石英光纤光栅表面金属化工艺研究

论文摘要

光纤光栅作为一种新型的优良光纤无源器件,广泛应用于航天、土木工程、石油、电力以及化学医药等许多领域的无损检测和长期健康监测。然而目前光纤光栅传感器封装开发以及实际工程应用时基本离不开高分子胶粘剂,而高分子胶粘剂“短命”的蠕变、老化等性能严重地制约了光纤光栅传感器耐久性能的发挥:在温度高于300℃的条件下胶粘剂会被软化,甚至被分解掉,而很多更加恶劣的监测环境温度远超过了这个温度范围。因此这种封装方法在苛刻的条件下使用时其气密性、黏结强度、耐久性和耐热性往往不能满足要求。为了提高光纤光栅的测量效果和使其能够应用于较高温度的恶劣环境中,需要将石英光纤光栅表面金属化,然后用焊接的方法将其封装保护和固定在待测物体上。用化学镀镍后金属化封装光纤光栅的方法,需要其表面镀镍层有非常优良的结合力和可焊性,而且镀镍层要达到一定的厚度后才能应用于焊接。本文先采用化学镀方法在光纤表面沉积一层与裸光纤基体结合力良好,表面细致的金属Ni镀层,进而采用电镀锡的方法使光纤表面金属层加厚,以使其满足焊接和保护光纤的要求。本论文工作主要包括:(1)光纤预处理石英是非金属,不具有化学镀镍所必需的催化活性,因此必须对其进行预处理,使之具有催化活性表面。实验通过对石英光纤进行粗化、敏化,活化使之可以进行化学镀。(2)光纤表面化学镀镍工艺通过对化学镀镍镀液主要成分的分析和研究,确定了镀液组分。通过正交试验得出镀液最佳配方和工艺参数,探讨了各主要因素对工艺的影响。(3)化学镀镀层上电镀锡工艺以光纤表面化学镀层为基层,通过电镀的方法使已镀光纤增厚,着重研究了电流密度对电镀层表面质量的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 本文研究的目的和意义
• 1.2 光纤金属化技术的国内外研究现状
• 1.3 光纤及光纤光栅简介
• 1.3.1 光纤简介
• 1.3.2 光纤光栅简介
• 1.3.3 光纤光栅传感原理
• 1.3.4 光纤传感技术简介
• 1.3.5 光纤传感器主要应用领域
• 第二章 化学镀镍概述
• 2.1 化学镀镍简介
• 2.1.1 化学镀镍机理
• 2.1.2 化学镀镍特点
• 2.2 非金属表面化学镀前处理工艺
• 2.2.1 浸钯法
• 2.2.2 光化学法
• 2.2.3 自催化活化法
• 2.2.4 利用介电层放电（DBD）活化法
• 2.2.5 气相沉积法
• 2.3 影响化学镀效果的主要因素
• 2.3.1 主盐
• 2.3.2 还原剂
• 2.3.3 络合剂
• 2.3.4 pH值
• 2.3.5 温度
• 2.3.6 搅拌及装载比
• 第三章 石英光纤表面化学镀前预处理
• 3.1 去保护层
• 3.2 除油
• 3.3 粗化
• 3.4 热处理
• 3.5 敏化和活化
• 3.5.1 离子钯活化
• 3.5.2 胶体钯活化
• 3.5.3 敏化活化方法实验比较
• 3.6 本章小结
• 第四章 光纤表面化学镀镍
• 4.1 化学镀镍镀液组成
• 4.2 镀液的组分选择和配置
• 4.3 实验装置
• 4.4 化学镀镍液各成分含量及最佳工艺条件的确定
• 4.4.1 正交实验指标及评定方法
• 4.4.2 正交实验方案的设计
• 4.4.3 正交实验表及实验结果
• 4.4.4 正交实验结果分析
• 4.4.5 最优工艺条件
• 4.5 本章小结
• 第五章 电镀锡增厚
• 5.1 电镀概述
• 5.2 电镀结晶原理
• 5.3 电镀锡的工艺及特点
• 5.3.1 碱性锡酸盐镀锡工艺
• 5.3.2 酸性硫酸盐镀锡工艺
• 5.4 电镀实验
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢