表面镀金的复合金属粉体及其制备方法

347 编辑：中冶有色技术网来源：长春黄金研究院有限公司

2024-10-24 15:23:42

权利要求

1.一种表面镀金的复合金属粉体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1.采用气雾化制粉工艺将纯金属原料制备成第一微米金属粉末;

S2.对步骤S1制备的第一微米金属粉末进行筛分处理，得到第二微米金属粉末;

S3.液相化学镀覆：将步骤S2得到的第二微米金属粉末加入碱液中进行碱化处理，然后再依次加入氯金酸溶液和葡萄糖溶液，在反应过程中加入pH调节剂将反应体系的pH值控制在8~12，充分反应后得到第三微米金属粉末;

S4.将步骤S3得到的第三微米金属粉末进行固液分离、洗涤和干燥，获得表面镀金的复合金属粉末。

2.根据权利要求1所述的表面镀金的复合金属粉体的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述氯金酸溶液的质量浓度为20g/L~50g/L，所述葡萄糖溶液的质量分数为10%~20%。

3.根据权利要求1所述的表面镀金的复合金属粉体的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述氯金酸溶液的加入方式为一次性倾倒，所述葡萄糖溶液的加入方式为滴加，滴加速度为10mL/min~50mL/min。

4.根据权利要求1所述的表面镀金的复合金属粉体的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述氯金酸溶液和葡萄糖溶液加入的时间间隔为5~15min。

5.根据权利要求1所述的表面镀金的复合金属粉体的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述碱液为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液;所述碱液的浓度为0.005~0.015mol/L。

6.根据权利要求1所述的表面镀金的复合金属粉体的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述气雾化制粉工艺包括如下步骤：

将纯金属原料置于坩埚内进行电磁感应加热熔炼，待其达到雾化温度后沿导流管流出，在预定的雾化压力和高纯惰性气流的冲击下破碎成细小液滴，并经球化、冷凝形成第一微米金属粉末。

7.根据权利要求6所述的表面镀金的复合金属粉体的制备方法，其特征在于，所述雾化温度比所述纯金属原料的熔点高出150℃~400℃，所述惰性气流是纯度为99.999%以上的氦气或氩气，所述雾化压力为4MPa~8MPa。

8.根据权利要求1所述的表面镀金的复合金属粉体的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述纯金属原料的纯度为99.99%以上，所述纯金属原料为银、铜、镍、铝中的任意一种。

9.根据权利要求1所述的表面镀金的复合金属粉体的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述筛分处理采用300目的超声振动筛。

10.一种表面镀金的复合金属粉体，其特征在于，采用权利要求1~9中任一项权利要求所述的表面镀金的复合金属粉体的制备方法制备得到，包括金属基体粉末和包覆于所述金属基体粉末表面的金涂层;所述表面镀金的复合金属粉体的颗粒尺寸为15~50μm，金含量为1%~5%，所述金涂层的厚度<1μm。

说明书

技术领域

[0001]本发明涉及金属粉体及其制备技术领域，尤其涉及一种表面镀金的复合金属粉体及其制备方法。

背景技术

[0002]金因其优异的导电、导热和化学稳定性被广泛应用于电子、军工、航空航天和生物医疗等众多领域，其中，微纳米级金粉可以用于制备电磁屏蔽、电子封装、标记靶点等材料，但在实际应用中由于金成本高、储量少，难以满足高端市场的用量需求。目前市场上微米级尺寸的银、镍等金属粉体材料虽然成本较低，也可用于电子填料，但其导电、抗氧化等性能均无法与金粉相媲美，难以满足高端导电填料的应用需求。因此，有必要设计一种微米级、生产成本相对较低且导电及抗氧化性能不亚于微纳米级金粉的电子填料，以满足高端导电填料的市场需求。

[0003]现有技术中，公开号为CN104479456A的专利中公开了金包银-石墨烯基水性墨水及其喷墨打印透明的图案化导电电极的应用，该专利先通过还原硝酸银制得纳米颗粒，再将其置于氯金酸溶液中使其表面沉积金包覆层，进而形成粒径小于500nm的金包银纳米颗粒。但因该专利方法所制备的纳米金包银颗粒过小，在下游浆料中的吸油性强，分散性差，严重降低了电子填料的导电性，无法用于制备电磁屏蔽、电子封装等功能性材料。

[0004]公开号为CN115874171A的专利中公开了一种基于无氰镀金液的金层致密度控制方法，该专利中首先将22份络合剂与1份金盐混合，再加入2份还原剂配制成无氰镀金液，再将镀镍微球分散在超纯水中制备成镀镍微球分散液，将配制的无氰镀金液加入制备的镍微球分散液中，该制备方法通过pH调节剂调节无氰镀金液的pH值为6~13，得到不同金层致密度的镀金微球。但该方法仅通过调节镀金液的pH值来控制金层的致密度，并没有考虑其他因素对于反应体系中单独生成微米金颗粒的影响，使得镀金液的利用率不够充分。

[0005]有鉴于此，有必要设计一种改进的表面镀金的复合金属粉体及其制备方法，以解决上述问题。

发明内容

[0006]本发明的目的在于提供一种表面镀金的复合金属粉体及其制备方法，通过气雾化制粉和液相化学镀覆技术相结合的工艺制备得到一种粒径为15~50μm，金涂层厚度不到1μm的复合金属粉体材料，该复合金属粉体材料球形度和分散性好，且表面金包覆层均匀、致密，可广泛应用于制备半导体封装、柔性电路、传感器、厚膜混合电路等所用的导电填料，进一步降低高端电子浆料的生产成本。

[0007]为实现上述发明目的，本发明提供了一种表面镀金的复合金属粉体及其制备方法，包括如下步骤：

S1.采用气雾化制粉工艺将纯金属原料制备成第一微米金属粉末;

S2.对步骤S1制备的第一微米金属粉末进行筛分处理，得到第二微米金属粉末;

S4.将步骤S3得到的第三微米金属粉末进行固液分离、洗涤和干燥，获得表面镀金的复合金属粉末。

[0008]作为本发明的进一步改进，步骤S3中，所述氯金酸溶液的质量浓度为20g/L~50g/L，所述葡萄糖溶液的质量分数为10%~20%。

[0009]作为本发明的进一步改进，步骤S3中，所述氯金酸的加入方式为一次性倾倒，所述葡萄糖溶液的加入方式为滴加，滴加速度为10mL/min~50mL/min。

[0010]作为本发明的进一步改进，步骤S3中，所述氯金酸溶液和葡萄糖溶液加入的时间间隔为5~15min。

[0011]作为本发明的进一步改进，步骤S3中，所述碱液为氢氧化钠溶液或者氢氧化钾溶液，所述碱液的浓度为0.005~0.015mol/L。

[0012]作为本发明的进一步改进，步骤S1中，所述气雾化制粉工艺包括如下步骤：

将纯金属原料置于坩埚内进行电磁感应加热熔炼，待其达到雾化温度后沿导流管流出，在一定雾化压力和高纯惰性气流的冲击下破碎成细小液滴，并经球化、冷凝形成第一微米金属粉末;

作为本发明的进一步改进，所述雾化温度比所述纯金属原料的熔点高出150℃~400℃，所述惰性气流是纯度为99.999%以上的氦气或氩气，所述雾化压力为4MPa~8MPa。

[0013]作为本发明的进一步改进，步骤S1中，所述纯金属原料的纯度为99.99%以上，所述纯金属原料为银、铜、镍、铝中的任意一种。

[0014]作为本发明的进一步改进，步骤S2中，所述筛分处理采用300目的超声振动筛。

[0015]本发明还提供了一种表面镀金的复合金属粉体，采用上述表面镀金的复合金属粉体的制备方法制备得到，包括金属基体粉末和包覆于所述金属基体粉末表面的金涂层;所述表面镀金复合金属粉体的颗粒尺寸为15~50μm，金含量为1%~5%，所述金涂层的厚度<1μm。

[0016]本发明的有益效果是：

1.本发明采用气雾化制粉工艺制备纯金属微米粉末，通过控制金属液过热度、雾化气体种类及压力等工艺条件，在保证金属基体粉末分散性的基础上可进一步提高雾化效率和细粉收率。此外，与液相化学还原法相比，本发明采用的气雾化制粉工艺流程简单，生产成本低，且粉体球形度和表面形态好，有利于粉体表面的二次镀覆，以便应用于导电填料的制备。

[0017]2.本发明采用液相化学镀覆方法制备表面镀金的复合金属粉体，通过协同控制液相化学镀中各成分的添加方式、添加顺序、浓度及溶液pH值，可有效防止反应体系中单独生成微米金颗粒，进而保证金属基体粉末表面包覆均匀、致密的金涂层，大大提高了镀金液的利用率。

[0018]3.本发明通过将气雾化制粉工艺和液相化学镀覆技术结合，能够制备出粒径为15~50μm的金包银、金包镍、金包铜、金包铝等复合金属粉体材料，由于其良好的分散性及导电性，可广泛应用于制备半导体封装、柔性电路、传感器、厚膜混合电路等所用的导电填料，该复合金属粉体材料中厚度不到1μm的金涂层可显著提高金属基体材料的导电性，并可有效防止金属基体粉末的氧化，从而提高粉体产品的稳定性。而且，由于复合金属粉体中的金含量很低，使得基于该复合金属粉体制备的导电填料的成本相较单独使用金粉时明显降低。

附图说明

[0019]图1为实施例1制得的表面镀金的复合镍粉的SEM图。

[0020]图2为实施例4制得的表面镀金的复合镍粉的SEM图。

[0021]图3为实施例5制得的表面镀金的复合镍粉的SEM图。

[0022]图4为对比例1制得的表面镀金的复合镍粉的SEM图。

[0023]图5为对比例2制得的表面镀金的复合镍粉的SEM图。

[0024]图6为对比例3制得的表面镀金的复合镍粉单颗粒表面形态的SEM图。

具体实施方式

[0025]为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

[0026]在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

[0027]另外，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

[0028]本发明提供了一种表面镀金的复合金属粉体制备方法，包括如下步骤：

S1.采用气雾化制粉工艺将纯金属原料制备成第一微米金属粉末;

S2.对步骤S1制备的第一微米金属粉末进行筛分处理，得到第二微米金属粉末;

S3.液相化学镀覆：在搅拌条件下，将步骤S2得到的第二微米金属粉末加入碱液中进行碱化处理，然后再依次加入氯金酸溶液和葡萄糖溶液，在反应过程中加入pH调节剂将反应体系的pH值控制在8~12，充分反应后得到第三微米金属粉末;

S4.将步骤S3得到的第三微米金属粉末进行固液分离、洗涤和干燥，获得表面镀金的复合金属粉末。

[0029]通过上述方式，本发明能够在金属基体粉末表面包覆均匀、致密的金涂层，同时有效防止反应体系中单独生成微米金颗粒，从而以较低的成本制备出具有优异导电性能的复合金属粉末。

[0030]优选的，在步骤S1中，气雾化制粉工艺具体包括：将纯度为99.99%以上的的银、铜、镍、铝中的任意一种纯金属原料置于坩埚内进行电磁感应加热熔炼，待其达到雾化温度，即比所述纯金属原料的熔点高出150℃~400℃后，纯金属原料沿导流管流出，在4MPa~8MPa的雾化压力下，利用纯度为99.999%以上的氦气或氩气气流的冲击使其破碎成细小液滴，并经球化、冷凝形成第一微米金属粉末。通过上述方式，能够对金属基体粉末的颗粒尺寸进行调控，以获得微米级的金属基体粉末，并在保证金属基体粉末分散性和球形度的基础上进一步提高细粉产品收率。

[0031]在步骤S2中，优选采用筛网规格为300目的超声振动筛进行筛分处理。

[0032]在步骤S3中，碱液优选为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液，该碱液的浓度优选为0.005~0.015mol/L，第二微米金属粉末在该碱液中的固含量优选为100~500g/L，碱化处理的时间为5~15min。其中，若碱液的浓度过高将破坏第二微米金属粉末表面，进而显著降低其表面涂覆效果;若碱液的浓度过低，则碱化不完全，难以达到理想的碱化效果，进而影响金在其表面的镀覆效果，导致金涂层的致密度和均匀性差。本发明通过将第二微米金属粉末加入上述碱液中进行碱化处理，能够使第二微米金属粉末的表面碱化，为后续金层的镀覆提供良好的生长环境，促进金涂层在第二微米金属粉末的表面生长，防止反应体系中单独生成微米金颗粒，从而在第二微米金属粉末表面形成均匀、致密的金涂层。

[0033]在完成碱化处理后，优选采用一次性倾倒的方式向碱液中加入氯金酸溶液，该氯金酸溶液的浓度优选为20g/L~50g/L，氯金酸溶液与第二微米金属粉末的比例优选为1.5mL/g;间隔一段时间后，优选采用滴加的方式向碱液中加入葡萄糖溶液，该葡萄糖溶液的质量分数优选为10%~20%，该葡萄糖溶液的滴加速度优选为10mL/min~50mL/min，葡萄糖溶液与第二微米金属粉末的比例优选为0.2mL/g，氯金酸溶液和葡萄糖溶液加入的时间间隔优选为5~15min。其中，当氯金酸溶液的浓度过低时，将导致包覆效率较低，当氯金酸浓度过大时，沉积速率较快易导致金镀覆层粗糙，且镀液体系不稳定，将影响镀金层的镀覆效果;而当葡萄糖溶液的加入速度过快且加入间隔太短，镀金液中还原剂的浓度瞬间增加，金还原速度过快，将致使金枝晶粗大，涂层均匀性和致密度差。

[0034]通过协同控制液相化学镀中各成分的添加方式、添加顺序、浓度及溶液pH值，来控制镀金液的反应速度和稳定性，可有效防止反应体系中单独生成微米金颗粒，使金属基体粉末表面形成均匀、致密的金涂层。

[0035]S4.将步骤S3中得到的第三微米金属粉末进行固液分离、洗涤和干燥即可获得微米复合金属粉末。

[0036]本发明还提供了一种表面镀金的复合金属粉体，采用上述表面镀金的复合金属粉体的制备方法制备得到，所述表面镀金复合金属粉体的颗粒尺寸约15~50μm，金含量为1%~5%，金涂层的厚度<1μm。

[0037]下面结合具体的实施例对本发明进行详细说明。

[0038]实施例1

本实施例提供了一种表面镀金的复合金属粉体制备方法，包括如下步骤：

S1.将纯度为99.99%的纯镍原料置于坩埚内进行电磁感应加热熔炼，待其温度比纯镍原料的熔点高出300℃后沿导流管流出，在雾化压力为6MPa的条件下采用纯度为99.999%的氦气进行冲击，使其破碎成细小液滴，并经球化、冷凝形成第一微米镍粉。

[0039]S2.将步骤S1制备的第一微米镍粉置于超声振动筛内进行分级，取300目筛下金属粉末即为第二微米镍粉。

[0040]S3.将100g第二微米镍粉加入到1L浓度为0.01mol/L的氢氧化钠溶液中搅拌10min，进行碱化处理，然后再一次性倾倒加入150 mL浓度为25g/L的氯金酸溶液，待混合10min后，再以20mL/min的速度滴加20 mL质量分数为10%的葡萄糖溶液，同时添加氢氧化钠溶液作为pH调节剂，将反应体系的pH值控制为10，反应后得到第三微米镍粉。

[0041]S4.将步骤S3得到的第三微米镍粉进行固液分离，并用去离子水洗涤三次，干燥后即可获得表面镀金的复合镍粉。

[0042]本实施例制得的表面镀金的复合镍粉的SEM图如图1所示。由图1可知，所得表面镀金的复合镍粉的球形度和分散性好，颗粒粒径约为15~50μm，粉体金含量为1.78%。

[0043]实施例2~3

实施例2~3分别提供了一种表面镀金的复合金属粉体制备方法，与实施例1相比，不同之处在于改变了步骤S1中使用的纯金属原料。实施例2中将纯度为99.99%的纯镍原料改为纯度为99.99%的纯银原料，实施例3中将纯度为99.99%的纯银原料改为纯度为99.99%的纯铜原料，其他步骤与实施例1大致相同，在此不再赘述。

[0044]实施例2和实施例3分别制备的表面镀金的复合银粉和表面镀金的复合铜粉的外观形貌、颗粒尺寸与实施例1类似，表明本发明提供的方法能够对不同种类的金属基体粉末进行表面镀金，适用范围较广。

[0045]实施例4~5

实施例4~5分别提供了一种表面镀金的复合金属粉体制备方法，与实施例1相比，不同之处在于改变了步骤S3中碱化处理时使用的氢氧化钠溶液的浓度。实施例4中将浓度为0.01mol/L的氢氧化钠溶液改为浓度为0.005mol/L的氢氧化钠溶液，实施例5中将浓度为0.01mol/L的氢氧化钠溶液改为浓度为0.015mol/L的氢氧化钠溶液，其他步骤与实施例1大致相同，在此不再赘述。

[0046]实施例4和实施例5所制备表面镀金的复合镍粉的微观形貌分别如图2、如3所示，粉体金含量分别为1.76%和1.85%，颗粒尺寸与实施例1所制备的粉体基本一致。由此可见，当碱液浓度在0.005~0.015mol/L范围内变化时，均能实现金在基底镍粉表面的还原镀覆效果。

[0047]对比例1

本对比例提供了一种表面镀金的复合金属粉体制备方法，与实施例1相比，不同之处在于，步骤S3中，未对第二微米镍粉进行碱化处理，而是将第二微米镍粉直接加入到25g/L的氯金酸溶液中，其他步骤与实施例1大致相同，在此不再赘述。

[0048]本对比例所制得复合金属粉体的微观形貌如图4所示。由图可知，由于未先将第二微米镍粉加入氢氧化钠溶液中进行处理，镍粉表面未得到碱化，致使反应体系中单独生成了微米金颗粒，其以掺杂或吸附的形式出现在基底镍粉颗粒中，导致未实现金对第二微米镍粉表面的有效涂覆。

[0049]对比例2

本对比例提供了一种表面镀金的复合金属粉体制备方法，与实施例1相比，不同之处在于，步骤S3中，未添加pH调节剂对反应的pH值进行调节，其他步骤与实施例1大致相同，在此不再赘述。

[0050]本对比例所制得复合金属粉体的微观形貌如图5所示。由图可知，由于葡萄糖的醛基具有较强的还原性，未对反应体系的pH值进行调控将导致金被还原成单独微米球形颗粒存在于溶液中，进而影响了镍粉表面金的镀覆效果。

[0051]对比例3

本对比例提供了一种表面镀金的复合金属粉体制备方法，与实施例1相比，不同之处在于，步骤S3中，调换了氯金酸溶液与葡萄糖溶液的加入顺序，即先加入葡萄糖溶液，再加入氯金酸溶液，其他步骤与实施例1大致相同，在此不再赘述。

[0052]本对比例所制得复合金属粉体单颗粒表面形态如图6所示。由图6可知，先在氢氧化钠溶液中加入葡萄糖，不仅会降低反应过程中氯金酸的稳定性，而且底液中的葡萄糖将显著提高金的还原速度，进而影响镍粉表面的金镀层的均匀性和致密度。

[0053]综上所述，本发明通过气雾化制粉工艺和液相化学镀覆技术相结合，制备出粒径约15~50μm的金包银、金包镍、金包铜、金包铝等复合金属粉体材料，可广泛应用于制备半导体封装、柔性电路、传感器、厚膜混合电路等所用的导电填料，该复合金属粉体材料中厚度不到1μm的金涂层可显著提高金属基体材料的导电性，并可有效防止金属基体粉末的氧化，从而提高粉体产品的稳定性，而且由于镀覆层金含量很低，使得导电浆料的成本相较单独使用金粉时明显降低。另一方面，本发明通过控制金属液过热度、雾化气体种类及压力等工艺条件在保证金属基体粉末分散性和球形度的基础上可进一步提高细粉产品收率，此外通过协同控制液相化学镀中各成分的添加方式、添加顺序、浓度及溶液pH可有效防止反应体系中单独生成微米金颗粒，进而保证金属基体颗粒表面形成均匀、致密的金包覆层。

[0054]以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

说明书附图(6)