電子漿料用超細(xì)銀粉的制備

徐磊，劉顯杰，程耿

（武漢船用電力推進(jìn)裝置研究所，武漢 430064）

電子漿料用超細(xì)銀粉的制備

徐磊，劉顯杰，程耿

（武漢船用電力推進(jìn)裝置研究所，武漢 430064）

本文以AgNO3為原料，胺類(lèi)作為還原劑，有機(jī)酸類(lèi)為分散劑，采用化學(xué)還原法制備超細(xì)銀粉。通過(guò)掃描電鏡、激光粒度分析儀分析銀粉的形貌和粒度，并制成漿料用在壓敏陶瓷上。研究了AgNO3濃度對(duì)銀粉分散性和粒度的影響，并且將銀粉制備成電子漿料，研究其對(duì)壓敏陶瓷通流性能的影響。結(jié)果表明，當(dāng)CAgNO3低于1.0 mol·l-1時(shí)，能夠獲得粒度較小、粒徑集中優(yōu)良的銀粉，而CAgNO3為0.75 mol·l-1和1.0 mol·l-1時(shí)，制備的銀粉用于電子漿料更適合于壓敏電阻器。

超細(xì)銀粉 電子漿料 壓敏電阻

0 引言

壓敏電阻器具有大的浪涌吸收能力以及較高的工作穩(wěn)定性，在電子、電力領(lǐng)域得到了迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，大通流容量是近期壓敏電阻的研究熱點(diǎn)和未來(lái)主要發(fā)展方向[1]。銀導(dǎo)電漿料作為ZnO壓敏電阻器制備導(dǎo)電電極必要材料之一，對(duì)其通流性能有較大影響，而超細(xì)銀粉作為導(dǎo)電相對(duì)電子漿料性能影響重大[2]。

本文通過(guò)化學(xué)還原法制備超細(xì)銀粉，通過(guò)改變AgNO3溶液濃度，制備出四種不同品種銀粉a、b、c、d，加入適當(dāng)玻璃粉和粘合劑磨制成壓敏電阻器用漿料，通過(guò)絲網(wǎng)印刷、帶式爐燒結(jié)，浸焊，然后包封固化，得到四種壓敏電阻包封片若干，最后進(jìn)行通流測(cè)試。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)方法和步驟

稱(chēng)取適量AgNO3， 加入去離子水， 配成500 mL溶液，稱(chēng)取適量胺類(lèi)還原劑和有機(jī)酸類(lèi)分散劑，溶于去離子水，配成 100 mL 溶液，將一定濃度的NaOH溶液加入AgNO3溶液，生成Ag2O后，調(diào)至pH 值 為11。將還原劑和分散劑混合溶液加入盛有Ag2O燒瓶中，以 1 滴/s 的速度往燒瓶中滴加，恒溫水浴鍋保持溫度75℃，控制攪拌速度為 650 r/min。

反應(yīng)結(jié)束完成， 繼續(xù)恒溫?cái)嚢?5 min以使反應(yīng)充分。經(jīng)沉淀過(guò)濾后，分別用去離子水和無(wú)水乙醇超聲清洗數(shù)次，最后放入鼓風(fēng)干燥箱中恒溫50℃干燥10 h，過(guò)400目篩，即得銀粉。以上試劑均為分析純。

通過(guò)改變AgNO3濃度分別為0.5 mol·l-1，0.75 mol·l-1，1.0 mol·l-1，1.25 mol·l-1，制備出不同種類(lèi)銀粉，分別為銀粉a，銀粉b，銀粉c，銀粉d。將四種銀粉和適當(dāng)玻璃粉、粘合劑（如表1）混合磨制成壓敏電阻器用漿料，250目絲網(wǎng)印刷至ф14（厚度為3 mm）壓敏瓷片上，550℃燒結(jié)10 min，260℃浸焊，再通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂粉160℃包封固化，得到四種壓敏電阻包封片(A,B,C,D)若干，最后經(jīng)過(guò)8/20 μs通流測(cè)試。

1.2 主要儀器

掃描電鏡(日本電子株式會(huì)社，JSM-5610LV)；X射線衍射儀(荷蘭Panalytical公司)；粒度分析測(cè)試儀（英國(guó)馬爾文公司，MASTERSIZE 2000）；超級(jí)恒溫水浴鍋；粉體綜合特性測(cè)試儀；靜態(tài)氮吸附儀（北京精微高博公司；壓敏電阻通流測(cè)試機(jī)。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

通過(guò)改變AgNO3濃度制備出四種規(guī)格銀粉，分別測(cè)試其微觀形貌、粒徑、比表面積，制成漿料后，印刷成銀片，測(cè)試引線垂直拉力，制成壓敏電阻片進(jìn)行8/20 μs通流測(cè)試。

2.1 銀粉的掃描電鏡圖像和平均粒徑

圖2分別為四種銀粉放大20000倍下的SEM圖像，可以看出，當(dāng)AgNO3濃度較低的時(shí)候，制備出的銀粉為絮狀，而隨著AgNO3濃度的增加，

銀離子聚集速度增快，銀粉形態(tài)為粒狀，顆粒變大，并發(fā)生銀顆粒聚集現(xiàn)象?；瘜W(xué)還原法制備超細(xì)銀粉也就是一個(gè)形核和長(zhǎng)大的過(guò)程。溫度較低時(shí)，擴(kuò)散控制了成核過(guò)程，Volmer和Weber成核速率公式[3]如下：

式中：I為成核速率；N為單位體積液相中的分子數(shù)；B為晶核捕捉原子幾率；K為玻耳茲曼常數(shù)；T為熱力學(xué)溫度；ΔGk為成核位能；ΔGa為擴(kuò)散活化能。

圖1為銀粉粒徑隨AgNO3濃度變化趨勢(shì)，隨著AgNO3濃度增加至一定值，銀粉平均粒徑明顯變大。

2.2 不同濃度AgNO3制備出銀粉的物理性質(zhì)

如表2，隨著AgNO3濃度的增加，銀粉比表面積逐漸降低，當(dāng)AgNO3濃度增大為1.25 mol·l-1時(shí)，松裝和振實(shí)密度降低較快，銀粉表面狀態(tài)發(fā)生變化。

2.3 銀粉的粒徑分布

從四種銀粉粒徑的分布可以看出，a、b、c三種銀粉粒徑均集中在0.110 μm，而d銀粉（AgNO3濃度為1.25 mol·l-1）粒徑分布較散，并有大于10 μm的顆粒出現(xiàn)，在漿料中的分散性差，不利于制備電子漿料。

2.4 不同銀粉對(duì)壓敏電阻通流性能影響

壓敏電阻的通流能力與其本身材料的化學(xué)成分、制造工藝及其幾何尺寸等因素有關(guān)，通流值為壓敏電阻器允許通過(guò)的最大電流值。最大通流值的提高，它顯示出了ZnO壓敏電阻器能夠承受多大電流沖擊和大電流沖擊后性能的穩(wěn)定性。如下表，四種不同銀粉制備漿料印刷至壓敏基片后的8/20 μs電流后的通流性能。

對(duì)于銀電極來(lái)說(shuō)，在大電流沖擊條件下，會(huì)產(chǎn)生大量的熱，而銀層密度的不均勻、高氣孔率會(huì)導(dǎo)致漏電流在樣品中分布不均勻，造成各處溫度分布也不一樣，由于溫度的不一致，導(dǎo)致從一點(diǎn)到另一點(diǎn)的電流密度波動(dòng)，結(jié)果使低阻區(qū)即高溫區(qū)有更大的電流，這就使某處熱量越來(lái)越集中，由于電極內(nèi)部、電極與基材之間的熱膨脹系數(shù)的不一致，最終導(dǎo)致銀層與基材脫落而失效[4-5]。因此b、c銀粉最適合制備壓敏電阻器銀漿，而d銀粉由于粒徑分布不均，制成漿料后最終導(dǎo)致對(duì)電流沖擊的失效。

3 結(jié)論

通過(guò)化學(xué)還原法改變AgNO3濃度制備出四種不同超細(xì)銀粉，當(dāng)CAgNO3為0.5-1.0 mol·l-1時(shí)，制備出的銀粉粒徑集中，平均粒徑為0.110 μm左右，其中CAgNO3為0.75-1.0 mol·l-1時(shí)，制備出的銀粉用于電子漿料能夠承受更大的沖擊電流。當(dāng)AgNO3為1.25 mol·l-1時(shí)，制備出的銀粉粒徑分散，并且有大顆粒產(chǎn)生，制成漿料后對(duì)產(chǎn)品的通流性能有較大影響。

由于該方法制備超細(xì)銀粉影響因素較多，如反應(yīng)濃度、反應(yīng)溫度、反應(yīng)攪拌速率以及還原劑、分散劑的選擇，因此超細(xì)銀粉壓敏電阻通流的影響仍需進(jìn)一步探索討論。

[1] 遲屹君. 高通流能力電阻片的研究進(jìn)展[J]. 電磁避雷器，2004,（6）：29-33.

[2] 趙德強(qiáng). 銀粉及電子漿料的現(xiàn)狀及趨勢(shì)[J]. 電子元件與材料，2005，（6）：54～56.

[3] 鄭忠. 膠體化學(xué)導(dǎo)論[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，碩士研究生。研究方向：電化學(xué)。