[发明专利]二次气氛还原制备超细铜粉的方法

说明书

本发明公开了二次气氛还原制备超细铜粉的方法，将氧化铜粉体与过程控制剂按比例混匀，获得混粉；混粉与氧化锆球装入球磨罐；将球磨罐放入行星球磨机中进行高能球磨；将球磨后的粉体放入坩埚中，再将坩埚放入管式炉内，并封闭舱门；升温并在保温温度点通入还原性气体CO，然后保温；关闭CO通气阀，再向管内再通入H₂，并在新的保温温度点，进行等温还原，然后保温；关闭H₂通气阀，并关闭出气阀，随炉冷却至室温，得到超细铜粉。本发明可以制得超微型芯片和触头导电材料所需的超细导电粉体材料，工艺简单，成本低，适合大规模的生产。

技术领域

本发明属于微电子制造及3D打印技术领域，特别是涉及一种二次气氛还原制备超细铜粉的方法。

背景技术

近年，随着柔性穿戴设备、高精密传感器、电子印刷、3D打印等产品与技术越来越多的受到资本市场关注，微电子产品正逐渐向着轻量化、便携化、节约空间、超精密的方向发展。按照美国IDTechEx机构的2017年-2027年关于电子打印及有机柔性电器的预测报告结果显示，3D电子打印与柔性电子设备的全球市场将从2017年的292.8亿美元增长达到2027年的734.3亿美元。而这类微电子元器中导电铜材也将随着该类产品的发展向着微型化(微米级，亚微米级甚至纳米级)和轻薄化的方向发展。而要让电子元器件中的铜材能够实现微型化和轻薄化，制备该类材料所需的原料，如铜粉，也必须向着超细和纳米化的方向开发。

目前超细铜粉的制备方法主要方法为液相还原反应法和气相还原反应法。液相还原法一般以铜盐溶液作为原料，借助分散剂和还原剂共同作用获得铜粉。专利公开号：CN104227012A，公开日：2014年12月24日公开的专利技术：将硫酸铜盐与碱液混合，通过多步液相还原，最终获得了形状为类球形，粒径在1～3μm的玫红色铜粉。专利CN104325154A，公开日：2015年2月4日公开的专利技术：将铜盐与乙二醇和碱液制成混合液，通过还原剂一次还原后，获得粒径在0.3～1.5μm的超细铜粉。但这种方法获得的铜粉中易携带酸根离子和其它金属离子，影响产品纯度；同时，液相还原法的反应工艺流程长，且产量偏低。

气相还原法通常借助铜氧化物易破碎的特点，将铜氧化物球磨获得超细粉，再借助还原气氛制备铜粉。该方法较液相还原法工艺流程简单，易实现工业化生产。专利CN104874806A，公开日2015年9月2日公开的专利技术：将球磨后的超细铜氧化物粉末与碳材料粉末或陶瓷材料粉末混合，先用还原气氛一次还原，随后加热至铜粉熔融温度并冷却获得铜球，最后在使用超声波分散铜粉与陶瓷粉与碳材料粉，获得粒度在1～15μm的铜粉。该工艺在铜粉熔融后较难防止低密度的碳材料和陶瓷材料发生团聚和上浮，且晶体颗粒在冷却过程中的长大速度不宜控制，获得的铜粉粒度范围较大。专利CN101628338A，公开日：2010年1月20日公开的专利技术：氧化铜粉与草酸铁粉的合金粉经过高能球磨后在450～600℃下氢气还原，获得了费氏粒度小于1.0μm的合金粉。但通常直接使用氢气在该温度区间还原获得的产品容易发生较为严重的烧结，颗粒分散性差。

因此，开发一种工艺较为简单，可以较好满足大批量工业化生产，且纯度较高、粒径较小的超细铜粉制备方法一直是该领域的研究热点与技术难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种二次气氛还原制备超细铜粉的方法，可以制得超微型芯片和触头导电材料所需的超细导电粉体材料，其制备工艺简单，成本低，适合大规模的生产。

本发明所采用的技术方案是，二次气氛还原制备超细铜粉的方法，按照以下步骤进行：

步骤1，将氧化铜粉体与过程控制剂按比例混匀，获得混粉；

步骤2，将步骤1得到的混粉与氧化锆球装入球磨罐；

步骤3，将球磨罐放入行星球磨机中进行高能球磨；

步骤4，将球磨后的粉体放入坩埚中，再将坩埚放入管式炉内，并封闭舱门；