一种片式多层陶瓷电容器用的超细铜粉的制备方法

技术领域

本发明涉及多层陶瓷电容器用铜粉，具体地说是一种片式多层陶瓷电容器用超细铜粉的制备方法。

背景技术

目前，贱金属片式多层陶瓷电容器的生产厂家主要集中在日本，由于高质量的片式多层陶瓷电容器用超细铜粉与超细镍粉的生产技术被日本的少数厂家所控制，我国生产的铜粉与镍粉无论在粒度分布的均匀性或抗氧化性等方面都难以满足片式多层陶瓷电容器的要求，片式多层陶瓷电容器生产所需的铜粉与镍粉主要依靠进口，使得我国贱金属片式多层陶瓷电容器技术的发展受到了很大的限制。

基于以上现状，我国目前正在开展了一系列的片式多层陶瓷电容器用超细铜粉的制备与表面改性研究。片式多层陶瓷电容器电极用铜粉要求其具有较小的粒径，粒径分布窄，球形度高，结晶度高、纯度高、抗氧化性好、振实密度高等性质。由于超细铜粉表面活性强会迅速形成CuO和Cu₂O薄膜，使其导电性迅速下降，甚至不导电，超细铜粉抗氧化技术是制备导电性能稳定的铜系导电浆料的关键技术。目前采用的方法所制备的铜粉都不同程度地存在粒径不均匀、易团聚、形貌不规则、易氧化等缺点。因此保证制备的铜粉满足片式多层陶瓷电容器技术要求是目前研究亟待解决技术问题。

发明内容

本发明提出一种片式多层陶瓷电容器用超细铜粉的制备方法。

为实现上述目的，本发明所述一种片式多层陶瓷电容器用超细铜粉的制备方法，工艺过程包括：

a.超细铜粉前驱体的制备：碳酸钠、硫酸铜溶解于水中形成混合溶液，混合溶液中碳酸钠含量102～106g/L，硫酸铜含量57～61g/L；加入分散剂溶液,调pH8～9，控制反应温度50～70℃，反应时间1～2h，制备得到超细铜粉前驱体；

b．超细铜粉前驱体的还原：将超细铜粉前驱体洗涤后加入还原剂、分散剂和保护剂PVP控制反应温度45～60℃，反应时间50～90min；

c．过滤、洗涤、干燥：将反应液采用N₂压滤过滤后、洗涤、真空干燥、得到超细铜粉。

所述步骤c中的洗涤溶液为用5%的乙醇溶液进行。

所述步骤a、b中分散剂为聚乙二醇。

所述步骤a中分散剂加入量为所述超细铜粉前驱体中铜含量的1～4%。

所述步骤b中还原剂加入量为所述超细铜粉前驱体中铜含量的1.2～3倍。

所述步骤b中所述还原剂为水合肼。

所述步骤b中所述分散剂和保护剂PVP的加入量为所述超细铜粉前驱体中铜含量的1～4%。

所述步骤b中所述分散剂和保护剂PVP的加入质量比为1～2：1。

所述超细铜粉前驱体的平均粒径范围为1～5μm。

所述制备超细铜粉前驱体所用原料为硫酸铜和碳酸钠，原料便宜；制备的超细铜粉前驱体为碳酸铜和碱式碳酸铜的混合物，前驱体比较稳定，洗涤过程中不易氧化，而且残留的SO₄^2-容易洗涤干净。

工艺原理为：碳酸铜和碱式碳酸铜的混合物组成的前驱体相对降低了Cu²⁺的氧化电位，还原反应速度相对缓慢，溶液中新生成的铜微粒的浓度相对降低，使它的过饱和浓度不超过成核的临界浓度，促使新生成的铜微粒在原有晶核的基础上均匀长大，而抑制其成核，从而达到了还原反应过程中铜颗粒粒径均匀可控的目的；得到的超细铜粉纯度高，形貌为球形状，铜粉粒径分布窄，粒径均匀可控，分散性好，具有优良的导电性能。

本发明的一种片式多层陶瓷电容器用的超细铜粉的制备方法，有益技术效果在于：采用先将硫酸铜溶液和碳酸钠溶液混合反应制备超细铜粉前驱体，再加入水合肼还原超细铜粉前驱体的工艺，不仅制备超细铜粉前驱体的原料价格低廉，而且制备的超细铜粉前驱体稳定，不易氧化，残留的SO₄^2-容易洗涤干净；同时制备的超细铜粉纯度高，形貌为球形状，铜粉粒径分布窄，粒径均匀可控，分散性好，具有优良的导电性能本发明的方法，工艺过程简单，反应温和，操作简便，易于实现规模化生产。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图。

具体实施方式

实施例1

配制102g/L的碳酸钠溶液和含铜57g/L的硫酸铜溶液，量取200mL纯水做底液，加入0.2g聚乙二醇,加热底液温度约50℃时，分别量取200mL硫酸铜溶液和350mL碳酸钠溶液，同时缓慢滴加入底液中搅拌反应，混合溶液PH值维持8～9，转速400r/min，硫酸铜溶液和碳酸钠溶液滴加完毕后保温时间为1～2h，温度为50～70℃，制备好超细铜粉前驱体，超细铜粉前驱体的平均粒度为3.5μm；将制备的超细铜粉前驱体进行三次纯水洗涤，洗涤后用2%的BaCl₂溶液进行测定，无白色沉淀证明洗涤干净；洗涤后超细铜粉前驱体进行浆化，取浆化液300mL，分别加入0.2g聚乙二醇和PVP，控制浆化液温度约50℃，加入48mL水合肼进行还原，溶液中出现带金属光泽的紫红色沉淀时结束反应；将产生的紫红色沉淀采用N₂压滤过滤，过滤后用5%的乙醇溶液进行洗涤；洗涤后真空干燥，分级包装，得到19.12g超细铜粉，铜回收率为92.2%，铜粉粒径范围1.0～6.0μm，铜粉平均粒径3.0μm，测得电阻率为1.235×10^-2Ω.m，该铜粉具有良好的导电性能。

实施例2

配制104.3g/L的碳酸钠溶液和含铜59.2g/L的硫酸铜溶液，量取200mL纯水做底液，加入0.4g聚乙二醇,加热底液温度约50℃时，分别量取400mL硫酸铜溶液和700mL碳酸钠溶液，同时缓慢滴加入底液中搅拌反应，混合溶液PH值维持8～9，转速500r/min，硫酸铜溶液和碳酸钠溶液滴加完毕后保温时间为1～2h，温度为50～70℃，制备好超细铜粉前驱体，超细铜粉前驱体的平均粒度为3.4μm；将制备的超细铜粉前驱体进行三次纯水洗涤，洗涤后用2%的BaCl₂溶液进行测定，无白色沉淀证明洗涤干净；洗涤后超细铜粉前驱体进行浆化，取浆化液300mL，分别加入0.4g聚乙二醇和PVP，控制浆化液温度约50℃，加入96mL水合肼进一步还原，溶液中出现带金属光泽的紫红色沉淀时结束反应；将产生的紫红色沉淀采用N₂压滤过滤，过滤后用5%的乙醇溶液进行洗涤；洗涤后真空干燥，分级包装，得到38.56g超细铜粉，铜回收率为93.05%，铜粉粒径范围0.6～5.0μm，铜粉平均粒径2.5μm，测得电阻率为1.210×10^-2Ω.m，该铜粉具有良好的导电性能。

实施例3

配制106g/L的碳酸钠溶液和含铜62g/L的硫酸铜溶液，量取200mL纯水做底液，加入1.0g聚乙二醇,加热底液温度约50℃时，分别量取2000mL硫酸铜溶液和4000mL碳酸钠溶液，同时缓慢滴加入底液中搅拌反应，混合溶液PH值维持8～9，转速600r/min，硫酸铜溶液和碳酸钠溶液滴加完毕后保温时间为1～2h，温度为50～70℃，制备好超细铜粉前驱体，超细铜粉前驱体的平均粒度为4.2μm；将制备的超细铜粉前驱体进行三次纯水洗涤，洗涤后用2%的BaCl₂溶液进行测定，无白色沉淀证明洗涤干净；洗涤后超细铜粉前驱体进行浆化，取浆化液300mL，分别加入1.0g聚乙二醇和PVP，控制浆化液温度约50℃，加入275mL水合肼进一步还原，溶液中出现带金属光泽的紫红色沉淀时结束反应；将产生的紫红色沉淀采用N₂压滤过滤，过滤后用5%的乙醇溶液进行洗涤；洗涤后真空干燥，分级包装，得到108.05g超细铜粉，铜回收率91.26%，铜粉粒径范围1.0～10μm，铜粉平均粒径5.0μm，测得电阻率为1.265×10^-2Ω.m，该铜粉具有良好的导电性能。