一種核殼結(jié)構(gòu)銀包銅納米粉體材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于納米雙金屬核殼結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域，具體涉及一種具有核殼結(jié)構(gòu)的銀包銅納米粉的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]銀是導(dǎo)電性最好的金屬，而且還具有良好的抗氧化性和穩(wěn)定的性能等優(yōu)點(diǎn)，使其作為導(dǎo)電填料，可制成導(dǎo)電漿料而被廣泛應(yīng)用于電子元器件中。但其價(jià)格較昂貴，并且存在易迀移的缺點(diǎn)，使之難以在工業(yè)上進(jìn)行大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用。而銅的導(dǎo)電性僅次于銀，且成本較低，但是銅容易氧化生成絕緣的氧化物，導(dǎo)致導(dǎo)電率顯著下降，難以滿足高端電子行業(yè)的要求。在銅粉表面均勻地鍍上一層銀，不僅能防止銅的氧化以及克服銀迀移的缺點(diǎn)，還能降低成本。這種核殼結(jié)構(gòu)的銀包銅粉近年來受到了科研工作者的廣泛關(guān)注。
[0003]核殼結(jié)構(gòu)銀包銅粉的制備方法很多，主要有化學(xué)法，包括化學(xué)置換法和化學(xué)還原法。化學(xué)法雖然成本較低，但是大多數(shù)都需要先對銅粉表面進(jìn)行清洗、活化、敏化等處理，且需要多次洗滌、過濾，所制銀包銅粉的表面鍍層不均勻；而等離子體法雖然對設(shè)備的要求較高，但利用該法可制備出粒度分布均勻的產(chǎn)品，可實(shí)現(xiàn)工業(yè)化大批量生產(chǎn)。
[0004]中國專利CN 103128308 B公開了一種化學(xué)法制備核殼結(jié)構(gòu)銀包銅的制備方法:先將由硫酸銅制備的銅氨水溶液加入到含有還原劑和分散劑的水溶液中得到銅粉懸浮液，然后將水溶性有機(jī)螯合劑加入到含銅粉的懸浮液中，再將由硝酸銀制備的銀氨溶液加到含銅粉懸浮液中，使銀離子與銅粉發(fā)生置換反應(yīng)，待置換反應(yīng)完成后補(bǔ)加一定量的弱還原劑將殘留銀離子還原成銀，經(jīng)過濾、洗滌、干燥處理后得到粒徑在0.8?5 μ m范圍內(nèi)且包覆均勻、密實(shí)、導(dǎo)電性好的銀包銅粉。但該法工藝繁瑣，需要經(jīng)過多次過濾洗滌，且制備過程中使用了有機(jī)螯合劑，對環(huán)境有一定的污染。
[0005]中國專利CN 102990061 B公開了一種結(jié)合緊密的銀包銅粉的制備方法:先用3%?10%的稀硫酸清洗掉銅粉表面的氧化層，再洗去酸液，將銅粉加入到EDTA鈉鹽溶液中；在攪拌情況下加入銀氨溶液，反應(yīng)5?60min得到鍍銀銅粉；將鍍銀銅粉與助磨劑及氧化鋯珠混合、攪拌；然后再進(jìn)行行星球磨；所得球磨混合物用100?500目篩網(wǎng)過篩，收集過篩后銀包銅粉，洗滌收集清洗下來的懸浮液靜置沉淀3?6h，倒去上清液，將下層混合液離心分離，所得沉淀用酒精洗滌3?5次，然后在溫度40?70°C下，真空干燥或鼓風(fēng)干燥，得結(jié)合緊密的銀包銅粉。此方法工藝繁瑣，不僅要酸洗銅粉表面的氧化層，還要進(jìn)行球磨等工序，且耗時(shí)長，不利于大批量生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種成本低廉、操作簡單容易、重復(fù)性好的銀包銅納米粉體的制備方法。
[0007]本發(fā)明的基本原理是:采用電弧放電產(chǎn)生等離子體的制備技術(shù)，利用電弧放電使陽極金屬被迅速加熱、熔融、蒸發(fā)形成金屬蒸氣；銅的熔點(diǎn)為1083°C、銀的熔點(diǎn)為960.7°C，在降溫過程中，熔點(diǎn)較高的銅蒸氣先冷凝為納米銅顆粒，熔點(diǎn)較低的銀蒸氣易于吸附在銅顆粒表面，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)的銀包銅納米粉體。
[0008]基于以上原理，本發(fā)明是通過陽極弧放電等離子體方法，通過以下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的，具體步驟如下:
[0009](I)稱取純度均為99.9% (質(zhì)量百分比)的銅粉和銀粉，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10?25%。
[0010](2)采用鎢金屬或石墨作為陰極材料，采用氬氣和氫氣作為工作氣體，氬氣所占體積比例為70%?100%。實(shí)驗(yàn)時(shí)，先通冷卻水，并將工作室抽真空；接著再充入工作氣體氬氣，最后充入氫氣，并接通直流電源，工作電流為60?100A，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穩(wěn)定，工作時(shí)間為0.5?Ih ;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)納米銀包銅粉。
[0011]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15% ;在步驟(2)中，采用石墨作為陰極材料，所述工作氣體中氬氣占體積比為70%，所述工作電流為60A，所述工作時(shí)間為lh，所述鈍化時(shí)間為2h。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下技術(shù)效果:
[0013]1、該方法制備的核殼結(jié)構(gòu)納米銀包銅粉體材料純度高、操作簡單、制備時(shí)間短，適合大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)；
[0014]2、液相法中常用的化學(xué)還原法和置換法制備過程中工藝流程多，后續(xù)產(chǎn)品需要多次洗滌、過濾等，反應(yīng)后的殘余容易對環(huán)境產(chǎn)生污染，所制顆粒容易團(tuán)聚，本發(fā)明克服了這些缺點(diǎn)，并且重復(fù)性、穩(wěn)定性大大優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)；
[0015]3、本發(fā)明所提供的制備方法，工藝簡單，易于控制，且對環(huán)境無污染，綠色環(huán)保；
[0016]4、本發(fā)明制備出的具有復(fù)合結(jié)構(gòu)的銀包銅粉不僅保持了原有金屬銅核的物理和化學(xué)性能，同時(shí)具有銀包覆層優(yōu)良的金屬特性，既提高了銅的抗氧化性和熱穩(wěn)定性又能節(jié)省銀的用量，因而具有廣泛的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明制備核殼結(jié)構(gòu)納米銀包銅粉體的裝置示意圖。
[0018]其中:1_上蓋;2_陰極;3_閥;4_革巴;5_觀察窗;6_擋板;7_銅陽極;8_夾頭;
[0019]9-石墨坩禍；10_直流脈沖電流；a_冷卻水；b_氬氣；c_氫氣。
[0020]圖2為實(shí)施例2制得的銀包銅納米粉的XRD圖片。
[0021 ] 圖3為實(shí)施例2制得的銀包銅納米粉的SEM圖片。
【具體實(shí)施方式】
[0022]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。
[0023]實(shí)施例1
[0024]將圖1所示的裝置上蓋I打開，將由16g銅粉和4g銀粉混合均勻后壓制成的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，鎢電極與陽極之間保持30mm的距離。蓋上裝置上蓋1，先通冷卻水a(chǎn)，并通過閥3將工作室抽真空，先后通入氬氣b ;然后接通直流電源10，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穩(wěn)定，0.5h后關(guān)閉電源，抽出工作氣體，注入氬氣進(jìn)行鈍化，鈍化時(shí)間為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)的粒徑約為80nm的銀包銅納米粉。
[0025]實(shí)施例2
[0026]將圖1所示的裝置上蓋I打開，將由17g銅粉和3g銀粉混合均勻后壓制成的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；采用石墨作為陰極材料，石墨電極與陽極之間保持30mm的距離。蓋上裝置上蓋1，先通冷卻水a(chǎn)，并通過閥3將工作室抽真空，先后通入氬氣b和氫氣C，氬氣所占體積比例為70%;然后接通直流電源10，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穩(wěn)定，Ih后關(guān)閉電源，抽出工作氣體，注入氬氣進(jìn)行鈍化，鈍化時(shí)間為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55nm的銀包銅納米粉。
[0027]實(shí)施例3
[0028]將圖1所示的裝置上蓋I打開，將由18g銅粉和2g銀粉混合均勻后壓制成的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，鎢電極與陽極之間保持30mm的距離。蓋上裝置上蓋1，先通冷卻水a(chǎn)，并通過閥3將工作室抽真空，先后通入氬氣b和氫氣C，氬氣所占體積比例為50% ;然后接通直流電源10，工作電流為80A，弧光放電過程中調(diào)節(jié)工作電流與電壓保持相對穩(wěn)定，0.5h后關(guān)閉電源，抽出工作氣體，注入氬氣進(jìn)行鈍化，鈍化時(shí)間為3h，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)的平均粒徑為65nm的銀包銅納米粉。
[0029]實(shí)施例4
[0030]將圖1所示的裝置上蓋I打開，將由15g銅粉和5g銀粉混合均勻后壓制成的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。鎢電極與陽極之間保持30mm的距離。蓋上裝置上蓋1，先通冷卻水a(chǎn)，并通過閥3將工作室抽真空，先后通入氬氣b和氫氣C，氬氣所占體積比例為80% ;然后接通直流電源10，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穩(wěn)定，0.5h后關(guān)閉電源，抽出工作氣體，注入氬氣進(jìn)行鈍化，鈍化時(shí)間為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85nm的銀包銅納米粉。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種核殼結(jié)構(gòu)銀包銅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%的銅粉和銀粉，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10?25% ; (2)采用鎢金屬或石墨作為等離子電弧爐的陰極材料，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；引用氬氣和氫氣作為工作氣體，接通直流電源，工作電流為60?100A，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穩(wěn)定，保持0.5?lh后關(guān)閉電源；最后抽出工作氣體，注入氬氣進(jìn)行鈍化處理，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)的銀包銅納米粉。2.如權(quán)利要求1所述的一種核殼結(jié)構(gòu)銀包銅納米粉體材料的制備方法，其特征在于:在步驟(1)中，所述陽極材料中銀所占的質(zhì)量百分比為15% ;在步驟(2)中，采用石墨作為陰極材料，所述工作氣體中氬氣占體積比為70%，所述工作電流為60A，所述工作時(shí)間為.1 h，所述鈍化時(shí)間為2h。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種核殼結(jié)構(gòu)銀包銅納米粉體材料的制備方法，屬于雙金屬核殼結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域。該方法是將不同比例的金屬銅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，采用鎢金屬或石墨作為陰極材料，引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，即得具有核殼結(jié)構(gòu)的銀包銅納米粉體。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)且對環(huán)境無污染，綠色環(huán)保。
【IPC分類】B22F9/14, B22F9/12, B22F1/02, B82Y40/00
【公開號】CN105328182
【申請?zhí)枴緾N201510634100
【發(fā)明人】丁夢玲, 冒愛琴, 俞海云, 丁賠賠, 鄭翠紅
【申請人】安徽工業(yè)大學(xué)
【公開日】2016年2月17日
【申請日】2015年9月29日