Введение к работе
Актуальность работы. Развитие различных отраслей техники в суще -ствениой мере зависит от качественны* характеристик используемых материалов, среди которых все большее внимание привлекают металлы в порошкообразном состоянии. Основной целью их использования является замена малоэффективных и вредных с экологической точки зрения технологий, причем последний аспект играет все более существенную роль.
Одним из таких направлений является создание и использование токспроводящих полимерных материалов, наполненных меиталлическим порошком в качестве электропроводной; фазы и, в частности, для проводниковых паст, которые могут быть использованы для прямого нанесения токопроводящего рисунка при изготовлении печатных плат. В настоящее время платы изготавливаются методом травления медной фольги с пробельных мест. Эта технология, характеризуется рядом существенных недостатков: многооперационность, трудоемкость, низкий коэффициент использования меди (10-60) и, как следствие, образование больших объемов вредных сточных вод, содержащих ионы цветных металлов.
Технология изготовления печатных плат методом прямого нанесеїшя рисунка через трафарет с использованием токопроводяцих паст, позволящая с одной стороны, обеспечить достаточно высокие электрофизические характеристики плат, а, с другой - экономичность, технологичность и экологическую чистоту их производства, может стать конкурентоспособной традиционной, использующей фольгироБанныэ диэлектрики.
Из неблагородных металлов только медь в дисперсном состоянии может найти применение в качестве функционального материала проводашковых паст, что оправдано не только относительно низкой
ее стоимостью, но и высокими электрическими свойствами.
Однако, как в нашей стране, так и за рубежом, несмотря на большой интерес к токопроводящим пастам на основе меди, противоречивость опубликованных результатов, не позволяет однозначно определить оптимальные характеристики используемых для этого медных порошков. По-видимому, трудность получения чистых, високодисперсних медных порошков являются основным препятствием в .освоении выпуска проводящих паст, так как промышлэнно- выпускаемые порошки меда не могут быть успешно применены для этих целей.
Решение задачи управления качеством медных порошков позволило .бы во многих отношениях удовлетворить потребности ряда важных отраслей промышленности.
Цель работа - исследование физико-химических основ процесса получеїшя високодисперсних медных порошков с задашцжм свойствами путем твердофазного водородного восстановления оксидов меда, в смесях с'инертными химическими соединениями, препятствующих спеканию частиц мвда между собой;
изучение влияние свойств полученных'медных порошков на электрические характеристики токопроводящих паст на их основе;
.разработка технологии производства порошков меди, используемых в качестве токопроводящих наполнителей проводникоЕых паст при изготовлении печтаных плат.
Методы исследований. Исследования выполнены с применением комплекса физико-химических методов : рентгенсфазового анализа ( ДРОН-3 ), электронной микроскопии ( сканирующий электронный микроскоп JSM-35 фирмы "JE0L"), метода БЭТ ("Coultronlcs"), деривато-графии ( Q-1500D.), седиментографии ( "Micromeritlcs'VCoultro-
nics").
Анализ растворов и твердых продуктов проводили с помощью химического анализа (гравиметрия, титриштрия) и на атомно-эмис-сионном сгоктрофотонетре JY-38 PLUS фирмы "J0BIN-YY0N". Научная новизна. Основополагающим принципом настоящей работа является проведение твердофазного водородного восстановления оксидов меда с инертными водорастворимыми солями, выполняющих роль матрицы. Инертная матрица служит фактором, с одной стороны, препятствующим взаимодействию уже образовавшихся частиц меди, а с другой - определяющим их структуру и размеры, то есть свойства конечного продукта.
Изучены кинетические закономерности восстановления как чистых оксидов меди, так и их смесей с солями-матрицами. Дано объяснение в различии величин скорости реакции восстановления от состава система. Расчет удельных скоростей реакций позволил установить механизм формирования и роста частиц-меди.
На основании микроскопических и рентгенофазовых исследований была определена различная реакционная способность граней монокристалла оксида меди (!)
Предложена математическая модель, адекватно описывающая кинетические зависимости восстановления.
Предложена методика определения концентрации точечных дефектов в кристаллической решетке оксида меди (I).
Определены" факторы, влияющие на форму и размер частиц медных горошков. Изучено влияние параметров процесса восстановления на физико-химические свойства получаемых медных порошков.
Исследовано веяние характеристик медных порошков на реологические и электрические свойства, токопроподящих паст на их основе.
Достоверность научных положений, выводов и заключений основывается на анализе большого объема экспериментальных данных, полученных с применением современных физико-химических методов исследований и их математической обработки на ЭВМ.
Практическая ценность и реализация работы. Разработаны технологический регламент и технические условиях на порошок медный матрично восстановленный стабилигированнный (Ш МЗС). Предложенная технология внедрена нд одном из предприятий Минрадиопрома. Расчетный экономический эффект на конец года составляет 50 тис. рублей при объеме.производства 30 тыс. плат. Удельный экономический эффект -1,5 рубля на I цретзводимда плату.
'Достоинствами разработанной технологии являются достаточная простота, экологическая чистота, безопасность осуществления процессов на 'несложном оборудовании., использована доступных и дешевых реагентов.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Всесоюзной конференции по порошковой металлургии ( г.Свердловск, 1989г.), на семинаре "Порошковая металлургия и области ее применения" ( г.Пенза, 1990г.). Получены два авторских свидетельства на изобретения.
Ой ем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, общих выводов; списка литературы из 156 наименований. Работа изложена на 161 страницах машинописного текста, содержит 40 рисунков и 12 таблиц.