高中化学 专题四 材料加工与性能优化 第一单元 材料的加工处理学案 苏教版选修2-苏教版高二选修2化学学案.doc

第一单元材料的加工处理

1．知道材料是社会进步的物质基础，了解材料加工和性能优化与化学科学发展之间的关系。
2．知道金属表面处理技术的重要性。通过实验探究活动，了解铝的阳极氧化，了解利用电解原理进行金属表面处理的方法。
3．以氢氟酸蚀刻玻璃、用氯化铁制作电子线路板的工艺为例，了解化学腐蚀在材料加工处理中的应用。

日本NORTH公司日前成功开发出一种新型单层印刷电路板(如图)，加工方法为：把一个卷状薄膜缠到另一个辊子上，再使用蚀刻法等工艺进行加工。该印刷电路板的特点是可以把绝缘膜和铜箔厚度最小分别加工到12.5μm和9μm。该公司过去的产品最小分别为25μm和12μm。有了这样的厚度，除柔性底板外，估计还可以用于内插器等元件中。突起电极直径最大为40μm，电极间隔最小为60μm。老产品则分别为100μm和300μm。

eq\x(\a\al(思考：电路板制作原理的反应方程式是什么？,提示：2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2。))

一、金属的表面处理
1．材料加工处理的重要意义与方法
(1)重要意义：应用化学原理和化学技术对材料进行加工，往往能收到其他加工方法难以达到的效果。
(2)材料加工处理的方法。
要提高金属材料表面的耐腐蚀性能，可以用化学方法改变金属材料表面的成分。例如，在足够高的温度下，在金属表面渗入某些其他元素；用电化学方法或其他化学方法使金属表面生成一层具有防腐蚀性能的金属氧化物膜或金属盐膜。
2．铝的阳极氧化
(1)铝及铝合金的阳极氧化，能使铝及铝合金的表面生成致密的氧化膜。
(2)铝的阳极氧化。
把铝片接到电源的正极，在稀硫酸中用直流电电解，铝片表面生成较厚的氧化铝绝缘膜，这种方法叫做阳极氧化。经过抛光处理的铝制品，表面再经过阳极氧化生成透明的阳极氧化膜，增强了铝制品的抗腐蚀和抗机械划伤能力。阳极氧化膜中有微孔，在接近100℃的水中，氧化膜发生水化，体积膨胀，其中的微孔被挤紧堵塞。由于有孔层具有很强的吸附性能，在封孔处理前，添加有机染料可以将膜染成各种鲜艳的颜色。
eq\x(\a\al(思考：家用铝制品表面的氧化膜是怎么形成的？,提示：家用铝制品表面的氧化膜是通过铝的阳极氧化形成的。))
3．电镀
(1)概念。
电镀是运用电解原理，在金属器件表面形成一薄层有抗腐蚀、抗磨损能力的金属镀膜的过程。
(2)电镀原理。
通常，在镀槽中，待镀的金属器件与电源的负极连接作阴极，镀层金属与电源的正极连接作阳极，所使用的电镀液含有镀层金属离子。通电后，电镀液中的金属离子在电位差的作用下移动到阴极放电形成电镀层，阳极的金属形成金属离子进入电镀液，使得电镀液中镀层金属离子的浓度几乎保持不变。
(3)电镀工艺。
在电镀工艺中，要求在镀件上析出的镀层厚度均匀、光滑致密、与底层金属的附着力强。
①使用少量表面活性剂能改善镀层性能。表面活性剂能除去金属表面的油污，使镀液易于在电极表面均匀铺展开来；它还容易附着在电极表面，对金属离子在电极上的放电起到一定的阻碍作用，使金属镀层细致均匀。
②人们常在电镀液中加配合剂，金属离子与配合剂形成配合离子后，金属离子的浓度明显降低，金属在镀件上析出速率得到控制，从而得到质量较好的镀层。以往多用氰化物作配合剂，它是极毒物质，电镀废液排放前要进行处理，以免产生污染。现在推广无氰电镀。
③还可以在电镀液中加入其他添加剂，如光亮剂、平整剂等有利于提高镀层的质量。
④有时需要调节电镀液的酸碱度、控制电镀时间和温度，保证镀层质量。
二、腐蚀加工技术
1．材料的加工技术
使用金属材料和其他材料时，都要进行加工，如切削、雕镂、焊接、刨光、造型等。除了机械加工方法外，化学加工法在材料加工技术中也得到广泛的应用。化学腐蚀加工技术就是其中一例。
2．氢氟酸蚀刻玻璃
(1)氢氟酸。
氢氟酸是一种弱酸，是氟化氢的水溶液。氟化氢是无色气体，有毒，极易溶于水，它的水溶液(或氢氟酸)能与玻璃中的二氧化硅反应生成四氟化硅气体，反应的方程式为4HF＋SiO2===SiF4↑＋2H2O。
(2)蚀刻玻璃。
利用氢氟酸对玻璃的腐蚀作用可以将玻璃的一面腐蚀，使之变得不透明，制成“毛玻璃”，也可利用这一方法在玻璃上雕刻花纹图案、制成工艺品。
思考：在实验室中，多余的氢氟酸应如何处理？
提示：氢氟酸是有毒气体HF的水溶液，实验时要注意安全，实验后的废液及剩余的氢氟酸要放到指定的容器中，不能任意排放，以免污染环境。
3．电路板的制作
(1)Fe3＋的氧化性。
Fe3＋具有氧化性，在酸性溶液中其氧化性较强。如它在酸性溶液中与KI溶液混合，生成Fe2＋和I2，反应的离子方程式为：2Fe3＋＋2I－===2Fe2＋＋I2
再如Fe3＋在酸性溶液中氧化Cu，反应的离子方程式为：
2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋
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