導電填料用鍍銀銅粉的制備及性能表征

余鳳斌, 郭 涵, 曹建國

（山東天諾光電材料有限公司,山東濟南 250300）

導電填料用鍍銀銅粉的制備及性能表征

余鳳斌, 郭 涵, 曹建國

（山東天諾光電材料有限公司,山東濟南 250300）

采用化學鍍的方法在室溫下制得鍍銀銅粉。采用激光粒度測試儀、掃描電子顯微鏡、電阻測試儀測定粉體的性能指標。結果表明:采用該方法可以獲得包覆完整的鍍銀銅粉,粉體電阻隨鍍層表面銀的質量分數的增加而減小。采用球磨處理獲得的片狀粉體可以提高粉體的導電性,減少粉體的填充量。

鍍銀銅粉;化學鍍;導電性

0 前言

導電填料作為導電復合材料的重要組成部分,其性能、形貌及粒度分布都直接影響著導電復合材料的導電性及穩定性[1]。銀是所有金屬中最早用于導電填料的,雖然其導電性好、抗氧化能力強,但是銀在濕熱條件下易發生電遷移現象,導致短路,且銀的價格昂貴,限制了其應用[2]。銅粉由于其價格優勢和良好的耐金屬遷移性被普遍看好,是銀的一種替代產品。但是銅粉在制備及應用過程中易被氧化,使導電填料使用壽命大為縮短。要將銅粉作為導電填料,必須對其進行抗氧化處理。目前銅粉防氧化技術主要有:（1）表面鍍惰性金屬銀、鎳;（2）偶聯劑處理;（3）有機磷化處理;（4）聚合物稀溶液處理等。對銅粉表面鍍銀既可解決銀的遷移問題,又可提高銅粉的抗氧化性能,因而其被視為導電復合材料理想的導電填料,具有廣闊的應用前景。

目前獲得銅-銀雙金屬粉的方法主要有兩種:（1）直接還原銅離子和銀離子的混合溶液得到混合型的銅-銀雙金屬粉[3];（2）用銅粉去置換 Ag+或[Ag（NH3）2]+,然而在置換性化學鍍銀的過程中微米級銅粉對[Cu（NH3）4]2+有很強的吸附作用,嚴重阻礙置換反應的進一步進行,致使一次置換反應只能得到表面點綴結構的銅-銀雙金屬粉,而得不到表面包覆結構的銅-銀雙金屬粉,其抗氧化能力仍遠低于單純銀粉[4]。為解決這個問題,目前大都采用多次重復鍍銀工藝得到包覆完整的鍍銀銅粉,但該法比較繁瑣,不利于生產。

1 試驗

1.1 鍍銀銅粉的制備

本試驗采用化學還原法制備鍍銀銅粉,采用葡萄糖與酒石酸鉀鈉混合溶液作為還原劑,以 EDTA二鈉鹽為配位劑,在攪拌的情況下緩慢加入已經處理好的銅粉,加料完畢后繼續攪拌15～20 min。工藝流程為:酸洗烘干。

1.2 性能測試及表征

采用馬爾文公司生產的Mastersizer Micro（MAF5000）型激光衍射粒度儀測定粉體的粒度分布。采用JSM-6700F型掃描電鏡觀察粉體的形貌。

導電性是本試驗所得產品最重要的指標之一,其測試基本裝置參考文獻[5],采用在非金屬圓柱體中加入適量鍍銀銅粉,所用壓力為 5 kg/cm2,用DM-100A型數字式微歐表測定電阻R。已知玻璃柱內徑為D,填料高度為h,以S表示玻璃柱內截面面積 ,根據電阻計算公式R=ρh/S=4ρh/（πD2）,求得ρ=πRD2/（4h）,即為電阻率。

2 結果與討論

2.1 粉體粒度分析

圖1是粉體化學鍍過程中的粒度分布情況。由圖1可知:粉體微粒分布比較均勻,經過化學鍍銀以后,粒徑稍微有點變大。

圖1 粉體粒度分布圖

2.2 粉體的成分及形貌分析

圖2為粉體鍍銀后的能譜圖。由圖2可知:化學鍍銀后,出現了明顯的銀元素特征峰,表明粉體表面被銀覆蓋,沉積了大量的銀元素;銅元素的特征峰明顯減弱,表明銀層對粉體包覆完整,且達到一定厚度。

圖3為粉體的SEM照片。由圖3可知:經過包覆之后,粉體微粒變得粗大,表面有細小的胞狀物出現,樹枝狀結構變得較為鈍化。

2.3 粉體的導電性

圖4為鍍層表面銀的質量分數和體積電阻率的對應曲線。由圖4可知:隨著銀的質量分數的增加,體積電阻率快速減小而后趨于平緩;當鍍層表面銀的質量分數達到20%的時候,繼續增大鍍銀量對鍍層電阻影響不大,此時表面已經包覆完整的銀-銅復合粉體。

圖2 粉體能譜圖

圖3 粉體的表面形貌

圖4 鍍銀量與粉體電阻關系

2.4 球磨處理鍍銀銅粉的形貌分析

電荷在導電填料中的傳導方式為粒子接觸導電,粒子間以物理接觸形成通路。這就決定了影響導電性的兩個關鍵因素:一是粒子間的接觸數目,這實際上就是導電通路的多少;二是粒子間的接近程度。球狀粒子間是點接觸,而片狀粒子間是面接觸,所以片狀粒子間接觸比球狀粒子間接觸充分,且大小不均勻的片狀粒子更有利于提高導電性,從而極大地減少導電填料的用量[6-7]。

對反應所得鍍銀銅粉進行真空球磨處理,用SEM電鏡對球磨前、后所得鍍銀銅粉進行分析,試驗結果,如圖5所示。

由圖5可知:球磨處理前銀包裹在銅粉表面,微粒表面呈光亮色,但透著暗色;球磨后微粒表面光亮色更均勻,粉體呈扁平形狀,這有利于粉體的導電性。球磨并沒有使包裹在銅表面的銀剝離,反而使其進一步深入銅表面,使銀有合金化的趨勢。表層形成的銀-銅梯度層可提高其耐濕性和耐銀遷移性[8]。因此,采用化學鍍銀后再球磨處理的方法,可兼顧成本和性能兩方面的要求,制得高性能、低成本的片狀鍍銀銅粉。

圖5 球磨前、后粉體的形貌圖

3 結論

采用化學還原法獲得鍍銀銅粉并對其性能進行表征。結果表明:采用該方法可以獲得包覆完整的鍍銀層;粉體的體積電阻率隨鍍層表面銀的質量分數的增加而下降,并逐步趨于平緩;采用球磨處理獲得的片狀鍍銀銅粉可以提高粉體的導電性,減少導電填料的用量。

[1] 于曉輝,郭忠誠.電磁屏蔽導電涂料用片狀鍍銀銅粉的研究[J].涂料工業,2005,35（12）:1-6.

[2] 鐘蓮云,吳伯麟,賀立勇.導電涂料用片狀鍍銀銅粉的研制[J].涂料工業,2003,33（9）:12-16.

[3] 高保嬌,高建峰,蔣紅梅.微米級銅-銀雙金屬粉鍍層結構及其抗氧化性[J].物理化學學報,2000,16（4）,366-369.

[4] 高保嬌,高建峰,張忠興.用銀氨溶液對微米級銅粉鍍銀反應機理的研究[J].無機化學學報,2000,16（4）,669-674.

[5] 朱潔,赫晶遠,王晶.影響粉末電阻率測定結果的因素[J].炭素技術,2002（3）:47-49.

[6] 黃少強,邱文革.玻璃微球表面化學鍍銀[J].電鍍與涂飾,2004,23（1）:7-9.

[7] 常英,劉彥軍.片狀鍍銀銅粉的制備及性能表征[J].化工新型材料,2005,33（4）:56-58.

[8] 廖輝偉,李翔,彭汝芳,等.包覆型納米銅-銀雙金屬粉研究[J].無機化學學報,2003,19（12）:1 327-1 330.

Preparation and Characterization of Silver-Coated Copper Powder for Conductive Adhesives

YU Feng-bin, GUO H an, CAO Jian-guo
（Shandong Tiannuo Photoelectric Material Co.Ltd,Jinan 250101,China）

The silver coated copper powders were prepared by electroless plating at room temperature.The powders were characterized using laser particle size analyzer,scanning electron microscopy and powder resistance test.The results show that by using this method,copper powders fully coated with silver can be obtained.The resistance of the powders decreases with the increasing of the mass fraction of silver on the coating surface.Flake-like powders obtained by ball milling can increase the conductivity of powders and reduce the filling mount of powder in condunctive adhesives.

silver-coated copper powder;electroless plating;conductivity

TQ 153

A

1000-4742（2011）06-0026-03

2010-12-02