导电填料用镀银铜粉的制备及性能表征

余凤斌, 郭 涵, 曹建国

（山东天诺光电材料有限公司,山东济南 250300）

导电填料用镀银铜粉的制备及性能表征

余凤斌, 郭 涵, 曹建国

（山东天诺光电材料有限公司,山东济南 250300）

采用化学镀的方法在室温下制得镀银铜粉。采用激光粒度测试仪、扫描电子显微镜、电阻测试仪测定粉体的性能指标。结果表明:采用该方法可以获得包覆完整的镀银铜粉,粉体电阻随镀层表面银的质量分数的增加而减小。采用球磨处理获得的片状粉体可以提高粉体的导电性,减少粉体的填充量。

镀银铜粉;化学镀;导电性

0 前言

导电填料作为导电复合材料的重要组成部分,其性能、形貌及粒度分布都直接影响着导电复合材料的导电性及稳定性[1]。银是所有金属中最早用于导电填料的,虽然其导电性好、抗氧化能力强,但是银在湿热条件下易发生电迁移现象,导致短路,且银的价格昂贵,限制了其应用[2]。铜粉由于其价格优势和良好的耐金属迁移性被普遍看好,是银的一种替代产品。但是铜粉在制备及应用过程中易被氧化,使导电填料使用寿命大为缩短。要将铜粉作为导电填料,必须对其进行抗氧化处理。目前铜粉防氧化技术主要有:（1）表面镀惰性金属银、镍;（2）偶联剂处理;（3）有机磷化处理;（4）聚合物稀溶液处理等。对铜粉表面镀银既可解决银的迁移问题,又可提高铜粉的抗氧化性能,因而其被视为导电复合材料理想的导电填料,具有广阔的应用前景。

目前获得铜-银双金属粉的方法主要有两种:（1）直接还原铜离子和银离子的混合溶液得到混合型的铜-银双金属粉[3];（2）用铜粉去置换 Ag+或[Ag（NH3）2]+,然而在置换性化学镀银的过程中微米级铜粉对[Cu（NH3）4]2+有很强的吸附作用,严重阻碍置换反应的进一步进行,致使一次置换反应只能得到表面点缀结构的铜-银双金属粉,而得不到表面包覆结构的铜-银双金属粉,其抗氧化能力仍远低于单纯银粉[4]。为解决这个问题,目前大都采用多次重复镀银工艺得到包覆完整的镀银铜粉,但该法比较繁琐,不利于生产。

1 试验

1.1 镀银铜粉的制备

本试验采用化学还原法制备镀银铜粉,采用葡萄糖与酒石酸钾钠混合溶液作为还原剂,以 EDTA二钠盐为配位剂,在搅拌的情况下缓慢加入已经处理好的铜粉,加料完毕后继续搅拌15～20 min。工艺流程为:酸洗烘干。

1.2 性能测试及表征

采用马尔文公司生产的Mastersizer Micro（MAF5000）型激光衍射粒度仪测定粉体的粒度分布。采用JSM-6700F型扫描电镜观察粉体的形貌。

导电性是本试验所得产品最重要的指标之一,其测试基本装置参考文献[5],采用在非金属圆柱体中加入适量镀银铜粉,所用压力为 5 kg/cm2,用DM-100A型数字式微欧表测定电阻R。已知玻璃柱内径为D,填料高度为h,以S表示玻璃柱内截面面积 ,根据电阻计算公式R=ρh/S=4ρh/（πD2）,求得ρ=πRD2/（4h）,即为电阻率。

2 结果与讨论

2.1 粉体粒度分析

图1是粉体化学镀过程中的粒度分布情况。由图1可知:粉体微粒分布比较均匀,经过化学镀银以后,粒径稍微有点变大。

图1 粉体粒度分布图

2.2 粉体的成分及形貌分析

图2为粉体镀银后的能谱图。由图2可知:化学镀银后,出现了明显的银元素特征峰,表明粉体表面被银覆盖,沉积了大量的银元素;铜元素的特征峰明显减弱,表明银层对粉体包覆完整,且达到一定厚度。

图3为粉体的SEM照片。由图3可知:经过包覆之后,粉体微粒变得粗大,表面有细小的胞状物出现,树枝状结构变得较为钝化。

2.3 粉体的导电性

图4为镀层表面银的质量分数和体积电阻率的对应曲线。由图4可知:随着银的质量分数的增加,体积电阻率快速减小而后趋于平缓;当镀层表面银的质量分数达到20%的时候,继续增大镀银量对镀层电阻影响不大,此时表面已经包覆完整的银-铜复合粉体。

图2 粉体能谱图

图3 粉体的表面形貌

图4 镀银量与粉体电阻关系

2.4 球磨处理镀银铜粉的形貌分析

电荷在导电填料中的传导方式为粒子接触导电,粒子间以物理接触形成通路。这就决定了影响导电性的两个关键因素:一是粒子间的接触数目,这实际上就是导电通路的多少;二是粒子间的接近程度。球状粒子间是点接触,而片状粒子间是面接触,所以片状粒子间接触比球状粒子间接触充分,且大小不均匀的片状粒子更有利于提高导电性,从而极大地减少导电填料的用量[6-7]。

对反应所得镀银铜粉进行真空球磨处理,用SEM电镜对球磨前、后所得镀银铜粉进行分析,试验结果,如图5所示。

由图5可知:球磨处理前银包裹在铜粉表面,微粒表面呈光亮色,但透着暗色;球磨后微粒表面光亮色更均匀,粉体呈扁平形状,这有利于粉体的导电性。球磨并没有使包裹在铜表面的银剥离,反而使其进一步深入铜表面,使银有合金化的趋势。表层形成的银-铜梯度层可提高其耐湿性和耐银迁移性[8]。因此,采用化学镀银后再球磨处理的方法,可兼顾成本和性能两方面的要求,制得高性能、低成本的片状镀银铜粉。

图5 球磨前、后粉体的形貌图

3 结论

采用化学还原法获得镀银铜粉并对其性能进行表征。结果表明:采用该方法可以获得包覆完整的镀银层;粉体的体积电阻率随镀层表面银的质量分数的增加而下降,并逐步趋于平缓;采用球磨处理获得的片状镀银铜粉可以提高粉体的导电性,减少导电填料的用量。

[1] 于晓辉,郭忠诚.电磁屏蔽导电涂料用片状镀银铜粉的研究[J].涂料工业,2005,35（12）:1-6.

[2] 钟莲云,吴伯麟,贺立勇.导电涂料用片状镀银铜粉的研制[J].涂料工业,2003,33（9）:12-16.

[3] 高保娇,高建峰,蒋红梅.微米级铜-银双金属粉镀层结构及其抗氧化性[J].物理化学学报,2000,16（4）,366-369.

[4] 高保娇,高建峰,张忠兴.用银氨溶液对微米级铜粉镀银反应机理的研究[J].无机化学学报,2000,16（4）,669-674.

[5] 朱洁,赫晶远,王晶.影响粉末电阻率测定结果的因素[J].炭素技术,2002（3）:47-49.

[6] 黄少强,邱文革.玻璃微球表面化学镀银[J].电镀与涂饰,2004,23（1）:7-9.

[7] 常英,刘彦军.片状镀银铜粉的制备及性能表征[J].化工新型材料,2005,33（4）:56-58.

[8] 廖辉伟,李翔,彭汝芳,等.包覆型纳米铜-银双金属粉研究[J].无机化学学报,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