一種核殼結(jié)構(gòu)銀包鎳納米粉體材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于核殼結(jié)構(gòu)納米雙金屬材料領(lǐng)域,具體涉及一種導(dǎo)電漿料和導(dǎo)電涂料用核殼結(jié)構(gòu)銀包鎳納米粉的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電極漿料是電子陶瓷元件的重要組成部分,尤其在多層陶瓷電容器((Multilayerceramic capacitycitors, MLCC)制備過程中廣泛使用。另外在通信、電子、電器領(lǐng)域以及軍艦與核潛艇等軍事領(lǐng)域,為了防止外來的電磁干擾和防止本身的電磁波向外輻射,通常采用電磁屏蔽導(dǎo)電涂料涂覆于基體表面形成一層固化膜,從而產(chǎn)生導(dǎo)電屏蔽效果。金、鈀、銀等貴金屬一直被用作導(dǎo)電漿料和導(dǎo)電涂料的導(dǎo)電填料,其中銀粉的導(dǎo)電性優(yōu)良、價(jià)格相比于金粉和鈀粉略低,目前使用得任較普遍,但易產(chǎn)生銀迀移現(xiàn)象。近年來貴金屬價(jià)格居高不下,為了降低制造成本,用賤金屬銅、鎳等代替貴金屬制作導(dǎo)體漿料、導(dǎo)電涂料是電子工業(yè)材料今后發(fā)展的重要趨勢。金屬鎳粉具有良好的導(dǎo)電性和電磁屏蔽性,且價(jià)格較銀便宜,抗迀移性也比銀高,但是鎳粉容易在室溫或樹脂固化加熱時(shí)發(fā)生氧化,形成絕緣性氧化膜使導(dǎo)電性不穩(wěn)定并大大降低。因此,要將賤金屬鎳粉作為導(dǎo)電填料,必須對(duì)其進(jìn)行表面改性來提尚抗氧化性。
[0003]將賤金屬鎳和貴金屬銀結(jié)合起來制成核殼結(jié)構(gòu)的銀包鎳粉,不僅利用了核層鎳粉電阻低、抗焊溶性好、無離子迀移和價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn),同時(shí)在很大程度上又克服了鎳粉老化性能不佳等缺點(diǎn),且降低了銀粉的成本,提高了銀的抗迀移性。目前國內(nèi)外科研人員通過濕化學(xué)方法對(duì)核殼結(jié)構(gòu)的銀包鎳粉也有一定的研究(Lin S C,ChenS Y,Chen YTjet al.Electrochemical fabricat1n and magnetic propertiesof highly ordered silver-nickel core-sheII nanowires[J].Journal ofAlloys and Compounds,2008,449(1-2):232-236 ;Gorji A H,Simchi A,Kokabi AH.Development of composite silver/nickel nanopastes for low temperaturejoining of yttria-stabilized zirconia to stainless steels[J].CeramicsInternat1nal, 2015, 41:1815 - 1822 ;王亞民.超微細(xì)鎳銀雙金屬粉的抗氧化性研究[D].華中科技大學(xué),2007.) ο納米級(jí)核殼結(jié)構(gòu)的銀包鎳粉,即在納米級(jí)鎳粉表面點(diǎn)綴或包覆上一層納米銀,作為一種新型的粉末金屬材料,可以大大提高鎳粉的抗氧化能力,拓寬其使用溫度范圍。因此如何制備均勻、包覆完全的納米核殼結(jié)構(gòu)銀包鎳粉仍然是目前研究的重點(diǎn)。
[0004]核殼結(jié)構(gòu)納米雙金屬粉的制備方法很多,有氣相法、液相法、固相法和交叉的綜合方法。其中,濕化學(xué)方法是目前制備核殼結(jié)構(gòu)銀包鎳粉的主要方法。如中國專利CN102672168B公開了一種化學(xué)還原法制備核殼結(jié)構(gòu)鎳-銀雙金屬粉體的制備方法:首先將鎳粉加入到乙醇和水的混合溶劑中,制得鎳粉的分散液;然后將pH大于10的濃度為2.5M的水合肼溶液加入含鎳的分散液中;最后向上述溶液中加入銀氨溶液,反應(yīng)70?10min后,將懸浮液離心分離、洗滌、真空干燥。該方法制備的是微米級(jí)粉體,且使用的是有毒的水合肼作為還原劑,反應(yīng)后的殘余殘留容易對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染;另一方面制備過程流程過程繁瑣,后續(xù)產(chǎn)品需要經(jīng)過離心分離、洗滌、真空干燥,且在此過程中易引起顆粒團(tuán)聚、不利于產(chǎn)品性能的穩(wěn)定等,不適合大規(guī)模生產(chǎn)。中國專利CN102407329B公開了一種鎳-銀核殼結(jié)構(gòu)納米粒子的制備方法:該法將經(jīng)過敏化處理后的納米鎳粉加入含有硝酸銀、氫氧化鈉和氨水的透明溶液中,然后將溶于乙醇和水的混合溶液中的葡萄糖和酒石酸的還原液加入,常溫?cái)嚢鐸h后用磁鐵分離產(chǎn)品,并用去離子水、無水乙醇洗滌、40°C真空干燥12h即得最終產(chǎn)品。該法首先需要對(duì)納米鎳粉進(jìn)行敏化處理,在處理過程中容易引起納米鎳粉的氧化,且制備過程繁瑣,后續(xù)產(chǎn)品需要經(jīng)過離心分離、洗滌、真空干燥;另外整個(gè)反應(yīng)是在水溶液中進(jìn)行的,在包銀過程中容易引起納米鐵粉的二次氧化。上述濕化學(xué)方法都存在工藝流程多,需要多次洗滌、過濾,所制顆粒容易團(tuán)聚、不利于產(chǎn)品性能的穩(wěn)定等缺點(diǎn)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明克服先有技術(shù)的不足,提供一種重復(fù)性好、產(chǎn)品性能穩(wěn)定、工藝簡單且環(huán)境友好的導(dǎo)電漿料和導(dǎo)電涂料用核殼結(jié)構(gòu)銀包鎳納米粉的制備方法。
[0006]本發(fā)明科學(xué)原理:銀和鎳的熔點(diǎn)分別為960.7°C和1453°C,本發(fā)明采用電弧放電產(chǎn)生等離子體的制備技術(shù),利用等離子體出現(xiàn)電荷分離所產(chǎn)生的巨大能量使鎳粉和銀粉在瞬間變成氣態(tài)物質(zhì),當(dāng)?shù)入x子體變成常態(tài)時(shí),溫度驟降,在降溫過程中,熔點(diǎn)較高的鎳蒸氣先冷凝為固態(tài),由于納米粒子的粒徑小、比表面積大、表面能高,極易吸附氣態(tài)的銀來降低表面能。當(dāng)溫度降至銀的熔點(diǎn)以下時(shí),就形成了核殼結(jié)構(gòu)的銀包鎳納米粉體。
[0007]根據(jù)上述原理,本發(fā)明是通過陽極電弧放電等離子體方法,通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:
[0008](I)稱取純度均為99.9% (質(zhì)量百分比)的鎳粉和銀粉,混合均勻后,壓制成塊體作為等離子電弧爐的陽極材料。所述陽極材料中銀所占的質(zhì)量百分比為5?20% ;
[0009](2)采用鎢金屬作為陰極材料,采用氬氣和氫氣作為工作氣體,氬氣所占體積比例為50%?100%。先通冷卻水,并將工作室抽真空,多次采用高純氬氣凈化沖洗;接著再充入工作氣體氬氣和氫氣,并接通直流電源,工作電流為60?150A,陽極與陰極之間起電弧,弧光放電過程中調(diào)節(jié)工作電流與電壓保持相對(duì)穩(wěn)定,工作時(shí)間為I?3h ;完成所需弧光放電過程后關(guān)閉電源;最后抽出工作室氣體,注入氬氣鈍化處理,鈍化時(shí)間至少lh,結(jié)束后,打開上蓋收集等離子電弧爐側(cè)壁和上蓋部位的納米粉,即得本發(fā)明核殼結(jié)構(gòu)銀包鎳納米粉體。
[0010]作為一種優(yōu)化,在步驟(I)中,所述陽極材料中銀所占的質(zhì)量百分比為20% ;在步驟(2)中,所述工作氣體中氬氣占體積比為70%,所述工作電流為100A,所述工作時(shí)間為3h,所述鈍化時(shí)間為I h。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明具有以下技術(shù)效果:
[0012](I)該方法制備的核殼結(jié)構(gòu)銀包鎳納米粉體一方面純度高、粒度小、質(zhì)量穩(wěn)定、抗氧化能力強(qiáng),可以拓寬其使用溫度范圍,產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益;
[0013](2)本發(fā)明克服了濕化學(xué)法工藝流程多,后續(xù)產(chǎn)品需要多次洗滌、過濾等,反應(yīng)后的殘余殘留容易對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染,所制顆粒容易團(tuán)聚等缺點(diǎn),具有工藝簡單,且對(duì)環(huán)境無污染,綠色環(huán)保。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明制備核殼結(jié)構(gòu)銀包鎳納米粉體的裝置示意圖。
[0015]其中:1_上蓋;2_陰極;3_閥;4_靶;5_觀察窗;6_擋板;7_銅陽極;
[0016]8_夾頭;9_石墨i甘禍;10_直流脈沖電流;a_冷卻水;b_氣氣;c_氣氣。
[0017]圖2為實(shí)施例1制得的銀包鎳納米粉的SEM圖片。
[0018]圖3為實(shí)施例2制得的銀包鎳納米粉的SEM圖片。
【具體實(shí)施方式】
[0019]以下結(jié)合具體實(shí)施例詳述本發(fā)明,但本發(fā)明不局限于下述實(shí)施例。
[0020]實(shí)施例1
[0021]分別稱取16g鎳粉和4g銀粉,混合均勻后,壓制成塊體作為等離子電弧爐的陽極材料,置于裝置示意圖1的石墨坩禍9中;采用鎢金屬作為陰極材料。實(shí)驗(yàn)時(shí),先通冷卻水a(chǎn),并通過閥3將工作室抽真空,多次采用高純氬氣凈化沖洗;接著充入工作氣體氬氣和氫氣,氬氣所占體積比例為70% ;然后接通直流電源,工作電流為100A,弧光放電過程中調(diào)節(jié)工作電流與電壓保持相對(duì)穩(wěn)定,工作時(shí)間為3h。完成所需弧光放電過程后關(guān)閉電源;最后抽出工作氣體,注入氬氣鈍化處理lh,打開上蓋收集等離子電弧爐側(cè)壁和上蓋部位的納米粉,制得具有核殼結(jié)構(gòu)的粒徑為45nm的銀包鎳納米粉。
[0022]實(shí)施例2
[0023]分別稱取17g鎳粉和3g銀粉,混合均勻后,壓制成塊體作為等離子電弧爐的陽極材料,置于裝置示意圖1的石墨坩禍9中;采用鎢金屬作為陰極材料。實(shí)驗(yàn)時(shí),先通冷卻水a(chǎn),并通過閥3將工作室抽真空,多次采用高純氬氣凈化沖洗;接著充入工作氣體氬氣和氫氣,氬氣所占體積比例為50%;然后接通直流電源,工作電流為60A,弧光放電過程中調(diào)節(jié)工作電流與電壓保持相對(duì)穩(wěn)定,工作時(shí)間為2h。完成所需弧光放電過程后關(guān)閉電源;最后抽出工作氣體,注入氬氣鈍化處理4h,打開上蓋收集等離子電弧爐側(cè)壁和上蓋部位的納米粉,制得具有核殼結(jié)構(gòu)的粒徑為60nm的銀包鎳納米粉。
[0024]實(shí)施例3
[0025]分別稱取18g鎳粉和2g銀粉,混合均勻后,壓制成塊體作為等離子電弧爐的陽極材料置于裝置示意圖1的石墨坩禍9中;采用鎢金屬作為陰極材料。實(shí)驗(yàn)時(shí),先通冷卻水a(chǎn),并通過閥3將工作室抽真空,多次采用高純氬氣凈化沖洗;接著充入工作氣體氬氣和氫氣,氬氣所占體積比例為100% ;然后接通直流電源,工作電流為150A,弧光放電過程中調(diào)節(jié)工作電流與電壓保持相對(duì)穩(wěn)定,工作時(shí)間為lh。完成所需弧光放電過程后關(guān)閉電源;最后抽出工作室氣體,注入氬氣鈍化處理2h,打開上蓋收集等離子電弧爐側(cè)壁和上蓋部位的納米粉,制得具有核殼結(jié)構(gòu)的粒徑為70nm的銀包鎳納米粉。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種核殼結(jié)構(gòu)銀包鎳納米粉體材料的制備方法,其特征在于:所述方法依次按如下步驟進(jìn)行: (1)稱取質(zhì)量百分比純度均為99.9 %的鎳粉和銀粉,混合均勻后,壓制成塊體,作為等離子電弧爐的陽極材料;所述陽極材料中銀所占的質(zhì)量百分比為5?20% ; (2)采用鎢金屬作為陰極材料,采用氬氣和氫氣作為工作氣體,氬氣所占體積比例為50%?100%;先通冷卻水,并將工作室抽真空,多次采用高純氬氣凈化沖洗;接著再充入工作氣體氬氣和氫氣,并接通直流電源,工作電流為60?150A,陽極與陰極之間起電弧,弧光放電過程中調(diào)節(jié)工作電流與電壓保持相對(duì)穩(wěn)定,工作時(shí)間為I?3h ;完成所需弧光放電過程后關(guān)閉電源;最后抽出工作室氣體,注入氬氣鈍化處理,鈍化時(shí)間至少lh,結(jié)束后,打開上蓋收集等離子電弧爐側(cè)壁和上蓋部位的納米粉,即得具有核殼結(jié)構(gòu)的銀包鎳納米粉。2.如權(quán)利要求1所述的一種核殼結(jié)構(gòu)銀包鎳納米粉體材料的制備方法,其特征在于:在步驟(I)中,所述陽極材料中銀所占的質(zhì)量百分比為20%;在步驟(2)中,所述工作氣體中氬氣占體積比為70%,所述工作電流為100A,所述工作時(shí)間為3h,所述鈍化時(shí)間為lh。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種核殼結(jié)構(gòu)銀包鎳納米粉體材料的制備方法,屬于核殼結(jié)構(gòu)納米雙金屬材料領(lǐng)域。該方法是將不同比例的金屬鎳粉和銀粉壓制成塊體,作為等離子電弧爐的陽極材料,采用鎢金屬作為陰極材料,采用氬氣和氫氣作為工作氣體,在一定的電流下,陽極和陰極之間起弧,持續(xù)一段時(shí)間后進(jìn)行鈍化,即得粒徑為45~70nm的具有核殼結(jié)構(gòu)的銀包鎳納米粉體。本發(fā)明所提供的制備方法,工藝簡單,流程短,易于控制,適合大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)且對(duì)環(huán)境無污染,綠色環(huán)保。
【IPC分類】B82Y40/00, B22F1/02
【公開號(hào)】CN105127414
【申請?zhí)枴緾N201510634090
【發(fā)明人】冒愛琴, 丁賠賠, 張?zhí)煊? 趙真田, 孫樂樂, 丁夢玲
【申請人】安徽工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年9月29日