粉体化学镀银分散方法研究
目 录
1 引言 1
1.1 粉体化学镀简述 1
1.2 粉体的分散方法 5
1.3 本课题的研究目的及方法 8
2 实验部分 8
2.1 实验药品及设备 8
2.2 实验方案 9
3 结果与讨论 12
3.1 分散类型的选择 12
3.2 分散剂用量的确定 16
3.3 分散剂对凹土化学镀银的影响 18
结 论 21
致 谢 22
参 考 文 献 23
1 引言
随着当今科学技术的快速发展，对材料的力学性能和物理性能的要求越来越高，单一材料很难满足要求。通过粉体化学镀，可以对粉体进行表面改性，获得性能优越的复合粉体材料。本研究拟在凹土棒晶表面进行化学镀，制取复合粉体。凹土拥有天然的棒状结构，在凹土棒晶表面进行化学镀银，可以制得一维超细复合银粉。以凹土为内核，制得的复合银粉也具有棒状结构。棒状纳（微）米金属粉体，可以形成网状结构，比传统的球状团聚结构具有更大的比表面积，性能十分优越，制得的复合银粉在工业中的应用极为广泛。盱眙的凹土资源非常丰富，将凹土通过表面镀银来制得银粉，将会改变凹土资源廉价出售的局面，极大地提高企业的利润，对于带动经济的发展具有重要的作用[1]。但粉体的比表面积大，所具有的能量较高，颗粒间不稳定，容易发生团聚，形成较大的颗粒，失去粉体原有的性质,无法表现出粉体的特性，成了亟需解决的问题。凹土极易团聚在一起，采用超声协同分散剂的分散方法可以有效的解决凹土的团聚问题。
1.1 粉体化学镀简述
1.1.1 化学镀
化学镀又称自催化镀，是在没有外加电源的条件下，通过 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
镀液中的氧化还原反应，将镀液中的金属离子还原成金属，并附着在基体材料表面，形成一层致密金属层的方法[2]。化学镀的发现使得材料的表面改性和应用范围变得广泛，自1946年A.Brenner和G.Riddell发现化学镀镍技术以来,化学镀已被广泛地应用在化学、机械、汽车、电子、航空航天等工业部门[3]。电镀是将零件作为阴极，放入金属盐溶液中，接通直流电源，利用电解原理在零件镀上金属镀层的过程，但是电镀的操作复杂且工艺要求较高，需要电源，制作阳极，且电镀过程中要使用一些危化物，生成的副产物处理起来比较麻烦。电镀过程中，电源的不稳定会引起镀层的厚度不均匀，达不到目标产物的要求，且电镀不太适用在绝缘的粉体上。与电镀相比，化学镀不需要外加电源，利用溶液中的氧化还原反应，还原金属离子，形成化学镀层，工艺相对简单、不要求材料本身具有导电性，特别适用于各种形状不规则的非金属基体施镀,促进了化学镀的发展，为化学镀银技术的发展做出了巨大贡献。随着纳米材料的开发和应用，通过化学镀制备金属复合材料吸引了大量的研究。
1.1.2 化学镀银
化学镀的本质是镀液中的氧化还原反应，在经过表面预处理的粉体表面进行镀银。非金属粉体表面不具有催化活性，一般采用钯活化法来进行活化处理。本研究采用敏化活化两步法：采用SnCl2 溶液，在其表面均匀吸附一层Sn2+，并采用PdCl2溶液，利用Sn2+的还原性在粉体表面形成Pd活化点，在镀液中，银颗粒在活化点上生成，逐渐形成银层。本研究拟采用葡萄糖——银氨溶液的镀液，具体的反应式：
C 6H12O6 +2Ag(NH3)2OH → RCOONH4 +2Ag↓+H2O+3NH3
阴极反应： 2Ag(NH3)2+ +2e- → 2Ag↓+ 4NH3
阳极反应： C5H11O5CHO+ 3OH - - 2e- → C5H11O5COO - + H2O
1.1.3 粉体化学镀银
银粉是一种重要的工业材料，具有良好的导电性、抗氧化性，在电子工业中受到了广泛的应用[4]。但银粉价格昂贵，使用成本高，工业生产中不能大量的使用，限制了银粉的应用。通过粉体化学镀银，在普通粉体表面包覆一层银壳，制成复合银粉，在一定条件下能代替银粉，可节约银粉的用量。这样能极大地降低企业生产成本，且复合银粉不仅具有银粉的性能，还有普通粉体自身的性能。常用的镀银方法有电镀、化学镀等。但电镀要求的工艺条件较高，操作难度大，镀层存在厚度不均匀等问题，所以采用化学镀比较多。化学镀的工艺简单，其中不要求基体材料导电，可以在形状不规则的非导电材料上进行施镀，应用非常广泛。化学镀层具有厚度均匀、致密、耐磨损等性能。
最近几年，粉体化学镀银研究工作获得重大突破。谢文[5]等发现四氧化三铁在温度为55-60℃，PH=9.5-10.5左右的工艺条件下，当反应70分钟后，其镀银的质量分数可达90%，得到了颜色灰白，具有金属光泽的优异复合粉体。王一龙[6]等以玻璃微珠为内核，在PH=13，温度为25℃的条件下，氨水浓度为100mL/L，PVP浓度为10g/L，装载量为10g/L时，制备出镀层致密、均匀、核壳结构包覆完整的银包玻璃微珠核壳复合粒子。该复合粒子在填料体积分数达到25%时，其电阻率为4.0×10-3Ωcm，表明该材料具有优异的屏蔽性能，应用前景十分广阔 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
。毛倩瑾[7]等采用置换法化学镀，先在空心微珠的表面镀上一层金属铜层，然后将处理过的粉体加入银氨溶液中，通过置换法化学镀，将银离子置换成单质银，沉积并包覆在铜表面。在空心微珠表面镀上一层Cu-Ag镀层，可以用来制作电磁屏蔽涂料，有效的屏蔽电磁波。黄少强[8]等采用葡萄糖和酒石酸作为还原剂,在直径为0.1-10.0微米的玻璃微球表面进行化学镀银。其镀银溶液的配方为：10-20g/L的硝酸银、5-10g/L的氢氧化钠、适量的氨水溶液和还原剂、3-8g/L聚乙二醇、15ml/L的乙醇，同时对镀层的表面形貌和导电性能进行了测试，取得较好的工艺条件。陈步明，郭忠诚，杨显万[9]等对非金属粉体如SnO2、Al2O3、纤维、碳纳米管、石墨、BaTiO3等粉体化学镀银的工艺进行了研究。讨论了非金属粉体化学镀银的影响因素，包括镀前处理、表面活性剂、主盐浓度、温度、银离子滴加的速度等。由于非金属粉体没有催化活性，在化学镀前要经过处理，在粉体表面沉积一层具有催化活性的金属，他们主要运用的步骤是去油、敏化、活化。然后离心水洗，将处理后的粉体放入配好的镀液中施镀，再次离心水洗，取出金属粉体，进行烘干处理，即可得到复合粉体。但由以上可知，非金属粉体在化学镀前都要经过表面预处理才行，而镀前处理所需的敏化试剂、活化试剂都含有贵金属，价格昂贵对环境造成二次污染。施镀过程所需化学体系复杂，粉体易于团聚，并不能达到理想的纳米尺寸。
1.1.4 凹土化学镀银
凹凸棒土简称凹土，是一种具有层链状结构的粘土矿物,富含镁铝硅酸盐[10]，化学分子式为：Mg5Si8O20(OH)2(OH2)4?4H2O。凹土呈土状、致密块状，产于沉积岩和风化壳中，颜色为白色、灰白色、青灰色、灰绿色或弱丝绢光泽，土质细腻，有油脂滑感，质轻，性脆，吸水性强，湿时具粘性和可塑性[11]。凹土资源分布遍及世界各地，西方国家发现利用凹土资源比较早。上世纪70年代，我国首次在江苏六合发现凹土矿，80年代又在江苏盱眙发现了凹土资源，经探明盱眙的凹土资源为大型凹土矿，品质高。我国的凹土资源主要集中在盱眙地区，我国的凹土资源开发利用起步比较晚，凹土加工还处于起步阶段，基本上以原料的形式卖出。国外发达国家以很低的价格买入我国的凹土资源，经过精加工，以数倍的价格出口到我国，赚取利润，不利于我国的经济发展。发展凹土资源的加工技术，有利于改变这个现状，可以进一步开发市场，带动当地经济的发展。
1 引言 1
1.1 粉体化学镀简述 1
1.2 粉体的分散方法 5
1.3 本课题的研究目的及方法 8
2 实验部分 8
2.1 实验药品及设备 8
2.2 实验方案 9
3 结果与讨论 12
3.1 分散类型的选择 12
3.2 分散剂用量的确定 16
3.3 分散剂对凹土化学镀银的影响 18
结 论 21
致 谢 22
参 考 文 献 23
1 引言
随着当今科学技术的快速发展，对材料的力学性能和物理性能的要求越来越高，单一材料很难满足要求。通过粉体化学镀，可以对粉体进行表面改性，获得性能优越的复合粉体材料。本研究拟在凹土棒晶表面进行化学镀，制取复合粉体。凹土拥有天然的棒状结构，在凹土棒晶表面进行化学镀银，可以制得一维超细复合银粉。以凹土为内核，制得的复合银粉也具有棒状结构。棒状纳（微）米金属粉体，可以形成网状结构，比传统的球状团聚结构具有更大的比表面积，性能十分优越，制得的复合银粉在工业中的应用极为广泛。盱眙的凹土资源非常丰富，将凹土通过表面镀银来制得银粉，将会改变凹土资源廉价出售的局面，极大地提高企业的利润，对于带动经济的发展具有重要的作用[1]。但粉体的比表面积大，所具有的能量较高，颗粒间不稳定，容易发生团聚，形成较大的颗粒，失去粉体原有的性质,无法表现出粉体的特性，成了亟需解决的问题。凹土极易团聚在一起，采用超声协同分散剂的分散方法可以有效的解决凹土的团聚问题。
1.1 粉体化学镀简述
1.1.1 化学镀
化学镀又称自催化镀，是在没有外加电源的条件下，通过 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
镀液中的氧化还原反应，将镀液中的金属离子还原成金属，并附着在基体材料表面，形成一层致密金属层的方法[2]。化学镀的发现使得材料的表面改性和应用范围变得广泛，自1946年A.Brenner和G.Riddell发现化学镀镍技术以来,化学镀已被广泛地应用在化学、机械、汽车、电子、航空航天等工业部门[3]。电镀是将零件作为阴极，放入金属盐溶液中，接通直流电源，利用电解原理在零件镀上金属镀层的过程，但是电镀的操作复杂且工艺要求较高，需要电源，制作阳极，且电镀过程中要使用一些危化物，生成的副产物处理起来比较麻烦。电镀过程中，电源的不稳定会引起镀层的厚度不均匀，达不到目标产物的要求，且电镀不太适用在绝缘的粉体上。与电镀相比，化学镀不需要外加电源，利用溶液中的氧化还原反应，还原金属离子，形成化学镀层，工艺相对简单、不要求材料本身具有导电性，特别适用于各种形状不规则的非金属基体施镀,促进了化学镀的发展，为化学镀银技术的发展做出了巨大贡献。随着纳米材料的开发和应用，通过化学镀制备金属复合材料吸引了大量的研究。
1.1.2 化学镀银
化学镀的本质是镀液中的氧化还原反应，在经过表面预处理的粉体表面进行镀银。非金属粉体表面不具有催化活性，一般采用钯活化法来进行活化处理。本研究采用敏化活化两步法：采用SnCl2 溶液，在其表面均匀吸附一层Sn2+，并采用PdCl2溶液，利用Sn2+的还原性在粉体表面形成Pd活化点，在镀液中，银颗粒在活化点上生成，逐渐形成银层。本研究拟采用葡萄糖——银氨溶液的镀液，具体的反应式：
C 6H12O6 +2Ag(NH3)2OH → RCOONH4 +2Ag↓+H2O+3NH3
阴极反应： 2Ag(NH3)2+ +2e- → 2Ag↓+ 4NH3
阳极反应： C5H11O5CHO+ 3OH - - 2e- → C5H11O5COO - + H2O
1.1.3 粉体化学镀银
银粉是一种重要的工业材料，具有良好的导电性、抗氧化性，在电子工业中受到了广泛的应用[4]。但银粉价格昂贵，使用成本高，工业生产中不能大量的使用，限制了银粉的应用。通过粉体化学镀银，在普通粉体表面包覆一层银壳，制成复合银粉，在一定条件下能代替银粉，可节约银粉的用量。这样能极大地降低企业生产成本，且复合银粉不仅具有银粉的性能，还有普通粉体自身的性能。常用的镀银方法有电镀、化学镀等。但电镀要求的工艺条件较高，操作难度大，镀层存在厚度不均匀等问题，所以采用化学镀比较多。化学镀的工艺简单，其中不要求基体材料导电，可以在形状不规则的非导电材料上进行施镀，应用非常广泛。化学镀层具有厚度均匀、致密、耐磨损等性能。
最近几年，粉体化学镀银研究工作获得重大突破。谢文[5]等发现四氧化三铁在温度为55-60℃，PH=9.5-10.5左右的工艺条件下，当反应70分钟后，其镀银的质量分数可达90%，得到了颜色灰白，具有金属光泽的优异复合粉体。王一龙[6]等以玻璃微珠为内核，在PH=13，温度为25℃的条件下，氨水浓度为100mL/L，PVP浓度为10g/L，装载量为10g/L时，制备出镀层致密、均匀、核壳结构包覆完整的银包玻璃微珠核壳复合粒子。该复合粒子在填料体积分数达到25%时，其电阻率为4.0×10-3Ωcm，表明该材料具有优异的屏蔽性能，应用前景十分广阔 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
。毛倩瑾[7]等采用置换法化学镀，先在空心微珠的表面镀上一层金属铜层，然后将处理过的粉体加入银氨溶液中，通过置换法化学镀，将银离子置换成单质银，沉积并包覆在铜表面。在空心微珠表面镀上一层Cu-Ag镀层，可以用来制作电磁屏蔽涂料，有效的屏蔽电磁波。黄少强[8]等采用葡萄糖和酒石酸作为还原剂,在直径为0.1-10.0微米的玻璃微球表面进行化学镀银。其镀银溶液的配方为：10-20g/L的硝酸银、5-10g/L的氢氧化钠、适量的氨水溶液和还原剂、3-8g/L聚乙二醇、15ml/L的乙醇，同时对镀层的表面形貌和导电性能进行了测试，取得较好的工艺条件。陈步明，郭忠诚，杨显万[9]等对非金属粉体如SnO2、Al2O3、纤维、碳纳米管、石墨、BaTiO3等粉体化学镀银的工艺进行了研究。讨论了非金属粉体化学镀银的影响因素，包括镀前处理、表面活性剂、主盐浓度、温度、银离子滴加的速度等。由于非金属粉体没有催化活性，在化学镀前要经过处理，在粉体表面沉积一层具有催化活性的金属，他们主要运用的步骤是去油、敏化、活化。然后离心水洗，将处理后的粉体放入配好的镀液中施镀，再次离心水洗，取出金属粉体，进行烘干处理，即可得到复合粉体。但由以上可知，非金属粉体在化学镀前都要经过表面预处理才行，而镀前处理所需的敏化试剂、活化试剂都含有贵金属，价格昂贵对环境造成二次污染。施镀过程所需化学体系复杂，粉体易于团聚，并不能达到理想的纳米尺寸。
1.1.4 凹土化学镀银
凹凸棒土简称凹土，是一种具有层链状结构的粘土矿物,富含镁铝硅酸盐[10]，化学分子式为：Mg5Si8O20(OH)2(OH2)4?4H2O。凹土呈土状、致密块状，产于沉积岩和风化壳中，颜色为白色、灰白色、青灰色、灰绿色或弱丝绢光泽，土质细腻，有油脂滑感，质轻，性脆，吸水性强，湿时具粘性和可塑性[11]。凹土资源分布遍及世界各地，西方国家发现利用凹土资源比较早。上世纪70年代，我国首次在江苏六合发现凹土矿，80年代又在江苏盱眙发现了凹土资源，经探明盱眙的凹土资源为大型凹土矿，品质高。我国的凹土资源主要集中在盱眙地区，我国的凹土资源开发利用起步比较晚，凹土加工还处于起步阶段，基本上以原料的形式卖出。国外发达国家以很低的价格买入我国的凹土资源，经过精加工，以数倍的价格出口到我国，赚取利润，不利于我国的经济发展。发展凹土资源的加工技术，有利于改变这个现状，可以进一步开发市场，带动当地经济的发展。
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