權利要求
1.一種表面鍍金的復合金屬粉體的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
S1.采用氣霧化制粉工藝將純金屬原料制備成第一微米金屬粉末;
S2.對步驟S1制備的第一微米金屬粉末進行篩分處理，得到第二微米金屬粉末;
S3.液相化學鍍覆：將步驟S2得到的第二微米金屬粉末加入堿液中進行堿化處理，然后再依次加入氯金酸溶液和葡萄糖溶液，在反應過程中加入pH調節(jié)劑將反應體系的pH值控制在8~12，充分反應后得到第三微米金屬粉末;
S4.將步驟S3得到的第三微米金屬粉末進行固液分離、洗滌和干燥，獲得表面鍍金的復合金屬粉末。
2.根據權利要求1所述的表面鍍金的復合金屬粉體的制備方法，其特征在于，步驟S3中，所述氯金酸溶液的質量濃度為20g/L~50g/L，所述葡萄糖溶液的質量分數(shù)為10%~20%。
3.根據權利要求1所述的表面鍍金的復合金屬粉體的制備方法，其特征在于，步驟S3中，所述氯金酸溶液的加入方式為一次性傾倒，所述葡萄糖溶液的加入方式為滴加，滴加速度為10mL/min~50mL/min。
4.根據權利要求1所述的表面鍍金的復合金屬粉體的制備方法，其特征在于，步驟S3中，所述氯金酸溶液和葡萄糖溶液加入的時間間隔為5~15min。
5.根據權利要求1所述的表面鍍金的復合金屬粉體的制備方法，其特征在于，步驟S3中，所述堿液為氫氧化鈉溶液或氫氧化鉀溶液;所述堿液的濃度為0.005~0.015mol/L。
6.根據權利要求1所述的表面鍍金的復合金屬粉體的制備方法，其特征在于，步驟S1中，所述氣霧化制粉工藝包括如下步驟：
將純金屬原料置于坩堝內進行電磁感應加熱熔煉，待其達到霧化溫度后沿導流管流出，在預定的霧化壓力和高純惰性氣流的沖擊下破碎成細小液滴，并經球化、冷凝形成第一微米金屬粉末。
7.根據權利要求6所述的表面鍍金的復合金屬粉體的制備方法，其特征在于，所述霧化溫度比所述純金屬原料的熔點高出150℃~400℃，所述惰性氣流是純度為99.999%以上的氦氣或氬氣，所述霧化壓力為4MPa~8MPa。
8.根據權利要求1所述的表面鍍金的復合金屬粉體的制備方法，其特征在于，步驟S1中，所述純金屬原料的純度為99.99%以上，所述純金屬原料為銀、銅、鎳、鋁中的任意一種。
9.根據權利要求1所述的表面鍍金的復合金屬粉體的制備方法，其特征在于，步驟S2中，所述篩分處理采用300目的超聲
振動篩。
10.一種表面鍍金的復合金屬粉體，其特征在于，采用權利要求1~9中任一項權利要求所述的表面鍍金的復合金屬粉體的制備方法制備得到，包括金屬基體粉末和包覆于所述金屬基體粉末表面的金涂層;所述表面鍍金的復合金屬粉體的顆粒尺寸為15~50μm，金含量為1%~5%，所述金涂層的厚度<1μm。
說明書
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及金屬粉體及其制備技術領域，尤其涉及一種表面鍍金的復合金屬粉體及其制備方法。
背景技術
[0002]金因其優(yōu)異的導電、導熱和化學穩(wěn)定性被廣泛應用于電子、軍工、航空航天和生物醫(yī)療等眾多領域，其中，微納米級金粉可以用于制備電磁屏蔽、電子封裝、標記靶點等材料，但在實際應用中由于金成本高、儲量少，難以滿足高端市場的用量需求。目前市場上微米級尺寸的銀、鎳等金屬粉體材料雖然成本較低，也可用于電子填料，但其導電、抗氧化等性能均無法與金粉相媲美，難以滿足高端導電填料的應用需求。因此，有必要設計一種微米級、生產成本相對較低且導電及抗氧化性能不亞于微納米級金粉的電子填料，以滿足高端導電填料的市場需求。
[0003]現(xiàn)有技術中，公開號為CN104479456A的專利中公開了金包銀-
石墨烯基水性墨水及其噴墨打印透明的圖案化導電電極的應用，該專利先通過還原硝酸銀制得納米顆粒，再將其置于氯金酸溶液中使其表面沉積金包覆層，進而形成粒徑小于500nm的金包銀納米顆粒。但因該專利方法所制備的納米金包銀顆粒過小，在下游漿料中的吸油性強，分散性差，嚴重降低了電子填料的導電性，無法用于制備電磁屏蔽、電子封裝等功能性材料。
[0004]公開號為CN115874171A的專利中公開了一種基于無氰鍍金液的金層致密度控制方法，該專利中首先將22份絡合劑與1份金鹽混合，再加入2份還原劑配制成無氰鍍金液，再將鍍鎳微球分散在超純水中制備成鍍鎳微球分散液，將配制的無氰鍍金液加入制備的鎳微球分散液中，該制備方法通過pH調節(jié)劑調節(jié)無氰鍍金液的pH值為6~13，得到不同金層致密度的鍍金微球。但該方法僅通過調節(jié)鍍金液的pH值來控制金層的致密度，并沒有考慮其他因素對于反應體系中單獨生成微米金顆粒的影響，使得鍍金液的利用率不夠充分。
[0005]有鑒于此，有必要設計一種改進的表面鍍金的復合金屬粉體及其制備方法，以解決上述問題。
發(fā)明內容
[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種表面鍍金的復合金屬粉體及其制備方法，通過氣霧化制粉和液相化學鍍覆技術相結合的工藝制備得到一種粒徑為15~50μm，金涂層厚度不到1μm的復合金屬粉體材料，該復合金屬粉體材料球形度和分散性好，且表面金包覆層均勻、致密，可廣泛應用于制備半導體封裝、柔性電路、傳感器、厚膜混合電路等所用的導電填料，進一步降低高端電子漿料的生產成本。
[0007]為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種表面鍍金的復合金屬粉體及其制備方法，包括如下步驟：
S1.采用氣霧化制粉工藝將純金屬原料制備成第一微米金屬粉末;
S2.對步驟S1制備的第一微米金屬粉末進行篩分處理，得到第二微米金屬粉末;
S3.液相化學鍍覆：將步驟S2得到的第二微米金屬粉末加入堿液中進行堿化處理，然后再依次加入氯金酸溶液和葡萄糖溶液，在反應過程中加入pH調節(jié)劑將反應體系的pH值控制在8~12，充分反應后得到第三微米金屬粉末;
S4.將步驟S3得到的第三微米金屬粉末進行固液分離、洗滌和干燥，獲得表面鍍金的復合金屬粉末。
[0008]作為本發(fā)明的進一步改進，步驟S3中，所述氯金酸溶液的質量濃度為20g/L~50g/L，所述葡萄糖溶液的質量分數(shù)為10%~20%。
[0009]作為本發(fā)明的進一步改進，步驟S3中，所述氯金酸的加入方式為一次性傾倒，所述葡萄糖溶液的加入方式為滴加，滴加速度為10mL/min~50mL/min。
[0010]作為本發(fā)明的進一步改進，步驟S3中，所述氯金酸溶液和葡萄糖溶液加入的時間間隔為5~15min。
[0011]作為本發(fā)明的進一步改進，步驟S3中，所述堿液為氫氧化鈉溶液或者氫氧化鉀溶液，所述堿液的濃度為0.005~0.015mol/L。
[0012]作為本發(fā)明的進一步改進，步驟S1中，所述氣霧化制粉工藝包括如下步驟：
將純金屬原料置于坩堝內進行電磁感應加熱熔煉，待其達到霧化溫度后沿導流管流出，在一定霧化壓力和高純惰性氣流的沖擊下破碎成細小液滴，并經球化、冷凝形成第一微米金屬粉末;
作為本發(fā)明的進一步改進，所述霧化溫度比所述純金屬原料的熔點高出150℃~400℃，所述惰性氣流是純度為99.999%以上的氦氣或氬氣，所述霧化壓力為4MPa~8MPa。
[0013]作為本發(fā)明的進一步改進，步驟S1中，所述純金屬原料的純度為99.99%以上，所述純金屬原料為銀、銅、鎳、鋁中的任意一種。
[0014]作為本發(fā)明的進一步改進，步驟S2中，所述篩分處理采用300目的超聲振動篩。
[0015]本發(fā)明還提供了一種表面鍍金的復合金屬粉體，采用上述表面鍍金的復合金屬粉體的制備方法制備得到，包括金屬基體粉末和包覆于所述金屬基體粉末表面的金涂層;所述表面鍍金復合金屬粉體的顆粒尺寸為15~50μm，金含量為1%~5%，所述金涂層的厚度<1μm。
[0016]本發(fā)明的有益效果是：
1.本發(fā)明采用氣霧化制粉工藝制備純金屬微米粉末，通過控制金屬液過熱度、霧化氣體種類及壓力等工藝條件，在保證金屬基體粉末分散性的基礎上可進一步提高霧化效率和細粉收率。此外，與液相化學還原法相比，本發(fā)明采用的氣霧化制粉工藝流程簡單，生產成本低，且粉體球形度和表面形態(tài)好，有利于粉體表面的二次鍍覆，以便應用于導電填料的制備。
[0017]2.本發(fā)明采用液相化學鍍覆方法制備表面鍍金的復合金屬粉體，通過協(xié)同控制液相化學鍍中各成分的添加方式、添加順序、濃度及溶液pH值，可有效防止反應體系中單獨生成微米金顆粒，進而保證金屬基體粉末表面包覆均勻、致密的金涂層，大大提高了鍍金液的利用率。
[0018]3.本發(fā)明通過將氣霧化制粉工藝和液相化學鍍覆技術結合，能夠制備出粒徑為15~50μm的金包銀、金包鎳、金包銅、金包鋁等復合金屬粉體材料，由于其良好的分散性及導電性，可廣泛應用于制備半導體封裝、柔性電路、傳感器、厚膜混合電路等所用的導電填料，該復合金屬粉體材料中厚度不到1μm的金涂層可顯著提高金屬基體材料的導電性，并可有效防止金屬基體粉末的氧化，從而提高粉體產品的穩(wěn)定性。而且，由于復合金屬粉體中的金含量很低，使得基于該復合金屬粉體制備的導電填料的成本相較單獨使用金粉時明顯降低。
附圖說明
[0019]圖1為實施例1制得的表面鍍金的復合鎳粉的SEM圖。
[0020]圖2為實施例4制得的表面鍍金的復合鎳粉的SEM圖。
[0021]圖3為實施例5制得的表面鍍金的復合鎳粉的SEM圖。
[0022]圖4為對比例1制得的表面鍍金的復合鎳粉的SEM圖。
[0023]圖5為對比例2制得的表面鍍金的復合鎳粉的SEM圖。
[0024]圖6為對比例3制得的表面鍍金的復合鎳粉單顆粒表面形態(tài)的SEM圖。
具體實施方式
[0025]為了使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細描述。
[0026]在此，還需要說明的是，為了避免因不必要的細節(jié)而模糊了本發(fā)明，在附圖中僅僅示出了與本發(fā)明的方案密切相關的結構和/或處理步驟，而省略了與本發(fā)明關系不大的其他細節(jié)。
[0027]另外，還需要說明的是，術語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。
[0028]本發(fā)明提供了一種表面鍍金的復合金屬粉體制備方法，包括如下步驟：
S1.采用氣霧化制粉工藝將純金屬原料制備成第一微米金屬粉末;
S2.對步驟S1制備的第一微米金屬粉末進行篩分處理，得到第二微米金屬粉末;
S3.液相化學鍍覆：在攪拌條件下，將步驟S2得到的第二微米金屬粉末加入堿液中進行堿化處理，然后再依次加入氯金酸溶液和葡萄糖溶液，在反應過程中加入pH調節(jié)劑將反應體系的pH值控制在8~12，充分反應后得到第三微米金屬粉末;
S4.將步驟S3得到的第三微米金屬粉末進行固液分離、洗滌和干燥，獲得表面鍍金的復合金屬粉末。
[0029]通過上述方式，本發(fā)明能夠在金屬基體粉末表面包覆均勻、致密的金涂層，同時有效防止反應體系中單獨生成微米金顆粒，從而以較低的成本制備出具有優(yōu)異導電性能的復合金屬粉末。
[0030]優(yōu)選的，在步驟S1中，氣霧化制粉工藝具體包括：將純度為99.99%以上的的銀、銅、鎳、鋁中的任意一種純金屬原料置于坩堝內進行電磁感應加熱熔煉，待其達到霧化溫度，即比所述純金屬原料的熔點高出150℃~400℃后，純金屬原料沿導流管流出，在4MPa~8MPa的霧化壓力下，利用純度為99.999%以上的氦氣或氬氣氣流的沖擊使其破碎成細小液滴，并經球化、冷凝形成第一微米金屬粉末。通過上述方式，能夠對金屬基體粉末的顆粒尺寸進行調控，以獲得微米級的金屬基體粉末，并在保證金屬基體粉末分散性和球形度的基礎上進一步提高細粉產品收率。
[0031]在步驟S2中，優(yōu)選采用篩網規(guī)格為300目的超聲振動篩進行篩分處理。
[0032]在步驟S3中，堿液優(yōu)選為氫氧化鈉溶液或氫氧化鉀溶液，該堿液的濃度優(yōu)選為0.005~0.015mol/L，第二微米金屬粉末在該堿液中的固含量優(yōu)選為100~500g/L，堿化處理的時間為5~15min。其中，若堿液的濃度過高將破壞第二微米金屬粉末表面，進而顯著降低其表面涂覆效果;若堿液的濃度過低，則堿化不完全，難以達到理想的堿化效果，進而影響金在其表面的鍍覆效果，導致金涂層的致密度和均勻性差。本發(fā)明通過將第二微米金屬粉末加入上述堿液中進行堿化處理，能夠使第二微米金屬粉末的表面堿化，為后續(xù)金層的鍍覆提供良好的生長環(huán)境，促進金涂層在第二微米金屬粉末的表面生長，防止反應體系中單獨生成微米金顆粒，從而在第二微米金屬粉末表面形成均勻、致密的金涂層。
[0033]在完成堿化處理后，優(yōu)選采用一次性傾倒的方式向堿液中加入氯金酸溶液，該氯金酸溶液的濃度優(yōu)選為20g/L~50g/L，氯金酸溶液與第二微米金屬粉末的比例優(yōu)選為1.5mL/g;間隔一段時間后，優(yōu)選采用滴加的方式向堿液中加入葡萄糖溶液，該葡萄糖溶液的質量分數(shù)優(yōu)選為10%~20%，該葡萄糖溶液的滴加速度優(yōu)選為10mL/min~50mL/min，葡萄糖溶液與第二微米金屬粉末的比例優(yōu)選為0.2mL/g，氯金酸溶液和葡萄糖溶液加入的時間間隔優(yōu)選為5~15min。其中，當氯金酸溶液的濃度過低時，將導致包覆效率較低，當氯金酸濃度過大時，沉積速率較快易導致金鍍覆層粗糙，且鍍液體系不穩(wěn)定，將影響鍍金層的鍍覆效果;而當葡萄糖溶液的加入速度過快且加入間隔太短，鍍金液中還原劑的濃度瞬間增加，金還原速度過快，將致使金枝晶粗大，涂層均勻性和致密度差。
[0034]通過協(xié)同控制液相化學鍍中各成分的添加方式、添加順序、濃度及溶液pH值，來控制鍍金液的反應速度和穩(wěn)定性，可有效防止反應體系中單獨生成微米金顆粒，使金屬基體粉末表面形成均勻、致密的金涂層。
[0035]S4.將步驟S3中得到的第三微米金屬粉末進行固液分離、洗滌和干燥即可獲得微米復合金屬粉末。
[0036]本發(fā)明還提供了一種表面鍍金的復合金屬粉體，采用上述表面鍍金的復合金屬粉體的制備方法制備得到，所述表面鍍金復合金屬粉體的顆粒尺寸約15~50μm，金含量為1%~5%，金涂層的厚度<1μm。
[0037]下面結合具體的實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
[0038]實施例1
本實施例提供了一種表面鍍金的復合金屬粉體制備方法，包括如下步驟：
S1.將純度為99.99%的純鎳原料置于坩堝內進行電磁感應加熱熔煉，待其溫度比純鎳原料的熔點高出300℃后沿導流管流出，在霧化壓力為6MPa的條件下采用純度為99.999%的氦氣進行沖擊，使其破碎成細小液滴，并經球化、冷凝形成第一微米鎳粉。
[0039]S2.將步驟S1制備的第一微米鎳粉置于超聲振動篩內進行分級，取300目篩下金屬粉末即為第二微米鎳粉。
[0040]S3.將100g第二微米鎳粉加入到1L濃度為0.01mol/L的氫氧化鈉溶液中攪拌10min，進行堿化處理，然后再一次性傾倒加入150 mL濃度為25g/L的氯金酸溶液，待混合10min后，再以20mL/min的速度滴加20 mL質量分數(shù)為10%的葡萄糖溶液，同時添加氫氧化鈉溶液作為pH調節(jié)劑，將反應體系的pH值控制為10，反應后得到第三微米鎳粉。
[0041]S4.將步驟S3得到的第三微米鎳粉進行固液分離，并用去離子水洗滌三次，干燥后即可獲得表面鍍金的復合鎳粉。
[0042]本實施例制得的表面鍍金的復合鎳粉的SEM圖如圖1所示。由圖1可知，所得表面鍍金的復合鎳粉的球形度和分散性好，顆粒粒徑約為15~50μm，粉體金含量為1.78%。
[0043]實施例2~3
實施例2~3分別提供了一種表面鍍金的復合金屬粉體制備方法，與實施例1相比，不同之處在于改變了步驟S1中使用的純金屬原料。實施例2中將純度為99.99%的純鎳原料改為純度為99.99%的純銀原料，實施例3中將純度為99.99%的純銀原料改為純度為99.99%的純銅原料，其他步驟與實施例1大致相同，在此不再贅述。
[0044]實施例2和實施例3分別制備的表面鍍金的復合銀粉和表面鍍金的復合銅粉的外觀形貌、顆粒尺寸與實施例1類似，表明本發(fā)明提供的方法能夠對不同種類的金屬基體粉末進行表面鍍金，適用范圍較廣。
[0045]實施例4~5
實施例4~5分別提供了一種表面鍍金的復合金屬粉體制備方法，與實施例1相比，不同之處在于改變了步驟S3中堿化處理時使用的氫氧化鈉溶液的濃度。實施例4中將濃度為0.01mol/L的氫氧化鈉溶液改為濃度為0.005mol/L的氫氧化鈉溶液，實施例5中將濃度為0.01mol/L的氫氧化鈉溶液改為濃度為0.015mol/L的氫氧化鈉溶液，其他步驟與實施例1大致相同，在此不再贅述。
[0046]實施例4和實施例5所制備表面鍍金的復合鎳粉的微觀形貌分別如圖2、如3所示，粉體金含量分別為1.76%和1.85%，顆粒尺寸與實施例1所制備的粉體基本一致。由此可見，當堿液濃度在0.005~0.015mol/L范圍內變化時，均能實現(xiàn)金在基底鎳粉表面的還原鍍覆效果。
[0047]對比例1
本對比例提供了一種表面鍍金的復合金屬粉體制備方法，與實施例1相比，不同之處在于，步驟S3中，未對第二微米鎳粉進行堿化處理，而是將第二微米鎳粉直接加入到25g/L的氯金酸溶液中，其他步驟與實施例1大致相同，在此不再贅述。
[0048]本對比例所制得復合金屬粉體的微觀形貌如圖4所示。由圖可知，由于未先將第二微米鎳粉加入氫氧化鈉溶液中進行處理，鎳粉表面未得到堿化，致使反應體系中單獨生成了微米金顆粒，其以摻雜或吸附的形式出現(xiàn)在基底鎳粉顆粒中，導致未實現(xiàn)金對第二微米鎳粉表面的有效涂覆。
[0049]對比例2
本對比例提供了一種表面鍍金的復合金屬粉體制備方法，與實施例1相比，不同之處在于，步驟S3中，未添加pH調節(jié)劑對反應的pH值進行調節(jié)，其他步驟與實施例1大致相同，在此不再贅述。
[0050]本對比例所制得復合金屬粉體的微觀形貌如圖5所示。由圖可知，由于葡萄糖的醛基具有較強的還原性，未對反應體系的pH值進行調控將導致金被還原成單獨微米球形顆粒存在于溶液中，進而影響了鎳粉表面金的鍍覆效果。
[0051]對比例3
本對比例提供了一種表面鍍金的復合金屬粉體制備方法，與實施例1相比，不同之處在于，步驟S3中，調換了氯金酸溶液與葡萄糖溶液的加入順序，即先加入葡萄糖溶液，再加入氯金酸溶液，其他步驟與實施例1大致相同，在此不再贅述。
[0052]本對比例所制得復合金屬粉體單顆粒表面形態(tài)如圖6所示。由圖6可知，先在氫氧化鈉溶液中加入葡萄糖，不僅會降低反應過程中氯金酸的穩(wěn)定性，而且底液中的葡萄糖將顯著提高金的還原速度，進而影響鎳粉表面的金鍍層的均勻性和致密度。
[0053]綜上所述，本發(fā)明通過氣霧化制粉工藝和液相化學鍍覆技術相結合，制備出粒徑約15~50μm的金包銀、金包鎳、金包銅、金包鋁等復合金屬粉體材料，可廣泛應用于制備半導體封裝、柔性電路、傳感器、厚膜混合電路等所用的導電填料，該復合金屬粉體材料中厚度不到1μm的金涂層可顯著提高金屬基體材料的導電性，并可有效防止金屬基體粉末的氧化，從而提高粉體產品的穩(wěn)定性，而且由于鍍覆層金含量很低，使得導電漿料的成本相較單獨使用金粉時明顯降低。另一方面，本發(fā)明通過控制金屬液過熱度、霧化氣體種類及壓力等工藝條件在保證金屬基體粉末分散性和球形度的基礎上可進一步提高細粉產品收率，此外通過協(xié)同控制液相化學鍍中各成分的添加方式、添加順序、濃度及溶液pH可有效防止反應體系中單獨生成微米金顆粒，進而保證金屬基體顆粒表面形成均勻、致密的金包覆層。
[0054]以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發(fā)明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術方案的精神和范圍。
說明書附圖(6)
聲明：
“表面鍍金的復合金屬粉體及其制備方法” 該技術專利(論文)所有權利歸屬于技術(論文)所有人。僅供學習研究，如用于商業(yè)用途，請聯(lián)系該技術所有人。
我是此專利(論文)的發(fā)明人(作者)
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編輯：中冶有色技術網
來源：長春黃金研究院有限公司
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2024年12月27日 ~ 29日 
