CN116037949A - 一种电子浆料用微米级球形铂粉的制备方法 - Google Patents

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罗凤兰
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Abstract

本发明涉及一种电子浆料用微米级球形铂粉的制备方法，该方法通过控制反应液的浓度、温度、还原剂的浓度等因素，能够稳定、可控地合成粒径范围在0.5~4μm，振实密度在5.0g/mL‑8.0g/mL的分散性好的球形铂粉。

Description

一种电子浆料用微米级球形铂粉的制备方法
技术领域
本发明属于贵金属粉体制造领域，特别涉及一种电子浆料用微米级球形铂粉的制备方法。
技术背景
在现代工业和新技术产业中，铂族金属由于其优越的理化性质，有着极其广泛的应用。其中，铂具有很高的化学稳定性和催化活性，在医药、半导体器件、集成电路以及精密合金等领域具有重要应用；以铂合金作为涂层材料的应用，极大地推动了航空航天工业的发展；高纯铂被广泛地应用于国防、军工、电子行业等领域。
铂粉体由于其优良的电学性能和化学稳定性，其作为电子浆料的功能相粒子在电子工业领域有着十分广泛的应用。其中，金属相粒子的粒径分布及其微观形貌对金属化膜层的电学、力学性能和焊接性能有着很大的影响。
国内外针对贵金属粉体及其合金的制备已经进行了大量的研究。目前，物理法制造的粉体，粒径往往高达数十微米，且形状不规则，无法适用于小体积、薄印刷层要求的微型元器件制造，例如公开号为CN111774578A的专利公开了一种微米级铂粉的制备方法，该方法通过熔炼、底铸、裁剪、脉冲放电制粉、除黑、筛分，可以得到粒径约20μm的铂粉，需要进行筛分去除异型形状的粉体。而已公开报道的铂粉化学合成法其产物均在纳米尺度上，例如，公开号为CN104550999A的专利公开了一种化学还原法制备亚微米级蜂窝状铂粉的方法，该方法通过将铂盐加入分散剂体系溶解，然后加入还原剂还原出铂粉，真空干燥，能够可控地制得粒径在40~480nm之间的蜂窝状铂粉。然而，纳米级的铂粉在制备浆料时较难分散，烧结时收缩较为严重，容易产生孔隙、裂痕等缺陷，难以与粘结相形成致密包覆，严重影响元件的电学、力学性能。
发明内容
本发明针对上述问题，提供一种电子浆料用微米级球形铂粉的制备方法。该方法通过控制温度、反应液的浓度、还原剂的浓度，能够稳定、可控地合成粒径范围在0.5~4μm，振实密度在5.0g/mL-8.0g/mL的分散性好的球形铂粉。
本法的技术方案是：
电子浆料用微米级球形铂粉的制备方法，有以下步骤：
1）制备铂溶液
取纯度99.95%的海绵铂，加入王水，加热煮沸，待溶解完全后浓缩酸液，加浓盐酸赶尽硝酸，加入氯化钠固体，加热，蒸发结晶，纯水溶解，得到原液；
2）化学还原
将步骤1）所得原液稀释为铂浓度为1g/L~10g/L，缓慢滴加还原剂水溶液，至反应液变为无色，不再产生沉淀；
3）过滤干燥
沉淀用布氏漏斗减压过滤，热水反复洗涤沉淀，直到沉淀没有酸味、氨味，洗液呈中性，将沉淀干燥24小时，得到粒径范围为0.5~4μm，振实密度为5.0g/mL-8.0g/mL的分散性好的微米级球形铂粉。
步骤1）所述铂与王水的固液比大于1：6。
步骤1）所述王水的体积比为盐酸：硝酸：水=3：1：1至6：1：1，盐酸重量百分比浓度：36%-38%，硝酸重量百分比浓度：65%-68%。
步骤1）所述氯化钠与铂粉质量比为0.5：1至5：1。
步骤2）所述还原剂为硼氢化钠、水合肼、乙二醇中的一种或几种。
步骤2）所述还原剂水溶液的浓度为1% -5%。
步骤2）所述缓慢滴加还原剂的速率为1滴/1s至1滴/5s。
步骤3）所述干燥温度为100℃至350℃。
本发明的有益效果：
1）采用本发明方法制备通过减小反应物浓度、降低反应温度、降低还原速率的任一条件，都可以减缓成核速率，增加铂前驱体在铂核上的吸附还原，得到更大粒径的粒子，反之，可以得到更小粒径的粒子。因此，采用本申请所述方法，通过控制上述因素使铂粉主要粒径控制在0.5~3μm之间，所述铂粉粒径可调控，所得铂粉的球形性良好，铂粒子均呈规整的球形，不需要进行筛分，减少工序的同时也降低了铂的损耗；分散性好，不团聚，不粘结；粒径分布对浆料有益，粒径太粗，影响堆积密度进而影响振实密度、以及电子浆料后续工序成型性和严重影响元件的电学、力学性能，粒径太细，制备浆料时较难分散，烧结时收缩较为严重，容易产生孔隙、裂痕等缺陷，难以与粘结相形成致密包覆，严重影响元件的电学、力学性能。本发明铂粉主要粒径控制在0.5~4μm之间，除了主要粒径外，还有少量小粒径（＜0.2μm）粒子分布，利于获得更高的堆积密度和更均匀的烧结效果。
2）本发明所述方法操作步骤简便，条件控制温和，能耗低，制备过程中通过得当控制，没有其他有毒有害物质，对健康及环境较为友好。
附图说明
图1为实施例1的电镜表征粒子形貌，经标尺对比，粒径为0.1~2.5μm；
图2为实施例2的电镜表征粒子形貌，经标尺对比，粒径为0.1~1.2μm；
图3为实施例3的电镜表征粒子形貌，经标尺对比，粒径为0.2~0.8μm。
具体实施方式
实施例1
1）王水溶解：
取纯度99.95%的海绵铂2.50g，加入王水25mL，加热煮沸，待溶解完全后浓缩酸液，加浓盐酸赶尽硝酸，直至无棕黄色烟雾产生。
2）钠盐转化：
向步骤1）所得酸液中加入1.25g氯化钠固体，加热，蒸发结晶，用纯水溶解所得晶体。
3）化学还原：
将步骤2）所得原液稀释至2500mL，得到1g/L的铂溶液，向其中以1滴/5s的速率缓慢滴加1%水合肼水溶液，直到反应液变为无色，不再产生沉淀为止。
4）过滤干燥：
在布氏漏斗上垫一层定量滤纸，将沉淀通过布氏漏斗减压过滤，用热水反复洗涤沉淀，直到沉淀没有酸味、氨味，洗液呈中性为止。将沉淀转移至洁净的坩埚中，放入恒温鼓风干燥箱，于200℃下干燥24小时，得到产物铂粉2.44g。通过扫描电镜表征粉末形貌及粒径，粉末呈球形、规则，分布均匀，粒径0.1~2.5μm，如图1所示。测试粉末的振实密度：7.2~7.5g/mL。
实施例2
1）王水溶解：
取纯度99.95%的海绵铂2.50g，加入王水25mL，加热煮沸，待溶解完全后浓缩酸液，加浓盐酸赶尽硝酸，直至无棕黄色烟雾产生。
2）钠盐转化：
向步骤1）所得酸液中加入1.25g氯化钠固体，加热，蒸发结晶，用纯水溶解所得晶体。
3）化学还原：
将步骤2）所得原液稀释至500mL，得到5g/L的铂溶液，向其中以1滴/3s的速率缓慢滴加2%水合肼水溶液，直到反应液变为无色，不再产生沉淀为止。
4）过滤干燥：
在布氏漏斗上垫一层定量滤纸，将沉淀通过布氏漏斗减压过滤，用热水反复洗涤沉淀，直到沉淀没有酸味、氨味，洗液呈中性为止。将沉淀转移至洁净的坩埚中，放入恒温鼓风干燥箱，于150℃下干燥24小时，得到产物铂粉2.40g。通过扫描电镜表征粉末形貌及粒径，粉末呈球形、规则，分布均匀，粒径0.1~1.2μm，如图2所示。测试粉末的振实密度：5.9~6.3g/mL。实施例3
1）王水溶解：
取纯度99.95%的海绵铂5.00g，加入王水50mL，加热煮沸，待溶解完全后浓缩酸液，加浓盐酸赶尽硝酸，直至无棕黄色烟雾产生。
2）钠盐转化：
向步骤1）所得酸液中加入2.50g氯化钠固体，加热，蒸发结晶，用纯水溶解所得晶体。
3）化学还原：
将步骤2）所得原液稀释至500mL，得到10g/L的铂溶液，向其中以1滴/2s的速率缓慢滴加3%水合肼水溶液，直到反应液变为无色，不再产生沉淀为止。
4）过滤干燥：
在布氏漏斗上垫一层定量滤纸，将沉淀通过布氏漏斗减压过滤，用热水反复洗涤沉淀，直到沉淀没有酸味、氨味，洗液呈中性为止。将沉淀转移至洁净的坩埚中，放入恒温鼓风干燥箱，于120℃下干燥24小时，得到产物铂粉4.95g。通过扫描电镜表征粉末形貌及粒径，粉末呈球形、规则，分布均匀，粒径0.2~0.8μm，如图3所示，测试粉末的振实密度：5.4~5.6g/mL 。

Claims (9)

1.一种电子浆料用微米级球形铂粉的制备方法，其特征在于，有以下步骤：
1）制备铂溶液
取纯度99.95%的海绵铂，加入王水，加热煮沸，待溶解完全后浓缩酸液，加浓盐酸赶尽硝酸，直至无棕黄色烟雾产生，加入氯化钠固体，加热，蒸发结晶，纯水溶解，得到原液；
2）化学还原
将步骤1）所得原液稀释为铂浓度为1g/L~10g/L，缓慢滴加还原剂水溶液，至反应液变为无色，不再产生沉淀；
3）过滤干燥
沉淀过滤，热水反复洗涤沉淀，直到沉淀没有酸味、氨味，洗液呈中性，将沉淀干燥24小时，得到粒径范围在0.5~4μm，振实密度在5.0g/mL-8.0g/mL的分散性好的球形铂粉。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1）所述铂与王水的固液比大于1：6。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1）所述王水的体积比为盐酸：硝酸：水=3：1：1至6：1：1。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述盐酸重量百分比浓度：36%-38%，硝酸重量百分比浓度：65%-68%。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1）所述氯化钠与铂粉质量比为0.5：1至5：1。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2）所述还原剂为硼氢化钠、水合肼、乙二醇中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2）所述还原剂水溶液的浓度为1%-5%。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2）所述缓慢滴加还原剂的速率为1滴/1s至1滴/5s。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤3）所述干燥温度为100℃至350℃。
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