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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
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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

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は改良された銀−パラジウ
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。
【0002】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】金属
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。
【0003】銀粉末、パラジウム粉末、銀およびパラジ
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。
【0004】プリント回路技術はより緻密でより精密な
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。
【0005】金属粉末を製造するために現在使用されて
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。
【0006】エーロゾル分解法は先駆物質溶液の粉末へ
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。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、 A.熱揮発性溶媒中に熱分解性銀含有化合物と熱分解性
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。
【0008】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AgNOおよびPd
(NOは、NOおよび個々にAgとPd金属と
の形に分解される。
【0009】銀含有化合物およびパラジウム含有化合
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、Ag2
4、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。
【0010】本発明の方法において銀源として水溶性の
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。
【0011】作業変数:本発明の方法は次の基本的な規
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。
【0012】銀含有化合物およびパラジウム含有化合物
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。
【0013】本発明のエーロゾルを製造するために、例
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。
【0014】さらに、所定のエーロゾル発生器において
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。
【0015】実際に、銀含有化合物とパラジウム含有化
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。
【0016】本発明の方法を行うことのできる温度範囲
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。
【0017】本発明によりそれぞれの融点よりかなり低
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。
【0018】反応温度に到達し、粒子が十分に緻密にさ
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。
【0019】
【実施例】
試験装置:本実施例で使用される実験装置を図1に示
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。
【0020】
【表1】
【0021】本発明の実施例を示すために、銀−パラジ
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。
【0022】実施例6および7はキャリヤーガスとして
空気を使用して70/30のAg/Pd比率で行った。
2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。
【0023】実施例11〜13は800℃以上の温度で
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。
【0024】本発明にしたがって製造された粒状生成物
(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。
【0025】本発明の方法による銀−パラジウム合金粒
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。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施例で使用される実験装置を示す図。
【図2】実施例1〜3および5で得られたAg/Pd合
金粉末のX線回折パターンを示す図。
【図3】実施例8〜10で得られたAg/Pd合金粉末
のX線回折パターンを示す図。
【図4】実施例11〜13で得られたAg/Pd合金粉
末のX線回折パターンを示す図。
【図5】実施例14で得られたAg/Pd合金粉末のX
線回折パターンを示す図。
【図6】キャリヤーガスとして窒素を使用する水性Ag
NO3およびPd(NO3)2の反応スキームの略図。
フロントページの続き (73)特許権者 593184385 ザ・ユニバーシテイ・オブ・ニユーメキ シコ THE UNIVERSITY OF NEW MEXICO アメリカ合衆国ニユーメキシコ州87131 −6003.アルバカーキ.ノースイース ト.ローマストリート(番地なし) (72)発明者 ハワード・デイビツド・グリツクスマン アメリカ合衆国デラウエア州19807.ウ イルミントン.ハーレクドライブ20 (72)発明者 トイヴオ・タルモ・コーダス アメリカ合衆国ニユーメキシコ州87122. アルバカーキ.ノースイースト.サンラ フイエルアベニユー11102 (72)発明者 タミー・キヤロル・プルイム アメリカ合衆国ミネソタ州56080.セン トクレア.ピー・オー・ボツクス225 (56)参考文献 特開 平5−311212(JP,A) 特開 昭62−1807(JP,A) 特開 昭56−5158(JP,A) 特開 昭64−51162(JP,A) Materials Researc h Bulletin Vol.28,N o.4,(1993)PP.369−376 Journal of Aeroso l Science Vol.24,Su ppl1,(1993)PP.S327−S328 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B22F 9/30

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【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。
  2. 【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。
  3. 【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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