JP2001254109A - 金属粒子粉末の製造法 - Google Patents

金属粒子粉末の製造法

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JP2001254109A
JP2001254109A JP2000066723A JP2000066723A JP2001254109A JP 2001254109 A JP2001254109 A JP 2001254109A JP 2000066723 A JP2000066723 A JP 2000066723A JP 2000066723 A JP2000066723 A JP 2000066723A JP 2001254109 A JP2001254109 A JP 2001254109A
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spherical
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Kazuyuki Hayashi
一之 林
Hiroko Morii
弘子 森井
Mineko Osugi
峰子 大杉
Kikuo Okuyama
喜久夫 奥山
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、分散性に優れた緻密で純度が高い
球状金属粒子粉末を得ることができる金属粒子粉末の製
造法に関するものである。 【解決手段】 酢酸ニッケル水溶液若しくはギ酸ニッケ
ル水溶液又は酢酸銅水溶液若しくはギ酸銅水溶液を噴霧
熱分解溶液として用いて噴霧熱分解法により球状金属粒
子粉末を得る金属粒子粉末の製造法である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、分散性に優れた緻密で
純度が高い球状金属粒子粉末を得ることができる金属粒
子粉末の製造法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、各種電子機器の小型化、高性能化
及び軽量化に伴い、電子機器部品、例えば積層コンデン
サなどの電極材料に用いられる金属粒子粉末についても
特性改善が要求されている。
【0003】特に、前記用途に供せられるニッケル粒子
粉末や銅粒子粉末としては、凝集がなく分散性に優れ、
しかも緻密で純度が高いことが要求されている。
【0004】一方、周知の通り、球状金属粒子粉末の製
造方法の一つとして噴霧熱分解法が知られている。
【0005】噴霧熱分解法とは、原料溶液をノズルや超
音波によって噴霧して微小液滴とし該微小液滴の溶媒を
蒸発させて熱分解により目的の粒子粉末を得る方法であ
る。
【0006】従来、噴霧熱分解法によってニッケル粒子
粉末などの金属粒子粉末を得る方法として、特開平8−
170112号公報、特開平11−80818号公報及
び特開平11−236607号公報に記載の各方法が知
られている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】前掲各公報記載の球状
ニッケル粒子粉末や球状銅粒子粉末を工業的に製造する
場合には、次のような問題点がある。
【0008】即ち、特開平8−170112号公報に
は、噴霧熱分解を特定の加熱温度領域で行う方法が記載
されているが、特定の加熱温度領域におけるキャリアガ
スの流速などの滞留時間が考慮されておらず、粒径の揃
った緻密な球状ニッケル粒子粉末や球状銅粒子粉末を工
業的に得ることは困難である。
【0009】また、特開平11−80818号公報記載
の噴霧熱分解法は、還元性ガスを1〜35vol%(実
施例では16.7vol%)含ませたキャリアガスを用
いているので、工業的に不利である。
【0010】また、特開平11−236607号公報記
載の噴霧熱分解法では、添加剤としてアンモニア又は過
酸化水素溶液を用いて錯体化することにより、還元性ガ
スを用いることなく金属粒子粉末を製造しているが、錯
体を形成する必要があることから工業的とは言い難いも
のである。
【0011】なお、特開平3−131560号公報に
は、超伝導体を構成する各種金属粉体をそれぞれ噴霧熱
分解によって個々の金属酸化物粒子粉末を得た後、加熱
焼結して超伝導体を製造する方法が記載されているが、
銅化合物として酢酸銅(Cu(CHCOO))を用
いると共に酸素をキャリアガスとして用いて噴霧熱分解
法によって酸化銅(CuO)を得ており、還元雰囲気下
で金属粒子粉末を得ることについては考慮されていな
い。
【0012】そこで、本発明は、分散性に優れた緻密で
純度が高い球状金属粒子粉末を噴霧熱分解法によって工
業的に製造することを技術的課題とする。
【0013】
【課題を解決する為の手段】前記技術的課題は、次の通
りの本発明によって達成できる。
【0014】即ち、本発明は、酢酸ニッケル水溶液若し
くはギ酸ニッケル水溶液又は酢酸銅水溶液若しくはギ酸
銅水溶液を噴霧熱分解溶液として用いて噴霧熱分解法に
より球状金属粒子粉末を得ることを特徴とする金属粒子
粉末の製造法である。
【0015】本発明の構成を詳述すれば、次の通りであ
る。
【0016】本発明に用いる噴霧熱分解溶液は、酢酸ニ
ッケル水溶液若しくはギ酸ニッケル水溶液又は酢酸銅水
溶液若しくはギ酸銅水溶液であり、当該各水溶液を用い
て噴霧熱分解を行うことにより、目的とする球状金属粒
子粉末を得ることができると共に、キャリアガス中に含
有させる還元性ガスの使用量を低減することができる。
【0017】噴霧熱分解溶液の濃度は、0.001〜
0.5mol/lが好ましい。0.001mol/l未
満の場合には、得られる球状金属粒子粉末の粒子サイズ
が小さくなりすぎるため好ましくない。0.5mol/
lを超える場合には、粒子サイズが大きくなり、粒度分
布が悪くなる傾向にあるので好ましくない。より好まし
くは0.005〜0.4mol/lである。
【0018】噴霧熱分解法では、噴霧した液滴径によっ
て得られる金属粒子粉末の粒子径が変化するため、液滴
の大きさが均一になるように噴霧する。具体的には、2
流体ノズル、超音波又は静電気等の方法によって液滴を
つくることができ、好ましくは超音波によって噴霧する
方法である。
【0019】得られた液滴は、還元性ガスを含有するキ
ャリアガスによって加熱炉中に導入される。還元性ガス
としては水素ガス、COガス、アンモニアガス等を用い
ることができるが、工業的には水素ガスが好ましい。キ
ャリアガスとしては不活性ガスであれば特に限定される
ものではないが、好ましくは窒素である。
【0020】本発明においては酢酸塩水溶液又はギ酸塩
水溶液を用いるため、還元性ガスを少なくすることがで
きる。還元性ガスの濃度は1.0vol%未満が好まし
く、より好ましくは0.9vol%以下である。
【0021】キャリアガスの流速は1.0〜10cm/
secが好ましい。
【0022】加熱炉は、5段以上設けることが好まし
く、3段目以降で最高温度に達するように温度勾配を持
たせることが好ましい。1段目から高温で加熱した場合
には、急激な反応が生じるため緻密な球状金属粒子粉末
を得ることが困難となる。
【0023】加熱炉の温度は、具体的には1段目が20
0〜400℃であり、2段目が450〜650℃、3段
目以降が750〜1000℃とすることが好ましい。
【0024】また、加熱炉の1段の長さLと炉芯管の直
径Dの比L/Dは5以上であることが好ましい。L/D
が5未満の場合には、1つの加熱炉に滞留する時間が短
くなるため得られる球状金属粒子粉末の粒度分布が悪く
なる。工業的な生産性を考慮した場合、L/Dの上限値
は50である。
【0025】熱分解が終了した金属粒子粉末は、常法に
従い電気集じん機などによって集める。
【0026】本発明によって得られるニッケル粒子粉末
は、球状を呈し、平均粒子径が0.01〜1.0μmで
あり(必要に応じて0.05〜0.8μmにできる)、
幾何標準偏差値が2.0以下であり(必要に応じて1.
8以下にできる)、BET比表面積値が1〜100m
/gであり(必要に応じて1.5〜80m/gにでき
る)、密度比が0.75〜1.0であり(必要に応じて
0.8〜1.0にできる)、体積固有抵抗値が1.0〜
9.5×10Ω・cm(必要に応じて1.0〜5.0
×10Ω・cmにできる)である。また、結晶性は4
000以上である。
【0027】本発明によって得られる銅粒子粉末は、球
状を呈し、平均粒子径が0.01〜1.0μmであり
(必要に応じて0.05〜0.8μmにできる)、幾何
標準偏差値が2.0以下(必要に応じて1.8以下にで
きる)、BET比表面積値が1〜100m/gであり
(必要に応じて1.5〜80m/gにできる)、密度
比が0.75〜1.0であり(必要に応じて0.8〜
1.0にできる)、体積固有抵抗値が1.0〜9.5×
10Ω・cm(必要に応じて1.0〜5.0×10
Ω・cmにできる)である。また、結晶性は4000以
上である。
【0028】
【発明の実施の形態】本発明の代表的な実施の形態は、
次の通りである。
【0029】粒子粉末の平均粒子径は、電子顕微鏡写真
(×20,000)を縦方向及び横方向にそれぞれ4倍
に拡大した写真に示される粒子約350個について、粒
子径を測定し、その平均値で示した。
【0030】粒子粉末の粒子径の幾何標準偏差値は次の
方法により求めた値で示した。即ち、前記拡大写真に示
される粒子の粒子径を測定した値を、その測定値から計
算して求めた粒子の実際の粒子径と個数から、統計学的
手法に従って、対数正規確率紙上の横軸に粒子径を、縦
軸に所定の粒子径区間のそれぞれに属する粒子の累積個
数(積算フルイ下)を百分率でプロットした。そしてこ
のグラフから粒子の累積個数が50%及び84.13%
のそれぞれに相当する粒子径の値を読み取り、幾何標準
偏差値=(積算フルイ下84.13%における粒子径)
/(積算フルイ下50%における粒子径(幾何平均
径))に従って算出した値で示した。幾何標準偏差値が
1に近いほど、粒子の粒子径の粒度が優れていることを
意味する。
【0031】比表面積値はBET法により測定した値で
示した。
【0032】粉体の密度比は、「マルチボリューム 密
度計 1305型」(マイクロメリティクス社製)を用
いて各粉体の密度を測定し、各金属粉体の真密度(Ni
=8.845g/cm、Cu=8.92g/cm
との比によって求めた。
【0033】金属粒子粉末の結晶性は、「X線回折装置
RAD−IIA」(理学電機工業(株)製)(管球:
Fe)を使用し、2θが3〜105°の範囲で測定し、
得られた最強線のピーク強度で示した。
【0034】金属粒子粉末の体積固有抵抗値は、先ず、
試料粒子粉末0.5gを秤り取り、KBr錠剤成形器
(株式会社島津製作所製)を用いて、1.372×10
Pa(140Kg/cm)の圧力で加圧成形を行
い、円柱状の被測定試料を作製した。
【0035】次に、被測定試料(円柱状)を25℃、相
対湿度60%の環境下に12時間以上曝露した後、この
被測定試料をステンレス電極の間にセットし、ホイート
ストンブリッジ(TYPE2768、横河北辰電機株式
会社製)で15Vの電圧を印加して抵抗値R(Ω)を測
定する。
【0036】次に、被測定試料の上面の面積A(c
)と厚みt(cm)を測定し、数1にそれぞれの
測定値を代入して、体積固有抵抗値(Ω・cm)を求め
た。
【0037】
【数1】 体積固有抵抗値(Ω・cm)=R×(A/t) 但し、Rは実測の抵抗値である。
【0038】<球状金属粒子粉末の製造>濃度が0.1
5mol/lのギ酸ニッケル水溶液500mlを超音波
型噴霧器に入れた。超音波強度を50mWとし、ギ酸ニ
ッケル水溶液の液面から、エアロゾルが発生しているこ
とを確認した後、水素ガスを0.5vol%含有する窒
素ガスをキャリアガスとして使用し、管内の流速が5c
m/secになるように、セラミック製加熱炉に導入し
た。なお、用いた加熱炉のL/Dは30であった。
【0039】加熱炉の一段目から五段目までの加熱温度
をそれぞれ300℃、600℃、800℃、800℃、
800℃とし、エアロゾル中の溶剤を徐々に蒸発させた
後、熱処理を行って、エアロゾル中で熱分解反応を生じ
させた。加熱炉出口に電気集塵器を設置して粒子を捕集
した。このとき集塵機入口のエアロゾルに対し、直流5
000Vの電圧によるコロナ放電処理を行い、強制的に
荷電させて、電気集塵器での捕集効率を高めた。
【0040】得られたニッケル粒子粉末は球状を呈して
おり、平均粒子径が0.25μm、幾何標準偏差値が
1.44、BET比表面積値が9.8m/g、密度比
が0.88、体積固有抵抗値が2.3×10Ω・c
m、結晶性が8700であった。
【0041】図1は、上記で得られた球状ニッケル粒子
粉末の電子顕微鏡写真(100,000倍)を示す。該
写真により真球状粒子が得られていることが確認でき
る。
【0042】
【作用】本発明において最も重要な点は、酢酸ニッケル
水溶液若しくはギ酸ニッケル水溶液又は酢酸銅水溶液若
しくはギ酸銅水溶液を噴霧熱分解溶液として用いたこと
によって、還元性ガスの使用量を低減でき、しかも、分
散性に優れた緻密で純度が高い球状金属粒子粉末を得る
ことができるという事実である。
【0043】還元性ガスの使用量が低減できる理由とし
て、本発明者は、酢酸ニッケル若しくはギ酸ニッケル又
は酢酸銅若しくはギ酸銅の熱分解時に還元性のCOガス
が発生することによるものと考えている。
【0044】また、本発明においては、加熱炉の段数を
多くして温度調節をより厳密に行い、更に、加熱炉の3
段以降で最高温度になるように温度調節することによっ
て、球状粒子で粒度分布が優れ、しかも、中空粒子を含
まない緻密な粒子粉末を得ることができたものと考えて
いる。
【0045】
【実施例】次に、実施例並びに比較例を挙げる。
【0046】実施例1〜4、比較例1〜5:出発原料の
種類、原料溶液の濃度、キャリアガスの種類及び流速、
還元性ガスの種類及び濃度、加熱炉の温度及びL/Dを
種々変化させた以外は、前記発明の実施の形態と同様に
して球状金属粒子粉末を得た。
【0047】このときの製造条件を表1に、得られた球
状金属粒子粉末の諸特性を表2に示す。
【0048】
【表1】
【0049】
【表2】
【0050】
【発明の効果】本発明によれば、分散性に優れた緻密で
純度の高い高い球状金属粒子粉末を工業的に容易に得る
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】発明の実施の形態で得られたニッケル粒子粉末
の粒子形状を示す透過型電子顕微鏡写真(100,00
0倍)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 奥山 喜久夫 広島県東広島市鏡山1丁目4番1号広島大 学工学部内 Fターム(参考) 4K017 AA03 BA03 BA05 CA07 DA01 DA08 EJ02 FA15 FB03 FB06

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 酢酸ニッケル水溶液若しくはギ酸ニッケ
    ル水溶液又は酢酸銅水溶液若しくはギ酸銅水溶液を噴霧
    熱分解溶液として用いて噴霧熱分解法により球状金属粒
    子粉末を得ることを特徴とする金属粒子粉末の製造法。
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