摘要：片状银粉作为电子浆料、导电涂层等领域的关键功能材料，其形貌、粒径及分散性直接决定终端产品性能，而还原工艺是调控片状银粉制备质量的核心环节。为优化片状银粉还原工艺参数、提升产物综合性能，文章采用正交试验法，分析制备工艺及物料用量对片状银粉性能的影响，并优选出合适的工艺参数：硝酸银用量为150g，诱导剂用量为1.5g，氢氧化钠用量6g，分散剂用量为0.05g，反应温度60℃等。该工艺参数组合制备的片状银粉更符合使用要求，其粒度D50为2.5μm，振实密度为3.2g/mL，电阻值为1.5mΩ。文章研究结果可高效实现片状银粉还原工艺的参数优化与筛选，为片状银粉的工业化精准制备提供了理论支撑与实践依据。

　　关键词：银粉；片状；正交试验法；球形银粉

　　银的导电性和导热性使其成为电子工业不可缺少的材料，是生产各种电子元器件产品的基本和关键功能材料。近年来电子行业的迅猛发展，产品更新迭代加快，传统规格的银粉难以满足下游客户的使用要求。因此，不断研发生产新种类银粉［1］，提高银粉的适用性能成为银粉行业发展的需要。

　　目前，常规工艺制备的银粉，主要通过液相化学还原法制备球形银粉或银微粉前驱粉体，再经过物理球磨等二次加工方式制备片状银粉［2］。文章拟通过化学还原法一次性从溶液中还原出片状银粉，对比常规制备的球形银粉或银微粉，该银粉的片状结构更利于叠层堆积，在导电性能上有很大的优势。对比球磨制备的片状银粉，该方法生产减少了物理球磨等工序，生产工艺流程简单。

　　在开发试验中，影响制备的可变因素较多，为了找出引起差异的原因，总结制备规律，采用正交试验法进行研究，并筛选较为合适的工艺参数。根据可变因素设计L16（45）正交试验表［3］，以粒度、振实密度及导电性为输出指标，通过对输出指标的分析，找出影响指标的重要因素，得出较优因素水平组合，试验表明，该组合制备的银粉输出指标稳定，导电性能优良。

　　1实验部分

　　1.1试剂

　　硝酸银（分析纯），抗坏血酸（生化试剂），氢氧化钠（化学纯），棕榈酸钠（分析纯），聚乙二醇2000（医药级），去离子水（自制）。

　　1.2仪器与设备

　　RGD-400型高速分散机，420型恒温水浴箱，D101-1型电热恒温干燥箱，HY-100型粉体密度测试仪（丹东恒宇仪器），LS13320型激光粒度分析仪（美国贝克曼库尔特），3H-2000BET-A型比表面积分析仪（北京贝士德仪器）。

　　1.3粉体的制备及结果表征

　　1.3.1粉体制备

　　称取硝酸银加水溶解并稀释至0.5L，搅拌均匀配成银体系；按与硝酸银比为57:100的比例，称取抗坏血酸加水溶解，加入氢氧化钠进行pH值调节，加入诱导剂棕榈酸钠、分散剂聚乙二醇，最后加水稀释至2.0L，搅拌均匀配成还原体系。将两体系调节至一定温度，以还原体系为母体，在设定的搅拌速度下，将银体系加入还原体系中进行反应。反应完毕后清洗银粉至洗涤水电导率≤20us/cm，过滤银粉并烘干，打粉得到片状银粉。

　　1.3.2物化性能检测

　　制备出的银粉进行形貌、粒度、振实密度及比表面积等物化参数检测。

　　1.3.3电性能测试

　　取银粉，自制有机载体:银粉=20:80配制浆料，丝网印刷图形后进行固化，万用表测试电阻。

　　1.4正交试验设计

　　根据试验设计，选择出在制备过程中可能对粉体最终性能产生影响的因素：A（硝酸银用量）、B（诱导剂的用量）、C（氢氧化钠的用量）、D（分散剂的用量）、E（反应温度）。根据经验对各因素采取四水平，选择设计表L16（45），如表1所示。

　　另外，设计每次试验体积固定，银体系为0.5L，还原体系为2.0L，还原剂抗坏血酸的用量以与硝酸银比为57:100比例加入。具体试验结果和数据分析，如表2所示。

       1.5片状银粉标准及指标选择

　　根据开发设计，本次银粉的制备主要目标是针对球形银粉在点-点导电上的不足，开发面-面导电的片状银粉进行替换。由于配浆的各种成分比例一定，替换的银粉技术指标偏差太大，将会影响后期浆料配浆的其他性能指标，例如，粉体振实密度过低，同等情况下配浆时会因为粉体吸油量过高而影响浆料黏度过高，不利于印刷；若粉体粒度过高，同等情况下配浆时会使浆料黏度偏低，并且粒度偏差太大情况下，对比两种银粉的导电性能优劣，并无太大的可比性。所以正交试验制得的银粉并非全部进行了浆料的制作及检测，而是对银粉的指标进行了限定，只对参数达标的银粉进行了电性能测试。具体对照的球形银粉技术指标及片状银粉限定范围，如表3所示。

　　2实验结果与讨论

　　2.1片状银粉导电性与技术指标的关系分析

　　银粉形成电路的导电性，主要取决于其堆积连接方式与接触面积。连接效果受银粉形貌和粒径共同影响，其一，银粉形貌趋于球形，则连接方式以点-点连接为主，所以导电性越差，检测电阻大。反之，银粉形貌趋于片状化，则连接方式以面-面连接为主，所以导电性好，检测电阻小。并且粉体片状化程度越高，面-面接触越充分，导电性就越好，检测电阻越小。

　　银粉形貌可以通过激光扫描电镜图片进行直观的分析，但难以形成数据对比。在各种技术指标中，粉体的振实密度指标能从侧面较好地反映出银粉片状化程度，粉体片状化程度越高，振实密度越低，这一结论从粉体的电镜图片和振实检测数据分析有较好的对应。粉体的形貌可以从侧面用振实密度数据进行分析。

　　其二，在片状化程度一定的基础上，银粉粒径越大，一定距离的线路需要形成的连接点就越少，形成的面-面接触面也越大，有利于导电；反之，银粉粒径越小，一定距离的线路需要形成的连接点就越多，面-面接触面也越小，自然电阻偏高。从5、12号样品的分析，粒径较其他样品大，电阻偏小，导电性明显较好，有较好的论证。

　　综上，在合理范围内，银粉片状程度越高、粒径越大，导电性越好。结合振实密度、粒径及电镜图像分析，可有效指导片状银粉的开发。

　　2.2片状银粉的粒度极差分析

　　由于开发目标对银粉粒度有明确限定（D50≤3.0μm），粒度分析尤为重要。如表1、图1所示，影响银粉粒度的因素中，A（浓度）与C（pH值调节剂用量）是重要因素，D（分散剂）是次要因素，而B（诱导剂）和E（温度）为不显著因素。

　　粉体形成经历晶核生成与长大两个过程。因素A通过空间阻隔主导反应，浓度较低时，局部银离子浓度低、空间阻隔大，不利于晶核长大，所得颗粒粒径较小；浓度较高时，银离子充足，晶核易于长大，故粒径较大。因素C则通过反应电势能主导，其用量直接影响体系pH值，pH值越高，还原电位越高，成核速率远大于生长速率，因此颗粒粒径越小。

　　因素D主要起分散保护作用，防止颗粒团聚，对原生粒径的影响小于A和C。因素B主要诱导颗粒横向生长，并不显著改变反应动能或空间阻隔，故其影响不显著符合预期。因素E带来的热动能变化，其影响强度远弱于因素C引起的反应电势能变化，因此影响也不显著。

　　2.3片状银粉的振实密度极差分析

　　振实密度是粉体形貌、粒度分布、真密度及外部包裹物等因素的综合体现。在本制备工艺中，片状化程度对振实密度影响显著，片状程度越高，振实密度越低［4］。同时，银粉的片状化也直接影响其导电性能，因此对振实密度进行分析具有重要意义。

　　如表1、图2所示，影响银粉振实密度的因素中，E（反应温度）、A（浓度）和B（诱导剂用量）为重要因素，而C和D为不显著因素。在液相化学还原法制备粉体过程中，诱导剂的诱导能力与反应势能的控制对颗粒形成与生长具有关键作用。本工艺中，银粉形貌向片状转变是振实密度变化的主要原因，而诱导剂的使用是导致颗粒片状化的根本因素。

　　因素E（反应温度）作为重要因素，其影响机制与诱导剂的溶解度密切相关。诱导剂为水溶性分子，溶解度对温度极为敏感，温度升高使其溶解更充分，诱导作用增强，从而促进颗粒片状化程度提高，振实密度降低。

　　因素A（浓度）的影响表现，浓度较低时，空间阻隔较大，不利于晶核长大，颗粒粒径较小，片状程度不高，振实密度偏高；浓度增大后，银离子增多有利于横向生长，片状程度提高，振实密度下降；但浓度进一步增大，颗粒在横向生长同时厚度也增加，片状程度降低，振实密度回升。

　　因素B（诱导剂用量）的影响，低用量时，诱导剂用量增加会增强颗粒横向生长的诱导能力；但用量达到一定值后，诱导能力趋于平稳，振实密度变化不大。

　　因素C主要影响粉体粒径，对片状程度影响较弱，说明粒径及粒度分布对振实密度也有一定影响。因素D主要起分散作用，对片状化影响不明显，与其功能相符。

　　2.4优化选择及技术验证

　　综上所述，根据经济实用性、配浆使用要求，振实密度≥2.6g/mL、粒度D50≤3.0的限定技术指标等。文章制备的银粉更符合使用要求，并重复试验两次，具体设计如表4所示，结果如表5所示。

　　3结论

　　（1）通过正交试验的极差分析，总结出影响片状银粉形貌的因素重要性排序。

　　（2）通过正交试验的极差分析，筛选出最优工艺试验条件，该组合为：A（硝酸银用量）150g、B（诱导剂的用量）1.5g、C（氢氧化钠的用量）6g、D（分散剂的用量）0.05g、E（反应温度）60℃等。

　　（3）通过最优工艺试验条件制备的片状银粉重要技术指标与标的球形银粉指标相近，配浆烧结的电阻值较标的球形银粉低约35%，试验稳定性良好。

参考文献

　　［1］孟宪伟，胡昌义，冯清福，等.片状银粉的制备及在电子浆料中的应用研究进展［J］.材料导报，2017，31（S1）：273-276.

　　［2］魏艳彪，曹秀华.片状银粉对烧结型银浆性能的影响［J］.电子工艺技术，2013，34（3）：142-144+173.

　　［3］魏效玲，薛冰军，赵强.基于正交试验设计的多指标优化方法研究［J］.河北工程大学学报（自然科学版），2010，27（3）：95-99.

　　［4］闫方存，滕媛，严继康，等.片状银粉对太阳能电池银浆料电性能影响研究［J］.功能材料与器件学报，2015，21（4）：31-35.