一种单晶铜粉的制备方法与流程

本发明属于金属材料制备技术领域，尤其涉及一种单晶铜粉的制备方法。

背景技术：

随着电子信息领域的快速发展，高性能高精度电子浆料需求日益增长，贱金属电子浆料由于具有比贵金属低的价格、优异的导电性能广泛应用于导电浆料、导电胶、电池屏蔽涂料等领域。铜是一种性价比较高的制作电子浆料的原材料，目前制作电子浆料的铜粉普通存在粒径分布粗，抗氧化性能差，氧含量高，导电性能差等。特别是针对多层陶瓷电容器用铜电子浆料的要求更高。

技术实现要素：

针对以上技术问题，本发明公开了一种单晶铜粉的制备方法，得到的铜粉含氧量低，导电性能好，单结晶单分散，粒径分布小。

对此，本发明采用的技术方案为：

一种单晶铜粉的制备方法，其包括以下步骤：

步骤s1，将硫酸铜水溶液和碳酸钠水溶液同时滴加到反应容器中，反应生成碱式碳酸铜，洗涤反应产物，烘干水份；将碱式碳酸铜放置在带式烧结炉上煅烧，得到氧化铜细颗粒；

步骤s2，在高温高压密闭反应容器内，加入反应溶剂、还原剂、反应促进剂，再加入氧化铜细颗粒，并在反应容器内充入保护气体，搅拌并加热反应，得到单晶超细铜粉。进一步的，所述反应溶剂为乙二醇；

此技术方案是在高温保护气氛环境下，在纯溶剂中进行化学反应制备超细铜粉。由于水的极性较大，易造成粉体颗粒的团聚，且含有大量的活性氢键，会造成铜粉的氧含量高。本发明是在纯溶剂体系中，高温保护气氛环境中，加入反应控制剂控制反应速率，有利于制备单晶粉体。反应溶剂乙二醇是非极性物质，分子间作用力平均，可提供一个无氧、各相同性的反应环境，可减小粉体团聚。

步骤s3，将制备好的超细铜粉、表面抗氧化分散剂、溶剂混合均匀加入到滚筒分散机中，球磨分散改性处理，分散完成后出料真空干燥铜粉，最后得到单晶单分散铜粉。

此技术方案是在滚筒球磨机内对铜粉进行球磨抗氧化分散改性，超细铜粉表面能高，易氧化，易团聚，会影响铜粉的导电性能和使用性能。本发明通过球磨抗氧化分散改性，可以提升铜粉的抗氧化性能，同时增加铜粉的分散性，达到单分散效果。

作为本发明的进一步改进，步骤s3中，表面抗氧化分散剂为聚乙二醇或者聚乙二醇酯类，溶剂为无水乙醇。

作为本发明的进一步改进，步骤s3中，抗氧化分散改性处理时间1-3h。

作为本发明的进一步改进，所述还原剂为链烷醇氨、三乙醇胺、二乙醇胺、一乙醇胺中的一种或者两种的混合物。

作为本发明的进一步改进，所述反应促进剂为氢氧化钠、氢氧化钾、硼氢化钠、硼氢化钾中的一种或者两种的混合物。

作为本发明的进一步改进，所述保护气体为氮气或氩气。

作为本发明的进一步改进，步骤s2中，所述加热反应的温度为120℃~195℃。反应温度在120℃~195℃，反应速度快，可急速的把氧化铜中的氧脱去，降低了铜中的氧含量，同时也减小铜由于分子间的作用力的影响，造成粉体颗粒的团聚现象。

作为本发明的进一步改进，步骤s1中，煅烧时间为1~3h。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

采用本发明的技术方案，得到的铜粉的氧含量低，抗氧化性能好，导电性能好，单结晶单分散，粒径分布在0.1-5um，振实密度高达4.5g/cm³，适用于多层陶瓷电容器铜电子浆料。

附图说明

图1是本发明实施例1制备得到的单晶超细铜粉放大5000倍的扫描电镜图。

图2是本发明实施例1制备得到的单晶超细铜粉放大1000倍的扫描电镜图。

具体实施方式

下面对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明。

实施例1

一种单晶细铜粉的制备方法，包括以下步骤：

（1）前驱体转化步骤：先制备1m³的1mol/l的硫酸铜溶液和1.5mol/l的碳酸钠溶液，通过管道同时滴加到反应容器中，反应生成碱式碳酸铜，洗涤反应产物，烘干水份。将碱式碳酸铜放置在带式烧结炉上300℃煅烧2h，得到氧化铜超细颗粒。

（2）溶剂热还原步骤：在高温高压密闭反应容器内，加入乙二醇400l，三乙醇胺20l，氧化铜粉200kg，氢氧化钠5kg，保持斧内氮气环境，加热到160℃，反应1h，经冷却，固液分离，无水乙醇洗涤3次，真空干燥制得超细铜粉。

（3）球磨抗氧化分散改性步骤：在100l的滚筒球磨机内，加入氧化锆棒100kg,超细铜粉20kg，无水乙醇40l，聚乙二醇40g，改性处理2h，出料真空干燥后单晶单分散铜粉。得到的铜粉的扫描电镜图如图1和图2所示，由图1和图2可见，得到的铜粉颗粒均匀，分散好，团聚少。经过检测，铜粉的粒径分布在0.1-5um，振实密度达4.2g/cm³。

实施例2

一种单晶细铜粉的制备方法，包括以下步骤：

（1）前驱体转化步骤：先制备1m³的1mol/l的硫酸铜溶液和1.5mol/l的碳酸钠溶液，通过管道同时滴加到反应容器中，反应生成碱式碳酸铜，洗涤反应产物，烘干水份。将碱式碳酸铜放置在带式烧结炉上300℃煅烧2h，得到氧化铜超细颗粒。

（2）溶剂热还原步骤：在高温高压密闭反应容器内，加入乙二醇400l，三乙醇胺20l，氧化铜粉200kg，硼氢化钠2kg，保持斧内真空负压环境，加热到170℃，反应1h，经冷却，固液分离，无水乙醇洗涤3次，真空干燥制得超细铜粉。

（3）球磨抗氧化分散改性步骤：在100l的滚筒球磨机内，加入氧化锆棒100kg,超细铜粉20kg，无水乙醇40l，聚乙二醇酯20g，改性处理1h，出料真空干燥后单晶单分散铜粉。经过检测，得到的铜粉的粒径分布在0.1-3um，振实密度高达4.5g/cm³。

对比例1

一种单晶细铜粉的制备方法，包括以下步骤：

（1）前驱体转化步骤：先制备1m³的1mol/l的硫酸铜溶液和1.5mol/l的碳酸钠溶液，通过管道同时滴加到反应容器中，反应生成碱式碳酸铜，洗涤反应产物，烘干水份。将碱式碳酸铜放置在带式烧结炉上300℃煅烧2h，得到氧化铜超细颗粒。

（2）溶剂热还原步骤：在高温高压密闭反应容器内，加入400l纯净水，三乙醇胺20l，氧化铜粉200kg，硼氢化钠2kg，保持斧内真空负压环境，加热到100℃，反应无铜离子，经冷却，固液分离，无水乙醇洗涤3次，真空干燥制得铜粉。

（3）抗氧化包覆步骤：在搅拌容器内，加入铜粉20kg，无水乙醇40l，聚乙二醇酯20g，搅拌1h，真空干燥得到抗氧化包覆铜粉。经过检测，得到的铜粉粒径分布在1—20um，振实密度低于2.5g/cm³。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。