一种无铅银电极浆料及其制备方法.pdf

本发明涉及一种无铅银电极浆料及其制备方法，其特征在于：所述浆料的重量配比如下：超细银粉60～75重量份；无铅玻璃粘结剂2～10重量份；氧化物2～5重量份；有机粘结剂10～30重量份。本发明的无铅银电极浆料，完全能代替传统的有铅玻璃料，这种无铅银电极浆料能在600℃烧结下熔化并有较好的流动性，而且能够与陶瓷基体很好的润湿，性能表现稳定，电气性能好。

1、  一种无铅银电极浆料，其特征在于：所述浆料的重量配比如下：
超细银粉          60～75重量份；
无铅玻璃粘结剂    2～10重量份；
氧化物            2～5重量份；
有机粘结剂        10～30重量份；
所述无铅玻璃粘结剂的重量配比分别为：
SiO₂             5～15重量份；
B₂O₃             5～15重量份；
Bi₂O₃            50～80重量份；
Al₂O₃            1～8重量份；
ZnO              4～8重量份；
ZrO₂             1～2重量份；
所述氧化物为Bi₂O₃。

2、  根据权利要求1所述的无铅银电极浆料，其特征在于：所述超细银粉为球形和多晶枝状，平均粒径为0.4μm，松装密度为1.1g/cm³。

3、  根据权利要求2所述的无铅银电极浆料，其特征在于：所述有机粘结剂包括2～15重量份的有机树脂和50～90重量份的有机溶剂。

4、  根据权利要求3所述的无铅银电极浆料，其特征在于：所述有机树脂选用乙基纤维素、聚乙烯醇缩丁醛、松香、硝酸纤维素中的一种或几种；所述有机溶剂选用松节油、松油醇、蓖麻油、邻苯二甲酸二丁脂、环己酮、壬基酚聚氧乙烯醚中的一种或几种。

5、  一种无铅银电极浆料的制造方法，其步骤如下：
1)无铅玻璃粘结剂的配制
无铅玻璃粘结剂的配比为：
SiO₂            5～15重量份；
B₂O₃            5～15重量份；
Bi₂O₃        50～80重量份；
Al₂O₃        1～8重量份；
ZnO          4～8重量份；
ZrO₂         1～2重量份。
将上述原料按重量比进行称料，经研磨混合均匀后放置于铂金坩埚中，在马弗炉中加热至1100～1500℃，保温时间30～60min，将熔化的玻璃淬火处理得到细小的玻璃颗粒，对玻璃颗粒进行球磨粉碎，使其粒径达到＜10μm；
2)有机粘结剂的配制
将有机树脂2～15重量份、有机溶剂50～90重量份进行称重，搅拌混合均匀，然后将混合物加热至80～100℃，直至树脂溶解；然后在500～800目的滤网上过滤除杂，得到有机粘结剂；
3)浆料的配制
按超细银粉60～75重量份，无铅玻璃粘结剂2～10重量份，氧化物2～5重量份进行称量，经混料器混合均匀后，与称量好的有机粘结剂10～30重量份在搅拌器中充分搅拌分散均匀后，置于三辊研磨机上混轧，得到均匀分散的浆料，浆料的细度＜10μm，粘度100Pa.s～300Pa.s。

一种无铅银电极浆料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种无铅银电极浆料及其制备方法，特别涉及一种可作为在玻璃或陶瓷基体上的导电电极的无铅银电极浆料及其制备方法。
背景技术
银电极浆料由超细银粉、玻璃粘结剂、有机粘结剂和添加剂等原料配制加工而成。超细银粉在电极中起导电作用；玻璃粘结剂在烧结时熔化，将金属导电粉附着在基体表面，形成均匀的导电膜，导电膜的厚度为10～12μm；有机载体起分散作用，同时使浆料具有一定流动性、触变性等，使浆料呈-种比较稳定的悬浮体，可以较长时间放置而不产生沉淀；添加剂的作用是改善烧结后导电膜层的附着力、表面形貌和结构。
目前所用银电极浆料中的玻璃粘结剂是一种硼-硅-铅玻璃料，这种玻璃料具有熔点较低、高温熔化时流动性好、与基体材料的浸润性好等特点。但该材料含有很大比例的铅，铅含量在玻璃成分中通常都超过了50％以上。因此，这种浆料的使用对环境造成了较大的污染。
目前，全世界都在寻找一种新的玻璃料来代替硼-硅-铅玻璃料。但普通无铅玻璃料的熔点一般较高，与陶瓷的浸润性不好，使电极的附着力很小。因此，要找到一种适合于陶瓷基体上烧结的无铅银电极浆料是一个急需要解决的课题。
发明内容
本发明的目的之一是要提供一种无铅银电极浆料，该浆料能在850℃下进行烧结，并具有很好的附着力和优良的电气性能。该无铅银电极浆料也可通过玻璃料的配方调节，得到600℃～850℃范围内烧结的电极浆料。
本发明的技术方案为：
一种无铅银电极浆料，其特征在于：所述浆料的重量配比如下：
超细银粉               60～75重量份；
无铅玻璃粘结剂         2～10重量份；
氧化物           2～5重量份；
有机粘结剂       10～30重量份。
所述无铅玻璃粘结剂的重量配比分别为：
SiO₂             5～15重量份；
B₂O₃             5～15重量份；
Bi₂O₃            50～80重量份；
Al₂O₃            1～8重量份；
ZnO              4～8重量份；
ZrO₂             1～2重量份。
所述氧化物为Bi₂O₃。
一种优选技术方案，其特征在于：所述超细银粉为球形和多晶枝状，平均粒径为0.4μm，松装密度为1.1g/cm³。
一种优选技术方案，其特征在于：所述有机粘结剂包括2～15重量份的有机树脂和50～90重量份的有机溶剂。
一种优选技术方案，其特征在于：所述有机树脂选用乙基纤维素、聚乙烯醇缩丁醛、松香、硝酸纤维素中的一种或几种；所述有机溶剂选用松节油、松油醇、蓖麻油、邻苯二甲酸二丁脂、环己酮、壬基酚聚氧乙烯醚中的一种或几种。
本发明的另一目的是提供一种上述无铅银电极浆料的制备方法。
本发明的上述目的是通过以下技术方案达到的：
一种无铅银电极浆料的制造方法，其步骤如下：
1)无铅玻璃粘结剂的配制
无铅玻璃粘结剂的配比为：
SiO₂              5～15重量份；
B₂O₃              5～15重量份；
Bi₂O₃             50～80重量份；
Al₂O₃             1～8重量份；
ZnO               4～8重量份；
ZrO₂              1～2重量份。
将上述原料按重量比进行称料，经研磨混合均匀后放置于铂金坩埚中，在马弗炉中加热至1100～1500℃，保温时间30～60min，将熔化的玻璃淬火处理得到细小的玻璃颗粒，对玻璃颗粒进行球磨粉碎，使其粒径达到＜10μm；
2)有机粘结剂的配制
将有机树脂2～15重量份、有机溶剂50～90重量份进行称重，搅拌混合均匀，然后将混合物加热至80～100℃，直至树脂溶解；然后在500～800目的滤网上过滤除杂，得到有机粘结剂；
3)浆料的配制
按超细银粉60～75重量份，无铅玻璃粘结剂2～10重量份，氧化物2～5重量份进行称量，经混料器混合均匀后，与称量好的有机粘结剂10～30重量份在搅拌器中充分搅拌分散均匀后，置于三辊研磨机上混轧，得到均匀分散的浆料，浆料的细度＜10μm，粘度100Pa.s～300Pa.s。
本发明的无铅银电极浆料可作为在玻璃或陶瓷基体上的导电电极通过刷涂或丝网印刷工艺，使浆料均匀地附着在基体的表面，通过烘干、烧结等工艺，在陶瓷基体的表面形成优良的电极层，表现出优良的导电性能。
有益效果：
由于采用了以上技术方案，本发明的优点在于：
本发明用的硅-硼-铋系无铅玻璃料，完全能代替传统的有铅玻璃料，这种新玻璃料能在600℃烧结下熔化并有较好的流动性，而且能够与陶瓷基体很好的润湿，性能表现稳定，电气性能好。
本发明还通过一定的制造工艺和配方设计，制造出了一种性能优良、工艺性能好的无铅银电极浆料。
具体优点如下：
1)通过选用硅-硼-铋系无铅玻璃料作为无机粘结剂，实现了银电极浆料的无铅化。同时确保了玻璃料的化学稳定性、附着力及优良的电气性能。
2)选择合适的有机粘结剂，使浆料体系具有很好的工艺性，完全满足生产的工艺要求。
3)浆料中添加了金属氧化物，改善了烧结后电极层的附着力、可焊性、电气性能。
4)银电极烧结层具有较小的电阻。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
一种无铅银电极浆料(100g)，其生产工艺如下：
1.无铅玻璃粘结剂配方(配制100g)：SiO₂ 10g，B₂O₃ 11g，Bi₂O₃ 66g，Al₂O₃ 7g，ZnO 4.5g，ZrO₂ 1.5g。
2. 玻璃熔制及球磨工艺：按上述重量称料，在研磨罐中研磨混合10min，放置于铂金坩埚中，在马弗炉中加热至1300℃，保温时间60min，在高纯水中淬火得到细小的玻璃颗粒，玻璃颗粒用星型球磨机进行粉碎8h，平均粒径小于10μm。
3.超细银粉形貌为球形和片状，平均粒径为0.4μm，松装密度为1.1g/cm³。
4.有机粘结剂的配制(配制100g)
按乙基纤维素10g，松油醇70g，蓖麻油15g，环己酮5g进行称量，搅拌混合均匀，然后将混合物加热至80℃，直至树脂溶解，在500目的滤网上过滤除杂，得到有机粘结剂。
5.浆料的配制
按超细银粉72g，无铅玻璃料5g，Bi₂O₃ 5g，有机粘结剂18g，在容器中充分搅拌分散均匀后放置于玛瑙碾钵中研磨30min。
6.浆料性能：
细度：＜10μm
粘度：150～180Pa.s(25℃)
附着力：＞40N/2×2mm²
方阻：＜3～6m欧姆/平方米/密耳(Ω/□)
烧结温度：600℃。
实施例2
一种无铅银电极浆料(100g)，其生产工艺如下：
1. 无铅玻璃料配方(配制100g)：SiO₂ 10g，B₂O₃ 13g，Bi₂O₃ 64g，Al₂O₃6g，ZnO 5g，ZrO₂ 2g。
2. 玻璃熔制及球磨工艺：按上述重量称料，在研磨罐中研磨混合10min，放置于铂金坩埚中，在马弗炉中加热至1500℃，保温时间30min，在高纯水中淬火得到细小的玻璃颗粒，玻璃颗粒用行星球磨机进行粉碎4h，粒径小于10μm。
3. 超细银粉选用形貌为球形和片状，平均粒径为0.4μm，松装密度为1.1g/cm³。
4. 有机粘结剂的配制(配制100g)
按聚乙烯醇缩丁醛15g，松节油60g，蓖麻油15g，邻苯二甲酸二丁酯10g进行称量，搅拌混合均匀，然后将混合物加热至100℃，直至树脂溶解，在500目的滤网上过滤除杂，得到有机粘结剂。
5.浆料的配制
按超细银粉75g，无铅玻璃料4g，Bi₂O₃ 4g，有机粘结剂17g，在容器中充分搅拌分散均匀后放置于玛瑙碾钵中研磨30min。
6.浆料性能：
细度：＜10μm
粘度：180～200Pa.s(25℃)
附着力：＞40N/2×2mm²
方阻：＜2～3m欧姆/平方米/密耳(Ω/□)
烧结温度：850℃。
实施例3
一种无铅银电极浆料(100g)，其生产工艺如下：
1.无铅玻璃料配方(配制100g)：SiO₂ 5g，B₂O₃ 15g，Bi₂O₃ 67g，Al₂O₃ 8g，ZnO 4g，ZrO₂ 1g。
2.玻璃熔制及球磨工艺：按上述重量称料，在研磨罐中研磨混合10min，放置于铂金坩埚中，在马弗炉中加热至1500℃，保温时间30min，在高纯水中淬火得到细小的玻璃颗粒，玻璃颗粒用行星球磨机进行粉碎4h，粒径小于10μm。
3.超细银粉选用形貌为球形和片状，平均粒径为0.4μm，松装密度为1.1g/cm³。
4.有机粘结剂的配制(配制60g)
按硝酸纤维素1g，松香1g，松节油38g，蓖麻油10g，壬基酚聚氧乙烯醚10g进行称量，搅拌混合均匀，然后将混合物加热至90℃，直至树脂溶解，在800目的滤网上过滤除杂，得到有机粘结剂。
5.浆料的配制
按超细银粉60g，无铅玻璃料10g，Bi₂O₃ 5g，有机粘结剂25g，在容器中充分搅拌分散均匀后放置于玛瑙碾钵中研磨30min。
6.浆料性能：
细度：＜10μm
粘度：280～300Pa.s(25℃)
附着力：＞40N/2×2mm²
方阻：＜4～6m欧姆/平方米/密耳(Ω/□)
烧结温度：800℃。
实施例4
一种无铅银电极浆料(100g)，其生产工艺如下：
1.无铅玻璃料配方(配制80g)：SiO₂ 15g，B₂O₃ 5g，Bi₂O₃ 50g，Al₂O₃ 4g，ZnO 4g，ZrO₂ 2g。
2.玻璃熔制及球磨工艺：按上述重量称料，在研磨罐中研磨混合10min，放置于铂金坩埚中，在马弗炉中加热至1100℃，保温时间60min，在高纯水中淬火得到细小的玻璃颗粒，玻璃颗粒用行星球磨机进行粉碎4h，粒径小于10μm。
3.超细银粉选用形貌为球形和片状，平均粒径为0.4μm，松装密度为1.1g/cm³。
4.有机粘结剂的配制(配制80g)
按乙基纤维素4g，聚乙烯醇缩丁醛2g，松香2g，松节油50g，邻苯二甲酸二丁酯15g，壬基酚聚氧乙烯醚7g进行称量，搅拌混合均匀，然后将混合物加热至85℃，直至树脂溶解，在600目的滤网上过滤除杂，得到有机粘结剂。
5.浆料的配制
按超细银粉66g，无铅玻璃料2g，Bi₂O₃ 2g，有机粘结剂30g，在容器中充分搅拌分散均匀后放置于玛瑙碾钵中研磨30min。
6.浆料性能：
细度：＜10μm
粘度：100～120Pa.s(25℃)
附着力：＞40N/2×2mm²
方阻：＜2～3m欧姆/平方米/密耳(Ω/□)
烧结温度：650℃。
实施例5
一种无铅银电极浆料(100g)，其生产工艺如下：
1.无铅玻璃料配方(配制100g)：SiO₂ 5g，B₂O₃ 5g，Bi₂O₃ 80g，Al₂O₃ 1g，ZnO 8g，ZrO₂ 1g。
2.玻璃熔制及球磨工艺：按上述重量称料，在研磨罐中研磨混合10min，放置于铂金坩埚中，在马弗炉中加热至1200℃，保温时间40min，在高纯水中淬火得到细小的玻璃颗粒，玻璃颗粒用行星球磨机进行粉碎4h，粒径小于10μm。
3.超细银粉选用形貌为球形和片状，平均粒径为0.4μm，松装密度为1.1g/cm³。
4.有机粘结剂的配制(配制60g)
按硝酸纤维素5g，松香5g，松节油40g，环己酮10g，进行称量，搅拌混合均匀，然后将混合物加热至90℃，直至树脂溶解，在500目的滤网上过滤除杂，得到有机粘结剂。
5.浆料的配制
按超细银粉75g，无铅玻璃料10g，Bi₂O₃ 5g，有机粘结剂10g，在容器中充分搅拌分散均匀后放置于玛瑙碾钵中研磨30min。
6.浆料性能：
细度：＜10μm
粘度：200～220Pa.s(25℃)
附着力：＞40N/2×2mm²
方阻：＜2～3m欧姆/平方米/密耳(Ω/□)
烧结温度：600℃。