KR100682884B1

KR100682884B1 - 니켈금속분말 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR100682884B1
Application number: KR1020030021919A
Authority: KR
Inventors: 김순호; 최재영; 김도경; 박제형
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2003-04-08
Filing date: 2003-04-08
Publication date: 2007-02-15
Also published as: KR20040087498A; US20040200318A1; TW200426115A; JP2004308013A; US7238221B2; US20080043402A1; CN1273250C; CN1539581A; TWI277606B; JP4133910B2

Abstract

본 발명은 니켈금속분말 중의 알칼리금속의 함량을 낮출 수 있는 니켈금속분말 제조 방법, 알칼리금속의 함량이 낮은 니켈금속분말, 알칼리금속의 함량이 낮은 니켈금속분말을 포함하는 전도성 페이스트, 알칼리금속의 함량이 낮은 니켈내부전극을 포함하는 MLCC를 제공한다. 본 발명에서 제공하는 니켈금속분말 제조 방법은, 유기염기, 니켈전구화합물 및 폴리올을 함유하는 혼합물을 가열하는 단계를 포함하며, 이때, 상기 니켈전구화합물은 상기 유기염기와 상기 폴리올에 의하여 환원되어 니켈금속으로 전환된다. 본 발명의 방법은, NaOH, KOH 등과 같은 알칼리금속의 수산화물 대신에 유기염기를 사용하기 때문에, 니켈금속분말에 불순물로서 혼입되는 나트륨, 칼륨, 등과 같은 알칼리금속의 함량을 현저하게 줄일 수 있다.

니켈금속분말

Description

니켈금속분말 및 그 제조 방법 {Metallic nickel powder and preparing method thereof}

도 1과 도 2는 각각 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 니켈금속분말의 SEM 사진과 XRD 분석결과이다.

도 3과 도 4는 각각 본 발명의 다른 실시예에 따라 제조된 니켈금속분말의 SEM 사진과 XRD 분석결과이다.

도 5와 도 6은 각각 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 제조된 니켈금속분말의 SEM 사진과 XRD 분석결과이다.

도 7과 도 8은 각각 본 발명의 다른 실시예에 따라 제조된 니켈금속분말의 SEM 사진과 XRD 분석결과이다.

도 9와 도 10은 각각 본 발명의 다른 실시예에 따라 제조된 니켈금속분말의 SEM 사진과 XRD 분석결과이다.

도 11과 도 12는 각각 비교예에 따라 제조된 니켈금속분말의 SEM 사진과 XRD 분석결과이다.

도 13과 도 14는 각각 다른 비교예에 따라 제조된 니켈금속분말의 SEM 사진과 XRD 분석결과이다.

도 15는 본 발명에 따른 MLCC의 일 구현예이다.

본 발명은 니켈금속분말 및 그 제조방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 MLCC (multi-layer ceramic capacitor) 에 관한 것이다.

MLCC는 다수의 유전체 박층 및 다수의 내부전극을 적층함으로써 제조된다. 이러한 구조를 갖는 MLCC는, 작은 부피로도 큰 용량 (capacitance) 을 발휘하기 때문에, 예를 들면, 컴퓨터, 이동통신기기, 등의 전자기기에 널리 사용되고 있다.

MLCC의 내부전극의 재료로서는 Ag-Pd 합금이 사용되어 왔다. Ag-Pd 합금은, 공기 중에서 소결될 수 있으므로 MLCC 제조에 용이하게 적용될 수 있지만, 값이 비싸다. 1990년대 후반에 MLCC의 가격을 낮추기 위해 내부전극 재료를 값이 싼 니켈로 대체하는 경향이 발생하였다. MLCC의 내부 니켈 전극은, 니켈금속분말을 포함하는 전도성 페이스트로부터 형성된다.

니켈금속분말을 제조하는 방법에는 기상법과 액상법이 있다. 기상법은, 니켈금속분말의 형상 및 불순물의 제어가 비교적 용이하여 널리 사용되고 있지만, 입자의 미세화와 대량생산 측면에서는 불리하다. 이와 달리, 액상법은 대량생산에 유리하며, 초기 투자비 및 공정 비용이 저렴하다는 장점을 가지고 있다.

액상법은 다시 2가지로 분류된다. 첫째 방법은, 니켈금속분말로 전환되는 출발물질로서 수산화니켈을 사용한다. 둘째 방법은, 니켈금속분말로 전환되는 출발물질로서, 수산화니켈 이외의 니켈전구물질 (예를 들면, 니켈염, 니켈산화물, 등) 을 사용한다.

첫째 방법은, 그 공정이 비교적 간단하다는 장점을 가지고 있으나, 출발물질인 수산화니켈이 고가이며 니켈금속분말의 입도 제어가 용이하지 않다는 단점을 가지고 있다.

둘째 방법은, 그 공정이 비교적 복잡하다는 단점을 가지고 있으나, 출발물질로서 황산 니켈, 염화 니켈, 니켈 아세트산과 같은 저렴한 니켈전구물질을 사용할 수 있으며, 수 내지 수백 나노미터의 범위에 걸쳐서 입도의 제어가 비교적 용이하다는 장점을 가지고 있다.

액상법의 구체적인 예를 들면, 미국특허 제4,539,041호, 제6,120,576호, 등이 있다.

미국특허 제4,539,041호는, 금, 팔라듐, 백금, 이리듐, 오스뮴, 구리, 은, 니켈, 코발트, 납, 카드뮴 등의 산화물, 수산화물 또는 염을, 환원제인 액상의 폴리올 중에 분산시킨 후 가열함으로써, 상기 금속의 분말을 얻는 방법을 제시하고 있다.

미국특허 제6,120,576호는, 수산화나트륨수용액을 니켈설페이트 (nickel sulfate) 수용액과 혼합하여 수산화니켈을 생성시키는 단계; 생성된 수산화니켈을 하이드라진 (hydrazine) 으로 환원하여 니켈을 생성시키는 단계; 및 생성된 니켈을 회수하는 단계를 포함하는 니켈금속분말 제조 방법을 제시하고 있다.

액상법에서 수산화니켈을 출발물질 또는 중간물질로서 사용하는 이유는 수산화니켈이 다른 형태의 니켈 화합물보다 비교적 용이하게 환원되기 때문이다.

상기 둘째 방법에 있어서, 니켈전구화합물의 수산화니켈로의 전환을 위하여 알칼리가 첨가된다. 상기 알칼리로서는 통상적으로 수산화나트륨 (NaOH), 수산화칼륨 (KOH), 등을 사용한다. 이러한 경우에, 니켈금속분말의 표면에 나트륨 (Na), 칼륨 (K), 등이 불순물로서 잔류하게 된다. 나트륨, 칼륨, 등은 표면에너지가 매우 낮기 때문에 니켈금속분말로부터 이들을 제거하는 것은 매우 어렵다.

고용량 MLCC에 사용되기 위한 니켈금속분말은, 더욱 향상된 전기전도도를 가져야 하며, 유전체의 전기용량(capacitance)에 나쁜 영향을 미치는 불순물을 더욱 적게 함유하여야 한다. 나트륨, 칼륨, 등과 같은 알칼리금속은 니켈전극의 전기전도도를 저하시킬 뿐만아니라 유전체의 용량을 저하시킨다.

이러한 이유로, 나트륨, 칼륨, 등과 같은 불순물의 함량을 최소화시킬 수 있는 새로운 니켈금속분말 제조방법과, 나트륨, 칼륨 등과 같은 불순물의 함량이 최소화된 니켈금속분말이 요구되고 있다.

본 발명은 니켈금속분말 중의 알칼리금속의 함량을 낮출 수 있는 니켈금속분말 제조방법을 제공한다.

본 발명은 알칼리금속의 함량이 낮은 니켈금속분말을 제공한다.

본 발명은 알칼리금속의 함량이 낮은 니켈금속분말을 포함하는 전도성 페이스트를 제공한다.

본 발명은 알칼리금속의 함량이 낮은 니켈내부전극을 포함하는 MLCC를 제공한다.

본 발명에서 제공하는 니켈금속분말 제조 방법은, 유기염기, 니켈전구화합물 및 폴리올을 함유하는 혼합물을 가열하는 단계를 포함하며, 이때, 상기 니켈전구화합물은 상기 유기염기와 상기 폴리올에 의하여 환원되어 니켈금속으로 전환된다.

실험적으로 알려진 바에 의하면, 니켈전구화합물이 니켈금속으로 가장 용이하게 환원되는 pH 범위는 약 9 내지 약 11이다. 상기 유기염기의 주된 기능은, 상기 혼합물의 pH를 조절하여 상기 혼합물이 적정한 pH 값을 갖도록 하는 것이다. 본 발명에서는, NaOH, KOH, 등과 같은 알칼리금속의 수산화물 대신에 유기염기를 사용함으로써, 니켈금속분말에 나트륨, 칼륨, 등과 같은 알칼리금속이 불순물로서 혼입되는 것을 방지할 수 있다.

상기 유기염기로서는, 예를 들면, 테트라메틸암모늄 하이드록사이드 (tetramethylammonium hydroxide : TMAH), 테트라에틸암모늄 하이드록사이드 (tetraethylammonium hydroxide : TEAH), 테트라부틸암모늄 하이드록사이드 (tetrabutylammonium hydroxide : TBAH), 테트라프로필암모늄 하이드록사이드 (tetrapropylammonium hydroxide : TPAH), 벤질트리메틸암모늄 하이드록사이드 (benzyltrimethylammonium hydroxide), 디메틸디에틸암모늄 하이드록사이드 (dimethyldiethylammonium hydroxide), 에틸트리메틸암모늄 하이드록사이드 (ethyltrimethylammonium hydroxide), 테트라부틸포스포늄 하이드록사이드 (tetrabutyl phosphonium hydroxide), 트리메틸아민 (trimethylamine : TMA), 디에틸아민 (diethylamine : DEA), 에탄올아민 (ethanolamine), 등이 단독으로 또는 조 합으로 사용될 수 있다.

상기 혼합물 중의 유기염기의 함량은 특별히 제한되지 않는다. 전형적인 예를 들면, 상기 혼합물은 초기에, 상기 혼합물의 pH가 바람직하게는 약 9 이상, 더욱 바람직하게는 약 10 이상이 되도록 할 수 있는 양 만큼의 유기염기를 함유할 수 있다. 더욱 구체적인 예를 들면, 상기 혼합물중의 유기염기의 초기 함량은, 니켈전구화합물 1 몰을 기준으로하여 약 1 내지 약 10 몰 정도로 할 수 있다.

상기 니켈전구화합물로서는, 유기염기의 존재하에서 폴리올에 의하여 니켈금속으로 환원될 수 있는 니켈 함유 화합물이라면 특별한 제한없이 사용될 수 있다. 상기 니켈전구화합물의 예로서는, 니켈옥사이드 (NiO), 니켈염 (nickel salt), 등이 사용될 수 있다. 니켈염의 구체적인 예로서는, 니켈설페이트 (nickel sulfate), 니켈니트레이트 (nickel nitrate), 니켈클로라이드 (nickel chloride), 니켈브로마이드 (nickel bromide), 니켈플루오라이드(nickel fluoride), 니켈아세테이트 (nickel acetate), 니켈아세틸아세토네이트 (nickel acetylacetonate), 니켈하이드록사이드 (nickel hydroxide) 등이 있다. 이러한 니켈전구화합물은 단독으로 또는 조합되어 사용될 수 있다.

상기 폴리올은 유기염기와 니켈전구화합물을 용해하는 용매의 역할을 한다.또한, 상기 폴리올은 니켈전구화합물을 니켈금속으로 환원하기 위한 환원제의 역할을 한다. 상기 폴리올은 2개 또는 3개 이상의 수산기를 갖는 알코올 화합물이다. 환원제로 사용되는 폴리올의 예가 미국특허 제4,539,041호에 상세히 나타나 있다.

상기 폴리올의 예로서는, 2가 알코올인 지방족글리콜 (aliphatic glycol), 또는 이에 상응하는 글리콜 폴리에스테르 (glycol polyester) 등이 있다.

지방족글리콜의 구체적인 예로서는, 에탄디올 (ethanediol), 프로판디올 (propanediol), 부탄디올 (butanediol), 펜탄디올 (pentanediol), 헥산디올 (hexanediol) 등과 같은 탄소수 2 내지 6의 주쇄를 갖는 알킬렌글리콜 (alkylene glycols); 이러한 알킬렌글리콜로부터 유도된, 예를 들면, 폴리에틸렌글리콜 (polyethylene glycols) 등과 같은, 폴리알킬렌글리콜 (polyalkylene glycols) 등이 있다.

지방족글리콜의 다른 구체적인 예로서는, 디에틸렌글리콜 (diethylene glycol), 트리에틸렌글리콜 (triethylene glycol), 디프로필렌글리콜 (dipropylene glycol) 등이 있다.

또한, 상기 폴리올의 다른 예로서는, 3가 알코올인 글리세롤 (glycerol) 등이 있다.

상기 폴리올은 지금까지 열거된 폴리올계의 화합물로 제한되는 것은 아니며,이러한 폴리올계의 화합물은 단독 또는 조합으로 사용될 수 있다.

더욱 바람직하게는, 상기 폴리올로서, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 테트라에틸렌글리콜, 프로판디올-1,2, 프로판디올-1,3, 디프로필렌글리콜, 부탄디올-1,2, 부탄디올-1,3, 부탄디올-1,4, 또는 부탄디올-2,3이 사용될 수 있다.

상기 혼합물 중의 폴리올의 초기 함량은 특별히 제한되지 않으며, 니켈전구화합물의 용해도를 고려하여 적절히 결정될 수 있다. 전형적인 예를 들면, 상기 혼 합물은 초기에, 니켈전구화합물의 몰농도가 약 0.01 몰 내지 약 0.5 몰 정도가 되도록 할 수 있는 양 만큼의 폴리올을 함유할 수 있다.

니켈전구화합물의 니켈금속으로의 환원반응을 촉진시키기 위하여, 본 발명의 방법은, 유기염기, 니켈전구화합물 및 폴리올을 함유하는 상기 혼합물을 가열하는 단계를 포함한다. 가열 (heating) 이라 함은 유기염기, 니켈전구화합물 및 폴리올을 함유하는 혼합물의 온도를 실온 (room temperature), 구체적으로는 약 20℃ 를 초과하는 온도로 상승시키는 것을 의미한다. 예를 들면, 상기 가열단계는, 실온 이하의 폴리올, 실온 이하의 유기염기 및 실온 이하의 니켈전구화합물을 반응용기에 투입한 후, 상기 반응용기 내의 혼합물의 온도를 실온을 초과하도록 상승시키는 것을 포괄한다. 다른 예를 들면, 상기 가열단계는, 실온을 초과하는 온도의 폴리올, 실온 이하의 유기염기 및 실온 이하의 니켈전구화합물을 반응용기에 단순히 투입하는 것을 포괄한다. 상기 가열 단계의 온도는 고정된 값일 수도 있으며, 또는 실온을 초과하는 일정범위에서 점진적으로 변화될 수도 있다. 본 발명의 범위를 벗어나지 않으며 당업자가 생각해내기에 용이한, 기타 다양한 가열방법이 사용될 수 있다.

더욱 바람직하게는, 상기 환원반응의 촉진정도가 더욱 뚜렷하게 나타나도록 하기 위하여, 상기 가열 단계의 온도는 적어도 약 45 ℃ 일 수 있다.

통상적으로, 가열단계의 온도를 상승시킬 수록, 상기 환원반응의 촉진정도는 향상된다. 그러나 어느 정도 이상의 온도에서는, 상기 환원반응의 촉진정도의 향상은 포화되며 더욱이 반응물질의 변질이 발생할 수도 있다. 이러한 점을 고려하여 상기 가열단계의 온도는 약 350 ℃ 를 초과하지 않도록 할 수 있다.

상기 폴리올은 환원제일 뿐만아니라 유기염기 및 니켈전구화합물에 대한 용매이므로, 상기 가열단계에서 상기 폴리올은 액체상태를 유지하여야 한다.

본 발명의 방법은 개방된 반응용기 또는 밀폐된 반응용기를 이용하여 실시될 수 있으나, 상기 가열단계의 온도를 폴리올의 끓는점 및/또는 유기염기의 끓는점 이상으로 상승시키는 경우에는 밀폐된 반응용기를 이용하는 것이 더욱 바람직하다.

밀폐된 반응용기를 이용하는 경우에 있어서, 상기 가열단계의 온도를 폴리올의 끓는점 및/또는 유기염기의 끓는점 이상으로 상승시키면, 반응용기의 내부 압력은 상승하지만, 폴리올 및 유기염기는 액상으로 유지될 수 있다. 밀폐된 반응용기는 그 내부에 적정한 부피의 기상영역과 액상영역을 가지고 있다.

본 발명의 실시를 위하여 이용되는 개방되거나 밀폐된 반응용기는 응축기 또는 환류응축기를 구비할 수도 있다.

상기 가열 단계에서, 상기 혼합물의 조성은 시간이 경과함에 따라 변화한다. 초기에 상기 혼합물은 유기염기, 니켈전구화합물 및 폴리올을 포함한다. 니켈전구화합물의 니켈금속으로의 환원이 진행되면서, 상기 혼합물 중에는 니켈전구화합물과 니켈금속입자가 공존할 수 있다. 수산화니켈 이외의 니켈전구화합물을 사용한 경우에는, 니켈전구화합물의 일부는 수산화니켈로 전환된 후에 니켈금속입자로 환원될 수도 있으며, 니켈전구화합물의 나머지는 수산화니켈로의 전환과정을 거치지 않고 직접 니켈금속입자로 환원될 수도 있다. 일정 시간이 경과하면, 실질적으로 모든 니켈전구화합물은 니켈금속입자로 환원된다. 상기 가열 단계를 유지하는 시간 은 가열 단계의 온도에 따라 달라질 수 있으며, 당업자라면 용이하게 적절한 시간을 찾아낼 수 있을 것이고, 따라서 본 발명의 실시에 있어서 중요한 사항은 아니다.

본 발명의 방법의 다른 태양에 있어서, 상기 혼합물은 물을 더 포함할 수 있다. 이 경우에, 니켈전구화합물의 니켈금속으로의 환원은 대략적으로 두 단계로 이루어진 반응경로를 거치게 된다.

첫번째 단계에서는, 니켈전구화합물의 수산화니켈로의 전환 반응이 우세하게 일어나는데, 그 이유는 유기염기가 물과 반응하여 더 많은 수산화이온을 제공하고, 증가한 수산화이온의 농도는 수산화니켈의 형성을 촉진하기 때문이다. 첫번째 단계를 거치면서, 니켈금속화합물의 상당량은 수산화니켈로 전환되며, 또한 상기 혼합물 중의 물의 대부분은 증발되어 제거된다.

두번째 단계에서는, 수산화니켈의 니켈금속으로의 환원반응이 우세하게 일어난다. 물은 산화제이기 때문에 수산화니켈의 환원을 방해할 수 있다. 그러나, 첫번째 단계를 거치면서 물이 제거되므로, 두번째 단계에서의 수산화니켈의 환원반응이 방해되지 않는다.

이러한 반응경로상의 두 개의 단계는 명확히 구별되지 않은 채 연속적으로 이행될 수도 있다.

상기 두 단계는 일정한 가열온도에서 진행될 수 있다. 이 경우에, 상기 가열온도는 물의 끓는점 이상인 것이 바람직하며, 구체적인 예를 들면, 약 100 내지 약 350 ℃인 것이 바람직하다. 첫번째 단계에서는, 기화된 물을 환류냉각장치로 응축 하여 상기 혼합물로 되돌려보낼 수도 있고, 또는 기화된 물을 반응기 외부로 지속적으로 배출시킬 수도 있다. 물을 환류시키는 경우에, 두번째 단계로 넘어가기 위해서는 물의 환류를 중지시키고 기화된 물을 반응기 외부로 배출하여야 한다.

상기 두 단계는 각각 다른 온도범위의 가열온도에서 진행될 수도 있다. 이 경우에, 첫번째 단계는 물의 끓는점 이하의 온도범위에서 진행되고, 두번째 단계는 물의 끓는점 이상의 온도범위에서 진행될 수 있다. 예를 들면, 첫번째 단계는 약 45 내지 약 100 ℃의 가열온도에서, 두번째 단계는 약 100 내지 약 350 ℃의 가열온도에서 진행될 수 있다.

상기 두 단계를 경유하면서, 거의 모든 니켈전구화합물이 수산화니켈로 전환된 후에 다시 니켈금속입자로 환원되고, 극히 일부의 니켈전구화합물만이 직접 니켈금속입자로 환원된다. 이러한 반응 경로의 획일성 때문에, 물을 더 포함하는 혼합물로부터 제조된 니켈금속분말은 균일한 형상 및 좁은 입도분포를 갖는다.

상기 혼합물에 물을 더 첨가하는 경우, 상기 혼합물 중의 물의 초기함량은 특별히 제한되지는 않는다. 전형적인 예를 들면, 상기 혼합물 중의 물의 초기 함량은 유기염기 1 몰을 기준으로하여 약 0.1 내지 약 10 몰 정도로 할 수 있다.

본 발명의 방법의 또 다른 태양에 있어서, 상기 혼합물은 1가 알코올을 더 포함할 수 있다. 1가 알코올은 1개의 수산기를 갖는 직쇄형 또는 분지형 알코올 화합물이다. 1가 알코올의 구체적인 예로서는, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 펜탄올, 헥산올 등이 있다. 상기 혼합물 중의 1가 알코올의 초기함량은 특별히 제한되지 않는다. 전형적인 예를 들면, 상기 혼합물 중의 1가 알코올의 초기 함량은 유기염기 1 몰을 기준으로하여 약 0.1 내지 약 10 몰 정도로 할 수 있다.

본 발명의 방법의 또 다른 태양에 있어서, 상기 혼합물은 핵생성제를 더 포함할 수 있다. 상기 핵생성제는 환원되어 석출되는 니켈금속분말이 더욱 고른 입도를 가지도록 하기 위하여 사용된다. 상기 핵생성제로는, 예를 들면, K₂PtCl₄, H₂PtCl₆, PdCl₂, AgNO₃ 등이 사용될 수 있다. 상기 혼합물 중의 핵생성제의 함량은 특별히 제한되지 않는다. 전형적인 예를 들면, 상기 혼합물 중의 핵생성제의 함량은 니켈전구화합물 1 몰을 기준으로하여 약 1/10000 내지 약 2/1000 몰 정도로 할 수 있으며, 통상적으로는 니켈전구화합물의 약 0.1% 정도일 수 있다.

본 발명의 다른 태양으로서, 본 발명은 나트륨 함량이 약 0.1 내지 약 50 ppm 이며, 더욱 바람직하게는 약 0.1 내지 약 25 ppm인 니켈금속분말을 제공한다. 본 발명의 니켈금속분말에 있어서, 니켈금속의 입자크기는 특별히 제한되지 않으며, 전형적인 예를 들면, 약 20 내지 약 300 nm 정도일 수 있다. 본 발명의 니켈금속분말은, 앞에서 설명한 유기염기를 사용한 제조방법에 의하여 용이하게 얻을 수 있다. 본 발명의 니켈금속분말은, 전자회로의 내부배선 재료, 촉매 등과 같은 여러가지 용도로 사용될 수 있다. 특히, 본 발명의 니켈금속분말은 매우 낮은 알칼리금속 함량을 갖기 때문에, MLCC의 내부전극용 재료로서 매우 적합하다.

본 발명의 또 다른 태양으로서, 본 발명은, 니켈금속분말, 유기바인더 및 유기용매를 포함하는 전도성 페이스트에 있어서, 상기 니켈금속분말의 나트륨 함량은 약 0.1 내지 약 25 ppm 이고, 입자크기는 약 20 내지 약 300 nm 인 것을 특징으로 하는 전도성 페이스트를 제공한다. 상기 니켈금속분말은 앞에서 설명한 본 발명의 방법에 따라 용이하게 얻을 수 있다. 상기 유기바인더로서는, 예를 들면, 에틸셀룰로오스 등이 사용될 수 있다. 상기 유기용매로서는 터피네올(terpineol), 디히드록시 터피네올 (dihydroxy terpineol), 1-옥타놀 케로센 등이 사용될 수 있다. 본 발명의 전도성 페이스트에 있어서, 예를 들면, 상기 니켈금속분말의 함량은 약 40 중량%, 상기 유기바인더의 함량은 약 15 중량%, 상기 유기용매의 함량은 약 45 중량% 정도일 수 있다. 그러나, 이러한 조성은 예에 불과하며, 사용하고자 하는 용도에 따라, 다양한 조성을 갖도록 할 수 있다. 또한, 본 발명의 전도성 페이스트는, 예를 들면, 가소제, 증점방지제, 분산제 등의 첨가제를 더 포함할 수도 있다. 본 발명의 전도성 페이스트를 제조하는 방법은, 공지된 다양한 방법이 사용될 수 있으며, 여기에서는 더 이상 상세히 설명하지 않는다.

본 발명의 또 다른 태양으로서, 본 발명은, 니켈내부전극을 포함하는 MLCC (multi-layer ceramic capacitor)에 있어서, 상기 니켈내부전극의 나트륨 함량은 약 0.1 내지 약 25 ppm 인 것을 특징으로 하는 MLCC를 제공한다.

본 발명의 MLCC의 일 구현예를 도 15에 나타내었다. 도 15의 MLCC는, 내부전극(10) 및 유전층(20) 으로 이루어진 적층체(30) 및 단자전극(40) 으로 구성된다. 상기 내부전극(10)은 어느 한 쪽의 단자전극에 접촉하도록 하기 위하여, 그 첨단부가 적층체(30)의 한 쪽면에 노출되도록 형성된다.

본 발명의 MLCC를 제조하는 방법의 일 예는 다음과 같다. 유전재료를 포함하는 유전층 형성용 페이스트와 본 발명의 전도성 페이스트를 번갈아 인쇄한다. 이렇 게 얻어진 적층물을 소성한다. 소성된 적층체(30)의 단면에 노출된 내부전극(10)의 첨단부와 전기적 및 기계적으로 접합되도록 전도성 페이스트를 적층체(30)의 단면에 도포한 후 소성함으로써 단자전극(40)이 형성된다.

본 발명의 MLCC는 도 15의 구현예에 한정되지 않으며, 다양한 형상, 디멘젼, 적층수, 회로구성 등을 가질 수 있다.

이하에서는 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 그러나 본 발명의 기술적 사상이 하기의 실시예로 제한되는 것은 아니다.

<실시예>

실시예 1 ----- TMAH

TMAH(tetramethylammonium hydroxide) 23 g을 에틸렌글리콜 (ethylene glycol) 250 ml에 용해시켜서 제1용액을 제조하였다. Ni(CH₃COO)₂ ㆍ4H₂O 20g을 에틸렌글리콜 250 ml에 용해시켜서 제2용액을 제조하였다. 핵생성제인 K₂PtCl₄ 0.0332g을 에틸렌글리콜 2 ml에 용해시켜서 제3용액을 제조하였다. 제1용액, 제2용액 및 제3용액을 환류냉각기가 구비된 반응기에 투입하여 교반하였다.

상기 반응기에 담긴 혼합물을, 자석교반기가 장착된 히팅맨틀 (heating mantle)로, 190℃ 의 온도에서 6시간 동안 가열하여 니켈금속분말을 생성시켰다. 생성된 니켈금속분말을 여과하여 분리한 후 증류수로 세척하였다. 이렇게 얻은 니켈금속분말을 진공오븐 내에서 25℃의 온도로 밤샘 건조하였다.

실시예 1의 니켈금속분말에 대한 SEM 사진을 촬영하였으며, 그 결과를 도 1 에 나타내었다. 도 1에 나타난 바와 같이, 실시예 1의 니켈금속분말의 형태는 구형이었으며, 그 입자크기는 약 50 내지 약 90 nm 이었다.

실시예 1의 니켈금속분말에 대하여, 5°및 85°의 각도에서 XRD 분석을 하였으며, 그 결과를 도 2에 나타내었다. 도 2로부터, 실시예 1의 니켈금속분말은 니켈옥사이드, 니켈하이드록사이드 등의 불순물이 없는 입방결정체의 순수 니켈 금속임을 알 수 있다.

실시예 1의 니켈금속분말에 대하여, ICP(induce-coupled plasma) 방법으로 나트륨 함량 분석을 실시하였다. 실시예 1의 니켈금속분말의 나트륨 함량은 9.2 ppm이었다.

실시예 2 ----- TMAH/H ₂ O

TMAH 23 g과 증류수 68 g을 에틸렌글리콜 250 ml에 용해시켜서 제1용액을 제조하였다. Ni(CH₃COO)₂ ㆍ4H₂O 20g을 에틸렌글리콜 250 ml에 용해시켜서 제2용액을 제조하였다. 핵생성제인 K₂PtCl₄ 0.0332g을 에틸렌글리콜 2 ml에 용해시켜서 제3용액을 제조하였다. 제1용액, 제2용액 및 제3용액을 환류냉각장치를 구비한 반응기에 투입하여 교반하였다.

실시예 2의 니켈금속분말에 대한 SEM 사진을 촬영하였으며, 그 결과를 도 3에 나타내었다. 도 3에 나타난 바와 같이, 실시예 2의 니켈금속분말의 형태는 구형이었으며, 그 입자크기는 약 50 내지 약 110 nm 정도이었다.

실시예 2의 니켈금속분말에 대하여, 5°및 85°의 각도에서 XRD 분석을 하였으며, 그 결과를 도 4에 나타내었다. 도 4로부터, 실시예 2의 니켈금속분말은 수산화니켈이 잔류하지 않는 금속 니켈임을 확인할 수 있다. 실시예 2의 니켈금속분말의 나트륨 함량은 9.5 ppm 이었다.

실시예 3 ----- TEAH/H ₂ O

TEAH(tetraethylammonium hydroxide)가 20 중량% 함유된 수용액 185 g을 에틸렌글리콜 250 ml에 용해시켜서 제1용액을 제조하였다. Ni(CH₃COO)₂·4H₂O 20 g을 에틸렌글리콜 250 ml에 용해시켜서 제2용액을 제조하였다. 핵생성제인 K₂PtCl₄ 0.0332 g을 에틸렌글리콜 2 ml에 용해시켜서 제3용액을 제조하였다. 제1용액, 제2용액 및 제3용액을 반응기에 투입하여 교반하였다.

상기 반응기에 담긴 혼합물을, 자석교반기가 장착된 히팅맨틀로, 190 ℃의 온도에서 6 시간 동안 가열하여 니켈금속분말을 생성시켰다. 생성된 니켈금속분말을 여과하여 분리한 후 증류수로 세척하였다. 이렇게 얻은 니켈금속분말을 진공오븐 내에서 25℃의 온도로 밤샘 건조하였다.

실시예 3의 니켈금속분말에 대한 SEM 사진을 촬영하였으며, 그 결과를 도 5에 나타내었다. 도 5에 나타난 바와 같이, 실시예 3의 니켈금속분말의 형태는 구형 이었으며, 그 입자크기는 약 50 내지 약 110 nm 정도이었다.

실시예 3의 니켈금속분말에 대하여, 5°및 85°의 각도에서 XRD 분석을 하였으며, 그 결과를 도 6에 나타내었다. XRD 분석결과 수산화니켈이 없는 니켈 금속분말이 합성되었음을 확인하였다. 실시예 3의 니켈금속분말의 나트륨함량은 8.7 ppm 이었다.

실시예 4 ----- TMAH/MeOH

TMAH 23 g과 메탄올 68 g을 에틸렌글리콜 250 ml에 용해시켜서 제1용액을 제조하였다. Ni(CH₃COO)₂·4H₂O 20 g을 에틸렌글리콜 250 ml에 용해시켜서 제2용액을 제조하였다. 핵생성제인 K₂PtCl₄ 0.0332 g을 에틸렌글리콜 2 ml에 용해시켜서 제3용액을 제조하였다. 제1용액, 제2용액 및 제3용액을 반응기에 투입하여 교반하였다.

실시예 4의 니켈금속분말에 대한 SEM 사진을 촬영하였으며, 그 결과를 도 7에 나타내었다. 도 7에 나타난 바와 같이, 실시예 4의 니켈금속분말의 형태는 구형이었으며, 그 입자크기는 약 120 내지 약 220 nm 정도이었다.

실시예 4의 니켈금속분말에 대하여, 5°및 85°의 각도에서 XRD 분석을 하였으며, 그 결과를 도 8에 나타내었다. XRD 분석결과 수산화니켈이 없는 니켈 금속분 말이 합성되었음을 확인하였다. 실시예 4의 니켈금속분말의 나트륨함량은 13.6 ppm 이었다.

실시예 5 ----- TMA/H ₂ O

TMA(trimethylamine)가 30 중량% 포함된 수용액 50 g을 에틸렌글리콜 250 ml에 용해시켜서 제1용액을 제조하였다. Ni(CH₃COO)₂·4H₂O 20 g을 에틸렌글리콜 250 ml에 용해시켜서 제2용액을 제조하였다. 핵생성제인 K₂PtCl₄ 0.0332 g을 에틸렌글리콜 2 ml에 용해시켜서 제3용액을 제조하였다. 제1용액, 제2용액 및 제3용액을 반응기에 투입하여 교반하였다.

상기 반응기에 담긴 혼합물을, 자석교반기가 장착된 히팅맨틀로, 190℃ 의 온도에서 6시간 동안 가열하여 니켈금속분말을 생성시켰다. 생성된 니켈금속분말을 여과하여 분리한 후 증류수로 세척하였다. 이렇게 얻은 니켈금속분말을 진공오븐 내에서 25℃의 온도로 밤샘 건조하였다.

실시예 5의 니켈금속분말에 대한 SEM 사진을 촬영하였으며, 그 결과를 도 9에 나타내었다. 도 9에 나타난 바와 같이, 실시예 5의 니켈금속분말의 형태는 구형이었으며, 그 입자크기는 약 120 내지 약 300 nm 정도이었다. 실시예 5의 니켈금속분말에 대하여, 5°및 85°의 각도에서 XRD 분석을 하였으며, 그 결과를 도 10에 나타내었다. XRD 분석결과 수산화니켈이 없는 니켈 금속분말이 합성되었음을 확인하였다. 실시예 5의 니켈금속분말의 나트륨 함량은 8.7 ppm 이었다.

비교예 1 ----- NaOH

무기염기인 NaOH 10 g을 에틸렌글리콜 250 ml에 용해하여 제1용액을 제조하였다. Ni(CH₃COO)₂ ㆍ4H₂O 20g을 에티렌글리콜 250 ml에 용해하여 제2용액을 제조하였다. 핵생성제 K₂PtCl₄0.0332 g을 에틸렌글리콜 2 ml에 용해하여 제3용액을 제조하였다. 제1용액, 제2용액 및 제3용액을 반응기에 투입하여 교반하였다.

비교예 1의 니켈금속분말에 대한 SEM 사진을 촬영하였으며, 그 결과를 도 11에 나타내었다. 도 11에 나타난 바와 같이 비교예 1의 니켈금속분말의 형태는 구형이었으며, 그 입자크기는 약 50 내지 약 110 nm 정도이었다.

비교예 1의 니켈금속분말에 대하여, 5°및 85°의 각도에서 XRD 분석을 하였으며, 그 결과를 도 12에 나타내었다. XRD 분석결과로부터, 비교예 1의 니켈금속분말은 니켈옥사이드, 니켈하이드록사이드 등의 불순물이 없는 입방결정체의 순수 니켈 금속임을 알 수 있다. 비교예 1의 니켈금속분말의 나트륨 함량은 95 ppm이었다.

비교예 2 ----- NaOH/H ₂ O

무기염기인 NaOH 10 g과 증류수 68 g을 에틸렌글리콜 250 ml에 용해하여 제1용액을 제조하였다. Ni(CH₃COO)₂·4H₂O 20 g을 에티렌글리콜 250 ml에 용해하여 제2 용액을 제조하였다. 핵생성제 K₂PtCl₄ 0.0332 g을 에틸렌글리콜 2 ml에 용해하여 제3용액을 제조하였다. 제1용액, 제2용액 및 제3용액을 반응기에 투입하여 교반하였다.

비교예 2의 니켈금속분말에 대한 SEM 사진을 촬영하였으며, 그 결과를 도 13에 나타내었다. 도 13에 나타난 바와 같이 비교예 2의 니켈금속분말의 형태는 응집이 심하였으며, 그 입자크기는 약 90 내지 약 120 nm 정도이었다. 이는 비교예 1보다 입자크기가 커진 것이며, 응자의 응집도 더 심하였다.

비교예 2의 니켈금속분말에 대하여, 5°및 85°의 각도에서 XRD 분석을 하였으며, 그 결과를 도 14에 나타내었다. XRD 분석결과 니켈옥사이드, 니켈하이드록사이드 등의 불순물이 없는 입방결정체의 순수 금속 니켈을 얻었음을 확인하였다. 비교예 2의 니켈금속분말의 나트륨 함량은 113 ppm이었다.

비교예 3 ----- 기상법

기상법으로 제조된 니켈금속분말을 상업적으로 입수하여 나트륨 함량을 분석하였다. 그 결과 기상법으로 제조된 니켈분말의 나트륨 함량은 약 28 ppm 내지 약 37 ppm이었다.

본 발명의 제조 방법을 사용함으로써, 입도가 미세하고 균일하며 알칼리금속의 함량이 매우 저감된 니켈금속분말을 얻을 수 있다.

본 발명의 니케금속분말은, 미세하고 균일한 입도와 매우 낮은 알칼리금속 함량을 가지고 있으므로, 특히 MLCC의 내부전극 형성용 재료로 사용되기에 매우 적합하다.

Claims

유기염기, 니켈전구화합물 및 폴리올을 함유하는 혼합물을 가열하는 단계를 포함하며,

상기 니켈전구화합물은 상기 유기염기와 상기 폴리올에 의하여 환원되어 니켈금속으로 전환되는, 니켈금속분말 제조 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 유기염기는 테트라메틸암모늄 하이드록사이드, 테트라에틸암모늄 하이드록사이드, 테트라부틸암모늄 하이드록사이드, 테트라프로필암모늄 하이드록사이드, 벤질트리메틸암모늄 하이드록사이드, 디메틸디에틸암모늄 하이드록사이드, 에틸트리메틸암모늄 하이드록사이드, 테트라부틸포스포늄 하이드록사이드, 트리메틸아민, 디에틸아민 및 에탄올아민 중에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 혼합물의 가열은, 45 내지 350 ℃의 온도에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 혼합물은 물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 4 항에 있어서, 상기 혼합물의 가열은, 100 내지 350 ℃의 온도에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
제 4 항에 있어서, 상기 혼합물을 가열하는 단계는,

(a) 상기 혼합물을 45 내지 100 ℃의 온도에서 가열하는 단계; 및

(b) 상기 (a)단계 후에, 상기 혼합물을 100 내지 350 ℃의 온도에서 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 혼합물은 1가 알코올을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 혼합물은 핵생성제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따라 제조된 니켈금속분말로서, 나트륨 함량이 0.1 ppm 이상 25 ppm 미만이며, 입자크기가 20 내지 300 nm인 것을 특징으로 하는 니켈금속분말.
삭제
제9항에 따른 니켈금속분말, 유기바인더 및 유기용매를 포함하는 전도성 페이스트에 있어서,

상기 니켈금속분말의 나트륨 함량은 0.1 ppm 이상 25 ppm 미만이고, 입자크기는 20 내지 300 nm인 것을 특징으로 하는 전도성 페이스트.
제11항에 따른 전도성 페이스트로을 사용하여 제조된 니켈내부전극을 포함하는 적층 세라믹 커패시터 (MLCC; multi-layer ceramic capacitor)에 있어서,

상기 니켈내부전극의 나트륨 함량은 0.1 ppm 이상 25 ppm 미만인 것을 특징으로 하는 적층 세라믹 커패시터.