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       随着金刚石镀覆技术逐渐成熟，其产品在复合材料中的地位也日益重要。金刚石表面镀覆可以改善金刚石与某些金属的不浸润现象，明显地增加金刚石在复合镀层中的结合性能。而且可以使金刚石具有导体特性，这在电镀复合材料中将起到重要作用。比如在光伏行业所使用的新型电镀金刚石线锯的制作过程中，需要将金刚石快速的包覆进镀层，从而缩短生产周期，降低生产成本。本实验根据电镀金刚石线锯的上砂过程，对镀镍和未镀镍金刚石的上砂机理进行了分析，提出了两类金刚石上砂的理论模型。

       镀镍和未镀镍两类金刚石的上砂影响因素

       关于复合电镀，通常关注两个方面，一是加入镀液中的微粒，另外就是镀液。微粒可以分为导体和绝缘休，而镀液作为液体，镀液的流动情况将影响到微粒在其中的分布。因此，流液的运动将是一个重要的影响因素，这在未镀覆金刚石研究中已经得到了充分的证明。所以，对其上砂机理的分析将包括以下几个因素：

       （1）微粒的导电性；

      （2）微粒的重力；

       （3）微粒在电沉积过程中结晶受到的压力，这种压力可达到106 Pa。它们有将局外物体挤出的能力，只有微粒在电极上的附着力远大于结晶压力，才能使微粒稳定地停留在阴极表面；

       （4）液流所产生的冲刷力（可以是阻力也可以是推动力）；

       （5）微粒在液体中所受到的浮力；

       （6）除以上所说的几种受力之外的其它力，比如静电力、分子间力、结构力、憎水作用力、渗透力，化学吸附力等，也包括微粒在液体中由于界面双电层所受到的电场力与磁场力（即形成的弱吸附或者强吸附力）。为了研究简单，将这些力统称在一起，形成一个合力，称为吸附合力；

       （7）电镀金属的沉积速度。

      镀镍和未镀镍两类金刚石复合电沉积过程理论分析模型与实例

      图1是镀镍和未镀镍金刚石在复合电镀过程中的受力分析。这两个模型的唯一不同点就是图1a中的微粒为绝缘体，图1b中的微粒通过表面镀覆成为导体。假设两模型中颗粒的大小相等，液流情况相同，可以认为两模型中的力F2、F3、F5大小均相等，仅需要分析F1、F4的受力情况即可。

       通常认为，微粒是在液流冲刷力以及重力、浮力、吸附力等相关作用力的合力情况下输送到电极表面，初始时靠这些合力形成弱吸附，它是微粒能够稳定停留在电极表面形成强吸附的前提条件，在两模型中都存在这一初始步骤。

      在图1a模型中，由于微粒不导电，微粒受到的结晶压力F1方向将如图所示，这种力具有使金刚石被挤出的能力，其大小为106  Pa乘以颗粒与镀层接触的面积，因此微粒越小这个力就越小，所以对于小微粒（一般小于10μm）来说，其他几个力所形成的吸附合力比较容易达到此量级，并与之抗衡。但对于较大（40μm以上）的微粒，要克服自身的重力已经相当困难，如果再考虑结晶压力的作用就更加难以被吸附。同时，由于液流冲刷所形成的力方向不确定，一旦其与结晶压力方向一致，就更易脱离界面。

       在图1b模型中：

       （1）由于采用镀覆金刚石，使微粒表面特性被改变，给整个复合电镀过程带来非常大的影响。本模型认为这种特性改变会使力F4的方向不变，但其大小要远远大于图1a模型中的力。

       （2）微粒在电沉积过程中受到的结晶压力与图1a模型的方向相反。因为电沉积会发生在整个微粒的表面上，在之后的沉积过程中，这种结晶压力F1会始终将微粒牢牢地压向镀层里，使其不会有图1a模型中往外挤的趋势。

       （3）夹角处的沉积速度将比图1a模型夹角处沉积速度快，因为微粒表面和电极表面同时进行沉积。而且它们之间将形成金属键，键合十分牢固，所以只需要夹角处金属形成新的键合力，能够克服其他如F1、F2、F3、F5的合力，即被认为嵌人镀层。此过程一般只需要极短的时间就可实现。

      图2是与图1a模型对应的在复合电镀过程中出现的实例。其中图2a处在复合电镀的初始阶段，沉积时问较短，虽然在基体表面有很多金刚石到达，但都在停留了很短时间后脱离基体，只形成了一些不明显的浅凹痕。图2b处在沉积了较长时间后，只有少量的金刚石被嵌入镀层，而留下了非常多的镶嵌凹坑。这主要是由于金刚石微粒受到了起阻碍上砂的力F1、F2、F3共同作用所致。另外由于在图1a模型中，微粒为绝缘体，微粒与基质金属都是独立的相，它们只是简单的机械混合，吸附力F4较弱，而且如果复合两相界面之间的浸润性不好，那么微粒就更加易于脱落。图2c是在考虑到重力的作用，故而将基体水平放置得到了较多的金刚石微粒。重力竖直作用于水平基体面上，增加了微粒对于结晶压力的抵抗能力，但仍然有少部分微粒被结晶压力F1挤出，最后留下较深的凹坑。通过几种情况，说明在图1a模型中，F1和F3的作用力影响较大。这两种力会对金刚石在基体上附着造成较大的阻碍作用。

      图3就是与图1b模型对应的采用100μm的镀镍金刚石进行的特例实验。可以看出镀覆金刚石颗粒能够被轻易地固定在钢丝表面，而且由放大图可以看出，夹角处已经被镍金属层填满。

       注：本文节录自论文《镀镍和未镀镍金刚石在制作电镀金刚石线锯中的上砂机理和电化学分析》，作者：张晓杰，张迎九