一种核壳结构银包铜纳米粉体材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于纳米双金属核壳结构材料领域，具体涉及一种具有核壳结构的银包铜纳米粉的制备方法。
【背景技术】
[0002]银是导电性最好的金属，而且还具有良好的抗氧化性和稳定的性能等优点，使其作为导电填料，可制成导电浆料而被广泛应用于电子元器件中。但其价格较昂贵，并且存在易迀移的缺点，使之难以在工业上进行大规模的工业应用。而铜的导电性仅次于银，且成本较低，但是铜容易氧化生成绝缘的氧化物，导致导电率显著下降，难以满足高端电子行业的要求。在铜粉表面均匀地镀上一层银，不仅能防止铜的氧化以及克服银迀移的缺点，还能降低成本。这种核壳结构的银包铜粉近年来受到了科研工作者的广泛关注。
[0003]核壳结构银包铜粉的制备方法很多，主要有化学法，包括化学置换法和化学还原法。化学法虽然成本较低，但是大多数都需要先对铜粉表面进行清洗、活化、敏化等处理，且需要多次洗涤、过滤，所制银包铜粉的表面镀层不均匀；而等离子体法虽然对设备的要求较高，但利用该法可制备出粒度分布均匀的产品，可实现工业化大批量生产。
[0004]中国专利CN 103128308 B公开了一种化学法制备核壳结构银包铜的制备方法:先将由硫酸铜制备的铜氨水溶液加入到含有还原剂和分散剂的水溶液中得到铜粉悬浮液，然后将水溶性有机螯合剂加入到含铜粉的悬浮液中，再将由硝酸银制备的银氨溶液加到含铜粉悬浮液中，使银离子与铜粉发生置换反应，待置换反应完成后补加一定量的弱还原剂将残留银离子还原成银，经过滤、洗涤、干燥处理后得到粒径在0.8?5 μ m范围内且包覆均匀、密实、导电性好的银包铜粉。但该法工艺繁琐，需要经过多次过滤洗涤，且制备过程中使用了有机螯合剂，对环境有一定的污染。
[0005]中国专利CN 102990061 B公开了一种结合紧密的银包铜粉的制备方法:先用3%?10%的稀硫酸清洗掉铜粉表面的氧化层，再洗去酸液，将铜粉加入到EDTA钠盐溶液中；在搅拌情况下加入银氨溶液，反应5?60min得到镀银铜粉；将镀银铜粉与助磨剂及氧化锆珠混合、搅拌；然后再进行行星球磨；所得球磨混合物用100?500目筛网过筛，收集过筛后银包铜粉，洗涤收集清洗下来的悬浮液静置沉淀3?6h，倒去上清液，将下层混合液离心分离，所得沉淀用酒精洗涤3?5次，然后在温度40?70°C下，真空干燥或鼓风干燥，得结合紧密的银包铜粉。此方法工艺繁琐，不仅要酸洗铜粉表面的氧化层，还要进行球磨等工序，且耗时长，不利于大批量生产。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种成本低廉、操作简单容易、重复性好的银包铜纳米粉体的制备方法。
[0007]本发明的基本原理是:采用电弧放电产生等离子体的制备技术，利用电弧放电使阳极金属被迅速加热、熔融、蒸发形成金属蒸气；铜的熔点为1083°C、银的熔点为960.7°C，在降温过程中，熔点较高的铜蒸气先冷凝为纳米铜颗粒，熔点较低的银蒸气易于吸附在铜颗粒表面，当温度降至银的熔点以下时，就形成了核壳结构的银包铜纳米粉体。
[0008]基于以上原理，本发明是通过阳极弧放电等离子体方法，通过以下的技术方案来实现的，具体步骤如下:
[0009](I)称取纯度均为99.9% (质量百分比)的铜粉和银粉，混合均匀后，压制成块体作为等离子电弧炉的阳极材料。所述阳极材料中银所占的质量百分比为10?25%。
[0010](2)采用钨金属或石墨作为阴极材料，采用氩气和氢气作为工作气体，氩气所占体积比例为70%?100%。实验时，先通冷却水，并将工作室抽真空；接着再充入工作气体氩气，最后充入氢气，并接通直流电源，工作电流为60?100A，阳极与阴极之间起电弧，弧光放电过程中调节工作电流与电压保持相对稳定，工作时间为0.5?Ih ;完成所需弧光放电过程后关闭电源；最后抽出工作室气体，注入氩气钝化处理，钝化时间至少lh。结束后，打开上盖收集等离子电弧炉侧壁和上盖部位的纳米粉，即得本发明核壳结构纳米银包铜粉。
[0011]作为一种优化，在步骤(I)中，所述阳极材料中银所占的质量百分比为15% ;在步骤(2)中，采用石墨作为阴极材料，所述工作气体中氩气占体积比为70%，所述工作电流为60A，所述工作时间为lh，所述钝化时间为2h。
[0012]与现有技术相比，本发明具有以下技术效果:
[0013]1、该方法制备的核壳结构纳米银包铜粉体材料纯度高、操作简单、制备时间短，适合大规模工业生产；
[0014]2、液相法中常用的化学还原法和置换法制备过程中工艺流程多，后续产品需要多次洗涤、过滤等，反应后的残余容易对环境产生污染，所制颗粒容易团聚，本发明克服了这些缺点，并且重复性、稳定性大大优于现有技术；
[0015]3、本发明所提供的制备方法，工艺简单，易于控制，且对环境无污染，绿色环保；
[0016]4、本发明制备出的具有复合结构的银包铜粉不仅保持了原有金属铜核的物理和化学性能，同时具有银包覆层优良的金属特性，既提高了铜的抗氧化性和热稳定性又能节省银的用量，因而具有广泛的应用前景。
【附图说明】
[0017]图1为本发明制备核壳结构纳米银包铜粉体的装置示意图。
[0018]其中:1_上盖;2_阴极;3_阀;4_革巴;5_观察窗;6_挡板;7_铜阳极;8_夹头;
[0019]9-石墨坩祸；10_直流脉冲电流；a_冷却水；b_氩气；c_氢气。
[0020]图2为实施例2制得的银包铜纳米粉的XRD图片。
[0021 ] 图3为实施例2制得的银包铜纳米粉的SEM图片。
【具体实施方式】
[0022]以下结合具体实施例详述本发明，但本发明不局限于下述实施例。
[0023]实施例1
[0024]将图1所示的装置上盖I打开，将由16g铜粉和4g银粉混合均匀后压制成的块体作为等离子电弧炉的阳极材料，置于装置示意图1的石墨坩祸9中；采用钨金属作为阴极材料，钨电极与阳极之间保持30mm的距离。盖上装置上盖1，先通冷却水a，并通过阀3将工作室抽真空，先后通入氩气b ;然后接通直流电源10，工作电流为100A，弧光放电过程中调节工作电流与电压保持相对稳定，0.5h后关闭电源，抽出工作气体，注入氩气进行钝化，钝化时间为2h，打开上盖收集等离子电弧炉侧壁和上盖部位的纳米粉，制得具有核壳结构的粒径约为80nm的银包铜纳米粉。
[0025]实施例2
[0026]将图1所示的装置上盖I打开，将由17g铜粉和3g银粉混合均匀后压制成的块体作为等离子电弧炉的阳极材料，置于装置示意图1的石墨坩祸9中；采用石墨作为阴极材料，石墨电极与阳极之间保持30mm的距离。盖上装置上盖1，先通冷却水a，并通过阀3将工作室抽真空，先后通入氩气b和氢气C，氩气所占体积比例为70%;然后接通直流电源10，工作电流为60A，弧光放电过程中调节工作电流与电压保持相对稳定，Ih后关闭电源，抽出工作气体，注入氩气进行钝化，钝化时间为2h，打开上盖收集等离子电弧炉侧壁和上盖部位的纳米粉，制得具有核壳结构的粒径为55nm的银包铜纳米粉。
[0027]实施例3
[0028]将图1所示的装置上盖I打开，将由18g铜粉和2g银粉混合均匀后压制成的块体作为等离子电弧炉的阳极材料，置于装置示意图1的石墨坩祸9中；采用钨金属作为阴极材料，钨电极与阳极之间保持30mm的距离。盖上装置上盖1，先通冷却水a，并通过阀3将工作室抽真空，先后通入氩气b和氢气C，氩气所占体积比例为50% ;然后接通直流电源10，工作电流为80A，弧光放电过程中调节工作电流与电压保持相对稳定，0.5h后关闭电源，抽出工作气体，注入氩气进行钝化，钝化时间为3h，打开上盖收集等离子电弧炉侧壁和上盖部位的纳米粉，制得具有核壳结构的平均粒径为65nm的银包铜纳米粉。
[0029]实施例4
[0030]将图1所示的装置上盖I打开，将由15g铜粉和5g银粉混合均匀后压制成的块体作为等离子电弧炉的阳极材料，置于装置示意图1的石墨坩祸9中；采用钨金属作为阴极材料。钨电极与阳极之间保持30mm的距离。盖上装置上盖1，先通冷却水a，并通过阀3将工作室抽真空，先后通入氩气b和氢气C，氩气所占体积比例为80% ;然后接通直流电源10，工作电流为100A，弧光放电过程中调节工作电流与电压保持相对稳定，0.5h后关闭电源，抽出工作气体，注入氩气进行钝化，钝化时间为2h，打开上盖收集等离子电弧炉侧壁和上盖部位的纳米粉，制得具有核壳结构的粒径为85nm的银包铜纳米粉。
【主权项】
1.一种核壳结构银包铜纳米粉体材料的制备方法，其特征在于:所述方法依次按如下步骤进行: (1)称取质量百分比纯度均为99.9%的铜粉和银粉，混合均匀后压制成块体作为等离子电弧炉的阳极材料；所述阳极材料中银所占的质量百分比为10?25% ; (2)采用钨金属或石墨作为等离子电弧炉的阴极材料，采用氩气和氢气作为工作气体，氩气所占体积比例为50%?100% ;先通冷却水，并将工作室抽真空，多次采用高纯氩气净化冲洗；引用氩气和氢气作为工作气体，接通直流电源，工作电流为60?100A，阳极与阴极之间起电弧，弧光放电过程中调节工作电流与电压保持相对稳定，保持0.5?lh后关闭电源；最后抽出工作气体，注入氩气进行钝化处理，钝化时间至少lh，结束后，打开上盖收集等离子电弧炉侧壁和上盖部位的纳米粉，即得具有核壳结构的银包铜纳米粉。2.如权利要求1所述的一种核壳结构银包铜纳米粉体材料的制备方法，其特征在于:在步骤(1)中，所述阳极材料中银所占的质量百分比为15% ;在步骤(2)中，采用石墨作为阴极材料，所述工作气体中氩气占体积比为70%，所述工作电流为60A，所述工作时间为.1 h，所述钝化时间为2h。
【专利摘要】本发明公开了一种核壳结构银包铜纳米粉体材料的制备方法，属于双金属核壳结构材料领域。该方法是将不同比例的金属铜粉和银粉混合均匀后压制成块体，作为等离子电弧炉的阳极材料，采用钨金属或石墨作为阴极材料，引用氩气和氢气作为工作气体，在一定的电流下，阳极和阴极之间起弧，持续一段时间后进行钝化，即得具有核壳结构的银包铜纳米粉体。本发明所提供的制备方法工艺简单，流程短，易于控制，适合大规模工业生产且对环境无污染，绿色环保。
【IPC分类】B22F9/14, B22F9/12, B22F1/02, B82Y40/00
【公开号】CN105328182
【申请号】CN201510634100
【发明人】丁梦玲, 冒爱琴, 俞海云, 丁赔赔, 郑翠红
【申请人】安徽工业大学
【公开日】2016年2月17日
【申请日】2015年9月29日