银包铜粉国家标准编制说明.doc

《银包铜粉》国家标准编制说明

一、工作简况
1．任务来源
根据国家标准委员会“关于下达2007年第二批国家标准制（修）项目订计划的通知”（中色协综字[2007]237号）精神的要求，国家标准《片状银包铜粉》的制定工作由昆明理工恒达科技有限公司完成，项目计划编号为20079121-T-610，于2009年完成。
根据这几年市场的需求的反馈，除了片状的银包铜粉以外，其他形状的银包铜粉同样占有一定的市场份额（10%），所以考虑到标准的广泛性和适应性，将本标准的名称修改为《银包铜粉》。
本标准起草人及工作如下：
黄 峰：标准执笔人，资料和数据的收集、整理、汇总、确定、验证。
郭忠诚标准中主要技术指标的验证、确定、验证。
王 敏：标准中资料和数据的收集、主要技术指标的验证、确定。
2．主要工作进程
2007年12月，昆明理工恒达科技有限公司接到《片状银包铜粉》的制定任务后，成立了标准编制工作小组，制定了标准编制计划，确定了制定原则，并进行了数据收集和资料查询，包括银包铜粉的质量数据收集、与客户沟通、分析掌握国内市场银包铜粉的质量情况及用户需求。编制小组组织管理人员、技术人员、检验人员进行讨论、修改形成了标准稿草案，并先后分发到多家客户寻求参考意见，根据反馈意见并综合产品的市场使用情况后，进行了两次比较的大的修改，最终形成了此草案。
二、编制原则
根据银包铜粉新产品的生产工艺技术和检测需求及市场实际应用的需要，制定了关于银包铜粉的国家标准，标准内容包括银包铜粉的产品分类、技术要求、试验方法、检验规则和包装、标志、运输及贮存。本标准坚持以生产实际的可操作性为前提，以满足其实践性、适应性、先进性等需要为原则，由于目前此类产品主要依靠进口，以美国Ferro的产品为主，占到了进口产品的95%以上。Ferro是美国最大的银粉生产商，也是全球最早生产银包铜粉的厂家，我公司通过这几年的生产实践，在参考进口产品相关性能指标的基础上，不断改良，目前生产的银包铜粉产品各方面性能已经完全超过美国Ferro生产的银包铜粉，并在此基础上形成了符合国内客户使用要求的产品标准，所以制定本标准可使自主创新、具有国际先进水平的科研成果得以通过标准化去推进新产品的产业化，以提升我国产品的国际市场竞争能力。
三、公司概况：
昆明理工恒达科技有限公司是由云南省中青年学术与技术带头人和昆明理工大学共同组建的高科技股份有限公司。公司位于昆明高新技术产业开发区昌源北路，面积16.12亩，设计总建筑面积9824.5平方米，其中生产厂房三层共4592.5平方米，科研实验室及经营管理办公大楼六楼共5232平方米，公司总资产3000多万元。法人代表郭忠诚教授，工学博士，博士生导师，教育部新世纪优秀人才支持计划和全国百篇优秀博士学位论文获得者，云南省政府特殊津贴获得者，全国电镀行业“十大优秀青年”荣誉称号。
公司将科研、技术开发、生产、销售并举，提供售后技术支持一条龙服务。现有产品和技术开发人员60多人，其中有4位教授、3位博士、4位硕士，20余名博士和硕士研究生。主要从事电子工业和导电涂料用片状铜粉、低松比片状银粉、片状镍粉、片状锡粉、片状铟粉、；银包铜粉、镍包铜粉、银包铝粉、锡包铜粉；冶金、化工行业用高耐蚀锌基涂料；冶金工业用铜、镍电解精炼或电积用永久性阴极材料；表面工程技术的研究、生产与销售。
公司坚持以一流的技术、一流的产品、一流的质量、一流的服务为经营宗旨，使得公司产品倍受广大客户青睐。不断地开发出新的产品来满足广大客户的需求是我们追求的目标，做到“人无我有，人有我优”。

四、产品用途、使用领域概况：
随着现代电子工业的高速发展，各种商用和家用电子产品数量激增。电子线路和元件的微型化、集成化、轻量化、数字化，导致日常使用的电子产品易受电磁波干扰而出现误动、图像障碍。与此同时，这些电子产品本身也向外发射电磁波，从而形成电磁波的公害问题。我们日常使用的手机、电脑、电视机、微波炉等均存在电磁波辐射。当人体长期处于电磁场时，电磁波辐射可导致内分泌系统紊乱、微循环失衡，对中枢神经系统、视觉系统、消化系统、生殖系统、免疫系统也均会有不同程度的影响，由此引发各种疾病。电磁波的辐射对人体的危害已远远超出了人们的想象程度，成为人们生活中的一大危害。所以如何对电磁波进行防护和屏蔽已经成为各生产商面临的一个重要研究课题，也是企业通过“3C”认证的主要内容之一。目前解决电子产品电磁波干扰和屏蔽问题，都是使用电磁屏蔽导电涂料，而生产导电涂料的主要原材料是片状银包铜粉和片状银粉等。
电磁屏蔽是防止军事秘密和电子讯号泄露的有效手段，它也是21世纪“信息战争”的重要组成部分。电磁屏蔽材料是由导电金属颗粒/纤维与高聚物共混构成。虽然金属具有高的电导率而屏蔽效率高，但是它的屏蔽效率也达不到军事工业使用的要求。因此，有必要开发新型的导电复合粉体材料，铜粉具有较好的导电性，可以在铜粉表面包覆一层银，这样既可提高铜粉的导电性，又可增加涂层的屏蔽性能，达到军事工业的使用要求。
铜具有较好的导电性、导热性以及延展性，铜及其产品广泛应用于电子工业，但铜与银相比，其抗氧化性较差，随着使用时间的延长，铜表面会形成氧化膜，从而失去导电性。因此，在使用前必须对铜及其产品进行表面改性处理，其中最有效的方法是在其表面包覆一层银，从而可以得到性价比优异的银-铜粉。使用银包铜粉取代银粉，是众多厂商降低生产成本的需要，，最终银粉市场的60%以上可被银包铜粉取代。
铜粉价格便宜(仅是银价格的1/20)，且具有优良的导电性，球状铜粉经过进一步深加工处理后获得的片状铜粉，使铜粉的松装比重、导电性、漂浮性等性能指标均大大提高，而且具有光亮的金属光泽。铜粉作为导电填料，其形貌和粒径对涂料的导电性有很大的影响。球形导电填料主要是点接触，而片状填料主要是面接触，有利于电荷的传导，且表面光滑可增加接触面积，这都有利于导电性的提高。
在微电子材料中，导体浆料的制备通常采用银粉。银导体浆料广泛应用于电容器、电阻器、电位器、厚薄膜混合集中电路，敏感元件和表面组装技术等电子行业各个领域。根据浆料使用条件选用不同银粉产品，超细银粉主要用于中、高温导体浆料和电极浆料；片状银粉则主要用于低温聚合物浆料，比如用于制作柔性电路板、触摸开关等电子元器件。但使用银粉，银离子迁移会导致短路，大大降低应用的安全系数，此外，在电容器引线焊接时又会因银容易被锡熔蚀而使电容器电极存在潜在缺陷。为了克服银电极的这些弱点，人们曾作过不少努力，如钯的加入可解决上述缺点，但钯的引入也带来膜层导电性降低以及钯在烧结过程中氧化还原对膜层不良影响等问题。鉴于此，人们开始考虑使用贱金属浆料。近年来，贵金属的价格在不断上涨，因此无论从技术方面还是经济角度考虑，用贱金属代替贵金属来制作导体浆料已成为人们追求的目标，也是电子工业材料今后发展的重要趋势。目前银包铜粉在低温聚合物导体浆料中已部分代替银粉，成本降低2/3，深受用户青睐。
导电橡胶和导电塑料的制备，填充的导电相主要是银粉。在导电橡胶和导电塑料的应用中，银包铜粉主要以球状和树枝状为主。北京航空材料研究所研究了银包铜粉填充型导电硅橡胶，上海通用电器中国研究开发中心有限公司GE塑料部研究了银包铜粉填充导电塑料，这一研究目的是降低成本，节约贵金属，为银包铜粉应用开拓更宽的应用领域。
综上所述，我公司生产的银包铜粉系列产品，由于生产成本比银粉低，故可部分取代银粉成为电子工业中的重要材料，作为聚合物浆料、陶瓷、介质等电子浆料的基本功能材料。除此之外，还可广泛用于高效催化剂、无机杀菌材料、隐性材料、导电胶、导电涂料、导静电涂料、导电橡胶、导电塑料以及各种有导电、导静电等需要的微电子技术领域以及电磁屏蔽、非导电性物质表面金属化处理等工业。
国内市场的银包铜粉以前基本上被国外产品垄断，主要是美国菲洛Ferro等公司所垄断。国内在银包铜粉的研究方面起步较晚， 都还处于实验室研究阶段，尚未实现产业化或处于小规模生产阶段。昆明理工恒达科技有限公司在银包铜粉的开发方面做了大量的研究工作，现已进入稳定生产阶段，并可实现大规模稳定生产，其产品与国外同类产品相比，已经赶上进口产品的性能，在国内处于领先水平。
对于本行业我们做了大量的市场调查和分析，目前市场状况大致如下：
公司名称
国家
产品情况
优点
缺点
昆明理工恒达科技有限公司
中国
目前产品规格有PAC-1、PAC -2 、PAC -3、PAC -4、PAC -5、PAC-6、PAC-7、PAC-8、PAC-9九种规格
产品稳定，各项性能指标均得到客户认可，供货周期短，售后及技术服务好，能根据客户需要开发新产品，研发能力强
运输不方便，单位成本有所增加
菲洛
Ferro
美国
美国第一大银粉生产商，银包铜粉相关产品主要有：AC40C 、AC25CI、AC25H、AC35M、AC10F
最早的生产厂家，技术力量强，产品质量好。
价格贵，供货周期长，供货量不稳定，售后服务脱节。
三星
韩国
主要消耗导电涂料，可以自己生产银包铜粉，在国内占有率低2%，目前已停止生产，改用我公司生产的相关银包铜粉产品。。
技术力量强
价格贵，与国内市场脱节，市场占有率低，目前已经停止相关产品生产。
广州银峰
中国

有地域优势
产品不稳定，有些重点技术难题未解决，无法大规模生产，研发能力薄弱。
广州鑫盛峰
中国

有地域优势
行业口碑不好，产品不稳定，有些重点技术难题未解决，无法大规模生产，研发能力薄弱。
我公司拥有银包铜粉系列的产品的自主知识产权，是国内最早的生产厂家，目前产品质量已经赶上进口产品，有些指标甚至已经超过进口产品。但是由于此产品没有比较严格的标准来规范，一定程度上影响了国内产品的推广，使得部分客户还是偏向于价格昂贵的进口产品，所以制定本标准确实具有非常重要的实际意义。

五、主要技术指标和试验方法的确定：
银包铜粉是一种新开发的金属粉末新产品，目前既无国际标准，也无国家标准和行业标准，根据顾客多年来的使用情况，并参照了有关技术资料和客户的试验要求，形成了本标准，根据银含量及粉体外观形状的不同，银包铜粉产品分为以下9个牌号，分别表式如下：PAC-1、PAC -2 、PAC -3、PAC -4、PAC -5、PAC-6、PAC-7、PAC-8、PAC-9九种规格
1、由于银包铜粉产品的性能与银的含量有直接的联系，所以化学成分中银含量的测定采用的方法是硫氰酸钾滴定法测定银含量。银含量的测定，标准编制小组先后对9个规格的产品从2006年1月到2008年8月的出厂检测数据进行统计分析，得到以下数值，作为银包铜粉产品银含量的标准范围，见表一：
表一 银含量
牌号

银含量 %
PAC-1
2.5~3.0
PAC-2
3.0~3.5
PAC-3
5.0~5.8
PAC-4
7.5~8.5
PAC-5
18.0~18.5
PAC-6
18.0~18.5
PAC-7
18.0~18.5
PAC-8
18.0~18.5
PAC-9
19.5~20.5

表二 进口产品银含量
牌号
银含量 %
美国Ferro
AC40C
6~8
美国Ferro
AC25CI
9~11
美国Ferro
AC25H
11~13
美国Ferro
AC35M
13~15
美国Ferro
AC10F
19~21

我公司牌号为HDAC-T-1、HDAC-T-2 、HDAC-T-3的产品属于超低银含量的产品，是我公司结果长时间研发开发出来的新产品，其银含量在5.8%以下，目前在市场上无相关的进口产品。由表三可以看到，进口产品的银含量规定范围在3%的区间内，其范围过宽，且9%~15%银含量的产品就有三个牌号，根据国内客户的使用需求和反馈信息，银含量超过9%而低于18%的产品其使用性能上无明显差别，但是其价格确因银含量的增加而提高，增加了使用成本，不方便客户的选择。我公司生产的牌号为HDAC-T-4的产品，其银含量为7.5%~8.5%，得到了大部分客户的认可，中等银含量的产品我公司只生产银含量为7.5~8.5%的产品，方便客户的选择。而高端产品一般银含量在20%左右，与进口产品相似，但其范围比进口产品要窄，对产品的要求更严格。
2、根据客户的要求，以及参考了美国Ferro对银包铜粉中铁、铅、砷、锑、铋、镍、锡、锌含量的要求，见表三，
表三 美国Ferro相关产品杂质含量要求
牌号
杂质含量≤
杂质总和≤
Fe
Pb
As
Sb
Bi
Ni
Sn
Zn
美国Ferro
AC40C
0.02
0.05
0.005
0.01
0.002
0.003
0.005
0.005
0.1
美国Ferro
AC25CI
0.02
0.05
0.005
0.01
0.002
0.003
0.005
0.005
0.1
美国Ferro
AC25H
0.02
0.05
0.005
0.01
0.002
0.003
0.005
0.005
0.1
美国Ferro
AC35M
0.02
0.05
0.005
0.01
0.002
0.003
0.005
0.005
0.1
美国Ferro
AC10F
0.02
0.05
0.005
0.01
0.002
0.003
0.005
0.005
0.1
对铁、铅、砷、锑、铋、镍、锡、锌的测定，我公司采用的方法为GB/T 5121-2008 铜及铜合金化学分析方法，通过产品分析和送外检测进行了验证，与进口产品的杂质含量要求基本一致，所以标准编制小组最终确定了本标准对杂质含量的标准要求，见表四：

表四 银包铜粉产品杂质含量的要求
牌号
杂质含量≤
杂质总和≤
Fe
Pb
As
Sb
Bi
Ni
Sn
Zn
PAC-1
0.01
0.01
0.004
0.005
0.002
0.003
0.004
0.004
0.1
PAC-2
0.01
0.01
0.004
0.005
0.002
0.003
0.004
0.004
0.1
PAC3
0.01
0.01
0.004
0.005
0.002
0.003
0.004
0.004
0.1
PAC-4
0.01
0.01
0.004
0.005
0.002
0.003
0.004
0.004
0.1
PAC-5
0.01
0.01
0.004
0.005
0.002
0.003
0.004
0.004
0.1
PAC-6
0.01
0.01
0.004
0.005
0.002
0.003
0.004
0.004
0.1
PAC-7
0.01
0.01
0.004
0.005
0.002

0.003
0.004
0.004
0.1
PAC-8
0.01
0.01
0.004
0.005
0.002
0.003
0.004
0.004
0.1
PAC-9
0.01
0.01
0.004
0.005
0.002
0.003
0.004
0.004
0.1
3、油脂的检测（待加入）

4、根据顾客多年的使用情况，结合银包铜系列产品的特点，对于产品的粒度普遍采用“粒度分布”来表征，靠以前单一的一个平均粒度已经无法满足客户的使用要求，大部分的银包铜粉用于电磁屏蔽漆和电子浆料，而电磁屏蔽漆和电子浆料行业对于填料粉体的粒度有着严格的要求，所以我们采用“粒度分布”来表征粉体的粒度状态。测试的数据有三个，D10、D50、D90。
（1）D10：一个样品的累计粒度分布数达到10%时所对应的粒径。它的物理意义是粒径小于它的的颗粒占10%。D10常用来表示粉体细端的粒度指标。
（2）D50：一个样品的累计粒度分布百分数达到50%时所对应的粒径。它的物理意义是粒径大于它的颗粒占50%，小于它的颗粒也占50%，D50也叫中位径或中值粒径。D50常用来表示粉体的平均粒度。
（3）D90：一个样品的累计粒度分布数达到97%时所对应的粒径。它的物理意义是粒径小于它的的颗粒占90%。D90常用来表示粉体粗端的粒度指标。
行业内普遍采用的测试仪器是粉体激光粒度测试仪。

相关的检测按GB/T 19077.1 粒度分析 激光衍射法规定的方法进行，我公司采用的设备是珠海欧美克仪器有限公司生产的LS900型激光粒度测试仪，标准编制小组对美国Feroo的产品进行了检测，数据见表五：
表五 美国Ferro银包铜粉粒度分布检测数据

牌号
形状
粒度分布μm
D10
D50
D90
美国Ferro
AC40C
片状
10.6
41.6
63.5
美国Ferro
AC25CI
片状
11.7
43.5
63.5
美国Ferro
AC25H
片状
10.3
42.3
65.9
美国Ferro
AC35M
片状
11.6
40.1
64.2
美国Ferro
AC10F
片状
2.9
15.9
29.4

同时也对我公司9个规格的产品从2006年1月到2008年8月的出厂检测数据进行统计分析，数据如下，见表五：
表五：2006、2007、2008银包铜粉产品粒度分布平均数据统计
牌号
2006平均值 μm
2007平均值 μm
2008平均值 μm
D10
D50
D90
D10
D50
D90
D10
D50
D90
PAC-1
8.7
26.9
48.9
9.1
27.4
47.5
8.6
27.3

48.3
PAC-2
8.1
27.4
47.6
8.6
27.9
47.9
9.0
28.3
47.3
PAC-3
8.3
27.6
48.9
9.6
26.5
46.9
9.1
27.9
47.6
PAC-4
8.7
28.1
49.3
8.9
26.9
46.5
8.9
28.0
48.9
PAC-5
8.6
26.5
48.5
8.6
28.1
48.9
8.7
27.9
47.0
PAC-6
8.3
25.9
47.6
9.2
25.1
48.1
9.3
25.5
47.1
PAC7
2.1
15.6
25.6
8.9
2.6
24.3
2.3
15.2
25.0

与进口产品比较，我公司的产品平均粒度要小，粒度分布比进口产品的窄，通过对客户对产品技术指标的要求进行了总结，粒度分布窄的粉体的各方面性能都比较优越，也就是说D10与D90之间的差值越小，粒度分布越窄，换言之D10尽量大于平均值，D90尽量小于平均值，D50稳定在平均值+3μm是比较理想的粒度分布状态，标准编制小组协同公司相关的技术人员经过几次沟通，最后确定了银包铜系类产品粒度分布的标准，见表六：

表六：银包铜粉粒度分布
牌号
形状
粒度分布μm
D10
D50
D90
PAC-1
片状
≥8
27±3.0
≤50
PAC-2
片状
≥8
27±3.0
≤50
PAC-3
片状
≥8
27±3.0
≤50
PAC-4
片状
≥8
27±3.0
≤50
PAC-5
片状
≥8
27±3.0
≤50
PAC-6
片状
≥8
26±3.0
≤50
PAC-7
片状
≥2
15±3.0
≤26

5、松装比重对于银包铜粉来说是主要的参数，客户在使用粉体作为导电填料的时候，往往要考虑添加量，添加量过高成本会增加，添加量减少性能又会有受影响，所以要找到一个比较理想的结合点，而影响这一结合点的主要参数就是粉体的松装比重。国外产品的松装比重是0.8 g/cm3~1.1g/cm3，具体数值见表七：

表七 美国Ferro银包铜粉松装比重检测数据

牌号
松装比重g/cm3
美国Ferro
AC40C
0.8~1.1
美国Ferro
AC25CI
0.85~1.1
美国Ferro
AC25H
0.85~1.1
美国Ferro
AC35M
0.85~1.1
美国Ferro
AC10F
0.9~1.1
根据客户的要求，认为国外产品的松装比重所规定的范围过宽，不方便客户的验收检验，影响了下游产品的稳定性。我公司经过这几年的生产实践和与客户的沟通，把松装比重控制在了一个比较窄的范围，且相较国外产品松装比重有所降低，在一定程度上可以减少粉体在下游产品中的添加量，为客户节降低了成本，扩大了利润空间。由于粉体的流动性不好，所以为了得到稳定的松比检测数据，采用GB 5060-1985 金属粉末松装密度的测定 第二部分：斯柯特容量计法的规定进行检测。标准编制小组对7个规格的产品从2006年1月到2008年8月的出厂检测数据进行统计分析，数据如下，见表八：
表八：2006、2007、2008银包铜粉产品松装比重平均数据统计
牌号
2006平均值 g/cm3
2007平均值 g/cm3
2008平均值 g/cm3
PAC-1
0.77
0.69
0.65
PAC-2
0.75
0.69
0.63
PAC-3
0.77
0.68
0.62
PAC-4
0.76
0.67
0.65
PAC-5
0.74
0.69
0.68
PAC-6
1.68
1.61
1.55
PAC-7
1.31
1.22
1.0
综合以上的平均数据，标准编制小组最后确定银包铜粉的松装比重的标准范围，见表九：
表九：银包铜松装比重标准范围
牌号
松装比重g/cm3
PAC-1
0.62~0.77
PAC-2
0.62~0.77
PAC-3
0.62~0.77
PAC-4
0.62~0.77
PAC-5
0.62~0.77
PAC-6
1.50~1.70
PAC-7
1.00~1.30

六、标准水平
本标准达到国内先进水平，未查到国外相关标准。
由于美国Ferro生产的银包铜粉在国内市场上占到了进口产品的95%以上，在进口产品中最具代表性和权威性，所以制定本标准的时候参考了美国Ferro银包铜粉相关产品的检测数据，其银含量、杂质含量、粒度分布、松装密度的数据分别见表二、表三、表五、表七，与本标准规定的相关数据做比较以后结论如下：本标准规定的银含量的范围更合理，更有利于国内客户的使用和对成本的要求，优于美国Ferro的标准；杂质含量的要求与美国Ferro的一致，为目前本类产品通用的标准；本标准规定粒度分布与美国Ferro的相关产品比较，分布更窄，符合国内大部分客户的要求，对于性能的提高有很大的帮助；本标准的规定的松比范围比美国Ferro的小，范围要窄，要求更高。总体来说本标准是根据用户要求和多年的生产实践，在参考了大量进口产品检测数据的基础上制定的，与国外产品相关标准相比要求更高，更合理，更符合国内客户的使用要求。
七、标准属性
本标准首次制定，为推荐性国家标准。

13