一种铂电极浆料及其制备方法和应用与流程

本发明属于铂电极制备技术领域，特别涉及一种铂电极浆料及其制备方法和应用。

背景技术：

氮化硅陶瓷是一种有广阔发展前景的耐高温高强度结构陶瓷，其具有高性能(如强度高、硬度高、抗热震稳定性好、疲劳韧性高、室温抗弯强度高、耐磨、耐化学腐蚀和很好的高温稳定性、抗氧化性能等)，与其他陶瓷相比，氮化硅陶瓷比重小，热膨胀系数低，抗热冲击性好，断裂韧性高，是一种理想的高温结构材料和高速切削工具陶瓷材料。因此氮化硅陶瓷在航天航空、汽车发动、机械、化工、石油等领域有着广泛的用途，也为新型高温结构材料的发展开创了新局面。

氮化硅陶瓷是一种超硬物质，本身具有润滑性，氮化硅陶瓷高温烧结时基本不收缩，而铂电极浆料收缩严重，这造成电极浆料在氮化硅基片上印刷烧结后极易出现电极起泡、翘曲，电极与氮化硅基片附着力很低，电极易脱落等问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种铂电极浆料及其制备方法和应用，具体技术方案如下：

一种铂电极浆料，以重量百分数计，包括：15～20％纳米铂粉、5～10％片状铂粉、50～60％热处理后的超细铂粉和10～30％有机粘结剂。其中，铂电极浆料中各组分含量百分数之和等于100％。

本发明所述纳米铂粉为平均粒径为0.08μm，松装密度为0.6～0.9g/cm³，振实密度为0.9～1.2g/cm³的球形纳米铂粉；

所述片状铂粉的粒度分布为0.8-8μm，平均粒径为1.0-1.5μm，比表面积为15-25m²/g，振实密度为5.0-6.0g/cm³，径厚比为20:1-50:1；

所述热处理后的超细铂粉为耐1200-1600℃烧结的球形铂粉，粒度分布为0.3-2.4μm，平均粒径为0.8μm，比表面积为15-35m²/g，松装密度为1.4-2.6g/cm³，振实密度为2.4-4.0g/cm³。

所述有机粘结剂包括5～20％有机树脂、80～95％有机溶剂。

所述有机树脂为乙基纤维素、聚乙烯醇缩丁醛、松香、硝酸纤维素中的一种或几种；所述有机溶剂为松节油、松油醇、蓖麻油、乙酸薄荷酯、环己酮、壬基酚聚氧乙烯醚中的一种或几种。

本发明所述铂电极浆料应用于氮化硅基片上。

所述铂电极浆料的制备方法为，将纳米铂粉、片状铂粉、热处理后的超细铂粉和有机粘结剂组成的混合物研磨得到铂电极浆料。

具体地，将纳米铂粉、片状铂粉、热处理后的超细铂粉和有机粘结剂组成的混合物放入含有玛瑙珠的玛瑙研磨罐内，浆料混合物与玛瑙珠的质量比1/3～1/2，球磨机的转速为100～150转/分钟，研磨时间为3～6小时，分离玛瑙珠制备得到铂电极浆料。

所述有机粘结剂通过将有机树脂与有机溶剂的混合物加热至80～100℃，直至有机树脂溶解后过滤除杂得到。更进一步地，将有机树脂与有机溶剂混合，搅拌均匀后，将所得混合物加热至80～100℃，直至有机树脂溶解后，在500～800目的滤网上过滤除杂，制得有机粘结剂。

本发明所述纳米铂粉利用湿法冶金制备。

本发明所述片状铂粉的制备方法按照专利cn104722751a记载的方法制备，具体为：以平均粒径为0.6-0.8μm、振实密度为1.0-1.5g/cm³的超细铂粉为原料，在520转/分钟下研磨3-8小时，经过滤、洗涤、60℃烘干得到；所述研磨以直径2-5mm金属小球为研磨介质，以体积比为20-50％的丙酮水溶液、乙醇水溶液或异丙醇水溶液为介质溶液；

本发明所述热处理后的超细铂粉按照cn105251991a记载的方法制备，具体为：超细铂粉与阻隔剂混合并研磨后，在600～1100℃下热处理1～4h，然后利用盐酸水溶液浸泡热处理后混合粉末，过滤、洗涤、干燥后制得；所述阻隔剂为氯化钾、氯化钠、碳酸钠、碳酸钾和碳酸钙中的一种或几种。

本发明所述铂电极浆料或本发明所述制备方法制备的铂电极浆料的细度<10μm，粘度100～150pa.s。

本发明所述铂电极浆料或本发明所述制备方法制备的铂电极浆料的应用为，所述铂电极浆料应用在氮化硅基片上制备铂电极。

进一步地，所述铂电极浆料经1300～1600℃烧结于氮化硅(si3n4)基片上，得到铂电极；所述铂电极浆料在氮化硅基片上高温烧结不起泡、不翘曲、电极不宜脱落，与氮化硅基片附着力大于20n/mm²，铂电极的方阻值小于25mω/□(mω/□为电子行业专业称呼，“□”意为“方”，面积为2×2mm²)，在600℃-1000℃条件下使用1万小时，电极方阻值变化小于3％；导电性好、电信号传输能力高。

本发明的有益效果为：

(1)本发明选用不同类型的铂粉，制备得到的铂电极浆料高温烧结于氮化硅基片上，该电极对基片的附着力大于20n/mm²，可以避免普通铂电极高温烧结在氮化硅基片上易脱落的缺点，增加电极的使用寿命。

(2)本发明制备的铂电极浆料高温烧结于氮化硅基片上，得到的铂电极可在600℃-1000℃的高温条件下使用，电极的阻值稳定，电极不易变形。

(3)本发明中有机粘结剂加入乙酸薄荷酯，遮掩松油醇的刺激性气味，在洁净间环境内使用该浆料，有效降低该浆料难闻的味道，浆料的味道更易接受。

附图说明

附图1为实施例1所得铂电极浆料在氮化硅基片上1500℃烧结1小时后的金相显微镜形貌。

附图2为对比例铂电极浆料在氮化硅基片上1500℃烧结1小时后的金相显微镜形貌。

具体实施方式

本发明提供了一种铂电极浆料及其制备方法和应用，下面结合实施例和附图对本发明做进一步的说明。

本发明提供的铂电极浆料具体按照下述步骤制备：

(1)配制有机粘结剂

将5～20％有机树脂、80～95％有机溶剂均匀混合，加热至80～100℃，直至有机树脂溶解后，在500～800目的滤网上过滤除杂，制得有机粘结剂。

(2)制备纳米铂粉

利用湿法冶金制备平均粒径为0.08μm，松装密度为0.6～0.9g/cm³，振实密度为0.9～1.2g/cm³的球形纳米铂粉。

(3)制备片状铂粉

按照专利cn104722751a中记载的方法制备片状铂粉：

(a)加入超细铂粉：在研磨罐中加入超细铂粉和金属小球磨料。超细铂粉的平均粒径为0.6-0.8μm，振实密度为1.0-1.5g/cm³；超细铂粉的质量为金属小球磨料的1/5-1/3，金属小球磨料为直径2-5mm的不锈钢球，超细铂粉与金属小球磨料的总体积不超过研磨罐容积的2/3；

(b)加入介质溶液：向步骤(a)中加入超细铂粉的研磨罐内加入介质溶液，每1g超细铂粉倒入0.2-5ml的体积比为20％-50％的丙酮水溶液、乙醇水溶液、异丙醇水溶液；

(c)片状铂粉的制备：将步骤(b)中研磨罐进行研磨，转速为520转/分钟，研磨3-8小时后停止，用大量无水乙醇冲洗将金属小球磨料和研磨罐冲洗干净，过滤研磨后的浆料，得到固体铂粉。

(d)片状铂粉的洗涤与烘干：将步骤(c)中得到的铂粉，用无水乙醇清洗两遍，经60℃烘干，即得片状铂粉成品。所得片状铂粉的物理参数为：粒度分布为0.8-8μm，平均粒径为1.0-1.5μm，比表面积为15-25m²/g，振实密度为5.0-6.0g/cm³，径厚比为20-50:1。

(4)制备热处理后的超细铂粉

按照cn105251991a(申请号201510801182.7)记载的方法制备热处理后的超细铂粉：

(a)称量并混合超细铂粉与阻隔剂：分别称取超细铂粉与阻隔剂，超细铂粉与阻隔剂的质量比为1/5～1/3，混合并研磨均匀，过150～400目筛，将过筛的混合粉末在干粉混料机中继续混料大于8h；其中所采用的阻隔剂为为氯化钾、氯化钠、碳酸钠、碳酸钾和碳酸钙中的一种或几种。

(b)热处理过程：将步骤(a)所得混料后的粉末转移到坩埚中，置于马弗炉中加热，在600～1100℃下保温1～4h。

(c)洗涤、烘干过程：使用浓度为0.1-1mol/l的盐酸浸泡步骤(b)热处理后的粉末8h以上，过滤，再使用高纯水多次抽滤洗涤粉末至洗水ph为中性，洗涤后的粉末经60～100℃干燥，即得具有耐1200～1600℃高温烧结性能的高致密度超细铂粉，检测处理后超细铂粉的物理性能为：粒度分布为0.3-2.4μm，平均粒径为0.8μm，比表面积为15-35m²/g，松装密度为1.4-2.6g/cm³，振实密度为2.4-4.0g/cm³。

(5)制备铂电极浆料

以重量百分数计，混合步骤(2)所得15～20％纳米铂粉、5～10％步骤(3)所得片状铂粉、50～60％步骤(4)所得热处理后的超细铂粉和步骤(1)所得10～30％有机粘结剂；将纳米铂粉、片状铂粉、热处理后的超细铂粉和有机粘结剂组成的混合物放入含有玛瑙珠的玛瑙研磨罐内，浆料混合物与玛瑙珠的质量比1/3～1/2，球磨机的转速为100～150转/分钟，研磨时间为3～6小时，分离玛瑙珠制备得到铂电极浆料。

实施例1

按照下述方法制备铂电极浆料：

(1)配制有机粘结剂

按乙基纤维素20g，松油醇65g，蓖麻油10g，乙酸薄荷酯5g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500目的滤网上过滤除杂，得到有机粘结剂。

(2)制备铂电极浆料

分别称取均粒径为0.08μm、松装密度为0.7g/cm³球形纳米铂粉36g，平均粒径为1.2μm、比表面积为0.5m²/g、振实密度为5.2g/cm³、径厚比为45:1的片状铂粉16g，平均粒径为0.8μm、比表面积为0.9m²/g、松装密度为2.0g/cm³、振实密度为3.5g/cm³的热处理后的超细铂粉108g和步骤(1)所得有机粘结剂40g，将称取好的上述混合物放入含有玛瑙珠400g的玛瑙研磨罐内，球磨机的转速为130转/分钟，研磨时间为5小时，分离玛瑙珠制备得到铂电极浆料。

实施例1制备的铂电极浆料的细度5μm，粘度120pa.s，方阻值为22mω/□。将实施例1所得铂电极浆料在氮化硅基片上1500℃烧结1小时后，附着力为25n/mm²，形貌如图1所示。以纳米级铂粉制备铂浆为对比例，使用纳米级铂粉制备的普通铂浆在氮化硅基片上1500℃烧结1小时后形貌如图2所示。可以看出，相比于图2，图1所示的实施例1制备的铂电极浆料在氮化硅基片上高温烧结不起泡、不翘曲。

实施例2

按照下述方法制备铂电极浆料：

(1)配制有机粘结剂

按聚乙烯醇缩丁醛20g，松油醇65g，蓖麻油10g，乙酸薄荷酯5g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。

(2)制备铂电极浆料

分别称取均粒径为0.08μm、松装密度为0.8g/cm³球形纳米铂粉100g，平均粒径为1.5μm、比表面积为20m²/g、振实密度为5.0g/cm³、径厚比为30:1的片状铂粉30g，平均粒径为0.8μm、比表面积为30m²/g、松装密度为2.6g/cm³、振实密度为4.0g/cm³的热处理后的超细铂粉270g和步骤(1)所得有机粘结剂100g，将称取好的上述混合物放入含有玛瑙珠800g的玛瑙研磨罐内，球磨机的转速为150转/分钟，研磨时间为6小时，分离玛瑙珠制备得到铂电极浆料，浆料的细度5μm，粘度130pa.s，方阻值为20mω/□。

将实施例1所得铂电极浆料在氮化硅基片上烧结得到铂电极，电极附着力为30n/mm²，该电极在1000℃条件下进行老化试验1万小时，电极方阻值变为20.4mω/□。