CN105714293B - 一种兼具高导磁和高导电的复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种兼具高导磁和高导电的复合材料，包括软磁材料层以及位于所述软磁材料层的单面或双面的厚度为1‑20μm的金属镀层，且所述复合材料的电阻为0.3‑1mΩ，所述复合材料在500kHz频率下的交流磁导率高于300；较之现有技术中的同时具有导磁和导电功能的复合材料，厚度在300μm以上，导磁和导电性能均较差，难以满足轻薄化、功能化的需求，本发明所述的复合材料，同时具有较高的导电性和导磁性，符合电磁复合材料轻薄化、功能化的发展要求；进一步还能有效避免因吸收磁能而产生的发热情况，也无需通过增加厚度来解决发热问题；能够满足触控屏、电子印刷等进一步加工设计需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种兼具高导磁和高导电的复合材料及其制备方法，属于电磁复合材料的技术领域。
背景技术
随着现代科学技术的发展，物联网、云计算、移动互联网、大数据等为标志的新一代信息技术及装备的快速发展，以无线射频识别RFID、无线支付NFC、无线充电技术等为支撑的电子产品及技术，其美观、创新性、便携性越来越被大众接受和推广，更进一步推动了电子产品器件轻薄化、高效能方向发展，特别是高导磁、高导电型复合材料面临迫切的市场需求。
现有的电子器件多采用铜箔或者铝箔等，作为多导体控制线材、线缆的干扰遮蔽，如电子线、计算机线、信号线、同轴电缆、绞线、复合线、PC板精密组件、线路板、电子EMI、HDMI等高频线材。在实际使用时，多将这些铜箔或者铝箔通过双面胶等，粘贴在绝缘体基底上，导致最终获得的抗干扰遮蔽层厚度均在100μm以上，且继续减薄的空间有限，难以满足轻薄化、功能化的需求。
同时，现有的导磁材料多为铁氧体，其厚度大、重量大，无法满足这些电子设备产品轻薄化需求。例如中国专利申请CN201320576601、CN201220030770、CN201210277219、CN200680024321等。这些铁氧体片常采用铁氧体粉与树脂等粘合剂混合压制成板材，再通过流延或者压延的方法烧结而成。在铁氧体片制备工艺中，烧结温度高达800℃以上，烧结时间较长为9-12个小时。烧制过程中铁氧体片易于发脆变形，出现断裂。最终得到的铁氧体片发脆，柔性较差，这要求在进行工艺操作时，不允许弯曲，一旦弯曲，内部的片材碎裂，导磁效果急剧下降。铁氧体片的饱和磁感应强度Bs值较低，只有0.4T左右，故只能依靠增加厚度以减少导磁时产生的发热量。由此可见，铁氧体复合材料存在收得率低、工艺成本高、使用范围受限、且厚度较大(0.2mm以上)等缺点。这对无线充电、NFC、RFID等产品及技术的量产化有较大影响。
为遮蔽日益复杂的高频电磁波，并满足器件轻薄化的发展趋势，需要同时具有高导电和高导磁功能的新型复合材料。但目前广泛使用的导电铜箔和铝箔材料，以及导磁铁氧体材料，二者的功能相互独立。铜箔或铝箔无法实现导磁功能，而铁氧体材料又无法实现导电功能。在实际使用时，通过采用双面胶、绝缘层等将铜箔或铝箔等与铁氧体材料粘贴在一起，以获得同时具有导磁和导电功能的复合材料，然而上述方法获得复合材料的导磁和导电性能均较差，难以满足轻薄化、功能化的需求。因此，轻薄化、高效能的高导磁、高导电复合材料及制备技术面临着重大的研发需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于现有技术中的导磁和导电复合材料，导磁和导电性能均较差，难以满足轻薄化、功能化的需求，从而提出一种兼具高导磁和高导电的复合材料及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种兼具高导磁和高导电的复合材料，所述复合材料包括软磁材料层以及位于所述软磁材料层的单面或双面的金属镀层，
所述金属镀层的厚度为1-20μm；
所述复合材料的电阻为0.3-1mΩ；
所述复合材料在500kHz频率下的交流磁导率高于300。
所述软磁材料层为坡莫合金、铁基非晶合金、铁基纳米晶合金、FeSi、FeNi、FeCo、电工纯铁中的一种或几种的组合。
所述金属镀层为Sn层、Cu层、Ag层、Ni层中的一种或几种的组合。
所述复合材料的总厚度为3-450μm。
一种制备所述的兼具高导磁和高导电的复合材料的方法，其包括如下步骤：
(1)准备卷对卷电镀工艺线，沿工艺路线依次包括卷料筒、装有清洗剂的清洗槽、装有活化剂水溶液的电解活化槽、装有化学镀预镀液的预镀槽、装有电镀液的电镀槽、水洗槽、烘干箱和收卷机；
(2)将成卷的软磁材料层安装在所述卷料筒上，以牵引所述软磁材料层依次穿过所述清洗槽、电解活化槽、预镀槽、电镀槽、水洗槽、烘干箱和收卷机，即得所述复合材料。
所述清洗剂采用N-酰基肌氨酸、二(辛氨基乙基)甘氨酸、N-烷基天冬氨酸β-烷基酯、Nβ-酰基-L-赖氨酸、卵磷脂、甜菜碱中的一种或几种的混合物。
所述活化剂水溶液的浓度为2-30wt％，其中，活化剂为H2SO3、H3PO4、HF、H2C2O4中的一种或几种的混合物。
所述活化剂水溶液中还添加浓度为5-30wt％的螯合剂。
在操作中针对不同的金属镀层选择相对应的化学镀预镀液配方，具体为：
当所述金属镀层为Cu层时，所述化学镀预镀液的配方包括：预镀主盐，20-300克/升；络合剂，20-300克/升；pH值调节剂，2-100克/升；
当所述金属镀层为Sn层时，所述化学镀预镀液的配方包括：预镀主盐，20-300克/升；pH值调节剂，2-100克/升；
当所述金属镀层为Ag层时，所述化学镀预镀液的配方包括：预镀主盐，20-300克/升；pH值调节剂，2-100克/升；
当所述金属镀层为Ni层时，所述化学镀预镀液的配方包括：预镀主盐，20-300克/升；pH值调节剂，2-100克/升。
针对不同的镀层，还选择添加还原剂、稳定剂、促进剂、光亮剂、表面活性剂中的一种或几种的混合物。
针对不同的镀层，所述预镀主盐选择相应镀层金属的硫酸亚盐、硫酸盐、金属氯化物、碱式碳酸盐、酒石酸盐、醋酸盐、氟硼酸盐、磺酸盐中的一种或几种的混合物；所述络合剂为酒石酸钾钠、柠檬酸钠、葡萄糖酸钠、EDTA、明胶、***中的一种或几种的混合物；所述pH值调节剂为氢氧化钠、碳酸钠、硫酸、硝酸、硼酸中的一种或几种的混合物；所述还原剂为甲醛、次磷酸钠、硼氢化钠、二甲氨基硼烷、肼中的一种或几种的混合物；所述稳定剂为甲醇、***、硫代尿素、烷基硫醇、二羟基氮苯、2-2联吡啶中的一种或几种的混合物；所述促进剂为铵盐、硝酸盐、聚氧乙烯氨基醚中的一种或几种的混合物；所述光亮剂为有机磺酸盐类、乙撑硫脲、SPS(聚二硫二丙烷磺酸钠)、BSP(苯基二硫丙烷磺酸钠)、HP(醇硫基丙烷磺酸钠)、TPS(聚二甲基酰胺基磺酸钠)、苄叉丙酮、苯甲酸钠、壬基酚聚氧乙烯醚、烟酸中的一种或几种的混合物。
所述电镀液的配方包括：
电镀主盐，20-300克/升；
络合剂，0.1-20克/升；
pH值调节剂，0.001-30克/升。
针对不同的镀层，还选择添加还原剂、稳定剂、促进剂、光亮剂、表面活性剂中的一种或几种的混合物。
针对不同的镀层，所述电镀主盐选择相应镀层金属的硫酸盐、金属氯化物、碱式碳酸盐中的一种或几种的混合物，所述络合剂为酒石酸钾钠、柠檬酸钠、葡萄糖酸钠、EDTA中的一种或几种的混合物；所述pH值调节剂为硫酸和/或硼酸；所述还原剂为甲醛、次磷酸钠、硼氢化钠、二甲氨基硼烷、肼中的一种或几种的混合物；所述稳定剂为甲醇、***、硫代尿素、烷基硫醇、二羟基氮苯、2-2联吡啶中的一种或几种的混合物；所述促进剂为铵盐、硝酸盐、聚氧乙烯氨基醚中的一种或几种的混合物；所述光亮剂为有机磺酸盐类、乙撑硫脲、SPS(聚二硫二丙烷磺酸钠)、BSP(苯基二硫丙烷磺酸钠)、HP(醇硫基丙烷磺酸钠)、TPS(聚二甲基酰胺基磺酸钠)、苄叉丙酮、苯甲酸钠、壬基酚聚氧乙烯醚、烟酸中的一种或几种的混合物，所述表面活性剂为异辛醇、硬脂酸聚氧乙烯脂、聚乙二醇中的一种或几种的混合物。
进行镀铜时，所述预镀主盐为硫酸铜、五水硫酸铜、氯化铜、碱式碳酸铜、酒石酸铜、醋酸铜中的一种或几种的混合物；所述络合剂为酒石酸钾钠、柠檬酸钠、葡萄糖酸钠、EDTA中的一种或几种的混合物；所述还原剂为甲醛、次磷酸钠、硼氢化钠、二甲氨基硼烷、肼中的一种或几种的混合物；所述pH值调节剂为氢氧化钠和/或碳酸钠；所述稳定剂为甲醇、***、硫代尿素、烷基硫醇、二羟基氮苯、2-2联吡啶中的一种或几种的混合物；所述促进剂为铵盐、硝酸盐、聚氧乙烯氨基醚中的一种或几种的混合物。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点:
(1)本发明所述的兼具高导磁和高导电的复合材料，包括软磁材料层以及位于所述软磁材料层的单面或双面的厚度为1-20μm的金属镀层，且所述复合材料的电阻为0.3-1mΩ，所述复合材料在500kHz频率下的交流磁导率高于300；较之现有技术中的同时具有导磁和导电功能的复合材料，导磁和导电性能均较差，难以满足轻薄化、功能化的需求，本发明所述的复合材料，同时具有较高的导电性和导磁性，符合电磁复合材料轻薄化、功能化的发展要求；并具有较好的韧性，可进行大角度弯曲，特别是铁基非晶带材做基材时，可以进行180°对折而不断裂；进一步还能有效避免因吸收磁能而产生的发热情况，也无需通过增加厚度来解决发热问题；能够满足触控屏、电子印刷等进一步加工设计需求。
(2)本发明制备所述兼具高导磁和高导电的复合材料的方法，采用卧式卷对卷制备工艺，不仅可对基材进行单面附着金属，也可进行双面附着金属层，这是传统立式电沉积方法无法做到的，从而能够满足电子印刷等领域对于导磁和导电有特殊设计需求，例如单面导电、另一面不允许导电的场合；
利用本发明所述方法制备所述复合材料卷料的过程中，根据应用需求，可以很方便地在材料表面再粘贴上一层双面胶，以及保护膜、离心纸等；例如采用机械覆膜机就能方便实现，但采用立式电沉积方法却无法做到；
所述卧式卷对卷制备方法的效率，比立式电沉积制备方法的效率高十几倍甚至几十倍；
所述卧式卷对卷制备方法，通过拉伸基材，从而保持了基材在流动的电镀液中的均匀稳定，可制备100mm宽幅以上的复合材料；但立式电沉积方法的基材宽度取决于电解槽的深度，且宽度越大，因电解液循环流动带来的干扰也越大，实际宽度往往限定在100mm以内；
通过卧式卷对卷制备方法获得的卷料，性能均匀稳定，不需要任何后续加工，直接剪裁成预订尺寸即可使用；但采用立式电沉积法，由于不可避免的夹具产生的电镀不均匀性，必须要将夹具所在边缘处裁切掉，这无疑降低了制备效率，增加了工艺成本；
在实际应用中，根据使用的场合不同，各金属层的厚度也有所不同；使用所述复合材料，方便剪裁成预期尺寸，直接安置或粘贴在电子设备、通讯设备、天线模组等器件的相应位置，起到导磁和导电的作用。
(3)本发明所述的兼具高导磁和高导电的复合材料的方法，通过采用N-酰基肌氨酸、二(辛氨基乙基)甘氨酸、N-烷基天冬氨酸β-烷基酯、Nβ-酰基-L-赖氨酸、卵磷脂、甜菜碱中的一种或几种的混合物作为清洗剂，较之传统使用的酸洗和碱洗两步清洗法，本发明通过采用所述清洗剂进行清洗，能够在去污、除杂的同时实现对软磁材料表面的活化，从而清洗后软磁材料表面干净清洁，且单位面积内的凹凸纹路明显增加，而发明人经过研究发现，上述增加的凹凸纹路，十分有利于后续金属镀层的紧密、均匀附着。
(4)本发明所述的兼具高导磁和高导电的复合材料的方法，所述活化剂水溶液的浓度为2-30wt％，其中，活化剂为H2SO3、H3PO4、HF、H2C2O4中的一种或几种的混合物，使得活化后软磁材料表面粗糙度的明显增大，进而有利于后续金属镀层的紧密、均匀附着。
(5)本发明所述的兼具高导磁和高导电的复合材料的方法，在所述活化剂水溶液中还添加浓度为5-30wt％的螯合剂，所述螯合剂易于电解产生的铁离子、锰离子、锌离子、钙离子、镁离子等进行反应，从而将上述杂质离子及时去除，进而为金属镀层的附着提供优化的条件。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1为本发明实施例1所述的兼具高导磁和高导电的复合材料的结构示意图；
图2为本发明对比例1清洗后的软磁材料层在放大倍率为300倍时的表面观察图。
图3为本发明实施例1清洗后软磁材料层在放大倍率为300倍时的表面观察图。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供一种兼具高导磁和高导电的复合材料，如图1所示，包括软磁材料层1以及分别位于所述软磁材料层上、下表面的双面铜镀层2，所述复合材料的总厚度为46μm；
所述软磁材料层为宽度为280mm、厚度为26μm的铁基非晶带材(市售牌号为1k101)；
所述上下表面的铜镀层的厚度均为10μm。
所述的兼具高导磁和高导电的复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)准备卷对卷电镀工艺线，沿工艺路线依次包括卷料筒、电解超声除油槽、装有清洗剂的清洗槽、装有活化剂水溶液的电解活化槽、装有化学镀预镀液的预镀槽、装有电镀液的电镀槽、水洗槽、烘干箱和收卷机；
(2)将成卷的软磁材料层安装在所述卷料筒上，以0.05m/min的速度牵引所述软磁材料层依次穿过所述电解超声除油槽、清洗槽、电解活化槽、预镀槽、电镀槽、水洗槽、烘干箱和收卷机，即得所述复合材料。
所述清洗剂采用二(辛氨基乙基)甘氨酸(TEGO)，所述活化剂水溶液为含30wt％H2C2O4、30wt％铜螯合剂的水溶液，电解的电流为1.5A/dm2。将清洗后的软磁材料在300倍的显微镜下观察，如图3所示，可以看到软磁材料的表面干净整洁，单位面积内的凸凹纹路明显增多，而经研究发现，这种增加的凸凹纹路，将有利于后续金属离子的电镀附着。
所述化学镀预镀铜溶液配方为：300克/升的预镀主盐，络合剂20克/升，100克/升的还原剂，2克/升的pH值调节剂，40克/升的稳定剂和40克/升的促进剂，其他为纯水，添加少量的表面活性剂。
所述预镀主盐选用质量比为1:1的氯化铜和醋酸铜的混合物；所述络合剂选用酒石酸钾钠；所述还原剂选用硼氢化钠；所述pH值调节剂为碳酸钠，并将pH值控制在9-10范围内；所述稳定剂选用烷基硫醇；所述促进剂选用硝酸盐；表面活性剂选用聚乙二醇。
所述电镀液的配方为：电镀主盐300克/升，络合剂20克/升，pH值调节剂30克/升，以及添加剂50克/升。所述电镀主盐选用质量比为1:1氯化铜和硫酸铜；所述络合剂为酒石酸钾钠；所述pH值调节剂为硫酸，以将pH值控制在2-2.3之间。电镀电流为8A/dm2。
实施例2
本实施例提供一种兼具高导磁和高导电的复合材料，包括软磁材料层以及分别位于所述软磁材料层上下表面的双面铜镀层，所述复合材料的总厚度为15μm；
所述软磁材料层为宽度为80mm、厚度为5μm的坡莫合金带材(市售牌号为1J85)；
所述上下表面的铜镀层的厚度均为5μm。
所述的兼具高导磁和高导电的复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)准备卷对卷电镀工艺线，沿工艺路线依次包括卷料筒、装有清洗剂的清洗槽、装有活化剂水溶液的电解活化槽、装有化学镀预镀液的预镀槽、装有电镀液的电镀槽、水洗槽、烘干箱和收卷机；
(2)将成卷的软磁材料层安装在所述卷料筒上，以0.15m/min的速度牵引所述软磁材料层依次穿过所述清洗槽、电解活化槽、预镀槽、电镀槽、水洗槽、烘干箱和收卷机，即得所述复合材料。
所述清洗剂采用N-酰基肌氨酸和N-烷基天冬氨酸β-烷基酯按照质量比1:1配置而成，所述活化剂水溶液采用含有5wt％H2SO3和5wt％铜螯合剂的水溶液。电解的电流为0.8A/dm2。
所述化学镀预镀铜溶液配方为：100克/升的预镀主盐，络合剂50克/升，10克/升的还原剂，30克/升的pH值调节剂，5克/升的稳定剂和2克/升的促进剂，其他为纯水，添加少量的表面活性剂。
所述预镀主盐选用五水硫酸铜；所述络合剂选用葡萄糖酸钠；所述还原剂选用二甲氨基硼烷(DMAB)；所述pH值调节剂为氢氧化钠，并将pH值控制在9-10范围内；所述稳定剂选用硫代尿素；所述促进剂选用聚氧乙烯氨基醚,所述表面活性剂选用异辛醇。
所述电镀液的配方为：电镀主盐50克/升，络合剂2克/升，pH值调节剂10克/升，以及添加剂7克/升。所述电镀主盐选用质量比例为5:1无水硫酸铜和氯化铜；所述络合剂为葡萄糖酸钠；所述pH值调节剂为硫酸，以将pH值控制在2.7-2.9之间。电镀电流为2A/dm2。
实施例3
本实施例提供一种兼具高导磁和高导电的复合材料，包括软磁材料层以及分别位于所述软磁材料层上表面的单面镀铜层，所述复合材料的总厚度为47μm；
所述软磁材料层为宽度为280mm、厚度为28μm的FeSiB带材(市售成分Fe80Si9B11)；
所述上表面的铜镀层的厚度为19μm。
所述的兼具高导磁和高导电的复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)准备卷对卷电镀工艺线，沿工艺路线依次包括卷料筒、电解超声除油槽、装有清洗剂的清洗槽、装有活化剂水溶液的电解活化槽、装有化学镀预镀液的预镀槽、装有电镀液的电镀槽、水洗槽、烘干箱和收卷机；
(2)将成卷的软磁材料层安装在所述卷料筒上，以1m/min的速度牵引所述软磁材料层依次穿过所述电解超声除油槽、清洗槽、电解活化槽、预镀槽、电镀槽、水洗槽、烘干箱和收卷机，即得所述复合材料。
所述清洗剂采用二(辛氨基乙基)甘氨酸(TEGO)，所述活化剂水溶液采用含5wt％H3PO4和10wt％铜螯合剂的水溶液，电解的电流为0.8A/dm2。
所述化学镀预镀铜溶液配方为：300克/升的预镀主盐，络合剂20克/升，100克/升的还原剂，2克/升的pH值调节剂，2克/升的稳定剂和40克/升的促进剂，其他为纯水，添加少量的表面活性剂。
所述预镀主盐选用碱式碳酸铜；所述络合剂选用酒石酸钾钠；所述还原剂选用硼氢化钠；所述pH值调节剂为碳酸钠，并将pH值控制在9-10范围内；所述稳定剂选用甲醇；所述促进剂选用聚氧乙烯氨基醚；所述表面活性剂选用异辛醇。
所述电镀液的配方为：电镀主盐300克/升，络合剂20克/升，pH值调节剂30克/升，以及添加剂50克/升。所述电镀主盐选用氯化铜；所述络合剂为酒石酸钾钠；所述pH值调节剂为硫酸，以将pH值控制在2-2.3之间。电镀电流为5A/dm2。
实施例4
本实施例提供一种兼具高导磁和高导电的复合材料，包括软磁材料层以及分别位于所述软磁材料层上表面的单面镀锡层，所述复合材料的总厚度为28μm；
所述软磁材料层为宽度为50mm、厚度为20μm的铁基纳米晶合金带材(市售Fe84Si7B15.5Cu1Nb3)；
所述上表面的镀锡层的厚度为8μm。
所述的兼具高导磁和高导电的复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)准备卷对卷电镀工艺线，沿工艺路线依次包括卷料筒、电解超声除油槽、装有清洗剂的清洗槽、装有活化剂水溶液的电解活化槽、装有化学镀预镀液的预镀槽、装有电镀液的电镀槽、水洗槽、烘干箱和收卷机；
(2)将成卷的软磁材料层安装在所述卷料筒上，以0.2m/min的速度牵引所述软磁材料层依次穿过所述电解超声除油槽、清洗槽、电解活化槽、预镀槽、电镀槽、水洗槽、烘干箱和收卷机，即得所述复合材料。
所述清洗剂采用卵磷脂，所述活化剂水溶液采用含5wt％H2SO3和8wt％锡螯合剂的水溶液，电解的电流为1.5A/dm2。
所述化学镀预镀锡溶液配方为：30克/升的预镀主盐，20克/升的pH值调节剂，其他为纯水，添加少量的表面活性剂。
所述预镀主盐选用硫酸亚锡；所述pH值调节剂为硫酸，并将pH值控制在2.5-2.7范围内。
所述电镀液的配方为：电镀主盐60克/升，络合剂20克/升，pH值调节剂200克/升，还原剂为10克/升，光亮剂为2克/升。所述电镀主盐选用硫酸亚锡；所述络合剂为明胶；所述pH值调节剂为硫酸，以将pH值控制在2-2.3之间，所述还原剂选用甲醛。电镀电流为3A/dm2。
实施例5
本实施例提供一种兼具高导磁和高导电的复合材料，包括软磁材料层以及分别位于所述软磁材料层上表面的单面银镀层，所述复合材料的总厚度为29μm；
所述软磁材料层为宽度为100mm、厚度为28μm的FeCo合金(市售Fe65Co35)；
所述上表面的银镀层的厚度均为1μm。
所述的兼具高导磁和高导电的复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)准备卷对卷电镀工艺线，沿工艺路线依次包括卷料筒、电解超声除油槽、装有清洗剂的清洗槽、装有活化剂水溶液的电解活化槽、装有化学镀预镀液的预镀槽、装有电镀液的电镀槽、水洗槽、烘干箱和收卷机；
(2)将成卷的软磁材料层安装在所述卷料筒上，以20m/min的速度牵引所述软磁材料层依次穿过所述电解超声除油槽、清洗槽、电解活化槽、预镀槽、电镀槽、水洗槽、烘干箱和收卷机，即得所述复合材料。
所述清洗剂采用N-烷基天冬氨酸β-烷基酯和Nβ-酰基-L-赖氨酸，所述活化剂水溶液采用含2wt％H2C2O4、28wt％H2SO3和30wt％银螯合剂的水溶液。电解的电流为0.8A/dm2。
所述化学镀预镀银溶液配方为：20克/升的预镀主盐，20克/升的pH值调节剂，其他为纯水，添加少量的表面活性剂。
所述预镀主盐选用硝酸银，所述pH值调节剂为硝酸，所述表面活性剂选用异辛醇。
所述电镀液的配方为：电镀主盐200克/升，络合剂20克/升，以及光亮剂20克/升。所述电镀主盐选用硝酸银；所述络合剂为***；所述pH值调节剂为硝酸，以将pH值控制在2-2.3之间。电镀电流为6A/dm2。
实施例6
本实施例提供一种兼具高导磁和高导电的复合材料，包括软磁材料层以及分别位于所述软磁材料层上表面的单面镀镍层，所述复合材料的总厚度为320μm；
所述软磁材料层为宽度为400mm、厚度为300μm的FeSi带材(市售牌号为DQ133-30)；
所述上表面的镍镀层的厚度为20μm。
所述的兼具高导磁和高导电的复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)准备卷对卷电镀工艺线，沿工艺路线依次包括卷料筒、电解超声除油槽、装有清洗剂的清洗槽、装有活化剂水溶液的电解活化槽、装有化学镀预镀液的预镀槽、装有电镀液的电镀槽、水洗槽、烘干箱和收卷机；
(2)将成卷的软磁材料层安装在所述卷料筒上，以0.01m/min的速度牵引所述软磁材料层依次穿过所述电解超声除油槽、清洗槽、电解活化槽、预镀槽、电镀槽、水洗槽、烘干箱和收卷机，即得所述复合材料。
所述清洗剂采用甜菜碱，所述活化剂水溶液采用含5wt％、6wt％H2SO3和10wt％镍螯合剂的水溶液，电解的电流为1.0A/dm2。
所述化学镀预镀镍溶液配方为：120克/升的预镀主盐，络合剂15克/升，10克/升的pH值调节剂，并添加少量稳定剂、光亮剂和表面活性剂，其他为纯水。
所述预镀主盐选用100克/升硫酸镍和20克/升氯化钠，所述络合剂选用柠檬酸钠；所述pH调节剂选用硼酸，并将pH值控制在5-6范围内；所述稳定剂选用2-2联吡啶；所述光亮剂选用十二烷基硫酸钠，所述表面活性剂选用硬脂酸聚氧乙烯脂。
所述电镀液的配方为：电镀主盐220克/升，络合剂20克/升，pH值调节剂20克/升，以及稳定剂20克/升和光亮剂5克/升。所述电镀主盐选用质量比为10:1硫酸镍和氯化镍；所述络合剂为柠檬酸钠；所述pH值调节剂为硼酸，以将pH值控制在5-6之间。电镀电流为4A/dm2。
实施例7
本实施例提供一种兼具高导磁和高导电的复合材料，包括软磁材料层以及分别位于所述软磁材料层上表面的铜镀层和下表面的锡镀层，所述复合材料的总厚度为430μm；
所述软磁材料层为宽度为500mm、厚度为400μm的电工纯铁(市售牌号为DT4E)；
所述铜镀层的厚度为10μm，镍镀层的厚度为5μm。
所述的兼具高导磁和高导电的复合材料的制备方法，包括镀镍和镀铜两个步骤，具体如下：
先进行镀镍，工艺如下：
(1)准备卷对卷电镀工艺线，沿工艺路线依次包括卷料筒、电解超声除油槽、装有清洗剂的清洗槽、装有活化剂水溶液的电解活化槽、装有化学镀预镀液的预镀槽、装有电镀液的电镀槽、水洗槽、烘干箱和收卷机；
(2)将成卷的软磁材料层安装在所述卷料筒上，以1.2m/min的速度牵引所述软磁材料层依次穿过所述电解超声除油槽、清洗槽、电解活化槽、预镀槽、电镀槽、水洗槽、烘干箱和收卷机，即得所述复合材料。
所述清洗剂采用甜菜碱和卵磷脂，所述活化剂水溶液采用含10wt％H3PO4、6wt％H2SO3和10wt％镍螯合剂的水溶液，电解的电流为0.8A/dm2。
所述化学镀预镀镍溶液配方为：120克/升的预镀主盐，络合剂15克/升，10克/升的pH值调节剂，并添加少量稳定剂、光亮剂和表面活性剂，其他为纯水。
所述预镀主盐选用100克/升硫酸镍和20克/升氯化钠，所述络合剂选用EDTA；所述pH调节剂选用硼酸，并将pH值控制在5-6范围内；所述稳定剂选用质量比1：1的二羟基氮苯和2-2联吡啶；所述光亮剂选用十二烷基硫酸钠，所述表面活性剂选用硬脂酸聚氧乙烯脂。
所述电镀液的配方为：电镀主盐220克/升，络合剂20克/升，pH值调节剂20克/升，以及稳定剂20克/升和光亮剂5克/升。所述电镀主盐选用质量比为10:1硫酸镍和氯化镍；所述络合剂为EDTA；所述pH值调节剂为硼酸，以将pH值控制在5-6之间。电镀电流为2A/dm2。
再进行镀铜，工艺如下：
(1)准备卷对卷电镀工艺线，沿工艺路线依次包括卷料筒、电解超声除油槽、装有清洗剂的清洗槽、装有活化剂水溶液的电解活化槽、装有化学镀预镀液的预镀槽、装有电镀液的电镀槽、水洗槽、烘干箱和收卷机；
(2)将成卷的软磁材料层安装在所述卷料筒上，以0.9m/min的速度牵引所述软磁材料层依次穿过所述电解超声除油槽、清洗槽、电解活化槽、预镀槽、电镀槽、水洗槽、烘干箱和收卷机，即得所述复合材料。
所述清洗剂采用甜菜碱和卵磷脂，所述活化剂水溶液采用含5wt％HF和10wt％铜螯合剂的水溶液，电解的电流为0.8A/dm2。
所述化学镀预镀铜溶液配方为：300克/升的预镀主盐，络合剂20克/升，100克/升的还原剂，2克/升的稳定剂和3克/升的促进剂，其他为纯水，添加少量的表面活性剂。
所述预镀主盐选用碱式碳酸铜；所述络合剂选用酒石酸钾钠；所述还原剂选用硼氢化钠；所述稳定剂选用甲醇；所述促进剂选用聚氧乙烯氨基醚。
所述电镀液的配方为：电镀主盐300克/升，络合剂20克/升，pH值调节剂30克/升，以及添加剂50克/升。所述电镀主盐选用氯化铜；所述络合剂为酒石酸钾钠；所述pH值调节剂为硫酸，以将pH值控制在2-2.4之间；所述促进剂为铵盐和硝酸盐，质量比1:1。电镀电流为1.5A/dm2。
对比例1
本对比例提供一种兼具导磁和导电的复合材料，包括软磁材料层以及分别位于所述软磁材料层上下表面的双面铜镀层，所述复合材料的总厚度为46μm；
所述软磁材料层为宽度为280mm、厚度为26μm的铁基非晶带材(市售牌号为1k101)；
所述上下表面的铜镀层的厚度均为10μm。
所述的兼具高导磁和高导电的复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)准备卷对卷电镀工艺线，沿工艺路线依次包括卷料筒、电解超声除油槽、装有清洗剂的清洗槽、装有活化剂水溶液的电解活化槽、装有化学镀预镀液的预镀槽、装有电镀液的电镀槽、水洗槽、烘干箱和收卷机；
(2)将成卷的软磁材料层安装在所述卷料筒上，以0.05m/min的速度牵引所述软磁材料层依次穿过所述电解超声除油槽、清洗槽、电解活化槽、预镀槽、电镀槽、水洗槽、烘干箱和收卷机，即得所述复合材料。
所述清洗剂采用热酸和热碱，所述活化剂水溶液采用弱酸。
所述化学镀预镀铜溶液配方为：300克/升的预镀主盐，络合剂20克/升，100克/升的还原剂，2克/升的pH值调节剂，40克/升的稳定剂和40克/升的促进剂，其他为纯水，添加少量的表面活性剂。
所述预镀主盐选用质量比1:1的氯化铜和醋酸铜的混合物；所述络合剂选用酒石酸钾钠；所述还原剂选用硼氢化钠；所述pH值调节剂为碳酸钠，并将pH值控制在9-10范围内；所述稳定剂选用烷基硫醇；所述促进剂选用硝酸盐；表面活性剂选用聚乙二醇。
所述电镀液的配方为：电镀主盐300克/升，络合剂20克/升，pH值调节剂30克/升，以及添加剂50克/升。所述电镀主盐选用质量比为1:1氯化铜和硫酸铜；所述络合剂为酒石酸钾钠；所述pH值调节剂为硫酸，以将pH值控制在2-2.3之间。
所述热酸采用稀硫酸，所述热碱采用碳酸氢钠，所述活化剂水溶液采用稀硫酸。
将清洗后的软磁材料在300倍的显微镜下观察，如图2所示，可以看到表面比较整洁，但单位面积内的凸凹纹路有限，后续金属离子的电镀附着性差。
对比例2
本对比例提供一种兼具导磁和导电的复合材料，包括软磁材料层以及分别位于所述软磁材料层上、下表面的双面铜镀层，所述复合材料的总厚度为15μm；
所述软磁材料层为宽度为80mm、厚度为5μm的坡莫合金带材(市售牌号为1J85)；
所述上下表面的铜镀层的厚度均为5μm。
所述的兼具高导磁和高导电的复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)准备卷对卷电镀工艺线，沿工艺路线依次包括卷料筒、装有热酸的酸洗槽、装有热碱的碱洗槽、装有活化剂水溶液的活化槽、装有化学镀预镀液的预镀槽、装有电镀液的电镀槽、水洗槽、烘干箱和收卷机；
(2)将成卷的软磁材料层安装在所述卷料筒上，以0.15m/min的速度牵引所述软磁材料层依次穿过所述酸洗槽、碱洗槽、活化槽、预镀槽、电镀槽、水洗槽、烘干箱和收卷机，即得所述复合材料。
所述热酸采用稀硫酸，所述热碱采用氢氧化钠，所述活化剂水溶液采用含有5wt％H2SO3和5wt％铜螯合剂的水溶液。
所述化学镀预镀铜溶液配方为：100克/升的预镀主盐，络合剂50克/升，10克/升的还原剂，30克/升的pH值调节剂，5克/升的稳定剂和2克/升的促进剂，其他为纯水，添加少量的表面活性剂。
所述预镀主盐选用五水硫酸铜；所述络合剂选用葡萄糖酸钠；所述还原剂选用二甲氨基硼烷(DMAB)；所述pH值调节剂为氢氧化钠，并将pH值控制在9-10范围内；所述稳定剂选用硫代尿素；所述促进剂选用聚氧乙烯氨基醚；表面活性剂选用异辛醇。
所述电镀液的配方为：电镀主盐50克/升，络合剂2克/升，pH值调节剂10克/升，以及添加剂7克/升。所述电镀主盐选用质量比例为5:1无水硫酸铜和氯化铜；所述络合剂为葡萄糖酸钠；所述pH值调节剂为硫酸，以将pH值控制在2.7-2.9之间。
对比例3
本对比例提供一种兼具导磁和导电的复合材料，包括软磁材料层以及分别位于所述软磁材料层上下表面的双面铜镀层，所述复合材料的总厚度为46μm；
所述软磁材料层为宽度为142mm、厚度为26μm的铁基非晶带材(市售牌号为1k101)；
所述上下表面的铜镀层的厚度均为10μm。
所述的兼具导磁和导电的复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)准备立式电沉积工艺线，装有热酸的清洗槽，装有热碱的清洗槽、水洗槽，装有碱性化学镀预镀液的预镀槽、装有电镀液的电镀槽、水洗槽、烘干箱；
(2)佩戴耐腐蚀手套，进行手工操作，将单片非晶带材依次置入热酸、热碱和纯水三个清洗槽，进行表面清洗，再将单片非晶带材置入化学预镀槽中进行预镀铜，pH值为8.7-9，化学镀时间5min，即得所述复合材料。
所述化学镀预镀铜溶液配方为：300克/升的预镀主盐，络合剂20克/升，100克/升的还原剂，2克/升的pH值调节剂，40克/升的稳定剂和40克/升的促进剂，其他为纯水，添加少量的表面活性剂。
所述预镀主盐选用质量比为1:1的氯化铜和醋酸铜的混合物；所述络合剂选用酒石酸钾钠；所述还原剂选用硼氢化钠；所述pH值调节剂为碳酸钠，并将pH值控制在9-10范围内；所述稳定剂选用烷基硫醇；所述促进剂选用硝酸盐；表面活性剂选用聚乙二醇。
所述电镀液的配方为：电镀主盐300克/升，络合剂20克/升，pH值调节剂30克/升，以及添加剂50克/升。所述电镀主盐选用质量比为1:1氯化铜和硫酸铜；所述络合剂为酒石酸钾钠；所述pH值调节剂为硫酸，以将pH值控制在2-2.3之间。电沉积时间10min。
对比例4
本对比例提供一种兼具导磁和导电的复合材料，包括软磁材料层以及分别位于所述软磁材料层上、下表面的双面铜镀层，所述复合材料的总厚度为15μm；
所述软磁材料层为宽度为80mm、厚度为5μm的坡莫合金带材(市售牌号为1J85)；
所述上下表面的铜镀层的厚度均为5μm。
所述的兼具导磁和导电的复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)准备化学镀，沿工艺步骤依次包括电解超声除油槽、装有清洗剂的清洗槽、装有活化剂水溶液的活化槽、装有化学镀预镀液的镀槽、装有化学镀液的镀槽、水洗槽、烘干箱；
(2)佩戴耐腐蚀手套，进行手工操作，将单片非晶带材依次进行电解超声除油，并浸入清洗槽进行清洗，活化槽进行活化，化学镀预镀槽进行预镀、化学镀槽进行化学镀，水洗槽进行清洗，烘干箱进行烘干，即得所述复合材料。
所述清洗剂采用N-酰基肌氨酸和N-烷基天冬氨酸β-烷基酯按照质量比1:1配置而成，所述活化剂水溶液采用含有5wt％H2SO3和5wt％铜螯合剂的水溶液。
所述化学镀预镀铜溶液配方为：100克/升的预镀主盐，络合剂50克/升，10克/升的还原剂，30克/升的pH值调节剂，5克/升的稳定剂和2克/升的促进剂，其他为纯水，添加少量的表面活性剂。
所述预镀主盐选用五水硫酸铜；所述络合剂选用葡萄糖酸钠；所述还原剂选用二甲氨基硼烷(DMAB)；所述pH值调节剂为氢氧化钠，并将pH值控制在9-10范围内；所述稳定剂选用硫代尿素；所述促进剂选用聚氧乙烯氨基醚；表面活性剂选用异辛醇。
所述化学镀液的配方为：化学镀主盐50克/升，络合剂2克/升，pH值调节剂10克/升，以及添加剂7克/升。所述化学镀主盐选用质量比比例为5:1无水硫酸铜和氯化铜；所述络合剂为葡萄糖酸钠；所述pH值调节剂为硫酸，以将pH值控制在2.7-2.9之间。
实验例
将上述实施例1-7以及对比例1-4制备得到的复合材料依次进行编号为A-G和H-K，并采用交流软磁测量仪对所述复合材料进行磁导率测量，测定500KHz下的交流磁导率为μ’；采用四探针法测量得到的电阻为R，如表1所示。
表1-不同复合材料样品的测定结果
| 样品编号 | 导磁性能(μ’，500kHz) | 导电性能(R,mΩ) |
| A | 370 | 0.8 |
| B | 470 | 0.5 |
| C | 800 | 0.7 |
| D | 500 | 0.4 |
| E | 350 | 1 |
| F | 310 | 0.6 |
| G | 320 | 0.9 |
| H | 190 | 1.5 |
| I | 280 | 1.2 |
| J | 230 | 1.3 |
| K | 200 | 1.4 |
结果显示，本发明方法制备得到的复合材料(样品A-G)，镀层附着紧密，金属镀层为1-20μm，能够确保其电阻较小为0.3-1mΩ，并且在500kHz频率下的交流磁导率高于300；采用对比例1-4中方法制备得到的复合材料(样品H-J)，金属镀层难以紧密附着，镀层电阻较大，导磁和导电性能均较差，难以同时满足轻薄化、功能化的需求。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (12)
1.一种兼具高导磁和高导电的复合材料，其特征在于，所述复合材料包括软磁材料层以及位于所述软磁材料层的单面或双面的金属镀层，
所述金属镀层的厚度为1-20μm；
所述复合材料的电阻为0.3-1mΩ；
所述复合材料在500kHz频率下的交流磁导率高于300；
制备所述兼具高导磁和高导电的复合材料的方法，包括如下步骤：
(1)准备卷对卷电镀工艺线，沿工艺路线依次包括卷料筒、装有清洗剂的清洗槽、装有活化剂水溶液的电解活化槽、装有化学镀预镀液的预镀槽、装有电镀液的电镀槽、水洗槽、烘干箱和收卷机；
(2)将成卷的软磁材料层安装在所述卷料筒上，以牵引所述软磁材料层依次穿过所述清洗槽、电解活化槽、预镀槽、电镀槽、水洗槽、烘干箱和收 卷机，即得所述复合材料；
所述清洗剂采用N-酰基肌氨酸、二(辛氨基乙基) 甘氨酸、N-烷基天冬氨酸β-烷基酯、Nβ-酰基-L-赖氨酸、卵磷脂、甜菜碱中的一种或几种的混合物；
所述活化剂水溶液的浓度为2-30wt％，其中，活化剂为H2SO3、H3PO4、HF、H2C2O4中的一种或几种的混合物。
2.根据权利要求1所述的兼具高导磁和高导电的复合材料，其特征在于，所述软磁材料层为坡莫合金、铁基非晶合金、铁基纳米晶合金、FeSi、FeNi、FeCo、电工纯铁中的一种或几种的组合。
3.根据权利要求1或2所述的兼具高导磁和高导电的复合材料，其特征在于，所述金属镀层为Sn层、Cu层、Ag层、Ni层中的一种或几种的组合。
4.根据权利要求 1或2所述的兼具高导磁和高导电的复合材料，其特 征在于，所述复合材料的总厚度为3-450μm。
5.一种制备权利要求 1-4任一项所述的兼具高导磁和高导电的复合材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1) 准备卷对卷电镀工艺线，沿工艺路线依次包括卷料筒、装有清洗剂的清洗槽、装有活化剂水溶液的电解活化槽、装有化学镀预镀液的预镀槽、装有电镀液的电镀槽、水洗槽、烘干箱和收卷机；
(2) 将成卷的软磁材料层安装在所述卷料筒上，以牵引所述软磁材料层 依次穿过所述清洗槽、电解活化槽、预镀槽、电镀槽、水洗槽、烘干箱和收卷机，即得所述复合材料；
所述清洗剂采用 N-酰基肌氨酸、二( 辛氨基乙基) 甘氨酸、N-烷基天冬 氨酸β-烷基酯、Nβ-酰基-L-赖氨酸、卵磷脂、甜菜碱中的一种或几种的混合物；
所述活化剂水溶液的浓度为2-30wt％，其中，活化剂为H2SO3、H3PO4、HF、H2C2O4中的一种或几种的混合物。
6.根据权利要求 5 所述的兼具高导磁和高导电的复合材料的方法，其特 征在于，所述活化剂水溶液中还添加浓度为 5-30wt％的螯合剂。
7.根据权利要求5或 6所述的兼具高导磁和高导电的复合材料的方法， 其特征在于，在操作中针对不同的金属镀层选择相对应的化学镀预镀液配方，具体为：
当所述金属镀层为 Cu 层时，所述化学镀预镀液的配方包括：预镀主盐，
20-300 克/升；
络合剂，20-300克/升；pH 值调节剂，2-100克/升；
当所述金属镀层为 Sn 层时，所述化学镀预镀液的配方包括：预镀主盐，
20-300克/升；pH 值调节剂，2-100 克/升；
当所述金属镀层为 Ag 层时，所述化学镀预镀液的配方包括：预镀主盐，
20-300克/升；pH 值调节剂，2-100 克/升；
当所述金属镀层为 Ni 层时，所述化学镀预镀液的配方包括：预镀主盐，
20-300克/升；pH 值调节剂，2-100 克/升。
8.根据权利要求 7 所述的兼具高导磁和高导电的复合材料的方法，其特 征在于，针对不同的镀层，还选择添加还原剂、稳定剂、促进剂、光亮剂、表面活性剂中的一种或几种的混合物。
9.根据权利要求8所述的兼具高导磁和高导电的复合材料的方法，其特 征在于，针对不同的镀层，所述预镀主盐选择相应镀层金属的硫酸亚盐、硫酸盐、金属氯化物、碱式碳酸盐、酒石酸盐、醋酸盐、氟硼酸盐、磺酸盐中的一种或几种的混合物；所述络合剂为酒石酸钾钠、柠檬酸钠、葡萄糖酸钠、 EDTA、明胶、***中的一种或几种的混合物；所述 pH 值调节剂为氢氧化 钠、碳酸钠、硫酸、硝酸、硼酸中的一种或几种的混合物；所述还原剂为甲醛、次磷酸钠、硼氢化钠、二甲氨基硼烷、肼中的一种或几种的混合物；所述稳定剂为甲醇、***、硫代尿素、烷基硫醇、二羟基氮苯、2-2 联吡啶中的一种或几种的混合物；所述促进剂为铵盐、硝酸盐、聚氧乙烯氨基醚中的一种或几种的混合物；所述光亮剂为有机磺酸盐类、乙撑硫脲、SPS(聚二硫二丙烷磺酸钠)、BSP(苯基二硫丙烷磺酸钠)、HP(醇硫基丙烷磺酸钠)、TPS(聚二甲基酰胺基磺酸钠)、苄叉丙酮、苯甲酸钠、壬基酚聚氧乙烯醚、 烟酸中的一种或几种的混合物。
10.根据权利要求7所述的兼具高导磁和高导电的复合材料的方法，其特征在于，所述电镀液的配方包括：
电镀主盐，20-300 克/升；
络合剂，0.1-20 克/升；
pH 值调节剂，0.001-30 克/升。
11.根据权利要求10所述的兼具高导磁和高导电的复合材料的方法，其 特征在于，针对不同的镀层，还选择添加还原剂、稳定剂、促进剂、光亮剂、 表面活性剂中的一种或几种的混合物。
12.根据权利要求11所述的兼具高导磁和高导电的复合材料的方法，其特征在于，针对不同的镀层，所述电镀主盐选择相应镀层金属的硫酸盐、金属氯化物、碱式碳酸盐中的一种或几种的混合物，所述络合剂为酒石酸钾钠、柠檬酸钠、葡萄糖酸钠、EDTA 中的一种或几种的混合物；所述 pH 值调节剂为硫酸和/或硼酸；所述还原剂为甲醛、次磷酸钠、硼氢化钠、二甲氨基硼烷、肼中的一种或几种的混合物；所述稳定剂为甲醇、***、硫代尿素、烷基硫醇、二羟基氮苯、2-2 联吡啶中的一种或几种的混合物；所述促进剂为铵盐、硝酸盐、聚氧乙烯氨基醚中的一种或几种的混合物；所述光亮剂为有机磺酸盐类、乙撑硫脲、SPS(聚二硫二丙烷磺酸钠)、BSP(苯基二硫丙烷 磺酸钠)、HP(醇硫基丙烷磺酸钠)、TPS(聚二甲基酰胺基磺酸钠)、苄叉丙酮、苯甲酸钠、壬基酚聚氧乙烯醚、烟酸中的一种或几种的混合物，所述表面活性剂为异辛醇、硬脂酸聚氧乙烯脂、聚乙二醇中的一种或几种的混合物。
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