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电子信息产业的迅速发展,带动了电子浆料和超细金属粉末行业的蓬勃发展。作为传统电子浆料功能项的贵金属,成本较高,且近年来其价格上涨非常迅猛,严重阻碍了浆料的发展。电子浆料是国家“十二五规划”的重点发展项目,其高性能、低成本化将是产业发展的必然要求。贱金属材料中,铜的导电性较好,抗迁移性能优良,是理想的代替材料,但铜在高温下容易氧化使得其性能和稳定性下降,限制了它在浆料中的应用,因而对铜浆料进行改性具有重要的科学研究意义,也是本论文研究的核心内容。
本论文主要进行了电子浆料用改性铜粉的制备及性能研究,分别制备了银铜合金粉末、银包银铜合金粒子、二氧化硅包覆铜粒子。最后将制备的三种改性粉末分别与玻璃粉、有机载体配成浆料,采用丝网印刷法印刷后进行干燥、烧结,得到了厚膜电极材料,用四探针仪测定了电极的电导率。
首先,采用液相共还原法,在加热条件下,以阿拉伯胶为分散剂,使硝酸银与硝酸铜的混合盐溶液与抗坏血酸溶液反应,用氨水控制溶液的pH值,最终制得了银铜合金粒子。合金粒子平均粒径在0.7~1.2μm,呈球形,粒径分布较窄。通过XRD、SEM、TEM、EDAX等研究了还原剂种类、分散剂种类和用量、银铜元素比例、体系pH值、反应温度等条件对粉末粒径、形貌及组成的影响。通过TG研究了制备的粒子的热稳定性能。此外,还研究了合金粒子的形成机理。
其次,在制备的银铜合金粒子的基础上,以阿拉伯胶为分散剂,抗坏血酸为还原剂,在合金粒子表面进行镀银制备了银包覆银铜合金粒子。采用XRD、SEM、TEM等检测了粒子的粒径、形貌、组成和包覆效果。研究表明,基体表面的银可以作为进一步自催化反应沉积银的活性点,并研究了前躯体形式、反应体系pH值、反应温度和分散剂等条件对制备的粒子形貌、组成及包覆效果的影响。采用TG和DTA研究了粒子的高温抗氧化性能。
此外,还以粒径为1μm左右的球形铜粉为基体,表面采用包覆SiO2纳米薄层进行改性。以氨水为催化TEOS进行铜粉改性,可以从TEM照片上看到明显的包覆层,厚度在20-40 nm之间,且随着TEOS用量的增加,粒子的高温抗氧化性明显提高。主要通过TEM和TG研究了TEOS用量、氨水用量、水用量、反应温度等条件对包覆效果和粒子热性能的影响。
最后,分别将制得的银铜合金粉末、银包银铜合金粒子、二氧化硅包覆铜粉末作为功能项制备导电浆料,经丝网印刷后干燥,并进行600℃烧结形成电极,用四探针法测定了电极的电导率。
综合上述研究结果,以银铜合金粉末和二氧化硅包覆铜粉末作为功能相制成电极后,导电性较差,而银包银铜合金粒子性能较好,制备的电极导电性较为优良,达到了电子浆料用金属粉体的基本要求,具有一定的应用前景。