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进入21世纪以来,电子行业得到了快速蓬勃的发展,电子产品的常用原料之一导电浆料的需求也随之剧增。传统导电浆料一般以贵金属为功能相,但是随着近年来贵金属价格的不断上涨,造成导电浆料价格一直居高不下,严重阻碍了浆料的发展。另外,贵金属全球储量有限,因此,无论着眼于现在还是未来,开发价格低廉、性能优良的贱金属导电浆料都是十分重要的。铜价格低廉且具有优良的导电性、抗迁移性,是贵金属的理想替代材料。但铜在高温下极易氧化从而失去许多优良性能,限制了其在导电浆料中的应用,因而改善铜粉的抗氧化性能具有卜分重要的科学研究意义和广阔的应用前景。
本论文通过对超细铜粉进行表面改性的方法来改善其抗氧化性能,包括铜粉表面包银(Cu@Ag)、铜粉表面先包银再包覆SiO2-B2O3系薄膜(Cu@Ag@SiO2)、铜粉表面先包覆SiO2-B2O3系薄膜再包银(Cu@SiO2@Ag)。主要研究内容如下:
首先,在置换法和化学还原法两种常见制备银包铜粉(Cu@Ag)的方法的基础上,结合二者的优点提出了置换-还原法来制备Cu@Ag粉。重点研究了还原过程中前躯体形式、pH值、反应温度、分散剂PVP用量以及还原次数等工艺对Cu@Ag粉的包覆效果和高温抗氧化性能的影响。以抗坏血酸为还原剂时,最佳工艺条件为:pH值在5左右、反应温度为50℃、PVP用量为基体质量的10 wt%,相同硝酸银用量的情况下,分为两次还原(一次还原后酸洗再进行一次还原)效果要好于直接一次还原。以Cu@Ag粉为功能相制备了导电浆料,经过丝网印刷、干燥、烧结后得到电极。利用四探针法测量了电极的方块电阻,结果表明:随着Cu@Ag粉中银含量的增加、烧结温度的增高,电极的方块电阻逐渐降低。Cu@Ag粉中银含量为54.2 wt%、烧结温度为800℃时,电极的方块电阻为1.9×10-2Ω/□,达到了高温导电浆料的要求。
其次,以正硅酸乙酯、硼酸三正丁酯为前躯体,以氨水为催化剂,利用溶胶-凝胶法在Cu@Ag粉表面包覆一层SiO2-B2O3系薄膜,制备了Cu@Ag@SiO2复合粉。研究了Cu@Ag粉基体预处理方式、正硅酸乙酯用量、硼酸三正丁酯用量、氨水用量、水用量、反应温度、反应时间等条件对Cu@Ag@SiO2复合粉的高温抗氧化性能的影响。以Cu@Ag@SiO2复合粉为功能相制备了导电浆料和电极,用四探针法测定了电极的方块电阻。
此外,通过改变包银和包SiO2-B2O3系薄膜的顺序,制备了Cu@SiO2@Ag粉。研究了不同银含量对复合粉的高温抗氧化性能和电极的导电性的影响,结果表明:随着银含量的增加,Cu@SiO2@Ag复合粉的氧化增重逐渐降低,高温抗氧化性能逐渐变好,对应电极的方块电阻逐渐降低。当银含量达到50.0 wt%时,对应电极的方块电阻达到了0.37Ω/□。此外,相同组分的Cu@SiO2@Ag彩和Cu@Ag@SiO2粉具有相似的高温氧化增重率,但是前者制备的电极的方块电阻要远远低于后者制备的电极的方块电阻。