Порошок для токопроводящих паст, способ получения и оптимизации его параметров
Владельцы патента RU 2491670:
Закрытое акционерное общество "Монокристалл" (ЗАО "Монокристалл") (RU)
Изобретение относится к области электронной техники, в частности к металлическим порошкам для токопроводящих паст и способам их получения. Технический результат - улучшение морфологических свойств частиц порошка, снижение агрегации частиц и увеличение плотности порошка, упрощение и удешевление способа получения порошка, повышение экологической безопасности порошка и способа его получения. Достигается тем, что порошок для токопроводящих паст представляет собой мелкодисперсный металлический порошок, причем частицы порошка имеют ярко выраженные грани, полученные путем механической обработки частиц преимущественно овальной формы с воздействием центробежного ускорения, средний размер частиц составляет менее 1,5 мкм и плотность порошка находится в диапазоне от 4,0 г/см3 до 8,0 г/см3. Способ получения и оптимизации параметров порошка для токопроводящих паст включает получение водного раствора соли металла, восстановление порошка металла путем добавления раствора соли металла к раствору восстановителя, причем раствор восстановителя дополнительно содержит, по крайней мере, одно коллоидообразующее вещество, после восстановления порошка металла проводится механическая обработка порошка металла путем воздействия центробежного ускорения с фактором в диапазоне от 15 до 40 g. 2 н.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл., 10 пр.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к области электронной техники, в частности к металлическим порошкам для токопроводящих паст и способам их получения.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
При изготовлении порошков гидрохимическим способом (восстановлением из водных растворов) часто производители сталкиваются с проблемой - высокой степенью агрегации частиц и, как следствие, низкой плотностью получаемых порошков. Известны способы снижения степени агрегации частиц с помощью использования добавок при синтезе. В большинстве случаев эти добавки являются вредными (формалин, метанол и т.п.) и дорогостоящими (природные и синтетические высокомолекулярные соединения, производные органических соединений и т.п.). При работе с большинством легковоспламеняющихся веществ необходимо иметь специально оборудованные помещения и обязательно пользоваться средствами индивидуальной защиты. Кроме того, ряд специальных дорогостоящих добавок на рынке присутствует в ограниченном количестве. Создание благоприятных условий синтеза для эффективного действия добавок требует задания дополнительных параметров синтеза (температура, рН, давление и т.п.), что значительно усложняет процесс изготовления порошка и его аппаратурное оформление.
Известен порошок для токопроводящих паст с плотностью порядка 4 г/см3 (№ публикации: US 2007/0079665 А1, дата публикации: 12.04.2007). Способ его получения включает два основных этапа: 1) синтез порошка серебра из водного раствора комплексного аммиачного соединения серебра, который приготавливается посредством соединения и реакции раствора нитрата серебра и аммиачной воды, и добавления в данный раствор органического восстановительного реагента, для обеспечения восстановления и осаждения частиц серебра, с их последующей фильтрацией, промывкой и сушкой. В значительной степени данный способ характеризуется тем, что восстановительный реагент, нитрат серебра и аммиачная вода используются в количествах, позволяющих их растворение непосредственно после добавления. 2) Вторая характеристика способа - это промывка. В данном случае, промывка может выполняться как комбинация водной промывки и спиртовой промывки; тем не менее спиртовая промывка представляется как более качественная.
Недостатком известного способа является применение в больших количествах метилового спирта, который является ядом, действующим на нервную и сосудистую системы и окисляющийся в организме до очень ядовитого формальдегида. Также, поскольку растворители являются легковоспламеняющимися, требуется создание специально оборудованных помещений. Кроме того, применение спиртовых промывок нередко приводит к повышению жесткости порошка и значительно усложняет просев данного продукта.
Известен способ получения порошка для токопроводящей пасты (№ публикации: RU 2177183, дата публикации: 20.12.2001). В данном способе получение порошка серебра обеспечивается проведением окислительно-восстановительной реакции между азотнокислым серебром в водном растворе с концентрацией 0,2-1,18 г моль/л и восстановителем, включающим гидрохинон, натрий лимоннокислый трехзамещенный, едкий натрий и этиловый спирт. Данный способ позволяет получить порошок серебра с размером частиц 0,1-1 мкм.
Недостатком известного способа и порошка, полученного этим способом, является относительно низкое содержание серебра в порошке - менее 99%, вследствие чего наблюдается снижение проводимости вожженых слоев паст. Кроме того, гидрохинон ограниченно растворяется в воде, что значительно затрудняет процесс ведения синтеза.
Известен порошок и способ его получения (№ публикации: RU 2356697, дата публикации: 27.05.2009). Способ получения серебряного порошка включает получение гидрооксида серебра, сушку гидрооксида серебра, термическое разложение гидрооксида серебра на оксид серебра и воду, механическую обработку и грануляцию оксида серебра и термическое восстановление серебра до металлического серебра, промывание серебряного порошка водой, сушку порошка, протирание порошка через сетку, измельчение и уплотнение частиц порошка, разделение порошка на фракции, причем измельчение и уплотнение частиц порошка проводят в шаровой мельнице. Серебряный порошок, полученный данным способом, представляет собой пористые частицы величиной 56-450 мкм, имеет удельную поверхность 0,07-0,25 м2/г, плотность 1,4-2,7 г/см3.
Недостатком данного способа обработки является применение шаров при измельчении в мельнице. Применение шаров приводит к деформации частиц, что является следствием грубого механического воздействия мелющих тел на поверхность порошка серебра. Полученный серебряный порошок необходимо отделять от шаров, следовательно, появляется еще одна технологическая операция, требующая затрат времени.
Из известных порошков для производства токопроводящих паст и способов их получения наиболее близким по совокупности существенных признаков является способ изготовления порошка серебра (№ публикации: ЕР 1666174 В1, дата публикации: 08.09.2010). Согласно известному способу порошок серебра после восстановления из аммиачного комплекса серебра формалином в присутствии стеариновой кислоты, фильтрации и сушки подвергают термической обработке при температуре выше 100°С, но ниже 400°С. Порошок, полученный таким способом, имеет плотность не менее 2,0 г/см3 и удельную поверхность не более 5,0 м2/г.
Недостатком указанного способа является относительно низкая производительность, вследствие использования сильно разбавленного раствора нитрата серебра. Применение формалина в качестве восстановителя является вредным производственным фактором. Указанные недостатки затрудняют использование данного метода для промышленного производства.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задача изобретения - повышение качества токопроводящей пасты путем оптимизации параметров и улучшения морфологических свойств токопроводящего порошка, а также создание способа, обеспечивающего получение порошка с заданными структурными и технологическими характеристиками.
Технический результат - улучшение морфологических свойств частиц порошка, снижение агрегации частиц (удаление устойчивых агломератов) и, как следствие увеличение плотности порошка, снижение времени обработки (уплотнения) порошка, упрощение и удешевление способа получения порошка, повышение экологической безопасности, как самого продукта, так и способа его получения.
Указанный технический результат достигается тем, что порошок для токопроводящих паст, представляет собой мелкодисперсный металлический порошок преимущественно овальной формы, причем согласно изобретению, частицы порошка имеют ярко выраженные грани, средний размер частиц составляет менее 1,5 мкм и плотность порошка находится в диапазоне от 4,0 г/см3 до 8,0 г/см3.
Достижение указанного технического результата также обеспечивается тем, что способ получения и оптимизации параметров порошка для токопроводящих паст, включает: получение водного раствора соли металла, восстановление порошка металла путем добавления раствора соли металла к раствору восстановителя, согласно изобретению раствор восстановителя дополнительно содержит, по крайней мере, одно коллоидообразующее вещество, после восстановления порошка металла проводится механическая обработка порошка металла путем воздействия центробежного ускорения с фактором в диапазоне от 15 до 40 g.
В качестве металла могут быть использованы: медь, серебро, никель, кобальт и др. В качестве коллоидообразующего вещества могут быть использованы: гуммиарабик, поливинилпироллидон, карбоксиметилцеллюлозы натриевая соль и др. В качестве восстановителя могут быть использованы: глюкоза, аскорбиновая кислота и др. Для контроля над скоростью реакции используют комплексообразующие вещества, такие как, соль нитрозо-R, сульфат натрия, трех водный меди нитрат, додецилсульфат натрия, трех замещенный лимоннокислый натрий и др. В качестве растворителя используют воду. Температура проведения процесса предпочтительно находится в диапазоне 40-50°С.
Одна из характеристик способа получения порошка для токопроводящих паст, согласно настоящему изобретению, заключается в использовании коллоидообразующих веществ, которые по отдельности или в сочетаниях добавляются к раствору восстановителя. Это позволяет уменьшить средний размер частиц, а также разброс по размерам получаемого порошка. Таким образом, наиболее предпочтительный уровень концентрации коллоидообразующих веществ находится в диапазоне от 50 г/литр до 100 г/литр; уровень концентрации металла в смешанном растворе - в диапазоне от 20 г/литр до 40 г/литр.
Тем не менее, если концентрация металла превышает 40 г/литр, то возникает тенденция укрупнения осажденных частиц металла; при этом диаметр частиц не будет отличаться от диаметра частиц в стандартных порошках, и, таким образом, порошки металла, имеющие высокодисперсные свойства не могут быть получены. И наоборот; если концентрация металла составляет менее 20 г/литр, то возможно получение мелкодисперсного порошка металла с очень высокими характеристиками. Однако при такой высокой дисперсности увеличивается маслоемкость порошка и, соответственно, повышается вязкость пасты. Такое повышение вязкости требует увеличения процентного содержания органической связки. В результате это приводит к снижению слоевой плотности в окончательном формировании спекаемого проводника и создает тенденцию увеличения электрического сопротивления. Кроме того, процентное содержание порошка в пасте может выходить за пределы требований промышленного производства.
Наиболее предпочтительным условием для получения мелкодисперсного порошка металла, согласно настоящему изобретению, является обеспечение концентрации коллоидообразующих веществ в диапазоне от 50 г/литр до 100 г/литр, и концентрации металла в диапазоне от 20 г/литр до 40 г/литр. Выбор диапазона от 50 г/литр до 100 г/литр для регулирования концентрации коллоидообразующих веществ объясняется тем, что указанный диапазон наиболее оптимален для получения мелкодисперсного порошка металла, в отношении концентрации металла в водном растворе.
Если концентрация защитного коллоида превышает 100 г/литр, то значительно увеличивается агрегация порошковых частиц восстановленного и осажденного порошка металла, и количество примесей, содержащихся в порошковых частицах, начинает резко возрастать. С другой стороны, при регулировании концентрации коллоидообразующих веществ до уровня ниже 50 г/литр, возрастает количество частиц со средним размером гораздо выше требуемого значения.
Основная характеристика способа получения порошка для токопроводящих паст, в соответствии с настоящим изобретением - это обработка порошка металла путем воздействия центробежного ускорения с фактором от 15 до 40 g (G-фактор), которая является завершающей фазой и очень важна. Технология уплотнения порошка металла реализуется в устройствах, в которых ось вращения барабана не стационарна, а движется по круговой траектории. При этом сила давления между частицами на порядок выше, благодаря дополнительной центробежной силе и силе Кориолиса, поэтому процесс уплотнения более эффективен. В таком устройстве давление на материал при высоких скоростях соударения частиц может быть в 100-200 раз выше, чем в устройствах со стационарной осью.
При высоких ускорениях в результате интенсивной механической обработки происходит изменение физико-химических свойств порошков. Механически активированные частицы обладают повышенной реакционной способностью и легче вступают в химические реакции, спекаются при более низких температурах, чем порошки, полученные другими методами. Воздействие центробежного ускорения дает возможность изменить форму поверхности порошка, «огранить» ее. В результате округлые частицы приобретают форму многогранника. С помощью такой обработки можно достичь не только уменьшения размера частиц, но и получить механически активированные порошки с новыми физико-химическими свойствами.
В данном случае обработка может выполняться как сухим способом, так и с добавлением ПАВ: предельные спирты, органические растворители, органические кислоты и др.
Как правило, время обработки может варьироваться в пределах от 5 мин до 45 мин. На графике зависимости плотности порошка от времени обработки (фиг.1) наблюдается резкое снижение плотности порошка, вследствие его спекания, при увеличении времени обработки свыше 45 мин. В результате образуются устойчивые агломераты, которые не обладают требуемой морфологией и необходимыми размерными характеристиками. Объективное измерение плотности, образующегося спека, по известным методикам измерения плотности порошков не представляется возможным.
Воздействие центробежного ускорения позволяет модифицировать микроструктуру поверхности порошка, устранить устойчивые агломераты, возникающие на разных стадиях изготовления порошка, тем самым существенно снижается степень агрегации частиц и повышается плотность порошка металла.
Наиболее предпочтительным условием для обработки мелкодисперсного порошка металла, согласно настоящему изобретению, является воздействие на материал центробежного ускорения с G-фактор в пределах от 15 до 40 g. Если G-фактор менее 15 единиц, то время обработки необходимо увеличивать в десятки раз для получения требуемой степени дезагрегации, что приводит к локальному перегреву и необратимым изменениям поверхности порошка. Результатом чего является снижение текучести порошка и сложность его применения в производстве токопроводящих паст, вследствие ухудшения печатных свойств паст.
Если G-фактор выше 40 единиц скорость соударения частиц, сила трения и давление в местах контакта увеличиваются в десятки раз, что приводит к увеличению температуры в местах локального перегрева до 120°С. Этот процесс протекает в течение короткого промежутка времени (от 1 до 5 мин) и практически не поддается контролю. Результатом является спекание частиц порошка металла.
Мелкодисперсный порошок металла, в соответствии с настоящим изобретением, имеет средний размер частиц менее 1,5 мкм, высокую дисперсность, низкий уровень примесей, плотность в диапазоне от 4,0 г/см3 до 8,0 г/см3, и таким образом, может рассматриваться, как высокодисперсный порошок металла. Необходимо добавить, что эффективное получение мелкодисперсного порошка металла, в соответствии с настоящим изобретением, обеспечивается посредством вышеописанного способа.
Преимущества указанного способа:
1. Процесс основан на физическом воздействии на структуру порошка и не требует использования вредных и дорогостоящих химических добавок, а также специального оборудования и средств измерения.
2. Время, необходимое для уплотнения порошка указанным способом, в десятки раз меньше, чем при использовании химических процессов для аналогичной цели.
3. Использование указанного способа уплотнения порошка позволяет улучшить морфологические свойства частиц порошка, что положительным образом влияет на качество пасты.
4. Простота применения и доступность данного способа.
Проведенный анализ уровня техники показал, что заявленная совокупность существенных признаков, изложенная в формуле изобретения, неизвестна. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявленного технического решения условию патентоспособности «новизна».
Сравнительный анализ показал, что в уровне техники не выявлены решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками заявленного изобретения, а также не подтверждена известность влияния этих признаков на технический результат. Таким образом, заявленное техническое решение удовлетворяет условию патентоспособности «изобретательский уровень».
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг.1 показан график зависимости плотности ρ порошка металла (Ag) от времени обработки τ путем воздействия центробежного ускорения с фактором 20 g.
На фиг.2-4 приведены фотографии порошка металла (Ag), показывающие изменение размера частиц порошков при изменении концентрации коллоидообразующего вещества и определенном времени обработки путем воздействия центробежного ускорения с фактором 20 g.
На фиг.2 показана фотография порошка серебра (Ag), полученного восстановлением из водных растворов с концентрацией гуммиарабика 100 г/л с последующей обработкой путем воздействия центробежного ускорения с фактором 20 g в течение 15 мин.
На фиг.3 показана фотография порошка серебра (Ag), полученного восстановлением из водных растворов с концентрацией гуммиарабика 20 г/л с последующей обработкой путем воздействия центробежного ускорения с фактором 20 g в течение 15 мин.
На фиг.4 показана фотография порошка серебра (Ag), полученного восстановлением из водных растворов с концентрацией гуммиарабика 200 г/л с последующей обработкой путем воздействия центробежного ускорения с фактором 20 g в течение 15 мин.
На фиг.5 показана фотография порошка серебра (Ag), полученного восстановлением из водных растворов с концентрацией гуммиарабика 100 г/л без последующей обработки путем воздействия центробежного ускорения.
ЛУЧШИЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ПРИМЕР 1
Нитрат серебра, в количестве 157,7 г, был растворен в 1,0 литре деионизованной воды для приготовления водного раствора нитрата серебра.
Водный раствор аскорбиновой кислоты, в котором 95 г аскорбиновой кислоты было растворено в 2,5 литрах деионизованной воды, использовался в данном случае в качестве восстановительного реагента. В раствор восстановителя был добавлен раствор гуммиарабика в количестве 100 мл с концентрацией 100 г/литр, что является высоким уровнем концентрации. В качестве комплексообразователя использовали раствор соли нитрозо-R в количестве 100 мл с концентрацией 50 г/литр. Значение рН раствора восстановителя находилось в пределах 2,0-2,5 единиц.
Раствор нитрата серебра был добавлен к раствору восстановителя, содержащего защитный коллоид и комплексообразователь, при интенсивном перемешивании со скоростью 3,0 мл/сек, в результате чего было произведено восстановление и осаждение мелкодисперсного порошка серебра. Таким образом, концентрация серебра на момент готовности раствора после смешивания составляла около 28,0 г/литр. Полученный порошок был отфильтрован и промыт до проводимости 15 µSm деионизованной водой. Сушку порошка производили под вакуумом с остаточным 200 мбар в токе инертного газа при температуре 80°С в течение 6 часов. После сушки порошок просеяли через сито с размером ячейки 30 мкм и подвергли обработке путем воздействия центробежного ускорения с фактором в 20 g в течение 15 минут. В результате был получен мелкокристаллический порошок серебра. Микрофотография порошка серебра: растровая электронная микроскопия (РЭМ) представлена на фиг.2. Частицы порошка имеют ярко выраженные грани, низкую степень агрегации, средний размер частиц 1,3 мкм.
Порошковые свойства мелкокристаллического порошка серебра, получаемого вышеописанным методом, приводятся в Таблице 1, наряду со свойствами порошка серебра, полученного в Примере 2, Примере 3 и Сравнительных примерах. Таким образом, разъяснение измерительного метода и прочих факторов, не определенных в вышеприведенном описании, приводится ниже. Адгезия к кремниевой подложке, приведенная в Таблице 1, измерялась посредством прибора для определения разрушающего усилия и кривых зависимости деформаций от напряжений для пластин кремния и солнечных элементов. Принцип измерения заключается в зависимости величины силы, прилагаемой к контакту (медной шине, припаянной к проводниковой дорожке) от адгезионной прочности контакта. Изготовление проводниковых дорожек, либо готовых солнечных элементов производилось путем нанесения токопроводящей пасты с вышеописанным мелкокристаллическим порошком серебра методом трафаретной печати, заключающимся в нанесении пасты с заданным отпечатком на кремниевую пластину, последующей сушкой при температуре 180°С в течении 60 секунд и вжиганием при пиковой температуре 860°С. Процентный состав данной серебросо держащей пасты включал (по весу): 70% мелкокристаллического порошка серебра, 1,5% этилцеллюлозы и 21% тексанола, остальное - неорганическое связующее.
Для измерения параметров осажденных кристаллических частиц и диаметра кристаллов использовался метод анализа ФИЛ (фокусировка ионного луча).
ПРИМЕР 2
В сравнении с Примером 1 в данном Примере 2 была изменена только концентрация раствора гуммиарабика, которая составила 20 г/литр. Полученный мелкокристаллический порошок серебра в количестве 100 г, обработан путем воздействия центробежного ускорения с фактором в 20 g в течение 15 мин. В результате был получен мелкокристаллический порошок серебра. Свойства мелкокристаллического порошка серебра, полученного вышеописанным способом, приводятся в Таблице 1, наряду со свойствами порошка серебра, полученного в прочих Примерах и Сравнительных примерах. Микрофотография порошка серебра: растровая электронная микроскопия (РЭМ) представлена на фиг.3. Частицы порошка имеют ярко выраженные грани, низкую степень агрегации, средний размер частиц 3,5 мкм.
ПРИМЕР 3
В сравнении с Примером 1 в данном Примере 3 была изменена только концентрация раствора гуммиарабика, которая составила 200 г/литр. Полученный мелкокристаллический порошок серебра в количестве 100 г, обработан путем воздействия центробежного ускорения с фактором в 20 g в течение 15 мин. В результате был получен мелкокристаллический порошок серебра. Свойства мелкокристаллического порошка серебра, полученного вышеописанным способом, приводятся в Таблице 1, наряду со свойствами порошка серебра, полученного в прочих Примерах и Сравнительных примерах. Микрофотография порошка серебра: растровая электронная микроскопия (РЭМ) представлена на фиг.4. Частицы порошка имеют слабо выраженные грани, более высокую степень агрегации (по сравнению с примерами 1 и 2), средний размер частиц 0,8 мкм.
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ ПРИМЕР 1
В сравнении с Примером 1 в данном Сравнительном примере были изменены только некоторые условия для обработки, поэтому, чтобы избежать повторений здесь приводится описание только измененных условий для обработки. Полученный мелкокристаллический порошок серебра, как показано в Примере 1, в количестве 100 г, обработан путем воздействия центробежного ускорения с фактором в 5 g в течение 60 мин. В результате был получен мелкокристаллический порошок серебра. Свойства мелкокристаллического порошка серебра, полученного вышеописанным способом, приводятся в Таблице 1, наряду со свойствами порошка серебра, полученного в прочих Примерах и Сравнительных примерах.
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ ПРИМЕР 2
В сравнении с Примером 1 в данном Сравнительном примере были изменены только некоторые условия для обработки, поэтому, чтобы избежать повторений здесь приводится описание только измененных условий для обработки. Полученный мелкокристаллический порошок серебра, как показано в Примере 1, в количестве 100 г, обработан путем воздействия центробежного ускорения с фактором в 60 g в течение 2 мин. В результате был получен мелкокристаллический порошок серебра. Свойства мелкокристаллического порошка серебра, полученного вышеописанным способом, приводятся в Таблице 1, наряду со свойствами порошков серебра, полученных в прочих Примерах и Сравнительных примерах.
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ ПРИМЕР 3
В сравнении с Примером 2 в данном Сравнительном примере были изменены только некоторые условия для обработки, поэтому, чтобы избежать повторений здесь приводится описание только измененных условий для обработки. Полученный мелкокристаллический порошок серебра, как показано в Примере 2, в количестве 100 г, обработан путем воздействия центробежного ускорения с фактором в 5 g в течение 100 мин. В результате был получен мелкокристаллический порошок серебра. Свойства мелкокристаллического порошка серебра, полученного вышеописанным способом, приводятся в Таблице 1, наряду со свойствами порошков серебра, полученных в прочих Примерах и Сравнительных примерах.
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ ПРИМЕР 4
В сравнении с Примером 2 в данном Сравнительном примере были изменены только некоторые условия для обработки, поэтому, чтобы избежать повторений здесь приводится описание только измененных условий для обработки. Полученный мелкокристаллический порошок серебра, как показано в Примере 2, в количестве 100 г, обработан путем воздействия центробежного ускорения с фактором в 60 g в течение 5 мин. В результате был получен порошок серебра. Свойства полученного порошка серебра определить не удалось, вследствие его спекания.
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ ПРИМЕР 5
В сравнении с Примером 3 в данном Сравнительном примере были изменены только некоторые условия для обработки, поэтому, чтобы избежать повторений здесь приводится описание только измененных условий для обработки. Полученный мелкокристаллический порошок серебра, как показано в Примере 3, в количестве 100 г, обработан путем воздействия центробежного ускорения с фактором в 20 g в течение 30 мин. В результате был получен мелкокристаллический порошок серебра. Свойства мелкокристаллического порошка серебра, полученного вышеописанным способом, приводятся в Таблице 1, наряду со свойствами порошков серебра, полученных в прочих Примерах и Сравнительных примерах.
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ ПРИМЕР 6
В сравнении с Примером 1 в данном Сравнительном примере были изменены только некоторые условия для обработки, поэтому, чтобы избежать повторений здесь приводится описание только измененных условий для обработки. Полученный мелкокристаллический порошок серебра, как показано в Примере 1, в количестве 100 г, обработан путем воздействия центробежного ускорения с фактором в 20 g в течение 30 мин. В результате был получен мелкокристаллический порошок серебра. Свойства мелкокристаллического порошка серебра, полученного вышеописанным способом, приводятся в Таблице 1, наряду со свойствами порошков серебра, полученных в прочих Примерах и Сравнительных примерах.
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ ПРИМЕР 7
В данном Сравнительном примере порошок серебра был восстановлен в соответствии с технологией, указанной в Примере 1. Обработка порошка путем воздействия центробежного ускорения не проводилась. В результате был получен мелкокристаллический порошок серебра. Свойства мелкокристаллического порошка серебра, полученного вышеописанным методом, приводятся в Таблице 1, наряду со свойствами порошков серебра, полученных в прочих Примерах и Сравнительных примерах. Микрофотография порошка серебра: растровая электронная микроскопия (РЭМ) представлена на фиг.5. Частицы порошка имеют овальную форму без граней, высокую степень агрегации, средний размер частиц 2,0 мкм.
| Таблица 1 | |||||
| Сравнительные характеристики порошков | |||||
| Образец | Свойства порошка | Свойства проводника | |||
| Содержание Ag, % | Плотность после утряски, г/см3 | D50, µm | Форма частиц | Адгезия к кремниевой подложке, Δ, % | |
| Пример 1 | 99,7 | 6,2 | 1,3 | многогранник | 23 |
| Пример 2 | 99,8 | 6,0 | 3,5 | многогранник | 23 |
| Пример 3 | 98,9 | 3,5 | 0,8 | многогранник | 0 |
| Сравнительный пример 1 | 99,7 | 4,0 | 1,8 | многогранник | 15 |
| Сравнительный пример 2 | 99,7 | 6,4 | 2,2 | многогранник | 25 |
| Сравнительный пример 3 | 99,8 | 4,7 | 1,8 | многогранник | 17 |
| Сравнительный пример 4 | Не измеряется | спекся | |||
| Сравнительный пример 5 | 98,9 | 5,5 | 0,8 | многогранник | 20 |
| Сравнительный пример 6 | 99,7 | 7,8 | 1,2 | многогранник | 29 |
| Сравнительный пример 7 | 99,7 | 3,5 | 2,0 | овал | 0 |
Как видно из Таблицы 1, мелкокристаллический порошок серебра, полученный в Примерах 1-3 и Сравнительных примерах 1-7, имеет малый размер частиц и низкую степень агрегации, а также низкое содержание примесей. Сравнительный пример 7 показал, что полученные частицы порошка имеют овальную форму без граней и высокую степень агрегации.
В каждом случае из приведенных Примеров и Сравнительных Примеров, можно заметить, что при увеличении плотности порошков пропорционально повышается прирост степени адгезии токопроводящей пасты к кремниевой пластине, что положительно сказывается на механических свойствах пасты после вжигания, в частности, при пайке солнечных элементов в модули.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
Мелкокристаллический порошок металла, согласно настоящему изобретению, состоит из порошковых частиц, имеющих особо малый размер, присутствие которых не предусмотрено в стандартных порошках металла. Данные частицы имеют низкую степень агрегации и показывают очень высокий уровень дисперсности. Кроме того, посредством способа получения мелкокристаллического порошка металла, согласно настоящему изобретению, в полученном порошке металла удалось достигнуть снижения степени агрегации частиц; такое снижение влияет на увеличение слоевой плотности и, таким образом, способствует снижению электрического сопротивления и повышению значения адгезии при формировании проводниковой дорожки. Повышение степени адгезии токопроводящих паст для солнечных элементов имеет принципиально важное значение, так как она определяет прочность, надежность и долговечность работы солнечной батареи.
Мелкокристаллические порошки металла, полученные способом по настоящему изобретению, могут быть использованы в электронной технике, в частности, при производстве токопроводящих паст для формирования электродов и проводников различных электронных устройств, в том числе элементов для солнечных батарей.
1. Порошок для токопроводящих паст, представляющий собой мелкодисперсный металлический порошок преимущественно овальной формы, отличающийся тем, что частицы порошка имеют ярко выраженные грани, полученные путем механической обработки с воздействием центробежного ускорения, средний размер частиц составляет менее 1,5 мкм и плотность порошка находится в диапазоне от 4,0 г/см3 до 8,0 г/см3.
2. Способ получения и оптимизации параметров порошка для токопроводящих паст, включающий получение водного раствора соли металла, восстановление порошка металла путем добавления раствора соли металла к раствору восстановителя, отличающийся тем, что раствор восстановителя дополнительно содержит, по крайней мере, одно коллоидообразующее вещество, после восстановления порошка металла проводится механическая обработка порошка металла путем воздействия центробежного ускорения с фактором в диапазоне от 15 до 40 g.
