CN110246605B

CN110246605B - 一种抗氧化型导电浆料组合物和导电涂层及其制备方法

Info

Publication number: CN110246605B
Application number: CN201910371335.7A
Authority: CN
Inventors: 刘海涛; 晏义伍; 邵鹏聪; 张力; 陈晓玻
Original assignee: Shenzhen Academy of Aerospace Technology
Current assignee: Shenzhen Academy of Aerospace Technology
Priority date: 2019-05-06
Filing date: 2019-05-06
Publication date: 2021-01-12
Anticipated expiration: 2039-05-06
Also published as: CN110246605A

Abstract

本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种抗氧化型导电浆料组合物和导电涂层及其制备方法。所述导电浆料组合物按重量份计含有：硼镍粉75‑95份、含硼无机粘结剂5‑15份、有机载体1‑5份、溶剂10‑30份，所述的硼镍粉为表面包覆有镍化硼的导电金属粉末，其中，硼镍粉中硼元素含量为2‑8％；所述的含硼无机粘结剂中硼元素含量2‑20％。该导电浆料组合物可以实现空气气氛下烧结，具有极其优良的抗氧化性能；可以在600度左右烧结，应用工艺简单，过程能耗低；由该导电浆料组合物制备得到的导电涂层具有成本低、导电性好、附着力好等特点，可以广泛应用于RFID天线制作。

Description

一种抗氧化型导电浆料组合物和导电涂层及其制备方法

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种抗氧化型导电浆料组合物和导电涂层及其制备方法。

背景技术

导电浆料应用极为广泛，其可广泛应用于太阳能电池、电子标签、陶瓷电容器等行业中作为电极制作的核心材料。目前，由于银的导电性好，银导电浆料被广泛采用。但是银为贵金属材料，价格昂贵，银浆应用成本很高，贱金属化是导电浆料未来发展的必然趋势。金属镍来源广泛、价格便宜，利用镍导电金属粉末研制的镍导电浆料具有广阔的应用前景。

例如现有技术CN101290824A提供了一种镍基导电浆料的制备方法，以次亚磷酸钠还原镍盐水溶液与铬盐水溶液的混合溶液制备亚微米级镍铬混合金属粉，在亚微米级镍铬混合金属粉表面包覆纳米银制得镍基金属粉。

CN87100475A一种厚膜镍导电浆料，其组分为(重量％)：硼粉1.0～8.0，铝粉0.1～1.0，锌粉0.5～3.0和平衡量镍粉，各组分之和为100。

然而，镍导电浆料在烧结过程中容易氧化，更是难以在空气气氛下烧结，开发新型的具有高抗氧化特性的镍导电浆料具有十分重要的价值和意义。

发明内容

鉴于现有技术存在的问题，本发明通过以下技术方案来实现：

本发明提供的一种抗氧化型导电浆料组合物，该导电浆料组合物含有：硼镍粉75-95份、含硼无机粘结剂5-15份、有机载体1-5份、溶剂10-30份，其特征在于，所述的硼镍粉为表面包覆有镍化硼的导电金属粉末，其中，硼镍粉中硼元素含量为2-8％；所述的含硼无机粘结剂中硼元素含量2-15％。

导电浆料中的导电金属粉末最为重要，纯的镍金属粉末，在空气气氛下烧结的话，可以发生自燃，被氧气氧化后变为镍的氧化物，而镍的氧化物的导电性很差，这非常不利于形成高导电性的导电涂层，难以满足应用要求。本专利采用硼镍粉为核心的导电金属粉末，这种粉末为表面包覆有镍化硼的导电金属粉末，其具有良好的抗氧化能力，同时借助其表面的硼，在高温烧结过程中能够大幅提升金属粉末与含硼无机粘结剂的界面润湿性和相容性，进一步提高镍的抗氧化能力。

该种硼镍粉导电金属粉末中硼元素含量过低，尤其是低于2％，会使得该种金属粉末抗氧化能力较差，难以在空气气氛下烧结，该种硼镍粉导电金属粉末中硼元素含量过高，尤其是高于8％，会使得该种金属粉末表面抗氧化层过厚，会影响到金属粉末和金属粉末之间的接触，不利于形成高导电性的导电涂层。该种硼镍粉导电金属粉末含量过低，尤其是低于75份的话，可能会导致导电涂层导电网络搭建不完整，导电性不好，该种硼镍粉导电金属粉末含量过高，尤其是高于95粉的话，可能会导致导电涂层与基材粘接不好，容易脱落。

导电浆料中的无机粘结剂(俗称玻璃粉)主要起到粘结作用，一方面能够将导电相粘结在一起形成导电通路，另外一方面将导电涂层与基材粘结在一起，本发明所述的含硼无机粘结剂，硼元素可以以单质硼、氧化硼、含硼金属氧化物等形式存在于含硼无机粘结剂当中，其中较适宜的方案是硼元素以氧化硼的形式存在。

含硼无机粘结剂中硼元素含量过低，尤其是低于2％，将会降低导电涂层烧结过程中浆料的抗氧化能力，含硼无机粘结剂中硼元素含量过高，尤其是高于15％，将会降低导电涂层与基材之间的粘结力。

作为本发明的一种优选技术方案，所述的镍化硼含有NiB、Ni₂B、Ni₃B中的至少一种(优选质量比例为1：0.1-2)；所述的硼镍粉中硼元素含量为4-6％；所述的含硼无机粘结剂中硼元素含量为5-10％。前述效果最佳。

作为本发明的一种优选技术方案，，在本发明中，含硼无机粘结剂可以选用氧化硼7-25％、氧化锌10-14％、氧化硅3-5％、氧化铝0.2-1.5％、氧化镧05-1.5％、氧化锂0.5-1.5％、其余为氧化铋的体系，也可以选用氧化硼7-30％、氧化锌3-6％、氧化铝0.2-1.5％、氧化铜0.5-1.5％、氧化钠0.5-2％、其余为氧化铅的体系。所述含硼无机粘结剂可以通过市售获得，也可自行调制，但本发明不局限于此。

导电浆料中的有机载体(有时称为有机黏合剂)，其可以将导电相和作粘合用的无机粘结剂(俗称玻璃粉)及其它固体粉末混合分散成膏状浆料，主要的功能是提高浆料的粘稠性和塑性。本发明较为适宜的方案中，考虑到成本、环保性和性能，有机载体建议选用乙基纤维素、甲基纤维素等为主，但本发明不局限于此。

有机载体含量过低，尤其是低于1份的话，起不到明显的增加体系粘稠性的作用，有机载体含量过高，尤其是高于5份的话，会使得体系过于粘稠，不便施工。

导电浆料中的溶剂主要起到调整导电浆料组合物粘稠度和挥发度的作用，通过调整溶剂的含量和类别，达到适用不同涂敷工艺和装备的施工粘度要求，同时通过溶剂来调整导电浆料组合物在烘干和烧结过程中，涂层表面的平整性，如果溶剂沸点过低，施工过程可能会存在由于干燥过快导致的相关缺陷，如果溶剂沸点过高，使得导电浆料组合物干燥缓慢，可能会导致烧结过程产生相关缺陷，影响涂层导电性和附着力。本发明较为适宜的方案中，考虑到成本、环保性和性能，溶剂建议选用松油醇、乙二醇醚类等为主，但本发明不局限于此。

有机溶剂含量过低，尤其是低于10份的话，不利于有机载体的溶解，也会使得体系过于粘稠，不利于后期施工，有机载体含量过高，尤其是高于30份的话，会使得体系流动性太好，施工性也不好，后期应用挥发困难。

作为本发明的一种优选技术方案，表面包覆有镍化硼的导电金属粉末的粒径范围为0.5-5微米。导电金属粉末的核为镍或镍银或镍铜中的至少一种。可以通过物理的或化学的合成手段获得这种导电金属粉末，也可以购买市场上的既有粉末，也可购买市场上既有的镍或镍银或镍铜粉末，再通过物理的或化学手段进行表面包覆处理，获得这种导电金属粉末。

选用这种粒径规格的材料，主要是考虑到实际的应用。粒径太小，颗粒表面积较大，在后期烧结过程中容易氧化，粒径太大，会使得导电浆料组合物的细度偏大。导电金属粉末的核必须含镍，镍与表面包覆物镍化硼具有量好的相容性，只有核含镍才能使得导电金属粉末的核和包覆层界面结合好，也有利于其抗氧化能力的提高。

本发明的另一目的在于提供一种导电涂层的制备方法，该制备方法包括：将前述的抗氧化型导电浆料组合物在基片上涂敷；在100-150度下烘烤20-40min后，在600-800度下烧结10-40min，获得导电涂层。

本发明的再一目的在于提供一种导电涂层，其特征在于，所述导电涂层前述的制备方法制备得到。

所述涂层可以在600度左右烧结，导电性好，具体优选技术方案中电阻小于75毫欧/□，附着力良好，具体优选技术方案中附着力为0级。

本发明相对于现有技术的有益效果包括：

(1)该导电浆料组合物可以实现空气气氛下烧结，具有极其优良的抗氧化性能；

(2)该导电浆料组合物可以在600度左右烧结，应用工艺简单，过程能耗低；

(3)该导电涂层具有成本低、导电性好、附着力好等特点，可以广泛应用于RFID天线制作。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行解释说明，但本发明不局限于此。

实施例1

一种抗氧化型导电浆料组合物，按重量计，包括：硼镍粉75份、含硼无机粘结剂(氧化硼7-25％、氧化锌10-14％、氧化硅3-5％、氧化铝0.2-1.5％、氧化镧05-1.5％、氧化锂0.5-1.5％、其余为氧化铋的体系)5份、有机载体(乙基纤维素)1.5份、溶剂(松油醇)15份，其中所述的硼镍粉为表面包覆有镍化硼的导电金属粉末，核为镍。硼镍粉表面含NiB，硼镍粉中硼元素含量2.2％，含硼无机粘结剂中硼元素含量4％。

由上述导电浆料组合物在氧化铝陶瓷片表面涂敷成膜，在100度下烘烤40min，再在600度下烧结40min，获得本发明所述的导电涂层。

实施例2

一种抗氧化型导电浆料组合物，按重量计，包括：硼镍粉95份、含硼无机粘结剂(氧化硼15％、氧化锌12％、氧化硅5％、氧化铝1.5％、氧化镧0.5％、氧化锂1％、其余为氧化铋的体系)15份、有机载体(乙基纤维素)4.5份、溶剂(松油醇)30份，其中所述的硼镍粉为表面包覆有镍化硼的导电金属粉末，其核为镍。硼镍粉表面含NiB和Ni₂B(质量比例为1：1)，硼镍粉中硼元素含量7％，含硼无机粘结剂中硼元素含量10％。

由上述导电浆料组合物在氧化铝陶瓷片表面涂敷成膜，在150度下烘烤20min，再在800度下烧结10min，获得本发明所述的导电涂层。

实施例3

一种抗氧化型导电浆料组合物，按重量计，包括：硼镍粉80份、含硼无机粘结剂(氧化硼30％、氧化锌5％、氧化铝0.2％、氧化铜0.5％、氧化钠2％、其余为氧化铅的体系)7.5份、有机载体(甲基纤维素)3份、溶剂(松油醇)20份，其中所述的硼镍粉为表面包覆有镍化硼的导电金属粉末，其核为镍银。硼镍粉表面含NiB和Ni₂B(质量比例为1：2)，硼镍粉中硼元素含量5％，含硼无机粘结剂中硼元素含量7.5％。

由上述导电浆料组合物在氧化铝陶瓷片表面涂敷成膜，在120度下烘烤30min，再在700度下烧结15min，获得本发明所述的导电涂层。

对比例1

一种抗氧化型导电浆料组合物，按重量计，包括：镍粉80份、无机粘结剂(具体为氧化硼12％、氧化锌6％、氧化铝1％、氧化铜1％、氧化钠2％、其余为氧化铅的体系)7.5份、有机载体(甲基纤维素)3份、溶剂(松油醇)20份。

由上述导电浆料组合物在氧化铝陶瓷片表面涂敷成膜，在120度下烘烤30min，再在700度下烧结15min，获得导电涂层。

实施例4

性能检测，检测结果如下表：

表1为实施例和对比例，相关性能对比

序号	涂层导电性	涂层附着力
			实施例1	方阻：75毫欧/□	0级
实施例2	方阻：55毫欧/□	0级
			实施例3	方阻：25毫欧/□	0级
对比例1	不导电	2级

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种抗氧化型导电浆料组合物，其特征在于，按重量份计，包括：硼镍粉75-95份、含硼无机粘结剂5-15份、有机载体1-5份、溶剂10-30份，其特征在于，所述的硼镍粉为表面包覆有镍化硼的导电金属粉末，其中，所述的镍化硼含有NiB、Ni₂B、Ni₃B中的至少一种；所述的硼镍粉中硼元素含量为4-6％；所述含硼无机粘结剂选用氧化硼7-25％、氧化锌10-14％、氧化硅3-5％、氧化铝0.2-1.5％、氧化镧05-1.5％、氧化锂0.5-1.5％、其余为氧化铋的体系；或者选用氧化硼7-30％、氧化锌3-6％、氧化铝0.2-1.5％、氧化铜0.5-1.5％、氧化钠0.5-2％、其余为氧化铅的体系，所述的含硼无机粘结剂中硼元素含量2-15％；所述有机载体选自乙基纤维素、甲基纤维素；所述溶剂选自松油醇、乙二醇醚。

2.根据权利要求1所述的抗氧化型导电浆料组合物，其特征在于，所述的含硼无机粘结剂中硼元素含量为5-10％。

3.根据权利要求1所述的抗氧化型导电浆料组合物，其特征在于，表面包覆有镍化硼的导电金属粉末的粒径范围为0.5-5微米，导电金属粉末的核为镍或镍银或镍铜中的至少一种。

4.一种导电涂层的制备方法，其特征在于，该制备方法包括：将权利要求1-3任一项所述的抗氧化型导电浆料组合物在基片上涂敷；在100-150度下烘烤20-40min后，在600-800度下烧结10-40min，获得导电涂层。

5.一种导电涂层，其特征在于，所述导电涂层通过权利要求4所述的制备方法制备得到。