通過氣溶膠分解制備金粉的方法

　　工業上已開發出用于高粘合強度精細線辨别率微電路導體、集成電路塊和絲焊、電終端觸點金屬噴塗、熱敏式印字機頭和微波應用上用的酸蝕漿料等上的厚膜金導體組合物。金以外的貴金屬也可用于厚膜漿料中，但對于用于軍事、醫藥、航空與航天和儀器方面應用的高性能高可靠性混合微電路來說，則指定使用金。爲獲得高性能和高可靠性，可再現性是基礎，在金粉生産中顆粒大小和形狀的控制是必须的。制備金粉的化學方法有很多，其中每一種均也许包括涉及pH、稀釋度和溫度的變化。一種常用方法是從氯金酸溶液沈澱金。這可通過大批活性金屬諸如鋅、鎂、鐵等，通過無機還原劑諸如硫酸亞鐵、亞硫酸鈉、二氧化硫和過氧化氫，或有機還原劑諸如甲酸、甲醛、或其它物質來完成。但是這些方法不易控制，因此不能制備出具均勻粒度和形狀的物質，而粒度與形狀厚膜漿體的性能的改進是非常重要的。金粉的特征諸如外表積、顆粒大小、顆粒形狀等取決于制備這種金粉的條件。諸如這些物理特征影響化學加工性能並很大程度上決定了在特定應用中金粉的外觀、有用性和效能。伴隨著電路複雜性的增加和特征尺寸的降低，厚膜漿體必須由純淨且具非常良好控制的顆粒大小分布的化學均勻顆粒組成。對于在分子水平上具有組成均一性的純相粉的制備來說，噴射熱解已作爲一種有希望的方法出現。

本文涉及基本完全密實的、細碎的金顆粒的制備方法，包括下列順序步驟：A.在可熱揮發的溶劑中形成可熱分解的含金化合物的不飽和溶液；B.形成基本上由步驟A的溶液疏散于一種載氣中的細碎的液滴組成的氣溶膠，所述液滴濃度低于液滴碰撞和隨後的聚結而導致液滴濃度下降10％處的濃度；C.將氣溶膠加熱到至少500℃但低于金的熔點的操作溫度，由此(1)使溶劑揮發(2)使合金化合物分解形成純金顆粒和(3)使金顆粒密實；和D.將金顆粒物與載氣、反應副産物和溶劑揮發産物分離。任何可溶性金鹽均可用在本發明方法中。適合的金鹽的例子有硝酸金、氯化金、氫氧化金、氧化金、乙酸金和三聚氰酸金。不可溶性金鹽是不適合的。所用含金化合物的濃度可低至0.002mol/l高至稍低于特定金鹽的溶解度極限。最好不使用低于0.002mol/l或高于90％飽和度的濃度。盡管對本發明方法來說優選使用水溶性金鹽作爲金源，但是本方法也可用其它可溶性溶劑化合物諸如溶于非水溶劑中的有機金屬金化合物有效地進行。只要滿足下列基本准則，本發明方法可在各種工作條件下進行：1.含金化合物的嘗試中須低于進料溫度下的飽和濃度，爲了預防在取消液體溶劑前固體物的沈澱，最好低于飽和濃度至少10％；2.在氣溶膠中液滴的濃度必須足夠低，以使其低于液滴的碰撞和隨後的聚結導致液滴濃度下降10％而引起粒度分布明顯擴展處的濃度。盡管在含金化合物的飽和點下操作是必须的，但該濃度在本發明方法的操作中並不是關鍵的。可使用低得多的含金化合物的濃度。但是一般優選使用較高的濃度以增大單位時間制備的顆粒量。一旦選擇了噴霧器後，所述濃度將決定获得的金粉的顆粒尺寸。液滴中所述濃度越高，在液滴中的量越多，從而均匀顆粒尺寸越大。任何常規的發生液滴的裝置均可用于制備本發明的氣溶膠，諸如噴霧器、碰撞噴霧器、超聲波噴霧器、碰撞噴霧器、超聲波噴霧器、振動孔氣液膠發生器、離心噴霧器、雙流噴霧器、電霧化噴霧器等。所述粉末的顆粒大小是所産生的液滴大小的正函數。在氣溶膠中液滴的大小在本發明方法的實踐中並不是關鍵的。但正如上面所述，使液滴的數目不致太多而招致也许使顆粒大小分布擴展而提高均匀顆粒尺寸的過量聚結是重要的。另外，在氣溶膠發生器一定時，含金化合物溶液的濃度對所述粉末的顆粒尺寸具有影響。具體地說，粒度均爲濃度的立方根的函數。因此含金化合物的濃度越高，金粉的顆粒尺寸越大。如果在顆粒尺寸上需要較大的變化，則必須使用不同的氣溶膠發生器。實際上任何對含金化合物的溶劑和金粉惰性的載氣均可用作本發明的實踐中的載氣。適合的載氣的例子有氮氣、氩氣、氦氣等。也可使用合成氣體(7％H2/N2)，盡管它並不是本發明的實踐所需的。進行本發明方法的溫度範圍是相當寬的，其範圍可從500℃到低于金的熔點(約1065℃)。在操作範圍溫度的低溫端，可制備不規則形狀的、純的密實的金顆粒。本發明也可制備球形金顆粒。通常在750℃以上的溫度下操作和使用金鹽如硝酸金和氮氣載氣，可在顯著低于金的熔點的750℃下制備基本上完全密實的細碎的、球形金顆粒。同樣可用空氣氣作爲載氣在900℃下制備基本完全密實的、細碎的、球形金顆粒。