50-70 डिग्री पर गर्म सांद्रित पैलेडियम क्लोराइड (PdCl₂) समाधान इलेक्ट्रोलेस प्लेटिंग सक्रियण और उत्प्रेरक हीटर के लिए आवश्यक क्वार्ट्ज शीथ दीवार की मोटाई को कैसे बदलता है?

पैलेडियम क्लोराइड के समाधान में हाइड्रोक्लोरिक एसिड अटैक और नोबल धातु जमाव पैलेडियम क्लोराइड (PdCl₂) गैर-प्रवाहकीय सब्सट्रेट्स (प्लास्टिक, सिरेमिक, मुद्रित सर्किट बोर्ड) पर इलेक्ट्रोलेस निकल और तांबा चढ़ाना के लिए मानक उत्प्रेरक है और इसका उपयोग कार्बनिक संश्लेषण और ऑटोमोटिव उत्प्रेरक कन्वर्टर्स में उत्प्रेरक के रूप में भी किया जाता है। हाइड्रोलिसिस और Pd(OH)₂ के अवक्षेपण से बचने के लिए विशिष्ट औद्योगिक सांद्रता तनु हाइड्रोक्लोरिक एसिड (1-10 mL/L सांद्र HCl) में 0.5-5 g/L PdCl₂ होती है। सक्रियण स्नान और इलेक्ट्रोलेस प्रक्रियाओं के लिए ऑपरेटिंग तापमान 50-70 डिग्री है। उच्च रासायनिक शुद्धता (उत्प्रेरक कार्य के लिए महत्वपूर्ण) और हाइड्रोक्लोरिक एसिड को पतला करने के लिए फ़्यूज्ड सिलिका के महान प्रतिरोध के कारण क्वार्ट्ज विसर्जन हीटरों को अक्सर पैलेडियम समाधानों में नियोजित किया जाता है। हालाँकि, पैलेडियम क्लोराइड के दो क्षरण मार्ग हैं। मुक्त एचसीएल (0.01-0.1 एम) सबसे पहले क्वार्ट्ज के क्रमिक एसिड क्षरण की ओर ले जाता है। दूसरा और अधिक महत्वपूर्ण बात यह है कि पैलेडियम आयन क्वार्ट्ज सतह पर थर्मल रूप से धात्विक पैलेडियम में कम हो सकते हैं, विशेष रूप से कम करने वाले रसायनों की उपस्थिति में (उदाहरण के लिए, टिन (II) पिछले संवेदीकरण स्नान से लिया गया)। धात्विक पैलेडियम एक अंधेरे, प्रवाहकीय, थर्मल इन्सुलेशन परत बनाता है जो विकिरण को अवशोषित कर सकता है और गर्म स्थान उत्पन्न कर सकता है। इसके अलावा, यदि पैलेडियम जमा हीटर से गिरता है, तो वे इलेक्ट्रोलेस प्लेटिंग स्नान के क्षरण को बढ़ावा दे सकते हैं। सोने के विपरीत, पैलेडियम जमा से छुटकारा पाना मुश्किल होता है और आमतौर पर एक्वा रेजिया की आवश्यकता होती है। वर्तमान जांच में PdCl2 सांद्रता, तापमान (50{29}}70C), और एसिड संक्षारण पर समाधान अम्लता और फ़्यूज्ड सिलिका पर पैलेडियम जमाव दर के प्रभावों का आकलन किया गया है। इलेक्ट्रोलेस सक्रियण और उत्प्रेरक हीटरों में व्यावहारिक सेवा अंतराल (3,000 से 10,000 घंटे) के लिए आवश्यक क्वार्ट्ज शीथ की दीवार की मोटाई की गणना की जाती है। पैलेडियम क्लोराइड समाधानों में संक्षारण और जमाव की गतिशीलता पैलेडियम क्लोराइड के समाधानों में क्वार्ट्ज का हमला दो -घटक है। सबसे पहले, अम्लीकरण से मुक्त एचसीएल (पीएच 1-2) क्रमिक एसिड क्षरण को प्रेरित करता है। 60 डिग्री सेल्सियस पर 0.05 एम एचसीएल (पीएच 1.3) में क्वार्ट्ज संक्षारण दर अपेक्षाकृत कम है, लगभग 0.0001-0.0003 मिमी/घंटा। 70 डिग्री पर दर बढ़कर 0.0002-0.0005 मिमी/घंटा हो जाती है। अकेले एसिड संक्षारण के साथ, 2.0 मिमी की दीवार का जीवन 4,000 से 20,000 घंटे होगा। दूसरे, पैलेडियम तब जमा हो रहा है जब पीडी 2+ आयन पीडी 0 तक कम हो जाते हैं। कमी गर्मी, प्रकाश और कम करने वाले एजेंटों द्वारा उत्प्रेरित होती है। स्वच्छ, उचित रूप से बनाए गए सक्रियण स्नान में, जहां कम करने वाले एजेंटों (जैसे संवेदीकरण से Sn²⁺) का कोई कैरीओवर नहीं होता है, हर हफ्ते 0.0001-0.001 मिमी समकक्ष मोटाई के क्रम में पैलेडियम जमाव बहुत धीमा होता है। हालाँकि, व्यावहारिक उत्पादन लाइनों में जहां भागों को टिन (II) संवेदीकरण से पैलेडियम सक्रियण में बदल दिया जाता है, Sn की थोड़ी मात्रा को अपरिहार्य रूप से ले जाया जाता है। Sn2+ Pd2+ के लिए एक शक्तिशाली कम करने वाला एजेंट है: Sn²+ + Pd²+=Sn4+ + Pd0। क्वार्ट्ज सहित किसी भी सतह पर कमी अनिवार्य रूप से तात्कालिक है। जमा किए गए पैलेडियम से एक काली चिपकने वाली परत बनती है। एक विशिष्ट सक्रियण स्नान (2 ग्राम/एल पीडीसीएल2, 5 एमएल/एल एचसीएल) में 60 डिग्री पर 10 पीपीएम एसएन (सिम्युलेटिंग कैरीओवर) सहित फ्यूज्ड क्वार्ट्ज के विसर्जन परीक्षण से पता चला कि प्रारंभिक पैलेडियम जमाव दर 0.005 - 0.015 मिमी समकक्ष मोटाई प्रति घंटे है, जो एसएन2+ के उपभोग के साथ घटती जा रही है। 100 घंटों के बाद 0.5-1.5 µm मोटाई की एक सतत काली परत दिखाई देती है। यह कोटिंग थर्मली इंसुलेटिंग और विद्युतीय रूप से संचालित होती है। यह आंतरिक ताप उपकरण से विकिरण को अवशोषित कर सकता है, जिससे क्वार्ट्ज सतह का तापमान बढ़ जाता है। चरम मामलों में (उच्च एसएन 2+ कैरीओवर, उच्च तापमान), पैलेडियम परत कुछ ही दिनों में कई माइक्रोन मोटी हो सकती है। हालांकि यह मोटाई क्वार्ट्ज दीवार की मोटाई के सापेक्ष छोटी है, फिल्म ऑप्टिकल और थर्मल विशेषताओं के कारण स्थानीय रूप से अधिक गर्मी हो सकती है। इसके अलावा, यदि पैलेडियम परत टूट जाती है, तो यह इलेक्ट्रोलेस प्लेटिंग बाथ को दूषित कर सकती है और सहज विघटन का कारण बन सकती है। PdCl₂ के वाष्पीकरण और एजेंटों को कम करने से, मेनिस्कस क्षेत्र पैलेडियम जमाव के प्रति संवेदनशील हो जाता है। अक्सर तरल रेखा के पास एक काला छल्ला होता है। पैलेडियम क्लोराइड हीटर में सेवा जीवन पर दीवार की मोटाई का प्रभाव एसिड संक्षारण बहुत धीमा है और पैलेडियम का जमाव एक सतही घटना है। इसलिए क्वार्ट्ज दीवार की मोटाई बढ़ाने से पैलेडियम कोटिंग के निर्माण को नहीं रोका जा सकता है। 1.5 मिमी मोटाई की दीवार और 3.0 मिमी मोटाई की दीवार एक ही दर पर पैलेडियम एकत्र करेगी। लेकिन अगर इंसुलेटिंग पैलेडियम कोटिंग में हॉट स्पॉट उत्पन्न होते हैं तो मोटी दीवार थर्मल तनाव के प्रति अधिक प्रतिरोध देती है। स्नान के लिए जहां काफी पैलेडियम का जमाव होता है (उदाहरण के लिए उच्च एसएन 2+ कैरी-ओवर वाली उत्पादन लाइनें), दरार के खिलाफ सुरक्षा मार्जिन प्रदान करने के लिए एक मोटी दीवार (2.5-3.0 मिमी) की सलाह दी जाती है। 1.5 से 2.0 मिमी की मानक दीवारें उच्च शुद्धता वाले स्नान के लिए पर्याप्त हैं जहां चरणों के बीच गहन धुलाई की जाती है। पैलेडियम जमा से छुटकारा पाना काफी कठिन है। पैलेडियम एक्वा रेजिया (3:1 HCl:HNO3) में घुल जाएगा लेकिन यह खतरनाक है। सफाई के लिए पतला एक्वा रेजिया (10-20%) का उपयोग किया जा सकता है लेकिन बार-बार सफाई करना अव्यावहारिक है। पैलेडियम का निर्माण महत्वपूर्ण होने पर अधिकांश उपयोगकर्ता हीटर बदल देते हैं। पैलेडियम क्लोराइड समाधान में मोटी दीवारों का थर्मल दंड पैलेडियम क्लोराइड समाधान की तापीय चालकता 2 g/L और 60 डिग्री पर पानी के समान लगभग 0.55-0.60 W/(m·K) होती है। R_cond=0.00109, 1.5 मिमी दीवार की मोटाई; R_cond=0.00217, दीवार की मोटाई 3.0 मिमी। h=800 W/(m2 K), Rसीमा=0.00125. U पर 427 से घटकर 292 W/(m2 K) हो जाता है, जो कि 32% की कमी है। ऊर्जा दक्षता के लिए पतली दीवारें वांछनीय हैं, जबकि जमाव संबंधी चिंताएँ बड़ी दीवारों के पक्ष में हो सकती हैं। हॉट पीडीसीएल2 सेवा अनुप्रयोग के लिए क्वार्ट्ज शीथ दीवार की मोटाई के लिए परिदृश्य आधारित चयन मैट्रिक्स, परिदृश्य और कार्य स्थितियों के लिए मात्रात्मक ट्रेड-ऑफ इलेक्ट्रोलेस कॉपर सक्रियण के साथ सुझाई गई दीवार मोटाई कोर तर्क (2 ग्राम / एल पीडीसीएल 2, 60 डिग्री, एसएन 2+ विनिर्माण लाइन में कैरीओवर, साप्ताहिक सफाई) 2.5 - 3.0 मिमी, मानक ग्रेड, लौ पॉलिश पैलेडियम जमाव मध्यम। मोटी दीवार गर्म क्षेत्रों से थर्मल भार का सामना करती है। लौ-पॉलिशिंग से पालन कम हो जाता है। यू ≈ 350 डब्ल्यू/(एम²के)। उच्च ग्रेड पैलेडियम उत्प्रेरक (0.5 ग्राम/एल पीडीसीएल2, 50 डिग्री, पूरी तरह से धुलाई, कोई एसएन नहीं 2+) 1.5 - 2.0 मिमी, उच्च शुद्धता क्वार्ट्ज नगण्य जमाव। एसिड संक्षारण की बहुत कम दर बेहतर ऊर्जा दक्षता के लिए पतली दीवार। यू ~ 450 डब्ल्यू/(एम2के)। खराब धुलाई के साथ पैलेडियम सक्रियण (कोई भी तापमान, मजबूत Sn²⁺ कैरीओवर) 3.0 मिमी, PTFERapid पैलेडियम चढ़ाना का उपयोग करें। चाहे कितना भी गाढ़ा क्यों न हो, क्वार्ट्ज का जीवन छोटा होता है। वैकल्पिक आवरण की आवश्यकता है या प्रक्रिया में सुधार की आवश्यकता है। पूरक डिज़ाइन परिवर्तन: संवेदीकरण और सक्रियण चरणों के बीच सावधानीपूर्वक धुलाई एसएन 2+ कैरीओवर को कम करती है। सक्रियण स्नान में वायु शोधन जोड़ने से Sn 2+ को Sn 4+ में ऑक्सीकृत किया जा सकता है (जो Pd 2+ को कम नहीं करता है)। पॉलिश क्वार्ट्ज सतह पीडी के पालन को कम करती है। तनु एक्वा रेजिया से समय-समय पर धुलाई करके जमाव को हटा दिया जाता है (सावधानियां आवश्यक हैं)। प्रकाश अपवर्जन फोटोकैमिकल कमी को धीमा कर देता है।