专利名称：一种电解沉积金属的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电解沉积金属的方法和装置。
例如，所谓的ISA工艺(ISA PROCESS)就是一种特别成功的用于电解沉积铜的方法，该法是将铜电积到不锈钢阴极母板上。然后先将阴极板弯曲使至少一部分沉积铜从阴极板上分离，然后通过楔入剥离或气喷将其余的铜从阴极上分离，从而把电解沉积的铜从阴极上剥离。
在ISA工艺方法中，阴板母板底边沿通常敷以诸如蜡或塑料边沿衬条之类的防粘复合物，以防在其上淀积铜，这种方法实现了从阴极板两个面上剥离作为基本上等同的单个的板片的电积铜。但是在阴极板上涂蜡工艺既耗时，而且由于要上蜡及由于要从剥离工艺中回收蜡及相关的保存蜡从而又费成本。
为避免上述困难，有些电解精炼/电积操作采用一种所谓包层的阴极方法，在此法中阴极板的下边沿不涂腊，从而使电解的金属可以沉积在阴极母板的两个面上及底边沿周围。
通过弯曲阴极和将金属从阴极板两面往后拉以便使其形成“V”形的办法实现电解沉积的金属包层的剥离。然后将阴极母板从电积的金属包层之间撤除，将包层闭合，并从垂直位置转至水平位置，运往码放/捆扎工段。
此种剥离方法不仅要求复杂的装置，这些装置用于打开金属包层、在金属包层闭合之前撤去阴极母板，再将金属包层从垂直位置转至水平位置以便码放，因而此法耗时且通常还不如ISA工艺法的剥离工序快。
与其它各方一起，本申请人最近开发出一种新方法，在该法中一种金属包层在一块不锈钢阴极母板上形成，然后剥离成两块分离的板片。该法是共同待审的国际专利申请No.Pct/F199/00979的主题。现在结合附
图1A-2D简要描述该方法。
从阴极母板上剥离电积金属包层的起初步骤是至少部分地从阴极板上分离电积包层的每一个面。关于这一点可参阅图1A-1D。被包层的阴极包括沉积在阴积母板10上的阴极板片20和30，且阴极板片20和30通过一个脆弱部分40沿其下边沿被接合。首先弯曲阴极母板至少使板片20、30的上端部分50分离。
然后对图1D所示的部分分离的电积包层进行图2A-2D所示的剥离操作。将部分分离的板片20及30放置在滚轮或传送带50上的剥离装置内。该剥离装置包括楔入式剥离器或喷气装置130。这些楔入式剥离器130插入板片20、30与阴极母板10之间的间隙。剥离器130基本上将电积包层的整个板片部分20及30从阴极母板10上分离开。然而板片20及30仍然被沿阴极板10的底边沿延伸的脆弱部分40连在一起，如图2B所示。为实现将电积金属包层从阴极母板10上完全分离构成分开的基本相同的板片20和30，采用夹具25、35夹住板片20及30并绕脆弱部分旋转，从图2B所示的大致垂直位置转至图2C所示的大致水平位置。该旋转操作将电积金属从阴极分离成两片基本等同的板片。在许多情况下，只需将板片从垂直方向向水平方向转动一次即可达到分离两个金属板片的要求。这种将板片20与30相互分离以及与阴极母板的分离可由夹具25、35通过如下的方式确认。依旧夹着保持在图2C所示的水平位置的板片20、30的夹具被调整，以使其适度地轻轻地将每个板片各自向外拉，如图2D所示，如果板片20、30与夹具协调一致地向外移动，则表明确已实现板片20、30分离。但如果使夹具向外移动的力太大或者夹具根本不移动，这说明脆弱部分40实际上并未将板片20、30分开，于是需要进一步旋转板片(如图2C所示)。
如果需要进一步操作/旋转板片20、30，装置应用夹具25和35上下反复旋转板片20及30直至实现上述的两板片分离的确认。
在一种优化装置中，在剥离装置中，可将阴极板10向上提升以使阴极板和板片20、30及脆弱部分40之间有更多的空隙，由于操作板片20、30至少可引起脆弱部分40与阴极板10之间的接触。
一旦阴极板片20和30被分离成基本上相同的分开的板片，将这些板片运出该装置进行堆垛及后续的处理即成为简单的事。
然而电积金属包层的生成是复杂的，申请人已经发现在某些工艺条件下可能很难将电积包层分离成两个板片。尤其是不管由于什么原因，如果对电解液的供电被中断一段长度可观的时间，上述情况确实会发生。在此情况下，需将金属板片来回旋转或拍动数次方可实现分离。
本发明的目的是克服或改进现有技术的至少一个缺点，或在提供一项有用的替换现有技术的方案。
电解槽内电流方向和大小都受监控，以便使当电流趋近或达到一预定值和/或电流方向改变时，一辅电源对电解槽施加一辅助电势，使其足以维持电解槽内电流的预定方向及预定值。
不希望受任何特殊理论的约束，本申请人已发现对于电解槽内任何一段相当长的时间的断电(即一个小时或以上)可引起脆弱区范围内金属的“叠层”。解释为如果给电解槽供电致使产生一“正向”电流，则维持金属从阳极向阴极的电积，且金属以一种可控的有序的方式沉积。
另一方面，如果断电且其后重新供电，则金属沉积方向发生变化。相信这是由于金属将已经沉积的金属的外表面作为一个新表面，在其上金属再沉积。据此，如果断电不只一次，则处于脆弱区范围内的电积金属晶体可发生几次“方向”的变化。这就导致在金属中表现出不同晶向(crystal orientation)的叠层。
界于这些叠层之间的边界层可起到断层线(fault lines)的作用，导致金属沉积包层以不能预测的及非均匀的分离方式分成为分离的两个板片。通过维持电解槽中预定的电流方向和电流值，可使金属晶体以均匀协调一致的方式持续不断地沉积，以此避免上述不同晶向的叠层。
金属在阴极上生长的整个时期内辅电源可一直处于启动状态，以便电力永不致下降到低于预定值而导致0电流或“反向”电流。也可选择，只当主电源减压或断电时才启用辅电源供电。
还有一方面，本发明提供了一个对电解槽供电以使金属沉积至阴极的方法，它包括对电解槽提供一主电源和一辅电源，当辅电源启用时足以维持电解槽中电流的预定方向和数值。
再一方面，本发明提供了一种装置以维持电解槽中金属电积至阴极板上，该电解槽包括一金属阳极、一阴极、电解液及一主电源，主电源供电在阴、阳极间生成电势以产生正向电流，从而使金属由阳极向阴极沉积。
所述装置包括一适于与电解槽连接的辅电源，以便万一主电源减压或断电时，所述的辅电源供电能维持电解槽中电流的预定方向和数值。
除非上下文另有明确要求，本说明书通篇及权利要求范围内所用词语“包括”、“包含”及类似词语要被解释为“非遍举的包括”的意思，而非唯一的或穷举的意思，即是“包括、包含，而不限于”。
图1A-2D为本申请人开发的剥离电积金属包层的工艺的侧视图，只为了阐述的目的给出。
图3是一其上带有电积物质的阴极母板下端的侧视图。
图4及图5同样是发生断电的情况下，一个其上有电积物质的阴极母板的侧视图。
本发明将通过电解精炼(electro-refining)金属比如铜的实施例来说明，但将会看到本发明也可用于电解沉积(electro-winning)金属。首先参见图3，通过解释对于本领域技术人员会很清楚，当阴极板置于电解槽内且通上电流，阳极上的金属，例如铜，将溶解进入电解液中从而重新又沉积在阴极母板100上。该金属晶体力图与沉积表面成直角地沉积并生长，如图中箭头所示。在此情况下，从板的平面110及120直接朝向外，而在V形槽50内朝向阴极母板的对称平面200。如果维持电力不变，一般会沿着这些方向继续沉积。在V形槽50内的对称平面200处则形成一条薄弱线，在此处铜晶体相碰(迂)，这就确保了电积金属包层可靠的分离为两片。
当如图4及图5所示阴极板断电时，断层线或叠层300在脆弱区400内及其周围形成。解释为如果当沉积金属包层到达虚线A时断电，则到达那时为止的沉积金属包层与图3所示的相同，即金属沉积的方向一致。如果我们现在重新通电以获得一正向电流并再开始沉积，金属晶体力图与表面A成直角沉积，而不跟随金属晶体先前的沉积方向，即一个新的铜层300覆盖在先前的金属上。
相信这一金属晶体的“重新取向”(re-direction)生成或新的叠层的生成导致两金属板片的分离性能较差。这一观点由图5所示通过两个金属板片之间断裂线证实。从本申请人已作的实验来看，裂缝的开始点与图3类同，即位于或靠近在槽50内的沉积的铜的顶点。该裂缝沿“薄弱线”200即两个铜沉积物生长而相迂之处展开，并沿该线继续移动，直至达到由“新”的生成物的虚线A表示的断电点或层。该“薄弱线”不继续穿过这一层。于是该分开的裂缝走势是沿叠合面A的线分支出去以定位找出下一个最弱点且继续分裂这两金属板片。如图5所示，这可导致两金属板片的分离质量差，且不美观。通常还导致在剥离机械内重复旋转/摆折循环，直至断裂完成。
但是申请人已找到解决叠层问题的办法，即提供一涓流电流(trickle current)通过电解槽。在主电源电力下降或断电时可启动辅电源。辅电源供电只须足够维持一正向电流。无须用它来供给继续金属沉积的电流。只须提供足以维持电解槽内正向电流的电力即可。
辅电源最好是可调的，这样当辅电源启动时，可监控通过电解槽的电流是否是正向的。然后可以增加辅电源电力直至在电解槽中监测到最小的正向涓流电流时。
但这方面不期望任何特定理论来干预。本申请人相信这一最小的正向涓流电流不仅防止铜从阴极上重新溶解返回电解液，而且还能防止杂质沉积在已沉积的金属表面上，且维持晶体结构取向不变。换句话说，当简明扼要供给全电力时，沉积金属继续其原先方向的沉积，而不是将已沉积的金属作为新表面来处理而在其上沉积。
阴极在电解槽内停留期间辅电源的作用可能有变化。
通常如果断电或电力下降发生在沉积物生长的第一、二天，槽50的尺寸、形状及在其内沉积的金属，倾向于克服任何叠层效应。但是，如果断电发生在比如说3-4天时，产生叠层问题的可能性也很小，但其严重程度极大地增加了。
在沉积生长的再晚些时候比如6、7天，如供电发生故障则上述叠层问题发生的频率增加，但其严重程度稍微减弱了。
由此可见，预设一合适的辅电源以维持电解槽内的正向电流，可克服或至少减少由于电解槽断电故障而引起的隐患。
在不脱离本发明的思想或权利范围的情况下可以对所述方法及装置作出变化。
权利要求
1.一种在电解槽中电积金属于一阴极上的方法，所述的方法包括施加一电势于电解槽以电积一金属包层于所述的阴极上，所述的包层包括两块基本相同的板片，两板片分别在所述的阴极两个面上，并通过一脆弱区沿至少一边沿部分相连接，通过分别围绕脆弱区转动两板片的操作可将该金属脱离阴极，其中电解槽中电流方向和大小受监控，以便当电流或电流方向趋近或达到预定值和/或电流方向变化时，用辅电源供给电解槽辅助电势，辅助电势的程度足够维持电解槽中电流的预定方向和数值。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述辅电源在金属沉积于阴极的整个期间都启动，以便使电流或方向永不下降低于所述预定值以下。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述辅电源只当电流值和/或电流方向达到所述预定值时才供电。
4.一种给电解槽供电以沉积金属于阴极的方法，包括给电解槽提供一主电源和一辅电源，该辅电源启动时足以维持电解槽中电流的预定方向和数值。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述的辅电源在金属沉积于阴极上的整个期间都启动，以便使电流或其方向永不下降低于所述预定值以下。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述辅电源只当电流值和/或电流方向达到所述预定值时才启动。
7.一种用于维持金属在电解槽中电积于阴极上的装置，所述电解槽包括一金属阳极、一阴极、电解液及一主电源，主电源供电以在阴、阳极间产生电势，从而产生一正向电流并使金属从所述阳极沉积于所述阴极上。所述装置包括一适于连接于电解槽的辅电源，以便在主电源电力下降或断电时所述辅电源供电以维持电解槽中电流的预定方向和数值。
8.根据权利要求7所述的装置，其中所述辅电源在金属沉积于阴极上的整个期间适配供电，以便使电流永不下降低于所述预定值以下。
9.根据权利要求7所述的装置，其中只当电流和/或电流方向达到所述预定值时，所述辅电源才适配供电。
10.一种在电解槽中电积金属于阴极上的方法，该方法基本上如在本文中结合附图和/或例子中说明的任何一个实施例所描述的。
11.一种为电积金属于阴极上对电解槽供电的方法，该方法基本上如本文中结合附图和/或例子中所说明的任何一个实施例所描述的。
12.一种用于维持金属在电解槽中电积于阴极上的装置，该方法基本上如本文中结合附图和/或例子中所说明的任何一个实施例所描述的。
全文摘要
一种在电解槽中维持将金属电解沉积到阴极上的方法和装置。电解槽包括一金属阳极、一阴极板、电解液和一主电源，主电源供给阴、阳极之间的电势，从而产生正向电流并使金属从所述的阳极电解沉积到阴极上。还提供一个辅电源与电解槽连接。在主电源低于预定值，辅电源供电以维持电解槽内的电流预定方向和数值不变。只当电流和/或电流方向低于预定值时，辅电源才连续或被启动供电。
文档编号C25C7/06GK1460132SQ00809139
公开日2003年12月3日 申请日期2000年6月16日 优先权日1999年6月18日
发明者约翰·卡特摩尔, 戴维·贝利 申请人:精炼铜控股公司