一种利用纳米晶种诱导生产金属粉末的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及材料技术领域，特别设及一种微米级金属粉末的制备方法。
【背景技术】
[0002] 金属粉末在电子工业的电子元器件制造、电锻、电池及化工催化、首饰等行业有广 泛的应用。随着电子元件向微型化和高性能方向的发展，对金属粉末的烧结活性、分散性、 球形度、结晶度等性能指标提出了更高的要求。目前，金属粉末的制备方法包括物理方法和 化学方法，物理方法包括雾化法、气相蒸发冷凝法、研磨法等，化学法主要包括液相还原法、 电化学沉积法，电解法等。由于物理法存在高成本低产率的问题，现在广泛使用的化学液相 还原法，即通过含金属的盐溶液或氧化物通过化学反应反应还原为金属，如CN1301205，粉 末冶金用烧结活性金属粉末和合金末法W及其制备方法和应用。中国专利申请 CN101597777公开了一种将含金属氧化物或盐，采用电解方式还原成金属的方法。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是提供一种不同于现有技术的金属微米级粉末的制 备方法。
[0004]为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是利用纳米晶种诱导生产金属粉末的 一种制备方法，其特点在于，其包括如下步骤：
[0005] (1)氧化剂溶液的配制，将金属硝酸盐或硫酸盐固体溶解于去离子水中，或再加入 氨水生产络合金属锭溶液，保持氧化剂溶液中[金属离子]浓度= 0.1~5摩尔/升，充分揽拌 后保持10~50°C恒溫状态；
[0006] (2)还原剂溶液配制，在去离子水中加入一种或多种径胺类化合物固体或维生素C 或甲醒或水合阱还原剂溶解制成，保持还原剂溶液中[还原剂]浓度= 0.1~5摩尔/升，还原 剂溶液体积是氧化剂溶液体积的0.5~2倍，充分揽拌后保持10~50°C恒溫状态；
[0007] (3)分散剂溶液配制，将一种或多种分散剂加入到去离子水中，上述分散剂在去离 子水中的总质量是前述氧化剂溶液中金属硝酸盐或硫酸盐质量的0.1~2倍，充分揽拌后直 接加入金属纳米晶种，或加入一种或多种金属硝酸盐、或金属硫酸盐、或金属氧化物充分揽 拌后保持10~50°C恒溫状态；
[000引（4)絮凝剂的配制，称取反应生成金属粉末质量0.05 %~0.5 %的油酸和反应生成 金属粉质量0.05%~0.5%的一种或多种油酸盐，将它们加入絮凝剂配制罐内再加入少量 酒精互溶后即可；
[0009] (5)反应开始前，在反应蓋中预先加入配制好的分散剂溶液，开启揽拌，随后同时 定流量加入氧化剂溶液和还原剂溶液，流量为:0.1 L~20L/Min;反应初期，利用预先加入的 分散剂溶液中大量分散剂抑制纳米金属粒子的团聚并稳定新生的纳米金属粒子的作用，从 而在反应体系中利用已有或新生的定量纳米金属颗粒作为晶种来控制金属颗粒的生成，达 到粒径可控的还原生长体系，同时在余下的反应过程中起到良好的氧化还原速率和晶核成 长速度的控制；
[0010] (6)反应完成后，将反应蓋中溶液排入絮凝沉淀蓋中，加入絮凝剂，快速揽拌5~ SOmin后静置沉淀分离得到各种不同粒径范围的金属球形和类球形粉末。
[0011] 本发明的优选技术方案中，所述步骤(2)还原剂溶液配制中还原剂选自径胺，硫酸 径胺，硝酸径胺，维生素C，37%~40%的甲醒溶液，水合阱的一种或两种W上的混合，还原 剂在溶液中与前述步骤(1)中的金属离子摩尔比为：[金属离子]:[径胺]= 1:0.1~5,或[金 属离子]:[硫酸径胺]= 1:0.1~5,或[金属离子]:[硝酸径胺]= 1:0.1~5,或[金属离子]: [维生素C] = 1:0.1~5,或[金属离子]:[甲醒]= 1:0.1~5,或[金属离子]:[水合阱]=1: 0.1 ~5。
[0012]步骤(3)分散剂溶液的配制，将一种或多种分散剂聚乙締化咯烧酬(PVP)，或聚乙 二醇400，或吐溫40，或丙=醇加入到前述还原剂溶液体积0.5~2倍的去离子水中，上述分 散剂在去离子水中的总质量是前述氧化剂溶液中金属硝酸盐或硫酸盐质量的0.1~2倍，充 分揽拌后再加入前述氧化剂溶液中金属硝酸盐或硫酸盐质量的0.01%~1.0%的一种或多 种金属硝酸盐或硫酸盐或金属氧化物，或直接加入前述氧化剂溶液中金属硝酸盐或硫酸盐 质量的0.Ol%~0.5 %的纳米金属颗粒，充分揽拌后保持10~50°C恒溫状态;该步骤利用自 身反应初期大量分散剂抑制纳米金属粒子的团聚并稳定新生的纳米金属粒子的作用，从而 在反应体系中存在定量的纳米金属颗粒作为晶种来控制金属颗粒的生成，达到粒径可控的 还原生长体系，在反应过程中起到良好的氧化还原速率和晶核成长速度的控制。
[0013]本发明的优选技术方案中，所述步骤(3)分散剂溶液配制中纳米晶种可W选用权 利要求1中所述步骤(5)在反应初期利用预先加入的分散剂溶液中的一种或多种金属盐类 或金属氧化物被还原而新生的纳米金属粒子作为晶种，预先加入到分散剂溶液中的金属盐 或金属氧化物总质量是所述步骤(1)氧化剂溶液中金属硝酸盐或金属硫酸盐质量的0.01 % ~1.0%。
[0014]本发明的优选技术方案中，所述步骤(3)分散剂溶液配制中纳米晶种为直接加入 纳米金属颗粒作为晶种，所加入纳米金属颗粒质量是步骤（1)氧化剂溶液中金属硝酸盐或 硫酸盐质量的0.Ol%~0.5%。
[0015]本发明的优选技术方案中，所述步骤(4)的絮凝剂的配制，所述油酸盐选自不饱和 脂肪酸及其锭盐。
[0016]本发明的优选技术方案中，步骤(5)中，利用累或压缩空气产生的压力通过微孔定 量将前述步骤两种配制好的氧化剂溶液和还原剂溶液定流量的方式加入到反应蓋中，两种 溶液的流量控制范围为0.IL/min~20L/min，并在强烈揽拌下反应，揽拌速度：200rpm~ 50化pm，反应完全后再通过絮凝沉淀分离获得各类球型和类球型金属粉。
[0017]本发明的优选技术方案中，步骤(6)中，在絮凝沉淀过程中采用絮凝剂快速加料方 式，加入速度为IL/min~lOL/min，并强烈揽拌，揽拌速度20化pm~5(K)rpm，充分揽拌5~30 分钟后，静置沉淀分离得到各种不同粒径范围的金属球形和类球形粉末。
[0018] 本发明的优选技术方案中，金属包括银、铜、儀。
[0019]本发明的优选技术方案中，所述金属粉末为球形和类球形微米级颗粒。
[0020] 本发明优选体系溶液的反应体系保持10~50°C恒溫状态，有利于反应的进行，当 然过高或过低都不利于反应的进行。本发明中分散剂溶液，根据不同金属粉末粒径的生产 要求调节分散剂中在反应初期新生的纳米金属颗粒或直接加入的纳米金属颗粒的含量，生 产不同粒径的微米级金属粉末产品，纳米金属颗粒含量为反应生产金属粉末质量的0.01 % ~0.4%时，所生产的银粉粒径偏大，D50在1.Oum~2.5um之间；纳米金属颗粒含量为反应生 产金属粉末质量的0.4%~1 %时，所生产的金属粒径偏小，D50在0.化m~1.Oum之间；因此 生产过程中可W根据具体生产的金属粉末的粒径要求而进行调节纳米金属颗粒含量。
[0021] 本发明的优点和有益效果是：
[0022] (1)本发明方法的分散剂溶液内引入纳米晶种，从而使得金属离子在还原过程中 粒径可控，可W快速稳定的从含氨络合金属盐溶液或含金属硝酸盐或含金属硫酸盐中将金 属粒子，如银离子还原成银粉，并保证所形成的银粉形貌为球型或类球型且粒径可W通过 引入纳米晶种数量进行调节。
[0023] (2)本发明的方法采用定流量氧化剂溶液和还原剂溶液的同时加入方式有效地控 制了金属粉末在反应过程中的分散性，解决了现有金属粉末，如银粉生产过程中的团聚问 题，且金属粉末平均粒径为0.1皿~10皿。
[0024] (3)该发明方法可W有效控制金属球形和类球形粉末在生产过程中的反应速率， 对晶核生长速率和分散性具有良好的控制，所生产的球形和类球形金属粉末具有非常好的 结晶度，球形度，高振实和高分散性。
[0025] (4)本发明的制备方法可W应用于工业化生产，规模化生产W银粉为例：可达到5-150kg/批次，相对现有银粉生产技术的实验室制备方法具有显著的优越性。
[0026] (5)本发明制备方法简单，原料便宜，过程易控制，反应完全，所生产产品批次之间 质量稳定，从而大大降低了产品不合格率，给企业带来可观的经济效益。
【附图说明】
[0027] 图1为本发明的方法的流程图。
[002引图2A，2B，2C为本发明方法制备得到的金属粉末的粒径检测示意图。
[0029] 图3为本发明方法制备得到的球形银粉的沈M电子微观图，其中，图3A为沈M电镜放 大X10000倍的球形银粉图，图3B为SEM电镜放大X10000倍的球形银粉图，图3C为SEM电镜 放大X5000倍的球形银粉图，图3D为SEM电镜放大X5000倍的球形银粉图，图3E为SEM电镜 放大X5000倍的球形银粉图，图3F为SEM电镜放大X2000倍的球形银粉图。
【具体实施方式】：
[0030] 为进一步理解本发明，下面结合具体实施例对本发明优选方案进行描述，但是应 当理解，运些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限 制。
[0031] 实施例1
[0032] (1)含硝酸银溶液的氧化剂溶液配制，将硝酸银盐固体或等当量的硝酸银液体溶 解于去离子水中，保持溶液中银离子摩尔浓度[银离子]=0.5mol/l，充分揽拌后再加入氨 水(20% )，调节抑在2.5~9.5之间，保持溶液10~50°C恒溫状态；
[0033] (2)含水合阱的还原剂溶液配制，在去离子水中加入水合阱溶液制成，根据含银氧 化剂溶液中的银含量，保持溶液中摩尔比[银离子]:[水合阱]=1:0.1~5，保持溶液10~50 °c恒溫状态；
[0034] (3)分散剂溶液配制:在去离子水中加入一种或两种W上的吐溫40或聚乙二醇400 溶解制成，其含量为20~lOOg/1，充分揽拌，然后加入纳米金属银颗粒（IOOnm~200nm) 0.Ol-0.05g，保持溶液10~50°C恒溫状态；
[0035] (4)利用计量累预先将含吐溫40或聚乙二醇400化合物的分散剂溶液打入反应蓋， 随后通过微孔定量