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电结晶金属结构与形态

放大字体  缩小字体发布日期:2012-09-06  浏览次数:963
核心提示:电沉积金属的晶体结构,主要取决于沉积金属本身的晶体学性质,但其形态在很大程度上与电沉积条件有关。
 

电沉积金属的晶体结构,主要取决于沉积金属本身的晶体学性质,但其形态在很大程度上与电沉积条件有关。

1)外延生长

在金属基体电沉积的开始阶段,电结晶层有按原晶格生长并维持原有取向的趋势,这种生长形式称为外延生长。外延的程度取决于基体金属与沉积金属的晶格类型和晶格常数。两种金属是同种或不同种,但晶格常数相差不大时都可以得到明显的外延。如果沉积金属与基体是同种金属,基体结构的外延可能达到4μm或更厚;在后一种情况下,外延仍可达到相当的厚度(0.1~0.5μm)。随着晶体结构及参数差异增大,外延的困难程度也增加。基体对沉积层结晶定向的影响只能延伸到一定限度,随着沉积层厚度的增加,外延生长终将消失。外延生长时基体与镀层原子的错配程度小,镀层应力降低,不易出现开裂或脱落,因此外延生长显然有助于提高镀层与基体的结合力。

2)择优取向

外延终止时首先生成一定数目的孪晶,而后沉积变成具有随机取向的多晶体沉积层。在多晶体生长的较后阶段,沉积层趋向于建立一种占优势的晶体取向,即结晶的择优取向。影响沉积层组织的因素很多,主要包括溶液组成、电流密度、温度及基体金属的表面状态等。有人指出取向生长主要有两种:一种是层状生长,即显示出平行于基体的主要表面·;另一种是外向生长,即最集中的晶位取向显示出垂直于基体表面。

3)结晶形态

实际金属表面总存在大量位错、空穴等缺陷,金属电沉积时,晶面上的吸附原子可以通过表面扩散进入位错的阶梯边缘,沿着位错线生长。随着位错线不断向前推移,晶体将沿着位错线螺旋成长。当前文献中提出的电结晶形态,主要有层状、棱锥状、块状、脊状、立方层状、螺旋、晶须、枝晶等。层状是由宏观台阶组成的,台阶的平均高度达到lOnm左右时即可观察到,层状本身含有大量微观台阶;棱锥状是在螺旋位错的基础上,低电流密度时沉积取得,棱锥的对称性与基体的对称性有关,锥面似乎是由宏观台阶所组成;块状相当于截头的棱锥,截头可能是杂质吸附阻止生长的结果,所以这种形态对溶液的纯度尤为敏感;脊状是在有吸附杂质存在的条件下生成的一种特殊层状形态;立方层状是块状和层状之间的一种过渡结构;对于向顶部盘绕而上的螺旋,可以当作分层的棱锥体,其台阶高度可小至lOnm,台阶的间隔约为l~l0nm,且随电流密度的减少而增加;晶须是一种长的线状体,在相当高的电流密度下,尤其是溶液中存在有机杂质时容易形成;枝晶是一种树枝状的结晶,多数从低浓度的单盐溶液中沉积出现,枝晶可以是二维的,也可以是三维的。

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