银的主要应用领域和发展现状
银是贵金属中相对比较便宜的一种金属。它在工业和人们日常生活中有着非常广泛的用途。它与行业关联性很大,既是一种高技术用金属,也是一种军、民两用金属。本文着重介绍了银的十个主要领域。
1. 感光材料
卤化银感光材料是以卤化银包括氯化银、溴化银为光敏物质,将它们的微晶分散于明胶介质中形成感光乳剂,并将其涂布在支持体(胶片或纸基)上而成。不同用途的感光材料所需卤化银颗粒尺寸是不同的,通常合用的卤化银微晶尺寸为0.2~2μm;特殊用途的胶片使用的卤化银颗粒是超微粒晶体,尺寸为0.01!0.1μm;卤化银全息感光材料合用的卤化银微晶尺寸为0.03~0.08μm;为提高感光乳剂的分辩力、衍射效率及对激光的灵敏度,研制出了T-颗粒乳剂,既指扁平薄片卤化银颗粒,T-颗粒厚度在0.3μm以下,形态比(颗粒直径与厚度之比)>8,典型的T-颗粒形态比>20,在T-颗粒制备中银难做到极好的分散性。T-颗粒的优点是表面积大,可使感光层变薄,用银量减少。为适就不同需要,已研制出多种多种形状及内部结构的卤化银微晶。
卤化银感光材料是用银量最大的领域之一。目前生产和销售量最大的几种感光材料是摄影胶卷、相纸、医用X-光胶片、工业用X-光胶片、缩微胶片、荧光信息记录片、电子显微镜照相软片和印刷尖胶片。20世纪90年代,世界照相业用银量大约在6000~6500t,医用X-光胶片(包括CT片)比工业用X-光胶片的产量大10倍,缩微胶片的用量也大增。
由于电子成像、数字化成像、无数触印刷等技术的发展,便传统的卤化银成像技术受到冲击的挑战,如电视冲击着电影。同时非银感光材料在印刷业、文件复制、视听业等高新技术的出现,也使卤化银感光材料用量有所减少,但卤化银感光材料的应用在某些方面尚不可替代,仍有很大的市场空间。
卤化银感光材料的大量应用使之成为银的二次资源的源泉,如医用X-光胶片需要存档,在一些国家规定儿童的X-光胶片要保存到成年,这些胶片应用了大量的银,仅美国各大医院保存的X-光胶片估计占用银量就达3000~4000t。采用缩微技术就可节约用银。
2. 装饰材料
银具有诱人的白色光泽,对可见光的反射率为91%,深受人们(特别是妇女)的青睐,因此有"女人的金属"之美称。银因其美丽的颜色,较高的化学稳定性和收藏观赏价值,广泛用作首饰、装饰品、银器、餐具、敬贺礼品、奖章和纪念币。
最常用的银基装饰合金有Ag-Cu合金、Ag-Pd合金以及通过添加少量其它金属元素的硬化银合金。Ag-Cu合金中Cu含量从(wt%)7.5至2.0。在英国,925合金又称斯特林银(Sterling Silver),含Cu为7.5%,一直是唯一的货币合金,也是饰品合金。Ag-Cu10%合 金(900合金)称为货币银,饰品一般用800或800以上的合金。Ag-7.5~20%Cu的合金也可作餐具。首饰用低钯含量银合金通过加入少量 Au或Pt以增加耐腐蚀性。加入Cu、Zn、Sn可改善可铸性。纯Ag中通过加入Mg、Ni等,然后进行内氧化可以使合金硬化,且保持银纯度达 99%以上。加Au的Ag和Pd合金形成银白色合金。以Ag为基,加10~20%的Ni或Zn,12%的Pd也可以产生"白金”合金。
金属或合金的颜色取决于它的反射率与入射光的频率(能量)之间的关系。Ag与Au有相似的电子结构,可以期望在整个Au-Ag合 金系中能带结构不变,但是在d能带和费米能级之间的能隙则随着Ag含量增高而连续增大,而这个能隙宽度恰好是控制颜色的能带跃迁的决定因素 。Cu与Au的电子结构也相似,因此Ag是Au-Ag、Au-Ag-Cu和Au-Ag-Cu-Zn与K合金中的重要组成元素。在Au-Ag合金中,随着Ag含量不同 ,可以获得系列颜色,当含Ag量达到70at%(56wt%)时,合金就会变成了白色。
银首饰在发展中国家仍有广阔的市场,银餐具备受家庭欢迎。
自从金和银从货币地位退出以后,法定铸币也退出了历史舞台,但作为纪念币仍很盛行,纪念币是发行国为纪念本国和世界重大事件、 历史人物、名胜古迹、珍稀动、植物等内容而发行的一各法定硬币。纪念币设计精美,发行量少,具有保值增值功能,深受钱币收藏家和钱币投资者的青眯。20世纪90年代造币用银仍保持在1000~1500t上下,占银的消费量5%左右。
3. 接触材料
电器工业中用银量最大的一项就是电接触材料。
目前,全世界银和银基电接触材料年产量约2900~3000t。世界各国接触材料的牌号已有数百种以上,应有尽有。一方面是由于现代工业对接触材料的要求日益增加的结果,另一方面也和各国自已的资源情况不同有关。一些牌号经过改进,添加某些新的元素,实际上也成了另一种牌号的合金。
在银和银基电接触材料中,牌号尽管很多,但归纳起来,可以分为:(1)纯Ag;(2)银合金;(3)银--氧化物;(4)烧结合金。目前生产和用量最大的电接触材料有Ag、Ag-Au、AgPd、AgPt、AgMg、AgSn、AgCa、AgMn、AgCu、AgCe、AgCd、AgC、AgW、AgFe、AgNi等及各自的多元合金和Ag-Me0等系列产品。
由于我国稀土资源丰富,20世纪70年代由本文作者在国内率先开发成功的Ag-Ce0.5 合金得到了广泛的应用 ,从此引发了国内研制一系列的含稀土的银基电接触材料。
Ag-Cd0电接触材料是最具有代表的中等负荷材料,由于Cd有毒,因而发展了一系列其它Ag-氧化物材料,直到目前仍有人注Ag-SnO2材料的开发(包括国内氧化法、熔炼原位复位法、热压烧结反应法、机械合金化反应法等)。
复位法(包括电镀)制备电接触材料是一项节银的关键技术,即在电接触关键部位采用银和银合金。
4. 复合材料
银的复合材料是通过复合工艺组合而成的新型材料。它既能保留Ag和基材和主要特色,并能通过复合效应获得原组分所不具备的性能,互相补充,彼此兼顾,把银用在关键部位,是一项重要的节银技术,银复合材料已成为近代先进材料的一大类。
工业上应用含银复合材料主要分为两类:(1)银和银合金与其它金属合金的复合材料(包括面复、镶嵌复、铆钉复、包复等);(2)以银为基的金属基复合材料(如Ag-Mey0x、Ag-C纤维、不互熔元素的烧结复合)。
第一类复合材料有银/铜、银/黄铜、银铈/铜、银铈/黄铜、银铈/锌白铜、银铜镍/锡青铜、银铜/黄铜、银铜/锡青铜、金银铂/锡青铜、钯银/锌白铜、银铜/铜锡镍、银铜/铜铁、银铜/铜铝钴锌、银铜/铜铝镍锌、银铜/铜铝铁、银铜/铜铬锆镁、银锆铈/镍铜铝铁钛、银锆铈/铜镍锌钆、金银铜镍/铜、金银铜锌/镍铍青铜、金/银/铜、金/银金镍/铜镍、金/银金镍/铜镍等。
第二类复合材料有Ag-Cd0、Ag-Sn02、Ag-Zn02、Ag-Fe、Ag-Ni、Ag-W、Ag-C、Ag-陶电陶瓷等材料。
从节银技术来看,银复合材料是一类大有发展前途的新材料。
5. 银合金焊料
在银的工业合金中,银基钎焊合金的一个大门类,有广泛的应用,被广泛用于各种钢、不锈钢、有色金属等焊接;特殊配料组份的银基钎料还可用于焊接钨、碳化物、金刚石、陶瓷、碳和玻璃等。焊接中的难题(如钛和金、弥散强化合金和硬度合金等)都可以用钎接技术解决,如陶瓷元件Si3N4、Zr02等和金刚石的焊接都可实现焊接。以特殊的银钎焊合金使陶瓷焊接很容易可以实现,无需先将材料金属化。
传统的Ag-Cu焊接合金系列有:Ag-Cu、Ag-Cu-Sn-In、Ag-Cu-Zn、Ag-Cu-Zn-Cd、Ag-Cu-Zn-Sn-In、Ag-Cu-Zn-Cd-Ni-Mn-In;Ag-Cu-Zn-In-Mn-Ni、Ag-Cu-Zn-In-Ni、Ag-Cu-In-Sn-P等。其中Ag-Cu28是用量最大的电真空焊料。
另外,Ag作为添加无素在Au合金焊料和Cu合金焊料中也得到广泛应用。Au与Ag在液态与固态都能无限互镕,其
液相线与因相线的温度区间很窄,可用作焊料。含Ag量在20~40%的Au-Ag合金焊料其熔化温度(
液相线温度)介于950~1050℃,具有极好的导电、导热和耐蚀性。Au-Ag-Cu焊料合金的成分范围分布很广,其中Ag含量介于1~35%,其熔点(固相线温度)介于780℃~950℃。在铜合金焊料中有Cu-Ag-P、Cu-P-Ag-Sn,
液相线温度介于925~683℃之间;在饰品用金合金焊料中也常使用添加无素Ag.颜色K金合金焊料包括Au-Ag-Cu(Zn、Sn、In)、Au-Ag-Ge-Si系等,白金K金合金焊料是在Au-Ag-Cu系基础上添加漂白剂及调节熔点和改善钎料性能的无素组成。
焊接合金的发展方向主要是去除焊料中对环境有害的元素,节约贵金属和提供特殊用途的焊接合金。