一種利用納米晶種誘導(dǎo)生產(chǎn)金屬粉末的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及材料技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)及一種微米級金屬粉末的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 金屬粉末在電子工業(yè)的電子元器件制造、電鍛、電池及化工催化、首飾等行業(yè)有廣 泛的應(yīng)用。隨著電子元件向微型化和高性能方向的發(fā)展，對金屬粉末的燒結(jié)活性、分散性、 球形度、結(jié)晶度等性能指標(biāo)提出了更高的要求。目前，金屬粉末的制備方法包括物理方法和 化學(xué)方法，物理方法包括霧化法、氣相蒸發(fā)冷凝法、研磨法等，化學(xué)法主要包括液相還原法、 電化學(xué)沉積法，電解法等。由于物理法存在高成本低產(chǎn)率的問題，現(xiàn)在廣泛使用的化學(xué)液相 還原法，即通過含金屬的鹽溶液或氧化物通過化學(xué)反應(yīng)反應(yīng)還原為金屬，如CN1301205，粉 末冶金用燒結(jié)活性金屬粉末和合金末法W及其制備方法和應(yīng)用。中國專利申請 CN101597777公開了一種將含金屬氧化物或鹽，采用電解方式還原成金屬的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種不同于現(xiàn)有技術(shù)的金屬微米級粉末的制 備方法。
[0004]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是利用納米晶種誘導(dǎo)生產(chǎn)金屬粉末的 一種制備方法，其特點(diǎn)在于，其包括如下步驟：
[0005] (1)氧化劑溶液的配制，將金屬硝酸鹽或硫酸鹽固體溶解于去離子水中，或再加入 氨水生產(chǎn)絡(luò)合金屬錠溶液，保持氧化劑溶液中[金屬離子]濃度= 0.1~5摩爾/升，充分?jǐn)埌?后保持10~50°C恒溫狀態(tài)；
[0006] (2)還原劑溶液配制，在去離子水中加入一種或多種徑胺類化合物固體或維生素C 或甲醒或水合阱還原劑溶解制成，保持還原劑溶液中[還原劑]濃度= 0.1~5摩爾/升，還原 劑溶液體積是氧化劑溶液體積的0.5~2倍，充分?jǐn)埌韬蟊３?0~50°C恒溫狀態(tài)；
[0007] (3)分散劑溶液配制，將一種或多種分散劑加入到去離子水中，上述分散劑在去離 子水中的總質(zhì)量是前述氧化劑溶液中金屬硝酸鹽或硫酸鹽質(zhì)量的0.1~2倍，充分?jǐn)埌韬笾?接加入金屬納米晶種，或加入一種或多種金屬硝酸鹽、或金屬硫酸鹽、或金屬氧化物充分?jǐn)?拌后保持10~50°C恒溫狀態(tài)；
[000引（4)絮凝劑的配制，稱取反應(yīng)生成金屬粉末質(zhì)量0.05 %~0.5 %的油酸和反應(yīng)生成 金屬粉質(zhì)量0.05%~0.5%的一種或多種油酸鹽，將它們加入絮凝劑配制罐內(nèi)再加入少量 酒精互溶后即可；
[0009] (5)反應(yīng)開始前，在反應(yīng)蓋中預(yù)先加入配制好的分散劑溶液，開啟攬拌，隨后同時(shí) 定流量加入氧化劑溶液和還原劑溶液，流量為:0.1 L~20L/Min;反應(yīng)初期，利用預(yù)先加入的 分散劑溶液中大量分散劑抑制納米金屬粒子的團(tuán)聚并穩(wěn)定新生的納米金屬粒子的作用，從 而在反應(yīng)體系中利用已有或新生的定量納米金屬顆粒作為晶種來控制金屬顆粒的生成，達(dá) 到粒徑可控的還原生長體系，同時(shí)在余下的反應(yīng)過程中起到良好的氧化還原速率和晶核成 長速度的控制；
[0010] (6)反應(yīng)完成后，將反應(yīng)蓋中溶液排入絮凝沉淀蓋中，加入絮凝劑，快速攬拌5~ SOmin后靜置沉淀分離得到各種不同粒徑范圍的金屬球形和類球形粉末。
[0011] 本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案中，所述步驟(2)還原劑溶液配制中還原劑選自徑胺，硫酸 徑胺，硝酸徑胺，維生素C，37%~40%的甲醒溶液，水合阱的一種或兩種W上的混合，還原 劑在溶液中與前述步驟(1)中的金屬離子摩爾比為：[金屬離子]:[徑胺]= 1:0.1~5,或[金 屬離子]:[硫酸徑胺]= 1:0.1~5,或[金屬離子]:[硝酸徑胺]= 1:0.1~5,或[金屬離子]: [維生素C] = 1:0.1~5,或[金屬離子]:[甲醒]= 1:0.1~5,或[金屬離子]:[水合阱]=1: 0.1 ~5。
[0012]步驟(3)分散劑溶液的配制，將一種或多種分散劑聚乙締化咯燒酬(PVP)，或聚乙 二醇400，或吐溫40，或丙=醇加入到前述還原劑溶液體積0.5~2倍的去離子水中，上述分 散劑在去離子水中的總質(zhì)量是前述氧化劑溶液中金屬硝酸鹽或硫酸鹽質(zhì)量的0.1~2倍，充 分?jǐn)埌韬笤偌尤肭笆鲅趸瘎┤芤褐薪饘傧跛猁}或硫酸鹽質(zhì)量的0.01%~1.0%的一種或多 種金屬硝酸鹽或硫酸鹽或金屬氧化物，或直接加入前述氧化劑溶液中金屬硝酸鹽或硫酸鹽 質(zhì)量的0.Ol%~0.5 %的納米金屬顆粒，充分?jǐn)埌韬蟊３?0~50°C恒溫狀態(tài);該步驟利用自 身反應(yīng)初期大量分散劑抑制納米金屬粒子的團(tuán)聚并穩(wěn)定新生的納米金屬粒子的作用，從而 在反應(yīng)體系中存在定量的納米金屬顆粒作為晶種來控制金屬顆粒的生成，達(dá)到粒徑可控的 還原生長體系，在反應(yīng)過程中起到良好的氧化還原速率和晶核成長速度的控制。
[0013]本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案中，所述步驟(3)分散劑溶液配制中納米晶種可W選用權(quán) 利要求1中所述步驟(5)在反應(yīng)初期利用預(yù)先加入的分散劑溶液中的一種或多種金屬鹽類 或金屬氧化物被還原而新生的納米金屬粒子作為晶種，預(yù)先加入到分散劑溶液中的金屬鹽 或金屬氧化物總質(zhì)量是所述步驟(1)氧化劑溶液中金屬硝酸鹽或金屬硫酸鹽質(zhì)量的0.01 % ~1.0%。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案中，所述步驟(3)分散劑溶液配制中納米晶種為直接加入 納米金屬顆粒作為晶種，所加入納米金屬顆粒質(zhì)量是步驟（1)氧化劑溶液中金屬硝酸鹽或 硫酸鹽質(zhì)量的0.Ol%~0.5%。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案中，所述步驟(4)的絮凝劑的配制，所述油酸鹽選自不飽和 脂肪酸及其錠鹽。
[0016]本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案中，步驟(5)中，利用累或壓縮空氣產(chǎn)生的壓力通過微孔定 量將前述步驟兩種配制好的氧化劑溶液和還原劑溶液定流量的方式加入到反應(yīng)蓋中，兩種 溶液的流量控制范圍為0.IL/min~20L/min，并在強(qiáng)烈攬拌下反應(yīng)，攬拌速度：200rpm~ 50化pm，反應(yīng)完全后再通過絮凝沉淀分離獲得各類球型和類球型金屬粉。
[0017]本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案中，步驟(6)中，在絮凝沉淀過程中采用絮凝劑快速加料方 式，加入速度為IL/min~lOL/min，并強(qiáng)烈攬拌，攬拌速度20化pm~5(K)rpm，充分?jǐn)埌?~30 分鐘后，靜置沉淀分離得到各種不同粒徑范圍的金屬球形和類球形粉末。
[0018] 本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案中，金屬包括銀、銅、儀。
[0019]本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案中，所述金屬粉末為球形和類球形微米級顆粒。
[0020] 本發(fā)明優(yōu)選體系溶液的反應(yīng)體系保持10~50°C恒溫狀態(tài)，有利于反應(yīng)的進(jìn)行，當(dāng) 然過高或過低都不利于反應(yīng)的進(jìn)行。本發(fā)明中分散劑溶液，根據(jù)不同金屬粉末粒徑的生產(chǎn) 要求調(diào)節(jié)分散劑中在反應(yīng)初期新生的納米金屬顆?；蛑苯蛹尤氲募{米金屬顆粒的含量，生 產(chǎn)不同粒徑的微米級金屬粉末產(chǎn)品，納米金屬顆粒含量為反應(yīng)生產(chǎn)金屬粉末質(zhì)量的0.01 % ~0.4%時(shí)，所生產(chǎn)的銀粉粒徑偏大，D50在1.Oum~2.5um之間；納米金屬顆粒含量為反應(yīng)生 產(chǎn)金屬粉末質(zhì)量的0.4%~1 %時(shí)，所生產(chǎn)的金屬粒徑偏小，D50在0.化m~1.Oum之間；因此 生產(chǎn)過程中可W根據(jù)具體生產(chǎn)的金屬粉末的粒徑要求而進(jìn)行調(diào)節(jié)納米金屬顆粒含量。
[0021] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果是：
[0022] (1)本發(fā)明方法的分散劑溶液內(nèi)引入納米晶種，從而使得金屬離子在還原過程中 粒徑可控，可W快速穩(wěn)定的從含氨絡(luò)合金屬鹽溶液或含金屬硝酸鹽或含金屬硫酸鹽中將金 屬粒子，如銀離子還原成銀粉，并保證所形成的銀粉形貌為球型或類球型且粒徑可W通過 引入納米晶種數(shù)量進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0023] (2)本發(fā)明的方法采用定流量氧化劑溶液和還原劑溶液的同時(shí)加入方式有效地控 制了金屬粉末在反應(yīng)過程中的分散性，解決了現(xiàn)有金屬粉末，如銀粉生產(chǎn)過程中的團(tuán)聚問 題，且金屬粉末平均粒徑為0.1皿~10皿。
[0024] (3)該發(fā)明方法可W有效控制金屬球形和類球形粉末在生產(chǎn)過程中的反應(yīng)速率， 對晶核生長速率和分散性具有良好的控制，所生產(chǎn)的球形和類球形金屬粉末具有非常好的 結(jié)晶度，球形度，高振實(shí)和高分散性。
[0025] (4)本發(fā)明的制備方法可W應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)，規(guī)?；a(chǎn)W銀粉為例：可達(dá)到5-150kg/批次，相對現(xiàn)有銀粉生產(chǎn)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)室制備方法具有顯著的優(yōu)越性。
[0026] (5)本發(fā)明制備方法簡單，原料便宜，過程易控制，反應(yīng)完全，所生產(chǎn)產(chǎn)品批次之間 質(zhì)量穩(wěn)定，從而大大降低了產(chǎn)品不合格率，給企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
【附圖說明】
[0027] 圖1為本發(fā)明的方法的流程圖。
[002引圖2A，2B，2C為本發(fā)明方法制備得到的金屬粉末的粒徑檢測示意圖。
[0029] 圖3為本發(fā)明方法制備得到的球形銀粉的沈M電子微觀圖，其中，圖3A為沈M電鏡放 大X10000倍的球形銀粉圖，圖3B為SEM電鏡放大X10000倍的球形銀粉圖，圖3C為SEM電鏡 放大X5000倍的球形銀粉圖，圖3D為SEM電鏡放大X5000倍的球形銀粉圖，圖3E為SEM電鏡 放大X5000倍的球形銀粉圖，圖3F為SEM電鏡放大X2000倍的球形銀粉圖。
【具體實(shí)施方式】：
[0030] 為進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明優(yōu)選方案進(jìn)行描述，但是應(yīng) 當(dāng)理解，運(yùn)些描述只是為進(jìn)一步說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，而不是對本發(fā)明權(quán)利要求的限 制。
[0031] 實(shí)施例1
[0032] (1)含硝酸銀溶液的氧化劑溶液配制，將硝酸銀鹽固體或等當(dāng)量的硝酸銀液體溶 解于去離子水中，保持溶液中銀離子摩爾濃度[銀離子]=0.5mol/l，充分?jǐn)埌韬笤偌尤氚?水(20% )，調(diào)節(jié)抑在2.5~9.5之間，保持溶液10~50°C恒溫狀態(tài)；
[0033] (2)含水合阱的還原劑溶液配制，在去離子水中加入水合阱溶液制成，根據(jù)含銀氧 化劑溶液中的銀含量，保持溶液中摩爾比[銀離子]:[水合阱]=1:0.1~5，保持溶液10~50 °c恒溫狀態(tài)；
[0034] (3)分散劑溶液配制:在去離子水中加入一種或兩種W上的吐溫40或聚乙二醇400 溶解制成，其含量為20~lOOg/1，充分?jǐn)埌瑁缓蠹尤爰{米金屬銀顆粒（IOOnm~200nm) 0.Ol-0.05g，保持溶液10~50°C恒溫狀態(tài)；
[0035] (4)利用計(jì)量累預(yù)先將含吐溫40或聚乙二醇400化合物的分散劑溶液打入反應(yīng)蓋， 隨后通過微孔定量