技術領域
本發明一般地涉及金屬復合粉末及其生產方法。更具體地,本發明涉及用于導電糊料等的金屬復合粉末及其生產方法。
現有技術說明
通常來說,為了通過印刷方法等形成電極和電子部件的電線,使用通過在導電金屬粉末,例如銀或銅粉末中混合溶劑、樹脂和分散劑等生產的導電糊料。
但是,銀粉末是昂貴的,因為它是貴金屬粉末,盡管其作為良好的導電材料具有非常低的體積電阻率。另一方面,相比于銀粉末,銅粉末由于其易于氧化而具有較差的儲存穩定性(可靠性),盡管其作為良好的導電材料具有低體積電阻率。
為了解決這些問題,提出了將銀涂覆的銅粉末(其中,銅粉末的表面涂覆了銀)作為用于導電糊料的金屬粉末(參見例如,日本專利申請公開號2010-174311和2010-077495)。
但是,在日本專利申請公開號2010-174311和2010-077495所揭示的銀涂覆的銅粉末中,如果銅的一部分表面沒有被銀涂覆到,則從該部分開始氧化,從而其儲存穩定性(可靠性)是不足的。具體來說,由于氧容易在顆粒邊界中進行擴散,從而氧沿著銅的顆粒邊界的擴散(顆粒邊緣擴散)使得從銅的顆粒邊界開始發生氧化。
技術實現要素:
因此,本發明的一個目的是消除上述問題并提供金屬復合粉末,其含有銅和銀,并且能夠通過防止從其表面和銅的顆粒邊界發生的氧化來改善其儲存穩定性(可靠性),本發明的另一個目的是其生產方法。
為了實現上述目的和其他目的,本發明的發明人不懈地研究并發現可以生產一種金屬復合粉末,其能夠通過如下方式防止從其表面和銅的顆粒邊界發生的氧化來改善其儲存穩定性(可靠性):如果將銀涂覆的銅粉末(其中,銅粉末的表面涂覆了銀)噴霧到熱等離子體的尾焰區域,引起銅粉末表面上的銀在銅粉末內側上的銅顆粒邊界中擴散,之后使得銅粉末的表面被銀涂覆。藉此,本發明人得到了本發明。
根據本發明,提供了一種用于生產金屬復合粉末的方法,該方法包括如下步驟:制備銀涂覆的銅粉末,其中,銅粉末的表面涂覆有銀;將銀涂覆的銅粉末噴霧到熱等離子體的尾焰區域中,引起銅粉末表面上的銀在銅粉末內側上的銅的顆粒邊界中擴散,之后使得銅粉末的表面被銀涂覆。
在用于生產金屬復合粉末的該方法中,熱等離子體的尾焰區域的溫度優選為2000-5000K。優選通過霧化生產銅粉末。銅粉末的平均顆粒直徑優選為0.1-100um。相對于銀涂覆的銅粉末,銀含量優選大于或等于5重量%。
根據本發明,提供了一種金屬復合粉末,其包含:銅粉末;以及銀,所述銀在銅粉末的內側上的銅的顆粒邊界中擴散,并且涂覆了銅粉末的表面。
在該金屬復合粉末中,銅粉末的平均顆粒直徑優選為0.1-100um。相對于金屬復合粉末,銀含量優選大于或等于5重量%。在金屬復合粉末的橫截面上,被銀占據的面積百分比優選為3-20%。
在說明書全文中,術語“銅粉末的平均顆粒直徑”指的是對應于50%的銅粉末的累積分布積累的顆粒直徑(D50直徑),其是通過激光衍射粒度分析儀測得的。
根據本發明,可以提供一種金屬復合粉末,其含有銅和銀,并且能夠通過防止從其表面和銅的顆粒邊界發生的氧化來改善其儲存穩定性(可靠性),本發明還可以提供其生產方法。
附圖說明
通過以下詳細描述和本發明優選實施方式的附圖,可以更全面的理解本發明。但是,附圖并不旨在暗示將本發明限制到具體實施方式,而僅僅是進行解釋和理解。
在附圖中:
圖1是通過觀察銀涂覆的銅粉末的橫截面獲得的BE(背散射電子)模式的組成圖像(COMPO圖像),其是通過場發射掃描電子顯微鏡(FE-SEM)在比較例1中獲得的;
圖2是通過觀察金屬復合粉末的橫截面獲得的COMPO圖像,其是通過FE-SEM的方式在比較例2中獲得的;
圖3是通過觀察金屬復合粉末的橫截面獲得的映像圖像,其是通過能量色散X射線光譜儀(EDS)和場發射俄歇電子能譜儀(FE-AES)的方式在比較例2中獲得的;
圖4是通過觀察金屬復合粉末的橫截面獲得的COMPO圖像,其是通過FE-SEM的方式在比較例3中獲得的;
圖5是通過觀察金屬復合粉末的橫截面獲得的COMPO圖像,其是通過FE-SEM的方式在實施例1中獲得的;
圖6是通過觀察金屬復合粉末的橫截面獲得的銀映像圖像,其是通過FE-SEM的方式在實施例1中獲得的;
圖7是通過觀察金屬復合粉末的橫截面獲得的銅映像圖像,其是通過FE-SEM的方式在實施例1中獲得的;
圖8是通過觀察金屬復合粉末的橫截面獲得的COMPO圖像,其是通過FE-SEM的方式在實施例2中獲得的;
圖9是通過觀察金屬復合粉末的橫截面獲得的銀映像圖像,其是通過FE-SEM的方式在實施例2中獲得的;
圖10是通過觀察金屬復合粉末的橫截面獲得的銅映像圖像,其是通過FE-SEM的方式在實施例2中獲得的;
圖11顯示比較例1獲得的銀涂覆的銅粉末的TG-DTA中的測量結果圖;
圖12顯示比較例2獲得的金屬復合粉末的TG-DTA中的測量結果圖;
圖13顯示比較例3獲得的金屬復合粉末的TG-DTA中的測量結果圖;
圖14顯示實施例1獲得的金屬復合粉末的TG-DTA中的測量結果圖;
圖15顯示實施例2獲得的金屬復合粉末的TG-DTA中的測量結果圖;以及
圖16顯示比較例4獲得的銀涂覆的銅粉末的TG-DTA中的測量結果圖。
優選實施方式的說明
在根據本發明的用于生產金屬復合粉末的方法的優選實施方式中,將銀涂覆的銅粉末(其中,銅粉末的表面涂覆有銀)噴霧到熱等離子體的尾焰區域中,引起銅粉末表面上的銀在銅粉末內側上的銅的顆粒邊界中擴散,之后使得銅粉末被銀涂覆。
雖然用作原材料的銅粉末可以通過濕還原法、電解法或者氣相法等進行生產,但是優選通過所謂的霧化方法(例如,氣體霧化法或者水霧化法)進行生產,通過使得銅快速冷卻和凝固產生細粉末,這是通過使得高壓氣體或者高壓水與熔融銅碰撞從而在不低于其熔化溫度的溫度下熔化,同時使其從漏斗的下部滴落。具體來說,如果通過所謂的水霧化方法噴灑高壓水來產生銅粉末,可以獲得具有小的顆粒直徑的銅粉末,從而可以改善導電性糊料的導電率,這是由于當銅粉末用于制備導電糊料時,增加了銅粉末顆粒之間的接觸點數量所導致的。
銅粉末的平均顆粒直徑優選為0.1-100um,更優選為0.5-20um,以及最優選為1-10um。如果銅粉末的平均顆粒直徑小于0.1um,則由于其對于銀涂覆的銅粉末的導電性具有不良影響,從而不是優選的。另一方面,如果銅粉末的平均顆粒直徑超過100um,則由于其難以形成細電線從而不是優選的。
作為用銀涂覆銅粉末的方法,可以使用如下方法:通過采用取代反應用銀取代銅的取代方法或者通過采用還原劑的還原方法,將銀沉積到銅粉末的表面上。例如,可以使用如下方法將銀沉積到銅粉末的表面上,同時攪拌在溶劑中含有銅粉末和銀離子的溶液,或者如下方法將銀沉積到銅粉末的表面上,同時攪動在溶劑中含有銅粉末和有機物質的溶液以及在溶劑中含有銀離子和有機物質的溶液的混合溶液。
作為溶劑,可使用水、有機溶劑或其混合溶劑。如果使用通過混合水和有機溶劑制備的溶劑,則需要使用在室溫(20-30℃)為液體的有機溶劑,以及水與有機溶劑的混合比可以根據所使用的有機溶劑進行適當調節。當水用作溶劑時,可以使用蒸餾水、離子交換水或者工業用水等,除非可能存在其中混合了雜質的情況。
作為銀的原材料,優選使用相對于水和許多有機溶劑具有高溶解度的硝酸銀,因為需要使得在溶液中存在銀離子。為了盡可能均勻地進行用銀涂覆銅粉末的反應(銀涂覆反應),優選使用通過在溶劑(水、有機溶劑或其混合溶劑)中溶解硝酸銀制備的硝酸銀溶液,而不是固體硝酸銀。可以根據目標含銀層的量來決定硝酸銀溶液的用量,硝酸銀溶液中硝酸銀的濃度,以及有機溶劑的量。
為了更均勻地形成銀,可以向溶液添加螯合劑。作為螯合劑,優選使用相對于銅離子等具有高絡合穩定常數的螯合劑,從而防止銅離子等的再沉淀,這是通過銀離子取代金屬銅的取代反應的副產物形成的。具體地,優選根據相對于銅的絡合穩定常數來選擇螯合劑,因為作為銀涂覆的銅粉末的芯的銅粉末含有銅作為主要組成元素。具體地,作為螯合劑,可以使用選自下組的螯合劑:乙二胺四乙酸(EDTA)、亞氨基二乙酸、二亞乙基三胺、三亞乙基二胺,及其鹽。
為了穩定且安全地進行銀涂覆反應,可以向溶液添加pH緩沖劑。作為pH緩沖劑,可以使用碳酸銨、碳酸氫銨、氨水或者碳酸氫鈉等。
當進行銀涂覆反應時,優選通過對溶液進行攪拌向其中充分分散了銅粉末的溶液中添加含有銀鹽的溶液,這是在其中放入了銅粉末之后且在向其中添加銀鹽之前。銀涂覆反應中的反應溫度可以是不引起反應溶液凝固或蒸發的溫度。反應溫度優選設定為10-40℃,更優選為15-35℃。反應時間可設定為1分鐘至5小時,但是這可以根據銀涂覆的量以及反應溫度發生變化。
相對于銀涂覆銅粉末的銀含量(涂覆量)優選大于或等于5重量%,更優選7-50重量%,更優選8-40重量%,以及最優選9-20重量%。如果銀含量小于5重量%,則由于其對于銀涂覆的銅粉末的導電性具有不良影響,從而不是優選的。另一方面,如果銀含量超過50重量%,則由于增加了銀的用量導致其高成本從而不是優選的。
將由此得到的銀涂覆的銅粉末噴霧到熱等離子體的尾焰區域中,進行熱處理,使得銅粉末的表面上的銀在銅粉末內側上的銅的顆粒邊界中進行擴散。由于等離子體火焰使用清潔氣體,不可能存在粘附到噴霧進入熱等離子體的尾焰中的銀涂覆的銅粉末上的雜質。通過熱等離子體的尾焰區域對銀涂覆的銅粉末加熱的時間段是短時間段,從而可以防止銀涂覆的銅粉末的團聚。
在采用熱等離子體,通過將原材料直接進料到等離子體火焰中生產超細顆粒(納米顆粒)的典型方法中,原材料在等離子體火焰不低于10000℃的高溫區域中被瞬間加熱至數千攝氏度,被分解成原子和/或原子團(radical),在下游低溫區域中,快速冷卻至約1000℃,在該溫度發生均勻成核,合成超細顆粒。但是,在根據本發明的用于生產金屬復合粉末的方法的優選實施方式中,將銀涂覆的銅粉末進料到溫度為2000-5000K的等離子體尾焰區域中,從而當使得銀涂覆的銅粉末在非常短的時間段內通過等離子體尾焰區域的同時,銀(其熔點低于銅的熔點)熔化發生擴散。因此,可以使得銅粉末的表面上的銀在銅粉末的內側上的銅的顆粒邊界中擴散,同時在一定程度上維持作為銀涂覆的銅粉末的芯的銅粉末的形狀。此外,優選使得銅粉末的表面上的銀在銅粉末內側上的銅的顆粒邊界擴散至距離銅粉末表面大于或等于1/3的銅粉末的顆粒直徑,更優選地,使得銅粉末的表面上的銀在銅粉末的內側上的銅的整個顆粒邊界中擴散。
可以通過熱等離子體設備的方式進行將銀涂覆的銅粉末噴霧到熱等離子體的尾焰區域中。為了通過熱等離子體設備的方式將銀涂覆的銅粉末進料到溫度為2000-5000K的熱等離子體的尾焰區域中,等離子體設備的輸出優選為2-10kW,更優選為4-8kW,以及最優選為5-7kW。用于等離子體的氬氣的流量優選為5-40L/分鐘,以及更優選為15-25L/分鐘。用于供給銀涂覆的銅粉末的氮氣載氣的流量優選為0-3L/分鐘,以及更優選為0-0.5L/分鐘。設備中的壓力優選為0-100kPa,以及更優選為50-100kPa。待供給的銀涂覆的銅粉末的量優選為0.1-400g/分鐘,以及更優選為100-400g/分鐘。
在由此使得銅粉末表面上的銀在銅粉末的內側上的銅的顆粒邊界中擴散之后,(獲得的金屬復合粉末的)表面(至少是銅粉末的暴露表面)被銀涂覆。作為用銀涂覆表面的方法,可以使用與上文所述用銀涂覆銅粉末的表面相同的方法。
在上文所述的根據本發明用于生產金屬復合粉末的方法的優選實施方式中,可以生產如下金屬復合粉末,其中,銀在銅粉末的內側上的銅的顆粒邊界中擴散,以及其中,其表面被銀涂覆。相對于金屬復合粉末的銀含量可以大于或等于5重量%(優選7-50重量%,更優選8-40重量%,以及最優選9-20重量%)。在金屬復合粉末的橫截面上,被銀占據的面積百分比可以是3-20%(優選8-20%)。
在顆粒邊界中,晶體的排列陷入無序,并且氧容易擴散,從而氧沿著銅的顆粒邊界的擴散(顆粒邊緣擴散)使得從銅的顆粒邊界開始發生氧化。但是,在根據本發明的金屬復合粉末中,使得銀在銅粉末內側上的銅的顆粒邊界中擴散,填充在銅粉末內側上的銅的顆粒邊界中,之后,銅粉末的表面被銀涂覆。因此,可以抑制來自銅的顆粒邊界及其表面的氧化,從而可以提供具有高的抗氧化性的金屬復合粉末。
除此之外,通過上文所述的根據本發明的用于生產金屬復合粉末的方法的優選實施方式生產的金屬復合粉末(金屬復合粉末,其表面涂覆有銀)可以被添加到銀支撐溶液中,例如氰化銀鉀溶液,使得在金屬復合粉末的表面上支撐銀。如果由此在金屬復合粉末的表面上支撐銀,則即使銅粉末在金屬復合粉末的一部分表面上發生暴露(金屬復合粉末,其表面涂覆有銀),銅粉末的暴露部分(其沒有涂覆銀)也可以被銀涂覆,從而可以提供具有更高抗氧化性的金屬復合粉末。
下面將詳細描述根據本發明的金屬復合粉末及其生產方法的實施例。
比較例1
通過霧化生產制備市售可得的銅粉末(通過日本霧化金屬粉末公司(Nippon Atomized Metal Powders Corporation)生產的球形霧化銅粉末,銅粉末的純度為99.9重量%,平均顆粒直徑為5um)。
還通過如下方式制備溶液(溶液1):將2.6kg的碳酸銨溶解在450kg的純水中,以及通過如下方式獲得溶液(溶液2):將含有16.904kg的銀的92kg的水性硝酸銀溶液添加到通過將319kg的EDTA-4Na(43%)和76kg的碳酸銨溶解在284kg的純水中獲得的溶液中。
然后在氮氣氣氛中,將100kg的上文所述的銅粉末添加到溶液1中,攪拌溶液的同時將溶液的溫度提升到35℃。然后,將溶液2添加到其中分散有含銅粉末的溶液中,攪拌30分鐘。
之后,用離子交換水清洗通過過濾獲得的固體內含物,直到獲得透明濾液,然后,經清洗的固體內含物在70℃真空干燥以獲得涂覆有銀的銅粉末(銀涂覆的銅粉末)。
通過橫截面拋光器(CP)產生由此獲得的銀涂覆的銅粉末的橫截面之后,通過場發射掃描電子顯微鏡(FE-SEM)的方式對橫截面進行觀察。如圖1所示是該觀察中的銀涂覆的銅粉末的橫截面的BE模式的組成圖像(COMPO圖像)。在該COMPO圖像中,由于原子量較大的亮度更亮,所以銀看上去比銅更亮,從而亮度中相對較亮的部分對應于銀,其較暗的部分對應于銅。從COMPO圖像可以看出,在該比較例獲得的銀涂覆的銅粉末中,銅粉末被銀涂覆。除此之外,在作為銀涂覆的銅粉末的芯的銅粉末的內側觀察到的黑線顯示出銅的顆粒邊界。
然后,使用熱重差熱分析儀(TG-DTA設備)(理學株式會社(Rigaku Co.,Ltd.)生產的Thermo Plus EVO2 TG-8120)對40mg的銀涂覆的銅粉末進行TG-DTA測量,這是從獲得的銀涂覆的銅粉末分發出來的,通過將其溫度以10℃/分鐘的速率從室溫(25℃)提升到400℃,同時使得空氣以200mL/分鐘的流量在其中流動。其測量結果如圖11所示。基于在該測量中以200℃、250℃、300℃、350℃和400℃的溫度獲得的各個銀涂覆的銅粉末重量與加熱之前的銀涂覆的銅粉末的重量之差相對于加熱之前的銀涂覆的銅粉末的重量所獲得的重量增加率(%),通過評估銀涂覆的銅粉末在空氣中的(相對于氧化的)高溫穩定性,來評估銀涂覆的銅粉末的儲存穩定性(可靠性),假定加熱得到的所有重量增加都是銀涂覆的銅粉末的氧化得到的重量增加。作為結果,在200℃、250℃、300℃、350℃和400℃的重量增加率分別是0.16%、0.46%、1.27%、3.80%和6.54%。在該比較例獲得的銀涂覆的銅粉末的TG-DTA測量中,出現放熱峰值(由于氧化導致的重量增加)。
使用圖1所示的銀涂覆的銅粉末的橫截面COMPO圖像以及顆粒分析軟件(尖端系統有限公司(SYSTEM IN FRONTIER INC.)生產的區域參謀軟件(Region Adviser))對該比較例中的銀涂覆的銅粉末的橫截面進行圖像分析。在該圖像分析中,在進行了COMPO圖像的數據平滑之后,將其對比度設定為100,并將其亮度控制在自動對比度/亮度控制部分(ACB)中的60-100,通過區域分割,以柱狀系統進行二元編碼處理(一種用于基于柱狀圖趨勢,構建圖像的亮度值的柱狀圖,以使得圖像二元化)。作為結果,銀相對于銀涂覆的銅粉末的整個橫截面積的百分比(橫截面上的銀量)是3.85%,這小于銀含量(11.06%)。此外,通過如下方式獲得該比較例中的銀涂覆的銅粉末中的銀含量。首先,將5.0g的銀涂覆的銅粉末添加到40mL的硝酸水性溶液中(所述硝酸水性溶液是通過以1:1的體積比,用純水稀釋比重為1.38的硝酸水性溶液制備的),用加熱器煮沸溶液,使得銀涂覆的銅粉末完全溶解在其中。之后,將鹽酸水性溶液(通過以1:1的體積比,用純水稀釋比重為1.18的鹽酸水性溶液制備)逐滴添加到上文所述的(銀涂覆的銅粉末完全溶解于其中的)水性溶液中,使得氯化銀沉積,并且添加鹽酸水性溶液直到不再產生氯化銀的沉淀。由獲得的氯化銀的重量計算銀含量,從而獲得銀涂覆的銅粉末中的銀含量。
比較例2
將比較例1中獲得的銀涂覆的銅粉末噴霧到通過熱等離子體設備(JEOL有限公司生產的納米顆粒合成實驗設備)的方式的熱等離子體的尾焰區域中,進行熱處理獲得金屬復合粉末。該等離子體尾焰區域是紫色的,從而可以確定其溫度是3000-5000K。在該過程中,熱等離子體設備的輸出是6kW。用于等離子體的氬氣的流量為20L/分鐘,以及用于供給銀涂覆的銅粉末的氮氣載氣的流量為2L/分鐘。設備中的壓力是50kPa,供給的銀涂覆的銅粉末的量是2.5g/分鐘。
通過橫截面拋光器(CP)產生由此獲得的金屬復合粉末的橫截面之后,通過場發射掃描電子顯微鏡(FE-SEM)的方式對橫截面進行觀察。該觀察中的金屬復合粉末的橫截面的COMPO圖像如圖2所示。從該COMPO圖像可以看出,在該比較例獲得的金屬復合粉末中,引起了銀在銅的顆粒邊界中發生擴散,但是銅粉末的表面沒有被銀涂覆。
然后通過能量色散X射線光譜儀(EDS)和場發射俄歇電子能譜儀(FE-AES)的方式,對該比較例中獲得的金屬復合粉末的橫截面進行觀察。該觀察中的金屬復合粉末的橫截面的映像圖像如圖3所示。從該映像圖像也可以看出,引起了銀在銅的顆粒邊界之間發生擴散。
對于獲得的金屬復合粉末,通過與比較例1相同的方法進行TG-DTA測量。其測量結果如圖12所示。基于在該測量中以200℃、250℃、300℃、350℃和400℃的溫度獲得的各個金屬復合粉末重量與加熱之前的金屬復合粉末的重量之差相對于加熱之前的金屬復合粉末的重量所獲得的重量增加率(%),通過評估金屬復合粉末在空氣中的(相對于氧化的)高溫穩定性,來評估金屬復合粉末的儲存穩定性(可靠性),假定加熱得到的所有重量增加都是金屬復合粉末的氧化得到的重量增加。作為結果,在200℃、250℃、300℃、350℃和400℃的重量增加率分別是0.42%、0.73%、1.38%、2.44%和3.99%。從這些結果可以看出,改善了金屬復合粉末在空氣中(相對于氧化)的高溫穩定性,從而改善了金屬復合粉末的儲存穩定性(可靠性),因為在該比較例中獲得的金屬復合粉末在高溫下的重量增加率小于比較例1中獲得的銀涂覆的銅粉末的情況。此外,在該比較例獲得的金屬復合粉末的TG-DTA測量中,沒有出現放熱峰值(由于氧化導致的重量增加)。
使用圖2所示的金屬復合粉末的橫截面COMPO圖像以及顆粒分析軟件(尖端系統有限公司(SYSTEM IN FRONTIER INC.)生產的區域參謀軟件(Region Adviser))對該比較例中的金屬復合粉末的橫截面進行圖像分析。作為結果,銀相對于金屬復合粉末的整個橫截面積的百分比(橫截面上的銀量)是12.00%,這大于銀含量(10.92%)。此外,通過如下方式獲得該比較例中的金屬復合粉末中的銀含量。首先,將0.5g的金屬復合粉末添加到5mL的硝酸水性溶液中(所述硝酸水性溶液是通過以1:1的體積比,用純水稀釋比重為1.38的硝酸水性溶液制備的),用加熱器煮沸溶液,使得金屬復合粉末完全溶解在其中。之后,通過過濾獲得的濾液通過向其添加純水來獲得恒定體積,通過電感耦合等離子體(ICP)發射分光光度分析儀(熱科學公司(Thermo Scientific)生產的iCAP 6300)的方式定量分析獲得金屬復合粉末中的銀含量。
比較例3
通過與比較例2相同的方法獲得金屬復合粉末,不同之處在于,熱等離子體設備的輸出為2kW(在該情況下,等離子體尾焰是綠色的,從而可以確定等離子體尾焰的溫度是比3000-5000K低的溫度(2000-4000K),所述3000-5000K的溫度是當熱等離子體設備的輸出為6kW時的溫度)。然后,通過橫截面拋光器(CP)產生獲得的金屬復合粉末的橫截面,通過場發射掃描電子顯微鏡(FE-SEM)的方式對橫截面進行觀察。該觀察中的金屬復合粉末的橫截面的COMPO圖像如圖4所示。從該COMPO圖像可以看出,在該比較例獲得的金屬復合粉末中,引起了銀在銅粉末的內側上的銅的部分顆粒邊界中發生擴散。
對于獲得的金屬復合粉末,通過與比較例1相同的方法進行TG-DTA測量。其測量結果如圖13所示。基于在該測量中以200℃、250℃、300℃、350℃和400℃的溫度獲得的各個金屬復合粉末重量與加熱之前的金屬復合粉末的重量之差相對于加熱之前的金屬復合粉末的重量所獲得的重量增加率(%),通過評估金屬復合粉末在空氣中的(相對于氧化的)高溫穩定性,來評估金屬復合粉末的儲存穩定性(可靠性),假定加熱得到的所有重量增加都是金屬復合粉末的氧化得到的重量增加。作為結果,在200℃、250℃、300℃、350℃和400℃的重量增加率分別是0.19%、0.42%、1.24%、3.86%和6.52%。從這些結果可以看出,相比于比較例1中獲得的銀涂覆的銅粉末的情況,該比較例中獲得的金屬復合粉末的儲存穩定性(可靠性)沒有大的改變。此外,在該比較例獲得的金屬復合粉末的TG-DTA測量中,出現放熱峰值(由于氧化導致的重量增加)。
使用圖4所示的金屬復合粉末的橫截面COMPO圖像以及顆粒分析軟件(尖端系統有限公司(SYSTEM IN FRONTIER INC.)生產的區域參謀軟件(Region Adviser))對該比較例中的金屬復合粉末的橫截面進行圖像分析。作為結果,銀相對于金屬復合粉末的整個橫截面積的百分比(橫截面上的銀量)是11.56%,這大于銀含量(10.90%)(這是通過與比較例2相同的方法獲得的)。
實施例1
通過如下方式制備溶液(溶液1):將21.00g的EDTA-4Na(43%)和5.00g的碳酸銨溶解在32.40g的純水中,以及通過如下方式獲得溶液(溶液2):將含有1.11g的銀的3.45g的水性硝酸銀溶液添加到通過將21.00g的EDTA-4Na(43%)和5.00g的碳酸銨溶解在32.40g的純水中獲得的溶液中。
然后在氮氣氣氛中,將10.00g的比較例2中獲得的金屬復合粉末添加到溶液1中,攪拌溶液的同時將溶液的溫度提升到35℃。然后,將溶液2添加到其中分散有銅粉末的溶液中,攪拌30分鐘。
之后,用離子交換水清洗通過過濾獲得的固體內含物,直到獲得透明濾液,然后,經清洗的固體內含物在70℃真空干燥以獲得涂覆有銀的金屬復合粉末。
通過橫截面拋光器(CP)產生由此獲得的金屬復合粉末的橫截面之后,通過場發射掃描電子顯微鏡(FE-SEM)的方式對橫截面進行觀察。該觀察中的金屬復合粉末的橫截面的COMPO圖像如圖5所示。從該COMPO圖像可以看出,在該實施例獲得的金屬復合粉末中,引起了銀在銅粉末的內側上的銅的顆粒邊界中發生擴散,同時銅粉末的表面被銀涂覆。
然后通過能量色散X射線光譜儀(EDS)和場發射俄歇電子能譜儀(FE-AES)的方式,對該實施例中獲得的金屬復合粉末的橫截面進行觀察。該觀察中的金屬復合粉末的橫截面的銀映像圖像如圖6所示,以及其銅映像圖像如圖7所示。從這些映像圖像也可以看出,引起了銀在銅粉末的內側上的銅的顆粒邊界中發生擴散,同時銅粉末的表面被銀涂覆。
對于獲得的金屬復合粉末,通過與比較例1相同的方法進行TG-DTA測量。其測量結果如圖14所示。基于在該測量中以200℃、250℃、300℃、350℃和400℃的溫度獲得的各個金屬復合粉末重量與加熱之前的金屬復合粉末的重量之差相對于加熱之前的金屬復合粉末的重量所獲得的重量增加率(%),通過評估金屬復合粉末在空氣中的(相對于氧化的)高溫穩定性,來評估金屬復合粉末的儲存穩定性(可靠性),假定加熱得到的所有重量增加都是金屬復合粉末的氧化得到的重量增加。作為結果,在200℃、250℃、300℃、350℃和400℃的重量增加率分別是0.15%、0.43%、0.85%、1.78%和3.51%。從這些結果可以看出,改善了金屬復合粉末在空氣中(相對于氧化)的高溫穩定性,從而改善了金屬復合粉末的儲存穩定性(可靠性),因為在該實施例中獲得的金屬復合粉末在高溫下的重量增加率小于比較例1中獲得的銀涂覆的銅粉末以及比較例2和3中獲得的金屬復合粉末的情況。此外,在該實施例獲得的金屬復合粉末的TG-DTA測量中,沒有出現放熱峰值(由于氧化導致的重量增加)。
使用圖5所示的金屬復合粉末的橫截面COMPO圖像以及顆粒分析軟件(尖端系統有限公司(SYSTEM IN FRONTIER INC.)生產的區域參謀軟件(Region Adviser))對該實施例中的金屬復合粉末的橫截面進行圖像分析。作為結果,銀相對于金屬復合粉末的整個橫截面積的百分比(橫截面上的銀量)是15.05%,這小于銀含量(22.72%)(這是通過與比較例2相同的方法獲得的)。
實施例2
通過與實施例1相同的方法獲得涂覆有銀的金屬復合粉末,不同之處在于,用比較例3中獲得的金屬復合粉末取代比較例2中獲得的金屬復合粉末。
通過橫截面拋光器(CP)產生由此獲得的金屬復合粉末的橫截面之后,通過場發射掃描電子顯微鏡(FE-SEM)的方式對橫截面進行觀察。該觀察中的金屬復合粉末的橫截面的COMPO圖像如圖8所示。從該COMPO圖像可以看出,在該實施例獲得的金屬復合粉末中,引起了銀在銅粉末的內側上的銅的部分顆粒邊界中發生擴散,同時銅粉末的表面被銀涂覆。
然后通過能量色散X射線光譜儀(EDS)和場發射俄歇電子能譜儀(FE-AES)的方式,對該實施例中獲得的金屬復合粉末的橫截面進行觀察。該觀察中的金屬復合粉末的橫截面的銀映像圖像如圖9所示,以及其銅映像圖像如圖10所示。從這些映像圖像也可以看出,引起了銀在銅粉末的內側上的銅的部分顆粒邊界中發生擴散,同時銅粉末的表面被銀涂覆。
對于獲得的金屬復合粉末,通過與比較例1相同的方法進行TG-DTA測量。其測量結果如圖15所示。基于在該測量中以200℃、250℃、300℃、350℃和400℃的溫度獲得的各個金屬復合粉末重量與加熱之前的金屬復合粉末的重量之差相對于加熱之前的金屬復合粉末的重量所獲得的重量增加率(%),通過評估金屬復合粉末在空氣中的(相對于氧化的)高溫穩定性,來評估金屬復合粉末的儲存穩定性(可靠性),假定加熱得到的所有重量增加都是金屬復合粉末的氧化得到的重量增加。作為結果,在200℃、250℃、300℃、350℃和400℃的重量增加率分別是0.07%、0.32%、1.09%、3.12%和5.53%。從這些結果可以看出,改善了金屬復合粉末在空氣中(相對于氧化)的高溫穩定性,從而改善了金屬復合粉末的儲存穩定性(可靠性),因為在該實施例中獲得的金屬復合粉末的重量增加率小于比較例1中獲得的銀涂覆的銅粉末以及比較例3中獲得的金屬復合粉末的情況。此外,在該實施例獲得的金屬復合粉末的TG-DTA測量中,出現放熱峰值(由于氧化導致的重量增加)。
使用圖8所示的金屬復合粉末的橫截面COMPO圖像以及顆粒分析軟件(尖端系統有限公司(SYSTEM IN FRONTIER INC.)生產的區域參謀軟件(Region Adviser))對該實施例中的金屬復合粉末的橫截面進行圖像分析。作為結果,銀相對于金屬復合粉末的整個橫截面積的百分比(橫截面上的銀量)是12.05%,這小于銀含量(19.84%)(這是通過與比較例2相同的方法獲得的)。
比較例4
通過如下方式制備溶液(溶液1):將112.61g的EDTA-4Na(43%)和9.10g的碳酸銨溶解在1440.89g的純水中,以及通過如下方式獲得溶液(溶液2):將含有82.1g的銀的255.68g的水性硝酸銀溶液添加到通過將1551.67g的EDTA-4Na(43%)和185.29g的碳酸銨溶解在407.95g的純水中獲得的溶液中。
然后在氮氣氣氛中,將350g的與比較例1相同的銅粉末添加到溶液1中,攪拌溶液的同時將溶液的溫度提升到35℃。然后,將溶液2添加到其中分散有銅粉末的溶液中,攪拌30分鐘。
之后,用離子交換水清洗通過過濾獲得的固體內含物,直到獲得透明濾液,然后,經清洗的固體內含物在70℃真空干燥以獲得涂覆有銀的銅粉末(銀涂覆的銅粉末)。
通過場發射掃描電子顯微鏡(FE-SEM)的方式,采用與比較例1相同的方法,對由此獲得的銀涂覆的銅粉末的橫截面進行觀察。從該觀察中的銀涂覆的銅粉末的橫截面的COMPO圖像發現,在該比較例中,在銀涂覆的銅粉末中,銅粉末被銀涂覆。
對于獲得的銀涂覆的銅粉末,通過與比較例1相同的方法進行TG-DTA測量。其測量結果如圖16所示。基于在該測量中以200℃、250℃、300℃、200℃和400℃的溫度獲得的各個銀涂覆的銅粉末重量與加熱之前的金屬銀涂覆的銅粉末的重量之差相對于加熱之前的銀涂覆的銅粉末的重量所獲得的重量增加率(%),通過評估銀涂覆的銅粉末在空氣中的(相對于氧化的)高溫穩定性,來評估銀涂覆的銅粉末的儲存穩定性(可靠性),假定加熱得到的所有重量增加都是銀涂覆的銅粉末的氧化得到的重量增加。作為結果,在200℃、250℃、300℃、350℃和400℃的重量增加率分別是0.08%、0.45%、1.17%、3.34%和5.81%。從這些結果可以看出,銀涂覆的銅粉末在空氣中(相對于氧化)的高溫穩定性比實施例1和2所獲得的金屬復合粉末差,從而銀涂覆的銅粉末的儲存穩定性(可靠性)比實施例1和2所獲得的金屬復合粉末差,因為在該比較例中獲得的銀涂覆的銅粉末在高溫下的重量增加率大于實施例1和2中獲得的金屬復合粉末的情況。
然后,通過與實施例1相同方法對該比較例的銀涂覆的銅粉末的橫截面進行圖像分析。作為結果,銀相對于銀涂覆的銅粉末的整個橫截面積的百分比(橫截面上的銀量)是7.73%,這小于銀含量(20.02%)(這是通過與比較例2相同的方法獲得的)。
雖然已經借助優選實施方式描述了本發明從而幫助更好地進行理解,但是應理解的是,可以以各種方式實施本發明而不背離本發明的原理。因此,應理解為本發明包括所有可能的實施方式和對所述實施方式的修改,這些實施方式和修改可在不偏離如所附權利要求所詳述的本發明的原理的情況下實施。