesmo 2V. Em comparação com a fonte de alimentação adequada para esferas de cobre fosforoso, o projeto de tensão da fonte de alimentação para ânodos insolúveis precisa ser considerado antecipadamente. É claro que, do ponto de vista dos custos, o custo do fornecimento de energia também aumentará proporcionalmente.
3. Vantagens e desvantagens dos ânodos de titânio
3.1 Vantagens dos ânodos de titânio
Comparados com as esferas de fósforo e cobre, os ânodos de titânio trazem vantagens incomparáveis porque são um tipo de ânodo completamente diferente. Resumindo, as vantagens dos ânodos de titânio refletem-se principalmente nos seguintes pontos.
i.Vantagens da uniformidade de revestimento estável
A vantagem da uniformidade da galvanoplastia dos ânodos de titânio significa que o uso de ânodos insolúveis pode manter a uniformidade da galvanoplastia estável por um longo tempo, o que é determinado pelas características do próprio ânodo insolúvel. Durante o processo de galvanoplastia, para garantir a estabilidade da uniformidade da galvanoplastia, é necessário garantir que as condições de galvanoplastia sejam controláveis e estáveis. Um ponto muito importante é manter a uniformidade de descarga da extremidade do ânodo até a extremidade do cátodo. A estabilidade da descarga da extremidade do ânodo até a extremidade do cátodo é amplamente determinada pelos tamanhos relativos dos dois. No processo de revestimento de cobre PCB, as esferas de cobre fósforo solúvel utilizadas se dissolverão à medida que a galvanoplastia prossegue, resultando em uma redução no tamanho do ânodo (principalmente na altura do ânodo) e em uma mudança na área relativa. Portanto, é impossível manter a uniformidade da descarga anódica por muito tempo usando bolas de cobre fosforoso. Os ânodos insolúveis também são chamados de "ânodos dimensionalmente estáveis", o que significa que o tamanho do ânodo dos ânodos insolúveis permanece estável durante um longo período de uso. Neste momento, é apenas necessário garantir que o revestimento na superfície do ânodo de titânio não tenha falhado durante a vida útil do ânodo e ainda tenha capacidade de descarga e eletrocatalítica, de modo a garantir a estabilidade de descarga da extremidade do ânodo até o extremidade do cátodo. Normalmente, após a instalação online do ânodo insolúvel, só é necessário ajustar a uniformidade do revestimento pela primeira vez (como ajustar o tamanho e a posição da placa de blindagem), e uma distribuição estável da espessura do revestimento pode ser obtida por um longo tempo. , o que pode ser alcançado ao longo do ciclo de vida do ânodo. "de uma vez por todas" dentro.
ii. Maior eficiência de produção
Em comparação com as esferas de cobre fosforoso, a melhoria na eficiência da produção trazida pelos ânodos de titânio se reflete principalmente nos dois aspectos a seguir:
Por um lado, os ânodos de titânio podem operar com densidades de corrente mais elevadas. Devido à passivação do filme de fosfeto na superfície da bola de cobre fosforoso, a densidade máxima de corrente operacional da bola de cobre fosforoso não pode exceder 2,5 ~ 3 ASD; enquanto a densidade de corrente máxima que o ânodo de titânio pode suportar é dezenas de vezes maior que a da bola de cobre fósforo (por exemplo, no campo da galvanoplastia de aço, a densidade de corrente de trabalho dos ânodos de titânio pode atingir mais de 100 ASD). Portanto, através do suporte de equipamentos e da correspondência das condições de galvanoplastia correspondentes, os ânodos de titânio têm o potencial de alcançar maior produtividade do equipamento e eficiência de produção.
Por outro lado, os ânodos de titânio evitam os problemas de interrupção da produção causados pela adição e manutenção regulares do processo de bola de fósforo e cobre. Ao usar bolas de bronze fosforoso, as bolas de bronze fosforoso consumidas devem ser reabastecidas em intervalos regulares. Antes de adicionar novas bolas de bronze fosforoso, elas precisam ser limpas. Eles não podem ser produzidos imediatamente após adicioná-los. É necessário um certo período de operação do cilindro eletrolítico para formar uma película de fosfatação na superfície. As esferas de bronze fosforoso utilizadas há muito tempo estão próximas do estado residual, por isso devem ser completamente limpas da cesta de titânio para evitar problemas de qualidade da galvanoplastia. Essas operações de manutenção inevitáveis tornam os equipamentos de revestimento de cobre que utilizam esferas de bronze fosforoso não apenas incapazes de operar ininterruptamente por um longo tempo, mas também consomem muita mão de obra. Ao usar ânodos de titânio, o dispositivo de adição de pó de óxido de cobre para reabastecer os íons de cobre é independente e não há necessidade de desligar a máquina para reabastecer o pó de óxido de cobre. Ao mesmo tempo, o próprio ânodo de titânio também é "livre de manutenção", ou seja, durante o ciclo de vida do ânodo de titânio, em princípio, não há necessidade de limpeza adicional do ânodo de titânio. Portanto, o uso de ânodos de titânio pode, teoricamente, alcançar uma produção completamente ininterrupta, economizando muito tempo de manutenção e investimento em mão de obra.
iii. Controle de processo mais estável
O uso de ânodos de titânio pode manter os componentes da solução de galvanoplastia em um estado mais estável, que é a vantagem da adição de pó de óxido de cobre.
Por um lado, como a espessura do filme de fosfatação na superfície da bola de cobre fosforoso é difícil de controlar perfeitamente, com a premissa de evitar que o filme de fosfatização seja muito espesso, o que levará à passivação da bola de cobre fosforoso, a bola de fósforo e cobre muitas vezes será excessivamente dissolvida, o que levará à perda de líquido na poção. Aumento contínuo na concentração de íons de cobre. A concentração de íons de cobre desempenha um papel vital no valor TP dos furos revestidos. Portanto, as flutuações na concentração de íons de cobre afetarão até certo ponto a estabilidade do efeito de revestimento do furo. Ao mesmo tempo, durante o processo de dissolução das bolas de fósforo e cobre, serão consumidos íons cloreto adicionais na solução de revestimento. Por um lado, a flutuação dos íons cloreto reagirá na espessura do filme de fosfatação e, por outro lado, também fará com que o efeito dos aditivos de galvanoplastia flutue. Esta situação não ocorrerá ao usar ânodos de titânio. Você só precisa controlar rigorosamente a quantidade de pó de óxido de cobre adicionado para controlar completamente a concentração de íons de cobre; ao mesmo tempo, a própria concentração de íons cloreto também pode ser mantida em um estado muito estável.
Por outro lado, o uso de esferas de fósforo e cobre tem maior probabilidade de causar contaminação da solução de galvanização, levando à falha prematura dos aditivos de galvanização. As bolas de cobre fósforo são processadas por fundição e laminação, enquanto o pó de óxido de cobre é produzido pela dissolução da matéria-prima de cobre na solução, purificando e precipitando ainda mais o precursor do óxido de cobre na solução e, finalmente, calcinando-o. Pó de óxido de cobre. Comparado com os dois processos de processamento, o processo de processamento do pó de óxido de cobre é mais conveniente para controlar a pureza das matérias-primas. Relativamente falando, sob boas condições de controle, o teor de impurezas no pó de óxido de cobre será menor do que o das bolas de cobre fósforo. Durante o uso a longo prazo, sejam bolas de fósforo de cobre ou pó de óxido de cobre, as impurezas se dissolverão e se acumularão na solução de revestimento. Os aditivos de galvanoplastia são frequentemente bastante sensíveis ao conteúdo de íons de impureza na solução de galvanoplastia. Quando os íons de impureza na solução de galvanoplastia atingem uma certa concentração, eles afetarão o efeito dos aditivos de galvanoplastia, afetando negativamente o efeito de galvanoplastia. Portanto, o sistema de galvanoplastia que utiliza ânodos de titânio pode manter o líquido do banho em um estado de poluição relativamente baixo e fazer com que o líquido do banho dure mais tempo. Isto não só reduz o custo adicional de preparação do tanque causado pela falha prematura do banho de galvanização, mas também reduz o custo do banho durante o uso. O impacto das impurezas também será mais garantido.
4. Maiores capacidades de processo
A capacidade do processo de galvanoplastia depende principalmente de dois aspectos: o projeto do equipamento e o suporte do sistema de galvanoplastia.
Em termos de design do equipamento, o uso de bolas de bronze fosforoso limita o design do equipamento, pois o sistema de esferas de bronze fosforoso não consegue se livrar do modo de combinação "bolas de bronze fosforoso-saco de ânodo-cesta de titânio". Este sistema de esfera de bronze fosforoso também determina o método de galvanoplastia. É um método de revestimento vertical. O uso de ânodos de titânio pode eliminar completamente o modo de revestimento vertical. Como os ânodos de titânio podem ser totalmente personalizados, o fluxo do jato, a circulação, a distribuição do ânodo, o formato do ânodo e outros aspectos do equipamento podem ser redesenhados e otimizados. Isso dá ao equipamento uma variedade de possibilidades e também fornece capacidades de equipamento de galvanoplastia (como A melhoria adicional da uniformidade de galvanoplastia, densidade de corrente operacional, etc. fornece pré-requisitos.
Em termos de suporte do sistema de galvanoplastia, em comparação com o problema de poluição da solução de galvanização causado pelo sistema de bola de fósforo e cobre, os ânodos de titânio podem fornecer maiores capacidades de galvanoplastia. Portanto, a direção do desenvolvimento de novos aditivos para galvanoplastia mudou basicamente para a adaptação de ânodos de titânio, especialmente é o desenvolvimento e adaptação de aditivos para novas aplicações e demandas mais altas. Escolher o ânodo de titânio significa escolher a possibilidade de desenvolvimento futuro.
3.2 Desvantagens e seleção de ânodos de titânio
Em comparação com as esferas de fósforo e cobre, as desvantagens dos ânodos de titânio podem ser resumidas como uma só: o custo. O custo é a razão mais importante que impede que os ânodos de titânio substituam totalmente as esferas de fósforo e cobre.
eu. O custo de investimento em equipamentos é alto
O problema do custo de investimento do equipamento concentra-se principalmente nos seguintes aspectos: Primeiro, o sistema de ânodo de titânio requer um sistema adicional de adição de pó de óxido de cobre. Para melhor controle, recomenda-se a utilização simultânea de um sistema de controle online de medicamentos; segundo, a fonte de alimentação adequada para ânodos de titânio precisa ser maior. O projeto da tensão de trabalho trouxe um aumento no custo de fabricação de fontes de alimentação para ânodos de titânio; terceiro, o custo dos ânodos de titânio é muito superior ao das cestas de titânio com sistemas de esferas de bronze fosforoso (devido ao custo de revestimento do óxido de metal precioso na superfície dos ânodos de titânio). Em resumo, a utilização de ânodos de titânio trará melhorias significativas ao orçamento global de uma gama de equipamentos.
ii. Custos operacionais mais elevados
Os custos operacionais incluem o custo de reposição de acessórios (ânodos de titânio) e custos de produção e fabricação.
Por um lado, o ânodo de titânio deve ter uma vida útil correspondente. Após um período de uso, o desempenho de descarga ou galvanoplastia do ânodo de titânio diminuirá e pode até ser incapaz de continuar a atender aos altos requisitos da galvanoplastia. Geralmente, os ânodos de titânio precisam ser avaliados e substituídos após 1 a 2 anos de uso. O custo de substituição do ânodo de titânio é muito maior do que o da cesta de titânio do sistema de bola de bronze fosforoso.
Por outro lado, em termos de custos de fabricação, em comparação com as esferas de cobre fosforoso, o custo adicional causado pelos ânodos de titânio advém principalmente do consumo adicional de aditivos de revestimento de cobre. Em comparação com as esferas de cobre fosforoso, os ânodos de titânio levarão a um aumento significativo no nível de consumo unitário de aditivos de revestimento de cobre. Portanto, como controlar o consumo de aditivos dentro de um nível razoável é um importante indicador de avaliação para os clientes avaliarem a qualidade dos produtos de ânodo de titânio. Em termos de consumo de cobre, tendo em conta o preço unitário e a taxa de perda de material das esferas de cobre fosforoso e do pó de óxido de cobre, não haverá uma diferença particularmente grande nos custos reais de utilização dos dois.
3.3 Seleção de ânodo de titânio
Escolher o ânodo de titânio é uma escolha entre custo e qualidade. Por um lado, o uso de ânodos de titânio pode realmente melhorar as capacidades do processo e melhorar a qualidade do produto. Em alguns casos, o uso ou não de ânodos de titânio determina se um fabricante possui capacidade de fabricação de determinado produto; por outro lado, o uso de ânodos de titânio será uma melhoria óbvia em comparação com as esferas de bronze fosforoso, tanto em termos de custos únicos de investimento em equipamentos quanto em custos operacionais subsequentes. Quando os benefícios superam os custos, fica claro que os ânodos de titânio serão de fato a escolha natural. Além disso, em alguns casos, se os ânodos de titânio não forem utilizados, a capacidade de fabricação de um determinado produto será perdida, os ânodos de titânio tornaram-se uma escolha inevitável. À medida que a procura de produtos continua a aumentar, as melhorias nas capacidades dos processos também são requisitos constantes. No longo prazo, a escolha de ânodos de titânio será inevitavelmente uma direção de desenvolvimento cada vez mais certa.
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