电子浆料用超细银粉的制备

徐磊，刘显杰，程耿

（武汉船用电力推进装置研究所，武汉 430064）

电子浆料用超细银粉的制备

徐磊，刘显杰，程耿

（武汉船用电力推进装置研究所，武汉 430064）

本文以AgNO3为原料，胺类作为还原剂，有机酸类为分散剂，采用化学还原法制备超细银粉。通过扫描电镜、激光粒度分析仪分析银粉的形貌和粒度，并制成浆料用在压敏陶瓷上。研究了AgNO3浓度对银粉分散性和粒度的影响，并且将银粉制备成电子浆料，研究其对压敏陶瓷通流性能的影响。结果表明，当CAgNO3低于1.0 mol·l-1时，能够获得粒度较小、粒径集中优良的银粉，而CAgNO3为0.75 mol·l-1和1.0 mol·l-1时，制备的银粉用于电子浆料更适合于压敏电阻器。

超细银粉 电子浆料 压敏电阻

0 引言

压敏电阻器具有大的浪涌吸收能力以及较高的工作稳定性，在电子、电力领域得到了迅速发展和广泛应用，大通流容量是近期压敏电阻的研究热点和未来主要发展方向[1]。银导电浆料作为ZnO压敏电阻器制备导电电极必要材料之一，对其通流性能有较大影响，而超细银粉作为导电相对电子浆料性能影响重大[2]。

本文通过化学还原法制备超细银粉，通过改变AgNO3溶液浓度，制备出四种不同品种银粉a、b、c、d，加入适当玻璃粉和粘合剂磨制成压敏电阻器用浆料，通过丝网印刷、带式炉烧结，浸焊，然后包封固化，得到四种压敏电阻包封片若干，最后进行通流测试。

1 实验

1.1 实验方法和步骤

称取适量AgNO3， 加入去离子水， 配成500 mL溶液，称取适量胺类还原剂和有机酸类分散剂，溶于去离子水，配成 100 mL 溶液，将一定浓度的NaOH溶液加入AgNO3溶液，生成Ag2O后，调至pH 值 为11。将还原剂和分散剂混合溶液加入盛有Ag2O烧瓶中，以 1 滴/s 的速度往烧瓶中滴加，恒温水浴锅保持温度75℃，控制搅拌速度为 650 r/min。

反应结束完成， 继续恒温搅拌 5 min以使反应充分。经沉淀过滤后，分别用去离子水和无水乙醇超声清洗数次，最后放入鼓风干燥箱中恒温50℃干燥10 h，过400目筛，即得银粉。以上试剂均为分析纯。

通过改变AgNO3浓度分别为0.5 mol·l-1，0.75 mol·l-1，1.0 mol·l-1，1.25 mol·l-1，制备出不同种类银粉，分别为银粉a，银粉b，银粉c，银粉d。将四种银粉和适当玻璃粉、粘合剂（如表1）混合磨制成压敏电阻器用浆料，250目丝网印刷至ф14（厚度为3 mm）压敏瓷片上，550℃烧结10 min，260℃浸焊，再通过环氧树脂粉160℃包封固化，得到四种压敏电阻包封片(A,B,C,D)若干，最后经过8/20 μs通流测试。

1.2 主要仪器

扫描电镜(日本电子株式会社，JSM-5610LV)；X射线衍射仪(荷兰Panalytical公司)；粒度分析测试仪（英国马尔文公司，MASTERSIZE 2000）；超级恒温水浴锅；粉体综合特性测试仪；静态氮吸附仪（北京精微高博公司；压敏电阻通流测试机。

2 实验结果与讨论

通过改变AgNO3浓度制备出四种规格银粉，分别测试其微观形貌、粒径、比表面积，制成浆料后，印刷成银片，测试引线垂直拉力，制成压敏电阻片进行8/20 μs通流测试。

2.1 银粉的扫描电镜图像和平均粒径

图2分别为四种银粉放大20000倍下的SEM图像，可以看出，当AgNO3浓度较低的时候，制备出的银粉为絮状，而随着AgNO3浓度的增加，

银离子聚集速度增快，银粉形态为粒状，颗粒变大，并发生银颗粒聚集现象。化学还原法制备超细银粉也就是一个形核和长大的过程。温度较低时，扩散控制了成核过程，Volmer和Weber成核速率公式[3]如下：

式中：I为成核速率；N为单位体积液相中的分子数；B为晶核捕捉原子几率；K为玻耳兹曼常数；T为热力学温度；ΔGk为成核位能；ΔGa为扩散活化能。

图1为银粉粒径随AgNO3浓度变化趋势，随着AgNO3浓度增加至一定值，银粉平均粒径明显变大。

2.2 不同浓度AgNO3制备出银粉的物理性质

如表2，随着AgNO3浓度的增加，银粉比表面积逐渐降低，当AgNO3浓度增大为1.25 mol·l-1时，松装和振实密度降低较快，银粉表面状态发生变化。

2.3 银粉的粒径分布

从四种银粉粒径的分布可以看出，a、b、c三种银粉粒径均集中在0.110 μm，而d银粉（AgNO3浓度为1.25 mol·l-1）粒径分布较散，并有大于10 μm的颗粒出现，在浆料中的分散性差，不利于制备电子浆料。

2.4 不同银粉对压敏电阻通流性能影响

压敏电阻的通流能力与其本身材料的化学成分、制造工艺及其几何尺寸等因素有关，通流值为压敏电阻器允许通过的最大电流值。最大通流值的提高，它显示出了ZnO压敏电阻器能够承受多大电流冲击和大电流冲击后性能的稳定性。如下表，四种不同银粉制备浆料印刷至压敏基片后的8/20 μs电流后的通流性能。

对于银电极来说，在大电流冲击条件下，会产生大量的热，而银层密度的不均匀、高气孔率会导致漏电流在样品中分布不均匀，造成各处温度分布也不一样，由于温度的不一致，导致从一点到另一点的电流密度波动，结果使低阻区即高温区有更大的电流，这就使某处热量越来越集中，由于电极内部、电极与基材之间的热膨胀系数的不一致，最终导致银层与基材脱落而失效[4-5]。因此b、c银粉最适合制备压敏电阻器银浆，而d银粉由于粒径分布不均，制成浆料后最终导致对电流冲击的失效。

3 结论

通过化学还原法改变AgNO3浓度制备出四种不同超细银粉，当CAgNO3为0.5-1.0 mol·l-1时，制备出的银粉粒径集中，平均粒径为0.110 μm左右，其中CAgNO3为0.75-1.0 mol·l-1时，制备出的银粉用于电子浆料能够承受更大的冲击电流。当AgNO3为1.25 mol·l-1时，制备出的银粉粒径分散，并且有大颗粒产生，制成浆料后对产品的通流性能有较大影响。

由于该方法制备超细银粉影响因素较多，如反应浓度、反应温度、反应搅拌速率以及还原剂、分散剂的选择，因此超细银粉压敏电阻通流的影响仍需进一步探索讨论。

[1] 迟屹君. 高通流能力电阻片的研究进展[J]. 电磁避雷器，2004,（6）：29-33.

[2] 赵德强. 银粉及电子浆料的现状及趋势[J]. 电子元件与材料，2005，（6）：54～56.

[3] 郑忠. 胶体化学导论[M]. 北京: 高等教育出版社, 1989: 30-32.

[4] Am iji N , Tanno Y, O hkuma H, et al. Homogeneity of zinc oxide varistors [J ]. Advanced Ceramic Materials, 1986, (1) : 30-36.

[5] Imai T, U dagaw a T , Ando H, et al. Development of high gradient zinc oxide nonlinear resisto rs and their application on surge arrestors [J ]. IEEE Transactions on Power Delivery, 1998, 13 (4) : 1182-1187.

Preparation of Silever Powder Used in Electronic Paste

Xu Lei，Liu Xianjie，Cheng Geng

（Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion, Wuhan 430064，China）

This paper presents ultrafine silver by chemical reduction. It uses AgNO3as raw materials, amine as reducing agent, organic acid as dispersant. It is studied on the silver particle morphology and size by scanning electron microscopy and laser particle size analyzer, and used in varistor ceramics. The impact of AgNO3concentration on the silver dispersion and particle size, and the preparation of silver powder on the performance of the varistor ceramics through-flow are studied. The results show that, when CAgNO3is lower than 1.0 mol·l-1, a smaller particle size powder is got, and when CAgNO3is 0.75 mol·l-1and 1.0 mol·l-1, the silver powder used in electronic paste is more suitable for the varistors.

silver powder；electronic paste；varistor

TQ04

A

1003-4862（2013）03-0061-04

2012-12-06

徐磊（1983-），男，硕士研究生。研究方向：电化学。