Difference between revisions of "Edelmetallpulver und -präparate"

From Electrical Contacts
Jump to: navigation, search
(temp edit)
(Leitlacke und -klebstoffe)
 
(39 intermediate revisions by 2 users not shown)
Line 17: Line 17:
 
Zwischenräume zwischen den Partikeln niedrig, verglichen mit der Dichte
 
Zwischenräume zwischen den Partikeln niedrig, verglichen mit der Dichte
 
erschmolzener Edelmetalle. Sie variiert in einem weiten Bereich von ca.
 
erschmolzener Edelmetalle. Sie variiert in einem weiten Bereich von ca.
3 0,5 - 6 g/cm<sup>3</sup>, abhängig von der Morphologie der Partikel und ihrer Neigung zur
+
0,5 - 6 g/cm<sup>3</sup>, abhängig von der Morphologie der Partikel und ihrer Neigung zur
 
Agglomeratbildung. Edelmetallpulver lassen sich pressen und sintern; ein
 
Agglomeratbildung. Edelmetallpulver lassen sich pressen und sintern; ein
 
gewisser Porenanteil bleibt jedoch erhalten.
 
gewisser Porenanteil bleibt jedoch erhalten.
  
 
<figure id="fig:Different shapes of silver powders">  
 
<figure id="fig:Different shapes of silver powders">  
[[File:Different shapes of silver powders.jpg|right|thumb|Verschiedene Formen von Silber-Pulvern a) kugelig; b) abgerundete Kristallagglomerate]]
+
[[File:Different shapes of silver powders.jpg|right|thumb|Figure 1: Verschiedene Formen von Silber-Pulvern a) kugelig; b) abgerundete Kristallagglomerate]]
 
</figure>
 
</figure>
  
Line 44: Line 44:
 
<caption>'''<!--Table 8.1:-->verschiedene Typen von Silber-Pulvern'''</caption>
 
<caption>'''<!--Table 8.1:-->verschiedene Typen von Silber-Pulvern'''</caption>
 
<table class="twocolortable">
 
<table class="twocolortable">
<tr><th><p class="s6">Powder type</p></th><th><p class="s6">GE</p></th><th><p class="s6">GN1</p></th><th><p class="s7">ES</p></th><th><p class="s6">V</p></th></tr><tr><td><p class="s6">Manufacturing Process</p></td><td><p class="s6">chemical</p></td><td><p class="s6">chemical</p></td><td><p class="s7">electrolytic</p></td><td><p class="s6">atomized</p></td></tr><tr><td><p class="s6">Particle shape</p></td><td><p class="s6">agglomerated</p></td><td><p class="s6">agglomerated</p></td><td><p class="s7">dentritic</p></td><td><p class="s6">spherical</p></td></tr><tr><td><p class="s6">Avg. particle diameter</p><p class="s6">(median) [µm]</p></td><td><p class="s6">10 - 15</p></td><td><p class="s6">20 - 40</p></td><td><p class="s7">-</p></td><td><p class="s6">32 - 60</p></td></tr><tr><td><p class="s6">Medium particle size</p><p class="s6">(FSS - Fisher Sub Sieve Size) [µm]</p></td><td><p class="s6">-</p></td><td><p class="s6">-</p></td><td><p class="s7">4.0 - 6.0</p></td><td><p class="s6">-</p></td></tr><tr><td><p class="s6">Tap density</p><p class="s6">(DIN/ISO 3953) [g/cm<sup>3</sup>]</p></td><td><p class="s6">0.7 - 1.1</p></td><td><p class="s6">2.0 - 2.5</p></td><td><p class="s7">2.0 - 3.0</p></td><td><p class="s6">4.0 - 6.7</p></td></tr><tr><td><p class="s6">Specific surface area</p><p class="s6">(B.E.T.) [m<sup>2</sup>/g]</p></td><td><p class="s6">0.5 - 0.9</p></td><td><p class="s6">-</p></td><td><p class="s7">-</p></td><td><p class="s6">-</p></td></tr></table>
+
<tr><th><p class="s6">Pulvertyp</p></th><th><p class="s6">GE</p></th><th><p class="s6">GN1</p></th><th><p class="s7">ES</p></th><th><p class="s6">V</p></th></tr><tr><td><p class="s6">Herstellung Process</p></td><td><p class="s6">chem.</p></td><td><p class="s6">chem.</p></td><td><p class="s7">elektrolytisch</p></td><td><p class="s6">verdüst</p></td></tr><tr><td><p class="s6">Kornform</p></td><td><p class="s6">agglomeriert</p></td><td><p class="s6">agglomeriert</p></td><td><p class="s7">dendritisch</p></td><td><p class="s6">kugelig</p></td></tr><tr><td><p class="s6">Mittl. Korndurchmesser</p><p class="s6">(median) [µm]</p></td><td><p class="s6">10 - 15</p></td><td><p class="s6">20 - 40</p></td><td><p class="s7">-</p></td><td><p class="s6">32 - 60</p></td></tr><tr><td><p class="s6">Mittl. Korndurchmesser</p><p class="s6">(FSS - Fisher Sub Sieve Size) [µm]</p></td><td><p class="s6">-</p></td><td><p class="s6">-</p></td><td><p class="s7">4.0 - 6.0</p></td><td><p class="s6">-</p></td></tr><tr><td><p class="s6">Klopfdichte nach </p><p class="s6">(DIN/ISO 3953) [g/cm<sup>3</sup>]</p></td><td><p class="s6">0.7 - 1.1</p></td><td><p class="s6">2.0 - 2.5</p></td><td><p class="s7">2.0 - 3.0</p></td><td><p class="s6">4.0 - 6.7</p></td></tr><tr><td><p class="s6">Spez. Oberfläche </p><p class="s6">nach B.E.T. [m<sup>2</sup>/g]</p></td><td><p class="s6">0.5 - 0.9</p></td><td><p class="s6">-</p></td><td><p class="s7">-</p></td><td><p class="s6">-</p></td></tr></table>
 
</figtable>
 
</figtable>
  
 
==Edelmetallpräparate==
 
==Edelmetallpräparate==
 
+
<figure id="fig:Solar cell with print pattern of ARGONOR N920">
 +
[[File:Solar cell with print pattern of ARGONOR N920.jpg|right|thumb|Figure 2: Solarzelle bedruckt mit Argonor N920]]
 +
</figure>
 
Während früher Glas, Porzellan und Keramik vor allem für dekorative Zwecke mit Gold
 
Während früher Glas, Porzellan und Keramik vor allem für dekorative Zwecke mit Gold
 
oder Platin überzogen wurden, dienen Edelmetalle bereits seit Jahren in weit größerem
 
oder Platin überzogen wurden, dienen Edelmetalle bereits seit Jahren in weit größerem
Line 62: Line 64:
 
Die in flüssiger oder pastenartiger Form vorliegenden Einbrennpräparate haben in der
 
Die in flüssiger oder pastenartiger Form vorliegenden Einbrennpräparate haben in der
 
Elektrotechnik und Elektronik, insbesondere in der Dickschichttechnik ein breites
 
Elektrotechnik und Elektronik, insbesondere in der Dickschichttechnik ein breites
Anwendungsfeld gefunden <xr id="tab:Liquid Silver Preparations for Firing Application (ARGONOR)"/><!--(Table 8.2)-->. Als edelmetallhaltiger Füllstoff wird wegen seiner
+
Anwendungsfeld gefunden (<xr id="tab:Liquid Silver Preparations for Firing Application (ARGONOR)"/><!--(Table 8.2)-->). Als edelmetallhaltiger Füllstoff wird wegen seiner
 
hohen elektrischen Leitfähigkeit meist Silber eingesetzt. Nach dem Einbrennen, das in
 
hohen elektrischen Leitfähigkeit meist Silber eingesetzt. Nach dem Einbrennen, das in
 
oxidierender Atmosphäre bei Temperaturen zwischen 400°C bis 850°C erfolgt, entsteht
 
oxidierender Atmosphäre bei Temperaturen zwischen 400°C bis 850°C erfolgt, entsteht
 
eine festhaftende, hochleitende Schicht.
 
eine festhaftende, hochleitende Schicht.
 
Bei der Verarbeitung im Siebdruckverfahren können beliebige Leiterbahnen aufgebracht
 
Bei der Verarbeitung im Siebdruckverfahren können beliebige Leiterbahnen aufgebracht
werden <xr id="fig:Solar cell with print pattern of ARGONOR N920"/><!--(Fig. 8.2)-->. Auf diese Weise entstehen Strompfade mit guten elektrischen
+
werden (<xr id="fig:Solar cell with print pattern of ARGONOR N920"/><!--(Fig. 8.2)-->). Auf diese Weise entstehen Strompfade mit guten elektrischen
 
Eigenschaften und hoher Temperaturbeständigkeit.
 
Eigenschaften und hoher Temperaturbeständigkeit.
<figure id="fig:Solar cell with print pattern of ARGONOR N920">
 
[[File:Solar cell with print pattern of ARGONOR N920.jpg|right|thumb|Solarzelle bedruckt mit Argonor N920]]
 
</figure>
 
  
  
 
<figtable id="tab:Liquid Silver Preparations for Firing Application (ARGONOR)">
 
<figtable id="tab:Liquid Silver Preparations for Firing Application (ARGONOR)">
<caption>'''<!--Table 8.2:-->Flüssige Silber-Präparate zum Einbrennen (ARGONOR)'''</caption>
+
<caption>'''<!--Table 8.2:-->Flüssige Silber-Präparate zum Einbrennen'''</caption>
 
<table class="twocolortable" style="width:80%">
 
<table class="twocolortable" style="width:80%">
<tr><th><p class="s6">Preparation</p></th><th><p class="s6">Substrate</p><p class="s6">Material</p></th><th><p class="s6">Application by</p></th><th><p class="s6">Firing Temperature [°C]</p></th><th><p class="s6">Properties</p></th><th><p class="s6">Silver Content [wt%]</p></th></tr><tr><td><p class="s6">Argonor N92</p></td><td><p class="s6">glass, ceramics</p></td><td><p class="s6">paint brush, spray gun</p></td><td><p class="s6">530 - 650</p></td><td><p class="s6">Viscosity</p><p class="s6">500 – 1.000 mPa·s, good solderability</p></td><td><p class="s6">65</p></td></tr><tr><td><p class="s6">Argonor</p></td><td><p class="s6">glass,</p><p class="s6">ceramics</p></td><td><p class="s6">screen</p><p class="s6">printing</p></td><td><p class="s6">530 - 650</p></td><td><p class="s6">Viscosity</p><p class="s6">10 – 15.000 mPa·s, good solderability</p></td><td><p class="s6">65</p></td></tr></table>
+
<tr><th><p class="s6">Präparat</p></th><th><p class="s6">Material</p></th><th><p class="s6">Verarbeitung</p></th><th><p class="s6">Einbrenntemperatur [°C]</p></th><th><p class="s6">Eigenschaften</p></th><th><p class="s6">Silbergehalt<br />[Massen-%]</p></th></tr><tr><td><p class="s6">Argonor N92</p></td><td><p class="s6">Glas, Keramik</p></td><td><p class="s6">Pinsel Spritzpistole</p></td><td><p class="s6">530 - 650</p></td><td><p class="s6">Viskosität</p><p class="s6">500 – 1.000 mPa·s, gute Lötbarkeit</p></td><td><p class="s6">65</p></td></tr><tr><td><p class="s6">Argonor</p></td><td><p class="s6">Glas, Keramik</p></td><td><p class="s6">Siebdruck</p></td><td><p class="s6">530 - 650</p></td><td><p class="s6">Viskosität</p><p class="s6">10 – 15.000 mPa·s, gute Lötbarkeit</p></td><td><p class="s6">65</p></td></tr></table>
 
</figtable>
 
</figtable>
 +
 +
<figure id="fig:Flexible keyboard contact pattern printed with AUROMAL 170">
 +
[[File:Flexible keyboard contact pattern printed with AUROMAL 170.jpg|right|thumb|Figure 3: Folientastatur mit AUROMAL170 bedruckt]]
 +
</figure>
  
 
===Leitlacke und -klebstoffe===
 
===Leitlacke und -klebstoffe===
Line 85: Line 88:
 
Sie enthalten den metallischen Füllstoff, feinkörniges Silberpulver als leitfähige
 
Sie enthalten den metallischen Füllstoff, feinkörniges Silberpulver als leitfähige
 
Pigmente mit teilweise plättchenförmiger Struktur, eine Lackkomponente auf
 
Pigmente mit teilweise plättchenförmiger Struktur, eine Lackkomponente auf
Kunstharzbasis und ein organisches Lösungsmittel <xr id="tab:Silver Paints, Conductive Pastes, and Conductive Adhesives"/><!--(Table 8.3)-->. Beim Trocknen
+
Kunstharzbasis und ein organisches Lösungsmittel (<xr id="tab:Silver Paints, Conductive Pastes, and Conductive Adhesives"/><!--(Table 8.3)-->). Beim Trocknen
 
an Luft oder Altern bei leicht erhöhten Temperaturen verdunstet das Lösungsmittel.
 
an Luft oder Altern bei leicht erhöhten Temperaturen verdunstet das Lösungsmittel.
 
Dadurch kommt es zur metallischen Berührung der Pulverteilchen,
 
Dadurch kommt es zur metallischen Berührung der Pulverteilchen,
welche so die Stromleitung ermöglichen <xr id="fig:Flexible keyboard contact pattern printed with AUROMAL 170"/><!--(Fig. 8.3)-->.
+
welche so die Stromleitung ermöglichen (<xr id="fig:Flexible keyboard contact pattern printed with AUROMAL 170"/><!--(Fig. 8.3)-->).
  
 
Leitklebstoffe werden vor allem zum wärmearmen Fügen metallischer Teile
 
Leitklebstoffe werden vor allem zum wärmearmen Fügen metallischer Teile
Line 97: Line 100:
 
als auch als Zweikomponentenkleber zum Einsatz. Beide Klebstofftypen
 
als auch als Zweikomponentenkleber zum Einsatz. Beide Klebstofftypen
 
härten ohne Einwirkung von Druck aus.
 
härten ohne Einwirkung von Druck aus.
 +
<br style="clear:both;"/>
 +
  
  
Line 103: Line 108:
 
{| class="twocolortable" style="text-align: left; font-size: 12px"
 
{| class="twocolortable" style="text-align: left; font-size: 12px"
 
|-
 
|-
!Preparation
+
!Präparat
!Substrate<br />Material
+
!Trägermaterial
!Application by
+
!Verarbeitung
!Drying<br />[°C]
+
!Trocknung<br />[°C]
!Properties
+
!Eigenschaften
!Usage Amount<br />[g/100 cm<sup>2</sup>]
+
!Verbrauch<br />[g/100 cm<sup>2</sup>]
!Area Resistance<br />[Ω/m<sup>2</sup>]
+
!Flächenwiderstand<br />[Ω/m<sup>2</sup>]
 
|-
 
|-
 
|AROMAL 38
 
|AROMAL 38
|glass, plastics
+
|Glas, Kunststoff
|spraying, immersion,<br />paint brush
+
|Spritzen, Tauchen,<br />Pinsel
 
|RT,<br />30 min<br />100°C
 
|RT,<br />30 min<br />100°C
|hard well conducting<br />Ag layer for broad applications
+
|Harte, gut leitende Silberschicht<br />mit breitem Einsatzgebiet
 
|0.5 - 2
 
|0.5 - 2
 
|< 0.1
 
|< 0.1
 
|-
 
|-
 
|AROMAL 50
 
|AROMAL 50
|glass, wax, plastics
+
|Glas, Wachs, Kunststoff
|spraying, immersion,<br />paint brush
+
|Spritzen, Tauchen,<br />Pinsel
 
|10 min<br />RT
 
|10 min<br />RT
|very flat surface,<br />especially for electrolytic build-up
+
|Sehr ebene Oberfläche, besonders<br />zum galvanischen Verstärken
 
|0.5 - 2
 
|0.5 - 2
 
|< 0.2
 
|< 0.2
 
|-
 
|-
 
|AROMAL 70T
 
|AROMAL 70T
|plastics
+
|Kunststoff
|tampon printing
+
|Tampondruck
 
|60 min<br />RT
 
|60 min<br />RT
|hard and well conductive coating
+
|Harte, gut leitende Beschichtung
 
|
 
|
 
|< 0.1
 
|< 0.1
 
|-
 
|-
 
|AROMAL 141
 
|AROMAL 141
|plastics,<br />paper- based plastics
+
|Kunststoff,<br />Hartpapier
|screen printing
+
|Siebdruck
 
|45 min<br />120°C
 
|45 min<br />120°C
|mechanically <br />very strong coatings
+
|Mechanisch<br />sehr feste Überzüge
 
|
 
|
 
|< 0.05
 
|< 0.05
 
|-
 
|-
 
|AROMAL 170
 
|AROMAL 170
|plastics
+
|Kunststoff
|screen printing
+
|Siebdruck
 
|30 min<br />100°C
 
|30 min<br />100°C
|flexible layers,<br />well suited for foil materials
+
|Flexible Schichten, besonders<br />für Folien geeignet
 
|
 
|
 
|< 0.05
 
|< 0.05
Line 153: Line 158:
 
|AROMAL K 5 A+B
 
|AROMAL K 5 A+B
 
|metal, glass
 
|metal, glass
|dispenser,<br />screen printing
+
|Dispenser,<br />Siebdruck
 
|24h RT,<br />3h<br />80°C
 
|24h RT,<br />3h<br />80°C
|mechanically very strong<br />bond connection<br />as alternative to soldering
+
|Mechanisch sehr feste Verbindungen<br />als Alternative zum Weichlöten
 
|
 
|
 
|< 0.1
 
|< 0.1
 
|-
 
|-
 
|AROMAL K 20
 
|AROMAL K 20
|metal, plastics,<br />ceramics
+
|Metall, Kunststoff,<br />Keramik
|dispenser,<br />screen printing
+
|Dispenser,<br />Siebdruck
 
|15 min<br />150°C
 
|15 min<br />150°C
|flexible bonds which help<br />decrease thermal stresses
+
|Flexible Verbindungen, die<br />thermische Spannungen abbauen helfen
 
|
 
|
 
|< 0.1
 
|< 0.1
 
|-
 
|-
 
|DOSILAC
 
|DOSILAC
|colspan="6" |Silver conductive paints in spray cans; can be spray painted; properties similar to those of AUROMAL 50
+
|colspan="6" |Silber-Leitlack in Spraydose abgefüllt; als Spühlack verwendbar, mit ähnlichen Eigenschaften wie AUROMAL 50
 
|}
 
|}
 
</figtable>
 
</figtable>
 +
 +
<figure id="fig:Shear force of an adhesive joint">
 +
[[File:Shear force of an adhesive joint.jpg|right|thumb|Figure 4: Abscherkraft einer Klebverbindung (Silber-Leitkleber: AUROMAL K 20) in Abhängigkeit von der Aushärtetemperatur]]
 +
</figure>
 +
 +
  
 
Leitlacke und -klebstoffe finden in der Elektrotechnik und Elektronik ein breites
 
Leitlacke und -klebstoffe finden in der Elektrotechnik und Elektronik ein breites
Line 178: Line 189:
  
 
Die Festigkeit der Klebverbindung hängt dabei von der gewählten Aushärtetemperatur
 
Die Festigkeit der Klebverbindung hängt dabei von der gewählten Aushärtetemperatur
ab <xr id="fig:Shear force of an adhesive joint"/> <!--(Fig. 8.4)-->.
+
ab (<xr id="fig:Shear force of an adhesive joint"/><!--(Fig. 8.4)-->).
 +
 
 +
===Edelmetall-Flakes===
  
<figure id="fig:Flexible keyboard contact pattern printed with AUROMAL 170">
+
Zur Erzielung spezieller physikalischer Eigenschaften in Präparaten werden disperse
[[File:Flexible keyboard contact pattern printed with AUROMAL 170.jpg|right|thumb|Folientastatur mit AUROMAL170 bedruckt]]
+
Edelmetalle in Form flacher, flockenartiger Partikel (Flakes) benötigt. Diese
 +
werden durch Vermahlen feiner Pulver unter Zusatz von Mahlhilfsmitteln hergestellt.
 +
Die Eigenschaften dieser Silber-Flakes (Dispergierbarkeit, Fließverhalten,
 +
elektrische Leitfähigkeit) hängen stark von Kornform, -größe und vom Mahlhilfsmittel
 +
ab. <xr id="fig:SEM photos of silver flakes a fine grain b large flat"/><!--Fig. 8.5--> zeigt REM-Aufnahmen eines feinen Silber-Flake-Typs
 +
(mittlerer Partikeldurchmesser: 4 - 6 μm) (a) und eines Typs mit relativ großflächigen,
 +
dünnen Flakes ( Partikeldurchmesser 8 - 11 μm) (b). Typische Handelsformen
 +
von Silber-Flakes und ihre wesentlichen Eigenschaften sind in
 +
<xr id="tab:Typical Commercial Silver Flake Types"/><!--(Tab. 8.4)--> zusammengefasst. Gold und Platinmetalle können ebenfalls zu Flakes
 +
verarbeitet werden. Sie haben aber im Vergleich zu Silber-Flakes nur eine
 +
geringe Bedeutung.
 +
<figure id="fig:SEM photos of silver flakes a fine grain b large flat">
 +
[[File:SEM photos of silver flakes a fine grain b large flat.jpg|left|thumb|Figure 5: REM Aufnahmen von Silber-Flakes (a) feinkörnig (b) großflächig]]
 
</figure>
 
</figure>
  
<figure id="fig:Shear force of an adhesive joint">
 
[[File:Shear force of an adhesive joint.jpg|right|thumb|Abscherkraft einer Klebverbindung (Silber-Leitkleber: AUROMAL K 20) in Abhängigkeit von der Aushärtetemperatur]]
 
</figure>
 
  
===Edelmetall-Flakes===
 
  
To obtain certain desired physical properties of preparations the dispersed precious metals in flat flake-like particles (generally called "flakes") are needed. These are produced by milling fine metal powders in the presence of milling additives or agents. The properties of these metal flakes, i.e. silver flakes (ability to disperse easily, flow characteristics, electrical conductivity) are strongly dependent on the particle shape and size as well as on the type of milling agents used. <xr id="fig:SEM photos of silver flakes a fine grain b large flat"/><!--Fig. 8.5--> illustrates through SEM photos a type of rather fine silver flake (medium particle size 4 – 6 µm) (a) and another one with relatively large flat but thin flake shapes (particle size 8 – 11 µm) (b). Typical commercial silver flake types are listed with their respective properties in <xr id="tab:Typical Commercial Silver Flake Types"/><!--(Tab. 8.4)-->. Gold and platinum can also be produced as powder flakes. By volumes used they are however of lesser commercial importance.
+
 
<figure id="fig:SEM photos of silver flakes a fine grain b large flat">
+
 
[[File:SEM photos of silver flakes a fine grain b large flat.jpg|right|thumb|REM-Aufnahmen von Silber-Flakes (a) feinkörnig (b) großflächig]]
+
 
</figure>
+
 
 +
 
 +
 
 +
 
 +
 
 +
 
 +
 
 +
 
  
  
Line 201: Line 229:
 
{| class="twocolortable" style="text-align: left; font-size: 12px;width:80%"
 
{| class="twocolortable" style="text-align: left; font-size: 12px;width:80%"
 
|-
 
|-
!Type of Flake
+
!Flake-Typ
 
!F56
 
!F56
 
!B190
 
!B190
 
!ES4
 
!ES4
 
|-
 
|-
|Main characteristics
+
|Charakteristische Merkmale
|Low tap density
+
|geringe Klopfdichte
|Very fine
+
|sehr fein
|Pure, wide grain size distribution
+
|rein, breite Kornverteilung
 
|-
 
|-
|Silver content [wt%]
+
|Silbergehalt [Massen-%]
 
|> 99.0
 
|> 99.0
 
|> 99.0
 
|> 99.0
 
|> 99.7
 
|> 99.7
 
|-
 
|-
|Med. Grain size [μm] Tap density
+
|Mittl. Korndurchmesser (50%-Median) [μm]
 
|3 - 8
 
|3 - 8
 
|4 - 6
 
|4 - 6
 
|9 - 13
 
|9 - 13
 
|-
 
|-
|DIN/ISO 3953 [g/cm<sup>3</sup>]
+
|Klopfdichte nach DIN/ISO 3953 [g/cm³]
 
|0.7 - 1.1
 
|0.7 - 1.1
 
|2.1 - 2.7
 
|2.1 - 2.7
 
|2.7 - 3.6
 
|2.7 - 3.6
 
|-
 
|-
|Spec. Surface area B.E.T. [m<sup>2</sup>/g]
+
|Spez. Oberfläche nach B.E.T. [/g]
 
|0.7 - 1.1
 
|0.7 - 1.1
 
|0.3 - 0.7
 
|0.3 - 0.7

Latest revision as of 08:01, 11 January 2023

Edelmetallpulver

Edelmetallpulver kommen als Ausgangsprodukte für zahlreiche technische Anwendungen oder auch für medizinische und dekorative Zwecke zum Einsatz. Dazu zählen z.B. die Herstellung von Silber-Verbundwerkstoffen für elektrische Kontakte (Ag/Ni, Ag/Metalloxid, Ag/C, Ag/W u. a.), Katalysatoren, Elektroden oder Dentalprodukte. Darüber hinaus sind Edelmetalle in Pulverform Grundbestandteile für Präparate, Leitlacke und -klebstoffe.

Edelmetallpulver bestehen aus kleinen Partikeln von ca. 1 - 100 μm Durchmesser, die durch Kornform, -größe und -größenverteilung charakterisiert sind. Entsprechend dem gewählten Herstellungsverfahren weisen die Silber-Partikel eine unterschiedliche Morphologie auf, z.B. kugelig, kristallin oder dentritisch. Je kleiner der Partikeldurchmesser ist, um so größer ist die spezifische Oberfläche der Pulver.

Die scheinbare Dichte (Schütt- und Klopfdichte) der Pulver ist aufgrund der Zwischenräume zwischen den Partikeln niedrig, verglichen mit der Dichte erschmolzener Edelmetalle. Sie variiert in einem weiten Bereich von ca. 0,5 - 6 g/cm3, abhängig von der Morphologie der Partikel und ihrer Neigung zur Agglomeratbildung. Edelmetallpulver lassen sich pressen und sintern; ein gewisser Porenanteil bleibt jedoch erhalten.

Figure 1: Verschiedene Formen von Silber-Pulvern a) kugelig; b) abgerundete Kristallagglomerate


Edelmetallpulver werden nach verschiedenen Verfahren, z.B. durch Elektrolyse, Verdüsen aus der Schmelze, chemische Fällung oder durch Zementation mit unedleren Metallen, hergestellt. Je nach Herstellungsverfahren weisen Silber- Pulver unterschiedliche Eigenschaften auf (Table 1 und Qualitätsmerkmale verschieden hergestellter Silber-Pulver). So erhält man beim Verdüsen aus der Schmelze ein Pulver mit hoher Klopfdichte, das sich aus kugeligen Partikeln zusammensetzt. Durch Elektrolyse von Silbersalzlösungen entstehen im allgemeinen unregelmäßige, dentritische bis kristalline Formen. Bei chemischen Prozessen können sehr feine Pulver mit großen spezifischen Oberflächen erzeugt werden. Figure 1 zeigt exemplarisch REM-Aufnahmen von verdüstem Silber-Pulver mit kugeliger Kornform (a) und zementiertem Pulver aus abgerundeten Kristallagglomeraten (b).


Table 1: verschiedene Typen von Silber-Pulvern

Pulvertyp

GE

GN1

ES

V

Herstellung Process

chem.

chem.

elektrolytisch

verdüst

Kornform

agglomeriert

agglomeriert

dendritisch

kugelig

Mittl. Korndurchmesser

(median) [µm]

10 - 15

20 - 40

-

32 - 60

Mittl. Korndurchmesser

(FSS - Fisher Sub Sieve Size) [µm]

-

-

4.0 - 6.0

-

Klopfdichte nach

(DIN/ISO 3953) [g/cm3]

0.7 - 1.1

2.0 - 2.5

2.0 - 3.0

4.0 - 6.7

Spez. Oberfläche

nach B.E.T. [m2/g]

0.5 - 0.9

-

-

-

Edelmetallpräparate

Figure 2: Solarzelle bedruckt mit Argonor N920

Während früher Glas, Porzellan und Keramik vor allem für dekorative Zwecke mit Gold oder Platin überzogen wurden, dienen Edelmetalle bereits seit Jahren in weit größerem Masse dazu, verschiedene nichtmetallische Werkstoffe, wie Keramik, Glas oder Kunststoff elektrisch leitend zu machen. Zur Aufbringung auf das Grundmaterial wird das Edelmetall in feinpulveriger Form in einem organischen Träger dispergiert, der Lackbindemittel und spezielle Lösungsmittel enthält. Solche Präparate können über Siebdruck, Tampondruck, Spritztechnik, Tauchen oder mit einem Pinsel aufgetragen werden.

Edelmetall-Einbrennpräparate

Die in flüssiger oder pastenartiger Form vorliegenden Einbrennpräparate haben in der Elektrotechnik und Elektronik, insbesondere in der Dickschichttechnik ein breites Anwendungsfeld gefunden (Table 2). Als edelmetallhaltiger Füllstoff wird wegen seiner hohen elektrischen Leitfähigkeit meist Silber eingesetzt. Nach dem Einbrennen, das in oxidierender Atmosphäre bei Temperaturen zwischen 400°C bis 850°C erfolgt, entsteht eine festhaftende, hochleitende Schicht. Bei der Verarbeitung im Siebdruckverfahren können beliebige Leiterbahnen aufgebracht werden (Figure 2). Auf diese Weise entstehen Strompfade mit guten elektrischen Eigenschaften und hoher Temperaturbeständigkeit.


Table 2: Flüssige Silber-Präparate zum Einbrennen

Präparat

Material

Verarbeitung

Einbrenntemperatur [°C]

Eigenschaften

Silbergehalt
[Massen-%]

Argonor N92

Glas, Keramik

Pinsel Spritzpistole

530 - 650

Viskosität

500 – 1.000 mPa·s, gute Lötbarkeit

65

Argonor

Glas, Keramik

Siebdruck

530 - 650

Viskosität

10 – 15.000 mPa·s, gute Lötbarkeit

65

Figure 3: Folientastatur mit AUROMAL170 bedruckt

Leitlacke und -klebstoffe

Leitlacke sind i. allg. Edelmetallpräparate in flüssiger oder pastenartiger Form. Sie enthalten den metallischen Füllstoff, feinkörniges Silberpulver als leitfähige Pigmente mit teilweise plättchenförmiger Struktur, eine Lackkomponente auf Kunstharzbasis und ein organisches Lösungsmittel (Table 3). Beim Trocknen an Luft oder Altern bei leicht erhöhten Temperaturen verdunstet das Lösungsmittel. Dadurch kommt es zur metallischen Berührung der Pulverteilchen, welche so die Stromleitung ermöglichen (Figure 3).

Leitklebstoffe werden vor allem zum wärmearmen Fügen metallischer Teile eingesetzt. Als Klebstoffe eignen sich hochpolymere, organische Substanzen wie Epoxidharze oder Mischpolymerisate. Durch Beimengung von Füllstoffen, z.B. in Form von plättchenförmigem Silberpulver (70 - 80 Massen-% Ag), werden sie elektrisch leitend. Silber-Leitklebstoffe kommen sowohl als Einkomponenten- als auch als Zweikomponentenkleber zum Einsatz. Beide Klebstofftypen härten ohne Einwirkung von Druck aus.


Table 3: Silber-Leitlacke, -Leitpasten und -Leitklebstoffe
Präparat Trägermaterial Verarbeitung Trocknung
[°C]
Eigenschaften Verbrauch
[g/100 cm2]
Flächenwiderstand
[Ω/m2]
AROMAL 38 Glas, Kunststoff Spritzen, Tauchen,
Pinsel
RT,
30 min
100°C
Harte, gut leitende Silberschicht
mit breitem Einsatzgebiet
0.5 - 2 < 0.1
AROMAL 50 Glas, Wachs, Kunststoff Spritzen, Tauchen,
Pinsel
10 min
RT
Sehr ebene Oberfläche, besonders
zum galvanischen Verstärken
0.5 - 2 < 0.2
AROMAL 70T Kunststoff Tampondruck 60 min
RT
Harte, gut leitende Beschichtung < 0.1
AROMAL 141 Kunststoff,
Hartpapier
Siebdruck 45 min
120°C
Mechanisch
sehr feste Überzüge
< 0.05
AROMAL 170 Kunststoff Siebdruck 30 min
100°C
Flexible Schichten, besonders
für Folien geeignet
< 0.05
AROMAL K 5 A+B metal, glass Dispenser,
Siebdruck
24h RT,
3h
80°C
Mechanisch sehr feste Verbindungen
als Alternative zum Weichlöten
< 0.1
AROMAL K 20 Metall, Kunststoff,
Keramik
Dispenser,
Siebdruck
15 min
150°C
Flexible Verbindungen, die
thermische Spannungen abbauen helfen
< 0.1
DOSILAC Silber-Leitlack in Spraydose abgefüllt; als Spühlack verwendbar, mit ähnlichen Eigenschaften wie AUROMAL 50
Figure 4: Abscherkraft einer Klebverbindung (Silber-Leitkleber: AUROMAL K 20) in Abhängigkeit von der Aushärtetemperatur


Leitlacke und -klebstoffe finden in der Elektrotechnik und Elektronik ein breites Anwendungsfeld. Sie werden z.B. zur Kontaktierung von Schichtwiderständen, Befestigung von Anschlussdrähten, Ableitung elektrostatischer Elektrizität oder zur Kontaktierung von Bauelementen bei niedrigen Temperaturen eingesetzt.

Die Festigkeit der Klebverbindung hängt dabei von der gewählten Aushärtetemperatur ab (Figure 4).

Edelmetall-Flakes

Zur Erzielung spezieller physikalischer Eigenschaften in Präparaten werden disperse Edelmetalle in Form flacher, flockenartiger Partikel (Flakes) benötigt. Diese werden durch Vermahlen feiner Pulver unter Zusatz von Mahlhilfsmitteln hergestellt. Die Eigenschaften dieser Silber-Flakes (Dispergierbarkeit, Fließverhalten, elektrische Leitfähigkeit) hängen stark von Kornform, -größe und vom Mahlhilfsmittel ab. Figure 5 zeigt REM-Aufnahmen eines feinen Silber-Flake-Typs (mittlerer Partikeldurchmesser: 4 - 6 μm) (a) und eines Typs mit relativ großflächigen, dünnen Flakes ( Partikeldurchmesser 8 - 11 μm) (b). Typische Handelsformen von Silber-Flakes und ihre wesentlichen Eigenschaften sind in Table 4 zusammengefasst. Gold und Platinmetalle können ebenfalls zu Flakes verarbeitet werden. Sie haben aber im Vergleich zu Silber-Flakes nur eine geringe Bedeutung.

Figure 5: REM Aufnahmen von Silber-Flakes (a) feinkörnig (b) großflächig









Table 4: Typische Handelsformen von Silber-Flakes
Flake-Typ F56 B190 ES4
Charakteristische Merkmale geringe Klopfdichte sehr fein rein, breite Kornverteilung
Silbergehalt [Massen-%] > 99.0 > 99.0 > 99.7
Mittl. Korndurchmesser (50%-Median) [μm] 3 - 8 4 - 6 9 - 13
Klopfdichte nach DIN/ISO 3953 [g/cm³] 0.7 - 1.1 2.1 - 2.7 2.7 - 3.6
Spez. Oberfläche nach B.E.T. [m²/g] 0.7 - 1.1 0.3 - 0.7