CN111872376B - 一种抗氧化性高的银包覆微合金化铜粉制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种适用于将铜粉产品,通过微合金化及复合型还原剂的化学镀而获得一种高抗氧化的银包覆铜粉方法,属于有色金属粉末冶金复合材料工程技术领域。所述制备方法包括:在惰性气氛下,将按一定配比的微量镁和钆元素与铜粉混和,再加入球磨助剂和无水乙醇在球磨机中球磨3~5小时;然后用浓度为25%的氢氧化钠溶液清洗磨好的铜粉,再用去离子水将铜粉洗至中性,并制成铜粉液;最后在铜粉液中加入松香乙醇及硝酸银溶液,并一次性加入配制的复合型还原剂,得到银包覆微合金化铜粉。整个银包覆微合金化铜粉制备技术方法流程短、高效节能、安全环保。制备的银包覆微合金化铜粉包覆完全、均匀致密、抗氧化性能高、导电性能好。
Description
技术领域
本发明涉及一种以铜粉及硝酸银为原材料,添加一定量的微量元素微合金化铜粉,并采用复合还原剂的化学镀法可获得抗氧化性高的超细银包覆微合金化铜粉的制备方法,属于有色金属粉末复合材料工程技术领域。
背景技术
导电银粉是作为电子浆料、导电陶瓷、导电涂料等的主要导电相原料,但银价格昂贵,且存在银离子迁移的弱点,单纯的铜粉又容易氧化。因此,用贱金属铜作为核芯,其表面再用银包覆的银包铜粉在许多领域正在逐渐取代纯银粉,具有较好的应用前景。
目前,具有核壳结构双金属复合粉的制备方法主要有机械混合法、固相反应法、气相法、电弧放电法、化学镀法、水热法等等制备方法,但现有技术普遍存在制备的银包铜粉包覆不致密,不牢固、铜粉易氧化等致命弱点,从而导致银包铜粉各方面性能急剧下降,达不到客户的使用需求。另外,用单一还原剂或者多种还原剂分步液相还原法,因结晶速度与团聚长大速度不一致,容易导致银包铜粉形状不规则、表面不光滑,颗粒粗细不均匀等缺陷。镁是一种还原性较强的密度较轻的金属,其导电性、比强度好;钆是一种稀土元素,具有细化晶粒脱氧除杂等提高铜金属性能作用,故本发明采用镁和钆二种元素的组合,很适合微合金化以改善基体金属铜的性能。在化学镀中采用复合型还原剂一次加入液相还原,可有效控制结晶速度与长大速度,制备出包裹性强、分散性良好、粒度均匀、表面光滑满足导电浆料的高性能银包铜粉。
因此,开发一种抗氧化性能高、包覆性强且各方面性能较优的银包铜粉制备方法是目前这个领域的研究方向及热点。
发明内容
本发明旨在克服上述现有银包铜粉制备技术方面的不足,提供了一种利用球磨的多金属微合金化复合方法,并在化学镀时采取了复合型还原剂一次性加入,可在相应反应釜中进行相关反应,该工艺流程简单、劳动条件好、节省能源,环境友好,能高效地制备出致密性好、包覆率高、抗氧化性强的含锡、钆元素的银包铜合金粉材料。
本发明的技术方案为一种利用铜粉、硝酸银及添加少量钆和镁元素为原料来制备银包铜微合金化粉的方法,包括如下步骤,
(1)铜粉微合金化阶段:球磨机处于惰性气氛下,将电解铜粉或雾化铜粉和微量的镁元素及钆元素混和、再加入球磨助剂、无水乙醇进行球磨合金化3~5小时;
(2)合金化铜粉的清洗及相关溶液的配制阶段:球磨完成后,用浓度为25%的氢氧化钠清洗铜粉,再用去离子水将铜粉洗至中性,取一定量的合金化铜粉,加去离子水和分散剂形成铜粉液,
(3)化学镀银阶段:在反应容器中,将获得的合金化铜粉液陆续加入松香乙醇保护剂、再滴定加入过氢氧化钠的硝酸银溶液并一次性加入复合型还原剂,反应完全后得到银包覆微合金化铜粉。
在铜粉微合金化阶段,微合金化铜粉中镁质量百分比为0.1%~0.5%;钆质量百分比为0.05%~0.1%;铜粉与溶剂无水乙醇质量比为1:2.5;球磨介质材料为不锈钢球,球径为2~10mm,球料质量比为20:1;球磨助剂采用硬脂酸,加入量为铜粉量的0.5%,所述惰性气氛为氮气或氩气中的一种即可。
在合金化铜粉的清洗及相关溶液的配制:加入去离子水及0.5%浓度的聚乙二醇,搅拌均匀,每100g铜粉加水1L,聚乙二醇加入量为铜粉的0.6%;按照银包铜粉银的含量取一定的硝酸银,加入去离子水,配制成17%的硝酸银溶液,再用15%浓度的氢氧化钠溶液滴定15~20min;将85%三乙醇胺溶液、37~40%的柠檬醛溶液及25%抗坏血酸按质量配比20:5:4混和成复合型还原剂,其中三乙醇胺溶液与硝酸银的质量比为(3~4):1。
在化学镀银阶段,硝酸银先用15%浓度的氢氧化钠溶液滴定15~20分钟;采用的复合型还原剂为浓度85%三乙醇胺、37%~40%柠檬醛、25%抗坏血酸,质量配比为20:5:4,复合型还原剂在搅拌条件下一次性加入到铜粉及硝酸银混和溶液中,反应温度控制在70℃,搅拌转速100r/min,反应时间10~15min,得到银包覆微合金化铜粉。
在化学镀银阶段,所述加入的松香乙醇为99.7%浓度,其加入的体积量与铜粉液体积量之比为1:(83~86)。
本发明抗氧化性高的银包覆微合金化铜粉的制备方法是在惰性气氛下,将电解铜粉或雾化铜粉和微量的镁元素及钆元素混和、再加入球磨助剂、无水乙醇进行球磨3~5小时;然后用浓度为25%的氢氧化钠清洗铜粉,再用去离子水将铜粉洗至中性,加去离子水和分散剂形成铜粉液,随后加入松香乙醇保护剂,再加入滴定过氢氧化钠的硝酸银溶液,并一次性加入复合型还原剂,得到银包覆微合金化铜粉。球磨阶段,微合金化铜粉中镁质量百分比为0.1%~0.5%;钆质量百分比为0.05%~0.1%;铜粉与溶剂无水乙醇质量比为1:2.5;球磨介质材料为不锈钢球,球径为2~10mm,球料质量比为20:1;所述惰性气氛为氮气或氩气中的一种即可。化学镀银阶段,硝酸银先用15%浓度的氢氧化钠溶液滴定15~20分钟;采用的复合型还原剂为浓度85%三乙醇胺、37%~40%柠檬醛、25%抗坏血酸,质量配比为20:5:4,复合型还原剂在搅拌条件下一次性加入到铜粉及硝酸银混和溶液中;反应温度控制在70℃,搅拌转速100r/min,反应时间10~15min。
本发明的优势在于:根据目前制备银包铜粉产品存在的共性问题,利用添加微量有益元素将铜粉微合金化,将大力提高铜粉的抗氧化性能,同时采用复合型还原剂一次加入,可有效控制液相还原过程中结晶速度与团聚长大速度有序化,并将银有效地包覆到铜粉表面,牢固均匀不易脱离。该流程简单实用、环保及银包覆效果及铜粉的抗氧化性较好。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图;
图2为本发明实施例2所制备的银包铜粉的扫描电镜图片(X5000);
具体实施方式:
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明,但本发明不仅限于以下实施例,本发明流程详见图1,具体过程如下,
(1)铜粉微合金化:球磨机处于惰性气氛下,将符合国家标准或行业标准的铜粉原料(本发明中的铜粉原料,达到国家标准《电解铜粉》[GB/T5246-2007]或行业标准《雾化铜粉》[YS/T 499-2015]中的任意一牌号)和按照一定配比的镁元素及钆元素混和,加入球磨助剂,无水乙醇进行球磨合金化3~5小时。微合金化铜粉中镁的质量百分比为0.1%~0.5%;钆质量百分比为0.05%~0.1%;铜粉与溶剂无水乙醇质量比为1:2.5;球磨介质材料为不锈钢球,球径为2~10mm,球料质量比为20:1;球磨助剂采用硬脂酸,加入量为铜粉量的0.5%。
(2)合金化铜粉的清洗及相关溶液的配制:球磨完成后,用浓度25%氢氧化钠溶液清洗铜粉,再用去离子水将铜粉洗至中性;取一定量的合金化铜粉,加入去离子水及0.5%浓度的聚乙二醇,搅拌均匀,每100g铜粉加水1L,聚乙二醇加入量为铜粉的0.6%;按照银包铜粉银的含量取一定的硝酸银,加入去离子水,配制成17%的硝酸银溶液,再用15%浓度的氢氧化钠溶液滴定15~20min;将85%三乙醇胺溶液、37~40%的柠檬醛溶液及25%抗坏血酸按质量配比20:5:4混和成复合型还原剂,其中三乙醇胺溶液与硝酸银的质量比为(3~4):1;
(3)化学镀:在反应容器中,将获得的合金化铜粉液陆续加入松香乙醇、碱性化的硝酸银溶液,随后一次性加入复合型还原剂,反应完全后得到银包覆微合金化铜粉。其中加入的松香乙醇为99.7%浓度,其加入的体积量与铜粉液体积量之比为1:(83~86);搅拌转速100r/min,反应温度70℃,反应时间10~15min。
实施例1:
A.在氮气气氛下,准备电解铜粉或雾化铜粉1Kg,取分析纯级镁元素和钆元素分别为5.030g和1.006g和铜粉混和于球磨机中。再加入硬脂酸5g、无水乙醇2.5Kg,球磨采用规格分别为φ2、φ6、φ10的不锈钢球各4Kg、14Kg、2Kg。球磨时间5小时;
B.将球磨好的铜粉整理收集,用适量浓度为25%的氢氧化钠溶液清洗10min后再用去离子水洗至中性;
C.取上述铜粉100g,加入去离子水1L,0.5%聚乙二醇分散剂0.6g,搅拌均匀后待用;取硝酸银22.7g,加入去离子水111ml,获得17%硝酸银溶液,再用15%浓度氢氧化钠溶液18.5ml滴定15~20min后搅拌均匀待用;将85%三乙醇胺溶液7.4g,37~40%的柠檬醛溶液1.85g及25%抗坏血酸1.48g混和成复合型还原剂待用;
D.在上述铜粉液中,先加入12ml浓度99.7%的松香乙醇,升温至70℃,再加入上述碱性化的硝酸银溶液,随后一次性加入复合型还原剂,充分搅拌混合溶液,搅拌转速100r/min,反应时间10~15min;
E.反应完全后,用去离子水洗涤并烘干,最后得到银包铜粉。
实施例2:
A.在氮气气氛下,准备电解铜粉或雾化铜粉1Kg,取分析纯级镁元素和钆元素分别为2.506g和0.751g和铜粉混和于球磨机中。再加入硬脂酸5g、无水乙醇2.5Kg,球磨采用规格分别为φ2、φ5、φ10的不锈钢球各4Kg、14Kg、2Kg。球磨时间4小时;
B.将球磨好的铜粉整理收集,用适量浓度为25%的氢氧化钠溶液清洗10min后再用去离子水洗至中性;
C.取上述铜粉200g,加入去离子水2L,0.5%聚乙二醇分散剂1.2g,搅拌均匀后待用;取硝酸银71.5g,加入去离子水349ml,获得17%硝酸银溶液,再用15%浓度氢氧化钠溶液58ml滴定15~20min后搅拌均匀待用;将85%三乙醇胺溶液19g,37~40%的柠檬醛溶液4.75g及25%抗坏血酸3.8g混和成复合型还原剂待用;
D.在上述铜粉液中,先加入24ml浓度99.7%的松香乙醇,升温至70℃,再加入上述碱性化的硝酸银溶液,随后一次性加入复合型还原剂,充分搅拌混合溶液,搅拌转速100r/min,反应时间10~15min;
E.反应完全后,用去离子水洗涤并烘干,最后得到银包铜粉。
实施例3:
A.在氩气气氛下,准备电解铜粉或雾化铜粉1Kg,取分析纯级镁元素和钆元素分别为1.001g和0.500g和铜粉混和于球磨机中。再加入硬脂酸5g、无水乙醇2.5Kg,球磨采用规格分别为φ2、φ7、φ10的不锈钢球各4Kg、14Kg、2Kg。球磨时间3小时;
B.将球磨好的铜粉整理收集,用适量浓度为25%的氢氧化钠溶液清洗10min后再用去离子水洗至中性;
C.取上述铜粉300g,加入去离子水3L,0.5%聚乙二醇分散剂1.8g,搅拌均匀后待用;取硝酸银107.2g,加入去离子水523ml,获得17%硝酸银溶液,再用15%浓度氢氧化钠溶液87ml滴定15~20min后搅拌均匀待用;将85%三乙醇胺溶液34.87g,37~40%的柠檬醛溶液8.72g及25%抗坏血酸6.97g混和成复合型还原剂待用;
D.在上述铜粉液中,先加入35ml浓度99.7%的松香乙醇,升温至70℃,再加入上述碱性化的硝酸银溶液,随后一次性加入复合型还原剂,充分搅拌混合溶液,搅拌转速100r/min,反应时间10~15min;
E.反应完全后,用去离子水洗涤并烘干,最后得到银包铜粉。
表1:将实施例1~3所制备的银包铜粉进行检测,得到的数据如下:
Claims (5)
1.一种抗氧化性高的银包覆微合金化铜粉的制备方法,其特征在于:
(1)铜粉微合金化阶段:球磨机处于惰性气氛下,将电解铜粉或雾化铜粉和微量的镁元素及钆元素混和、再加入球磨助剂、无水乙醇进行球磨合金化3~5小时;
(2)合金化铜粉的清洗及相关溶液的配制阶段:球磨完成后,用浓度为25%的氢氧化钠清洗铜粉,再用去离子水将铜粉洗至中性,取一定量的合金化铜粉,加去离子水和分散剂形成铜粉液,
(3)化学镀银阶段:在反应容器中,将获得的合金化铜粉液陆续加入松香乙醇保护剂、再滴定加入过氢氧化钠的硝酸银溶液并一次性加入复合型还原剂,反应完全后得到银包覆微合金化铜粉;
在铜粉微合金化阶段,所述微合金化铜粉中镁质量百分比为0.1%~0.5%;钆质量百分比为0.05%~0.1%。
2.根据权利要求1的一种抗氧化性高的银包覆微合金化铜粉的制备方法,其特征在于:在铜粉微合金化阶段,所述铜粉与溶剂无水乙醇质量比为1:2.5;球磨介质材料为不锈钢球,球径为2~10mm,球料质量比为20:1;球磨助剂采用硬脂酸,加入量为铜粉量的0.5%,所述惰性气氛为氮气或氩气中的一种即可。
3.根据权利要求1所述的一种抗氧化性高的银包覆微合金化铜粉的制备方法,其特征在于:在合金化铜粉的清洗及相关溶液的配制:加入去离子水及0.5%浓度的聚乙二醇,搅拌均匀,每100g铜粉加水1L,聚乙二醇加入量为铜粉的0.6%;按照银包铜粉银的含量取一定的硝酸银,加入去离子水,配制成17%的硝酸银溶液,再用15%浓度的氢氧化钠溶液滴定15~20min;将85%三乙醇胺溶液、37~40%的柠檬醛溶液及25%抗坏血酸按质量配比20:5:4混和成复合型还原剂,其中三乙醇胺溶液与硝酸银的质量比为(3~4):1。
4.根据权利要求1所述的一种抗氧化性高的银包覆微合金化铜粉的制备方法,其特征在于:在化学镀银阶段,硝酸银先用15%浓度的氢氧化钠溶液滴定15~20分钟;采用的复合型还原剂为浓度85%三乙醇胺、37%~40%柠檬醛、25%抗坏血酸,质量配比为20:5:4,复合型还原剂在搅拌条件下一次性加入到铜粉及硝酸银混和溶液中,反应温度控制在70℃,搅拌转速100r/min,反应时间10~15min,得到银包覆微合金化铜粉。
5.根据权利要求1所述的一种抗氧化性高的银包覆微合金化铜粉的制备方法,其特征在于:在化学镀银阶段,所述加入的松香乙醇为99.7%浓度,其加入的体积量与铜粉液体积量之比为1:(83~86)。
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