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Edelmetallpulver und -präparate

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==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.
3 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
gewisser Porenanteil bleibt jedoch erhalten.

<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]]
</figure>


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 (<xr id="tab:DifferentTypesofSilverPowders" /><!--(Tab. 8.1)--> und
[[Werkstoffe_auf_Silber-Basis#label-tab:Qualitätsmerkmale_verschieden_hergestellter_Silber-Pulver|Qualitätsmerkmale verschieden hergestellter Silber-Pulver]]<!--(Tab. 2.12)-->). 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. <xr id="fig:Different shapes of silver powders"/><!--Fig. 8.1--> zeigt exemplarisch REM-Aufnahmen von
verdüstem Silber-Pulver mit kugeliger Kornform (a) und zementiertem Pulver aus
abgerundeten Kristallagglomeraten (b).


<figtable id="tab:DifferentTypesofSilverPowders">
<caption>'''<!--Table 8.1:-->verschiedene Typen von Silber-Pulvern'''</caption>
<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>
</figtable>

==Edelmetallpräparate==

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 <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
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 <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.
<figure id="fig:Solar cell with print pattern of ARGONOR N920">
[[File:Solar cell with print pattern of ARGONOR N920.jpg|right|thumb|Solar cell with print pattern of ARGONOR N920]]
</figure>


<figtable id="tab:Liquid Silver Preparations for Firing Application (ARGONOR)">
<caption>'''<!--Table 8.2:-->Flüssige Silber-Präparate zum Einbrennen (ARGONOR)'''</caption>
<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>
</figtable>

=== Conductive Paints and Adhesives===

Conductive paints are precious metal preparations in liquid or paste form. They contain the metal filler material, fine silver particles as conductive pigments mostly in flake form, a paint compound on artificial resin basis, and an organic solvent <xr id="tab:Silver Paints, Conductive Pastes, and Conductive Adhesives"/><!--(Table 8.3)-->. The solvent evaporates during drying in air or by aging at slightly elevated temperatures. This allows the silver particles to connect metallically and form conductive paths <xr id="fig:Flexible keyboard contact pattern printed with AUROMAL 170"/><!--(Fig. 8.3)-->.

Conductive adhesives are used mostly for mechanical bonding with low thermal impact. As the adhesive components high-polymer organic substances such as epoxy resins and mixed polymers are mostly used. They are made electrically filler materials such as flake shaped silver powders (70 – 80 wt%). Silver based conductive adhesives are available as single or two component adhesive systems. Both types are hardening without the application of pressure.


<figtable id="tab:Silver Paints, Conductive Pastes, and Conductive Adhesives">
<caption>'''<!--Table 8.3:-->Silver Paints, Conductive Pastes, and Conductive Adhesives'''</caption>
{| class="twocolortable" style="text-align: left; font-size: 12px"
|-
!Preparation
!Substrate<br />Material
!Application by
!Drying<br />[°C]
!Properties
!Usage Amount<br />[g/100 cm<sup>2</sup>]
!Area Resistance<br />[Ω/m<sup>2</sup>]
|-
|AROMAL 38
|glass, plastics
|spraying, immersion,<br />paint brush
|RT,<br />30 min<br />100°C
|hard well conducting<br />Ag layer for broad applications
|0.5 - 2
|< 0.1
|-
|AROMAL 50
|glass, wax, plastics
|spraying, immersion,<br />paint brush
|10 min<br />RT
|very flat surface,<br />especially for electrolytic build-up
|0.5 - 2
|< 0.2
|-
|AROMAL 70T
|plastics
|tampon printing
|60 min<br />RT
|hard and well conductive coating
|
|< 0.1
|-
|AROMAL 141
|plastics,<br />paper- based plastics
|screen printing
|45 min<br />120°C
|mechanically <br />very strong coatings
|
|< 0.05
|-
|AROMAL 170
|plastics
|screen printing
|30 min<br />100°C
|flexible layers,<br />well suited for foil materials
|
|< 0.05
|-
|AROMAL K 5 A+B
|metal, glass
|dispenser,<br />screen printing
|24h RT,<br />3h<br />80°C
|mechanically very strong<br />bond connection<br />as alternative to soldering
|
|< 0.1
|-
|AROMAL K 20
|metal, plastics,<br />ceramics
|dispenser,<br />screen printing
|15 min<br />150°C
|flexible bonds which help<br />decrease thermal stresses
|
|< 0.1
|-
|DOSILAC
|colspan="6" |Silver conductive paints in spray cans; can be spray painted; properties similar to those of AUROMAL 50
|}
</figtable>

Conductive paints and adhesives have broad applications in electrical and electronic engineering. They are used for example for the contacting of film resistors, mounting of terminal wires, conducting electrostatic electricity, or contacting components at low temperatures.

The mechanical strength of the bond connections depends mostly on the selected hardening temperature <xr id="fig:Shear force of an adhesive joint"/> <!--(Fig. 8.4)-->.

<figure id="fig:Flexible keyboard contact pattern printed with AUROMAL 170">
[[File:Flexible keyboard contact pattern printed with AUROMAL 170.jpg|right|thumb|Flexible keyboard contact pattern printed with AUROMAL 170]]
</figure>

<figure id="fig:Shear force of an adhesive joint">
[[File:Shear force of an adhesive joint.jpg|right|thumb|Shear force of an adhesive joint (silver adhesive AUROMAL K 20) as a function of the hardening temperature]]
</figure>

=== Precious Metal 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|SEM photos of silver flakes (a) fine grain (b) large flat]]
</figure>


<figtable id="tab:Typical Commercial Silver Flake Types">
<caption>'''<!--Table 8.4:-->Typical Commercial Silver Flake Types'''</caption>

{| class="twocolortable" style="text-align: left; font-size: 12px;width:80%"
|-
!Type of Flake
!F56
!B190
!ES4
|-
|Main characteristics
|Low tap density
|Very fine
|Pure, wide grain size distribution
|-
|Silver content [wt%]
|> 99.0
|> 99.0
|> 99.7
|-
|Med. Grain size [μm] Tap density
|3 - 8
|4 - 6
|9 - 13
|-
|DIN/ISO 3953 [g/cm<sup>3</sup>]
|0.7 - 1.1
|2.1 - 2.7
|2.7 - 3.6
|-
|Spec. Surface area B.E.T. [m<sup>2</sup>/g]
|0.7 - 1.1
|0.3 - 0.7
|
|}
</figtable>

[[en:Precious_Metal_Powders_and_Preparations]]

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