光纖表面金屬化方法、表面金屬化的光纖及其應用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明是關于一種光纖表面金屬化方法、表面金屬化的光纖及其應用，所述方法包括：將光纖浸入0.09-0.15g/L的氯化鈦水溶液中，恒溫加熱至45-55℃，保溫反應0.5-1.5h，取出所述光纖，烘干；將烘干的所述光纖浸入19-25g/L的氯化錫水溶液中，恒溫加熱至65-75℃，保溫反應5-15min，取出所述光纖，清洗后烘干；將上述步驟得到的光纖浸入第一鍍液中，在75-85℃下反應1-3min，取出，浸入第二鍍液中，在頻率為1.5-2.0GHz的微波輻射下反應至少7min，反應溫度為45-55℃，得到表面金屬化的光纖。本發(fā)明提供的光纖表面金屬化方法利用了金屬離子對纖維的等速沉積，通過對施鍍條件的控制，根據快速形核和致密形核的鍍速差異，使得金屬涂層不必進行粗化處理即可生長成核，從而避免了傳統(tǒng)粗化形核施鍍帶來的基體損壞。
【專利說明】光纖表面金屬化方法、表面金屬化的光纖及其應用
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及光纖【技術領域】，特別是涉及一種不損壞光纖表面的金屬化方法及通過該方法制備的表面金屬化的光纖。
【背景技術】
[0002]新的應用領域要求光導纖維具有較佳的抗磨性、較高的機械強度，能夠進行較小曲率半徑彎曲，新型集成的光電系統(tǒng)由于線寬較窄，光纖需在梯度較大的溫度場中反復穿繞，因此還需要解決纖維產生的熱應力，以避免光纖斷裂。
[0003]傳統(tǒng)光導纖維因其表面塑料保護封套厚度大，且耐磨性、熱穩(wěn)定性及傳導性差，不適用于線寬較窄、溫度梯度較大的通信領域。通常在光纖表面進行致密金屬化處理來解決上述問題。金屬涂層的增加有利于加強纖維的機械強度，增強其耐磨性，同時高導熱金屬有利于改善纖維在高溫度梯度下的熱應力影響。
[0004]由于石英、玻璃類材料纖維質地堅硬、比表面積較大，難以涂覆金屬涂層，在該類光纖表面進行致密金屬化處理的方法主要是通過在強酸堿中浸泡纖維材料，使其微觀表面布滿溝槽、孔洞，利用溝槽、孔洞類缺陷的高表面能來沉積金屬。
[0005]通過上述方法進行表面金屬化的纖維通常用于電磁屏蔽等對玻璃表面無嚴格要求的領域，卻無法用于光導 通信，尤其是集成模塊光電通信領域。

【發(fā)明內容】

[0006]為了解決現有技術的問題，一方面，本發(fā)明提供了一種光纖表面金屬化方法，包括以下步驟:
[0007](I)將光纖浸入0.09-0.15g/L的氯化鈦水溶液中，恒溫加熱至45_55°C，保溫反應
0.5-1.5h，取出所述光纖，烘干；該步驟中取出所述光纖后直接烘干，不進行清洗。
[0008]光纖的主要成分為二氧化娃,其為無機非金屬，一般金屬粒子與無機非金屬的結合性較差，而鈦屬于親氧性金屬，其與非金屬材料結合性較好，通過在光纖表面形成一層鈦粒子層，有利于后續(xù)步驟中其他金屬粒子的附著。
[0009](2)將烘干的所述光纖浸入19_25g/L的氯化錫水溶液中，恒溫加熱至65_75°C，保溫反應5-15min，取出所述光纖，清洗后烘干；
[0010]通過該步驟使光纖表面附著有適量的錫，為后續(xù)工藝提供了還原強度合理的還原劑。
[0011](3)將上述步驟得到的光纖浸入第一鍍液中，在75-85°C下反應l_3min，取出，浸入第二鍍液中，在頻率為1.5-2.0GHz的微波輻射下反應至少7min，反應溫度為45_55°C，得到表面金屬化的光纖；
[0012]其中:
[0013]所述的第一鍍液由以下重量份物質組成:10-15份無水次磷酸鈉、28-33份無水硫酸鎳、8-12份檸檬酸三鈉、10-14份無水乙酸鈉及1000重量份水；所述的第二鍍液由以下重量份物質組成:13-18份無水次磷酸鈉、38-43份待鍍金屬的無水硫酸鹽、8_12份檸檬酸三鈉、10-14份無水乙酸鈉及1000重量份水；本發(fā)明通過使用兩種不同濃度的鍍液,通過兩個濃度的配合控制金屬形核速率，第一鍍液快速形成金屬成核中心，第二鍍液實現鍍層圍繞形核中心致密生長。優(yōu)選，所述的第一電鍍液由以下重量份物質組成:12份無水次磷酸鈉、30份無水硫酸鎳、10份檸檬酸三鈉、12份無水乙酸鈉及1000重量份水；所述的第二電鍍液由以下重量份物質組成:15份無水次磷酸鈉、40份待鍍金屬的無水硫酸鹽、10份檸檬酸三鈉、12份無水乙酸鈉及1000重量份水。在該濃度的鍍液中，當在頻率為1.8GHz的微波輻射下在50°C下反應，金屬涂層的形成速度約為0.5微米/分鐘，反應速率適中。
[0014]較佳的，所述的光纖采用石英纖維或S-玻璃纖維，所述石英纖維或S-玻璃纖維的直徑為6-100微米。石英纖維或S-玻璃纖維具有較高的熔點及化學穩(wěn)定性，單絲彈性模量4000-5000MPa,彈性模量為85_93GPa，比E-玻璃纖維單絲強度提高30%以上、彈性模量提高20%以上，施鍍金屬膜層后，整體力學性能優(yōu)于其它具有相同鍍膜的纖維。 [0015]較佳的，所述的待鍍金屬為銅或鎳。具體選用何種金屬可根據對光纖的彎曲程度要求確定，當對光纖的彎曲能力要求較高時，優(yōu)選金屬銅，當光纖的彎曲能力要求較低時優(yōu)選金屬鎳。
[0016]較佳的，步驟(1)之前還包括:將光纖置于65_75°C的去離子水中，超聲震蕩清洗至少20min，真空干燥。通過該步驟可有效去除光纖表面的雜質，有利于金屬離子在光纖表面附著。
[0017]較佳的，步驟(1)中的所述烘干，在95_105°C下進行。在該溫度下保證了鈦離子不破壞光纖皮料，避免外界與光纖皮料的物質交換。
[0018]較佳的，步驟(2)中的所述清洗烘干，包括:將所述光纖靜置于常溫去離子水中4_7min，清洗除去光纖表面多余的金屬錫，避免其游離于后續(xù)鍍液中污染鍍液，取出烘干。
[0019]另一方面，本發(fā)明提供了一種由上述方法制備的表面金屬化的光纖。
[0020]又一方面，本發(fā)明提供了上述的表面金屬化的光纖在光導通訊領域中的應用。
[0021]借由上述技術方案，本發(fā)明一種光纖表面金屬化方法至少具有下列優(yōu)點:
[0022]本發(fā)明提供的光纖表面金屬化方法利用了金屬離子對纖維的等速沉積，通過對施鍍條件的控制，根據快速形核和致密形核的鍍速差異，使得金屬涂層不必進行粗化處理即可生長成核，從而避免了傳統(tǒng)粗化形核施鍍帶來的基體損壞，通過溶液體系的合理的還原強度，利用微波輻照使金屬帶電粒子反復撞擊纖維，無需破壞纖維微觀表面即可在纖維表面均勻沉積成呈環(huán)形封裹的合金金屬涂層。本發(fā)明實施例提供的金屬化涂層，滿足增強光導纖維耐磨性、改善熱傳導效率的要求，該涂層具有良好的耐高溫氧化性，銅鎳合金的耐高溫氧化特性更優(yōu)，可達在大氣環(huán)境下氧化溫度高達550°C，在惰性氣體或真空環(huán)境下下氧化溫度高達720°C ;民用電磁頻率下微波的趨膚深度為1.5微米以內，因此本發(fā)明實施例提供的表面金屬化的光纖適用于電磁安全、屏蔽等領域。
[0023]上述說明僅是本發(fā)明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術手段，并可依照說明書的內容予以實施，以下以本發(fā)明的較佳實施例詳細說明如后。
【具體實施方式】
[0024]下面結合具體實施例對本發(fā)明作進一步說明，但不作為對本發(fā)明的限定。[0025]實施例1
[0026]施鍍前處理:
[0027](I)將光纖置于70°C的去離子水中，超聲震蕩清洗30min，真空干燥。
[0028](2)將步驟(1)處理后的光纖浸入0.13g/L的氯化鈦水溶液中，恒溫加熱至50°C，保溫反應lh，取出所述光纖，100°C烘干；
[0029](3)將烘干的所述光纖浸入20g/L的氯化錫水溶液中，恒溫加熱至70°C，保溫反應lOmin，取出所述光纖，靜置于常溫去離子水中5min后取出烘干；
[0030]施鍍:
[0031](4)將上述步驟(3)得到的光纖浸入第一鍍液中，在75-85°C下反應l_3min，取出；
[0032](5)浸入第二鍍液中，在頻率為1.8GHz的微波輻射下反應lOmin，反應溫度為50°C,得到表面金屬化的光纖；
[0033]該步驟中，所述的第一鍍液為次磷酸鈉、硫酸鎳、檸檬酸三鈉及乙酸鈉的混合水溶液，其中NaH2PO2的濃度為12克/升、NiSO4的濃度為30克/升、檸檬酸三鈉的濃度為10克/升、無水乙酸鈉的濃度為12克/升；所述的第二鍍液為次磷酸鈉、硫酸銅、檸檬酸三鈉及乙酸鈉的混合水溶液，其中NaH2PO2的濃度為15克/升、CuSO4的濃度為40克/升、檸檬酸三鈉的濃度為10克/升、無水乙酸鈉的濃度為12克/升。該反應條件下，金屬層以0.2微米/分鐘的速度生成，可以通過調節(jié)反應時間，改變金屬層厚度。
[0034]實施例2
[0035]施鍍前處理:
[0036](I)將光纖置于65°C的去離子水中，超聲震蕩清洗40min，真空干燥。
[0037](2)將步驟(1)處理后的光纖浸入0.13g/L的氯化鈦水溶液中，恒溫加熱至45°C，保溫反應1.5h，取出所述光纖，95°C烘干；
[0038](3)將烘干的所述光纖浸入20g/L的氯化錫水溶液中，恒溫加熱至65°C，保溫反應15min，取出所述光纖，靜置于常溫去離子水中4min后取出烘干；
[0039]施鍍:
[0040](4)將上述步驟(3)得到的光纖浸入第一鍍液中，在75°C下反應3min，取出；
[0041](5)浸入第二鍍液中，在頻率為2.0GHz的微波輻射下反應7min，反應溫度為55°C，得到表面金屬化的光纖；
[0042]該步驟中，所述的第一鍍液為次磷酸鈉、硫酸鎳、檸檬酸三鈉及乙酸鈉的混合水溶液，其中NaH2PO2的濃度為12克/升、NiSO4的濃度為30克/升、檸檬酸三鈉的濃度為10克/升、無水乙酸鈉的濃度為12克/升；所述的第二鍍液為次磷酸鈉、硫酸銅、檸檬酸三鈉及乙酸鈉的混合水溶液，其中NaH2PO2的濃度為15克/升、CuSO4的濃度為40克/升、檸檬酸三鈉的濃度為10克/升、無水乙酸鈉的濃度為12克/升。
[0043]實施例3
[0044]施鍍前處理:
[0045](I)將光纖置于75°C的去離子水中，超聲震蕩清洗20min，真空干燥。
[0046](2)將步驟(1)處理后的光纖浸入0.13g/L的氯化鈦水溶液中，恒溫加熱至55°C，保溫反應0.5h，取出所述光纖，105°C烘干；
[0047](3)將烘干的所述光纖浸入20g/L的氯化錫水溶液中，恒溫加熱至75°C，保溫反應5min，取出所述光纖，靜置于常溫去離子水中7min后取出烘干；
[0048]施鍍:
[0049](4)將上述步驟(3)得到的光纖浸入第一鍍液中，在85°C下反應lmin，取出；
[0050](5)浸入第二鍍液中，在頻率為1.5GHz的微波輻射下反應8min，反應溫度為55°C，得到表面金屬化的光纖；
[0051]該步驟中，所述的第一鍍液為次磷酸鈉、硫酸鎳、檸檬酸三鈉及乙酸鈉的混合水溶液，其中NaH2PO2的濃度為12克/升、NiSO4的濃度為30克/升、檸檬酸三鈉的濃度為10克/升、無水乙酸鈉的濃度為12克/升；所述的第二鍍液為次磷酸鈉、硫酸銅、檸檬酸三鈉及乙酸鈉的混合水溶液，其中NaH2PO2的濃度為15克/升、CuSO4的濃度為40克/升、檸檬酸三鈉的濃度為10克/升、無水乙酸鈉的濃度為12克/升。 [0052]實施例4
[0053]施鍍前處理及施鍍工藝條件與實施例1相同，不同的是:
[0054]步驟(2)中氯化鈦水溶液的濃度為0.09g/L ；
[0055]步驟(3)中氯化錫水溶液的濃度為19g/L ；
[0056]步驟(4)中NaH2PO2的濃度為10克/升、NiSO4的濃度為28克/升、檸檬酸三鈉的濃度為8克/升、無水乙酸鈉的濃度為10克/升；
[0057]步驟(5)中NaH2PO2的濃度為13克/升、CuSO4的濃度為38克/升、檸檬酸三鈉的濃度為8克/升、無水乙酸鈉的濃度為10克/升。
[0058]實施例5
[0059]施鍍前處理及施鍍工藝條件與實施例1相同，不同的是:
[0060]步驟(2)中氯化鈦水溶液的濃度為0.15g/L ；
[0061]步驟(3)中氯化錫水溶液的濃度為25g/L ；
[0062]步驟(4)中NaH2PO2的濃度為15克/升、NiSO4的濃度為33克/升、檸檬酸三鈉的濃度為12克/升、無水乙酸鈉的濃度為14克/升；
[0063]步驟(5)中NaH2PO2的濃度為18克/升、CuSO4的濃度為43克/升、檸檬酸三鈉的濃度為12克/升、無水乙酸鈉的濃度為14克/升。
[0064]實施例6
[0065]施鍍前處理及施鍍工藝條件與實施例1相同，唯一不同的是:步驟(5)中用NiSO4替代CuSO4。
[0066]實施例1-6提供的表面金屬化的光纖性能參見表一。其中，氧化溫度通過測定纖維在加熱到一定溫度前后的直流比電阻(歐姆/厘米)來確定，若電阻呈數量級變化，則認為纖維已發(fā)生氧化。
[0067]表一表面金屬化的光纖的性能參數表
[0068]
【權利要求】
1.一種光纖表面金屬化方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)將光纖浸入0.09-0.15g/L的氯化鈦水溶液中，恒溫加熱至45-55°C，保溫反應0.5-1.5h,取出所述光纖,烘干； (2)將烘干的所述光纖浸入19-25g/L的氯化錫水溶液中，恒溫加熱至65-75°C，保溫反應5-15min，取出所述光纖，清洗后烘干； (3)將上述步驟得到的光纖浸入第一鍍液中，在75-85°C下反應l_3min，取出，浸入第二鍍液中，在頻率為1.5-2.0GHz的微波輻射下反應至少7min，反應溫度為45_55°C，得到表面金屬化的光纖； 其中: 所述的第一鍍液由以下重量份物質組成:10-15份無水次磷酸鈉、28-33份無水硫酸鎮(zhèn)、8-12份朽1樣酸二鈉、10-14份無水乙酸鈉及1000重量份水； 所述的第二鍍液由以下重量份物質組成:13-18份無水次磷酸鈉、38-43份待鍍金屬的無水硫酸鹽、8-12份檸檬酸三鈉、10-14份無水乙酸鈉及1000重量份水。
2.根據權利要求1所述的光纖表面金屬化方法，其特征在于: 所述的光纖采用石英纖維或S-玻璃纖維，所述石英纖維或S-玻璃纖維的直徑為6-100微米。
3.根據權利要求1所述的光纖表面金屬化方法，其特征在于: 所述的待鍍金屬為銅或鎳。
4.根據權利要求1所述的光纖表面金屬化方法，其特征在于: 所述的第一電鍍液由以下重量份物質組成:12份無水次磷酸鈉、30份無水硫酸鎳、10份檸檬酸三鈉、12份無水乙酸鈉及1000重量份水。
5.根據權利要求4所述的光纖表面金屬化方法,其特征在于: 所述的第二電鍍液由以下重量份物質組成:15份無水次磷酸鈉、40份待鍍金屬的無水硫酸鹽、10份檸檬酸三鈉、12份無水乙酸鈉及1000重量份水。
6.根據權利要求1-5任一項所述的光纖表面金屬化方法，其特征在于，步驟(1)之前還包括: 將光纖置于65-75°C的去離子水中，超聲震蕩清洗至少20min，真空干燥。
7.根據權利要求1-5任一項所述的光纖表面金屬化方法，其特征在于，步驟(1)中的所述烘干，在95-105 °C下進行。
8.根據權利要求1-5任一項所述的 光纖表面金屬化方法，其特征在于，步驟(2)中的所述清洗烘干，包括: 將所述光纖靜置于常溫去離子水中4-7min，取出烘干。
9.由權利要求1-8任一項所述的方法制備的表面金屬化的光纖。
10.權利要求9所述的表面金屬化的光纖在光導通訊領域中的應用。
【文檔編號】C25D5/12GK103628104SQ201310626267
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年11月28日 優(yōu)先權日:2013年11月28日
【發(fā)明者】徐銘, 鮑紅權, 張帆, 崔凱 申請人:中國建筑材料科學研究總院