JP6558750B2 - Nickel fine particle-containing composition and method for producing the same - Google Patents
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本発明は、例えば積層セラミックスコンデンサ(MLCC)の内部電極材料などの用途に利用できるニッケル微粒子含有組成物及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a nickel fine particle-containing composition that can be used for applications such as an internal electrode material of a multilayer ceramic capacitor (MLCC) and a method for producing the same.
MLCCは、セラミックス誘電体と内部電極とを交互に層状に重ねて圧着し、焼成して一体化させたものである。MLCCの内部電極を形成する際には、内部電極材料である金属ニッケル微粒子をペースト化したのち、これをセラミックス基板上に印刷する。次いで、乾燥、積層及び圧着した後、通常、酸素雰囲気下で約250〜400℃に加熱して有機物を除去するための脱バインダー処理を行なう。このような加熱処理を行なうことによって、金属ニッケル微粒子は酸化され、それにより体積膨張が起きる。さらにその後、還元性雰囲気下で高温(例えばチタン酸バリウム系セラミックス誘電体では約1200〜1400℃)で焼結を行なう。この焼結により、一旦酸化された金属ニッケル微粒子が還元されるとともに、体積の収縮が生じる。 In MLCC, ceramic dielectrics and internal electrodes are alternately layered and pressure-bonded, and fired and integrated. When forming the internal electrode of the MLCC, the metal nickel fine particles as the internal electrode material are made into a paste and then printed on the ceramic substrate. Next, after drying, laminating and press-bonding, a binder removal treatment for removing organic substances is usually performed by heating to about 250 to 400 ° C. in an oxygen atmosphere. By performing such a heat treatment, the metallic nickel fine particles are oxidized, thereby causing volume expansion. Thereafter, sintering is performed under a reducing atmosphere at a high temperature (for example, about 1200 to 1400 ° C. for a barium titanate ceramic dielectric). By this sintering, once oxidized metal nickel fine particles are reduced, volume shrinkage occurs.
このように、MLCCの製造工程では、酸化反応や還元反応によって金属ニッケル微粒子が膨張・収縮して体積変化が生じる。また、セラミックス誘電体も焼結により膨張・収縮し、体積変化が生じる。ところが、金属ニッケル微粒子とセラミックス誘電体とでは、焼結時における膨張・収縮による体積変化の挙動が異なる。すなわち、金属ニッケル微粒子の焼結開始温度(約500℃)とセラミックス誘電体の焼結開始温度(約1000℃)が大きく異なるために、デラミネーションやクラック等の欠陥を生じるおそれがある。 Thus, in the manufacturing process of MLCC, metallic nickel fine particles expand and contract by an oxidation reaction or a reduction reaction, resulting in a volume change. The ceramic dielectric also expands and contracts due to sintering, resulting in a volume change. However, the behavior of volume change due to expansion / contraction during sintering differs between the metallic nickel fine particles and the ceramic dielectric. That is, since the sintering start temperature (about 500 ° C.) of the metallic nickel fine particles and the sintering start temperature (about 1000 ° C.) of the ceramic dielectric are greatly different, defects such as delamination and cracks may occur.
粒子径が150nm以下のニッケル微粒子は、MLCC製造時の焼結過程で誘電体層との熱収縮の差が従来の大粒子径のニッケル微粒子に比べてより拡大し、内部電極層と誘電体層とのデラミネーションや内部電極層の膜切れが多くなり、やはり製品としての歩留まりに問題がある。 Nickel fine particles with a particle size of 150 nm or less have a larger thermal shrinkage difference with the dielectric layer in the sintering process during MLCC production than the conventional nickel fine particles with a large particle size. As a result, there is a problem in yield as a product.
ニッケル微粒子の熱収縮を抑える方法として、ニッケル微粒子をタングステンなどの高融点金属によって合金化したり、ニッケル微粒子表面への焼結(熱収縮)防止のために金属酸化物の被膜を形成したりする方法が提案されている。しかし、これらの方法では、十分な焼結防止効果が得られていないばかりか、ニッケル以外の金属材料の混合により、誘電率の低下が免れない状況にある。 Methods for suppressing thermal contraction of nickel fine particles include alloying nickel fine particles with a refractory metal such as tungsten and forming a metal oxide film to prevent sintering (thermal shrinkage) on the surface of nickel fine particles. Has been proposed. However, in these methods, not only a sufficient sintering prevention effect is not obtained, but also a reduction in dielectric constant is inevitable due to mixing of metal materials other than nickel.
このような状況において、例えば特許文献1では、平均粒子径が50〜300nmであり、粒度分布の広いニッケル微粒子と、平均粒子径が10〜50nmで貴金属または貴金属とニッケルの合金からなる微粒子と、を混合することを提案している。特許文献1では、内部電極層の厚みが薄層化した場合においても、焼成段階でのNi粒子の粒成長を抑制し、粒子の球状化や内部電極の途切れなどを有効に防止し、静電容量の低下を効果的に抑制できる、とされている。 In such a situation, for example, in Patent Document 1, nickel fine particles having an average particle diameter of 50 to 300 nm and a wide particle size distribution, and fine particles made of a noble metal or an alloy of noble metal and nickel with an average particle diameter of 10 to 50 nm, Have proposed to mix. In Patent Document 1, even when the thickness of the internal electrode layer is reduced, the grain growth of the Ni particles in the firing stage is suppressed, and the spheroidization of the particles and the disconnection of the internal electrode are effectively prevented. It is said that a decrease in capacity can be effectively suppressed.
また、特許文献2では、ニッケルと貴金属の合金の平均粒子径が200〜400nmの第1の導電粒子と、ニッケルと貴金属の合金の平均粒子径が40〜80nmの第2の導電粒子とを混合することにより、特許文献1と同様な効果が得られることを提案している。 Moreover, in patent document 2, the 1st electroconductive particle whose average particle diameter of an alloy of nickel and a noble metal is 200-400 nm, and the 2nd electroconductive particle whose average particle diameter of an alloy of nickel and a noble metal is 40-80 nm are mixed. By doing so, it is proposed that the same effect as Patent Document 1 can be obtained.
上記特許文献1、2に記載の方法では、いずれも粒度分布の広い微粒子を用いることから、粗大粒子の存在は回避できず、製品の歩留まりの低下が避けられない上、貴金属を使用することから、製造コストも高くなることが懸念される。また、平均粒子径が200nmを超える微粒子を用いるため、内部電極層の薄膜化にも限界があると考えられる。 In each of the methods described in Patent Documents 1 and 2, since fine particles having a wide particle size distribution are used, the presence of coarse particles cannot be avoided, and a decrease in product yield is unavoidable, and noble metals are used. There is a concern that the manufacturing cost will also increase. In addition, since fine particles having an average particle diameter exceeding 200 nm are used, it is considered that there is a limit to reducing the thickness of the internal electrode layer.
本発明者らは、先に、走査型電子顕微鏡観察による平均粒子径が60〜150nmの範囲内であり、かつ、粒子径の変動係数が0.2以下である第1のニッケル微粒子と、走査型電子顕微鏡観察による平均粒子径が10〜60nmの範囲内であり、粒子径の変動係数が0.2以下であり、かつ、5%熱収縮率温度が、前記第1のニッケル微粒子の5%熱収縮率温度より50℃以上高い第2のニッケル微粒子を含有するニッケル微粒子含有組成物を提案した(例えば、特許文献3)。特許文献3のニッケル微粒子含有組成物は、焼結時の熱収縮が効果的に抑制されており、例えばMLCCの内部電極の材料などの用途に好適に用いることができるものである。しかし、特許文献3の技術では、第2のニッケル微粒子の熱収縮温度を高くする目的で、第2のニッケル微粒子を硫黄含有化合物、硫黄元素、リン含有有機化合物等で処理することが必要であった。しかし、これらの非金属化合物は、電極性能への影響を考慮すると、なるべく含有しないことがよいと考えられる。また、第2のニッケル微粒子を表面処理することによって、その表面状態が第1のニッケル微粒子とは異なるものとなり、分散挙動が変わる点においても改善の余地が残されていた。 The inventors previously scanned the first nickel fine particles having an average particle diameter in the range of 60 to 150 nm and a coefficient of variation of the particle diameter of 0.2 or less by scanning electron microscope observation, and scanning. The average particle diameter is 10 to 60 nm as observed with a scanning electron microscope, the coefficient of variation of the particle diameter is 0.2 or less, and the 5% heat shrinkage temperature is 5% of the first nickel fine particles. The nickel fine particle containing composition containing the 2nd nickel fine particle higher 50 degreeC or more than heat contraction rate temperature was proposed (for example, patent document 3). The nickel fine particle-containing composition of Patent Document 3 is effectively suppressed from thermal shrinkage during sintering, and can be suitably used for applications such as MLCC internal electrode materials. However, in the technique of Patent Document 3, it is necessary to treat the second nickel fine particles with a sulfur-containing compound, sulfur element, phosphorus-containing organic compound or the like for the purpose of increasing the heat shrink temperature of the second nickel fine particles. It was. However, it is considered that these non-metallic compounds should not be contained as much as possible considering the influence on the electrode performance. Further, by subjecting the second nickel fine particles to surface treatment, the surface state thereof is different from that of the first nickel fine particles, and there is still room for improvement in that the dispersion behavior changes.
本発明の目的は、例えばMLCCの内部電極層等の用途に有用で、非金属元素化合物による処理を行わなくても、焼結時の熱収縮が抑制されており、焼結開始温度の高いニッケル微粒子を提供することである。 The object of the present invention is useful for applications such as MLCC internal electrode layers, etc., and heat shrinkage during sintering is suppressed even without treatment with a non-metallic element compound, and nickel having a high sintering start temperature. It is to provide fine particles.
本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、平均粒子径が異なる少なくとも2種類のニッケル微粒子を組み合わせるとともに、小さいニッケル微粒子の焼結時の熱収縮温度をコントロールすることで、内部電極層の収縮や膜切れを効果的に抑えることが可能であるとの知見を得て本発明を完成するに至った。 As a result of extensive research, the present inventors combined at least two types of nickel fine particles having different average particle diameters and controlled the heat shrink temperature during sintering of the small nickel fine particles, thereby shrinking the internal electrode layer. The present invention has been completed with the knowledge that it is possible to effectively suppress film breakage.
すなわち、本発明のニッケル微粒子含有組成物は、次の成分A及びB;
A)走査型電子顕微鏡観察による平均粒子径D50が40〜200nmの範囲内である第1のニッケル微粒子、
B)走査型電子顕微鏡観察による平均粒子径D50が5〜40nmの範囲内であり、5%熱収縮率温度が、前記第1のニッケル微粒子の5%熱収縮率温度より50℃以上低い第2のニッケル微粒子、
を含有するとともに、
前記A成分と前記B成分の合計量に対する前記A成分の含有量が75〜99質量%の範囲内、前記B成分の含有量が1〜25質量%の範囲内である。
That is, the nickel fine particle-containing composition of the present invention comprises the following components A and B;
A) first nickel fine particles having an average particle diameter D50 in the range of 40 to 200 nm by observation with a scanning electron microscope,
B) The average particle diameter D 50 by scanning electron microscope observation is in the range of 5 to 40 nm, and the 5% heat shrinkage temperature is 50 ° C. lower than the 5% heat shrinkage temperature of the first nickel fine particles. 2 nickel fine particles,
And containing
The content of the A component with respect to the total amount of the A component and the B component is in the range of 75 to 99% by mass, and the content of the B component is in the range of 1 to 25% by mass.
本発明のニッケル微粒子含有組成物は、前記第1のニッケル微粒子と前記第2のニッケル微粒子は、ともに粒子径の変動係数が0.25以下であってもよく、平均粒子径の比(第1のニッケル微粒子の平均粒子径D50/第2のニッケル微粒子の平均粒子径D50)が4を超えるものであってもよい。 In the nickel fine particle-containing composition of the present invention, the first nickel fine particle and the second nickel fine particle may both have a coefficient of variation in particle diameter of 0.25 or less, and the ratio of the average particle diameter (first the average particle diameter D 50 / second average particle diameter D 50 of the nickel particles of nickel particles) may be one of more than 4.
本発明のニッケル微粒子含有組成物は、さらに、溶媒を含有するスラリーの形態であってもよい。 The nickel fine particle-containing composition of the present invention may further be in the form of a slurry containing a solvent.
本発明のニッケル微粒子含有組成物は、粉末状の形態をなし、前記第1のニッケル微粒子の表面に前記第2のニッケル微粒子が付着しているものであってもよい。 The nickel fine particle-containing composition of the present invention may be in the form of a powder and have the second nickel fine particles attached to the surface of the first nickel fine particles.
本発明のニッケル微粒子含有組成物は、前記第1のニッケル微粒子が、銅元素を含有するものであってもよい。 In the nickel fine particle-containing composition of the present invention, the first nickel fine particles may contain a copper element.
本発明のニッケル微粒子含有組成物は、前記第2のニッケル微粒子が、銅元素を含有するものであってもよい。 In the nickel fine particle-containing composition of the present invention, the second nickel fine particles may contain a copper element.
本発明のニッケル微粒子含有組成物の製造方法は、下記の工程a〜c;
a)湿式加熱還元によって、走査型電子顕微鏡観察による平均粒子径D50が40〜200nmの範囲内である第1のニッケル微粒子のスラリーを得る工程、
b)湿式加熱還元によって、走査型電子顕微鏡観察による平均粒子径D50が5〜40nmの範囲内であり、5%熱収縮率温度が、前記第1のニッケル微粒子の5%熱収縮率温度より50℃以上低い第2のニッケル微粒子のスラリーを得る工程、
並びに、
c)前記第1のニッケル微粒子と前記第2のニッケル微粒子の合計量に対する前記第1のニッケル微粒子の含有量が75〜99質量%の範囲内であり、前記第2のニッケル微粒子の含有量が1〜25質量%の範囲内となるように、前記スラリーどうしを混合してニッケル微粒子含有組成物を得る工程、
を含むものであってもよい。
The method for producing the nickel fine particle-containing composition of the present invention includes the following steps a to c;
a) a step of obtaining a slurry of first nickel fine particles having an average particle diameter D50 by scanning electron microscope observation in the range of 40 to 200 nm by wet heat reduction;
b) By wet heat reduction, the average particle diameter D 50 by scanning electron microscope observation is in the range of 5 to 40 nm, and the 5% heat shrinkage temperature is higher than the 5% heat shrinkage temperature of the first nickel fine particles. Obtaining a slurry of second nickel fine particles having a temperature of 50 ° C. or more,
And
c) The content of the first nickel fine particles is within a range of 75 to 99% by mass with respect to the total amount of the first nickel fine particles and the second nickel fine particles, and the content of the second nickel fine particles is A step of mixing the slurries so as to be within a range of 1 to 25% by mass to obtain a nickel fine particle-containing composition,
May be included.
本発明のニッケル微粒子含有組成物の製造方法は、前記工程a及び工程bにおける湿式加熱還元が、マイクロ波照射によるものであってもよい。 In the method for producing a nickel fine particle-containing composition of the present invention, the wet heat reduction in the steps a and b may be performed by microwave irradiation.
本発明のニッケル微粒子含有組成物の製造方法は、前記工程aにおいて、前記工程bで得られる第2のニッケル微粒子を種粒子として用いるものであってもよい。 In the method for producing a nickel fine particle-containing composition of the present invention, in the step a, the second nickel fine particles obtained in the step b may be used as seed particles.
本発明のニッケル微粒子含有組成物の製造方法は、前記第1のニッケル微粒子及び前記第2のニッケル微粒子が、ともに銅元素を含有するものであってもよい。 In the method for producing a nickel fine particle-containing composition of the present invention, both the first nickel fine particles and the second nickel fine particles may contain a copper element.
本発明のニッケル微粒子含有組成物によれば、平均粒子径が異なり、かつ、粒度分布の小さな2種類のニッケル微粒子を混合しているため、粒度分布のピークを少なくとも2つ持っており、配合量の多い大きな第1のニッケル微粒子どうしの隙間を、配合量の少ない小さな第2のニッケル微粒子によって埋めることができる。そのため、ニッケル微粒子含有組成物の密度は、単一ピークの粒子径分布を持つ同体積のニッケル微粒子に比べて高くなる。このようなニッケル微粒子含有組成物は、例えば、MLCCの内部電極の材料などの用途に好適に用いることができる。また、本発明のニッケル微粒子含有組成物は、小さい方の粒子(第2のニッケル微粒子)として、焼結時の5%熱収縮温度が、大きな粒子(第1のニッケル微粒子)よりも50℃以上低いものを用いるため、例えばMLCC製造時の焼結過程で、第2のニッケル微粒子を加熱段階で速やかに溶融させ、第1のニッケル微粒子どうしの隙間を埋めることができる。従って、本発明のニッケル微粒子含有組成物を用いることによって、積層セラミックコンデンサの製造過程で、焼結時のデラミネーションやクラック等の欠陥の発生を防ぐことができる。 According to the nickel fine particle-containing composition of the present invention, since two types of nickel fine particles having different average particle diameters and small particle size distributions are mixed, the composition has at least two peaks in the particle size distribution. The gap between the large first nickel fine particles with a large amount can be filled with the small second nickel fine particles with a small blending amount. Therefore, the density of the nickel fine particle-containing composition is higher than that of the same volume of nickel fine particles having a single peak particle size distribution. Such a nickel fine particle containing composition can be used suitably for uses, such as the material of the internal electrode of MLCC, for example. In addition, the nickel fine particle-containing composition of the present invention has a 5% heat shrinkage temperature at the time of sintering of 50 ° C. or higher than that of large particles (first nickel fine particles) as the smaller particles (second nickel fine particles). Since a low material is used, for example, in the sintering process at the time of MLCC production, the second nickel fine particles can be rapidly melted in the heating stage, and the gaps between the first nickel fine particles can be filled. Therefore, by using the nickel fine particle-containing composition of the present invention, it is possible to prevent the occurrence of defects such as delamination and cracks during sintering during the production process of the multilayer ceramic capacitor.
[ニッケル微粒子含有組成物]
以下、適宜図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。図1は、本発明の一実施の形態に係るニッケル微粒子含有組成物の構成を示す模式図である。本実施の形態のニッケル微粒子含有組成物100は、次の成分A及びB;
A)走査型電子顕微鏡観察による平均粒子径(メディアン径)D50が40〜200nmの範囲内である第1のニッケル微粒子、
B)走査型電子顕微鏡観察による平均粒子径(メディアン径)D50が5〜40nmの範囲内であり、5%熱収縮率温度が、前記第1のニッケル微粒子の5%熱収縮率温度より50℃以上低い第2のニッケル微粒子、
を含有する。
なお、第1のニッケル微粒子10と第2のニッケル微粒子20の平均粒子径(メディアン径)D50は、いずれもSEM(走査型電子顕微鏡)により試料の写真を撮影して、その中から無作為に200個を抽出してそれぞれの粒子について面積を求め、真球に換算したときの粒子径から、個数基準にて求めることができる。
[Nickel fine particle-containing composition]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings as appropriate. FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a nickel fine particle-containing composition according to an embodiment of the present invention. The nickel fine particle-containing
A) first nickel fine particles having an average particle diameter (median diameter) D50 in the range of 40 to 200 nm by observation with a scanning electron microscope,
B) Average particle diameter (median diameter) D 50 by scanning electron microscope observation is in the range of 5 to 40 nm, and the 5% heat shrinkage temperature is 50 than the 5% heat shrinkage temperature of the first nickel fine particles. Second nickel fine particles having a lower temperature of at least
Containing.
Note that the average particle diameter (median diameter) D 50 of the first
<第1のニッケル微粒子>
本実施の形態のニッケル微粒子含有組成物100において、第1のニッケル微粒子10は、走査型電子顕微鏡観察による平均粒子径D50が40〜200nmの範囲内であり、45〜150nmの範囲内が好ましい。
第1のニッケル微粒子10の平均粒子径D50が40nmを下回ると、それ自体の収縮温度が低くなり、誘電体層とのデラミネーションが激しくなることから、例えばMLCCの内部電極材料としての実用性を欠く。また、第1のニッケル微粒子10の平均粒子径D50が40nmを下回ると、脱バインダー時の加熱でニッケル微粒子含有組成物100同士が凝集又溶融しやすくなり、さらに酸素を取り込みやすくなるため、ニッケル微粒子含有組成物100の体積膨張や収縮変化が大きくなる。さらに、第1のニッケル微粒子10の平均粒子径D50が40nmを下回ると、第1のニッケル微粒子10どうしの隙間が小さくなって第2のニッケル微粒子20が隙間に入り込むことが困難になり、密度が低下する。そのため、例えばニッケル微粒子含有組成物100を用いてMLCCの内部電極を形成する場合に、熱収縮が大きくなる場合がある。
一方、第1のニッケル微粒子10の平均粒子径D50が200nmを上回ると、ペースト塗布後の平滑性が低下するとともに、最小径の粒子及び最大径の粒子の分布幅が大きくなり、薄膜化したMLCCの内部電極材料に利用した場合に、巨大粒子の存在によりショート不良を起こしやすい。
<First nickel fine particles>
In the nickel fine particle-containing
When the average particle diameter D 50 of the
On the other hand, when the average particle diameter D 50 of the
<第2のニッケル微粒子>
また、本実施の形態のニッケル微粒子含有組成物100において、第2のニッケル微粒子20の一次粒子の平均粒子径D50は5〜40nmの範囲内であり、10〜30nmの範囲内が好ましい。第2のニッケル微粒子20の一次粒子の平均粒子径D50が5nmを下回ると、比表面積が増大し、焼結開始温度が低温化したり、表面自由エネルギーの増大により分散が困難になって第2のニッケル微粒子20どうしの凝集粒子が増加したりする。また、平均粒子径D50が5nm未満のニッケル微粒子は、表面の酸化物量が金属ニッケル量に対して大きくなり、還元時の収縮が大きくなってしまうほか、有機物の付着量も大きくなり、その消滅によるガス発生や熱収縮も大きくなるため、好ましくない。
一方、第2のニッケル微粒子20の一次粒子の平均粒子径D50が40nmを上回ると、第1のニッケル微粒子10どうしの隙間に入り込むことが困難になり、密度が低下するため、例えばニッケル微粒子含有組成物100を用いてMLCCの内部電極を形成する場合に、熱収縮が大きくなる場合がある。
<Second nickel fine particles>
Further, in the nickel fine particle-containing
On the other hand, when the average particle diameter D 50 of the primary particles of the
本実施の形態のニッケル微粒子含有組成物100は、第1のニッケル微粒子10と第2のニッケル微粒子20との平均粒子径D50の比(第1のニッケル微粒子の平均粒子径D50/第2のニッケル微粒子の平均粒子径D50;以下、「平均粒子径比」と記すことがある)が4を超えることが好ましく、5以上がより好ましい。この平均粒子径比が4以下であると、第1のニッケル微粒子10どうしの隙間に第2のニッケル微粒子20が入り込むことが困難になり、密度が低下するため、例えばニッケル微粒子含有組成物100を用いてMLCCの内部電極を形成する場合に、熱収縮が大きくなる場合がある。なお、平均粒子径比の上限は特に制限はないが、例えば、第1のニッケル微粒子10の平均粒子径D50が100〜200nmの範囲内にある場合、平均粒子径比の上限は、20以下であることが好ましく、第1のニッケル微粒子10の平均粒子径D50が40〜100nmの範囲内にある場合、平均粒子径比の上限は、15以下であることが好ましい。上記上限を超えると、第2のニッケル微粒子20が小さくなり過ぎて、比表面積が増大し、焼結開始温度が低温化したり、表面自由エネルギーの増大により分散が困難になって、第2のニッケル微粒子20どうしの凝集粒子が増加したりする傾向になる。
Nickel fine particle-containing
本実施の形態のニッケル微粒子含有組成物100において、A成分とB成分の合計量に対する第1のニッケル微粒子10の含有量は75〜99質量%の範囲内であり、好ましくは80〜95質量%の範囲内である。また、本実施の形態のニッケル微粒子含有組成物100において、A成分とB成分の合計量に対する第2のニッケル微粒子20の含有量は1〜25質量%の範囲内であり、好ましくは5〜20質量%の範囲内である。第1のニッケル微粒子10の含有量が75質量%未満である場合、又は第2のニッケル微粒子20の含有量が25質量%を超える場合には、平均粒子径の小さな第2のニッケル微粒子20の比率が多くなり過ぎ、例えばニッケル微粒子含有組成物100を用いてMLCCの内部電極を形成する場合に、熱収縮が大きくなる場合がある。一方、第1のニッケル微粒子10の含有量が99質量%を超える場合、又は第2のニッケル微粒子20の含有量が1質量%を下回る場合には、第1のニッケル微粒子10どうしの隙間を第2のニッケル微粒子20で埋めることが困難になり、密度が低下するため、例えばニッケル微粒子含有組成物100を用いてMLCCの内部電極を形成する場合に、熱収縮が大きくなる場合がある。
In the nickel fine particle-containing
本実施の形態のニッケル微粒子含有組成物100において、第1のニッケル微粒子10及び第2のニッケル微粒子20は、いずれも、粒子径の変動係数(CV)が0.25以下であることが好ましい。CV値を0.25以下とすることで、第1のニッケル微粒子10と第2のニッケル微粒子20の粒度分布がシャープとなるため、平均粒子径が異なるこれらの粒子を組み合わせる効果が高まる。従って、ニッケル微粒子含有組成物100を用いて、例えばMLCCの内部電極を形成する場合に、高い密度が得られ、熱収縮を抑制する効果が増大する。
In the nickel fine particle-containing
本実施の形態のニッケル微粒子含有組成物100において、第1のニッケル微粒子10及び第2のニッケル微粒子20は、例えば球状、疑似球状等の形状の微粒子であり、主成分としてニッケル元素を含有する。第1のニッケル微粒子10及び第2のニッケル微粒子20は、それぞれ、ニッケル以外の元素を含有することができる。ニッケル以外の金属としては、例えば、チタン、コバルト、銅、クロム、マンガン、鉄、アルミニウム、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、ジルコニウム、スズ、タングステン、モリブデン、バナジウム、バリウム、カルシウム、ストロンチウム、シリコン、アルミニウム、リン等の卑金属、金、銀、白金、パラジウム、イリジウム、オスミウム、ルテニウム、ロジウム、レニウム、ネオジウム、ニオブ、ホロニウム、ディスプロヂウム、イットリウム等の貴金属、希土類金属を挙げることができる。これらは、単独で又は2種以上含有していてもよく、また、酸素、水素、炭素、窒素、硫黄、ボロン等の金属元素以外の元素を含有していてもよいし、これらの合金であってもよい。
In the nickel fine particle-containing
例えば、第1のニッケル微粒子10は、分散性を向上させるため、銅元素の含有割合が、0.01重量%以上2重量%以下の範囲内であることが好ましく、0.01重量%以上1.2重量%以下の範囲内であることがより好ましい。第1のニッケル微粒子10中に含有される銅元素は、凝集の原因となるニッケル粒子の磁性を弱め、分散性の向上に寄与する。従って、ニッケル元素に対する銅元素の含有割合が0.01重量%未満であると、分散性の改善効果が得られない。一方、ニッケル元素に対する銅元素の含有割合が、2重量%を超えると銅元素の存在による粒子の酸化安定性の低下が生じ、さらには、MLCCの内部電極用の導電性ペースト材料として用いる場合に、脱バインダー工程において、銅の酸化が急速に起こり、クラックや層間剥離などの不具合が発生しやすくなる。また、銅元素の40〜90%は、第1のニッケル微粒子10の中心から径方向に±5nmの範囲より外側に分散し、ニッケル元素と合金化した状態で存在していることが好ましい。このような銅元素の分散状態によって、ニッケル粒子の磁性を弱め、凝集を抑制して分散性を改善することができる。
For example, in order to improve the dispersibility of the first
また、第2のニッケル微粒子20も、例えば3重量%以上30重量%以下の範囲内で銅元素を含有していることが好ましい。
Moreover, it is preferable that the 2nd nickel
また、第1のニッケル微粒子10及び第2のニッケル微粒子20は、金属として、銅以外のものを用いる場合、例えば、銀などのニッケル以外の異種金属によるマイグレーションによるショートや静電容量の低下などの製品不良を防止する観点から、銅以外の金属元素の含有量を0.01重量%以上2重量%以下の範囲内とすることが好ましい。
In addition, when the first
本実施の形態のニッケル微粒子含有組成物100において、第1のニッケル微粒子10及び第2のニッケル微粒子20は、それぞれ、金属成分を90質量%以上含有することが好ましい。金属成分の含有量が90質量%未満であると、電気抵抗が大きくなり、例えばMLCCの内部電極材料用途として好ましくない。なお、各種元素の含有量は、元素分析により確認することができる(以下、同様である)。
In the nickel fine particle-containing
本実施の形態のニッケル微粒子含有組成物100において、第2のニッケル微粒子20の5%熱収縮率温度は、第1のニッケル微粒子10の5%熱収縮率温度よりも50℃以上、好ましくは100℃以上低いことがよい。第1のニッケル微粒子10と比べて相対的に粒子径が小さな第2のニッケル微粒子20として、熱収縮温度が低いものを用いることによって、ニッケル微粒子含有組成物100を用いて例えばMLCCの内部電極を形成する場合に、効果的に熱収縮を抑制できる。
In the nickel fine particle-containing
本実施の形態において、第1のニッケル微粒子10及び第2のニッケル微粒子20は、それぞれ、後述するように、ニッケル塩及び有機アミンを含む混合物から、湿式還元法によりニッケルイオンを還元し、金属ニッケルを析出させて得られるものであることが好ましい。特に、ニッケル塩及び有機アミンを含む錯化反応液をマイクロ波照射加熱によって湿式還元する方法では、錯化反応液の均一加熱が可能であり、かつエネルギーを媒体に直接与えることができるため、急速加熱を行なうことができる。これにより、錯化反応液全体を所望の温度に均一に加熱することができ、ニッケル錯体(又はニッケルイオン)の還元、核生成、核成長各々の過程を溶液全体において同時に生じさせ、CV値が小さい単分散なニッケル微粒子(第1のニッケル微粒子10又は第2のニッケル微粒子20)を短時間で容易に製造することができる。
また、第1のニッケル微粒子10及び第2のニッケル微粒子20を、ともに、金属塩及び有機アミンを含む錯化反応液から加熱還元して製造することによって、これら2種類のニッケル微粒子の表面状態(例えば、有機アミンなどの付着物、酸化皮膜など)が、ほぼ同様になるため、溶媒中での分散性も同程度となり、ハンドリングが容易になる。
In the present embodiment, the first
Further, both the first
本実施の形態のニッケル微粒子含有組成物100は、任意の溶媒に分散させたスラリーの状態でもよいし、溶媒を除去して乾燥させた粉末状の形態をなしていてもよい。スラリーとする場合の溶媒としては、第1のニッケル微粒子10及び第2のニッケル微粒子20を分散できるものであれば特に制限はないが、例えばエチレングリコール等のグリコール類、アルコール類、有機アミン類、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、アセトン等が挙げられる。
The nickel fine particle-containing
本実施の形態のニッケル微粒子含有組成物100は、上記溶媒以外の任意成分を含有していてもよい。そのような任意成分としては、例えば熱収縮温度を上げるために、誘電体組成と類似の共材、シリカ、マグネシア、カルシア、チタニア、希土類金属酸化物などの誘電体層に添加される金属酸化物等を挙げることができる。
The nickel fine particle-containing
共材としては、例えばMLCCの誘電体層の材料に用いるBaTiO3、SrTiO3、CaTiO3などを挙げることができる。共材を添加することによって、高密度化が可能になり、ニッケル微粒子含有組成物100を例えばMLCCの内部電極材料として使用する場合に収縮率を抑えることが可能となる。共材は、第2のニッケル微粒子20とほぼ同じ大きさ、例えば、平均粒子径が10〜60nmの範囲内のものを使用することが好ましい。共材の添加量は、ニッケル微粒子含有組成物100全体に対して5〜20質量%程度とすることが好ましい。共材の添加量が5質量%を下回ると、添加の効果が得られず、20質量%を上回ると、例えばニッケル微粒子含有組成物100を用いてMLCCの内部電極を形成する場合に、共材が誘電体層へ拡散することで誘電体層の膜厚が増大し、電気容量が低下するのみならず、電気抵抗が上昇し、導電性が低下する場合がある。
Examples of the co-material include BaTiO 3 , SrTiO 3 , and CaTiO 3 used for the material of the dielectric layer of MLCC. By adding the co-material, it is possible to increase the density, and it is possible to suppress the shrinkage rate when the nickel fine particle-containing
本実施の形態のニッケル微粒子含有組成物100を粉末状の形態とする場合、第1のニッケル微粒子10と第2のニッケル微粒子20が凝集して2次粒子を形成していてもよい。この場合、第1のニッケル微粒子10の表面に、第2のニッケル微粒子20がほぼ均等に付着した状態であることが好ましい。また、個々の2次粒子における第1のニッケル微粒子10の含有比率が75〜99質量%の範囲内であり、かつ第2のニッケル微粒子20の含有比率が1〜25質量%の範囲内であることが好ましい。すなわち、本実施の形態のニッケル微粒子含有組成物100は、粉末状の形態である場合に、凝集粒子である2次粒子を有していてもよいが、個々の2次粒子内において、第1のニッケル微粒子10と第2のニッケル微粒子20との比率は、組成物全体における第1のニッケル微粒子10と前記第2のニッケル微粒子20の比率にほぼ等しいことが好ましい。このように、個々の2次粒子の組成と、組成物全体の組成が略等しいということは、組成物全体が均質な状態にあることを意味する。組成物が全体として均質であれば、個々の凝集粒子においても、第1のニッケル微粒子10どうしの隙間に第2のニッケル微粒子20が効率よく入り込んだ状態が維持されるため、粒子密度を高めることが可能になり、ニッケル微粒子含有組成物100を用いて例えばMLCCの内部電極を形成する場合の熱収縮を効果的に抑制できる。それに対し、例えば2次粒子毎に第1のニッケル微粒子10と第2のニッケル微粒子20との比率が大きく変動する場合には、組成物内部で第1のニッケル微粒子10及び第2のニッケル微粒子20の分布が偏在していることを意味する。このような場合は、粒子密度を高めることが困難になり、ニッケル微粒子含有組成物100を用いてMLCCの内部電極を形成する場合の熱収縮を抑制する効果が十分に得られなくなる。別の観点から、ニッケル微粒子含有組成物100中で第1のニッケル微粒子10と第2のニッケル微粒子20のそれぞれが偏在していない均質な状態であれば、ペースト化工程における均質化も比較的容易となり、工業的にも有利である。
When the nickel fine particle-containing
[ニッケル微粒子含有組成物の製造方法]
次に、本実施の形態のニッケル微粒子含有組成物100の製造方法について説明する。ニッケル微粒子含有組成物100は、例えば、第1のニッケル微粒子10と第2のニッケル微粒子20を別々に調製した後、混合することによって製造することができる。第1のニッケル微粒子10及び第2のニッケル微粒子20は、それぞれ、例えば気相法や液相法などの方法により製造可能であり、その製造方法については特に限定されない。気相法は液相法に比べて製造コストが高価になりがちであるので、液相法を適用することが有利である。液相法のなかでも、粒子径分布が狭いニッケル微粒子を短時間で容易に製造できる方法として、湿式還元工程を有する方法が好ましい。第1のニッケル微粒子10と第2のニッケル微粒子20を共に後述する湿式還元法によって製造することによって、第1のニッケル微粒子10と第2のニッケル微粒子20の表面状態がほぼ同様の性質を持つようになる。そのため、第1のニッケル微粒子10と第2のニッケル微粒子20は、近似した分散挙動を示すようになり、両者を混合した後も、均一な分散状態を得ることができる。
[Production method of nickel fine particle-containing composition]
Next, the manufacturing method of the nickel fine
本実施の形態のニッケル微粒子含有組成物100の好ましい製造方法は、例えば、下記の工程a〜cを含むことができる。
a)湿式還元によって、A成分である第1のニッケル微粒子10のスラリーを得る工程、
b)湿式還元によって、B成分である第2のニッケル微粒子20のスラリーを得る工程、
並びに、
c)第1のニッケル微粒子10と第2のニッケル微粒子20の合計量に対する第1のニッケル微粒子10の含有量が75〜99質量%の範囲内であり、第2のニッケル微粒子20の含有量が1〜25質量%の範囲内となるように、前記第1のニッケル微粒子10のスラリーと前記第2のニッケル微粒子20のスラリーを混合してニッケル微粒子含有組成物100を得る工程。
以下、第1のニッケル微粒子10及び第2のニッケル微粒子20が、いずれも粒子内に銅元素を含有するものである場合を例に挙げて、工程a〜cについて説明する。
The preferable manufacturing method of the nickel fine
a) a step of obtaining a slurry of the first
b) a step of obtaining a slurry of the second
And
c) The content of the first
Hereinafter, steps a to c will be described by taking as an example the case where each of the first
[工程a]
工程aでは、ニッケル塩と、脂肪族1級モノアミンと、を混合し、加熱することによってニッケル塩を有機アミンに溶解させたニッケル錯体溶液を準備し、このニッケル錯体溶液を加熱還元することによって、第1のニッケル微粒子10を製造することができる。ここでは、第1のニッケル微粒子10として、粒子内部に銅元素が拡散しているものを例に挙げて、第1のニッケル微粒子10の製造方法を説明する。粒子内部に銅元素が拡散していることによって、第1のニッケル微粒子10は、ニッケルの磁性が緩和され、磁性による凝集が抑制されるため、分散性が向上する。
[Step a]
In step a, a nickel salt and an aliphatic primary monoamine are mixed and heated to prepare a nickel complex solution in which the nickel salt is dissolved in an organic amine, and by heating and reducing the nickel complex solution, The first
(ニッケル塩)
工程aにおいて、ニッケル塩の種類は特に限定されず、例えば水酸化ニッケル、塩化ニッケル、硝酸ニッケル、硫酸ニッケル、炭酸ニッケル、カルボン酸ニッケル、Ni(acac)2(β−ジケトナト錯体)、ステアリン酸ニッケル等が挙げられるが、この中でも、塩化ニッケル又はカルボン酸ニッケルが好ましく、還元過程での解離温度(分解温度)が比較的低いカルボン酸ニッケルを用いることが有利である。カルボン酸ニッケルとしては、例えば、還元過程での解離温度(分解温度)が比較的低いギ酸ニッケル、酢酸ニッケルなどを用いることが好ましい。カルボン酸ニッケルは、無水物であってもよく、また水和物であってもよい。なお、カルボン酸ニッケルに代えて、塩化ニッケル、硝酸ニッケル、硫酸ニッケル、炭酸ニッケル、水酸化ニッケル等の無機塩を用いることも考えられるが、無機塩の場合、解離(分解)が高温であるため、還元過程で高温での加熱が必要であり好ましくない。また、Ni(acac)2(β−ジケトナト錯体)、ステアリン酸イオン等の有機配位子により構成されるニッケル塩を用いることも考えられるが、これらのニッケル塩を用いると、原料コストが高くなり好ましくない。カルボン酸ニッケルは単独で用いてもよいし、他のニッケル塩と併用することもできる。
(Nickel salt)
In the step a, the kind of nickel salt is not particularly limited. For example, nickel hydroxide, nickel chloride, nickel nitrate, nickel sulfate, nickel carbonate, nickel carboxylate, Ni (acac) 2 (β-diketonato complex), nickel stearate Among them, nickel chloride or nickel carboxylate is preferable, and it is advantageous to use nickel carboxylate having a relatively low dissociation temperature (decomposition temperature) in the reduction process. As nickel carboxylate, for example, nickel formate or nickel acetate having a relatively low dissociation temperature (decomposition temperature) in the reduction process is preferably used. The nickel carboxylate may be an anhydride or a hydrate. In addition, it is possible to use inorganic salts such as nickel chloride, nickel nitrate, nickel sulfate, nickel carbonate, nickel hydroxide instead of nickel carboxylate, but in the case of inorganic salts, dissociation (decomposition) is high temperature. In the reduction process, heating at a high temperature is necessary, which is not preferable. It is also possible to use nickel salts composed of organic ligands such as Ni (acac) 2 (β-diketonato complex) and stearate ions, but using these nickel salts increases the cost of raw materials. It is not preferable. The nickel carboxylate may be used alone or in combination with other nickel salts.
(有機アミン)
有機アミンは、ニッケルイオンとの錯体を形成できるものであれば、特に限定されず、常温で固体又は液体のものが使用できる。ここで、常温とは、20℃±15℃をいう。常温で液体の有機アミンは、ニッケル錯体を形成する際の有機溶媒としても機能する。なお、常温で固体の有機アミンであっても、加熱によって液体であるか、又は有機溶媒を用いて溶解するものであれば、特に問題はない。
(Organic amine)
The organic amine is not particularly limited as long as it can form a complex with nickel ions, and can be solid or liquid at room temperature. Here, room temperature means 20 ° C. ± 15 ° C. The organic amine that is liquid at room temperature also functions as an organic solvent for forming the nickel complex. In addition, even if it is a solid organic amine at normal temperature, if it is a liquid by heating or melt | dissolves using an organic solvent, there will be no problem in particular.
有機アミンとしては、脂肪族1級モノアミンを用いることが好ましい。一方、2級アミンは立体障害が大きいため、ニッケル錯体の良好な形成を阻害するおそれがあり、3級アミンはニッケルイオンの還元能を有しないため、いずれも使用できない。また、ジアミンは、金属イオンの中でも特にニッケルイオンと形成した錯体の安定性が高く、その還元温度は高くなるため反応性が非常に低く、生成するニッケル粒子に歪が生じやすくなるため好ましくない。 As the organic amine, an aliphatic primary monoamine is preferably used. On the other hand, secondary amines have great steric hindrance and may hinder good formation of nickel complexes, and tertiary amines cannot be used because they do not have the ability to reduce nickel ions. Also, diamines are not preferred because of the high stability of complexes formed with nickel ions, among metal ions, and the reduction temperature is high, so that the reactivity is very low and the resulting nickel particles are easily distorted.
脂肪族1級モノアミンは、例えばその炭素鎖の長さを調整することによって生成する第1のニッケル微粒子10の粒径を制御することができる。第1のニッケル微粒子10の粒径を制御する観点から、脂肪族1級モノアミンは、その炭素数が6〜20程度のものから選択して用いることが好適である。炭素数が多いほど得られる第1のニッケル微粒子10の粒径が小さくなる。このようなアミンとして、例えばオクチルアミン、トリオクチルアミン、ジオクチルアミン、ヘキサデシルアミン、ドデシルアミン、テトラデシルアミン、ステアリルアミン、オレイルアミン、ミリスチルアミン、ラウリルアミン等を挙げることができる。
The aliphatic primary monoamine can control the particle diameter of the first
脂肪族1級モノアミンは、第1のニッケル微粒子10の生成時に表面修飾剤として機能するため、脂肪族1級モノアミンの除去後においても二次凝集を抑制できる。また、脂肪族1級モノアミンは、還元反応後の生成した第1のニッケル微粒子10の固体成分と溶剤又は未反応の脂肪族1級モノアミン等を分離する洗浄工程における処理操作の容易性の観点からも好ましい。更に、脂肪族1級モノアミンは、ニッケル錯体を還元して第1のニッケル微粒子10を得るときの反応制御の容易性の観点からは還元温度より沸点が高いものが好ましい。すなわち、脂肪族1級モノアミンは、沸点が180℃以上のものが好ましく、200℃以上のものがより好ましい。また、脂肪族1級モノアミンは、炭素数が9以上であることが好ましい。ここで、例えば炭素数が9である脂肪族1級モノアミンのC9H21N(ノニルアミン)の沸点は201℃である。
Since the aliphatic primary monoamine functions as a surface modifier when the first
(有機溶媒)
脂肪族1級モノアミンは、有機溶媒として反応を進行させることができるが、均一溶液での反応をより効率的に進行させるために、第1のニッケル微粒子10の調製において、脂肪族1級モノアミンとは別の有機溶媒を新たに添加してもよい。使用できる有機溶媒としては、脂肪族1級モノアミンと、ニッケルイオン、銅イオンなどの金属イオンとの錯形成を阻害しないものであれば、特に限定するものではなく、例えば炭素数4〜30のエーテル系有機溶媒、炭素数7〜30の飽和又は不飽和の炭化水素系有機溶媒、炭素数8〜18のアルコール系有機溶媒等を使用することができる。また、マイクロ波照射による加熱条件下でも使用を可能とする観点から、使用する有機溶媒は、沸点が170℃以上のものを選択することが好ましく、より好ましくは200〜300℃の範囲内にあるものを選択することがよい。このような有機溶媒の具体例としては、例えばテトラエチレングリコール、n−オクチルエーテル、炭素数が20〜40の範囲内にあるポリアルファオレフィン等が挙げられる。
(Organic solvent)
Although the aliphatic primary monoamine can proceed as an organic solvent, in order to proceed the reaction in a homogeneous solution more efficiently, in the preparation of the first
(ニッケル錯体溶液)
ニッケル錯体溶液中のニッケル錯体濃度は、例えば2〜11重量%の範囲内とすることが好ましく、4〜8重量%の範囲内とすることがより好ましい。一段階の合成法では、ニッケル錯体濃度が11重量%を超えると、反応性が低下するとともに、粒子径の制御が難しくなる。
(Nickel complex solution)
The nickel complex concentration in the nickel complex solution is preferably in the range of 2 to 11% by weight, for example, and more preferably in the range of 4 to 8% by weight. In the one-step synthesis method, when the nickel complex concentration exceeds 11% by weight, the reactivity is lowered and the particle size is difficult to control.
2価のニッケルイオンは配位子置換活性種として知られており、形成する錯体の配位子は温度、濃度によって容易に配位子交換により錯形成が変化する可能性がある。例えばカルボン酸ニッケルおよび脂肪族1級モノアミンの混合物を加熱して反応液を得る工程において、用いるアミンの炭素鎖長等の立体障害を考慮すると、例えば、カルボン酸イオンが二座配位または単座配位のいずれかで配位する可能性があり、さらにアミンの濃度が大過剰の場合は外圏にカルボン酸イオンが存在する構造をとる可能性がある。目的とする反応温度(還元温度)において均一溶液とするには、配位子のうち少なくとも一箇所は脂肪族1級モノアミンが配位している必要がある。その状態をとるには、脂肪族1級モノアミンが過剰に反応溶液内に存在している必要があり、少なくともニッケルイオン1molに対し2mol以上存在していることが好ましく、2.2mol以上存在していることがより好ましい。また、脂肪族1級モノアミンの量の上限は特にはないが、例えば生産性の観点からは、ニッケルイオン1molに対して20mol以下とすることが好ましく、4mol以下とすることがより好ましい。つまり、脂肪族1級モノアミンの量は、ニッケルイオン1molに対して2〜20molの範囲内が好ましく、2〜4molの範囲内がより好ましく、2.2〜4molの範囲内が最も好ましい。 A divalent nickel ion is known as a ligand-substituted active species, and the ligand of the complex to be formed may easily change in complex formation by ligand exchange depending on temperature and concentration. For example, in the step of obtaining a reaction liquid by heating a mixture of nickel carboxylate and aliphatic primary monoamine, considering steric hindrance such as the carbon chain length of the amine used, for example, the carboxylate ion is bidentate or monodentate. There is a possibility of coordination at any of the positions. Furthermore, when the amine concentration is excessively large, there is a possibility that a carboxylate ion is present in the outer sphere. In order to obtain a uniform solution at the intended reaction temperature (reduction temperature), at least one of the ligands must be coordinated with an aliphatic primary monoamine. In order to take this state, it is necessary that the aliphatic primary monoamine is excessively present in the reaction solution, and it is preferable that at least 2 mol per 1 mol of nickel ions is present, and 2.2 mol or more exist. More preferably. The upper limit of the amount of the aliphatic primary monoamine is not particularly limited. For example, from the viewpoint of productivity, the amount is preferably 20 mol or less, more preferably 4 mol or less with respect to 1 mol of nickel ions. That is, the amount of the aliphatic primary monoamine is preferably in the range of 2 to 20 mol, more preferably in the range of 2 to 4 mol, and most preferably in the range of 2.2 to 4 mol with respect to 1 mol of nickel ions.
(錯形成反応)
錯形成反応は室温においても進行させることができるが、反応を確実かつより効率的に行うために、100℃以上の温度で加熱を行うことが好ましい。この加熱は、カルボン酸ニッケルとして、例えば酢酸ニッケル4水和物のようなカルボン酸ニッケルの水和物を用いた場合に特に有利である。加熱温度は、好ましくは100℃を超える温度とし、より好ましくは105℃以上の温度とすることで、カルボン酸ニッケルに配位した配位水と脂肪族1級モノアミンとの配位子置換反応が効率よく行われ、この錯体配位子としての水分子を解離させることができ、更にその水を系外に出すことができるので効率よく錯体を形成させることができる。例えば、酢酸ニッケル4水和物は、室温では2個の配位水と2座配位子である2個の酢酸イオン、外圏に2つの水分子が存在した錯体構造をとっているため、この2つの配位水と脂肪族1級モノアミンの配位子置換により効率よく錯形成させるには、100℃より高い温度で加熱することでこの錯体配位子としての水分子を解離させることが好ましい。また、加熱温度は、後に続く還元の過程と確実に分離し、錯形成反応を完結させるという観点から、175℃以下が好ましい。錯形成反応での加熱温度が高すぎると、ニッケル錯体の生成とニッケル(0価)への還元反応が同時に進行し、新たにニッケルの核が発生してしまうことで、粒子径の分布が狭い第1のニッケル微粒子10の生成が困難となるおそれがある。従って、錯形成反応のための加熱温度は、例えば105℃〜175℃の範囲内が好ましく、より好ましくは、125〜160℃の範囲内である。
(Complex formation reaction)
Although the complexing reaction can proceed even at room temperature, it is preferable to perform heating at a temperature of 100 ° C. or higher in order to perform the reaction reliably and more efficiently. This heating is particularly advantageous when a nickel carboxylate hydrate such as nickel acetate tetrahydrate is used as the nickel carboxylate. The heating temperature is preferably a temperature exceeding 100 ° C., more preferably a temperature of 105 ° C. or more, so that the ligand substitution reaction between the coordinated water coordinated with nickel carboxylate and the aliphatic primary monoamine is performed. This is carried out efficiently, so that the water molecule as the complex ligand can be dissociated, and further, the water can be discharged out of the system, so that the complex can be formed efficiently. For example, nickel acetate tetrahydrate has a complex structure in which two coordinated water, two acetate ions that are bidentate ligands, and two water molecules exist in the outer sphere at room temperature. In order to efficiently form a complex by ligand substitution of these two coordinated water and aliphatic primary monoamine, the water molecule as the complex ligand can be dissociated by heating at a temperature higher than 100 ° C. preferable. The heating temperature is preferably 175 ° C. or lower from the viewpoint of reliably separating from the subsequent reduction process and completing the complex formation reaction. If the heating temperature in the complex formation reaction is too high, the formation of nickel complex and the reduction reaction to nickel (zero valence) proceed simultaneously, and new nickel nuclei are generated, resulting in a narrow distribution of particle size. There is a possibility that the generation of the first
加熱時間は、加熱温度や、各原料の含有量に応じて適宜決定することができるが、錯形成反応を確実に完結させるという観点から、15分以上とすることが好ましい。加熱時間の上限は特にないが、長時間加熱することは、エネルギー消費及び工程時間を節約する観点から無駄である。加熱の方法は、特に制限されず、例えばオイルバスなどの熱媒体による加熱であっても、マイクロ波照射による加熱であってもよいが、マイクロ波照射による加熱が好ましい。マイクロ波照射による加熱は、混合液内の均一加熱を可能とし、かつエネルギーをニッケルイオンに直接与えることができるため、急速加熱を行なうことができる。マイクロ波の使用波長は、特に限定するものではなく、例えば2.45GHzである。 The heating time can be appropriately determined according to the heating temperature and the content of each raw material, but is preferably 15 minutes or longer from the viewpoint of reliably completing the complex formation reaction. Although there is no upper limit on the heating time, heating for a long time is useless from the viewpoint of saving energy consumption and process time. The heating method is not particularly limited, and for example, heating by a heat medium such as an oil bath or heating by microwave irradiation may be used, but heating by microwave irradiation is preferable. Heating by microwave irradiation enables uniform heating in the mixed solution, and energy can be directly applied to nickel ions, so that rapid heating can be performed. The use wavelength of the microwave is not particularly limited and is, for example, 2.45 GHz.
カルボン酸ニッケルと脂肪族1級モノアミンとの錯形成反応は、カルボン酸ニッケルと脂肪族1級モノアミンを混合して得られる溶液を加熱したときに、溶液の色の変化によって確認することができる。また、この錯形成反応は、例えば紫外・可視吸収スペクトル測定装置を用いて、300nm〜750nmの波長領域において観測される吸収スペクトルの吸収極大の波長を測定し、原料の極大吸収波長(例えば酢酸ニッケル四水和物ではその極大吸収波長は710nmである。)に対する錯化反応液のシフトを観測することによって確認することができる。 A complex formation reaction between nickel carboxylate and an aliphatic primary monoamine can be confirmed by a change in the color of the solution when a solution obtained by mixing nickel carboxylate and an aliphatic primary monoamine is heated. In addition, this complex formation reaction is carried out by measuring the absorption maximum wavelength of the absorption spectrum observed in the wavelength region of 300 nm to 750 nm using, for example, an ultraviolet / visible absorption spectrum measuring apparatus, and measuring the maximum absorption wavelength of the raw material (for example, nickel acetate). It can be confirmed by observing the shift of the complexing reaction solution with respect to tetrahydrate.
(加熱還元)
次に、得られたニッケル錯体溶液中、又は混合液中のニッケルイオンを加熱還元し、第1のニッケル微粒子10に成長させる。この場合、種粒子を使用することが好ましく、工程bで得られる第2のニッケル微粒子20を、工程aにおける種粒子として用いることがより好ましい。種粒子を用いることによって、一段階の合成法に比べ、均一な粒子径を有する第1のニッケル微粒子10を製造できる。
(Heat reduction)
Next, nickel ions in the obtained nickel complex solution or in the mixed solution are heated and reduced to grow into first
ここで、種粒子を用いる場合は、種粒子と、ニッケル錯体溶液とを混合して混合液を得る。種粒子又は種粒子を含むスラリーを、ニッケル錯体溶液に添加してもよいし、種粒子を含むスラリーに、ニッケル錯体溶液を添加してもよい。混合されたニッケル錯体は、新たな核の形成には利用されず、種粒子から第1のニッケル微粒子10への成長に利用される。つまり、混合液中のニッケル錯体の濃度が、核形成の臨界濃度を超えない限り、ニッケル錯体は粒子成長にのみ利用される。従って、目的とする粒子径の第1のニッケル微粒子10を得るためのニッケル錯体の量は、種粒子の粒子径に基づき、計算上、算出することができる。
Here, when using seed particles, the seed particles and the nickel complex solution are mixed to obtain a mixed solution. The seed particles or the slurry containing the seed particles may be added to the nickel complex solution, or the nickel complex solution may be added to the slurry containing the seed particles. The mixed nickel complex is not used for the formation of new nuclei, but is used for the growth from the seed particles to the first
種粒子としては、例えばニッケル元素に対する銅元素の含有割合が3重量%以上30重量%以下の範囲内のものを用いることが好ましい。種粒子におけるニッケル元素に対する銅元素の含有量が3重量%未満であると、銅の核材としての効果が低下し、微細な球状で粒度分布が均一な種粒子を作りにくくなり、また、成長したニッケル粒子の磁性を抑制する効果が十分に得られず、凝集が生じやすくなる傾向がある。一方、種粒子における銅元素の含有量が30重量%を超えると、銅の核材としての効果が飽和し、微細な種粒子を作る為の効果は得にくく、種粒子の段階で表面が酸化しやすくなる。また、金属として、銅以外のものを用いる場合、例えば、銀などのニッケル以外の異種金属によるマイグレーションによるショートや静電容量の低下などの製品不良を防止する観点から、銅以外の金属元素の含有量を0.01重量%以上2重量%以下の範囲内とすることが好ましい。このような種粒子を用いる場合は、混合液中の種粒子が核として第1のニッケル微粒子10が成長するとともに、第1のニッケル微粒子10中で、銅原子を拡散させることができる。
As the seed particles, for example, it is preferable to use those having a copper element content ratio in the range of 3 wt% to 30 wt% with respect to the nickel element. If the content of copper element relative to nickel element in the seed particles is less than 3% by weight, the effect of copper as a core material will be reduced, making it difficult to produce seed particles with a fine spherical shape and uniform particle size distribution. There is a tendency that the effect of suppressing the magnetism of the nickel particles is not sufficiently obtained and aggregation tends to occur. On the other hand, if the content of the copper element in the seed particles exceeds 30% by weight, the effect as a copper core material is saturated, and it is difficult to obtain the effect for producing fine seed particles, and the surface is oxidized at the seed particle stage. It becomes easy to do. In addition, when a metal other than copper is used as the metal, for example, from the viewpoint of preventing product defects such as short-circuiting due to migration by a dissimilar metal other than nickel such as silver and a decrease in capacitance, the inclusion of metal elements other than copper The amount is preferably in the range of 0.01 wt% to 2 wt%. When such seed particles are used, the first
加熱方法は、特に制限されず、例えばオイルバスなどの熱媒体による加熱であってもよいが、マイクロ波照射による加熱が好ましい。マイクロ波照射によるニッケル錯体の加熱は、ニッケル錯体の均一加熱を可能とし、かつエネルギーをニッケル錯体に直接与えることができるため、急速加熱を行なうことができる。これにより、反応液全体を所望の温度に均一にすることができ、ニッケル錯体(又はニッケルイオン)の還元と成長を溶液全体において同時に生じさせ、結果として粒子径分布の狭い単分散な粒子を短時間で容易に製造することができる。マイクロ波の使用波長は、特に限定するものではなく、例えば2.45GHzである。 The heating method is not particularly limited, and for example, heating by a heat medium such as an oil bath may be used, but heating by microwave irradiation is preferable. Heating of the nickel complex by microwave irradiation enables uniform heating of the nickel complex and energy can be directly applied to the nickel complex, so that rapid heating can be performed. As a result, the entire reaction solution can be made uniform at a desired temperature, and reduction and growth of the nickel complex (or nickel ions) can occur simultaneously in the entire solution. As a result, monodisperse particles having a narrow particle size distribution can be shortened. It can be manufactured easily in time. The use wavelength of the microwave is not particularly limited and is, for example, 2.45 GHz.
加熱還元の温度は、得られる第1のニッケル微粒子10の形状のばらつきを抑制するという観点から、好ましくは170℃以上、より好ましくは180℃以上とすることがよい。また、加熱温度が低すぎると、ニッケル錯体からニッケル(0価)への還元反応速度が遅くなり、金属ニッケルの成長が遅くなる傾向がある。加熱温度の上限は特にないが、処理を能率的に行う観点からは例えば270℃以下とすることが好適である。また、270℃を超えると炭化反応が進行して炭化ニッケルが生成しやすくなるので、好ましくない。
The temperature of the heat reduction is preferably 170 ° C. or higher, more preferably 180 ° C. or higher, from the viewpoint of suppressing variation in the shape of the obtained first
加熱還元時の熱処理によって、加熱還元と同時に第1のニッケル微粒子10中の銅元素を拡散させることができる。
By the heat treatment during the heat reduction, the copper element in the first
以上のようにして、第1のニッケル微粒子10を含有するスラリーを得ることが出来る。なお、工程aでは、第1のニッケル微粒子10を含有するスラリーを、例えば、静置分離し、上澄み液を取り除いた後、適当な溶媒を用いて洗浄し、乾燥することで第1のニッケル微粒子10を分取してもよい。
As described above, a slurry containing the first
[工程b]
本工程は、走査型電子顕微鏡観察による平均粒子径D50が5nm以上40nm以下の範囲内であり、5%熱収縮率温度が、前記第1のニッケル微粒子の5%熱収縮率温度より50℃以上低い第2のニッケル微粒子20を準備する工程である。なお、第2のニッケル微粒子20は、工程aにおいて、ニッケル粒子の成長の核としても利用できるものである。
[Step b]
This step is in the range average particle size D 50 by a scanning electron microscope observation of 5nm or 40nm or less, 5% heat-shrinkage temperature, 50 ° C. than 5% heat shrinkage temperature of the first nickel particles This is a step of preparing the second
工程bでは、少なくともカルボン酸ニッケルを含む金属塩と、脂肪族1級モノアミンと、を混合し、加熱することによって金属塩を有機アミンに溶解させたニッケル錯体溶液を準備し、このニッケル錯体溶液を加熱することによって第2のニッケル微粒子20を製造することができる。例えば、ニッケル塩及び銅塩を含む原料から、有機アミンの存在下で加熱による湿式還元によって製造することが好ましい。この場合、銅とニッケルとの標準電極電位の相違から、まず、銅粒子が形成され、次に、銅粒子の表面にニッケル被膜が形成されることによって、第2のニッケル微粒子20が得られる。
In step b, a metal salt containing at least nickel carboxylate and an aliphatic primary monoamine are mixed and heated to prepare a nickel complex solution in which the metal salt is dissolved in an organic amine. The second
(銅塩)
銅塩としては、例えばカルボン酸銅を用いることが好ましい。また、カルボン酸銅としては、例えば、還元過程での解離温度(分解温度)が比較的低いギ酸銅、酢酸銅などを用いることが好ましい。また、カルボン酸銅は、無水物であってもよく、水和物であってもよい。銅塩を配合することによって、第2のニッケル微粒子20の形成を促進できるとともに、第2のニッケル微粒子20の粒子径の制御が容易になる。
(Copper salt)
As the copper salt, for example, copper carboxylate is preferably used. Moreover, as copper carboxylate, it is preferable to use copper formate, copper acetate, etc. whose dissociation temperature (decomposition temperature) in a reduction process is comparatively low, for example. The copper carboxylate may be an anhydride or a hydrate. By blending the copper salt, the formation of the second
(ニッケル塩)
ニッケル塩としては、例えばカルボン酸ニッケルを用いることが好ましい。また、カルボン酸ニッケルとしては、例えば、還元過程での解離温度(分解温度)が比較的低いギ酸ニッケル、酢酸ニッケルなどを用いることが好ましい。カルボン酸ニッケルは、無水物であってもよく、また水和物であってもよい。なお、カルボン酸ニッケルに代えて、塩化ニッケル、硝酸ニッケル、硫酸ニッケル、炭酸ニッケル、水酸化ニッケル等の無機塩を用いることも考えられるが、無機塩の場合、解離(分解)が高温であるため、還元過程で高温での加熱が必要であり好ましくない。また、Ni(acac)2(β−ジケトナト錯体)、ステアリン酸イオン等の有機配位子により構成されるニッケル塩を用いることも考えられるが、これらのニッケル塩を用いると、原料コストが高くなり好ましくない。
(Nickel salt)
For example, nickel carboxylate is preferably used as the nickel salt. Moreover, as nickel carboxylate, it is preferable to use nickel formate, nickel acetate, etc. whose dissociation temperature (decomposition temperature) in a reduction process is comparatively low, for example. The nickel carboxylate may be an anhydride or a hydrate. In addition, it is possible to use inorganic salts such as nickel chloride, nickel nitrate, nickel sulfate, nickel carbonate, nickel hydroxide instead of nickel carboxylate, but in the case of inorganic salts, dissociation (decomposition) is high temperature. In the reduction process, heating at a high temperature is necessary, which is not preferable. It is also possible to use nickel salts composed of organic ligands such as Ni (acac) 2 (β-diketonato complex) and stearate ions, but using these nickel salts increases the cost of raw materials. It is not preferable.
なお、第2のニッケル微粒子20は、ニッケル及び銅以外の金属を含有していてもよい。その場合、第2のニッケル微粒子20の調製に際して、例えば、銀、金、白金及びパラジウムから選ばれる1種以上の金属の塩を使用してもよい。これらの金属の塩としては、例えば酢酸パラジウムなどのカルボン酸塩、硝酸銀などの硝酸塩、塩化金酸、塩化白金酸などの塩化物などを用いることが好ましい。金属塩は、無水物であってもよく、また水和物であってもよい。
In addition, the 2nd nickel
第2のニッケル微粒子20における銅元素の含有量は、例えば3重量%以上30重量%以下の範囲内とすることが好ましい。第2のニッケル微粒子20における銅元素の含有量が3重量%未満であると、銅の核材としての効果が低下し、微細な球状で粒度分布が均一な第2のニッケル微粒子20を作りにくくなり、また、成長したニッケル粒子の磁性を抑制する効果が十分に得られず、凝集が生じやすくなる傾向がある。一方、第2のニッケル微粒子20における銅元素の含有量が30重量%を超えると、銅の核材としての効果が飽和し、微細な第2のニッケル微粒子20を作る為の効果は得にくく、第2のニッケル微粒子20の段階で表面が酸化しやすくなる。また、金属として、銅以外のものを用いる場合、例えば、銀などのニッケル以外の異種金属によるマイグレーションによるショートや静電容量の低下などの製品不良を防止する観点から、銅以外の金属元素の含有量を0.01重量%以上2重量%以下の範囲内とすることが好ましい。
The content of the copper element in the second
(有機アミン)
有機アミンは、ニッケルイオンとの錯体を形成できるものであれば、特に限定されず、常温で固体又は液体のものが使用できる。ここで、常温とは、20℃±15℃をいう。常温で液体の有機アミンは、ニッケル錯体を形成する際の有機溶媒としても機能する。なお、常温で固体の有機アミンであっても、加熱によって液体であるか、又は有機溶媒を用いて溶解するものであれば、特に問題はない。
(Organic amine)
The organic amine is not particularly limited as long as it can form a complex with nickel ions, and can be solid or liquid at room temperature. Here, room temperature means 20 ° C. ± 15 ° C. The organic amine that is liquid at room temperature also functions as an organic solvent for forming the nickel complex. In addition, even if it is a solid organic amine at normal temperature, if it is a liquid by heating or melt | dissolves using an organic solvent, there will be no problem in particular.
有機アミンとしては、脂肪族1級モノアミンを用いることが好ましい。一方、2級アミンは立体障害が大きいため、ニッケル錯体の良好な形成を阻害するおそれがあり、3級アミンはニッケルイオンの還元能を有しないため、いずれも使用できない。また、ジアミンは、金属イオンの中でも特にニッケルイオンと形成した錯体の安定性が高く、その還元温度は高くなるため反応性が非常に低く、生成するニッケル粒子に歪が生じやすくなるため好ましくない。 As the organic amine, an aliphatic primary monoamine is preferably used. On the other hand, secondary amines have great steric hindrance and may hinder good formation of nickel complexes, and tertiary amines cannot be used because they do not have the ability to reduce nickel ions. Also, diamines are not preferred because of the high stability of complexes formed with nickel ions, among metal ions, and the reduction temperature is high, so that the reactivity is very low and the resulting nickel particles are easily distorted.
脂肪族1級モノアミンは、例えばその炭素鎖の長さを調整することによって生成する第2のニッケル微粒子20の粒径を制御することができる。第2のニッケル微粒子20の粒径を制御する観点から、脂肪族1級モノアミンは、その炭素数が6〜20程度のものから選択して用いることが好適である。炭素数が多いほど得られる第2のニッケル微粒子20の粒径が小さくなる。このようなアミンとして、例えばオクチルアミン、トリオクチルアミン、ジオクチルアミン、ヘキサデシルアミン、ドデシルアミン、テトラデシルアミン、ステアリルアミン、オレイルアミン、ミリスチルアミン、ラウリルアミン等を挙げることができる。
The aliphatic primary monoamine can control the particle diameter of the second
脂肪族1級モノアミンは、第2のニッケル微粒子20の生成時に表面修飾剤として機能するため、脂肪族1級モノアミンの除去後においても二次凝集を抑制できる。また、脂肪族1級モノアミンは、還元反応後の生成した第2のニッケル微粒子20の固体成分と溶剤又は未反応の脂肪族1級モノアミン等を分離する洗浄工程における処理操作の容易性の観点からも好ましい。更に、脂肪族1級モノアミンは、ニッケル錯体を還元して第2のニッケル微粒子20を得るときの反応制御の容易性の観点からは還元温度より沸点が高いものが好ましい。すなわち、脂肪族1級モノアミンは、沸点が180℃以上のものが好ましく、200℃以上のものがより好ましい。また、脂肪族1級モノアミンは、炭素数が9以上であることが好ましい。ここで、例えば炭素数が9である脂肪族1級モノアミンのC9H21N(ノニルアミン)の沸点は201℃である。
Since the aliphatic primary monoamine functions as a surface modifier when the second
脂肪族1級モノアミンは、還元反応後の生成した第2のニッケル微粒子20の固体成分と溶剤または未反応の脂肪族1級モノアミン等を分離する洗浄工程における処理操作の容易性の観点から、室温で液体のものが好ましい。更に、脂肪族1級モノアミンは、銅錯体を還元して第2のニッケル微粒子20を得るときの反応制御の容易性の観点から、還元温度より沸点が高いものが好ましい。脂肪族1級モノアミンの量は、金属イオン(ニッケルイオン及び銅イオンの合計)1molに対して5mol以上用いることが好ましく、8mol以上用いることがより好ましい。脂肪族1級モノアミンの量が5mol未満では、得られるニッケル粒子の粒子径の制御が困難となり、粒子径がばらつきやすくなる。また、脂肪族1級モノアミンの量の上限は特にはないが、例えば生産性の観点からは、金属イオン1molに対して20mol以下とすることが好ましく、15mol以下とすることがより好ましい。つまり、脂肪族1級モノアミンの量は、金属イオン1molに対して5〜20molの範囲内が好ましく、8〜15molの範囲内がより好ましい。
The aliphatic primary monoamine is used at room temperature from the viewpoint of ease of processing operation in the washing step of separating the solid component of the second
(有機溶媒)
脂肪族1級モノアミンは、有機溶媒として反応を進行させることができるが、均一溶液での反応をより効率的に進行させるために、第2のニッケル微粒子20の調製において、脂肪族1級モノアミンとは別の有機溶媒を新たに添加してもよい。使用できる有機溶媒としては、脂肪族1級モノアミンと、ニッケルイオン、銅イオンなどの金属イオンとの錯形成を阻害しないものであれば、特に限定するものではなく、例えば炭素数4〜30のエーテル系有機溶媒、炭素数7〜30の飽和又は不飽和の炭化水素系有機溶媒、炭素数8〜18のアルコール系有機溶媒等を使用することができる。また、マイクロ波照射による加熱条件下でも使用を可能とする観点から、使用する有機溶媒は、沸点が170℃以上のものを選択することが好ましく、より好ましくは200〜300℃の範囲内にあるものを選択することがよい。このような有機溶媒の具体例としては、例えばテトラエチレングリコール、n−オクチルエーテル、炭素数が20〜40の範囲内にあるポリアルファオレフィン等が挙げられる。
(Organic solvent)
Although the aliphatic primary monoamine can proceed as an organic solvent, in order to proceed the reaction in a homogeneous solution more efficiently, in the preparation of the second
(加熱還元)
第2のニッケル微粒子20を形成するための加熱還元方法は、特に制限されず、例えばオイルバスなどの熱媒体による加熱であっても、マイクロ波照射による加熱であってもよいが、均一、かつ急速な加熱が可能なマイクロ波照射による加熱が好ましい。マイクロ波の使用波長は、特に限定するものではなく、例えば2.45GHzである。
(Heat reduction)
The heating reduction method for forming the second
第2のニッケル微粒子20を形成するための加熱温度は、第2のニッケル微粒子20の形状のばらつきを抑制するという観点から、好ましくは170℃以上、より好ましくは180℃以上とすることがよい。加熱温度の上限は特にないが、処理を能率的に行う観点から、例えば270℃以下とすることが好適である。
The heating temperature for forming the second
以上のようにして、第2のニッケル微粒子20を含有するスラリーを得ることが出来る。なお、工程bでは、第2のニッケル微粒子20を含有するスラリーを、例えば、静置分離し、上澄み液を取り除いた後、適当な溶媒を用いて洗浄し、乾燥することで第2のニッケル微粒子20を分取してもよい。
As described above, a slurry containing the second
工程c(混合工程):
工程cは、工程aで得られた第1のニッケル微粒子10のスラリーと、工程bで得られた第2のニッケル微粒子20のスラリーとを混合する。混合比率は、ニッケル微粒子含有組成物100中の第1のニッケル微粒子10と第2のニッケル微粒子20の合計量に対し、第1のニッケル微粒子10の含有量が75〜99質量%の範囲内、好ましくは80〜95質量%の範囲内であり、第2のニッケル微粒子20の含有量が1〜25質量%の範囲内、好ましくは5〜20質量%の範囲内となるようにする。
Step c (mixing step):
In the step c, the slurry of the first
混合工程では、第1のニッケル微粒子10と第2のニッケル微粒子20とを均一な混合、分散状態とするために、例えば撹拌、衝撃混合、せん断混合等の操作を行うことが好ましい。
In the mixing step, it is preferable to perform operations such as stirring, impact mixing, and shear mixing in order to make the first
以上のようにしてスラリー状態のニッケル微粒子含有組成物100を製造することができるが、本実施の形態のニッケル微粒子含有組成物100の製造方法は、上記工程a〜工程c以外に、任意の工程を含むことが可能であり、例えば、以下の工程dなどを含むことができる。
Although the slurry-containing nickel fine particle-containing
工程d(乾燥工程):
本工程では、工程cで得られたスラリー状態のニッケル微粒子含有組成物100を、例えば、静置分離し、上澄み液を取り除いた後、適当な溶媒を用いて洗浄し、乾燥することで、乾燥状態のニッケル微粒子含有組成物100が得られる。本工程で得られる乾燥後のニッケル微粒子含有組成物100は粉末状をなしていてもよい。この場合、第1のニッケル微粒子10と第2のニッケル微粒子20が凝集して2次粒子を形成していてもよいが、上記のとおり、個々の2次粒子における第1のニッケル微粒子10の含有比率が75〜99質量%であり、かつ第2のニッケル微粒子20の含有比率が1〜25質量%の範囲内であることが好ましい。
Step d (drying step):
In this step, the slurry-containing nickel fine particle-containing
本実施の形態のニッケル微粒子含有組成物100は、平均粒子径が異なり、粒度分布の小さな2種類のニッケル微粒子を混合しているため、粒子径分布のピークを少なくとも2つ持っており、配合量の多い大きな粒子(第1のニッケル微粒子10)どうしの隙間を、配合量の少ない小さな粒子(第2のニッケル微粒子20)によって埋めることができる。そのため、ニッケル微粒子含有組成物100の密度は、単一ピークの粒子径分布を持つ同体積のニッケル微粒子に比べて高くなる。従って、本実施の形態のニッケル微粒子含有組成物100を用いることによって、例えば積層セラミックコンデンサの製造過程で、焼結時のデラミネーションやクラック等の欠陥の発生を防ぐことができる。このようなニッケル微粒子含有組成物100は、積層セラミックコンデンサの内部電極の材料などの用途に好適に用いることができる。
Since the nickel fine particle-containing
また、通常、ニッケル微粒子は、平均粒子径が小さくなると焼結温度が低下するだけでなく、粒子の比表面積が大きくなることから、粒子表面の酸素量(及び有機物などの不純物)が多くなり、熱収縮量も大きくなる。本実施の形態においては、小さい方の粒子(第2のニッケル微粒子20)として、焼結時の5%熱収縮温度が、大きな粒子(第1のニッケル微粒子10)よりも50℃以上、好ましくは100℃以上低いものを用いる。これによって、例えばMLCC製造時の焼結過程で、図2に示すように、第2のニッケル微粒子20を加熱段階で速やかに溶融させ、第1のニッケル微粒子10どうしの隙間を溶融物20aで埋め、全体の熱収縮を抑制することができる。本実施の形態においては、このような溶融温度の差を利用し、混合粒子の熱収縮率を小さくすることによって、内部電極層と誘電体層とのデラミネーションや内部電極層の膜切れを防止することが可能になる。
Further, usually, the nickel fine particles not only lower the sintering temperature when the average particle size decreases, but also increase the specific surface area of the particles, so the amount of oxygen on the particle surface (and impurities such as organic matter) increases, The amount of heat shrinkage also increases. In the present embodiment, the smaller particle (second nickel fine particle 20) has a 5% heat shrinkage temperature at the time of sintering of 50 ° C. or higher than that of the larger particle (first nickel fine particle 10), preferably Use one that is at least 100 ° C. lower. Thus, for example, in the sintering process at the time of MLCC production, as shown in FIG. 2, the second
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。なお、以下の実施例において、特にことわりのない限り各種測定、評価は下記によるものである。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples. In the following examples, various measurements and evaluations are as follows unless otherwise specified.
[平均粒子径の測定]
SEM(走査型電子顕微鏡)により試料の写真を撮影して、その中から無作為に200個を抽出してそれぞれの面積を求め、真球に換算したときの粒子径を個数基準として一次粒子の平均粒子径D50を算出した。また、CV値(変動係数)は、(標準偏差)÷(平均粒子径)によって算出した。なお、CV値が小さいほど、粒子径がより均一であることを示す。
[Measurement of average particle size]
Take a photograph of the sample with SEM (scanning electron microscope), extract 200 pieces randomly from it, determine the area of each, and use the particle size when converted to a true sphere as the number standard for the primary particles. and calculate the average particle diameter D 50. The CV value (coefficient of variation) was calculated by (standard deviation) / (average particle diameter). In addition, it shows that a particle diameter is so uniform that a CV value is small.
[熱機械分析(TMA)、熱重量分析(TGA)、5%熱収縮温度]
試料を5Φ×2mmの円柱状成型器に入れ、プレス成型して得られる成型体を作製し、窒素ガス(水素ガス3%含有)の雰囲気下で、熱機械分析(TMA)および熱重量分析(TGA)を行った。また、熱機械分析装置(TMA)により測定される5%熱収縮の温度を5%熱収縮温度とした。また、この測定を行うための成型時の密度を測定した。
[Thermomechanical analysis (TMA), thermogravimetric analysis (TGA), 5% heat shrinkage temperature]
A sample is put into a 5Φ × 2 mm cylindrical molding machine, and a molded body obtained by press molding is prepared. Under an atmosphere of nitrogen gas (containing 3% hydrogen gas), thermomechanical analysis (TMA) and thermogravimetric analysis ( TGA). Moreover, the temperature of 5% heat shrinkage measured by a thermomechanical analyzer (TMA) was taken as 5% heat shrinkage temperature. Further, the density at the time of molding for performing this measurement was measured.
(合成例1)
<錯化反応液の調製>
6.0kgのオレイルアミンに50gのギ酸銅四水和物と350gのギ酸ニッケル二水和物を加え、窒素フロー下で120℃、60分間加熱することでギ酸銅とギ酸ニッケルをオレイルアミンに溶解した。
(Synthesis Example 1)
<Preparation of complexing reaction solution>
50 g of copper formate tetrahydrate and 350 g of nickel formate dihydrate were added to 6.0 kg of oleylamine, and copper formate and nickel formate were dissolved in oleylamine by heating at 120 ° C. for 60 minutes under a nitrogen flow.
上記の溶解液にマイクロ波を照射して190℃、10分間加熱して、6.1kgのニッケル微粒子スラリー(1−A)を調製した。得られたニッケル微粒子スラリー(1−A)の100gを分取して、上澄み液を取り除いた後、トルエンとメタノールを用いてそれぞれ2回洗浄した後、60℃に維持される真空乾燥機で6時間乾燥してニッケル微粒子Aを調製した。 The above solution was irradiated with microwaves and heated at 190 ° C. for 10 minutes to prepare 6.1 kg of nickel fine particle slurry (1-A). 100 g of the obtained nickel fine particle slurry (1-A) was collected, the supernatant was removed, and each was washed twice with toluene and methanol, and then 6 times in a vacuum dryer maintained at 60 ° C. Nickel fine particles A were prepared by drying for a period of time.
ニッケル微粒子AのSEM写真を参照すると、ニッケル微粒子Aの平均粒子径は20nm、CV値は0.14であった。 Referring to the SEM photograph of the nickel fine particles A, the average particle size of the nickel fine particles A was 20 nm, and the CV value was 0.14.
(合成例2)
<錯化反応液の調製>
6.0kgのオレイルアミンに133gのギ酸銅四水和物と350gのギ酸ニッケル二水和物を加え、窒素フロー下で120℃、60分間加熱することでギ酸銅とギ酸ニッケルをオレイルアミンに溶解した。
(Synthesis Example 2)
<Preparation of complexing reaction solution>
133 g of copper formate tetrahydrate and 350 g of nickel formate dihydrate were added to 6.0 kg of oleylamine, and copper formate and nickel formate were dissolved in oleylamine by heating at 120 ° C. for 60 minutes under a nitrogen flow.
上記の溶解液にマイクロ波を照射して190℃、10分間加熱して、6.14kgのニッケル微粒子スラリー(2−A)を調製した。得られたニッケル微粒子スラリー(2−A)の100gを分取して、上澄み液を取り除いた後、トルエンとメタノールを用いてそれぞれ2回洗浄した後、60℃に維持される真空乾燥機で6時間乾燥してニッケル微粒子Bを調製した。 The solution was irradiated with microwaves and heated at 190 ° C. for 10 minutes to prepare 6.14 kg of nickel fine particle slurry (2-A). 100 g of the resulting nickel fine particle slurry (2-A) was collected, the supernatant was removed, and each was washed twice with toluene and methanol, and then 6 times in a vacuum dryer maintained at 60 ° C. Nickel fine particles B were prepared by drying for a period of time.
ニッケル微粒子BのSEM写真を参照すると、ニッケル微粒子Bの平均粒子径は12nm、CV値は0.13であった。 Referring to the SEM photograph of the nickel fine particles B, the average particle size of the nickel fine particles B was 12 nm, and the CV value was 0.13.
(合成例3)
<錯化反応液の調製>
6.0kgのオレイルアミンに5gのギ酸銅四水和物と350gのギ酸ニッケル二水和物を加え、窒素フロー下で120℃、60分間加熱することでギ酸銅とギ酸ニッケルをオレイルアミンに溶解した。
(Synthesis Example 3)
<Preparation of complexing reaction solution>
5 g of copper formate tetrahydrate and 350 g of nickel formate dihydrate were added to 6.0 kg of oleylamine, and copper formate and nickel formate were dissolved in oleylamine by heating at 120 ° C. for 60 minutes under a nitrogen flow.
上記の溶解液にマイクロ波を照射して190℃、10分間加熱して、オレイルアミンで希釈した30gの10%ドデカンチオール溶液を20分間で滴下して、さらにその温度を20分間維持したのち放冷して、6.05kgのニッケル微粒子スラリー(3−A)を調製した。得られたニッケル微粒子スラリー(3−A)の100gを分取して、上澄み液を取り除いた後、トルエンとメタノールを用いてそれぞれ2回洗浄した後、60℃に維持される真空乾燥機で6時間乾燥してニッケル微粒子Cを調製した。 The above solution is irradiated with microwaves, heated at 190 ° C. for 10 minutes, 30 g of 10% dodecanethiol solution diluted with oleylamine is added dropwise over 20 minutes, and the temperature is further maintained for 20 minutes and then allowed to cool. Then, 6.05 kg of nickel fine particle slurry (3-A) was prepared. 100 g of the resulting nickel fine particle slurry (3-A) was collected, the supernatant was removed, and each was washed twice with toluene and methanol. Nickel fine particles C were prepared by drying for a period of time.
ニッケル微粒子CのSEM写真を参照すると、ニッケル微粒子Cの平均粒子径は50nm、CV値は0.17であった。 Referring to the SEM photograph of the nickel fine particles C, the average particle size of the nickel fine particles C was 50 nm, and the CV value was 0.17.
(合成例4)
<ニッケル錯体溶液の調製>
50.0kgのオレイルアミンに20.6kgの酢酸ニッケル四水和物を加え、窒素フロー下で140℃、4時間加熱することでニッケル錯体溶液を調製した。
(Synthesis Example 4)
<Preparation of nickel complex solution>
A nickel complex solution was prepared by adding 20.6 kg of nickel acetate tetrahydrate to 50.0 kg of oleylamine and heating at 140 ° C. for 4 hours under a nitrogen flow.
<ニッケル微粒子の調製>
上記ニッケル錯体溶液の11.28kgを分取し、そこに、合成例1で得た200gのニッケル粒子スラリー(1−A)を加え、撹拌後、マイクロ波を照射して225℃、10分間加熱して、オレイルアミンで希釈した200gの10%ドデカンチオール溶液を15分間で滴下して、さらにその温度を20分間維持したのち放冷して、ニッケル微粒子スラリー(4−A)を調製した。得られたニッケル微粒子スラリー(4−A)を静置分離し、上澄み液を取り除いた後、トルエンとメタノールを用いてそれぞれ2回洗浄した後、60℃に維持される真空乾燥機で6時間乾燥してニッケル微粒子Dを調製した。
<Preparation of nickel fine particles>
11.28 kg of the above nickel complex solution was taken, and 200 g of the nickel particle slurry (1-A) obtained in Synthesis Example 1 was added thereto, stirred, and then irradiated with microwaves and heated at 225 ° C. for 10 minutes. Then, 200 g of a 10% dodecanethiol solution diluted with oleylamine was added dropwise over 15 minutes, and the temperature was further maintained for 20 minutes, followed by cooling to prepare a nickel fine particle slurry (4-A). The obtained nickel fine particle slurry (4-A) was allowed to stand and separated, the supernatant was removed, washed twice with toluene and methanol, and then dried in a vacuum dryer maintained at 60 ° C. for 6 hours. Thus, nickel fine particles D were prepared.
ニッケル微粒子DのSEM写真を参照すると、ニッケル微粒子Dの平均粒子径は125nm、CV値は0.13であった。 Referring to the SEM photograph of the nickel fine particles D, the average particle size of the nickel fine particles D was 125 nm, and the CV value was 0.13.
(合成例5)
<ニッケル錯体溶液の調製>
合成例4と同様にして、ニッケル錯体溶液を調製した。
(Synthesis Example 5)
<Preparation of nickel complex solution>
A nickel complex solution was prepared in the same manner as in Synthesis Example 4.
<ニッケル微粒子の調製>
上記ニッケル錯体溶液の9.50kgを分取し、そこに、合成例2で得た100gのニッケル粒子スラリー(2−A)を加え、撹拌後、マイクロ波を照射して225℃、10分間加熱して、オレイルアミンで希釈した180gの10%ドデカンチオール溶液を15分間で滴下して、さらにその温度を20分間維持したのち放冷して、ニッケル微粒子スラリー(5−A)を調製した。得られたニッケル微粒子スラリー(5−A)を静置分離し、上澄み液を取り除いた後、トルエンとメタノールを用いてそれぞれ2回洗浄した後、60℃に維持される真空乾燥機で6時間乾燥してニッケル微粒子Eを調製した。
<Preparation of nickel fine particles>
9.50 kg of the above nickel complex solution was taken, and 100 g of the nickel particle slurry (2-A) obtained in Synthesis Example 2 was added thereto, and after stirring, irradiated with microwaves and heated at 225 ° C. for 10 minutes. Then, 180 g of 10% dodecanethiol solution diluted with oleylamine was added dropwise over 15 minutes, and the temperature was further maintained for 20 minutes, followed by cooling to prepare a nickel fine particle slurry (5-A). The obtained nickel fine particle slurry (5-A) was allowed to stand and separated, the supernatant was removed, washed twice with toluene and methanol, and then dried in a vacuum dryer maintained at 60 ° C. for 6 hours. Thus, nickel fine particles E were prepared.
ニッケル微粒子EのSEM写真を参照すると、ニッケル微粒子Eの平均粒子径は80nm、CV値は0.14であった。 Referring to the SEM photograph of the nickel fine particles E, the average particle size of the nickel fine particles E was 80 nm, and the CV value was 0.14.
(合成例6)
<ニッケル錯体溶液の調製>
合成例4と同様にして、ニッケル錯体溶液を調製した。
(Synthesis Example 6)
<Preparation of nickel complex solution>
A nickel complex solution was prepared in the same manner as in Synthesis Example 4.
<ニッケル微粒子の調製>
上記ニッケル錯体溶液の9.50kgを分取し、そこに、合成例2で得た20gのニッケル微粒子スラリー(2−A)を加え、撹拌後、マイクロ波を照射して225℃、10分間加熱することによってニッケル微粒子スラリー(6−A)を調製した。得られたニッケル微粒子スラリー(6−A)を静置分離し、上澄み液を取り除いた後、トルエンとメタノールを用いてそれぞれ2回洗浄した後、60℃に維持される真空乾燥機で6時間乾燥してニッケル微粒子Fを調製した。
<Preparation of nickel fine particles>
9.50 kg of the above nickel complex solution was taken, and 20 g of the nickel fine particle slurry (2-A) obtained in Synthesis Example 2 was added thereto, and after stirring, irradiated with microwaves and heated at 225 ° C. for 10 minutes. Thus, a nickel fine particle slurry (6-A) was prepared. The obtained nickel fine particle slurry (6-A) was allowed to stand and separated, the supernatant was removed, washed twice with toluene and methanol, and then dried in a vacuum dryer maintained at 60 ° C. for 6 hours. Thus, nickel fine particles F were prepared.
ニッケル微粒子FのSEM写真を参照すると、ニッケル微粒子Fの平均粒子径は137nm、CV値は0.22であった。 Referring to the SEM photograph of the nickel fine particles F, the average particle size of the nickel fine particles F was 137 nm, and the CV value was 0.22.
(合成例7)
<ニッケル錯体溶液の調製>
合成例4と同様にして、ニッケル錯体溶液を調製した。
(Synthesis Example 7)
<Preparation of nickel complex solution>
A nickel complex solution was prepared in the same manner as in Synthesis Example 4.
<ニッケル微粒子の調製>
上記ニッケル錯体溶液の10.50kgを分取し、そこに、合成例2で得た13gのニッケル微粒子スラリー(2−A)を加え、撹拌後、マイクロ波を照射して225℃、10分間加熱することによってニッケル微粒子スラリー(7−A)を調製した。得られたニッケル微粒子スラリー(7−A)を静置分離し、上澄み液を取り除いた後、トルエンとメタノールを用いてそれぞれ2回洗浄した後、60℃に維持される真空乾燥機で6時間乾燥してニッケル微粒子Gを調製した。
<Preparation of nickel fine particles>
10.50 kg of the above nickel complex solution was fractionated, and 13 g of the nickel fine particle slurry (2-A) obtained in Synthesis Example 2 was added thereto. After stirring, microwave irradiation was performed and the mixture was heated at 225 ° C. for 10 minutes. Thus, a nickel fine particle slurry (7-A) was prepared. The obtained nickel fine particle slurry (7-A) was allowed to stand and separated, the supernatant was removed, washed twice with toluene and methanol, and then dried in a vacuum dryer maintained at 60 ° C. for 6 hours. Thus, nickel fine particles G were prepared.
ニッケル微粒子GのSEM写真を参照すると、ニッケル微粒子Gの平均粒子径は162nm、CV値は0.31であった。 Referring to the SEM photograph of the nickel fine particles G, the nickel fine particles G had an average particle size of 162 nm and a CV value of 0.31.
[実施例1〜7]
上記合成例で得られたニッケル微粒子のスラリーを、表2に記載した比率となるように混合することによって、ニッケル微粒子含有組成物を調製した。得られたニッケル微粒子含有組成物の5%熱収縮温度、700℃収縮率、収縮率測定時の成型密度を表2に示した。
[Examples 1 to 7]
The nickel fine particle-containing composition was prepared by mixing the nickel fine particle slurry obtained in the above synthesis example so as to have the ratio shown in Table 2. Table 2 shows the 5% heat shrinkage temperature, 700 ° C. shrinkage, and molding density when measuring the shrinkage of the obtained nickel fine particle-containing composition.
[比較例1〜5]
上記合成例で得られたニッケル微粒子のスラリーを、表2に記載した比率となるように混合することによって、ニッケル微粒子含有組成物を調製した。得られたニッケル微粒子含有組成物の5%熱収縮温度、700℃収縮率、収縮率測定時の成型密度を表2に示した。
[Comparative Examples 1-5]
The nickel fine particle-containing composition was prepared by mixing the nickel fine particle slurry obtained in the above synthesis example so as to have the ratio shown in Table 2. Table 2 shows the 5% heat shrinkage temperature, 700 ° C. shrinkage, and molding density when measuring the shrinkage of the obtained nickel fine particle-containing composition.
表2より、実施例1〜7のニッケル微粒子含有組成物は、いずれも比較例に比べ、成形密度が高くなっており、5%収縮温度が高く、かつ700℃での熱収縮が抑制されていた。 From Table 2, the nickel fine particle-containing compositions of Examples 1 to 7 all have a higher molding density, a higher 5% shrinkage temperature, and less heat shrinkage at 700 ° C. than the comparative examples. It was.
以上、本発明の実施の形態を例示の目的で詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に制約されることはなく、種々の変形が可能である。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described in detail for the purpose of illustration, this invention is not restrict | limited to the said embodiment, A various deformation | transformation is possible.
10…第1のニッケル微粒子、20…第2のニッケル微粒子、20a…溶融物、100…ニッケル微粒子含有組成物
DESCRIPTION OF
Claims (10)
A)走査型電子顕微鏡観察による平均粒子径D50が40〜200nmの範囲内である第1のニッケル微粒子、
B)走査型電子顕微鏡観察による平均粒子径D50が5〜40nmの範囲内であり、5%熱収縮率温度が、前記第1のニッケル微粒子の5%熱収縮率温度より50℃以上低い第2のニッケル微粒子、
を含有するとともに、
前記A成分と前記B成分の合計量に対する前記A成分の含有量が75〜99質量%の範囲内、前記B成分の含有量が1〜25質量%の範囲内であるニッケル微粒子含有組成物。 The following components A and B;
A) first nickel fine particles having an average particle diameter D50 in the range of 40 to 200 nm by observation with a scanning electron microscope,
B) The average particle diameter D 50 by scanning electron microscope observation is in the range of 5 to 40 nm, and the 5% heat shrinkage temperature is 50 ° C. lower than the 5% heat shrinkage temperature of the first nickel fine particles. 2 nickel fine particles,
And containing
The nickel fine particle containing composition whose content of the said A component with respect to the total amount of the said A component and the said B component is in the range of 75-99 mass%, and whose content of the said B component is in the range of 1-25 mass%.
a)湿式加熱還元によって、走査型電子顕微鏡観察による平均粒子径D50が40〜200nmの範囲内である第1のニッケル微粒子のスラリーを得る工程、
b)湿式加熱還元によって、走査型電子顕微鏡観察による平均粒子径D50が5〜40nmの範囲内であり、5%熱収縮率温度が、前記第1のニッケル微粒子の5%熱収縮率温度より50℃以上低い第2のニッケル微粒子のスラリーを得る工程、
並びに、
c)前記第1のニッケル微粒子と前記第2のニッケル微粒子の合計量に対する前記第1のニッケル微粒子の含有量が75〜99質量%の範囲内であり、前記第2のニッケル微粒子の含有量が1〜25質量%の範囲内となるように、前記スラリーどうしを混合してニッケル微粒子含有組成物を得る工程、
を含むニッケル微粒子含有組成物の製造方法。 The following steps a to c;
a) a step of obtaining a slurry of first nickel fine particles having an average particle diameter D50 by scanning electron microscope observation in the range of 40 to 200 nm by wet heat reduction;
b) By wet heat reduction, the average particle diameter D 50 by scanning electron microscope observation is in the range of 5 to 40 nm, and the 5% heat shrinkage temperature is higher than the 5% heat shrinkage temperature of the first nickel fine particles. Obtaining a slurry of second nickel fine particles having a temperature of 50 ° C. or more,
And
c) The content of the first nickel fine particles is within a range of 75 to 99% by mass with respect to the total amount of the first nickel fine particles and the second nickel fine particles, and the content of the second nickel fine particles is A step of mixing the slurries so as to be within a range of 1 to 25% by mass to obtain a nickel fine particle-containing composition,
The manufacturing method of the nickel fine particle containing composition containing this.
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