DD257405A1 - PROCESS FOR PRODUCING COPPER POWDER - Google Patents

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DD257405A1 DD24620382A DD24620382A DD257405A1 DD 257405 A1 DD257405 A1 DD 257405A1 DD 24620382 A DD24620382 A DD 24620382A DD 24620382 A DD24620382 A DD 24620382A DD 257405 A1 DD257405 A1 DD 257405A1
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Karsten Gloe
Peter Muehl
Claus Fischer
Winfried Schaffrath
Martin Socher
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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Pulvermetallurgie. Ihr Ziel besteht in der Herstellung von Kupferpulver, welches sich auf Grund seiner Eigenschaften gut als Wirksubstanz von Leitpasten fuer die Dickschichttechnik eignet und einfach verarbeiten laesst. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Kupferpulver mit geeigneter Kornform und -groesse, einheitlichem Korngroessenspektrum, guten Sintereigenschaften und hoher Oxydationsstabilitaet anzugeben. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass Kupfer(II)salze in einer waessrigen Loesung mit Natriumhypophosphit bei Temperaturen zwischen 70C und 100C ueber eine Zeit von 5 bis 30 Minuten reduziert werden und das Kupferpulver in an sich bekannter Weise abgetrennt und gewaschen wird, wobei die Reduktions- und/oder Waschloesung vorzugsweise mit nichtionogenen oberflaechenaktiven Stoffen in Mengen bis zu 15 Gew.-% oder die Waschloesung mit in inerten Atmosphaere vollstaendig pyrolysierbaren Homo- bzw. Copolymeren in Mengen bis zu 10 Gew.-% versetzt wird. Das erfindungsgemaess hergestellte Kupferpulver ist anwendbar als Wirksubstanz von Leitpasten fuer die Dickschichttechnik.The invention relates to the field of powder metallurgy. Their goal is the production of copper powder, which is well suited as an active substance of conductive pastes for thick-film technology due to its properties and easy to process. It has for its object to provide a method for producing copper powder having a suitable particle shape and size, uniform grain size spectrum, good sintering properties and high Oxidationsstabilitaet. According to the invention, the object is achieved by reducing copper (II) salts in an aqueous solution with sodium hypophosphite at temperatures between 70 ° C. and 100 ° C. over a period of 5 to 30 minutes and separating and washing the copper powder in a manner known per se, the Reduction and / or washing solution preferably with nonionic surface-active substances in amounts of up to 15 wt .-% or the washing solution with completely inert in inert atmosphere completely pyrolyzable homo- or copolymers in amounts up to 10 wt .-% is added. The copper powder produced according to the invention can be used as the active substance of conductive pastes for the thick-film technique.

Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

II

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Pulvermetallurgie und wird zweckmäßig zur Gewinnung von Kupferpulver mit speziellen Eigenschaften, das als Wirksubstanz von Leitpasten für die Dickschichttechnik geeignet ist, angewendet.The invention relates to the field of powder metallurgy and is suitably used for obtaining copper powder with special properties suitable as the active substance of conductive pastes for the thick-film technique.

II

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Zur Herstellung von Kupferpulver sind physikalische, chemische und elektrochemische Verfahren bekannt. So wird in der US-PS 2 810759 eine Methode beschrieben, wonach Kupferpulver mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 5/zm durch mechanische Zerkleinerung von dünnem Kupferblech hergestellt wird. Derartiges Pulver ist jedoch flockigschuppig und ! weist dadurch schlechte Sintereigenschaften auf, so daß es als Wirkphase für Dickschichtpasten nur wenig geeignet ist. Die , US-PS 3703451 schützt die Gewinnung von Kupferpulver durch elektrolytische Abscheidung aus wäßriger Lösung. Das auf diese Weise gewonnene Pulver besitzt eine dendritische Form und ist dadurch ebenfalls als Wirkphasensubstanz für die Dickschichttechnik kaum geeignet. — Ferner beschreibt die US-PS 3881914 ein Verfahren zur Herstellung von Kupferpulvern von 1-2μ(η Korngröße durch Reduktion von Kupfersalzen mit Unterphosphoriger Säure in wäßriger Lösung. Derartiges Kupferpulver enthält jedoch einen hohen Anteil an zu feinen Partikeln und ist auch äußerst empfindlich gegen durchgehende Oxydation, was sich beim Einsatz in der Dickschichttechnik nachteilig auf die Herstellung und die Parameter der Paste auswirkt.For the production of copper powder physical, chemical and electrochemical processes are known. Thus, US Pat. No. 2,810,759 describes a method according to which copper powder having an average particle diameter of 5 / cm 2 is produced by mechanical comminution of thin copper sheet. Such powder is flaky and flaky! This has poor sintering properties, so that it is poorly suited as a working phase for thick-film pastes. US Pat. No. 3,703,451 protects the recovery of copper powder by electrolytic deposition from aqueous solution. The powder obtained in this way has a dendritic form and is thus hardly suitable as active phase substance for the thick-film technique. Furthermore, US Pat. No. 3,881,914 describes a process for the preparation of copper powders of 1-2 μm (η grain size by reduction of copper salts with hypophosphorus acid in aqueous solution.) However, such copper powder contains a high proportion of too fine particles and is also extremely sensitive to continuous Oxidation, which has an adverse effect on the production and the parameters of the paste when used in the thick film technology.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht in der Herstellung von Kupferpulver, welches sich auf Grund seiner Eigenschaften gut als Wirksubstanz von Leitpasten für die Dickschichttechnik eignet und einfach verarbeiten läßt.The object of the invention is the production of copper powder, which is well suited as an active substance of conductive pastes for thick-film technology due to its properties and can be easily processed.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Kupferpulver mit geeigneter Kornform und-große, einheitlichem Korngrößenspektrum, guten Sintereigenschaften und hoher Oxydationsstabilität anzugeben.The invention has for its object to provide a method for producing copper powder having a suitable particle shape and large, uniform particle size spectrum, good sintering properties and high oxidation stability.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß geeignete Kupfer(ll)salze, wie Kupfersulfat, Kupferacetat oder ähnliche in Wasser gelöst und mit wäßriger Natriumhypophosphitlösung (cNaH2po2:ccu = 2) versetzt werden. Das Gemisch wird anschließend auf eine Temperatur von 70 bis 100°C erhitzt und 5 bis 30 Minuten bei der gewählten Temperatur gehalten. Nach dem Abkühlen wird der gebildete Kupferniederschlag abfiltriert sowie mit Wasser und einem leichtflüchtigem organischen Lösungsmittel gewaschen. Eine Trocknung erfolgt bei Temperaturen zwischen 20°C und 100°C im Vakuum. Durch Zusatz eines nichtionogenen oberflächenaktiven Stoffes in Mengen bis zu 15Gew.-%zur Reduktions-und/oder Waschlösung oder durch Zusatz eines in inerter Atmosphäre vollständig pyrolysierbaren Homo- bzw. Copolymeren zur Waschlösung in Mengen bis zu 10Gew.-% wird ein zusätzlicher Oberflächenschutz gegen Oxydation erreicht. Im Ergebnis des erfindungsgemäßen Verfahrens j entstehen körnige Kupferteilchen einheitlicher Korngröße, die stabil gegen durchgehende Oxydation sind.According to the invention the object is achieved in that suitable copper (II) salts, such as copper sulfate, copper acetate or the like are dissolved in water and treated with aqueous Natriumhypophosphitlösung (cNaH2po2: ccu = 2). The mixture is then heated to a temperature of 70 to 100 ° C and held at the selected temperature for 5 to 30 minutes. After cooling, the copper precipitate formed is filtered off and washed with water and a volatile organic solvent. Drying takes place at temperatures between 20 ° C and 100 ° C in a vacuum. By adding a non-ionic surfactant in amounts of up to 15% by weight to the reducing and / or washing solution or by adding a completely pyrolyzable in inert atmosphere homo- or copolymers to the washing solution in amounts up to 10Gew .-% is an additional surface protection against Reached oxidation. As a result of the method according to the invention j granular copper particles of uniform grain size, which are stable to continuous oxidation.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. 100ml einer einmolaren Kupfersulfatlösung werden mit 100ml einer zweimolaren Natriumhypophosphitlösung versetzt. Die erhaltene Lösung wird auf 80°C erwärmt und 10 Minuten auf dieser Temperatur gehalten. Nach dem Abkühlen wird der Kupferniederschlag abfiltriert, mit 50ml Wasser und 100ml einer 1%igen Lösung von α-Methylstyrenacrylnitrilcopolymerisat in Aceton gewaschen und anschließend im Exsikkator bei Zimmertemperatur und einem Vakuum von 20mm Hg-Säule über eine Zeit von 2 Stunden getrocknet. Das Pulver ist körnig, besitzt eine Korngröße von ~1 μπι und eine spezifische Oberfläche von 2,2m2/g. Der Sauerstoffgehalt beträgt 0,78%, die Ausbeute 100%.The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. 100 ml of a one-molar copper sulphate solution are mixed with 100 ml of a two-molar sodium hypophosphite solution. The resulting solution is heated to 80 ° C and held at this temperature for 10 minutes. After cooling, the copper precipitate is filtered off, washed with 50 ml of water and 100 ml of a 1% solution of α-Methylstyrenacrylnitrilcopolymerisat in acetone and then dried in a desiccator at room temperature and a vacuum of 20mm Hg column over a period of 2 hours. The powder is granular, has a particle size of ~ 1 μπι and a specific surface area of 2.2m2 / g. The oxygen content is 0.78%, the yield 100%.

Claims (1)

Verfahren zur Herstellung von Kupferpulver durch Reduktion von Kupfersalzen, gekennzeichnet dadurch, daß Kupfer(ll)salze in einer wäßrigen Lösung mit Natriumhypophosphit bei Temperaturen zwischen 70°C und 1000C über eine Zeit von 5 bis 30 Minuten reduziert werden und das Kupferpulver in an sich bekannter Weise abgetrennt und gewaschen wird, wobei die Reduktions- und/oder Waschlösung vorzugsweise mit nichtionogenen oberflächenaktiven Stoffen in Mengen bis zu 15Gew.-% oder die Waschlösung mit in inerter Atmosphäre vollständig pyrolysierbaren Homo- bzw. Copolymeren in Mengen bis zu 10Gew.-% versetzt wird.Process for the preparation of copper powder by reduction of copper salts, characterized in that copper (II) salts are reduced in an aqueous solution with sodium hypophosphite at temperatures between 70 ° C and 100 0 C over a period of 5 to 30 minutes and the copper powder in is separated and washed in a known manner, wherein the reduction and / or washing solution preferably with nonionic surfactants in amounts up to 15Gew .-% or the washing solution with in an inert atmosphere completely pyrolyzable homo- or copolymers in amounts up to 10Gew.- % is offset. Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Pulvermetallurgie und wird zweckmäßig zur Gewinnung von Kupferpulver mit speziellen Eigenschaften, das als Wirksubstanz von Leitpasten für die Dickschichttechnik geeignet ist, angewendet.The invention relates to the field of powder metallurgy and is suitably used for obtaining copper powder with special properties suitable as the active substance of conductive pastes for the thick-film technique. Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions Zur Herstellung von Kupferpulver sind physikalische, chemische und elektrochemische Verfahren bekannt. So wird in der US-PS 2 810759 eine Methode beschrieben, wonach Kupferpulver mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von δμ,σι durch mechanische Zerkleinerung von dünnem Kupferblech hergestellt wird. Derartiges Pulver ist jedoch flockigschuppig und weist dadurch schlechte Sintereigenschaften auf, so daß es als Wirkphase für Dickschichtpasten nur wenig geeignet ist. Die US-PS 3703451 schützt die Gewinnung von Kupferpulver durch elektrolytische Abscheidung aus wäßriger Lösung. Das auf diese Weise gewonnene Pulver besitzt eine dendritische Form und ist dadurch ebenfalls als Wirkphasensubstanz für die Dickschichttechnik kaum geeignet. — Ferner beschreibt die US-PS 3881914 ein Verfahren zur Herstellung von Kupferpulvern von 1— 2μΓη Korngröße durch Reduktion von Kupfersalzen mit Unterphosphoriger Säure in wäßriger Lösung. Derartiges Kupferpulver enthält jedoch einen hohen Anteil an zu feinen Partikeln und ist auch äußerst empfindlich gegen durchgehende Oxydation, was sich beim Einsatz in der Dickschichttechnik nachteilig auf die Herstellung und die Parameter der Paste auswirkt.For the production of copper powder physical, chemical and electrochemical processes are known. For example, US Pat. No. 2,810,759 describes a method according to which copper powder having an average particle diameter of .DELTA..mu.m is produced by mechanical comminution of thin copper sheet. However, such powder is flaky and thus has poor sintering properties, so that it is poorly suited as a working phase for thick-film pastes. US Pat. No. 3,703,451 protects the recovery of copper powder by electrolytic deposition from aqueous solution. The powder obtained in this way has a dendritic form and is thus hardly suitable as active phase substance for the thick-film technique. Furthermore, US Pat. No. 3,881,914 describes a process for the preparation of copper powders of 1 to 2 .mu.m grain size by reduction of copper salts with hypophosphorous acid in aqueous solution. However, such copper powder contains a high proportion of too fine particles and is also extremely sensitive to continuous oxidation, which has an adverse effect on the production and the parameters of the paste when used in the thick-film technique. Ziel der ErfindungObject of the invention Das Ziel der Erfindung besteht in der Herstellung von Kupferpulver, welches sich auf Grund seiner Eigenschaften gut als Wirksubstanz von Leitpasten für die Dickschichttechnik eignet und einfach verarbeiten läßt.The object of the invention is the production of copper powder, which is well suited as an active substance of conductive pastes for thick-film technology due to its properties and can be easily processed. Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Kupferpulver mit geeigneter Kornform und -größe, einheitlichem Korngrößenspektrum, guten Sintereigenschaften und hoher Oxydationsstabilität anzugeben. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß geeignete Kupfer(ll)salze, wie Kupfersulfat, Kupferacetat oder ähnliche in Wasser gelöst und mit wäßriger Natriumhypophosphitlösung (cNaH2po2:ccu = 2) versetzt werden. Das Gemisch wird anschließend auf eine Temperatur von 70 bis 1000C erhitzt und 5 bis 30 Minuten bei der gewählten Temperatur gehalten. Nach dem Abkühlen wird der gebildete Kupferniederschlag abfiltriert sowie mit Wasser und einem leichtflüchtigem organischen Lösungsmittel gewaschen. Eine Trocknung erfolgt bei Temperaturen zwischen 200C und 1000C im Vakuum. Durch Zusatz eines nichtionogenen oberflächenaktiven Stoffes in Mengen bis zu 15 Gew.-% zur Reduktions-und/oder Waschlösung oder durch Zusatz eines in inerter Atmosphäre vollständig pyrolysierbaren Homo-bzw. Copolymeren zur Waschlösung in Mengen bis zu 10Gew.-% wird ein zusätzlicher Oberflächenschutz gegen Oxydation erreicht. Im Ergebnis des erfindungsgemäßen Verfahrens entstehen körnige Kupferteilchen einheitlicher Korngröße, die stabil gegen durchgehende Oxydation sind.The invention has for its object to provide a method for producing copper powder having a suitable particle shape and size, uniform grain size spectrum, good sintering properties and high oxidation stability. According to the invention the object is achieved in that suitable copper (II) salts, such as copper sulfate, copper acetate or the like are dissolved in water and treated with aqueous sodium hypophosphite solution (c Na H 2 po 2 : cc u = 2). The mixture is then heated to a temperature of 70 to 100 0 C and held for 5 to 30 minutes at the selected temperature. After cooling, the copper precipitate formed is filtered off and washed with water and a volatile organic solvent. Drying takes place at temperatures between 20 0 C and 100 0 C in a vacuum. By adding a non-ionic surfactant in amounts of up to 15 wt .-% to the reduction and / or washing solution or by adding a completely pyrolyzed in inert atmosphere homo- or. Copolymers to the wash solution in amounts of up to 10% by weight, an additional surface protection against oxidation is achieved. As a result of the process according to the invention granular copper particles of uniform grain size, which are stable to continuous oxidation arise. Ausführungsbeispielembodiment Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. 100ml einer einmolaren Kupfersulfatlösung werden mit 100ml einer zweimolaren Natriumhypophosphitlösung versetzt. Die erhaltene Lösung wird auf 800C erwärmt und 10 Minuten auf dieser Temperatur gehalten. Nach dem Abkühlen wird der Kupferniederschlag abfiltriert, mit 50ml Wasser und 100ml einer 1%igen Lösung von a-Methylstyrenacrylnitrilcopolymerisat in Aceton gewaschen und anschließend im Exsikkator bei Zimmertemperatur und einem Vakuum von 20mm Hg-Säule über eine Zeit von 2 Stunden getrocknet. Das Pulver ist körnig, besitzt eine Korngröße von ~1μηι und eine spezifische Oberfläche von 2,2m2/g. Der Sauerstoffgehalt beträgt 0,78%, die Ausbeute 100%.The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. 100 ml of a one-molar copper sulphate solution are mixed with 100 ml of a two-molar sodium hypophosphite solution. The resulting solution is heated to 80 0 C and held at this temperature for 10 minutes. After cooling, the copper precipitate is filtered off, washed with 50 ml of water and 100 ml of a 1% solution of a-Methylstyrenacrylnitrilcopolymerisat in acetone and then dried in a desiccator at room temperature and a vacuum of 20mm Hg column over a period of 2 hours. The powder is granular, has a particle size of ~ 1μηι and a specific surface area of 2.2m 2 / g. The oxygen content is 0.78%, the yield 100%.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0363552A1 (en) * 1988-07-27 1990-04-18 Tanaka Kikinzoku Kogyo K.K. Process for preparing metal particles
CN106270542A (en) * 2015-05-19 2017-01-04 东又悦（苏州）电子科技新材料有限公司 A kind of vacuum method prepares the method for copper powder

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CN106270542A (en) * 2015-05-19 2017-01-04 东又悦（苏州）电子科技新材料有限公司 A kind of vacuum method prepares the method for copper powder

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