JP2814940B2 - エーロゾル分解による銀−パラジウム合金粉末の製造法 - Google Patents
エーロゾル分解による銀−パラジウム合金粉末の製造法Info
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Description
ム合金粉末の製造法に関する。特に、本発明は高純度で
球形の、十分に緻密な粉末の製造法に関する。
および金属合金粉末は特にエレクトロニクスおよび歯科
産業において多くの重要な用途がある。パラジウムおよ
び銀の混合物はハイブリッド集積回路用の導体組成物に
おいて幅広く使用される。これらは金組成物よりも安価
であり、殆どの誘電体および抵抗体システムと適合し、
また超音波ワイヤ結合に適している。銀へのパラジウム
の添加は回路のはんだ付けに対する適合性を大幅に増大
し、誘電体の燃焼温度との適合性のため銀の融点を上
げ、また誘電性の低下およびショートをひき起こしうる
銀の移行という問題を和らげる。
ウム粉末の混合物、並びに銀−パラジウム合金粉末は多
層セラミックコンデンサー用の電極材料において使用さ
れる。多層セラミックコンデンサーの内部電極のための
厚膜インキの金属成分の特性は金属粉末とインキの有機
媒質との間の、またインキそれ自体とその周囲の誘電体
材料との間の適合性が必要であるため、非常に重要であ
る。均一な大きさで約0.1〜1.0ミクロンの直径を有
し、純粋で結晶性の凝集していない金属粒子が導電性厚
膜ペーストの所望の性質を最大にするため必要である。
電子回路を必要としている。これらの要求を満たすため
に、導線は幅がより細くなり、線間距離がより小さくな
っている。これは多層セラミックコンデンサーがより薄
く、より細い電極を必要としている場合に、特にそうで
ある。緻密で密に詰まった細い線を形成する必要のある
金属粒子は単一の大きさの十分に緻密で滑らかな球形に
できるだけ近いものでなければならない。導線性金属粒
子は小さな粒径、均一な粒度および一様な組成を持たな
ければならない。一般に、銀およびパラジウム粉末の混
合物は所定の比率の銀−パラジウム粉末を生成するため
に使用される。導線のプリントおよび燃焼後、銀および
パラジウム粒子は合金にされる。プリントされる導線が
より小さくなるにつれ、均質性のための要求条件はます
ます重要なものとなる。合金の均質性を確実にするた
め、所望の比率の十分に緻密な銀−パラジウム合金を使
用することが好ましい。
いる多くの方法は銀−パラジウム粉末の製造に応用する
ことができる。例えば、化学還元法、微粒化または微粉
砕のような物理的方法、熱分解および電気化学的方法を
使用することができる。電子用途に使用される銀粉末お
よびパラジウム粉末は一般に化学沈殿法を使用して製造
される。銀粉末および/またはパラジウム粉末の製造に
おいて、金属塩はヒドラジン、ホルムアルデヒド、次亜
リン酸、ヒドロキノン、水素化ホウ素ナトリウム、ギ酸
およびギ酸ナリトウムのような還元剤を使用することに
より還元される。これらの方法は制御するのが非常に難
しく、凝集した異形の粒子になる傾向を示す。所望の銀
/パラジウム比率を達成するために、各粉末は厚膜ペー
ストの製造中に混合される。ある場合には共沈が使用さ
れるが、得られる粉末は通常銀粒子およびパラジウム粒
子の適当な混合物である。本発明は銀−パラジウム合金
の製造のためエーロゾル分解を使用する。
の変換を含む。本法は小滴の生成、ガスを用いた小滴の
熱反応器中への輸送、蒸発による溶媒除去、多孔性固体
粒子を生成するための塩の分解、および十分に緻密で球
形の純粋な粒子を得るための粒子の緻密化を含む。条件
は小滴間または粒子間の相互作用がないようなものであ
る。粉末生成のためのエーロゾル分解法の利用が成功し
にくい主な問題点は粒子形態における制御がしにくいこ
とである。特に、材料は十分に緻密な粒子を生成するた
めにその融点より高い温度で処理する必要があり、また
その融点より低い温度での作業は緻密でない不純な中空
タイプの粒子を与える傾向がある。
パラジウム含有化合物との混合物の不飽和溶液を生成さ
せ、 B.キャリヤーガス中に分散させた工程Aからの溶液の
微細な小滴から本質的になり、小滴の衝突およびその後
の合着により小滴濃度が10%低下する濃度よりも低い
小滴濃度である、エーロゾルを生成させ、 C.エーロゾルを銀含有化合物およびパラジウム含有化
合物の両方の熱分解温度よりも高く、かつ銀−パラジウ
ム合金の融点よりも低い温度に加熱し、それにより
(1)溶媒を揮発させ、(2)銀含有化合物およびパラ
ジウム含有化合物を熱分解して銀、パラジウム、銀−パ
ラジウム合金およびそれらの混合物の微粒子を生成さ
せ、そして(3)粒子が合金を生成しそして緻密化され
る、および D.銀−パラジウム合金の粒子を、キャリヤーガス、反
応副生物および溶媒揮発物から分離する、 順次の工程からなる、十分に緻密化した銀−パラジウム
合金微粒子の製造法に関する。
パラジウム含有化合物用の溶媒に関して使用される「揮
発性」の用語は、最高作業温度に達した時点には、溶媒
が蒸発および/または分解により、蒸気またはガスに完
全に変換することを意味する。本明細書中において、銀
含有化合物およびパラジウム含有化合物に関して使用さ
れる「熱分解性」の用語は、最高作業温度に達した時点
には、化合物が十分に分解して金属および揮発性副生成
物になることを意味する。例えばAgNO3およびPd
(NO3)2は、NOxおよび個々にAgとPd金属と
の形に分解される。
物:可溶性の銀塩およびパラジウム塩は何れも、それが
エーロゾルを生成するのに使用されるキャリヤーガスに
関して不活性であれば本発明の方法に使用することがで
きる。適当な塩の例はAgNO 3、Ag3PO4、Ag2S
O4、Pd(NO3)2、PdSO4、Pd3(PO4)2などで
ある。不溶性の銀またはパラジウム塩は適当でない。銀
含有化合物およびパラジウム含有化合物は0.002モ
ル/リットルから特定の塩の限界溶解度までの濃度で使
用されうる。0.002モル/リットル未満または飽和
の90%より高い濃度を使用しないことが好ましい。
銀塩を、またパラジウム源として水溶性のパラジウム塩
を使用することが望ましいが、にも関わらず本法は水性
または有機溶媒中に溶解された有機金属銀、パラジウム
または混合された銀−パラジウム化合物のような他の溶
媒に溶解しうる化合物を使用することにより効果的に行
うことができる。
準を満たしさえすれば広範囲の作業条件下で行うことが
できる。 1. エーロゾル中の銀含有化合物およびパラジウム含
有化合物の濃度は供給温度における飽和濃度より低いも
のでなければならず、好ましくは液状溶媒を除去する前
の固体の沈殿を防止するため飽和濃度より少なくとも1
0%低い; 2. エーロゾル中の小滴の濃度は小滴の衝突およびそ
の後の合着により小滴濃度が10%減少する濃度より低
いような十分に低いものでなければならない; 3. 反応器の温度は生成した合金の融点より低い。例
えば、70/30のAg/Pdの融点1170℃、40
/60のAg/Pdの融点1335℃、および20/8
0のAg/Pdの融点1420℃より低い。
の飽和点下で作業することが重要であるが、それらの濃
度は本法の作業においてそれ程重要なものではない。非
常に低い濃度の銀含有化合物およびパラジウム化合物を
使用することもできる。しかしながら、通常は単位時間
あたり製造することのできる粒子の量を最大にするため
より高い濃度を使用することが好ましい。
えば噴霧器、衝突噴霧器、超音波噴霧器、振動オリフィ
スエーロゾル発生器、遠心アトマイザー、二流体アトマ
イザー、エレクトロスプレーアトマイザーなどの小滴発
生用の慣用のいずれの装置を使用してもよい。粉末の粒
度は発生した小滴粒度の一次関数である。エーロゾル中
の小滴の大きさは、本発明の実施においては重要ではな
い。しかしながら、上述したように、エーロゾル中の小
滴濃度、すなわちエーロゾルの単位容積当たりの小滴数
は、粒度分布を広げそして粒度を増大させる過剰の合着
を生じさせる程大きくないことが重要である。
は、銀含有化合物およびパラジウム含有化合物の溶液の
濃度は粒度に影響を与える。特に、粒度は濃度の立方根
の近似関数である。したがって、銀含有化合物およびパ
ラジウム含有化合物の濃度がより高いと、沈殿した銀の
粒度はより大きくなる。粒度のより大きな変化が必要な
場合、異なるエーロゾル発生器を使用しなければならな
い。
合物のための溶媒およびこれらの化合物に関して不活性
である気相性物質を本発明の実施においてキャリヤーガ
スとして使用してもよい。適当な気相性物質の例は空
気、窒素、酸素、蒸気、アルゴン、ヘリウム、二酸化炭
素などである。窒素のような酸素を含まないガスは十分
に緻密化された銀−パラジウム合金粒子を最低温度およ
び最高純度で製造することができるため、好ましいキャ
リヤーガスである。
は非常に広く、どちらかがより大きい銀含有化合物また
はパラジウム含有化合物の分解温度から生成する銀−パ
ラジウム合金の融点までの範囲である。パラジウムの比
率がより大きい程、銀−パラジウム合金の融点も大きく
なる。キャリヤーガスとして空気が使用される場合、十
分に緻密化された銀−パラジウム合金粒子を製造するた
めに必要な温度は窒素ガスを使用する場合よりも高い。
い温度で十分に緻密化された球形の銀−パラジウム合金
の製造が可能になる。例えば、1170℃の融点を有す
る十分に緻密な70/30のAg/Pd合金は700℃
付近で製造されうる。1335℃の融点を有する十分に
緻密な40/60のAg/Pd合金は約800℃で製造
されうる。温度の低下は品質を損ねることなく合金粉末
の製造法における有意なエネルギーの節約をもたらす。
エーロゾルを加熱するために使用される装置の種類はそ
れ自体厳密なものではないが、直接または間接加熱の何
れかが使用されうるものである。例えば、チューブ炉を
使用したり、または燃焼炎での直接加熱を使用したりす
ることができる。
れた後、それらはキャリヤーガス、反応副生成物および
溶媒揮発生成物から分離され、そして濾過器、サイクロ
ン、静電分離器、バッグフィルター、フィルターディス
クなどのような装置の1つ以上を使用して粉末が集めら
れる。反応完了時のガスはキャリヤーガス、銀含有化合
物およびパラジウム含有化合物の分解生成物、並びに溶
媒蒸気からなる。したがって、N2をキャリヤーガスと
して使用して水性硝酸銀および硝酸パラジウムから銀−
パラジウム合金粒子を製造する場合、本発明の方法から
の流出ガスは酸化窒素、水およびN2からなる。
す。キャリヤーガス源は調節器およびガス流量計を通し
てN2または空気を供給する。キャリヤーガスの流量は
反応器中のエーロゾルの滞留時間を決定した。硝酸塩先
駆物質溶液は95/5、70/30、40/60および
20/80のAg/Pd重量比で製造されたAgNO3
およびPd(NO3)2の混合物であった。溶液濃度は0.
1〜1.0重量%のAg/Pdと変えた。超音波発生器
は修正 Pollenex 家庭用給湿器であり、それはプラスチ
ック膜底を有するガラス室が先駆物質溶液で満たされ、
給湿器の圧電素子の上に配置されるとエーロゾルを発生
した。反応器は90cmの熱領域を有するLindberg3ゾー
ン炉であった。152.4cmの Coors ムライトレクター
チューブ(外径9cm、内径8cm)を使用した。キャリヤ
ーガス流量は表1の実施例1を除いて9.4秒の一定反
応器滞留時間を維持するように各温度について調節し
た。熱ステンレス鋼フィルターホルダーにより支えられ
た膜フィルター上で粒子を集めた。フィルターは直径1
47mmの Gelman フィルターホルダーで支えられた Tuf
fryn 膜フィルター(直径142mm、孔径0.45)であっ
た。本発明の方法を示す14の実験を行った。これらの
実施例の作業条件をそれから生成した銀−パラジウム合
金粒子の所定の特性とともに下の表1に示す。
ウム合金粒子を70/30、40/60、20/80お
よび95/5の銀/パラジウム比率で製造した。実施例
1〜5はキャリヤーガスとしてN2を使用して600℃
以上の温度で製造した比率が70/30の純粋な銀−パ
ラジウム合金粉末を示す。図2のX線回折は600℃で
はPdOがまだ存在し、他方、十分に緻密なAg/Pd
合金粉末が700℃で製造されることを示している。さ
らに、最も強いピークはAg/Pd合金を表示するAg
およびPdの予想値の間に位置した。
空気を使用して70/30のAg/Pd比率で行った。
N2ガスと違って、700℃での実験は減量により示さ
れる少量の不純物を与えた。このことはキャリヤーガス
として空気を使用して同様の粉末を製造するためにはよ
り高温にする必要があることを意味する。実施例8〜1
0は700℃以上の温度で製造した比率が40/60の
純粋な銀−パラジウム合金粉末を示す。図3のX線回折
パターンは700℃では少量のPdOがまだ存在するこ
とを示している。
製造した比率が20/80の純粋な銀−パラジウム合金
粉末を示す。600℃での実験は少量の減量をもたら
し、800℃での実施例はさらに図4のX線回折パター
ンで少量のPdOが存在することを示した。実施例14
は95/5のような銀のパラジウムに対する割合が非常
に高い比率において、純粋で緻密な銀−パラジウム合金
粒子がキャリヤーガスとしてN2を使用して600℃の
ような低い温度で製造されることを証明している。X線
回折パターンを図5に示す。
(実施例3〜5、7、10、13および14)の走査電
子顕微鏡法(SEM)および透過型電子顕微鏡法(TE
M)による検査は粒子が緻密で球形であることを示し
た。本発明のエーロゾル分解法により製造された銀−パ
ラジウム合金粉末は純粋で緻密な合着していない球形粒
子であり、またエーロゾル発生器および金属塩溶液の濃
度に応じて制御された粒度を有する。本発明により製造
された銀−パラジウム合金粉末は不純物、異形、凝集が
なく、または溶液沈殿により製造される銀−パラジウム
粉末で一般に見られる非合金混合物ではない。さらに、
十分に反応して緻密化された銀−パラジウム合金粉末は
特定の合金の融点よりも有意に低い温度で製造された。
子は反応系が水性AgNO3およびPd(NO3)2をベー
スにし、キャリヤーガスが窒素である場合、次の順序に
従って製造される: (1) エーロゾルを溶媒の蒸発温度以上に加熱する
と、エーロゾル小滴から溶媒が蒸発し、それによりAg
NO3およびPd(NO3)2の両方を含有する多孔性粒子
を生成し; (2) 粒子をさらに加熱すると、AgNO3が分解し
て多孔性Ag粒子を、またPd(NO3)2が分解して多孔
性PdO粒子を生成し; (3) 温度の上昇を継続すると、PdO粒子が分解し
てPd粒子を生成し、それはAg粒子と反応して合金を
生成し; (4) 反応炉中で残りの滞留時間の間に多孔性銀−パ
ラジウム合金粒子は十分に緻密化され、結晶化する。こ
の反応スキームの略図を図6に示す。
金粉末のX線回折パターンを示す図。
のX線回折パターンを示す図。
末のX線回折パターンを示す図。
線回折パターンを示す図。
NO3およびPd(NO3)2の反応スキームの略図。
Claims (3)
- 【請求項1】 A.熱揮発性溶媒中に50%以上の熱分
解性銀含有化合物と50%以下の熱分解性パラジウム含
有化合物との混合物の不飽和溶液を生成させ、 B.キャリヤーガス中に分散させたA工程からの溶液の
微細な小滴から本質的になるエーロゾルであって、エー
ロゾル中の小滴濃度が小滴の衝突およびその後の合着に
より小滴濃度が10%低下する濃度よりも低いエーロゾ
ルを生成させ、 C.エーロゾルを600〜900℃の操作温度である
が、銀−パラジウム合金の融点よりも低い温度に十分な
滞留時間で加熱し、それにより(1)溶媒を揮発させ、
(2)銀含有化合物とパラジウム含有化合物とを分解し
て純粋な相の銀−パラジウム合金の微粒子を生成させ、
そして(3)その微粒子を十分に緻密化する、そして D.銀−パラジウム合金の粒子を、キャリヤーガス、反
応副生物および溶媒の揮発生成物から分離する、 順次の工程からなる、純粋な相の十分に緻密化した銀−
パラジウム合金微粒子の製造法。 - 【請求項2】 A.熱揮発性溶媒中に50%より少ない
熱分解性銀含有化合物と50%より多い熱分解性パラジ
ウム含有化合物との混合物の不飽和溶液を生成させ、 B.キャリヤーガス中に分散させたA工程からの溶液の
微細な小滴から本質的になるエーロゾルであって、エー
ロゾル中の小滴濃度が小滴の衝突およびその後の合着に
より小滴濃度が10%低下する濃度よりも低いエーロゾ
ルを生成させ、 C.エーロゾルを800〜1000℃の操作温度である
が、銀−パラジウム合金の融点よりも低い温度に十分な
滞留時間で加熱し、それにより(1)溶媒を揮発させ、
(2)銀含有化合物とパラジウム含有化合物とを分解し
て純粋な相の銀−パラジウム合金の微粒子を生成させ、
そして(3)その微粒子を十分に緻密化する、そして D.銀−パラジウム合金の粒子を、キャリヤーガス、反
応副生物および溶媒の揮発生成物から分離する、 順次の工程からなる、純粋な相の十分に緻密化した銀−
パラジウム合金微粒子の製造法。 - 【請求項3】 キャリヤーガスが窒素である請求項1ま
たは2記載の方法。
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