超細(xì)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(xì)金屬粉末尺寸小，介于微觀粒子與宏觀物質(zhì)之間，通常由1100nm范圍內(nèi)的微小金屬顆粒構(gòu)成。具有優(yōu)良的力學(xué)性能、特殊的磁性能、高的電導(dǎo)率和擴(kuò)散率、高的反應(yīng)活性和催化活性等物理、化學(xué)性能，在各個(gè)領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值，超細(xì)粉末的研究已成為材料科學(xué)領(lǐng)域的新熱點(diǎn)。

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

超細(xì)合金粉末的制備方法和單金屬超細(xì)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(yīng)物的狀態(tài)不同分為干法和濕法；以反應(yīng)原理不同分為物理法和化學(xué)法。其中制備的關(guān)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(xì)銀銅合金不融合金粉末制備方法。

1 機(jī)械合金化法

機(jī)械合金化法通常也稱為高能球磨法，通過球磨機(jī)的轉(zhuǎn)動等機(jī)械驅(qū)動力的作用而制備超細(xì)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(zhuǎn)/分旋轉(zhuǎn)。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(jié)構(gòu)慢慢細(xì)化，達(dá)到預(yù)想的不同原子相互滲入的粉末粒度，這樣重復(fù)球磨30次制得超細(xì)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(dāng)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(jī)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(luò)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?dú)馀莘撗酰?.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(shí)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(xì)金屬粉末。

輻射還原法合成超細(xì)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(xué)組成比例的超細(xì)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(diǎn)，而且得到的超細(xì)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(gè)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(gè)主要部件組成，用于實(shí)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(shí)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(gè)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(yīng)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(dá)到30 nm的超細(xì)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(diǎn)。

4 化學(xué)還原法

化學(xué)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(xué)還原劑的液相還原法，化學(xué)還原法主要是還原劑與金屬鹽溶液發(fā)生化學(xué)還原反應(yīng)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(xì)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(xì)金屬粉末。

表1 超細(xì)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(yīng)，調(diào)整反應(yīng)溫度，重復(fù)以上反應(yīng)在50、60、70和80℃的水浴條件，以得到最優(yōu)條件。反應(yīng)完成后，將沉淀過濾、干燥，然后研磨得到預(yù)期的超細(xì)銀銅金屬粉末。通過對不融合金屬粉末表征得出，制備超細(xì)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(xué)還原法所需設(shè)備簡單，操作簡便，因而使得粉末的成本較低。

5 結(jié)語

超細(xì)金屬粉末具有一系列特殊的性能，市場對超細(xì)金屬粉末需求會急劇增加。因此，研究超細(xì)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(xì)銀銅不融合金粉末的制備方法，這可以引導(dǎo)生產(chǎn)領(lǐng)域的科技人員，在進(jìn)行粉末制備生產(chǎn)的時(shí)候，對不同的方法加以綜合利用，以達(dá)到理想的制粉效果。