超細銀銅不融合金粉末的制備方法

王鍇堯

（江蘇博遷新材料股份有限公司寧波分公司，浙江 寧波 315000）

超細金屬粉末尺寸小，介于微觀粒子與宏觀物質之間，通常由1100nm范圍內(nèi)的微小金屬顆粒構成。具有優(yōu)良的力學性能、特殊的磁性能、高的電導率和擴散率、高的反應活性和催化活性等物理、化學性能，在各個領域具有重要的應用價值，超細粉末的研究已成為材料科學領域的新熱點。

銀具有超高的導電性，廣泛用與導電材料。銅具有超高的導電性、低電子遷移率和高兼容性，有望成為下一代導電填料的首選,但純銅易被空氣氧化，改變它的導電性，這使得銅難以用于復合材料[1]。通過加入銀、制備成超細銀銅合金粉末使得銅系不易被氧化，這種合金價格低廉，化學穩(wěn)定性高，還能提高導電性使其廣泛的應用于復合材料[2]。

超細合金粉末的制備方法和單金屬超細粉末制備方法大同小異，根據(jù)不同方式分類主要有3種方法：以原料的狀態(tài)不同分為固體法、液體法、氣體法；以反應物的狀態(tài)不同分為干法和濕法；以反應原理不同分為物理法和化學法。其中制備的關鍵是控制顆粒的大小和獲得較窄的粒度分布，本文介紹幾種超細銀銅合金不融合金粉末制備方法。

1 機械合金化法

機械合金化法通常也稱為高能球磨法，通過球磨機的轉動等機械驅動力的作用而制備超細合金粉。平均粒徑為30μm銀和銅（純度為99.9%）粉末作為原料，在氬氣環(huán)境下把它們封存在內(nèi)徑為100mm、含有不銹鋼球的不銹鋼瓶內(nèi)融合，不銹鋼球與金屬粉末的重量比是80∶1，小瓶以90轉/分旋轉。再將融合的粉末放置于內(nèi)徑為18 mm、外徑為20mm的不銹鋼管里，直到不銹鋼管被軋到厚度為0.5mm、樣品為厚度為0.2mm，樣品重新置于起始厚度的不銹鋼管里，這樣使得金屬組織結構慢慢細化，達到預想的不同原子相互滲入的粉末粒度，這樣重復球磨30次制得超細銀銅合金。

2 輻射還原法

輻射合成法是利用γ-射線輻照使水發(fā)生電離和激發(fā)，生成還原性粒子H自由基和水合電子（e-eq）及氧化性自由基OH自由基。

這種水合電子具有還原性，當加入異丙醇、甲醇等自由基清除劑后，會清除氧化性自由基OH而生成的有機自由基，這種自由基也具有還原性。Cu(NO3)2·3H2O和AgNO3溶于蒸餾水，加入一定量的氨水作為絡合劑、十二酯硫酸鈉作為表面活性劑、異丙醇作為自由基清除劑，溶液通過鼓氮氣泡法脫氧，2.59×1015Bq60Coγ-射線輻照，生成的還原性粒子逐步將金屬離子還原，生成金屬原子，通過一段時間照射，產(chǎn)物與溶液分離，用蒸餾水和25%的氨水清洗，然后干燥成超細金屬粉末。

輻射還原法合成超細金屬粉末可以通過調(diào)節(jié)金屬鹽的濃度比，得到不同粒徑、不同化學組成比例的超細合金粉末。這種方法具有操作簡單、常溫常壓、工藝簡單、制備周期短等特點，而且得到的超細合金粉末粒度可控制，一般可得粒徑為10 nm左右的粉末。因此，輻射法是一個可在常溫常壓下制備大量納米材料的方法。

3 新型電解法

用于電解的電弧放電系統(tǒng)由6個主要部件組成，用于實現(xiàn)電弧放電收集納米顆粒的玻璃容器、使制備的納米顆粒在電弧放電時更好的分布超聲波浴、高電流直流電源、電極和電極夾。電弧放電系統(tǒng)原理：陰陽電極作為上下電極嵌入溶液中，電極直徑是一個可調(diào)整的參數(shù)，與可移動的陰極不同的是，陽極是由支架固定的。

兩種不同的樣品被制作，第一，用直徑為3 mm、純度為99%的銀線銅線分別作為陰陽極，分別接通30、40、50 A電流，另一種是置換陰陽極并接通40、50 A電流，這樣根據(jù)應用不同大小的電流制作可控粒徑的銀銅合金。通過對制作的銀銅合金表征，這種電解方法可以得到粒徑均勻、顆粒粒徑平均粒徑達到30 nm的超細合金粉末。這種方法具有所得產(chǎn)物純度高、工藝過程簡單、粒徑容易控制等特點。

4 化學還原法

化學還原法根據(jù)還原劑的狀態(tài)分為以氫氣等氣體作為還原劑的氣相還原法和含有化學還原劑的液相還原法，化學還原法主要是還原劑與金屬鹽溶液發(fā)生化學還原反應將金屬鹽還原，制得單金屬粉末或者兩種單金屬組成的合金粉末。我們介紹一種抗壞血酸和水合肼還原金屬銀銅鹽溶液制備超細銀銅合金粉末的方法，還原劑還原AgNO3和CuSO4鹽溶液制得兩種銀銅合金粉末，它們的粒徑一種是納米級別、一種是亞微米級別，都屬于超細金屬粉末。

表1 超細合金粉末表征方法

配制含有不同濃度AgNO3和CuSO4的溶液，為了使鹽溶液均勻分散，適量分散劑聚乙烯吡咯烷酮（PVP）加入混合液，然后不同濃度的鹽溶液中加入還原劑抗壞血酸或水合肼，還原劑與鹽溶液充分反應，調(diào)整反應溫度，重復以上反應在50、60、70和80℃的水浴條件，以得到最優(yōu)條件。反應完成后，將沉淀過濾、干燥，然后研磨得到預期的超細銀銅金屬粉末。通過對不融合金屬粉末表征得出，制備超細銀銅不融合金粉末的最佳條件是∶以抗壞血酸作為還原劑，60℃，摩爾比Ag：Cu=1：3，得到金屬合金粉末粒徑在463nm～871 nm；以水合肼作為還原劑，60℃，摩爾比Ag：Cu=1：1，金屬合金粉末粒徑在25.9nm～63.5nm。水合肼法最優(yōu)條件制備的銀銅不融合金粉末的粒徑比抗壞血酸法最優(yōu)制備銀銅不融合金粉末的粒徑更小，比表面積大，表面活性高，所以更易被氧化。這種化學還原法所需設備簡單，操作簡便，因而使得粉末的成本較低。

5 結語

超細金屬粉末具有一系列特殊的性能，市場對超細金屬粉末需求會急劇增加。因此，研究超細金屬粉末制備方法勢必會引起廣大科技工作者的重視，本文著重介紹了制備超細銀銅不融合金粉末的制備方法，這可以引導生產(chǎn)領域的科技人員，在進行粉末制備生產(chǎn)的時候，對不同的方法加以綜合利用，以達到理想的制粉效果。