Способ получения порошка меди и способ получения композиции на основе порошка меди для электропроводящих покрытий

 

Использование: в порошковой металлургии для получения ультрадисперсного порошка меди и электропроводящих композиций на его основе. Сущность изобретения: пятиводный сульфат меди смешивают с глицерином при соотношении компонентов в мас. ч. 1:12 - 14, нагревают до 150 - 160°С, выдерживают с последующим подъемом температуры до 180 - 185°С, затем отмывают спиртом, содержащим 0,5 - 0,1% гидрохинона и помещают для хранения в спирт, содержащий 0,5 - 1,0% стеариновой или пальмитиновой кислоты или их смеси. Полученный порошок имеет дисперсность частиц 0,01 - 0,1 мкм. Для получения электропроводных покрытий порошок меди смешивают с органическим связующим - эпоксидные или фенолформальдегидные смолы и стабилизатором - гидроксил или аминосодержащие ароматические соединения при соотношении, мас.ч.: порошок меди: органическое связующее: стабилизатор 100: 25 - 50 - 50:0,5 - 1,0. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 3 табл.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способу получения ультрадисперсного (УД) порошка меди из ее соединений, а также к технологии получения электропроводящих композиций на основе УД порошка меди.

Известен способ получения порошка меди с частицами размером 0,4-1,5 мкм термическим разложением формиата меди в атмосфере азота или водорода при нагреве со скоростью 3^оС/мин до 160-200^оС. Этот порошок подвергают термическому разложению в твердой фазе при 150-300^оС в неокислительной атмосфере и получают порошок меди дисперсностью частиц 0,2-1,0 мкм, которые характеризуются низкой когезионной способностью [1]. Недостатком способа является крупный размер получаемых частиц меди.

Наиболее близким к предлагаемому способу получения порошка меди является способ, в котором предварительно нагретый до 135-155^оС глицерин смешивают с формиатом меди в соотношении, мас.ч.: формиат меди:глицерин 1:6-8, нагревают смесь до 185^оС и выдерживают 25 мин [2]. Полученный порошок меди с размером частиц 0,2-0,3 мкм отделяют от реакционной среды, промывают водой, ацетоном и сушат.

Недостатком данного способа является получение частиц меди недостаточно тонкой дисперсности, что делает их недостаточно технологичными для тонкопленочных технологий. К тому же вследствие очень быстрой окисляемости поверхности эти частицы становятся неэлектропроводными.

Известен способ получения электропроводящего композита на основе порошка меди, который заключается в том, что порошок меди покрывают серебром путем обработки медного порошка в присутствии цианида натрия или калия раствором солей серебра (нитраты или цианиды). Высаживают серебряное покрытие, отделяют порошок, сушат и проводят термообработку при температуре ≅ 130^оС в течение 24-70 ч. Композицию получают смешением 6 мас.ч. обработанного медного порошка и 20 мас.ч. смеси полисилоксанов Silastic Е и YE SE-33 (500: 100) в присутствии двух частей отвердителя [3]. Недостатком способа является необходимость использования драгоценного металла.

Наиболее близким к способу создания композиции для образования электропроводящей пленки, не содержащей драгоценного металла, является способ, включающий смешение медного порошка с порошком гидрированного металла (или смеси металлов) групп 1А, 2А, 3А, 4А, 5А. Периодической системы или гидрированных сплавов указанных металлов. В состав композиции также вводят стеклообразующее вещество и органическое связующее.

Размер частиц порошка меди составляет 0,1-10 мкм. Для приготовления композиции порошок меди смешивают с гидрированным металлом и полученную массу прокаливают при температуре ≈500^оС. Прокаленный продукт дробят до порошкообразного состояния и добавляют стеклообразующее вещество и органическое связующее [4].

Недостатками данного способа являются использование гидрида металла, применение высоких температур, необходимость механической обработки, крупная дисперсность частиц, не способствующая высокому качеству получаемого покрытия.

Задачей данного изобретения является, во-первых, разработка способа получения ультрадисперсного порошка меди, обладающего хорошей электропроводностью, и, во-вторых, приготовление электропроводящих композиций на его основе повышенного качества, устойчивых к окислению, стабильных во времени.

Задача решается тем, что в способе получения порошка меди, включающем смешение соединения меди с глицерином, нагревание до 150-160^оС, выдерживание в изотермическом режиме, последующий подъем температуры нагрева до 180-185^оС и выделение полученного порошка меди путем отмывки его от глицерина спиртом, согласно изобретению предлагается в качестве соединения меди использовать пятиводный сульфат меди, который смешивают с глицерином в соотношении, мас.ч.: пятиводный сульфат меди:глицерин 1:12-14, а при выделении получают порошок меди с дисперсностью частиц 0,01-0,1 мкм.

При этом в спирт, используемый при выделении, добавляют 0,5-1,0% гидрохинона к общей массе спирта.

Кроме того, выделенный порошок меди помещают для хранения в спирт, содержащий 0,5-1,0% (от массы полученного порошка меди) стеариновой или пальмитиновой кислоты или их смеси.

Задача решается также тем, что в способе создания композиции на основе медного порошка для получения электропроводящих покрытий, включающем смешение порошка меди с органическим связующим и стабилизатором, согласно изобретению используют полученный порошок меди дисперсностью частиц 0,01-1,0 мкм, в качестве органического связующего используют эпоксидные или фенолформальдегидные смолы, а в качестве стабилизатора используют гидроксил- или аминосодержащие ароматические соединения в соотношении компонентов, мас.ч.: порошок меди:органическое связующее:стабилизатор 100:25-50:0,5-1,0.

В основе изобретения лежит тот факт, что впервые получен ультрадисперсный медный порошок в диапазоне частиц 0,01-1,0 мкм, который можно использовать в тонкопленочных технологиях без применения драгоценных металлов. Частицы меньшего размера быстро окисляются и становятся неэлектропроводными, а частицы большего размера кроме того, что быстро окисляются, еще и недостаточно технологичны для тонкопленочных технологий, например, для мелкографии.

Получение таких частиц достигается растворением пятиводного сульфата меди в глицерине при соотношении, мас.ч.: 1:10-14. При использовании глицерина менее 10 частей получаемый порошок меди имеет большой разброс по дисперсности (0,05-0,3 мкм), а использование больше 14 частей глицерина экономически нецелесообразно.

Для предотвращения окисления поверхности порошка меди кислородом воздуха выделение производится путем отмывки глицерина спиртом, содержащим 0,5-1% гидрохинона к массе спирта. При добавлении гидрохинона менее 0,5% порошок быстро окисляется и теряет электропроводность, а добавление гидрохинона более 1% не приводит к улучшению свойств.

При длительном хранении ультрадисперсный порошок меди помещают под слоем спирта, содержащего 0,5-1% (от массы полученной меди) стеариновой или пальмитиновой кислоты или их смеси. Это количество обеспечивает возможность хранения УД порошка меди длительное время без изменения качества частиц. При добавлении кислоты менее 0,5% окисление поверхности частиц происходит через 3-4 месяца. Добавление кислоты более 1% не дает существенных преимуществ.

При приготовлении электропроводящей композиции органическое связующее - смолу берут в широких пределах (25-50 мас.ч. на 100 ч. УД порошка меди), но не рекомендуется брать его более 50 частей, т.к. это приводит к ухудшению электропроводящих свойств. Количество же менее 25 частей приводит к излишнему расходу порошка меди. Для стабилизации полученной электропроводящей композиции в нее вводят 0,5-1% гидроксил- или аминосодержащих ароматических соединений. Меньшее количество будет недостаточно для стабилизации, а большее - нецелесообразно.

Приготовление порошка меди. Навеску мелкоизмельченного пятиводного сульфата меди (5 г) смешивают с 12-14 частями глицерина (60-70 г) и нагревают до 150-160^оС в течение 2-3 ч до полного растворения сульфата меди, после чего раствор нагревают до 180-185^оС и после образования порошка меди (2-4 ч) смесь охлаждают до комнатной температуры. Порошок меди отмывают от глицерина спиртом, который может содержать 0,5-1,0% гидрохинона, до полного удаления глицерина (200-250 мл). Полученный медный порошок хранят под слоем спирта, содержащим 0,5-1,0% стеариновой или пальмитиновой кислоты от полученной меди (0,005 г). Примеры приведены в табл.1 и 2.

Приготовление токопроводящих композиций. Для приготовления токопроводящих композиций 100 мас.ч. медного порошка смешивают с 25-50 частями органического связующего и 0,5-1,0 частью стабилизатора. В качестве стабилизатора используют гидроксил- или аминосодержащие ароматические соединения, а органического связующего - эпоксидные или фенолформальдегидные смолы. Отверждение полученных композиций проводят в соответствии с режимом полимеризации соответствующей смолы. Примеры приведены в табл.3.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКА МЕДИ И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИИ НА ОСНОВЕ ПОРОШКА МЕДИ ДЛЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩИХ ПОКРЫТИЙ.

1. Способ получения порошка меди, включающий смешение соединения меди с глицерином, нагрев до 150 - 160^oС, выдержку в изотермическом режиме, последующий подъем температуры нагрева до 180 - 185^oС и выделение полученного порошка меди путем отмывки его от глицерина спиртом, отличающийся тем, что в качестве соединения меди используют пятиводный сульфат меди, а смешивание с глицерином осуществляют в соотношении, мас.ч.: пятиводный сульфат меди: глицерин 1 : 12 - 14.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выделение порошка меди ведут спиртом, содержащим 0,5 - 1,0% гидрохинона от общей массы спирта.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что после выделения порошок меди помещают в спирт, содержащий 0,5 - 1,0% стеариновой или пальмитиновой кислоты или их смеси от массы выделенного порошка меди.

4. Способ получения композиции на основе порошка меди для электропроводящих покрытий, включающий смешение порошка меди с органическим связующим и стабилизатором, отличающийся тем, что при смешении используют порошок меди с дисперсностью частиц 0,01 - 0,1 мкм, полученный по п.1, в качестве органического связующего используют эпоксидные или фенолформальдегидные смолы, в качестве стабилизатора используют гидроксил или аминосодержащие ароматические соединения, а смешение осуществляют при следующем соотношении компонентов в смеси, мас.ч.: порошок меди: органическое связующее: стабилизатор 100 : 25 - 50 : 0,5 - 1,0.