JP7538985B2 - A method for forming a conductive layer on a surface of a substrate or a component by using a paste in which a collection of metal nanoparticles is dispersed in an organic compound, or a method for joining substrates or components, or joining substrates or components together - Google Patents
A method for forming a conductive layer on a surface of a substrate or a component by using a paste in which a collection of metal nanoparticles is dispersed in an organic compound, or a method for joining substrates or components, or joining substrates or components together Download PDFInfo
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Description
本発明は、熱分解で金属を析出する金属化合物の結晶をナノサイズに粉砕し、該粉砕した結晶の集まりを、金属化合物の熱分解温度より高い沸点を持つ有機化合物に分散し、この後、該粉砕した結晶を熱分解し、金属のナノ粒子の集まりを有機化合物に分散させる。さらに、有機化合物に溶解する有機溶剤を、予め設定したペーストの粘度となる混合割合で混合し、予め設定した粘度を有するペーストを製造する。
本ペーストを基材ないしは部品の表面に塗布し、有機化合物を気化させると、基材ないしは部品の表面に、ペーストの粘度に応じた厚みで、金属結合した金属のナノ粒子の集まりからなる導電層が形成される。つまり、ペーストからなる塗膜を有機化合物の沸点に昇温すると、金属のナノ粒子が析出した際の温度より高い温度に金属のナノ粒子が昇温されてナノ粒子が活性化し、活性化した金属のナノ粒子の集まりが重なり合って析出し、析出した金属のナノ粒子同士が接触部で金属結合し、金属結合した金属のナノ粒子の集まりからなる導電層が、ペーストの粘度に応じた厚みで、基材ないしは部品の表面に形成される。
また、ペーストを基材ないしは部品に塗布ないしは滴下し、有機化合物を気化させると、粘度に応じた厚みないしは量で、金属結合した金属のナノ粒子の集まりからなる接合層が基材ないしは部品に形成される。接合層の接合力は、金属結合した金属のナノ粒子の集まりの厚みないしは量に依存する。このため、厚みを厚くする、ないしは量を多くすることで、従来のハンダ付けやロウ付けにおけるロウ材として用いることができる。さらに、基材ないしは部品を、あるいは、基材同士ないしは部品同士を、金属結合した金属のナノ粒子の集まりを介して接合する接合剤として用いることができる。
本発明のペーストは、用途に応じて予めペーストの粘度を設定し、接合力を担う接合層の厚みないしは量が、ペーストの粘度で変えられるため、接合層の接合力が変えられ、ペーストを用いる用途が広がる。なお、本発明において基材とは、部品を製作する際に用いる材料を基材と定義する。例えば、銅板を加工して銅部品を製造する場合は、銅部品を加工する際に用いる材料である銅板が基材になる。
In the present invention, crystals of a metal compound that precipitates a metal upon thermal decomposition are crushed to nano size, the crushed crystal clusters are dispersed in an organic compound having a boiling point higher than the thermal decomposition temperature of the metal compound, and then the crushed crystals are thermally decomposed to disperse the metal nanoparticle clusters in the organic compound.Furthermore, an organic solvent that dissolves in the organic compound is mixed in a mixing ratio that results in a preset viscosity of the paste, to produce a paste having a preset viscosity.
When this paste is applied to the surface of a substrate or a part and the organic compound is vaporized, a conductive layer consisting of a collection of metallic nanoparticles is formed on the surface of the substrate or part with a thickness according to the viscosity of the paste. In other words, when the coating film made of the paste is heated to the boiling point of the organic compound, the metallic nanoparticles are heated to a temperature higher than the temperature at which the metallic nanoparticles were precipitated, activating the nanoparticles, and the activated metallic nanoparticles are precipitated in overlapping groups, and the precipitated metallic nanoparticles are metallically bonded at the contact points, forming a conductive layer consisting of a collection of metallic nanoparticles on the surface of the substrate or part with a thickness according to the viscosity of the paste.
Furthermore, when the paste is applied or dropped onto a substrate or component and the organic compound is vaporized, a bonding layer consisting of a collection of metallic nanoparticles is formed on the substrate or component with a thickness or amount depending on the viscosity. The bonding strength of the bonding layer depends on the thickness or amount of the collection of metallic nanoparticles. Therefore, by increasing the thickness or amount, it can be used as a brazing material in conventional soldering or brazing. Furthermore, it can be used as a bonding agent for bonding substrates or components, or substrates or components together, via the collection of metallic nanoparticles.
The paste of the present invention has a viscosity that is preset according to the application, and the thickness or amount of the bonding layer that provides the bonding force can be changed by the viscosity of the paste, so that the bonding force of the bonding layer can be changed and the applications of the paste can be expanded. In the present invention, the substrate is defined as the material used when manufacturing the parts. For example, when manufacturing copper parts by processing a copper plate, the copper plate, which is the material used when processing the copper parts, becomes the substrate.
本発明に先行して、本発明者は、個々の金属のナノ粒子が、有機化合物に取り囲まれて分散した懸濁液の製造に係る発明を、特願2020-178481(令和2年10月23日出願)として出願した。該先願では、金属化合物の個々の微細結晶を液体の有機化合物に取り囲んで微細結晶を分散した懸濁液を作成し、さらに、微細結晶を熱分解し、金属のナノ粒子の集まりを析出させ、この後、懸濁液を有機化合物の蒸気圧より低い圧力に減圧させ、懸濁液から有機化合物を気化させる。つまり、先願では、金属のナノ粒子が活性化し、ナノ粒子同士が凝集することを防ぐため、懸濁液を有機化合物の蒸気圧より低い圧力に減圧させ、懸濁液から有機化合物を気化させ、金属のナノ粒子の集まりを析出させた。このため、先願の有機化合物は、沸点が金属化合物の熱分解温度より30℃以内の温度だけ高い性質を持つ。
これに対し、本発明におけるペーストは導電層や接合層の形成に用いるため、基材や部品の材質に拘わらず、様々な材質の基材ないしは部品に塗布ないしは滴下したペーストが、基材ないしは部品に濡れる必要がある。このため、本発明における金属のナノ粒子を分散させる有機化合物は、20℃における表面張力が30ミリニュートン毎メートル以下である。また、基材ないしは部品をペーストによって接合する際は、基材ないしは部品の重量に応じて、接合層の厚みないしは量を変え、接合力を変える必要がある。このため、20℃におけるペーストの粘度が20ミリパスカル秒以下の予め設定した粘度になるように、有機化合物に溶解する有機溶剤の混合割合を変え、ペーストを予め設定した粘度にした。
さらに、本発明のペーストによって導電層や接合層を形成する場合は、ペーストに分散させた金属のナノ粒子を活性化させ、活性化した金属のナノ粒子の集まりを重なり合って析出させ、重なり合った金属のナノ粒子同士を接触部で金属結合させ、金属結合した金属のナノ粒子の集まりからなる導電層や接合層を形成する。このため、沸点が金属化合物の熱分解温度より高い有機化合物を金属のナノ粒子を分散させる媒体として用い、ペーストから有機化合物を気化させることで、金属のナノ粒子が析出した温度より高い温度に昇温され、金属のナノ粒子が活性化し、活性化した金属のナノ粒子の集まりが重なり合って析出し、析出した金属のナノ粒子同士を金属結合させた。
Prior to the present invention, the inventor filed an invention relating to the production of a suspension in which individual metal nanoparticles are surrounded and dispersed in an organic compound as Japanese Patent Application No. 2020-178481 (filed on October 23, 2020). In the prior application, a suspension in which individual fine crystals of a metal compound are surrounded by a liquid organic compound to disperse the fine crystals is prepared, and the fine crystals are further pyrolyzed to precipitate a collection of metal nanoparticles. Thereafter, the suspension is decompressed to a pressure lower than the vapor pressure of the organic compound, and the organic compound is vaporized from the suspension. In other words, in the prior application, in order to prevent the metal nanoparticles from being activated and the nanoparticles from agglomerating, the suspension is decompressed to a pressure lower than the vapor pressure of the organic compound, the organic compound is vaporized from the suspension, and a collection of metal nanoparticles is precipitated. For this reason, the organic compound of the prior application has a boiling point that is higher by a temperature within 30° C. than the thermal decomposition temperature of the metal compound.
In contrast, since the paste in the present invention is used to form a conductive layer or a bonding layer, the paste applied or dropped onto the substrate or component of various materials must wet the substrate or component, regardless of the material of the substrate or component. For this reason, the organic compound dispersing the metal nanoparticles in the present invention has a surface tension of 30 millinewtons per meter or less at 20° C. In addition, when bonding the substrate or component with the paste, it is necessary to change the thickness or amount of the bonding layer and change the bonding force according to the weight of the substrate or component. For this reason, the mixing ratio of the organic solvent dissolved in the organic compound is changed so that the viscosity of the paste at 20° C. is a preset viscosity of 20 millipascal seconds or less, and the paste has a preset viscosity.
Furthermore, when a conductive layer or a bonding layer is formed by using the paste of the present invention, the metal nanoparticles dispersed in the paste are activated, a collection of activated metal nanoparticles is precipitated in an overlapping manner, and the overlapping metal nanoparticles are metallically bonded at the contact portion to form a conductive layer or a bonding layer consisting of a collection of metallic nanoparticles that are metallically bonded. For this reason, an organic compound having a boiling point higher than the thermal decomposition temperature of the metal compound is used as a medium for dispersing the metal nanoparticles, and the organic compound is vaporized from the paste, thereby raising the temperature to a temperature higher than the temperature at which the metal nanoparticles were precipitated, activating the metal nanoparticles, causing the activated collection of metal nanoparticles to precipitate in an overlapping manner, and metallically bonding the precipitated metal nanoparticles.
金属のナノ粒子を有機化合物に分散した従来の導電性ペーストは、有機化合物で覆われた金属のナノ粒子を用いている。このため、ナノ粒子を覆う有機化合物が気化する際に、ボイドが発生する。つまり、金属のナノ粒子同士が容易に凝集するため、金属のナノ粒子の集まりを、直接有機化合物に分散させることはできない。このため、有機化合物で覆われた金属のナノ粒子の集まりを用い、該金属のナノ粒子の集まりを有機化合物に分散した導電性ペーストを製造する。
例えば、特許文献1には、アミノ基を含有する有機化合物で保護され、平均粒子径が30-400nmである金属ナノ粒子と、高級脂肪酸で保護され、平均粒子径が1-5μmである金属粒子とが、有機溶剤と樹脂成分とに分散した導電性ペーストを製造し、該導電性ペーストを焼成し、厚みが30μm以上の配線板を形成することが記載されている。
実施例の記載に依れば、メディアン径が310nmに及ぶ銀のナノ粒子は、アルキルアミンで保護されている。次に、メディアン径が0.8μm、1μm、2.3μm、2.9μm、5μm、7μmである銀粒子を高級脂肪酸で保護する。さらに、銀ナノ粒子及び銀粒子と、有機溶剤と樹脂成分とに分散し、導電性ペーストを製造する。導電性ペーストを基板に印刷し、150℃で30分間熱処理し、膜厚は30μm以上の銀の膜を形成する。
つまり、アルキルアミンで被覆された金属のナノ粒子の集まりだけで、導電性ペーストを形成した場合には、前記したようにボイドが発生する。このため、メディアン径が大きく異なる銀粒子を高級脂肪酸で被覆し、銀粒子と銀のナノ粒子を併用することで、ボイドが発生しても、銀のナノ粒子が銀粒子同士を接合するため、銀が連続して接合した導電経路によって導電層が形成されると考える。
しかしながら、銀のナノ粒子を保護する有機化合物の沸点と、銀粒子を保護する高級脂肪酸と樹脂成分との沸点の記載がないため、150℃で30分間熱処理することで、析出した銀のナノ粒子同士が接合するのか、また、銀のナノ粒子が銀粒子に接合するのかが不明である。また、150℃で樹脂成分が完全に気化するかが不明である。また、膜厚が30μm以上と厚い配線板に、前記した複雑な工程によって、銀の粒子の集まりによって配線板を形成する意義が不明である。
また、特許文献2には、炭素数8-200のポリエチレンオキシド構造含有有機化合物が複合した金属ナノ粒子と、沸点150℃以上の有機溶媒とを含有することを特徴とする、ビア又はトレンチの充填に用いる導電性ペーストが記載されている。
特許文献2では、金属のナノ粒子の保護剤中の分散部位にアルキル鎖が存在する金属のナノ粒子を用いるため、導電性ペーストを焼成した際に、金属のナノ粒子を覆う有機化合物が気化し、有機化合物の気化に依る体積収縮率が大きいため、ボイドが発生する。この課題を解決するために、炭素数8-200のポリエチレンオキシド構造含有有機化合物で金属のナノ粒子を複合化し、さらに、沸点150℃以上の有機溶媒に分散させた。従って、特許文献1と同様に、既存の金属のナノ粒子を用いず、金属のナノ粒子が直接有機化合物に析出させることができれば、特許文献2に記載した技術は不要になる。
Conventional conductive pastes in which metal nanoparticles are dispersed in an organic compound use metal nanoparticles covered with an organic compound. Therefore, when the organic compound covering the nanoparticles evaporates, voids are generated. In other words, since metal nanoparticles easily aggregate with each other, it is not possible to directly disperse a collection of metal nanoparticles in an organic compound. For this reason, a conductive paste is manufactured in which a collection of metal nanoparticles covered with an organic compound is used and the collection of metal nanoparticles is dispersed in an organic compound.
For example, Patent Document 1 describes a method of producing a conductive paste in which metal nanoparticles protected by an organic compound containing an amino group and having an average particle size of 30-400 nm, and metal particles protected by a higher fatty acid and having an average particle size of 1-5 μm are dispersed in an organic solvent and a resin component, and the conductive paste is fired to form a wiring board having a thickness of 30 μm or more.
According to the description of the examples, silver nanoparticles with a median diameter of 310 nm are protected with alkylamine. Next, silver particles with median diameters of 0.8 μm, 1 μm, 2.3 μm, 2.9 μm, 5 μm, and 7 μm are protected with higher fatty acid. Furthermore, silver nanoparticles and silver particles are dispersed in an organic solvent and a resin component to produce a conductive paste. The conductive paste is printed on a substrate and heat-treated at 150° C. for 30 minutes to form a silver film with a thickness of 30 μm or more.
In other words, if a conductive paste is formed only from a collection of metal nanoparticles coated with alkylamine, voids will occur as described above. Therefore, by coating silver particles with significantly different median diameters with higher fatty acids and using silver particles and silver nanoparticles together, even if voids occur, the silver nanoparticles will bond the silver particles together, and a conductive layer will be formed by a conductive path in which silver particles are continuously bonded.
However, since there is no description of the boiling point of the organic compound that protects the silver nanoparticles and the boiling point of the higher fatty acid that protects the silver particles and the resin component, it is unclear whether the precipitated silver nanoparticles will be bonded to each other or whether the silver nanoparticles will be bonded to the silver particles by heat treatment at 150°C for 30 minutes. It is also unclear whether the resin component will be completely vaporized at 150°C. In addition, the significance of forming a wiring board by a collection of silver particles through the above-mentioned complicated process on a thick wiring board with a film thickness of 30 μm or more is unclear.
Furthermore, Patent Document 2 describes a conductive paste used for filling vias or trenches, which is characterized by containing metal nanoparticles composited with an organic compound having a polyethylene oxide structure and having 8 to 200 carbon atoms, and an organic solvent having a boiling point of 150° C. or higher.
In Patent Document 2, metal nanoparticles having alkyl chains at the dispersion sites in the protective agent for the metal nanoparticles are used, so that when the conductive paste is baked, the organic compound covering the metal nanoparticles vaporizes, and voids are generated due to the large volume shrinkage rate caused by the vaporization of the organic compound. To solve this problem, metal nanoparticles are composited with an organic compound containing a polyethylene oxide structure having 8 to 200 carbon atoms, and further dispersed in an organic solvent having a boiling point of 150° C. or higher. Therefore, if metal nanoparticles can be directly precipitated in an organic compound without using existing metal nanoparticles, as in Patent Document 1, the technology described in Patent Document 2 will become unnecessary.
前記したように、個々の金属のナノ粒子が有機化合物で覆われた金属のナノ粒子を用い、該金属のナノ粒子の集まりを分散した導電性ペーストを昇温して導電層を形成する際に、金属のナノ粒子を覆う有機化合物が気化し、該有機化物の気化によって、隣接する金属のナノ粒子の間にボイドが発生し、該ボイドの発生によって金属のナノ粒子同士が直接接合できず、金属のナノ粒子の集まりが連続して接合することで形成される導電経路が形成されない。このため、有機化合物で覆われた金属のナノ粒子の集まりを有機化合物に分散した導電性ペーストは、導電層を形成する原料にならない。
これに対し、金属のナノ粒子が析出する温度より沸点が高い有機化合物中に、金属のナノ粒子を直接析出させ、金属のナノ粒子の集まりを分散したペーストを製造する。つまり、金属のナノ粒子を析出するナノサイズの原料となる金属化合物を有機化合物中に分散させ、有機化合物中で原料を金属のナノ粒子に化学変化させ、金属のナノ粒子を析出させる。該ペーストを塗布した塗膜から有機化合物を気化する。この際、金属のナノ粒子の原料を化学変化させ、金属のナノ粒子が析出した温度より高い温度にペーストが昇温されたため、ペーストに分散されていた金属のナノ粒子が活性状態になる。従って、有機化合物が気化すると、活性状態になった金属のナノ粒子の集まりが重なり合って析出する。さらに、活性状態の金属のナノ粒子同士が重なり合った接触部で金属結合し、金属結合した金属のナノ粒子の集まりは、連続した導電経路を形成する。この結果、金属のナノ粒子の集まりからなる導電層が形成される。さらに、金属結合した金属のナノ粒子の集まりの厚みないしは量が自在に変えられれば、ペーストは導電層の形成に留まらず、ロウ材や接合剤としても使用できる。こうしたペーストを実現するには、次の7つの条件が必要になる。
第一に、金属のナノ粒子の原料の大きさは、ナノレベルと小さい。第二に、金属のナノ粒子の原料を、金属のナノ粒子が析出する温度より沸点が高い有機化合物に分散させる。第三に、有機化合物中で金属のナノ粒子を析出させ、該金属のナノ粒子を有機化合物に分散させる。第四に、析出した金属のナノ粒子は、有機化合物とは反応しない。いっぽう、ペーストの粘度が低くなるほど、ペーストを塗布した塗膜の厚みが薄くなり、塗膜から有機化合物を気化させると、金属のナノ粒子の集まりからなる導電層の厚みは薄くなる。しかし、導電層の厚みは、用途に応じた厚みが必要になり、塗膜の厚みが変えられることが必要になる。また、ペーストをロウ材や接合剤として用いる場合は、接合する基材や部品の重量に応じて接合力を変える必要があり、滴下したペーストの厚みが自在に変えられることが必要になる。従って、第五に、ペーストの粘度が自在に変えられる。いっぽう、ペーストから有機化合物を気化させると、金属のナノ粒子の集まりが重なり合って析出する。しかし、金属のナノ粒子が活性状態でなければ、析出した金属のナノ粒子同士が接触部で金属結合しない。このため、第六に、ペーストから有機化合物を気化させると、金属のナノ粒子が活性状態になる。さらに、ペーストの濡れ性が優れていれば、基材や部品にペーストを塗布ないしは滴下すると、基材や部品の材質に拘わらず、塗膜ないしは液滴が、基材や部品に形成できる。このため、第七に、ペーストを構成する有機化合物の表面張力が小さい。これらの7つの条件を満たしたペーストが製造できれば、導電層を形成するペーストに留まらず、ハンダ付けやロウ付けにおけるロウ材として用いることができる。さらに、ペーストを接合部に塗布することで、基材ないしは部品を、あるいは、基材同士ないしは部品同士を、金属結合した金属のナノ粒子の集まりを介して接合する接合剤として用いることができる。
本発明の課題は、7つの条件を満たしたペーストを実現することにある。
As described above, when a conductive layer is formed by heating a conductive paste in which a group of metal nanoparticles is dispersed using metal nanoparticles in which each individual metal nanoparticle is covered with an organic compound, the organic compound covering the metal nanoparticles vaporizes, and the vaporization of the organic compound causes voids to form between adjacent metal nanoparticles, and the generation of the voids prevents direct bonding between the metal nanoparticles, and a conductive path formed by continuous bonding of the group of metal nanoparticles is not formed. Therefore, a conductive paste in which a group of metal nanoparticles covered with an organic compound is dispersed in an organic compound cannot be used as a raw material for forming a conductive layer.
In contrast, metal nanoparticles are directly precipitated in an organic compound with a boiling point higher than the temperature at which metal nanoparticles are precipitated, and a paste in which a collection of metal nanoparticles is dispersed is produced. That is, a metal compound that is a nano-sized raw material for precipitating metal nanoparticles is dispersed in an organic compound, and the raw material is chemically converted to metal nanoparticles in the organic compound, and the metal nanoparticles are precipitated. The organic compound is vaporized from the coating film on which the paste is applied. At this time, the raw material of the metal nanoparticles is chemically converted, and the paste is heated to a temperature higher than the temperature at which the metal nanoparticles are precipitated, so that the metal nanoparticles dispersed in the paste become active. Therefore, when the organic compound is vaporized, the collection of activated metal nanoparticles overlaps and precipitates. Furthermore, the activated metal nanoparticles are metallically bonded at the contact parts where they overlap, and the metallically bonded collection of metal nanoparticles forms a continuous conductive path. As a result, a conductive layer made of a collection of metal nanoparticles is formed. Furthermore, if the thickness or amount of the metal nanoparticles bonded together could be freely adjusted, the paste could be used not only for forming conductive layers but also as a brazing material or adhesive. To realize such a paste, the following seven conditions are necessary:
First, the size of the raw material of the metal nanoparticles is small, at the nano level. Second, the raw material of the metal nanoparticles is dispersed in an organic compound with a boiling point higher than the temperature at which the metal nanoparticles are precipitated. Third, the metal nanoparticles are precipitated in the organic compound, and the metal nanoparticles are dispersed in the organic compound. Fourth, the precipitated metal nanoparticles do not react with the organic compound. On the other hand, the lower the viscosity of the paste, the thinner the thickness of the coating film on which the paste is applied, and when the organic compound is evaporated from the coating film, the thickness of the conductive layer consisting of a collection of metal nanoparticles becomes thinner. However, the thickness of the conductive layer needs to be a thickness according to the application, and it is necessary to be able to change the thickness of the coating film. In addition, when the paste is used as a brazing material or a bonding agent, it is necessary to change the bonding force according to the weight of the substrate or part to be bonded, and it is necessary to be able to freely change the thickness of the dropped paste. Therefore, fifthly, the viscosity of the paste can be freely changed. On the other hand, when the organic compound is evaporated from the paste, the collection of metal nanoparticles overlap and precipitate. However, if the metal nanoparticles are not in an active state, the deposited metal nanoparticles will not be metallically bonded at the contact points. Sixthly, when the organic compound is vaporized from the paste, the metal nanoparticles are activated. Furthermore, if the wettability of the paste is excellent, when the paste is applied or dripped onto a substrate or a component, a coating film or droplets can be formed on the substrate or component, regardless of the material of the substrate or component. Seventhly, the surface tension of the organic compound constituting the paste is small. If a paste that satisfies these seven conditions can be manufactured, it can be used not only as a paste for forming a conductive layer, but also as a brazing material in soldering or brazing. Furthermore, by applying the paste to a joint, it can be used as a bonding agent that bonds substrates or components, or substrates or components together, via a collection of metallically bonded metal nanoparticles.
The object of the present invention is to realize a paste that satisfies the seven conditions.
本発明における金属のナノ粒子の集まりが有機化合物に分散されたペーストを製造する方法は、
メタノールに分散するが、メタノールに溶解しない第一の性質と、熱分解で金属を析出する第二の性質を兼備する金属化合物をメタノールに分散し、該金属化合物のメタノール分散液を作成する、さらに、該金属化合物のメタノール分散液からメタノールを気化させ、前記金属化合物の結晶の集まりを析出させる、
この後、前記金属化合物の結晶の集まりを容器に充填し、該容器内の前記金属化合物の結晶の集まりの表面の全体を覆う板材を、該金属化合物の結晶の集まりの表面に被せ、さらに、該板材の表面全体に圧縮荷重を加え、前記容器内の前記金属化合物の結晶の集まりを粉砕する、さらに、前記板材に圧縮荷重を加える処理を停止した後に、前記容器に前後、左右、上下の3方向の衝撃加速度を加え、前記金属化合物の結晶の粉砕によって形成された前記容器内の空隙に、前記粉砕された金属化合物の結晶を移動させ、該容器内で前記粉砕された金属化合物の結晶の集まりを再配列させる、この後、前記板材の表面全体に再度前記圧縮荷重を加え、さらに、前記板材に圧縮荷重を加える処理を停止した後に、前記容器に再度前記3方向の衝撃加速度を加える、こうした前記圧縮荷重を加える処理と前記衝撃加速度を加える処理とからなる一対の処理を繰り返し、前記板材に圧縮荷重を加えた際に、該板材に前記圧縮荷重に対する反発力が発生した時点で、前記金属化合物の結晶の粉砕が完了したと判断し、前記一対の処理を停止し、さらに、前記板材を前記容器から取り外す、
この後、融点が15℃より低い第一の性質と、前記金属化合物が溶解及び分散しない第二の性質と、沸点が前記金属化合物の熱分解温度より高い第三の性質と、前記金属化合物の熱分解で析出する金属のナノ粒子と化学反応を起こさない第四の性質と、20℃における表面張力が30ミリニュートン毎メートル以下である第五の性質とからなる5つの性質を兼備する液体の有機化合物を、前記金属化合物の結晶の集まりの重量より多い重量として秤量し、該秤量した液体の有機化合物を前記容器に充填して攪拌し、前記金属化合物の粉砕された結晶の集まりが、前記液体の有機化合物に分散された懸濁液を前記容器内に作成する、
この後、前記容器を、前記粉砕された金属化合物の結晶を熱分解させる雰囲気に配置させ、さらに、前記粉砕された金属化合物の結晶が熱分解する温度に昇温する、この処理によって、金属のナノ粒子が前記液体の有機化合物に囲まれて析出し、前記容器内に、前記金属のナノ粒子の集まりが前記液体の有機化合物中に分散した構成からなるペーストが製造される、
この後、前記ペーストの20℃における粘度が、20ミリパスカル秒以下からなる予め設定した粘度になるように、前記液体の有機化合物に溶解ないしは混和する第一の性質と、沸点が前記液体の有機化合物の沸点より低い第二の性質とを兼備する有機溶剤を、前記ペーストに混合する混合割合を変えて混合し、前記予め設定した粘度を有するペーストを前記容器内に製造する、金属のナノ粒子の集まりが有機化合物に分散されたペーストを製造する方法。
The method for producing a paste in which a collection of metal nanoparticles is dispersed in an organic compound according to the present invention includes the steps of:
A metal compound having both a first property of being dispersed in methanol but not dissolved in methanol and a second property of precipitating a metal by thermal decomposition is dispersed in methanol to prepare a methanol dispersion of the metal compound; and further, methanol is evaporated from the methanol dispersion of the metal compound to precipitate a crystal cluster of the metal compound.
Then, the collection of crystals of the metal compound is filled into a container, a plate material that covers the entire surface of the collection of crystals of the metal compound in the container is placed on the surface of the collection of crystals of the metal compound, and a compressive load is applied to the entire surface of the plate material to crush the collection of crystals of the metal compound in the container. After the process of applying the compressive load to the plate material is stopped, impact acceleration is applied to the container in three directions, namely, front-back, left-right, and up-down, to move the crushed crystals of the metal compound to the gaps in the container formed by the crushing of the crystals of the metal compound, and rearrange the crushed collection of crystals of the metal compound in the container. Then, the compressive load is applied again to the entire surface of the plate material, and after the process of applying the compressive load to the plate material is stopped, impact acceleration is applied again to the container in the three directions. Such a pair of processes consisting of the process of applying the compressive load and the process of applying the impact acceleration are repeated, and when a repulsive force against the compressive load is generated in the plate material when the compressive load is applied to the plate material, it is determined that the crushing of the crystals of the metal compound is completed, and the pair of processes is stopped, and the plate material is removed from the container.
Then, a liquid organic compound having five properties, namely, a first property of a melting point lower than 15°C, a second property of the metal compound not dissolving or dispersing therein, a third property of a boiling point higher than the thermal decomposition temperature of the metal compound, a fourth property of not reacting chemically with metal nanoparticles precipitated by thermal decomposition of the metal compound, and a fifth property of a surface tension of 30 millinewtons per meter or less at 20°C, is weighed out in a weight greater than the weight of the aggregate of crystals of the metal compound, and the weighed liquid organic compound is filled into the container and stirred to create a suspension in the container in which the aggregate of crushed crystals of the metal compound is dispersed in the liquid organic compound.
Thereafter, the container is placed in an atmosphere in which the crushed metal compound crystals are thermally decomposed, and the temperature is raised to a temperature at which the crushed metal compound crystals are thermally decomposed. Through this process, metal nanoparticles are precipitated surrounded by the liquid organic compound, and a paste consisting of a collection of the metal nanoparticles dispersed in the liquid organic compound is produced in the container.
Then, an organic solvent having a first property of dissolving or being mixed in the liquid organic compound and a second property of having a boiling point lower than the boiling point of the liquid organic compound is mixed into the paste at varying mixing ratios so that the viscosity of the paste at 20°C becomes a preset viscosity of 20 millipascal seconds or less, thereby producing a paste having the preset viscosity in the container.
つまり、本製造方法によれば、次の6つの極めて簡単な処理を連続して実施すると、容器内に、10nm前後の大きさの金属のナノ粒子が有機化合物に分散したペーストが製造される。このペーストは、5段落に記載した7つの条件を満たす。
第一の処理は、金属化合物を、最も汎用的な溶剤であるメタノールに分散するだけの処理である。第二の処理は、メタノール分散液からメタノールを気化するだけの処理である。第三の処理は、容器に充填した金属化合物の結晶の集まりに圧縮荷重を加える処理と、さらに、容器に3方向の衝撃加速度を加える処理とからなる一対の処理を繰り返し、金属化合物の結晶の粉砕を進める処理である。第四の処理は、粉砕が進んだ結晶の集まりが充填された容器に、5つの性質を兼備する有機化合物を充填するだけの処理である。第五の処理は、粉砕が進んだ結晶を熱分解するだけの処理である。第六の処理は、ペーストに有機溶剤を混合するだけの処理である。
これら極めて簡単な6つの処理を連続して実施すると、金属のナノ粒子の集まりが、予め設定した粘度を有する有機化合物に分散されたペーストが容器内に製造される。
次に、各々の処理によって起こる現象と、各々の処理の効果とを説明する。
第一の処理において、熱分解で金属を析出する金属化合物を、最も汎用的な溶剤であるメタノールに分散すると、金属化合物が分子状態となってメタノールに分散する。これに対し、金属化合物がメタノールに溶解すると、金属化合物を構成する金属が金属イオンとなってメタノール中に溶出し、溶解した金属化合物は、溶解前の金属化合物に戻ることができない。このため、金属化合物のメタノール溶解液からメタノールを気化させると、溶解前の金属化合物の結晶が析出しない。従って、金属のナノ粒子の原料として、メタノールに溶解せず、メタノールに分散する金属化合物を用いる。つまり、金属化合物のメタノール分散液からメタノールを気化させると、分散前の金属化合物が、100nmより小さい金属化合物の結晶として析出する。なお、熱分解で金属を析出する金属化合物は、熱分解温度に達すると、金属化合物が無機物ないしは有機物と金属とに分解し、無機物ないしは有機物の気化が完了すると、金属が析出する。このため、金属化合物の熱分解で析出した金属は、不純物を一切含まない。
第二の処理において、金属化合物のメタノール分散液からメタノールを気化すると、100nmより小さい金属化合物の結晶が、該結晶の集まりとなって析出する。つまり、金属化合物のメタノール分散液において、金属化合物が分子状態となってメタノールに均一に分散しため、メタノールを気化させると、分散前の金属化合物が、100nmより小さい粒状の結晶として析出する。この粒状の結晶は、分子状態でメタノール中に分散した金属化合物が、結晶として析出したため、金属化合物の単分子が形成する結晶が集積した結晶の集まりである。従って、粒状の結晶に応力を加えると、結晶が容易に粉砕し、微細な結晶になる。いっぽう、結晶が微細になるほど、結晶に応力を加えることが難しくなり、結晶の微細化には限界がある。なお、気化したメタノールは回収機で回収し、メタノールとして再利用する。
第三の処理において、容器に充填した金属化合物の結晶の集まりに板材を被せ、金属化合物の結晶の集まりを板材で容器内に拘束し、該金属化合物の結晶の集まりに対し、板材を介して圧縮荷重を加える。この際、結晶の大きさが相対的に大きい結晶ほど粉砕されやすい。このため、相対的に大きい結晶が優先して粉砕され、圧縮荷重が加えられている間は、結晶の粉砕が進む。いっぽう、容器内の結晶の集まりには、結晶の粉砕によって空隙が形成され、圧縮荷重が加えられている間は、空隙を埋めるように結晶が移動するとともに、結晶の粉砕が進む。さらに、印加する圧縮荷重を停止した後に、容器に前後、左右、上下の3方向の衝撃加速度を繰り返し加える。この際、結晶は、板材で容器内に拘束されているため飛散せず、空隙を埋めるように結晶が強制的に移動させられ、結晶の集まりが容器内で再配列する。さらに、印加する衝撃加速度を停止した後に、再度、板材を介して結晶の集まりに圧縮荷重を加える。この際、より微細になった結晶の集まりに対し、前記した結晶の粉砕が進む。この後、再度、容器に3方向の衝撃加速度を繰り返し加え、微細になった結晶の集まりの再配列を進める。こうした圧縮荷重を加える処理と、3方向の衝撃加速度を加える処理とからなる一対の処理を繰り返す。いっぽう、結晶が微細になるほど、圧縮荷重を加えも、結晶に圧縮応力を加えることが難しくなり、圧縮荷重による結晶の微細化には限界がある。結晶の微細化が限界になると、板材に圧縮荷重を加えても結晶が粉砕せず、板材に圧縮応力に対する反発力が発生する。この時点で、金属化合物の結晶の粉砕が完了したと判断し、前記した一対の処理を停止する。この結果、結晶の大きさは、結晶が析出した時点の大きさに比べ、1/5に近い20nm前後になる。なお、金属化合物の結晶が析出した際に、結晶の大きさにばらつきがあり、また、粉砕よってできた空隙の大きさにもばらつきがある。このため、粉砕が進んだ結晶の集まりの大きさにもばらつきがある。また、板材に加える圧縮荷重は、容器の大きさに応じて、10-100kg重に相当する圧縮荷重を加える。また、容器に加える衝撃加速度は、容器の大きさに応じて、0.3-1.0Gの衝撃加速度を加える。
第四の処理において、融点が15℃より低い第一の性質と、前記した金属化合物が溶解及び分散しない第二の性質と、沸点が前記した金属化合物の熱分解温度より高い第三の性質と、金属化合物の熱分解温度で析出する金属のナノ粒子と化学反応を起こさない第四の性質と、20℃における表面張力が30ミリニュートン毎メートル以下である第五の性質からなる5つの性質を兼備する液体の有機化合物を、金属化合物の結晶の集まりの重量より多い重量として秤量し、該液体の有機化合物を容器に充填して攪拌すると、粉砕された結晶の集まりが液体の有機化合物に分散された懸濁液が、容器内に製造される。なお、有機化合物の重量を、金属化合物の結晶の集まりの重量より多い重量とし加え、懸濁液における粉砕された結晶の分散をしやすくした。
つまり、有機化合物の沸点が金属化合物の熱分解温度より高いため、塗布ないしは滴下したペーストから有機化合物を気化させると、金属のナノ粒子が析出した際の温度より高い温度に金属のナノ粒子が昇温され、金属のナノ粒子が活性状態になり、活性状態になった金属のナノ粒子の集まりが、塗膜ないしは液滴に重なり合って析出し、重なり合った活性状態の金属のナノ粒子同士は接触部で金属結合する。このため、ペーストを塗布した後に有機化合物を気化すると、金属結合した金属のナノ粒子の集まりが、連続した導電経路を塗膜に形成する。あるいは、ペーストを塗布ないしは滴下した後に有機化合物を気化すると、塗膜ないしは滴下した液滴に、金属結合した金属のナノ粒子の集まりからなる接合層が形成される。
さらに、有機化合物は、表面張力が30ミリニュートン毎メートル以下と極めて小さい。なお、水の表面張力は20℃で73ミリニュートン毎メートルであり、有機化合物の表面張力の2倍より大きい。これに対し、金属の表面張力は大きく、鉄は1360ミリニュートン毎メートルで、シリコンは1240ミリニュートン毎メートルである。いっぽう、固体の中で合成樹脂の表面張力は最も小さく、24-47ミリニュートン毎メートルである。すなわち、合成樹脂の中でPTFE樹脂(ポリテトラフルオロエチレン樹脂で、フッ素樹脂の一種)の表面張力は最も小さく、24ミリニュートン毎メートルである。ちなみに、他のフッ素樹脂の種類であるPVDF樹脂(ポリビニルデンフルオライド樹脂)の表面張力は33ミリニュートン毎メートルである。また、ポリエチレン樹脂は37ミリニュートン毎メートルで、ポリスチレン樹脂が40ミリニュートン毎メートルで、ポリ塩化ビニル樹脂が42ミリニュートン毎メートルで、PET樹脂が45ミリニュートン毎メートルで、ナイロン樹脂が47ミリニュートン毎メートルである。従って、有機化合物の表面張力は、殆どの固体の表面張力より小さい。このため、固体からなる基材ないしは部品に塗布ないしは滴下したペーストの接触角は小さく、ペーストは固体に濡れやすい。従って、ペーストは様々な材質の基材や部品に濡れ、ペーストを塗布ないしは滴下すれば、材質の制約を受けずに塗膜ないしは液滴が基材や部品に形成される。
第五の処理において、粉砕された金属化合物の結晶を熱分解し、金属のナノ粒子が液体の有機化合物に分散されたペーストを容器内に製造する。つまり、金属化合物が熱分解する温度に到達すると、液体の有機化合物で囲まれた金属化合物の粉砕された結晶が、最初に無機物の分子ないしは有機物の分子と金属分子とに分解する。次に、無機物の分子ないしは有機物の分子が気化熱を奪って気化する。この際、無機物ないしは有機物からなる気体の体積が爆発的に膨張し、気体分子が有機化合物を通過して、順次外界に吐き出る。つまり、無機物の分子ないしは有機物の分子の1モルが気化すると、無機物ないしは有機物からなる気体の体積は22.4リットルを占める。このため、無機物の分子ないしは有機物の分子の気化が始まると、液体の有機化合物で囲まれた無機物ないしは有機物からなる気体は、20nm前後の大きさから爆発的に膨張し、また、無機物ないしは有機物からなる気体の密度が有機化合物の密度より2桁小さいため、気体分子が有機化合物を通過して、順次外界に吐き出る。なお、無機物ないしは有機物からなる気体の密度が有機化合物の密度より2桁小さいため、無機物ないしは有機物からなる気体は、液体の有機化合物内に留まることはできない。さらに、無機物の分子ないしは有機物の分子の気化が完了した瞬間に、金属分子の集まりが10nm前後の大きさからなる金属のナノ粒子を形成し、該金属のナノ粒子が液体の有機化合物に囲まれて析出し、液体の有機化合物中に金属のナノ粒子が分散したペーストが作成される。なお、金属化合物が熱分解する際に、懸濁液に含まれた沸点が金属化合物の熱分解温度より低い、水分、有機物、水酸化物などの不純物は、全て懸濁液から気化する。このため、金属のナノ粒子が、不純物を持たない液体の有機化合物に囲まれて析出し、真性な金属のナノ粒子として析出する。
いっぽう、真性な金属のナノ粒子は、析出した際は活性状態にあるが、液体の有機化合物とは化学反応を起こさず、析出後には液体の有機化合物で囲まれ、不活性で安定した金属のナノ粒子になる。なお、容器から気化した無機物ないしは有機物の気体は、回収機で回収し、有機化合物の原料として再利用する。
第六の処理において、ペーストの20℃における粘度が、20ミリパスカル秒以下の粘度になるように予め設定し、液体の有機化合物に溶解ないしは混和し、かつ、沸点が液体の有機化合物の沸点より低い性質を兼備する有機溶剤を、予め設定した粘度になるように、有機溶剤の混合割合を変えてペーストに混合する。つまり、ペーストの粘度をペーストの用途に応じて変え、ペーストを塗布した塗膜の厚みを、用途に応じて変える。このため、有機溶剤と有機化合物が気化した後に、金属結合した金属のナノ粒子の集まりからなる導電層の厚みは、ペーストの粘度に応じて変わる。これによって、導電層の用途によって、導電層の厚みが自在に変えられる。あるいは、ペーストを基材や部品に滴下し、ハンダ付けやロウ付けにおけるロウ材として用いる場合は、ペーストを塗布して導電層を形成する場合より、ペーストの粘度を高め、さらに、ロウ付けする部品の質量の大きさに応じて、ペーストの粘度を高めることで、金属結合した金属のナノ粒子の集まりからなる接合層の厚みと量とが、ペーストの粘度に応じて厚くないしは多くなり、接合力が大きい接合層でロウ付けする。また、ペーストを接合部に塗布ないしは滴下し、基材ないしは部品を、あるいは、基材同士ないしは部品同士を、金属結合した金属のナノ粒子の集まりからなる接合層で接合する場合も、接合する基材ないしは部品の質量の大きさに応じて、ペーストの粘度を高め、金属結合した金属のナノ粒子の集まりからなる接合層の厚みと量とが、ペーストの粘度に応じて厚くないしは多くし、接合力が大きい接合層で基材ないしは部品を接合する。このように、ペーストの用途と、ペーストを塗布ないしは滴下する相手の質量に応じて、ペーストの粘度を予め設定し、接合剤としての接合層の厚みないしは量を変え、接合剤の接合力を変える。これによって、ペーストの用途が広がる。さらに、ペーストを用いて形成する導電層や接合層は、塗布ないしは滴下したペーストを、有機化合物の沸点に昇温するだけの処理であるため、基材や部品の材質の制約を受けずに、導電層や接合層が基材や部品に形成できる。このため、ペーストを用いた導電層や接合層を形成する用途は広がる。
本発明のペーストは、前記した極めて簡単な6つの処理を連続して実施することで製造される。また、金属化合物と有機化合物と有機溶剤とは、いずれも汎用的な工業用の薬品である。このため、安価な費用で安価なペーストが製造され、製造したペーストは、様々な用途に用いられる。
In other words, according to this manufacturing method, by carrying out the following six extremely simple steps in succession, a paste in which metal nanoparticles of about 10 nm in size are dispersed in an organic compound is produced in a container. This paste satisfies the seven conditions described in paragraph 5.
The first process is a process of simply dispersing the metal compound in methanol, which is the most commonly used solvent. The second process is a process of simply evaporating the methanol from the methanol dispersion. The third process is a process of repeating a pair of processes consisting of a process of applying a compressive load to a collection of crystals of the metal compound filled in a container and a process of further applying an impact acceleration in three directions to the container, thereby advancing the crushing of the crystals of the metal compound. The fourth process is a process of simply filling an organic compound having five properties into a container filled with a collection of crystals whose crushing has progressed. The fifth process is a process of simply pyrolyzing the crystals whose crushing has progressed. The sixth process is a process of simply mixing an organic solvent into the paste.
By carrying out these six extremely simple steps in succession, a paste containing a collection of metal nanoparticles dispersed in an organic compound with a preset viscosity is produced in a container.
Next, the phenomena caused by each process and the effects of each process will be described.
In the first process, when a metal compound that precipitates a metal by thermal decomposition is dispersed in methanol, which is the most commonly used solvent, the metal compound becomes a molecular state and disperses in the methanol. In contrast, when a metal compound dissolves in methanol, the metal that constitutes the metal compound becomes a metal ion and dissolves in the methanol, and the dissolved metal compound cannot return to the metal compound before dissolution. For this reason, when methanol is evaporated from a methanol solution of a metal compound, crystals of the metal compound before dissolution do not precipitate. Therefore, a metal compound that does not dissolve in methanol and disperses in methanol is used as a raw material for metal nanoparticles. In other words, when methanol is evaporated from a methanol dispersion of a metal compound, the metal compound before dispersion precipitates as crystals of the metal compound smaller than 100 nm. In addition, when a metal compound that precipitates a metal by thermal decomposition reaches a thermal decomposition temperature, the metal compound decomposes into an inorganic or organic substance and a metal, and when the evaporation of the inorganic or organic substance is completed, the metal precipitates. For this reason, the metal precipitated by thermal decomposition of a metal compound does not contain any impurities.
In the second process, when methanol is evaporated from the methanol dispersion of the metal compound, crystals of the metal compound smaller than 100 nm are precipitated as a collection of the crystals. That is, in the methanol dispersion of the metal compound, the metal compound is in a molecular state and uniformly dispersed in the methanol, so when the methanol is evaporated, the metal compound before dispersion is precipitated as granular crystals smaller than 100 nm. These granular crystals are a collection of crystals in which crystals formed by single molecules of the metal compound are accumulated, since the metal compound dispersed in the methanol in a molecular state is precipitated as crystals. Therefore, when stress is applied to the granular crystals, the crystals are easily crushed and become fine crystals. On the other hand, the finer the crystals, the more difficult it is to apply stress to the crystals, and there is a limit to how fine the crystals can be. The evaporated methanol is recovered by a recovery machine and reused as methanol.
In the third process, a plate material is placed over the collection of crystals of the metal compound filled in the container, the collection of crystals of the metal compound is restrained in the container by the plate material, and a compressive load is applied to the collection of crystals of the metal compound through the plate material. At this time, the larger the crystal size, the easier it is to crush. Therefore, the relatively larger crystals are crushed first, and the crushing of the crystals progresses while the compressive load is applied. On the other hand, in the collection of crystals in the container, voids are formed by the crushing of the crystals, and while the compressive load is applied, the crystals move to fill the voids and the crushing of the crystals progresses. Furthermore, after the application of the compressive load is stopped, the container is repeatedly subjected to impact acceleration in three directions, front and back, left and right, and up and down. At this time, the crystals do not scatter because they are restrained in the container by the plate material, and the crystals are forced to move to fill the voids, and the collection of crystals is rearranged in the container. Furthermore, after the application of the impact acceleration is stopped, a compressive load is applied again to the collection of crystals through the plate material. At this time, the crushing of the crystals progresses for the collection of finer crystals. After this, the container is repeatedly subjected to impact acceleration in three directions to rearrange the cluster of fine crystals. A pair of processes consisting of the process of applying a compressive load and the process of applying an impact acceleration in three directions is repeated. On the other hand, the finer the crystals are, the more difficult it becomes to apply compressive stress to the crystals even when a compressive load is applied, and there is a limit to the refinement of the crystals by the compressive load. When the refinement of the crystals reaches its limit, the crystals do not break even when a compressive load is applied to the plate material, and a repulsive force against the compressive stress is generated in the plate material. At this point, it is determined that the grinding of the crystals of the metal compound is completed, and the pair of processes is stopped. As a result, the size of the crystals becomes approximately 20 nm, which is nearly 1/5 of the size at the time when the crystals are precipitated. Note that when the crystals of the metal compound are precipitated, there is variation in the size of the crystals, and there is also variation in the size of the voids created by the grinding. Therefore, there is also variation in the size of the cluster of crystals that have been ground. In addition, the compressive load applied to the plate material is a compressive load equivalent to 10-100 kg weight depending on the size of the container. The impact acceleration applied to the container is 0.3 to 1.0 G depending on the size of the container.
In the fourth process, a liquid organic compound having five properties, namely, a first property of a melting point lower than 15°C, a second property of the metal compound not dissolving or dispersing, a third property of a boiling point higher than the thermal decomposition temperature of the metal compound, a fourth property of not chemically reacting with the metal nanoparticles precipitated at the thermal decomposition temperature of the metal compound, and a fifth property of a surface tension of 30 millinewtons per meter or less at 20°C, is weighed out to a weight greater than the weight of the metal compound crystal clusters, and the liquid organic compound is filled into a container and stirred, whereby a suspension in which the crushed crystal clusters are dispersed in the liquid organic compound is produced in the container. The weight of the organic compound is added to a weight greater than the weight of the metal compound crystal clusters to facilitate dispersion of the crushed crystals in the suspension.
That is, since the boiling point of the organic compound is higher than the thermal decomposition temperature of the metal compound, when the organic compound is vaporized from the applied or dripped paste, the temperature of the metal nanoparticles rises to a temperature higher than the temperature at which the metal nanoparticles precipitated, and the metal nanoparticles become activated, and a group of activated metal nanoparticles is deposited overlapping on the coating film or droplets, and the overlapping activated metal nanoparticles are metallically bonded at the contact points. Therefore, when the organic compound is vaporized after the paste is applied, the metallically bonded group of metal nanoparticles forms a continuous conductive path in the coating film. Alternatively, when the organic compound is vaporized after the paste is applied or dripped, a bonding layer consisting of a group of metallically bonded metal nanoparticles is formed on the coating film or dripped droplets.
Furthermore, organic compounds have an extremely small surface tension of 30 millinewtons per meter or less. The surface tension of water is 73 millinewtons per meter at 20°C, which is more than twice the surface tension of organic compounds. In contrast, metals have a large surface tension, with iron at 1,360 millinewtons per meter and silicon at 1,240 millinewtons per meter . On the other hand, synthetic resins have the smallest surface tension of all solids, at 24-47 millinewtons per meter . That is, PTFE resin (a type of fluororesin, which is polytetrafluoroethylene resin) has the smallest surface tension of all synthetic resins, at 24 millinewtons per meter . Incidentally, the surface tension of another type of fluororesin, PVDF resin (polyvinyl fluoride resin), is 33 millinewtons per meter . In addition, the surface tension of polyethylene resin is 37 millinewtons per meter , that of polystyrene resin is 40 millinewtons per meter , that of polyvinyl chloride resin is 42 millinewtons per meter , that of PET resin is 45 millinewtons per meter , and that of nylon resin is 47 millinewtons per meter . Therefore, the surface tension of organic compounds is smaller than that of most solids. For this reason, the contact angle of the paste applied or dripped onto a solid substrate or part is small, and the paste is easily wetted by solids. Therefore, the paste wets substrates and parts of various materials, and when the paste is applied or dripped, a coating film or droplets are formed on the substrate or part without being restricted by the material.
In the fifth process, the crushed crystals of the metal compound are thermally decomposed to produce a paste in which metal nanoparticles are dispersed in the liquid organic compound in the container. That is, when the temperature at which the metal compound is thermally decomposed is reached, the crushed crystals of the metal compound surrounded by the liquid organic compound are first decomposed into inorganic or organic molecules and metal molecules. Next, the inorganic or organic molecules take the heat of vaporization and vaporize. At this time, the volume of the inorganic or organic gas expands explosively, and the gas molecules pass through the organic compound and are sequentially discharged to the outside world. That is, when one mole of inorganic or organic molecules is vaporized, the volume of the inorganic or organic gas occupies 22.4 liters. Therefore, when the vaporization of the inorganic or organic molecules begins, the inorganic or organic gas surrounded by the liquid organic compound expands explosively from a size of about 20 nm, and since the density of the inorganic or organic gas is two orders of magnitude smaller than the density of the organic compound, the gas molecules pass through the organic compound and are sequentially discharged to the outside world. Since the density of the inorganic or organic gas is two orders of magnitude smaller than the density of the organic compound, the inorganic or organic gas cannot remain in the liquid organic compound. Furthermore, at the moment when the vaporization of the inorganic or organic molecules is completed, a collection of metal molecules forms metal nanoparticles with a size of about 10 nm, and the metal nanoparticles are precipitated surrounded by the liquid organic compound, and a paste in which the metal nanoparticles are dispersed in the liquid organic compound is created. When the metal compound is thermally decomposed, all impurities such as moisture, organic matter, and hydroxides contained in the suspension, whose boiling point is lower than the thermal decomposition temperature of the metal compound, are vaporized from the suspension. Therefore, the metal nanoparticles are precipitated surrounded by an organic compound in a liquid that is free of impurities, and precipitate as true metal nanoparticles.
On the other hand, genuine metal nanoparticles are in an active state when precipitated, but do not undergo chemical reactions with liquid organic compounds, and after precipitation, they are surrounded by liquid organic compounds, becoming inactive and stable metal nanoparticles. The inorganic or organic gas vaporized from the container is collected by a recovery machine and reused as a raw material for organic compounds.
In the sixth process, the viscosity of the paste at 20° C. is preset to 20 mPascal seconds or less, and an organic solvent that dissolves or is mixed with the liquid organic compound and has a boiling point lower than that of the liquid organic compound is mixed into the paste at a different mixing ratio so as to obtain a preset viscosity. In other words, the viscosity of the paste is changed according to the application of the paste, and the thickness of the coating film formed by applying the paste is changed according to the application. Therefore, after the organic solvent and the organic compound are evaporated, the thickness of the conductive layer consisting of a collection of metallic nanoparticles bonded to each other changes according to the viscosity of the paste. This allows the thickness of the conductive layer to be freely changed depending on the application of the conductive layer. Alternatively, when the paste is dropped onto a substrate or a component and used as a brazing material in soldering or brazing, the viscosity of the paste is increased compared to when the paste is applied to form a conductive layer, and the viscosity of the paste is further increased according to the mass of the components to be brazed, so that the thickness and amount of the bonding layer made of a collection of metallic nanoparticles bonded to each other becomes thicker or larger according to the viscosity of the paste, and brazing is performed with a bonding layer having a large bonding force. Also, when the paste is applied or dropped onto a joint to bond substrates or components, or substrates and components to each other, the viscosity of the paste is increased according to the mass of the substrates or components to be bonded, so that the thickness and amount of the bonding layer made of a collection of metallic nanoparticles bonded to each other becomes thicker or larger according to the viscosity of the paste, and the substrates or components are bonded with a bonding layer having a large bonding force. In this way, the viscosity of the paste is preset according to the use of the paste and the mass of the other to which the paste is applied or dropped, and the thickness or amount of the bonding layer as a bonding agent is changed to change the bonding force of the bonding agent. This expands the range of applications for the paste. Furthermore, since the conductive layer or bonding layer formed using the paste is formed by simply heating the applied or dripped paste to the boiling point of the organic compound, the conductive layer or bonding layer can be formed on the substrate or component without being restricted by the material of the substrate or component. This expands the range of applications for forming the conductive layer or bonding layer using the paste.
The paste of the present invention is produced by successively carrying out the six extremely simple steps described above. The metal compounds, organic compounds, and organic solvents are all general-purpose industrial chemicals. Therefore, an inexpensive paste can be produced at low cost, and the produced paste can be used for various purposes.
6段落に記載した方法で製造したペーストを用い、基材ないしは部品の表面に、金属結合した金属のナノ粒子の集まりからなる導電層を形成する方法は、
前記した方法で製造したペーストを基材ないしは部品の表面に塗布し、該ペーストが有する粘度に応じた厚みからなる塗膜を、前記基材ないしは前記部品の表面に形成する、この後、該基材ないしは該部品を、前記した液体の有機化合物の沸点に昇温する、
この処理によって、最初に前記塗膜から、前記した有機溶剤が気化し、次いで前記した液体の有機化合物が気化し、次に前記ペーストに分散していた金属のナノ粒子の集まりが活性化し、該活性化した金属のナノ粒子の集まりが重なり合って前記ペーストを塗布した部位に析出し、さらに、該重なり合って析出した金属のナノ粒子同士が互いに接触する部位で金属結合し、該金属結合した金属のナノ粒子の集まりからなる導電層が、前記ペーストが有する粘度に応じた厚みからなる導電層として、前記基材ないしは前記部品の表面に形成される、
6段落に記載した方法で製造したペーストを用い、基材ないしは部品の表面に、金属結合した金属のナノ粒子の集まりからなる導電層を形成する方法。
A method for forming a conductive layer consisting of a collection of metallic nanoparticles bonded to each other on a surface of a substrate or a part using the paste produced by the method described in paragraph 6, comprising the steps of:
The paste produced by the above method is applied to a surface of a substrate or a part, and a coating film having a thickness corresponding to the viscosity of the paste is formed on the surface of the substrate or the part. Thereafter, the substrate or the part is heated to the boiling point of the organic compound of the liquid.
Through this treatment, first the organic solvent evaporates from the coating film, then the liquid organic compound evaporates, and then the clusters of metal nanoparticles dispersed in the paste are activated, the activated clusters of metal nanoparticles overlap and precipitate at the site where the paste was applied, and further, the clusters of overlapping and precipitated metal nanoparticles metal-bond at the sites where they come into contact with each other, and a conductive layer consisting of the clusters of metal nanoparticles that are metal-bonded is formed on the surface of the substrate or the part as a conductive layer having a thickness according to the viscosity of the paste.
A method for forming a conductive layer consisting of a collection of metallic nanoparticles bonded to each other on the surface of a substrate or part using a paste produced by the method described in paragraph 6.
つまり、6段落に記載した方法で製造したペーストを、基材ないしは部品の表面に塗布すると、ペーストの粘度に応じた膜厚からなる塗膜が形成される。すなわち、ペーストの20℃における粘度が、20ミリパスカル秒以下の粘度になるように設定され、殆ど質量を持たない10nm前後の大きさからなる金属のナノ粒子に、有機溶剤で希釈された有機化合物が粘度に応じた吸着力で吸着する。このため、ペーストを塗布すると、金属のナノ粒子が、有機溶剤で希釈された有機化合物から分離せず、金属のナノ粒子が有機溶剤で希釈された有機化合物に分散した、ペーストの構成からなる塗膜が形成される。また、ペーストは、表面張力が30ミリニュートン毎メートル以下と極めて小さく、かつ、20ミリパスカル秒以下の低粘度であり、さらに、金属のナノ粒子が10nm前後の大きさで、基材ないしは部品の表面の凹凸より2桁小さいため、塗布されたペーストは、基材ないしは部品の材質に拘わらず、基材ないしは部品の表面の凹凸に入り込む。
この後、塗膜が形成された基材ないしは部品を有機化合物の沸点に昇温する。有機溶媒が気化した後に、有機化合物が気化する。有機化合物の沸点が金属化合物の熱分解温度より高いため、塗布したペーストから有機化合物の気化が完了すると、活性状態になった金属のナノ粒子の集まりが重なり合って析出し、析出した金属のナノ粒子同士が接触部で金属結合し、金属結合した金属のナノ粒子の集まりからなる導電層が、ペーストの粘度に応じた厚みで、基材ないしは部品の表面に形成される。いっぽう、基材ないしは部品の表面の凹凸に入り込んだペーストからも、有機溶媒が気化した後に、有機化合物が気化し、表面の凹凸に金属のナノ粒子の集まりが重なり合って析出し、析出した金属のナノ粒子同士が接触部で金属結合する。このため、表面の凹凸を埋めた金属結合した金属のナノ粒子の集まりが、表面の凹凸のすぐ上に析出した金属結合した金属のナノ粒子の集まりと接触し、該接触した金属のナノ粒子同士は金属結合する。この結果、金属結合した金属のナノ粒子の集まりが、基材ないしは部品の表面と、該表面の凹凸とに、連続して形成される。いっぽう、基材ないしは部品の表面の凹凸に形成された金属結合した金属のナノ粒子の集まりにアンカー効果が発生する。このため、基材ないしは部品の表面に析出した金属結合した金属のナノ粒子の集まりは、一定の機械的強度を持って、基材ないしは部品の表面に結合する。この結果、金属結合した金属のナノ粒子の集まりからなる導電層が、基材ないしは部品の材質に拘わらず、基材ないしは部品の表面に形成される。
なお、基材ないしは部品を、有機化合物の沸点に昇温する際に、基材ないしは部品の表面に付着していた水分、水和物、水酸化物及び有機物がそれぞれの沸点に応じて順番に気化する。このため、基材ないしは部品の表面に付着した不純物を取り除く事前の洗浄処理は必要ない。また、金属のナノ粒子の集まりが、基材ないしは部品の表面の凹凸に入り込んで表面の凹凸を埋めるため、基材ないしは部品の表面に、酸化膜や水酸化膜が形成されていても、基材ないしは部品の表面に導電層を形成する。
以上に説明した導電層は、予め設定した粘度からなるペーストを塗布し、有機化合物を気化させるだけの処理で形成される。このため、基材ないしは部品の大きさや形状に拘わらず、必要となる大きさと厚みとからなる導電層が、基材ないしは部品の表面に形成され、金属のナノ粒子を構成する金属に準ずる導電性と熱伝導性を持つ。また、金属が、鉄、ニッケルないしはコバルトからなる強磁性金属の場合は、強磁性金属に準ずる導電性と熱伝導性に加え、強磁性の性質を持つ。いっぽう、導電層の表面は、金属のナノ粒子の大きさからなる10nm前後の凹凸を形成する。従って、導電層の表面は極めて平坦度が高く、平滑性に優れる。このため、摺動部材が導電層の表面に摺動すると、摺動部材は導電層の表面で滑る。従って、導電層は、摩擦係数が小さい潤滑被膜として作用する。このため、導電層は、摩耗速度が著しく遅く、寿命が長い潤滑被膜としての機能を兼備する。さらに、導電層の表面の平坦度が極めて高いため、導電層の表面は撥水性と防汚性を持つ。例えば、導電層を、電磁波シールドの膜や帯電防止の膜として使用する際は、電磁波シールド膜や帯電防止膜の表面に異物が付着しにくい。このように、本発明で製造したペーストは、導電性と熱伝導性のみならず、様な機能を兼備する層が、様々な用途に応じて形成できる。
That is, when the paste produced by the method described in paragraph 6 is applied to the surface of a substrate or a part, a coating film having a thickness according to the viscosity of the paste is formed. That is, the viscosity of the paste at 20°C is set to be 20 mPascal seconds or less, and the organic compound diluted with an organic solvent is adsorbed to the metal nanoparticles having a size of about 10 nm, which have almost no mass, with an adsorption force according to the viscosity. Therefore, when the paste is applied, the metal nanoparticles are not separated from the organic compound diluted with an organic solvent, and a coating film consisting of the paste in which the metal nanoparticles are dispersed in the organic compound diluted with an organic solvent is formed. In addition, the paste has an extremely small surface tension of 30 mN/m or less and a low viscosity of 20 mPascal seconds or less, and further, the metal nanoparticles are about 10 nm in size, which is two orders of magnitude smaller than the unevenness of the surface of the substrate or the part, so that the applied paste penetrates into the unevenness of the surface of the substrate or the part regardless of the material of the substrate or the part.
After this, the substrate or part on which the coating film is formed is heated to the boiling point of the organic compound. After the organic solvent evaporates, the organic compound evaporates. Since the boiling point of the organic compound is higher than the thermal decomposition temperature of the metal compound, when the evaporation of the organic compound from the applied paste is completed, a collection of activated metal nanoparticles overlaps and precipitates, and the precipitated metal nanoparticles are metallically bonded at the contact portion, and a conductive layer consisting of a collection of metallically bonded metal nanoparticles is formed on the surface of the substrate or part with a thickness according to the viscosity of the paste. On the other hand, from the paste that has entered the unevenness of the surface of the substrate or part, after the organic solvent evaporates, the organic compound evaporates, and a collection of metallic nanoparticles overlaps and precipitates on the unevenness of the surface, and the precipitated metal nanoparticles are metallically bonded at the contact portion. Therefore, the collection of metallically bonded metal nanoparticles that fill the unevenness of the surface contacts the collection of metallically bonded metal nanoparticles that are precipitated just above the unevenness of the surface, and the contacted metal nanoparticles are metallically bonded. As a result, a collection of metallically bonded metal nanoparticles is formed continuously on the surface of the substrate or component and on the irregularities of the surface. Meanwhile, an anchor effect occurs in the collection of metallically bonded metal nanoparticles formed on the irregularities of the surface of the substrate or component. Therefore, the collection of metallically bonded metal nanoparticles precipitated on the surface of the substrate or component is bonded to the surface of the substrate or component with a certain degree of mechanical strength. As a result, a conductive layer consisting of the collection of metallically bonded metal nanoparticles is formed on the surface of the substrate or component, regardless of the material of the substrate or component.
When the substrate or part is heated to the boiling point of the organic compound, the moisture, hydrates, hydroxides, and organic matter adhering to the surface of the substrate or part are vaporized in order according to their respective boiling points. Therefore, a prior cleaning process to remove impurities adhering to the surface of the substrate or part is not necessary. In addition, the collection of metal nanoparticles penetrates into the unevenness of the surface of the substrate or part and fills in the unevenness of the surface, so that a conductive layer is formed on the surface of the substrate or part even if an oxide film or hydroxide film is formed on the surface of the substrate or part.
The conductive layer described above is formed by simply applying a paste having a preset viscosity and vaporizing the organic compound. Therefore, regardless of the size and shape of the substrate or part, a conductive layer having the required size and thickness is formed on the surface of the substrate or part, and has electrical conductivity and thermal conductivity equivalent to that of the metal constituting the metal nanoparticles. In addition, when the metal is a ferromagnetic metal made of iron, nickel, or cobalt, it has ferromagnetic properties in addition to electrical conductivity and thermal conductivity equivalent to that of the ferromagnetic metal. On the other hand, the surface of the conductive layer forms irregularities of about 10 nm, which are the size of the metal nanoparticles. Therefore, the surface of the conductive layer is extremely flat and has excellent smoothness. Therefore, when the sliding member slides on the surface of the conductive layer, the sliding member slides on the surface of the conductive layer. Therefore, the conductive layer acts as a lubricating coating with a small friction coefficient. Therefore, the conductive layer has the function of a lubricating coating with a remarkably slow wear rate and a long life. Furthermore, since the surface of the conductive layer is extremely flat, the surface of the conductive layer has water repellency and antifouling properties. For example, when the conductive layer is used as an electromagnetic shielding film or an antistatic film, foreign matter is less likely to adhere to the surface of the electromagnetic shielding film or the antistatic film. In this way, the paste produced by the present invention can form layers that have not only electrical conductivity and thermal conductivity but also various other functions according to various applications.
6段落に記載した方法で製造したペーストを用い、金属結合した金属ナのノ粒子の集まりからなる接合層によって、部品を基材に接合する方法、ないしは、部品同士を接合する方法は、
部品の一部を基材の表面に接触させ、前記した方法で製造したペーストを、前記部品の一部が前記基材と接触する部位に滴下する、この後、該基材と該部品との双方を、前記した液体の有機化合物の沸点に昇温する、
この処理によって、最初に前記滴下したペーストから、前記した有機溶剤が気化し、次いで前記した液体の有機化合物が気化し、次に前記ペーストに分散していた金属のナノ粒子の集まりが活性化し、該活性化した金属のナノ粒子の集まりが重なり合って前記ペーストを滴下した部位に析出し、さらに、該重なり合って析出した金属のナノ粒子同士が互いに接触する部位で金属結合し、該金属結合した金属のナノ粒子の集まりからなる接合層が、前記ペーストが有する粘度に応じた量からなる接合層として、前記部品の一部が前記基材と接触する部位に形成され、該接合層によって、前記部品の一部が前記基材の表面に接合される、
6段落に記載した方法で製造したペーストを用い、金属結合した金属のナノ粒子の集まりからなる接合層で、部品を基材に接合する方法、
ないしは、
部品同士を接触させ、該部品同士が接触した部位に、前記した方法で製造したペーストを滴下する、この後、該部品同士を、前記した液体の有機化合物の沸点に昇温する、
この処理によって、最初に前記滴下したペーストから、前記した有機溶剤が気化し、次いで前記した液体の有機化合物が気化し、次に前記ペーストに分散していた金属のナノ粒子の集まりが活性化し、該活性化した金属のナノ粒子の集まりが重なり合って前記ペーストを滴下した部位に析出し、さらに、該重なり合って析出した金属のナノ粒子同士が互いに接触する部位で金属結合し、該金属結合した金属のナノ粒子の集まりからなる接合層が、前記ペーストが有する粘度に応じた量からなる接合層として、前記部品同士が接触する部位に形成され、該接合層によって、前記部品同士が接合される、
6段落に記載した方法で製造したペーストを用い、金属結合した金属のナノ粒子の集まりからなる接合層で部品同士を接合する方法。
A method for bonding a component to a substrate or bonding components to each other using a bonding layer consisting of a collection of metallic nanoparticles bonded by metallurgical bonding using a paste produced by the method described in paragraph 6, comprising the steps of:
A part of a component is brought into contact with a surface of a substrate, and the paste produced by the above -mentioned method is dropped onto the portion where the part of the component comes into contact with the substrate. Then, both the substrate and the component are heated to the boiling point of the liquid organic compound.
By this process, first, the organic solvent evaporates from the dropped paste, then the liquid organic compound evaporates, and then the clusters of metal nanoparticles dispersed in the paste are activated, and the activated clusters of metal nanoparticles overlap and precipitate at the site where the paste was dropped, and further, the clusters of overlapping and precipitated metal nanoparticles metal-bond with each other at the sites where they come into contact with each other, and a bonding layer consisting of the clusters of metal nanoparticles that are metal-bonded is formed at the site where a part of the component comes into contact with the base material as a bonding layer in an amount corresponding to the viscosity of the paste, and the part of the component is bonded to the surface of the base material by the bonding layer.
- a method for bonding a component to a substrate with a bonding layer consisting of a collection of metallic nanoparticles bonded together by using a paste produced according to the method according to paragraph 6,
Or,
The parts are brought into contact with each other, and the paste produced by the above- mentioned method is dripped onto the contacted portion of the parts. Thereafter, the parts are heated to the boiling point of the liquid organic compound.
By this process, first, the organic solvent evaporates from the dropped paste, then the liquid organic compound evaporates, and then the clusters of metal nanoparticles dispersed in the paste are activated, and the activated clusters of metal nanoparticles overlap and precipitate at the site where the paste was dropped, and further, the clusters of overlapping and precipitated metal nanoparticles metal-bond at the sites where they come into contact with each other, and a bonding layer consisting of the clusters of metal nanoparticles that are metal-bonded is formed at the sites where the components come into contact as a bonding layer in an amount corresponding to the viscosity of the paste, and the components are bonded to each other by the bonding layer.
A method for joining components together using a paste produced by the method described in paragraph 6 with a joining layer consisting of a collection of metallically bonded metal nanoparticles.
つまり、部品の一部を基材の表面に接触させ、6段落に記載した方法で製造したペーストを、部品が基材と接触する部位に滴下すると、ペーストの粘度に応じた大きさと厚みとからなる液滴が形成される。ないしは、部品同士を接触させ、6段落に記載した方法で製造したペーストを、部品同士が接触する部位に滴下すると、ペーストの粘度に応じた大きさと厚みとからなる液滴が形成される。
すなわち、ペーストの20℃における粘度が、20ミリパスカル秒以下の粘度になるように設定され、殆ど質量を持たない10nm前後の大きさからなる金属のナノ粒子に、有機溶剤で希釈された有機化合物が粘度に応じた吸着力で吸着する。このため、ペーストを滴下すると、金属のナノ粒子が、有機溶剤で希釈された有機化合物から分離せず、金属のナノ粒子が有機溶剤で希釈された有機化合物に分散した、ペーストの構成からなる液滴が形成される。また、ペーストは、表面張力が30ミリニュートン毎メートル以下と極めて小さく、かつ、20ミリパスカル秒以下の低粘度であり、さらに、金属のナノ粒子が10nm前後の大きさで、基材ないしは部品の表面の凹凸より2桁小さいため、滴下されたペーストは、基材ないしは部品の材質に拘わらず、部品が基材と接触する領域の全体を覆うとともに、接触部位に形成される僅かな空隙と、部品が基材に接触する双方の表面の凹凸に入り込む。また、滴下したペーストは、部品同士が接触する領域の全体を覆うとともに、接触部位の僅かな空隙に入り込み、また、部品同士が接触する双方の部品の表面の凹凸に入り込む。
この後、液滴が形成された基材と部品を有機化合物の沸点に昇温する。これによって、有機溶媒が気化した後に、有機化合物が気化する。有機化合物の沸点が金属化合物の熱分解温度より高いため、塗布したペーストから有機化合物の気化が完了すると、活性状態になった金属のナノ粒子の集まりが重なり合って析出し、析出した金属のナノ粒子同士が接触部で金属結合し、金属結合した金属のナノ粒子の集まりからなる接合層が、ペーストの粘度に応じた大きさと厚みで、部品が基材と接触する領域の全体を覆うとともに、接触部位の空隙と、部品が基材に接触する双方の表面の凹凸に入り込む。いっぽう、基材の表面の凹凸を埋めた金属結合した金属のナノ粒子の集まりが、表面の凹凸のすぐ上の部品との接触部に析出した金属結合した金属のナノ粒子の集まりと接触し、該接触した金属のナノ粒子同士は金属結合する。この結果、金属結合した金属のナノ粒子の集まりが、部品が基材と接触する部位と、接触部位の空隙と、部品が基材に接触する双方の表面の凹凸とに、連続して形成される。従って、金属結合した金属のナノ粒子の集まりからなる接合層が、基材ないしは部品の材質に拘わらず、部品が基材と接触する部位に形成される。いっぽう、空隙に形成された金属結合した金属のナノ粒子の集まりと、部品が基材に接触する双方の表面の凹凸に形成された金属結合した金属のナノ粒子の集まりに、アンカー効果が発生する。この結果、金属結合した金属のナノ粒子の集まりが、一定の機械的強度を持って、部品を基材に接合する。
ないしは、液滴が滴下された部品同士を有機化合物の沸点に昇温する。これによって、有機溶媒が気化した後に、有機化合物が気化する。有機化合物の沸点が金属化合物の熱分解温度より高いため、滴下したペーストから有機化合物の気化が完了すると、活性状態になった金属のナノ粒子の集まりが重なり合って析出し、析出した金属のナノ粒子同士が接触部で金属結合し、金属結合した金属のナノ粒子の集まりからなる接合層が、ペーストの粘度に応じた大きさと厚みで、部品同士が接触する部位の全体を覆うとともに、接触部位に形成される空隙と、部品同士が接触する双方の部品の表面の凹凸とに形成される。いっぽう、部品同士が接触する部位に析出した金属結合した金属のナノ粒子の集まりが、接触部位の空隙に析出した金属結合した金属のナノ粒子の集まりと接触し、また、部品同士が接触する双方の部品の表面の凹凸に析出した金属結合した金属のナノ粒子の集まりと接触し、接触した金属のナノ粒子同士は金属結合する。この結果、金属結合した金属のナノ粒子の集まりが、部品同士が接触する部位と、接触部位の空隙と、部品同士が接触する双方の部品の表面の凹凸とに、連続して形成される。いっぽう、空隙に形成された金属結合した金属のナノ粒子の集まりと、部品同士が接触する双方の部品の表面の凹凸に形成された金属結合した金属のナノ粒子の集まりに、アンカー効果が発生する。この結果、金属結合した金属のナノ粒子の集まりからなる接合層が、部品同士の材質に拘わらず、部品同士が接触する部位に形成され、接合層によって部品同士が接合される。
本発明における部品を基材に接合させる事例の一つに、手作業で行うハンダ付けがある。従来のハンダ付けは、ハンダを液相化せずに、ハンダの濡れ現象を利用することで接合させるため、接着力は小さい。これに対し、本発明においては、金属のナノ粒子の金属結合を介して、部品を基材に接合させるため、接合力はハンダに依る接合力より大きい。また、3成分ないしは2成分の合金のハンダに比べ、ペーストは安価に製造できる。このように、ペーストは、従来のハンダより安価で、従来のハンダ付けより接合強度が高まる。なお、180℃程度の温度で熱分解する金属化合物を用いれば、鉛フリーハンダの融点より、熱分解温度が40℃近く低い。
なお、本発明における部品を基材に接合させる方法は、部品の一部を基材の表面に接触させ、部品が基材と接触する部位にペーストを滴下し、部品と基材とを有機化合物の沸点に昇温する処理であるため、部品を基材に接合させる事例は、手作業で行うハンダ付けだけに限定されない。
また、本発明における部品同士を接合させる事例の一つに、ロウ付けがある。従来のロウに依る接合は、融点が母材より低いロウを溶かし、接合する2つの母材の間に、溶けたロウを落とし、毛細管現象によって溶けたロウが母材の間に浸透拡散し、ロウが冷却して凝固することで2つの母材同士を接合する。ロウ付けは、ガスバーナーや工業炉によって、450℃より高いロウの融点に昇温してロウを溶かす。また、母材の材質によって、用いるロウが制限される。また、溶解させたロウを、時間をかけず母材の間に滴下させるため、また、母材を固定させてロウ付けを行うため、品質の高いロウ付けを実現するには、経験に基づくロウ付けが必要になる。さらに、接合強度を確保するには、予め接合部のさびなどの異物を除去し、その後洗浄する。この後、接合部にフラックスを添加し、フラックスが溶解した後に、ロウ棒を差し込み、ロウを流し込んだのちに、接合部を加熱し、接合部の全体にフラックスを拡散させ、母材が冷却する前に、フラックスを取り除くという複雑な処理を連続して行う。また、ロウ付け部にボイドが発生することがあるが、外観からボイドを発見することができない。いっぽう、真空状態でロウ付けすることで、ボイドの発生確率が下がるが、加工コストの観点から、真空状態でのロウ付けは現実的でない。
これに対し、本発明は、母材同士の材質の制約がない。また、ペーストを滴下し、昇温するだけの処理である。さらに、有機化合物を気化させる温度が、ロウ付けより200℃以上低い。また、ペーストを滴下し、ペーストを昇温する処理は極めて簡単な処理であり、処理を無人化することができる。このため、同一の接合強度で母材同士が接合できる。従って、本発明は、同一の条件で母材同士が接合でき、同じ品質で母材同士が接合できる。
なお、本発明における部品同士を接合させる方法は、部品同士を接触させ、部品同士が接触する部位にペーストを滴下し、部品同士を有機化合物の沸点に昇温する処理であるため、部品同士を接合させる事例は、ロウ付けだけに限定されない。
以上に説明したように、本発明においては、部品と基材とが接触する部位にペーストを滴下し、ないしは、部品同士が接触する部位にペーストを滴下し、有機化合物を気化するだけで、部品と基材とが異種材質であっても、ないしは、部品同士が異種材質であっても、部品を基材に、ないしは、部品同士を接合することができ、ペーストの接合範囲は広い。
また、接合する部品の質量に応じて、あるいは、接合する部品同士の質量に応じてペーストの粘度を変えると、部品を基材に接合する接合層の厚みと量とが、あるいは、部品同士を接合する接合層の厚みと量とが変えられ、接合層の接合強度が、部品の質量に応じて、あるいは、接合する部品同士の質量に応じて自在に変えられる。このため、部品の質量が大きく、大きな接合強度が必要な場合は、ペーストの粘度を相対的に高い粘度に設定する。
さらに、基材ないしは部品を、有機化合物の沸点に昇温する際に、基材ないしは部品の表面に付着していた水分、水和物、水酸化物及び有機物がそれぞれの沸点に応じて順番に気化する。このため、基材ないしは部品の表面に付着した不純物を取り除く事前の洗浄処理は必要ない。また、基材ないしは部品の表面の凹凸より2桁小さい金属のナノ粒子の集まりが、基材ないしは部品の表面の凹凸に入り込んで析出するため、基材ないしは部品の表面に、酸化膜や水酸化膜が形成されていても、金属のナノ粒子の集まりが、部品を基材に接合させる、ないしは、部品同士を接合させる。
That is, when a part of a component is brought into contact with the surface of a substrate and a paste produced by the method described in paragraph 6 is dropped onto the area where the component and the substrate are in contact, droplets are formed having a size and thickness according to the viscosity of the paste. Alternatively, when components are brought into contact with each other and a paste produced by the method described in paragraph 6 is dropped onto the area where the components are in contact, droplets are formed having a size and thickness according to the viscosity of the paste.
That is, the viscosity of the paste at 20°C is set to 20 mPascal seconds or less, and the organic compound diluted with an organic solvent is adsorbed to the metal nanoparticles having a size of about 10 nm, which have almost no mass, with an adsorption force according to the viscosity. Therefore, when the paste is dropped, the metal nanoparticles do not separate from the organic compound diluted with an organic solvent, and droplets are formed in which the metal nanoparticles are dispersed in the organic compound diluted with an organic solvent. In addition, the paste has an extremely small surface tension of 30 mN/m or less and a low viscosity of 20 mPascal seconds or less, and the metal nanoparticles are about 10 nm in size, which is two orders of magnitude smaller than the unevenness of the surface of the substrate or component. Therefore, the dropped paste covers the entire area where the component contacts the substrate, regardless of the material of the substrate or component, and enters the small gaps formed at the contact site and the unevenness of both surfaces where the component contacts the substrate. Furthermore, the dropped paste covers the entire area where the components come into contact with each other, and also penetrates into minute gaps at the contact site and into the irregularities on the surfaces of both components where they come into contact with each other.
After this, the substrate and the part on which the droplets are formed are heated to the boiling point of the organic compound. As a result, the organic solvent evaporates, and then the organic compound evaporates. Since the boiling point of the organic compound is higher than the thermal decomposition temperature of the metal compound, when the evaporation of the organic compound from the applied paste is completed, a collection of activated metal nanoparticles overlaps and precipitates, and the precipitated metal nanoparticles are metallically bonded to each other at the contact area, and a bonding layer consisting of a collection of metallically bonded metal nanoparticles is formed with a size and thickness according to the viscosity of the paste, covering the entire area where the part contacts the substrate, and penetrating the gaps at the contact area and the unevenness of both surfaces where the part contacts the substrate. Meanwhile, the collection of metallically bonded metal nanoparticles that fills the unevenness of the substrate surface comes into contact with the collection of metallically bonded metal nanoparticles that have precipitated at the contact area with the part just above the unevenness of the surface, and the contacting metal nanoparticles are metallically bonded to each other. As a result, a group of metallically bonded metal nanoparticles is continuously formed at the portion where the part contacts the substrate, in the gaps at the contact portion, and in the unevenness of both surfaces where the part contacts the substrate. Therefore, a bonding layer consisting of a group of metallically bonded metal nanoparticles is formed at the portion where the part contacts the substrate, regardless of the material of the substrate or the part. Meanwhile, an anchor effect occurs in the group of metallically bonded metal nanoparticles formed in the gaps and in the unevenness of both surfaces where the part contacts the substrate. As a result, the group of metallically bonded metal nanoparticles bonds the part to the substrate with a certain mechanical strength.
Alternatively, the parts onto which the droplets are dropped are heated to the boiling point of the organic compound. As a result, the organic solvent evaporates, and then the organic compound evaporates. Since the boiling point of the organic compound is higher than the thermal decomposition temperature of the metal compound, when the evaporation of the organic compound from the dropped paste is completed, the activated metal nanoparticles are deposited on top of each other, and the deposited metal nanoparticles are metallically bonded to each other at the contact portion, and a bonding layer consisting of the metal nanoparticles is formed in a size and thickness according to the viscosity of the paste, covering the entire contact portion between the parts, and in the gaps formed at the contact portion and the unevenness of the surfaces of both parts where the parts are in contact. Meanwhile, the metal nanoparticles deposited at the contact portion between the parts come into contact with the metal nanoparticles deposited in the gaps at the contact portion, and also come into contact with the metal nanoparticles deposited in the unevenness of the surfaces of both parts where the parts are in contact, and the contacting metal nanoparticles are metallically bonded to each other. As a result, a cluster of metallically bonded nanoparticles is continuously formed at the contact area between the components, in the gaps at the contact area, and in the unevenness of the surfaces of both components where the components are in contact. Meanwhile, an anchor effect occurs in the cluster of metallically bonded nanoparticles formed in the gaps and in the unevenness of the surfaces of both components where the components are in contact. As a result, a bonding layer made of a cluster of metallically bonded nanoparticles is formed at the contact area between the components, regardless of the materials of the components, and the components are bonded to each other by the bonding layer.
One example of the present invention in which a component is bonded to a substrate is manual soldering. Conventional soldering does not liquidize the solder, but utilizes the wetting phenomenon of the solder to bond the components, and therefore the adhesive strength is small. In contrast, in the present invention, the component is bonded to the substrate via the metallic bond of metal nanoparticles, and therefore the adhesive strength is greater than that of solder. Furthermore, compared to solder made of a three-component or two-component alloy, the paste can be produced at a lower cost. Thus, the paste is less expensive than conventional solder and has a higher bonding strength than conventional soldering. If a metal compound that decomposes at a temperature of about 180° C. is used, the thermal decomposition temperature is nearly 40° C. lower than the melting point of lead-free solder.
In addition, the method of joining a component to a substrate in the present invention is a process of bringing a part of the component into contact with the surface of the substrate, dripping a paste onto the area where the component comes into contact with the substrate, and heating the component and substrate to the boiling point of the organic compound. Therefore, examples of joining a component to a substrate are not limited to manual soldering.
In addition, brazing is one of the examples of joining parts together in the present invention. In conventional brazing, a brazing material with a melting point lower than that of the base material is melted, and the melted brazing material is dropped between the two base materials to be joined. The melted brazing material penetrates and diffuses between the base materials by capillary action, and the brazing material cools and solidifies to join the two base materials together. Brazing is performed by raising the temperature to a melting point of the brazing material higher than 450°C using a gas burner or industrial furnace. The brazing material to be used is limited depending on the material of the base material. In addition, in order to drop the melted brazing material between the base materials without taking a long time and to perform brazing while the base materials are fixed, brazing based on experience is required to achieve high quality brazing. Furthermore, in order to ensure the joining strength, foreign matter such as rust on the joint is removed in advance and then washed. After this, flux is added to the joint, and after the flux melts, a solder rod is inserted and the solder is poured in. The joint is then heated to diffuse the flux throughout the joint, and before the base material cools, the flux is removed. This is a complex process that is carried out in succession. Voids may occur in the brazed area, but they cannot be detected from the outside. On the other hand, brazing in a vacuum reduces the probability of voids occurring, but brazing in a vacuum is not practical from the perspective of processing costs.
In contrast, the present invention has no restrictions on the materials between the base materials. In addition, the process only involves dropping the paste and raising the temperature. Furthermore, the temperature at which the organic compound is vaporized is more than 200° C. lower than that of brazing. Furthermore, the process of dropping the paste and raising the temperature of the paste is extremely simple, and can be automated. Therefore, the base materials can be joined with the same joining strength. Therefore, the present invention can join base materials under the same conditions and with the same quality.
In addition, the method of joining parts together in the present invention is a process of contacting the parts together, dripping a paste onto the area where the parts contact, and raising the temperature of the parts to the boiling point of the organic compound, so the example of joining parts together is not limited to brazing.
As described above, in the present invention, by simply dripping paste onto the area where a component and a substrate come into contact, or onto the area where components come into contact with each other, and vaporizing the organic compound, it is possible to join a component to a substrate or join components to each other, even if the component and the substrate are made of different materials, or even if the components are made of different materials, the bonding range of the paste is wide.
Furthermore, by changing the viscosity of the paste according to the mass of the parts to be joined or according to the mass of the parts to be joined, the thickness and amount of the bonding layer that bonds the parts to the base material or the thickness and amount of the bonding layer that bonds the parts to each other can be changed, and the bonding strength of the bonding layer can be freely changed according to the mass of the parts or the mass of the parts to be joined. Therefore, when the mass of the parts is large and a large bonding strength is required, the viscosity of the paste is set to a relatively high viscosity.
Furthermore, when the substrate or part is heated to the boiling point of the organic compound, the moisture, hydrates, hydroxides, and organic substances attached to the surface of the substrate or part are vaporized in order according to their respective boiling points. Therefore, a pre-cleaning process to remove impurities attached to the surface of the substrate or part is not necessary. Also, since a collection of metal nanoparticles that is two orders of magnitude smaller than the unevenness of the surface of the substrate or part penetrates and precipitates in the unevenness of the surface of the substrate or part, even if an oxide film or hydroxide film is formed on the surface of the substrate or part, the collection of metal nanoparticles bonds the part to the substrate or bonds the parts to each other.
10段落に記載した部品を基材に接合する方法、ないしは、部品同士を接合する方法が、強磁性金属のナノ粒子同士が磁気吸着と金属結合とによって接合した該強磁性金属のナノ粒子の集まりからなる接合層によって、部品を基材に接合する方法、ないしは、部品同士を接合する方法であり、該部品を基材に接合する方法、ないしは、該部品同士を接合する方法は、
前記した金属化合物が、熱分解で鉄、ニッケル、ないしは、コバルトからなるいずれかの強磁性金属を析出する金属化合物であり、該金属化合物を、前記した金属化合物として用い、前記したペーストを製造する方法に従って、前記強磁性金属からなるナノ粒子の集まりが、有機化合物に分散された構成からなるペーストを製造し、該ペーストを、部品の一部を基材の表面に接触させた部位に滴下する、この後、該基材と該部品との双方を、前記した液体の有機化合物の沸点に昇温する、
この処理によって、最初に前記滴下したペーストから、前記した有機溶剤が気化し、次いで前記した液体の有機化合物が気化し、次に前記ペーストに分散していた強磁性金属のナノ粒子の集まりが活性化し、該活性化した強磁性金属のナノ粒子の集まりが重なり合って前記ペーストを滴下した部位に析出し、さらに、該重なり合って析出した強磁性金属のナノ粒子同士が磁気吸着し、該磁気吸着した強磁性金属のナノ粒子同士が互いに接触する部位で金属結合し、該金属結合した強磁性金属のナノ粒子の集まりからなる接合層が、前記ペーストが有する粘度に応じた量からなる接合層として、前記部品の一部が前記基材と接触する部位に形成される、
この後、前記部品の一部が前記基材に接合された部位に、前記強磁性金属のナノ粒子の磁化が飽和する磁界を印加し、該強磁性金属のナノ粒子の磁化を飽和させる、この処理によって、前記金属結合した強磁性金属のナノ粒子同士が、飽和した磁化によって磁気吸着し、該強磁性金属のナノ粒子同士が磁気吸着と金属結合とによって接合した該強磁性金属のナノ粒子の集まりからなる接合層によって、前記部品が前記基材に接合される、部品を基材に接合する方法、
ないしは、
前記した熱分解で金属を析出する金属化合物が、熱分解で鉄、ニッケル、ないしは、コバルトからなるいずれかの強磁性金属を析出する金属化合物であり、該金属化合物を、前記した金属化合物として用い、前記したペーストを製造する方法に従って、強磁性金属からなるナノ粒子の集まりが、有機化合物に分散された構成からなるペーストを製造し、該ペーストを、部品同士が接触する部位に滴下する、この後、該部品同士を、前記した液体の有機化合物の沸点に昇温する、
この処理によって、最初に前記滴下したペーストから、前記した有機溶剤が気化し、次いで前記した液体の有機化合物が気化し、次に前記ペーストに分散していた強磁性金属のナノ粒子の集まりが活性化し、該活性化した強磁性金属のナノ粒子の集まりが重なり合って前記ペーストを滴下した部位に析出し、さらに、該重なり合って析出した強磁性金属のナノ粒子同士が互いに磁気吸着し、該磁気吸着した強磁性金属のナノ粒子同士が互いに接触する部位で金属結合し、該金属結合した強磁性金属のナノ粒子の集まりからなる接合層が、前記ペーストが有する粘度に応じた量からなる接合層として、前記部品同士が接触する部位に形成される、
この後、前記部品同士が接触する部位に、前記強磁性金属のナノ粒子の磁化が飽和する磁界を印加し、該強磁性金属のナノ粒子の磁化を飽和させる、この処理によって、前記金属結合した強磁性金属のナノ粒子同士が、飽和した磁化によって磁気吸着し、該強磁性金属のナノ粒子同士が磁気吸着と金属結合とによって接合した該強磁性金属のナノ粒子の集まりからなる接合層によって、前記部品同士が接合される、部品同士を接合する方法。
The method for joining a component to a substrate or joining components together described in paragraph 10 is a method for joining a component to a substrate or joining components together using a joining layer made of a collection of ferromagnetic metal nanoparticles that are joined together by magnetic attraction and metallic bonding, and the method for joining a component to a substrate or joining components together is as follows:
The metal compound is a metal compound that precipitates a ferromagnetic metal consisting of any one of iron, nickel, and cobalt upon thermal decomposition, and the metal compound is used as the metal compound to produce a paste consisting of a collection of nanoparticles consisting of the ferromagnetic metal dispersed in an organic compound according to the method for producing a paste described above , and the paste is dropped onto a portion of a part that is in contact with the surface of a substrate, and then both the substrate and the part are heated to the boiling point of the liquid organic compound described above .
By this treatment, first, the organic solvent evaporates from the dropped paste, then the organic compound in the liquid evaporates, and then the collection of ferromagnetic metal nanoparticles dispersed in the paste is activated, and the activated collection of ferromagnetic metal nanoparticles overlap and precipitate at the site where the paste was dropped, and further, the overlapping and precipitated ferromagnetic metal nanoparticles are magnetically attracted to each other, and the magnetically attracted ferromagnetic metal nanoparticles are metallically bonded at the sites where they come into contact with each other, and a bonding layer consisting of the collection of metallically bonded ferromagnetic metal nanoparticles is formed as a bonding layer in an amount corresponding to the viscosity of the paste at the site where a part of the component comes into contact with the base material.
a method for bonding a component to a substrate, comprising: applying a magnetic field that saturates the magnetization of the ferromagnetic metal nanoparticles to a portion of the component bonded to the substrate, thereby saturating the magnetization of the ferromagnetic metal nanoparticles; by this process, the metallically bonded ferromagnetic metal nanoparticles are magnetically attracted to each other due to the saturated magnetization, and the component is bonded to the substrate by a bonding layer made of a collection of the ferromagnetic metal nanoparticles in which the ferromagnetic metal nanoparticles are bonded to each other by magnetic attraction and metallic bonding ;
Or,
The metal compound that precipitates a metal upon thermal decomposition is a metal compound that precipitates a ferromagnetic metal consisting of iron, nickel, or cobalt upon thermal decomposition, and the metal compound is used as the metal compound to produce a paste consisting of a collection of nanoparticles consisting of a ferromagnetic metal dispersed in an organic compound according to the method for producing a paste described above , and the paste is dripped onto a portion where the components come into contact with each other, and then the components are heated to the boiling point of the liquid organic compound described above .
By this process, first, the organic solvent evaporates from the dropped paste, then the organic compound in the liquid evaporates, and then the clusters of ferromagnetic metal nanoparticles dispersed in the paste are activated, and the activated clusters of ferromagnetic metal nanoparticles overlap and precipitate at the site where the paste was dropped, and further, the overlapping and precipitated ferromagnetic metal nanoparticles magnetically attract each other, and the magnetically attracted ferromagnetic metal nanoparticles are metallically bonded at the sites where they come into contact with each other, and a bonding layer consisting of the clusters of metallically bonded ferromagnetic metal nanoparticles is formed at the sites where the components come into contact as a bonding layer in an amount corresponding to the viscosity of the paste.
A magnetic field is then applied to the areas where the parts come into contact, causing the magnetization of the ferromagnetic metal nanoparticles to saturate, and this process causes the metallically bonded ferromagnetic metal nanoparticles to be magnetically attracted to each other due to the saturated magnetization, and the parts are joined by a joining layer consisting of a collection of ferromagnetic metal nanoparticles bonded to each other by magnetic attraction and metallic bonding, in this method of joining parts.
つまり、6段落に記載した熱分解で金属を析出する金属化合物として、熱分解で鉄、ニッケル、ないしは、コバルトからなるいずれかの強磁性金属を析出する金属化合物を用い、6段落に記載したペーストを製造する方法に従って、強磁性金属のナノ粒子の集まりが、有機化合物に分散されたペーストを製造する。該ペーストを、部品が基材と接触する部位に滴下すると、接触する部位に液滴が形成される。また、該ペーストを、部品同士が接触する部位に滴下すると、接触する部位に液滴が形成される。
すなわち、ペーストの20℃における粘度が、20ミリパスカル秒以下の粘度になるように設定され、殆ど質量を持たない10nm前後の大きさからなる金属のナノ粒子に、有機溶剤で希釈された有機化合物が粘度に応じた吸着力で吸着する。このため、ペーストを滴下すると、金属のナノ粒子が、有機溶剤で希釈された有機化合物から分離せず、金属のナノ粒子が有機溶剤で希釈された有機化合物に分散した、ペーストの構成からなる液滴が形成される。また、ペーストは、表面張力が30ミリニュートン毎メートル以下と極めて小さく、かつ、20ミリパスカル秒以下の低粘度であり、さらに、金属のナノ粒子が10nm前後の大きさで、基材ないしは部品の表面の凹凸より2桁小さいため、滴下されたペーストは、基材ないしは部品の材質に拘わらず、部品が基材と接触する部位の全体を覆うとともに、接触部位に形成される僅かな空隙と、部品が基材に接触する双方の表面の凹凸に入り込む。また、滴下したペーストは、部品同士が接触する部位の全体を覆うとともに、接触部位の僅かな空隙に入り込み、また、部品同士が接触する双方の部品の表面の凹凸に入り込む。
この後、液滴が形成された基材と部品を有機化合物の沸点に昇温する。これによって、有機溶媒が気化した後に、有機化合物が気化する。有機化合物の沸点が金属化合物の熱分解温度より高いため、塗布したペーストから有機化合物の気化が完了すると、活性状態になった強磁性金属のナノ粒子の集まりが重なり合って析出し、重なり合った強磁性金属同士が磁気吸着し、磁気吸着した強磁性金属のナノ粒子同士が接触部位で金属結合し、磁気吸着と金属結合とで接合した強磁性金属のナノ粒子の集まりが、ペーストの粘度に応じた大きさと厚みで、部品が基材と接触する部位の全体を覆うとともに、接触部位の空隙と、部品が基材に接触する双方の表面の凹凸に形成される。いっぽう、基材の表面の凹凸を埋めた強磁性金属のナノ粒子の集まりが、表面の凹凸のすぐ上の部品との接触部に析出した強磁性金属のナノ粒子の集まりと磁気吸着し、該磁気吸着した強磁性金属のナノ粒子同士は接触部位で金属結合する。この結果、磁気吸着と金属結合とで接合した強磁性金属のナノ粒子の集まりが、部品が基材と接触する部位と、接触部位の空隙と、部品が基材に接触する双方の表面の凹凸とに、連続して形成される。従って、磁気吸着と金属結合とで接合した強磁性金属のナノ粒子の集まりからなる接合層が、基材ないしは部品の材質に拘わらず、部品が基材と接触する部位に形成される。いっぽう、空隙に形成された磁気吸着と金属結合とで接合した強磁性金属のナノ粒子の集まりと、部品が基材に接触する双方の表面の凹凸に形成された磁気吸着と金属結合とで接合した強磁性金属のナノ粒子の集まりに、アンカー効果が発生する。この結果、磁気吸着と金属結合とで接合した強磁性金属のナノ粒子の集まりからなる接合層が、一定の機械的強度を持って、部品を基材に接合する。
さらに、部品の一部が基材に接合され部位に、強磁性金属のナノ粒子の磁化が飽和する磁界を印加すると、全ての強磁性金属のナノ粒子の磁化が飽和し、全ての強磁性金属のナノ粒子に作用する磁気吸引力が著しく増大する。いっぽう、強磁性金属のナノ粒子の集まりが一斉に析出する際に、強磁性金属のナノ粒子同士が金属結合する結合力は、金属のナノ粒子同士が接触した部位に限られる。これに対し、磁化が飽和した強磁性金属のナノ粒子に作用する磁気吸引力は、ナノ粒子の全体に作用する。このため、磁気吸引力は、金属のナノ粒子同士が金属結合する結合力より大きい。さらに、強磁性金属のナノ粒子が10nm前後と極めて小さく、飽和した磁化で磁気吸着した強磁性金属のナノ粒子同士の磁気吸着を引き剥がすのは難しい。このため、空隙に形成された磁気吸着と金属結合とによって接合した強磁性金属のナノ粒子の集まりと、部品が基材に接触する双方の表面の凹凸に形成された磁気吸着と金属結合とによって接合された強磁性金属のナノ粒子の集まりに作用するアンカー効果が著しく増える。
ないしは、液滴が形成された部品同士を有機化合物の沸点に昇温する。これによって、有機溶媒が気化した後に、有機化合物が気化する。有機化合物の沸点が金属化合物の熱分解温度より高いため、塗布したペーストから有機化合物の気化が完了すると、活性状態になった強磁性金属のナノ粒子の集まりが重なり合って析出し、析出した強磁性金属のナノ粒子が磁気吸着し、磁気吸着した強磁性金属のナノ粒子同士が接触部位で金属結合し、磁気吸着と金属結合とで接合した強磁性金属のナノ粒子の集まりからなる接合層が、ペーストの粘度に応じた大きさと厚みで、部品同士が接触する部位の全体を覆うとともに、接触部位の空隙と、部品同士が接触する双方の部品の表面の凹凸に形成される。いっぽう、部品同士が接触する部位に析出した強磁性金属のナノ粒子が、接触部位の空隙に析出した強磁性のナノ粒子と磁気吸着し、また、部品同士が接触する双方の部品の表面の凹凸に析出した強磁性のナノ粒子と磁気吸着し、該磁気吸着した強磁性金属のナノ粒子同士は接触部位で金属結合する。この結果、磁気吸着と金属結合とで接合した強磁性金属のナノ粒子の集まりが、部品同士が接触する部位と、接触部位の空隙と、部品同士が接触する双方の部品の表面の凹凸とに、連続して形成される。いっぽう、空隙に形成された磁気吸着と金属結合とで接合した強磁性金属のナノ粒子の集まりと、部品同士が接触する双方の部品の表面の凹凸に形成された磁気吸着と金属結合とで接合した強磁性金属のナノ粒子の集まりに、アンカー効果が発生する。この結果、磁気吸着と金属結合とで接合した強磁性金属のナノ粒子の集まりからなる接合層が、部品同士の材質に拘わらず、部品同士が接触する部位に形成される。この結果、磁気吸着と金属結合とで接合した強磁性金属のナノ粒子の集まりからなる接合層が、一定の機械的強度を持って、部品同士を接合する。
さらに、部品同士が接合され部位に、強磁性金属のナノ粒子の磁化が飽和する磁界を印加すると、強磁性金属のナノ粒子の磁化が飽和し、全ての強磁性金属のナノ粒子に作用する磁気吸引力が著しく増大する。いっぽう、金属のナノ粒子の集まりが一斉に析出する際に、隣接する金属のナノ粒子同士が金属結合する結合力は、金属のナノ粒子同士が接触した部位に限られる。これに対し、磁化が飽和した強磁性金属のナノ粒子に作用する磁気吸引力は、ナノ粒子の全体に作用する。このため、磁気吸引力は、金属のナノ粒子同士が金属結合する結合力より大きい。さらに、強磁性金属のナノ粒子が10nm前後と極めて小さく、飽和した磁化で磁気吸着した強磁性金属のナノ粒子同士の磁気吸着を引き剥がすのは難しい。このため、空隙に形成された磁気吸着と金属結合とで接合した強磁性金属のナノ粒子の集まりと、部品同士が接触する双方の部品の表面の凹凸に形成された磁気吸着と金属結合とで接合した強磁性金属のナノ粒子の集まりに作用するアンカー効果が著しく増える。
従って、10-11段落に記載した部品の一部を基材の表面に接触させ、部品が基材と接触する部位にペーストを滴下し、この後、活性化した金属のナノ粒子の集まりを重なり合って析出させ、析出した金属のナノ粒子同士が接触する部位で金属結合し、金属結合した金属のナノ粒子の集まりで部品を基材に接合する場合より、ないしは、10-11段落に記載した部品同士が接触する部位にペーストを滴下し、この後、活性化した金属のナノ粒子の集まりを重なり合って析出させ、析出した金属のナノ粒子同士が接触する部位で金属結合する場合より、磁化が飽和した強磁性金属のナノ粒子の集まりに作用する磁気吸引力が、強磁性金属のナノ粒子同士の金属結合に基づく接合力に加算されるため、部品が基材により強固に接合する、ないしは、部品同士がより強固に接合する。
この結果、部品を基材に接合する、ないしは、部品同士を接合する接合力が、10-11段落に記載した事例より増大する。また、ペーストの表面張力が小さいため、部品と基材との材質に拘わらず、滴下したペーストの液滴が、部品と基材の双方の表面に形成され、磁気吸着と金属結合とで接合した強磁性金属のナノ粒子の集まりによって、部品を基材に接合する、ないしは、部品同士を接合する。
さらに、基材ないしは部品を、有機化合物の沸点に昇温する際に、基材ないしは部品の表面に付着していた水分、水和物、水酸化物及び有機物がそれぞれの沸点に応じて順番に気化する。このため、基材ないしは部品の表面に付着した不純物を取り除く事前の洗浄処理は必要ない。また、基材ないしは部品の表面の凹凸より2桁小さい金属のナノ粒子の集まりが、基材ないしは部品の表面の凹凸に入り込んで析出するため、基材ないしは部品の表面に、酸化膜や水酸化膜が形成されていても、金属のナノ粒子の集まりが、部品を基材に接合させる、ないしは、部品同士を接合させる。
また、接合する部品の質量に応じて、あるいは、接合する部品同士の質量に応じてペーストの粘度を変える。これによって、部品を基材に接合する接合層の厚みと量とが、あるいは、部品同士を接合する接合層の厚みと量とが変えられ、接合層の接合強度が、部品の質量に応じて、あるいは、接合する部品同士の質量に応じて自在に変えられる。このため、部品の質量が大きく、大きな接合強度が必要な場合は、ペーストの粘度を相対的に高い粘度に設定する。
いっぽう、強磁性金属の磁気キュリー点は、鉄が770℃で、ニッケルが358℃で、コバルトが1131℃である。従って、強磁性金属の磁気キュリー点に近づかなければ、部品を基材に接合する、ないしは、部品同士を接合する磁気吸引力は変わらない。このため、部品ないしは基材が高温にさらされても、部品が基材に接合し続け、ないしは、部品同士が接合し続ける。
That is, as the metal compound that precipitates a metal by thermal decomposition described in paragraph 6, a metal compound that precipitates a ferromagnetic metal consisting of iron, nickel, or cobalt by thermal decomposition is used, and a paste in which a collection of nanoparticles of the ferromagnetic metal is dispersed in an organic compound is manufactured according to the method for manufacturing a paste described in paragraph 6. When the paste is dropped onto a portion where a component contacts a substrate, droplets are formed at the contact portion. Also, when the paste is dropped onto a portion where components contact each other, droplets are formed at the contact portion.
That is, the viscosity of the paste at 20°C is set to 20 mPascal seconds or less, and the organic compound diluted with an organic solvent is adsorbed to the metal nanoparticles having a size of about 10 nm, which have almost no mass, with an adsorption force according to the viscosity. Therefore, when the paste is dropped, the metal nanoparticles do not separate from the organic compound diluted with an organic solvent, and droplets are formed in which the metal nanoparticles are dispersed in the organic compound diluted with an organic solvent. In addition, the paste has an extremely small surface tension of 30 mN/m or less and a low viscosity of 20 mPascal seconds or less, and further, the metal nanoparticles are about 10 nm in size, which is two orders of magnitude smaller than the unevenness of the surface of the substrate or component. Therefore, the dropped paste covers the entire area where the component contacts the substrate, regardless of the material of the substrate or component, and enters the small gaps formed at the contact area and the unevenness of both surfaces where the component contacts the substrate. Furthermore, the dropped paste not only covers the entire area where the components come into contact with each other, but also penetrates into any small gaps in the contact area and into the irregularities on the surfaces of both components where they come into contact with each other.
After this, the substrate and the part on which the droplets are formed are heated to the boiling point of the organic compound. As a result, the organic solvent evaporates, and then the organic compound evaporates. Since the boiling point of the organic compound is higher than the thermal decomposition temperature of the metal compound, when the evaporation of the organic compound from the applied paste is completed, the activated ferromagnetic metal nanoparticles are precipitated by overlapping each other, the overlapping ferromagnetic metals are magnetically attracted to each other, the magnetically attracted ferromagnetic metal nanoparticles are metallically bonded to each other at the contact site, and the ferromagnetic metal nanoparticles joined by magnetic attraction and metallic bonding are formed in a size and thickness according to the viscosity of the paste, covering the entire part where the part contacts the substrate, and are formed in the gaps at the contact site and in the unevenness of both surfaces where the part contacts the substrate. Meanwhile, the ferromagnetic metal nanoparticles that fill the unevenness of the substrate surface are magnetically attracted to the ferromagnetic metal nanoparticles that are precipitated at the contact site with the part just above the unevenness of the surface, and the magnetically attracted ferromagnetic metal nanoparticles are metallically bonded to each other at the contact site. As a result, a group of ferromagnetic metal nanoparticles bonded by magnetic attraction and metallic bonding is continuously formed at the part where the part contacts the substrate, in the gap at the contact part, and on the unevenness of both surfaces where the part contacts the substrate. Therefore, a bonding layer consisting of a group of ferromagnetic metal nanoparticles bonded by magnetic attraction and metallic bonding is formed at the part where the part contacts the substrate, regardless of the material of the substrate or the part. On the other hand, an anchor effect occurs in the group of ferromagnetic metal nanoparticles bonded by magnetic attraction and metallic bonding formed in the gap and the group of ferromagnetic metal nanoparticles bonded by magnetic attraction and metallic bonding formed on the unevenness of both surfaces where the part contacts the substrate. As a result, the bonding layer consisting of a group of ferromagnetic metal nanoparticles bonded by magnetic attraction and metallic bonding bonds the part to the substrate with a certain mechanical strength.
Furthermore, when a magnetic field that saturates the magnetization of the ferromagnetic metal nanoparticles is applied to a portion where a part of the component is joined to the substrate, the magnetization of all the ferromagnetic metal nanoparticles is saturated, and the magnetic attraction acting on all the ferromagnetic metal nanoparticles increases significantly. On the other hand, when a collection of ferromagnetic metal nanoparticles precipitates all at once, the bonding force that metal-bonds the ferromagnetic metal nanoparticles together is limited to the portion where the metal nanoparticles come into contact with each other. In contrast, the magnetic attraction acting on the magnetized ferromagnetic metal nanoparticles acts on the entire nanoparticles. Therefore, the magnetic attraction force is greater than the bonding force that metal-bonds the metal nanoparticles together. Furthermore, the ferromagnetic metal nanoparticles are extremely small, about 10 nm, and it is difficult to peel off the magnetic attraction between the ferromagnetic metal nanoparticles that are magnetically attracted by the saturated magnetization. This significantly increases the anchoring effect acting on the collections of ferromagnetic metal nanoparticles bonded by magnetic attraction and metallic bonding formed in the gaps, and on the collections of ferromagnetic metal nanoparticles bonded by magnetic attraction and metallic bonding formed in the irregularities on both surfaces where the component contacts the substrate.
Alternatively, the parts on which the droplets are formed are heated to the boiling point of the organic compound. As a result, the organic solvent evaporates, and then the organic compound evaporates. Since the boiling point of the organic compound is higher than the thermal decomposition temperature of the metal compound, when the evaporation of the organic compound from the applied paste is completed, a collection of nanoparticles of the activated ferromagnetic metal overlaps and precipitates, the precipitated nanoparticles of the ferromagnetic metal are magnetically attracted, and the magnetically attracted nanoparticles of the ferromagnetic metal are metallically bonded at the contact site, and a bonding layer consisting of a collection of nanoparticles of the ferromagnetic metal bonded by magnetic attraction and metallic bonding is formed with a size and thickness according to the viscosity of the paste, covering the entire contact site between the parts, and is formed in the gaps at the contact site and in the unevenness of the surfaces of both parts where the parts contact each other. On the other hand, the ferromagnetic metal nanoparticles precipitated at the contact area of the parts are magnetically attracted to the ferromagnetic nanoparticles precipitated in the gaps at the contact area, and are also magnetically attracted to the ferromagnetic nanoparticles precipitated on the unevenness of the surfaces of both parts where the parts are in contact, and the magnetically attracted ferromagnetic metal nanoparticles are metallically bonded at the contact area. As a result, a collection of ferromagnetic metal nanoparticles bonded by magnetic attraction and metallic bonding is continuously formed at the contact area of the parts, the gaps at the contact area, and the unevenness of the surfaces of both parts where the parts are in contact. On the other hand, an anchor effect occurs in the collection of ferromagnetic metal nanoparticles bonded by magnetic attraction and metallic bonding formed in the gaps and the collection of ferromagnetic metal nanoparticles bonded by magnetic attraction and metallic bonding formed on the unevenness of the surfaces of both parts where the parts are in contact. As a result, a bonding layer consisting of a collection of ferromagnetic metal nanoparticles bonded by magnetic attraction and metallic bonding is formed at the contact area of the parts, regardless of the material of the parts. As a result, the bonding layer, which is made up of a collection of ferromagnetic metal nanoparticles bonded by magnetic attraction and metallic bonding, bonds the components together with a certain degree of mechanical strength.
Furthermore, when a magnetic field that saturates the magnetization of the ferromagnetic metal nanoparticles is applied to the portion where the parts are joined, the magnetization of the ferromagnetic metal nanoparticles is saturated, and the magnetic attraction acting on all the ferromagnetic metal nanoparticles increases significantly. On the other hand, when a collection of metal nanoparticles precipitates all at once, the bonding force that metal bonds adjacent metal nanoparticles together is limited to the portion where the metal nanoparticles contact each other. In contrast, the magnetic attraction acting on the magnetized saturated ferromagnetic metal nanoparticles acts on the entire nanoparticles. Therefore, the magnetic attraction force is greater than the bonding force that metal nanoparticles bond together. Furthermore, the ferromagnetic metal nanoparticles are extremely small, about 10 nm, and it is difficult to peel off the magnetic attraction between the ferromagnetic metal nanoparticles that are magnetically attracted by the saturated magnetization. Therefore, the anchor effect acting on the collection of ferromagnetic metal nanoparticles that are bonded by magnetic attraction and metallic bonding formed in the gap and the collection of ferromagnetic metal nanoparticles that are bonded by magnetic attraction and metallic bonding formed on the unevenness of the surfaces of both parts where the parts are in contact with each other increases significantly.
Therefore, the component is more firmly bonded to the substrate, or the components are more firmly bonded to each other, than in the case where a part of the component described in paragraphs 10-11 is brought into contact with the surface of the substrate, a paste is then dripped onto the portion where the component is in contact with the substrate, clusters of activated metal nanoparticles are then precipitated in an overlapping state, and the precipitated metal nanoparticles are metallically bonded at the portions where they contact, and the component is joined to the substrate by the metallically bonded cluster of metal nanoparticles, or in the case where a paste is dripped onto the portion where the components are in contact with each other, a cluster of activated metal nanoparticles is then precipitated in an overlapping state, and the precipitated metal nanoparticles are metallically bonded at the portions where they contact, as described in paragraphs 10-11.
As a result, the bonding strength for bonding the component to the substrate or bonding the components together is greater than in the examples described in paragraphs 10 and 11. In addition, because the surface tension of the paste is small, droplets of the applied paste are formed on the surfaces of both the component and the substrate, regardless of the materials of the component and the substrate, and the component is bonded to the substrate or the components are bonded together by a collection of ferromagnetic metal nanoparticles bonded by magnetic attraction and metallic bonding.
Furthermore, when the substrate or part is heated to the boiling point of the organic compound, the moisture, hydrates, hydroxides, and organic substances attached to the surface of the substrate or part are vaporized in order according to their respective boiling points. Therefore, a pre-cleaning process to remove impurities attached to the surface of the substrate or part is not necessary. Also, since a collection of metal nanoparticles that is two orders of magnitude smaller than the unevenness of the surface of the substrate or part penetrates and precipitates in the unevenness of the surface of the substrate or part, even if an oxide film or hydroxide film is formed on the surface of the substrate or part, the collection of metal nanoparticles bonds the part to the substrate or bonds the parts to each other.
In addition, the viscosity of the paste is changed according to the mass of the parts to be joined or according to the mass of the parts to be joined together. This allows the thickness and amount of the bonding layer that bonds the parts to the base material or the thickness and amount of the bonding layer that bonds the parts to each other to be changed, and the bonding strength of the bonding layer can be freely changed according to the mass of the parts or the mass of the parts to be joined together. Therefore, when the mass of the parts is large and a large bonding strength is required, the viscosity of the paste is set to a relatively high viscosity.
On the other hand, the magnetic Curie points of ferromagnetic metals are 770°C for iron, 358°C for nickel, and 1131°C for cobalt. Therefore, unless the magnetic Curie points of ferromagnetic metals are approached, the magnetic attractive force that bonds a component to a substrate or bonds components to each other does not change. For this reason, even if the component or substrate is exposed to high temperatures, the component continues to be bonded to the substrate or the components continue to be bonded to each other.
6段落に記載した方法で製造したペーストを用い、摩擦熱で接合した金属のナノ粒子の集まりからなる接合層によって、部品を基材に接合する方法、ないしは、基材同士を接合する方法、ないしは、部品同士を接合する方法は、
部品を基材に接合する双方の接合部位に、前記した方法で製造したペーストを塗布し、該ペーストが塗布された前記部品を、該ペーストが塗布された前記基材に重ね合わせ、さらに、該部品の表面に圧縮荷重を加える、この後、該圧縮荷重が加えられた前記部品と前記基材との双方を、前記した液体の有機化合物の沸点に昇温し、さらに、前記部品の表面に加える圧縮荷重の印加を停止する、
この処理によって、最初に前記塗布したペーストから、前記した有機溶剤が気化し、次いで前記した液体の有機化合物が気化し、次に前記ペーストに分散していた金属のナノ粒子の集まりが活性化し、該活性化した金属のナノ粒子の集まりが重なり合って前記ペーストが塗布された部位に析出し、さらに、該重なり合って析出した金属のナノ粒子の集まりに、前記圧縮荷重による圧縮応力が加わり、該圧縮応力によって前記金属のナノ粒子同士が接触し、さらに、該金属のナノ粒子同士が接触した部位に摩擦熱が発生し、該摩擦熱で前記金属のナノ粒子同士が接合し、該摩擦熱で接合した金属のナノ粒子の集まりからなる接合層が、前記ペーストが有する粘度に応じた量からなる接合層として前記接合部位に形成され、該接合層によって、前記部品が前記基材に接合される、
6段落に記載した方法で製造したペーストを用い、摩擦熱で接合した金属のナノ粒子の集まりからなる接合層によって、部品を基材に接合する方法、
ないしは、
基材同士を接合する双方の接合部位に、前記した方法で製造したペーストを塗布し、該ペーストが塗布された双方の接合部位同士を重ね合わせ、さらに、該重ね合わされた基材同士の一方の基材に圧縮荷重を加える、この後、該圧縮荷重が加えられた基材同士を、前記した液体の有機化合物の沸点に昇温し、さらに、前記一方の基材に加える圧縮荷重の印加を停止する、
この処理によって、最初に前記塗布したペーストから、前記した有機溶剤が気化し、次いで前記した液体の有機化合物が気化し、次に前記ペーストに分散していた金属のナノ粒子の集まりが活性化し、該活性化した金属のナノ粒子の集まりが重なり合って前記ペーストが塗布された部位に析出し、さらに、該重なり合って析出した金属のナノ粒子の集まりに、前記圧縮荷重による圧縮応力が加わり、該圧縮応力によって前記金属のナノ粒子同士が接触し、さらに、該金属のナノ粒子同士が接触した部位に摩擦熱が発生し、該摩擦熱で前記金属のナノ粒子同士が接合し、該摩擦熱で接合した金属のナノ粒子の集まりからなる接合層が、前記ペーストが有する粘度に応じた量からなる接合層として前記接合部位に形成され、該接合層によって、前記基材同士が接合される、
請求項1に記載した方法で製造したペーストを用い、摩擦熱で接合した金属のナノ粒子の集まりからなる接合層によって、基材同士を接合する方法、
ないしは、
部品同士を接合する双方の接合部位に、前記した方法で製造したペーストを塗布し、該ペーストが塗布された双方の接合部位同士を重ね合わせ、該重ね合わされた部品同士の一方の部品に圧縮荷重を加える、この後、該圧縮荷重が加えられた部品同士を、前記した液体の有機化合物の沸点に昇温し、さらに、前記一方の部品に加える圧縮荷重の印加を停止する、
この処理によって、最初に前記塗布したペーストから、前記した有機溶剤が気化し、次いで前記した液体の有機化合物が気化し、次に前記ペーストに分散していた金属のナノ粒子の集まりが活性化し、該活性化した金属のナノ粒子の集まりが重なり合って前記ペーストが塗布された部位に析出し、さらに、該重なり合って析出した金属のナノ粒子の集まりに、前記圧縮荷重による圧縮応力が加わり、該圧縮応力によって前記金属のナノ粒子同士が接触し、さらに該金属のナノ粒子同士が接触した部位に摩擦熱が発生し、該摩擦熱で前記金属のナノ粒子同士が接合し、該摩擦熱で接合した金属のナノ粒子の集まりからなる接合層が、前記ペーストが有する粘度に応じた量からなる接合層として前記接合部位に形成され、該接合層によって、前記部品同士が接合される、
6段落に記載した方法で製造したペーストを用い、摩擦熱で接合した金属のナノ粒子の集まりからなる接合層によって、部品同士を接合する方法。
A method for joining a part to a substrate, or a method for joining substrates together, or a method for joining parts together, using a paste produced by the method described in paragraph 6, with a joining layer consisting of a collection of metal nanoparticles joined by frictional heat, comprises:
The paste produced by the above -mentioned method is applied to both joining portions where a component is to be joined to a substrate, the component to which the paste has been applied is placed on top of the substrate to which the paste has been applied, and a compressive load is applied to the surface of the component. Thereafter, both the component to which the compressive load has been applied and the substrate are heated to the boiling point of the liquid organic compound, and the application of the compressive load to the surface of the component is stopped.
By this treatment, first, the organic solvent evaporates from the applied paste, then the liquid organic compound evaporates, and then the collection of metal nanoparticles dispersed in the paste is activated, and the activated collection of metal nanoparticles overlap and precipitate at the site where the paste was applied, and further, compressive stress due to the compressive load is applied to the collection of metal nanoparticles that have precipitated and overlap, and the metal nanoparticles come into contact with each other due to the compressive stress, and further, frictional heat is generated at the site where the metal nanoparticles come into contact with each other due to the frictional heat, and the metal nanoparticles are bonded to each other by the frictional heat, and a bonding layer consisting of the collection of metal nanoparticles bonded by the frictional heat is formed at the bonding site as a bonding layer in an amount corresponding to the viscosity of the paste, and the part is bonded to the base material by the bonding layer.
A method for bonding a part to a substrate by means of a bonding layer consisting of a collection of nanoparticles of metal bonded by frictional heat, using a paste produced by the method according to paragraph 6;
Or,
The paste produced by the above -mentioned method is applied to both joining portions of the substrates to be joined, the joining portions to which the paste has been applied are overlapped, and a compressive load is applied to one of the overlapped substrates. Thereafter, the substrates to which the compressive load has been applied are heated to the boiling point of the liquid organic compound, and the application of the compressive load to the one of the substrates is stopped.
By this treatment, first, the organic solvent evaporates from the applied paste, then the liquid organic compound evaporates, and then the collection of metal nanoparticles dispersed in the paste is activated, and the activated collection of metal nanoparticles overlap and precipitate at the site where the paste was applied, and further, a compressive stress due to the compressive load is applied to the collection of metal nanoparticles that have precipitated and overlap, and the metal nanoparticles come into contact with each other due to the compressive stress, and further, frictional heat is generated at the site where the metal nanoparticles come into contact with each other, and the metal nanoparticles are bonded to each other by the frictional heat, and a bonding layer consisting of the collection of metal nanoparticles bonded by the frictional heat is formed at the bonding site as a bonding layer consisting of an amount corresponding to the viscosity of the paste, and the substrates are bonded to each other by the bonding layer.
A method for bonding substrates with a bonding layer made of a collection of metal nanoparticles bonded by frictional heat, using the paste produced by the method according to claim 1;
Or,
The paste produced by the above -mentioned method is applied to both joining portions of the components to be joined, the joining portions to which the paste has been applied are overlapped, and a compressive load is applied to one of the overlapped components. Thereafter, the components to which the compressive load has been applied are heated to the boiling point of the liquid organic compound, and the application of the compressive load to the one of the components is stopped.
By this process, first, the organic solvent evaporates from the applied paste, then the liquid organic compound evaporates, and then the clusters of metal nanoparticles dispersed in the paste are activated, and the activated clusters of metal nanoparticles overlap and precipitate at the site where the paste was applied, and further, compressive stress due to the compressive load is applied to the clusters of metal nanoparticles that have precipitated and overlap, and the compressive stress causes the metal nanoparticles to come into contact with each other, and further, frictional heat is generated at the site where the metal nanoparticles come into contact with each other, and the metal nanoparticles are bonded together by the frictional heat, and a bonding layer consisting of the clusters of metal nanoparticles bonded together by the frictional heat is formed at the bonding site as a bonding layer in an amount corresponding to the viscosity of the paste, and the parts are bonded together by the bonding layer.
A method for joining parts together using a paste produced by the method described in paragraph 6, with a joining layer consisting of a collection of metal nanoparticles bonded by frictional heat.
最初に、隣接する金属のナノ粒子同士が摩擦熱で接合した該金属のナノ粒子の集まりからなる接合層によって、部品を基材に接合する方法を説明する。
部品を基材に接合する部位と、基材に部品が接合される部位とに、6段落に記載した方法で製造したペーストを塗布すると、双方の部位に塗膜が形成される。すなわち、ペーストの20℃における粘度が、20ミリパスカル秒以下の粘度になるように設定され、殆ど質量を持たない10nm前後の大きさからなる金属のナノ粒子に、有機溶剤で希釈された有機化合物が粘度に応じた吸着力で吸着する。このため、ペーストを塗布すると、金属のナノ粒子が、有機溶剤で希釈された有機化合物から分離せず、金属のナノ粒子が有機溶剤で希釈された有機化合物に分散した、ペーストの構成からなる塗膜が形成される。また、ペーストは、表面張力が30ミリニュートン毎メートル以下と極めて小さく、かつ、ペーストが20ミリパスカル秒以下の低粘度であり、さらに、金属のナノ粒子が10nm前後の大きさで、基材ないしは部品の表面の凹凸より2桁小さいため、塗布されたペーストは、基材ないしは部品の材質に拘わらず、部品を基材に接合する領域の全体を覆うとともに、部品を基材に重ね合わせた双方の部位の表面の凹凸に入り込む。
この後、ペーストが塗布された部品を、ペーストが塗布された基材に重ね合わせ、部品の表面に圧縮荷重を加え、部品と基材とを有機化合物の沸点に昇温する。これによって、有機溶媒が気化した後に、有機化合物が気化する。有機化合物の沸点が金属化合物の熱分解温度より高いため、塗布したペーストから有機化合物の気化が完了すると、活性状態になった金属のナノ粒子の集まりが重なり合って析出し、析出した金属のナノ粒子同士が接触部で金属結合し、金属結合した金属のナノ粒子の集まりからなる接合層が、ペーストの粘度に応じた厚みで、部品を基材に接合する領域の全体を覆うとともに、部品を基材に重ね合わせた双方の部位の表面の凹凸に入り込む。
いっぽう、基材の表面の凹凸を埋めた金属結合した金属のナノ粒子の集まりが、表面の凹凸のすぐ上の部品との接触部に析出した金属結合した金属のナノ粒子の集まりと接触し、該接触した金属のナノ粒子同士は金属結合する。この結果、金属結合した金属のナノ粒子の集まりが、部品を基材に接合する全ての領域と、部品を基材に重ね合わせた双方の部位の表面の凹凸とに、連続して形成される。従って、金属結合した金属のナノ粒子の集まりからなる接合層が、基材ないしは部品の材質に拘わらず、部品を基材に接合する部位に形成される。いっぽう、部品を基材に重ね合わせた双方の部位の表面の凹凸に形成された金属結合した金属のナノ粒子の集まりに、アンカー効果が発生する。この結果、金属結合した金属のナノ粒子の集まりからなる接合層が、一定の機械的強度を持って、部品を基材に接合する。
ところで、圧縮応力が部品に継続して加わっているため、部品を基材に接合する部位に形成された金属結合した金属のナノ粒子の集まりに、また、部品を基材に重ね合わせた双方の部位の表面の凹凸に形成された金属結合した金属のナノ粒子の集まりに、圧縮応力が加わる。これによって、金属のナノ粒子同士の金属結合部に圧縮応力が加わり、結合部の体積が僅かであるため、金属結合部が優先して破壊し、金属のナノ粒子で埋められた領域を、金属結合から引き離された金属のナノ粒子が僅かに移動し、金属のナノ粒子同士が再度接触する。さらに、金属結合から引き離された金属のナノ粒子に圧縮応力が加わり、金属のナノ粒子が移動しようとするが、接触した金属のナノ粒子の集まりの存在が障害となって、金属のナノ粒子の移動が制止され、金属のナノ粒子同士が強固に接触する。従って、金属のナノ粒子同士の接触部の体積は、活性化した金属のナノ粒子の集まりが析出した際に、金属のナノ粒子同士が接触した体積に比べ大きい。この際、金属のナノ粒子同士の接触部に摩擦熱が発生し、摩擦熱で隣接する金属のナノ粒子同士が接合するが、摩擦熱による金属のナノ粒子同士の接合力は、活性化した金属のナノ粒子の集まりが析出した際に、金属のナノ粒子同士が金属結合した結合力より大きい。
この結果、基材ないしは部品の材質に拘わらず、摩擦熱で接合した金属のナノ粒子の集まりが、部品を基材に接合する部位を埋め、また、部品を基材に重ね合わせた双方の部位の表面の凹凸を埋め、両者の金属のナノ粒子の集まりは、互いに接触する部位で摩擦接合する。また、表面の凹凸を埋めた摩擦熱で接合した金属のナノ粒子の集まりは、アンカー効果を発生する。この結果、摩擦熱で接合した金属のナノ粒子の集まりからなる接合層が、部品と基材との材質の違いに拘わらず、部品を基材に接合する。
本発明の部品を基材に接合させる事例の一つとして、部品と基材とが互いに異なる材質からなる事例がある。すなわち、部品と基材との材質の組み合わせが、一方が鉄で、他方がアルミニウムからなる場合、あるいは、一方がアルミニウムで、他方が合成樹脂からなる場合、あるいは、一方がアルミニウムで、他方が炭素繊維強化プラスチックからなる場合、あるいは、一方が合成樹脂で、他方がセラミックスからなる場合などは、双方の融点ないしは軟化点が大きく異なる、あるいは、材料の構造、原子同士の結合構造が大きく異なるため、部品を基材に接合させることが難しい。
しかしながら、本発明の部品を基材に接合させる方法に依れば、部品と基材の材質の組み合わせの如何に拘わらず、摩擦熱で接合した金属のナノ粒子の集まりからなる接合層によって、部品を基材に接合することができる。
次に、隣接する金属のナノ粒子同士が摩擦熱で接合した該金属のナノ粒子の集まりからなる接合層によって、基材同士を接合する方法、ないしは、部品同士を接合する方法を説明する。
基材同士を接合する双方の接合部位に、ないしは、部品同士を接合する双方の接合部位に、6段落に記載した方法で製造したペーストを塗布すると、双方の接合部位に塗膜が形成される。すなわち、ペーストの20℃における粘度が、20ミリパスカル秒以下の粘度になるように設定され、殆ど質量を持たない10nm前後の大きさからなる金属のナノ粒子に、有機溶剤で希釈された有機化合物が粘度に応じた吸着力で吸着する。このため、ペーストを塗布すると、金属のナノ粒子が、有機溶剤で希釈された有機化合物から分離せず、金属のナノ粒子が有機溶剤で希釈された有機化合物に分散した、ペーストの構成からなる塗膜が形成される。また、ペーストは、表面張力が30ミリニュートン毎メートル以下と極めて小さく、かつ、20ミリパスカル秒以下の低粘度であり、さらに、金属のナノ粒子が10nm前後の大きさで、基材ないしは部品の表面の凹凸より2桁小さいため、塗布されたペーストは、基材ないしは部品の材質に拘わらず、基材同士ないしは部品同士を接合する領域の全体を覆うとともに、重ね合わせた基材ないしは重ね合わせた部品の表面の凹凸に入り込む。
この後、ペーストが塗布された基材同士を重ね合わせ、ないしは、ペーストが塗布された部品同士を重ね合わせ、一方の基材ないしは一方の部品の表面に圧縮荷重を加え、基材ないしは部品を有機化合物の沸点に昇温する。これによって、有機溶媒が気化した後に、有機化合物が気化する。有機化合物の沸点が金属化合物の熱分解温度より高いため、塗布したペーストから有機化合物の気化が完了すると、活性状態になった金属のナノ粒子の集まりが重なり合って塗膜に析出し、析出した金属のナノ粒子同士が接触部で金属結合し、金属結合した金属のナノ粒子の集まりからなる接合層が、ペーストの粘度に応じた厚みで、基材同士ないしは部品同士を接合する領域の全体を覆うとともに、重ね合わせた基材ないしは部品の表面の凹凸に入り込んで形成される。
いっぽう、基材の表面の凹凸を埋めた金属結合した金属のナノ粒子の集まりが、表面の凹凸のすぐ上の他方の基材との接触部に析出した金属結合した金属のナノ粒子の集まりと接触し、該接触した金属のナノ粒子同士は金属結合する。この結果、金属結合した金属のナノ粒子の集まりが、基材同士を接合する接合部位と、双方の基材の表面の凹凸とに、連続して形成される。同様に、部品の表面の凹凸を埋めた金属結合した金属のナノ粒子の集まりが、表面の凹凸のすぐ上の他方の部品との接触部に析出した金属結合した金属のナノ粒子の集まりと接触し、該接触した金属のナノ粒子同士は金属結合する。この結果、金属結合した金属のナノ粒子の集まりが、基材同士を接合する全ての接合部位と、双方の基材の表面の凹凸とに、連続して形成される。同様に、金属結合した金属のナノ粒子の集まりが、部品同士を接合する全ての接合部位と、双方の部品の表面の凹凸とに、連続して形成される。これによって、金属結合した金属のナノ粒子の集まりからなる接合層が、基材ないしは部品の材質に拘わらず、部品同士ないしは基材同士を接合する部位に形成される。いっぽう、重ね合わせた基材ないしは部品の表面の凹凸に形成された金属結合した金属のナノ粒子の集まりに、アンカー効果が発生する。この結果、金属結合した金属のナノ粒子の集まりからなる接合層が、一定の機械的強度を持って、基材同士ないしは部品同士を接合する。
ところで、双方の基材ないしは双方の部品に、圧縮応力が継続して加わっているため、析出した金属のナノ粒子の集まりに圧縮応力が加わる。このため、金属のナノ粒子同士の金属結合部に圧縮応力が加わり、結合部の体積が僅かであるため、金属結合部が優先して破壊され、金属のナノ粒子で埋められた領域を、金属結合から引き離された金属のナノ粒子が僅かに移動し、金属のナノ粒子同士が改めて接触する。さらに、金属結合から引き離された金属のナノ粒子に圧縮応力が加わり、金属のナノ粒子が移動しようとするが、接触した金属のナノ粒子の集まりの存在が障害となって、金属のナノ粒子の移動が制止され、金属のナノ粒子同士が強固に接触する。従って、金属のナノ粒子同士の接触部の体積は、活性化された金属のナノ粒子が重なり合って析出した際に、金属のナノ粒子同士が接触した体積に比べ大きい。この際、金属のナノ粒子同士の接触部に摩擦熱が発生し、摩擦熱で金属のナノ粒子同士が接合するが、摩擦熱による金属のナノ粒子同士の接合力は、活性化された金属のナノ粒子が重なり合って析出した際に、金属のナノ粒子同士が金属結合した結合力より大きい。
この結果、部品同士ないしは基材同士を重ね合わせた双方の部位の表面の凹凸を、摩擦熱で接合した金属のナノ粒子の集まりが埋め、また、部品同士ないしは基材同士を重ね合わせた双方の部位を摩擦熱で接合した金属のナノ粒子の集まりが埋め、両者の金属のナノ粒子の集まりは、互いに接触する部位で摩擦接合する。また、重ね合わせた部品ないしは基材の表面の凹凸に形成された摩擦熱で接合した金属のナノ粒子の集まりに、アンカー効果が発生する。このため、摩擦熱で接合した金属のナノ粒子の集まりからなる接合層が、部品同士を、ないしは基材同士を強固に接合する。また、部品と基材との材質の違いに拘わらず、基材同士ないしは部品同士を接合する。
本発明の基材同士を接合する、ないしは、部品同士を接合する事例の一つとして、基材同士が、ないしは、部品同士が互いに異なる材質からなる事例がある。本発明の基材同士を接合させる方法に依れば、基材同士の材質の組み合わせの如何に拘わらず、ないしは、部品同士を接合させる方法に依れば、部品同士の材質の組み合わせの如何に拘わらず、金属のナノ粒子同士が摩擦熱で接合した該金属のナノ粒子の集まりからなる接合層によって、基材同士を、ないしは、部品同士接合することができる。
以上に説明したように、本発明のペーストを、部品を基材に接合する部位に、基材同士を接合する部位に、ないしは、部品同士を接合する部位に塗布し、さらに、部品を基材に圧縮する、ないしは、一方の基材を圧縮し、ないしは、一方の部品を圧縮し、有機化合物を気化させることで、部品と基材とが、ないしは、基材同士が、ないしは、部品同士が、異種材質であっても、部品を基材に、ないしは、基材同士を、ないしは、部品同士が、摩擦熱で接合した金属のナノ粒子の集まりからなる接合層によって接合され、ペーストの適応範囲がさらに広がる。
なお、摩擦熱で接合した金属のナノ粒子同士の接合は、10-11段落に記載した金属結合で接合した金属のナノ粒子同士の接合より、接合部の体積が大きいため、10-11段落に記載した金属結合で接合した金属のナノ粒子同士の接合力より接合力が大きい。
さらに、基材ないしは部品を、有機化合物の沸点に昇温する際に、基材ないしは部品の表面に付着していた水分、水和物、水酸化物及び有機物がそれぞれの沸点に応じて順番に気化する。このため、基材ないしは部品の表面に付着した不純物を取り除く事前の洗浄処理は必要ない。また、基材ないしは部品の表面の凹凸より2桁小さい金属のナノ粒子の集まりが、基材ないしは部品の表面の凹凸に入り込んで析出するため、基材ないしは部品の表面に、酸化膜や水酸化膜が形成されていても、金属のナノ粒子の集まりが、部品を基材に接合させる、ないしは、部品同士を接合させる、ないしは、基材同士を接合させる。
また、接合する部品の質量に応じて、あるいは、接合する基材同士ないしは部品同士の質量に応じてペーストの粘度を変え、これによって、部品を基材に接合する接合層の厚みが、あるいは、基材同士ないしは部品同士を接合する接合層の厚みが変えられ、接合層の接合強度が、部品の質量に応じて、あるいは、接合する基材同士ないしは部品同士の質量に応じて自在に変えられる。このため、基材ないしは部品の質量が大きく、大きな接合強度が必要な場合は、ペーストの粘度を相対的に高い粘度に設定する。
First, a method for joining a component to a substrate using a joining layer made of a collection of nanoparticles of a metal, the nanoparticles being joined together by frictional heat, will be described.
When the paste produced by the method described in paragraph 6 is applied to a portion where a part is bonded to a substrate and a portion where a part is bonded to a substrate, a coating film is formed on both portions. That is, the viscosity of the paste at 20° C. is set to 20 mPascal seconds or less, and an organic compound diluted with an organic solvent is adsorbed to metal nanoparticles having a size of about 10 nm, which have almost no mass, with an adsorption force according to the viscosity. Therefore, when the paste is applied, a coating film is formed in which the metal nanoparticles are not separated from the organic compound diluted with an organic solvent, and the metal nanoparticles are dispersed in the organic compound diluted with an organic solvent. In addition, the paste has an extremely small surface tension of 30 mN/m or less, a low viscosity of 20 mPascal seconds or less, and the metal nanoparticles are about 10 nm in size, which is two orders of magnitude smaller than the unevenness of the surface of the substrate or the part, so that the applied paste covers the entire area where the part is bonded to the substrate, regardless of the material of the substrate or the part, and penetrates the unevenness of the surface of both portions where the part is superimposed on the substrate.
After this, the component coated with the paste is placed on the substrate coated with the paste, a compressive load is applied to the surface of the component, and the component and substrate are heated to the boiling point of the organic compound. This causes the organic solvent to evaporate, and then the organic compound to evaporate. Since the boiling point of the organic compound is higher than the thermal decomposition temperature of the metal compound, when the evaporation of the organic compound from the applied paste is completed, a collection of activated metal nanoparticles overlaps and precipitates, and the precipitated metal nanoparticles are metallically bonded at the contact area, and a bonding layer consisting of a collection of metallic nanoparticles that is metallically bonded covers the entire area where the component is bonded to the substrate, with a thickness according to the viscosity of the paste, and penetrates into the unevenness of the surfaces of both parts where the component is placed on the substrate.
On the other hand, the collection of metallic nanoparticles that fills the surface irregularities of the substrate contacts the collection of metallic nanoparticles that are deposited on the contact area with the component immediately above the surface irregularities, and the contacting metallic nanoparticles are metallically bonded to each other. As a result, the collection of metallic nanoparticles is continuously formed in all areas where the component is bonded to the substrate and in the surface irregularities of both parts where the component is superimposed on the substrate. Therefore, a bonding layer made of a collection of metallic nanoparticles is formed in the part where the component is bonded to the substrate, regardless of the material of the substrate or the component. On the other hand, an anchor effect occurs in the collection of metallic nanoparticles that are formed on the surface irregularities of both parts where the component is superimposed on the substrate. As a result, the bonding layer made of a collection of metallic nanoparticles bonds the component to the substrate with a certain mechanical strength.
However, since the compressive stress is continuously applied to the part, the compressive stress is applied to the collection of metal nanoparticles formed at the part where the part is bonded to the substrate, and to the collection of metal nanoparticles formed on the unevenness of the surface of both parts where the part is superimposed on the substrate. As a result, the compressive stress is applied to the metal bond between the metal nanoparticles, and since the volume of the bond is small, the metal bond is destroyed first, and the metal nanoparticles that have been separated from the metal bond move slightly in the area filled with the metal nanoparticles, and the metal nanoparticles come into contact with each other again. Furthermore, the compressive stress is applied to the metal nanoparticles that have been separated from the metal bond, and the metal nanoparticles try to move, but the presence of the collection of contacting metal nanoparticles becomes an obstacle, preventing the movement of the metal nanoparticles, and the metal nanoparticles come into strong contact with each other. Therefore, the volume of the contact area between the metal nanoparticles is larger than the volume of the contact between the metal nanoparticles when the activated collection of metal nanoparticles precipitates. At this time, frictional heat is generated at the contact points between the metal nanoparticles, and adjacent metal nanoparticles are bonded together by the frictional heat. However, the bonding strength between the metal nanoparticles due to the frictional heat is greater than the bonding strength between the metal nanoparticles when a collection of activated metal nanoparticles precipitates.
As a result, regardless of the material of the substrate or part, the collection of metal nanoparticles bonded by frictional heat fills the area where the part is bonded to the substrate, and also fills the surface irregularities of both areas where the part is superimposed on the substrate, and the collections of metal nanoparticles of both are frictionally bonded at the areas where they come into contact with each other. In addition, the collection of metal nanoparticles bonded by frictional heat that fills the surface irregularities creates an anchor effect. As a result, the bonding layer made of the collection of metal nanoparticles bonded by frictional heat bonds the part to the substrate, regardless of the difference in material between the part and the substrate.
One example of joining the part of the present invention to a substrate is when the part and the substrate are made of different materials. That is, when the material combination of the part and the substrate is such that one is made of iron and the other is made of aluminum, or one is made of aluminum and the other is made of synthetic resin, or one is made of aluminum and the other is made of carbon fiber reinforced plastic, or one is made of synthetic resin and the other is made of ceramics, it is difficult to join the part to the substrate because the melting points or softening points of the two are significantly different, or the structures of the materials and the bonding structures between atoms are significantly different.
However, according to the method of joining a part to a substrate of the present invention, the part can be joined to the substrate by a bonding layer consisting of a collection of metal nanoparticles bonded by frictional heat, regardless of the combination of materials of the part and substrate.
Next, a method for joining substrates together or a method for joining parts together using a joining layer made of a collection of nanoparticles of a metal in which adjacent nanoparticles of the metal are joined by frictional heat will be described.
When the paste produced by the method described in paragraph 6 is applied to both joints between substrates or to both joints between parts, a coating film is formed at both joints. That is, the viscosity of the paste at 20°C is set to 20 mPascal seconds or less, and an organic compound diluted with an organic solvent is adsorbed to metal nanoparticles with a size of about 10 nm that have almost no mass with an adsorption force according to the viscosity. Therefore, when the paste is applied, the metal nanoparticles do not separate from the organic compound diluted with an organic solvent, and a coating film consisting of the paste is formed in which the metal nanoparticles are dispersed in the organic compound diluted with an organic solvent. In addition, the paste has an extremely low surface tension of 30 millinewtons per meter or less and a low viscosity of 20 millipascal seconds or less. Furthermore, the metal nanoparticles are about 10 nm in size, which is two orders of magnitude smaller than the irregularities on the surface of the substrate or component. Therefore, the applied paste covers the entire area where the substrates or components are joined, regardless of the material of the substrate or component, and penetrates into the irregularities on the surface of the overlapping substrates or overlapping components.
After this, the substrates coated with the paste are overlapped, or the parts coated with the paste are overlapped, a compressive load is applied to the surface of one of the substrates or one of the parts, and the substrate or part is heated to the boiling point of the organic compound. As a result, the organic solvent is evaporated, and then the organic compound is evaporated. Since the boiling point of the organic compound is higher than the thermal decomposition temperature of the metal compound, when the evaporation of the organic compound from the applied paste is completed, a collection of activated metal nanoparticles overlaps and precipitates on the coating film, and the precipitated metal nanoparticles are metallically bonded at the contact area, and a bonding layer consisting of a collection of metallic nanoparticles is formed with a thickness according to the viscosity of the paste, covering the entire area where the substrates or parts are bonded, and penetrating the unevenness of the surface of the overlapped substrates or parts.
On the other hand, a collection of metal-bonded nanoparticles filling the unevenness of the surface of the substrate contacts a collection of metal-bonded nanoparticles deposited at the contact portion with the other substrate just above the unevenness of the surface, and the contacting metal nanoparticles are metal-bonded to each other. As a result, a collection of metal-bonded nanoparticles is continuously formed at the joining portion where the substrates are joined and on the unevenness of the surfaces of both substrates. Similarly, a collection of metal-bonded nanoparticles filling the unevenness of the surface of the part contacts a collection of metal-bonded nanoparticles deposited at the contact portion with the other substrate just above the unevenness of the surface, and the contacting metal nanoparticles are metal-bonded to each other. As a result, a collection of metal-bonded nanoparticles is continuously formed at all joining portions where the substrates are joined and on the unevenness of the surfaces of both substrates. Similarly, a collection of metal-bonded nanoparticles is continuously formed at all joining portions where the components are joined and on the unevenness of the surfaces of both components. As a result, a bonding layer consisting of a collection of metallic nanoparticles is formed at the site where the components or substrates are bonded together, regardless of the material of the substrate or component. Meanwhile, an anchor effect occurs in the collection of metallic nanoparticles formed on the unevenness of the surface of the overlapped substrates or components. As a result, the bonding layer consisting of a collection of metallic nanoparticles bonds the substrates or components together with a certain degree of mechanical strength.
However, since compressive stress is continuously applied to both substrates or both parts, compressive stress is applied to the collection of precipitated metal nanoparticles. Therefore, compressive stress is applied to the metal bond between the metal nanoparticles, and since the volume of the bond is small, the metal bond is preferentially destroyed, and the metal nanoparticles separated from the metal bond move slightly in the area filled with metal nanoparticles, and the metal nanoparticles contact each other again. Furthermore, compressive stress is applied to the metal nanoparticles separated from the metal bond, and the metal nanoparticles try to move, but the presence of the collection of contacting metal nanoparticles becomes an obstacle, preventing the movement of the metal nanoparticles, and the metal nanoparticles contact each other firmly. Therefore, the volume of the contact between the metal nanoparticles is larger than the volume of the contact between the metal nanoparticles when the activated metal nanoparticles are overlapped and precipitated. At this time, frictional heat is generated at the contact points between the metal nanoparticles, and the frictional heat bonds the metal nanoparticles together. However, the bonding strength between the metal nanoparticles due to the frictional heat is greater than the bonding strength between the metal nanoparticles when the activated metal nanoparticles overlap and precipitate.
As a result, the unevenness of the surfaces of the parts or substrates overlapping each other is filled with the collection of metal nanoparticles bonded by frictional heat, and the collection of metal nanoparticles of the parts or substrates overlapping each other is filled with the collection of metal nanoparticles bonded by frictional heat, and the collection of metal nanoparticles of the two metals are frictionally bonded at the contact points. In addition, an anchor effect occurs in the collection of metal nanoparticles bonded by frictional heat formed on the unevenness of the surfaces of the overlapping parts or substrates. Therefore, the bonding layer made of the collection of metal nanoparticles bonded by frictional heat firmly bonds the parts or substrates. In addition, the substrates or parts are bonded to each other regardless of the difference in material between the parts and substrates.
In one example of joining substrates or parts according to the present invention, the substrates or parts are made of different materials. According to the method for joining substrates or parts according to the present invention, the substrates or parts can be joined by a joining layer made of a collection of metal nanoparticles joined by frictional heat, regardless of the combination of materials of the substrates or parts.
As described above, the paste of the present invention is applied to a portion where a component is joined to a substrate, to a portion where substrates are joined, or to a portion where components are joined, and then the component is compressed to the substrate, or one of the substrates is compressed, or one of the components is compressed, and the organic compound is vaporized. Even if the component and the substrate, the substrates, or the components are made of different materials, the component is joined to the substrate, the substrates, or the components are joined by a bonding layer made of a collection of metal nanoparticles bonded by frictional heat, further expanding the range of application of the paste.
In addition, the bond between metal nanoparticles bonded by frictional heat has a larger volume of the bond than the bond between metal nanoparticles bonded by metallic bonding described in paragraphs 10-11, and therefore the bonding strength is greater than the bonding strength between metal nanoparticles bonded by metallic bonding described in paragraphs 10-11.
Furthermore, when the substrate or part is heated to the boiling point of the organic compound, the moisture, hydrates, hydroxides, and organic substances attached to the surface of the substrate or part are vaporized in order according to their respective boiling points. Therefore, a prior cleaning process to remove impurities attached to the surface of the substrate or part is not necessary. Also, since a collection of metal nanoparticles that is two orders of magnitude smaller than the unevenness of the surface of the substrate or part enters the unevenness of the surface of the substrate or part and precipitates, even if an oxide film or hydroxide film is formed on the surface of the substrate or part, the collection of metal nanoparticles bonds the part to the substrate, bonds the parts to each other, or bonds the substrates to each other.
In addition, the viscosity of the paste is changed according to the mass of the parts to be joined, or according to the mass of the base materials or parts to be joined, whereby the thickness of the joining layer that joins the parts to the base materials, or the thickness of the joining layer that joins the base materials or parts to each other, can be changed, and the joining strength of the joining layer can be freely changed according to the mass of the parts, or according to the mass of the base materials or parts to be joined. Therefore, when the mass of the base materials or parts is large and a large joining strength is required, the viscosity of the paste is set to a relatively high viscosity.
14段落に記載した部品を基材に接合する方法、ないしは、基材同士を接合する方法、ないしは、部品同士を接合する方法が、強磁性金属のナノ粒子同士が磁気吸着と摩擦熱とによって接合した該強磁性金属のナノ粒子の集まりからなる接合層によって、部品を基材に接合する方法、ないしは、基材同士を接合する方法、ないしは、部品同士を接合する方法であり、該部品を基材に接合する方法、ないしは、該基材同士を接合する方法、ないしは、該部品同士を接合する方法は、
前記した金属化合物が、熱分解で鉄、ニッケル、ないしは、コバルトからなるいずれかの強磁性金属を析出する金属化合物であり、該金属化合物を、前記した金属化合物として用い、前記したペーストを製造する方法に従って、強磁性金属からなるナノ粒子の集まりが、有機化合物に分散された構成からなるペーストを製造し、該ペーストを、部品を基材に接合する双方の接合部位に塗布し、該ペーストが塗布された部品の接合部位を、該ペーストが塗布された基材の接合部位に重ね合わせ、前記部品の表面に圧縮荷重を加える、この後、該圧縮荷重が加えられた前記部品と前記基材との双方を、前記した液体の有機化合物の沸点に昇温し、さらに、前記部品の表面に加えた圧縮荷重の印加を停止する、
この処理によって、最初に前記塗布したペーストから、前記した有機溶剤が気化し、次いで前記した液体の有機化合物が気化し、次に前記ペーストに分散していた前記強磁性金属のナノ粒子の集まりが活性化し、該活性化した強磁性金属のナノ粒子の集まりが重なり合って前記ペーストが塗布された部位に析出し、さらに該重なり合って析出した強磁性金属のナノ粒子同士が互いに磁気吸着し、さらに、該磁気吸着した強磁性金属のナノ粒子の集まりに、前記圧縮荷重による圧縮応力が加わり、該圧縮応力によって前記強磁性金属のナノ粒子同士の磁気吸着部に摩擦熱が発生し、さらに該摩擦熱で前記強磁性金属のナノ粒子同士が接合し、該摩擦熱で接合した強磁性金属のナノ粒子の集まりからなる接合層が前記接合部位に形成される、
この後、前記部品を前記基材に重ね合わせた部位に、前記強磁性金属のナノ粒子の磁化が飽和する磁界を印加し、該強磁性金属のナノ粒子の磁化を飽和させる、この処理によって、前記摩擦熱で接合した強磁性金属のナノ粒子同士が、飽和した磁化によって磁気吸着し、該強磁性金属のナノ粒子同士が磁気吸着と摩擦熱とによって接合した該強磁性金属のナノ粒子の集まりからなる接合層によって、前記部品が前記基材に接合される、部品を基材に接合する方法、
ないしは、
前記した金属化合物が、熱分解で鉄、ニッケル、ないしは、コバルトからなるいずれかの強磁性金属を析出する金属化合物であり、該金属化合物を、前記した金属化合物として用い、前記したペーストを製造する方法に従って、強磁性金属からなるナノ粒子の集まりが、有機化合物に分散された構成からなるペーストを製造し、該ペーストを、基材同士を接合する双方の接合部位に塗布し、該ペーストが塗布された基材の双方の接合部位同士を重ね合わせ、該重ね合わされた基材の一方の基材に圧縮荷重を加える、この後、該圧縮荷重が加えられた基材同士を、前記した液体の有機化合物の沸点に昇温し、さらに、前記一方の基材に加えた圧縮荷重の印加を停止する、
この処理によって、最初に前記塗布したペーストから、前記した有機溶剤が気化し、次いで前記した液体の有機化合物が気化し、次に前記ペーストに分散していた強磁性金属のナノ粒子の集まりが活性化し、該活性化した強磁性金属のナノ粒子の集まりが重なり合って前記ペーストが塗布された部位に析出し、さらに該重なり合って析出した強磁性金属のナノ粒子同士が互いに磁気吸着し、さらに、該磁気吸着した強磁性金属のナノ粒子の集まりに、前記圧縮荷重による圧縮応力が加わり、該圧縮応力によって前記強磁性金属のナノ粒子同士の磁気吸着部に摩擦熱が発生し、さらに該摩擦熱で前記強磁性金属のナノ粒子同士が接合し、該摩擦熱で接合した強磁性金属のナノ粒子の集まりからなる接合層が前記接合部位に形成される、
この後、前記基材同士を接合する双方の接合部位に、前記強磁性金属のナノ粒子の磁化が飽和する磁界を印加し、該強磁性金属のナノ粒子の磁化を飽和させる、この処理によって、前記摩擦熱で接合した強磁性金属のナノ粒子同士が、飽和した磁化によって磁気吸着し、該強磁性金属のナノ粒子同士が磁気吸着と摩擦熱とによって接合した該強磁性金属のナノ粒子の集まりからなる接合層によって、前記基材同士が接合される、基材同士を接合する方法、
ないしは、
前記した金属化合物が、熱分解で鉄、ニッケル、ないしは、コバルトからなるいずれかの強磁性金属を析出する金属化合物であり、該金属化合物を、前記した金属化合物として用い、前記したペーストを製造する方法に従って、強磁性金属からなるナノ粒子の集まりが、有機化合物に分散された構成からなるペーストを製造し、該ペーストを、部品同士を接合する双方の接合部位に塗布し、該ペーストが塗布された双方の接合部位同士を重ね合わせ、該重ね合わされた部品の一方の部品に圧縮荷重を加える、この後、該圧縮荷重が加えられた部品同士を、前記した液体の有機化合物の沸点に昇温し、さらに、前記一方の部品に加えた圧縮荷重の印加を停止する、
この処理によって、最初に前記塗布したペーストから、前記した有機溶剤が気化し、次いで前記した液体の有機化合物が気化し、次に前記ペーストに分散していた強磁性金属のナノ粒子の集まりが活性化し、該活性化した強磁性金属のナノ粒子の集まりが重なり合って前記ペーストが塗布された部位に析出し、さらに該重なり合って析出した強磁性金属のナノ粒子同士が互いに磁気吸着し、さらに、該磁気吸着した強磁性金属のナノ粒子の集まりに、前記圧縮荷重による圧縮応力が加わり、該圧縮応力によって前記強磁性金属のナノ粒子同士の磁気吸着部に摩擦熱が発生し、さらに該摩擦熱で前記強磁性金属のナノ粒子同士が接合し、該摩擦熱で接合した強磁性金属のナノ粒子の集まりからなる接合層が前記接合部位に形成される、
この後、前記部品同士を接合する双方の接合部位に、前記強磁性金属のナノ粒子の磁化が飽和する磁界を印加し、該強磁性金属のナノ粒子の磁化を飽和させる、この処理によって、前記摩擦熱で接合した強磁性金属のナノ粒子同士が、飽和した磁化によって磁気吸着し、該強磁性金属のナノ粒子同士が磁気吸着と摩擦熱とによって接合した該強磁性金属のナノ粒子の集まりからなる接合層によって、前記部品同士が接合される、部品同士を接合する方法。
The method of joining a part to a substrate, or joining substrates together, or joining parts together described in paragraph 14 is a method of joining a part to a substrate, or joining substrates together, or joining parts together, by a joining layer made of a collection of ferromagnetic metal nanoparticles bonded together by magnetic attraction and frictional heat, and the method of joining a part to a substrate, or joining substrates together, or joining parts together is:
The metal compound is a metal compound that precipitates a ferromagnetic metal consisting of any one of iron, nickel, and cobalt upon thermal decomposition, and the metal compound is used as the metal compound, and a paste consisting of a collection of nanoparticles consisting of a ferromagnetic metal dispersed in an organic compound is produced according to the method for producing a paste described above , the paste is applied to both joining sites where a component is joined to a substrate, the joining site of the component to which the paste has been applied is overlapped with the joining site of the substrate to which the paste has been applied, and a compressive load is applied to the surface of the component, and then both the component to which the compressive load has been applied and the substrate are heated to the boiling point of the liquid organic compound, and further, the application of the compressive load applied to the surface of the component is stopped.
By this treatment, first, the organic solvent evaporates from the applied paste, then the organic compound in the liquid evaporates, and then the collection of ferromagnetic metal nanoparticles dispersed in the paste is activated, the activated collection of ferromagnetic metal nanoparticles overlaps and precipitates at the portion where the paste was applied, the overlapping and precipitated ferromagnetic metal nanoparticles magnetically attract each other, and further, a compressive stress due to the compressive load is applied to the magnetically attracted collection of ferromagnetic metal nanoparticles, and the compressive stress generates frictional heat at the magnetically attracted portions of the ferromagnetic metal nanoparticles, and the ferromagnetic metal nanoparticles are bonded together by the frictional heat, and a bonding layer consisting of the collection of ferromagnetic metal nanoparticles bonded by the frictional heat is formed at the bonding portion.
a method for bonding a component to a substrate, wherein a magnetic field that saturates the magnetization of the ferromagnetic metal nanoparticles is then applied to a portion where the component is superimposed on the substrate, thereby saturating the magnetization of the ferromagnetic metal nanoparticles; by this process, the ferromagnetic metal nanoparticles bonded by the frictional heat are magnetically attracted to each other due to the saturated magnetization, and the component is bonded to the substrate by a bonding layer made of a collection of the ferromagnetic metal nanoparticles that are bonded to each other by magnetic attraction and frictional heat;
Or,
The metal compound is a metal compound that precipitates a ferromagnetic metal consisting of iron, nickel, or cobalt upon thermal decomposition, and the metal compound is used as the metal compound, and a paste consisting of a collection of nanoparticles consisting of a ferromagnetic metal dispersed in an organic compound is produced according to the method for producing a paste described above , the paste is applied to both joining portions of substrates to be joined, the joining portions of the substrates to which the paste has been applied are overlapped, and a compressive load is applied to one of the overlapped substrates, and then the substrates to which the compressive load has been applied are heated to the boiling point of the liquid organic compound, and the application of the compressive load applied to the one of the substrates is stopped.
By this treatment, first, the organic solvent evaporates from the applied paste, then the organic compound in the liquid evaporates, and then the collection of ferromagnetic metal nanoparticles dispersed in the paste is activated, the activated collection of ferromagnetic metal nanoparticles overlaps and precipitates at the portion where the paste was applied, the overlapping and precipitated ferromagnetic metal nanoparticles are magnetically attracted to each other, and further, a compressive stress due to the compressive load is applied to the magnetically attracted collection of ferromagnetic metal nanoparticles, and the compressive stress generates frictional heat at the magnetically attracted portions of the ferromagnetic metal nanoparticles, and the ferromagnetic metal nanoparticles are bonded to each other by the frictional heat, and a bonding layer consisting of the collection of ferromagnetic metal nanoparticles bonded by the frictional heat is formed at the bonding portion.
a method for joining substrates, comprising: applying a magnetic field to both joining sites of the substrates such that the magnetization of the ferromagnetic metal nanoparticles is saturated, and saturating the magnetization of the ferromagnetic metal nanoparticles; by this treatment, the ferromagnetic metal nanoparticles joined by the frictional heat are magnetically attracted to each other due to the saturated magnetization, and the substrates are joined by a joining layer made of an assembly of the ferromagnetic metal nanoparticles that are joined to each other by magnetic attraction and frictional heat;
Or,
The metal compound is a metal compound that precipitates a ferromagnetic metal consisting of any one of iron, nickel, and cobalt upon thermal decomposition, and the metal compound is used as the metal compound, and a paste consisting of a collection of nanoparticles consisting of a ferromagnetic metal dispersed in an organic compound is produced according to the method for producing a paste described above , the paste is applied to both joining sites where components are to be joined, the joining sites where the paste is applied are overlapped, and a compressive load is applied to one of the overlapped components, and then the temperature of the components to which the compressive load has been applied is raised to the boiling point of the liquid organic compound, and further, the application of the compressive load applied to the one of the components is stopped.
By this treatment, first, the organic solvent evaporates from the applied paste, then the organic compound in the liquid evaporates, and then the collection of ferromagnetic metal nanoparticles dispersed in the paste is activated, the activated collection of ferromagnetic metal nanoparticles overlaps and precipitates at the portion where the paste was applied, the overlapping and precipitated ferromagnetic metal nanoparticles are magnetically attracted to each other, and further, a compressive stress due to the compressive load is applied to the magnetically attracted collection of ferromagnetic metal nanoparticles, and the compressive stress generates frictional heat at the magnetically attracted portions of the ferromagnetic metal nanoparticles, and the ferromagnetic metal nanoparticles are bonded to each other by the frictional heat, and a bonding layer consisting of the collection of ferromagnetic metal nanoparticles bonded by the frictional heat is formed at the bonding portion.
A magnetic field that saturates the magnetization of the ferromagnetic metal nanoparticles is then applied to both joining sites where the parts are joined, thereby saturating the magnetization of the ferromagnetic metal nanoparticles; by this process, the ferromagnetic metal nanoparticles joined by the frictional heat are magnetically attracted to each other due to the saturated magnetization, and the parts are joined by a joining layer consisting of a collection of ferromagnetic metal nanoparticles that are joined to each other by magnetic attraction and frictional heat, in this method of joining parts.
最初に、磁気吸着と摩擦熱で強磁性金属のナノ粒子同士が接合した該強磁性金属のナノ粒子の集まりからなる接合層で、部品を基材に接合する方法を説明する。
6段落に記載した熱分解で金属を析出する金属化合物として、熱分解で鉄、ニッケル、ないしは、コバルトからなるいずれかの強磁性金属を析出する金属化合物を用い、6段落に記載したペーストを製造する方法に従って、強磁性金属のナノ粒子が有機化合物に分散したペーストを製造する。部品を基材に接合する部位と、基材に部品が接合する部位とに、ペーストを塗布すると、双方の接合部位に塗膜が形成される。すなわち、ペーストの20℃における粘度が、20ミリパスカル秒以下の粘度になるように設定され、殆ど質量を持たない10nm前後の大きさからなる強磁性金属のナノ粒子に、有機溶剤で希釈された有機化合物が粘度に応じた吸着力で吸着する。このため、ペーストを塗布すると、強磁性金属のナノ粒子が、有機溶剤で希釈された有機化合物から分離せず、強磁性金属のナノ粒子が有機溶剤で希釈された有機化合物に分散した、ペーストの構成からなる塗膜が形成される。また、ペーストは、表面張力が30ミリニュートン毎メートル以下と極めて小さく、かつ、20ミリパスカル秒以下の低粘度であり、さらに、金属のナノ粒子が10nm前後の大きさで、基材ないしは部品の表面の凹凸より2桁小さいため、塗布されたペーストは、基材ないしは部品の材質に拘わらず、部品を基材に接合する領域の全体を覆うとともに、部品を基材に重ね合わせた双方の部位の表面の凹凸に入り込む。
この後、ペーストが塗布された部品を、ペーストが塗布された基材に重ね合わせ、部品の表面に圧縮荷重を加え、部品と基材とを有機化合物の沸点に昇温する。これによって、有機溶媒が気化した後に、有機化合物が気化する。有機化合物の沸点が金属化合物の熱分解温度より高いため、塗布したペーストから有機化合物の気化が完了すると、活性状態になった強磁性金属のナノ粒子の集まりが重なり合って析出し、析出した強磁性金属のナノ粒子同士が磁気吸着し、磁気吸着した強磁性金属同士が接触する部位で金属結合し、磁気吸着と金属結合によって接合した強磁性金属のナノ粒子の集まりからなる接合層が部品と基材の接合層に形成される。
いっぽう、基材の表面の凹凸を埋めたペーストが昇温されると、活性状態になった強磁性金属のナノ粒子の集まりが重なり合って析出し、基材の表面の凹凸のすぐ上の部品との接触部に析出した強磁性のナノ粒子の集まりと磁気吸着し、磁気吸着した強磁性金属の接触部位が金属結合する。この結果、磁気吸着と金属結合によって接合した強磁性金属のナノ粒子の集まりが、部品を基材に接合する全ての領域と、部品が接触する基材の表面の凹凸とに、連続して形成される。従って、磁気吸着と金属結合によって接合した強磁性金属のナノ粒子の集まりからなる接合層が、基材ないしは部品の材質に拘わらず、部品を基材に接合する部位に形成される。いっぽう、部品を基材に重ね合わせた双方の部位の表面の凹凸に形成された磁気吸着と金属結合によって接合した強磁性金属のナノ粒子の集まりに、アンカー効果が発生する。この結果、磁気吸着と金属結合によって接合した強磁性金属のナノ粒子の集まりが、一定の機械的強度を持って、部品を基材に接合する。
ところで、圧縮応力が部品に継続して加わっているため、部品を基材に接合する部位に形成された磁気吸着と金属結合によって接合した強磁性金属のナノ粒子の集まりに、また、部品を基材に重ね合わせた双方の部位の表面の凹凸に形成された磁気吸着と金属結合によって接合した強磁性金属のナノ粒子の集まりに、圧縮応力が継続して加わる。これによって、強磁性金属のナノ粒子同士の接合部に圧縮応力が集中し、接合部から解離して強磁性金属のナノ粒子が移動しようとするが、接合した強磁性金属のナノ粒子で埋められているため移動できない。さらに、磁気吸着と金属結合によって接合した強磁性金属のナノ粒子に圧縮応力が加わり、接合部に圧縮応力が加わる。この結果、磁気吸着と金属結合によって接合した強磁性金属のナノ粒子の接合部に加わった圧縮応力によって、接合部に摩擦熱が発生し、該摩擦熱で強磁性金属のナノ粒子同士が接合する。いっぽう、圧縮応力が集中した接合部における強磁性金属のナノ粒子同士が接触する体積は、磁気吸着と金属結合によって接合した強磁性金属のナノ粒子同士が接触する体積に比べ大きい。このため、摩擦熱によるナノ粒子同士の接合力は、磁気吸着と金属結合によって接合したナノ粒子同士の接合力より大きい。これによって、磁気吸着と金属結合によって接合した強磁性金属のナノ粒子同士は、摩擦熱で強固に接合される。
この結果、摩擦熱で接合した強磁性金属のナノ粒子の集まりが、部品を基材に接合する部位を埋め、また、部品が接触する基材の表面の凹凸を埋め、さらに、両者の強磁性金属のナノ粒子の集まりは、互いに接触する部位で摩擦接合する。また、表面の凹凸を埋めた強磁性金属のナノ粒子の集まりは、アンカー効果を発生する。この結果、摩擦熱で接合した強磁性金属のナノ粒子の集まりが、部品と基材との材質の違いに拘わらず、部品を基材に接合する。
さらに、部品を基材に接合する部位に、強磁性金属のナノ粒子の磁化が飽和する磁界を印加すると、全ての強磁性金属のナノ粒子の磁化が飽和し、全ての強磁性金属のナノ粒子に作用する磁気吸引力が著しく増大する。いっぽう、摩擦熱で接合した強磁性金属のナノ粒子の接合力は、強磁性金属のナノ粒子同士が接触した部位に限られる。これに対し、磁化が飽和した強磁性金属のナノ粒子に作用する磁気吸引力は、ナノ粒子の全体に作用する。このため、磁気吸引力は摩擦熱による接合力より大きい。さらに、強磁性金属のナノ粒子が10nm前後と極めて小さく、飽和した磁化で磁気吸着した強磁性金属のナノ粒子同士の磁気吸着を引き剥がすのは難しい。このため、磁化が飽和した強磁性金属のナノ粒子の集まりに作用する磁気吸引力によって、強磁性金属のナノ粒子の集まりが、部品と基材との材質の違いに拘わらず、部品を基材に強固に接合する。また、空隙に形成された強磁性金属のナノ粒子の集まりに作用するアンカー効果が著しく増える。
従って、14-15段落に記載した摩擦熱で接合した金属のナノ粒子の集まりが、部品を基材に接合する場合より、磁化が飽和した強磁性金属のナノ粒子の集まりに作用する磁気吸引力が、摩擦熱で接合した強磁性金属のナノ粒子の集まりの接合力に加算されるため、14-15段落に記載した部品が基材に接合する事例より強固に接合する。これによって、部品と基材との材質に拘わらず、部品を基材に強固に接合する。
次に、磁気吸着と摩擦熱で強磁性金属のナノ粒子同士が接合した該強磁性金属のナノ粒子の集まりからなる接合層によって、基材同士を接合する方法、ないしは、部品同士を接合する方法を説明する。
6段落に記載した熱分解で金属を析出する金属化合物として、熱分解で鉄、ニッケル、ないしは、コバルトからなるいずれかの強磁性金属を析出する金属化合物を用い、6段落に記載したペーストを製造する方法に従って、強磁性金属のナノ粒子が有機化合物に分散したペーストを製造する。基材同士を接合する双方の接合部位に、ないしは、部品同士を接合する双方の接合部位に、ペーストを塗布すると、双方の接合部位に塗膜が形成される。すなわち、ペーストの20℃における粘度が、20ミリパスカル秒以下の粘度になるように設定され、殆ど質量を持たない10nm前後の大きさからなる強磁性金属のナノ粒子に、有機溶剤で希釈された有機化合物が粘度に応じた吸着力で吸着する。このため、ペーストを塗布すると、強磁性金属のナノ粒子が、有機溶剤で希釈された有機化合物から分離せず、強磁性金属のナノ粒子が有機溶剤で希釈された有機化合物に分散した、ペーストの構成からなる塗膜が形成される。また、ペーストは、表面張力が30ミリニュートン毎メートル以下と極めて小さく、かつ、20ミリパスカル秒以下の低粘度であり、さらに、強磁性金属のナノ粒子が10nm前後の大きさで、基材ないしは部品の表面の凹凸より2桁小さいため、塗布されたペーストは、基材ないしは部品の材質に拘わらず、接合する領域の全体を覆い、また、部品を基材に重ね合わせた双方の部位の表面の凹凸に入り込む。
この後、ペーストが塗布された基材同士を重ね合わせ、ないしは、ペーストが塗布された部品同士を重ね合わせ、一方の基材ないしは一方の部品の表面に圧縮荷重を加え、基材同士ないしは部品同士を有機化合物の沸点に昇温する。これによって、有機溶媒が気化した後に、有機化合物が気化する。有機化合物の沸点が金属化合物の熱分解温度より高いため、塗布したペーストから有機化合物の気化が完了すると、活性状態になった強磁性金属のナノ粒子の集まりが重なり合って析出し、析出した強磁性金属のナノ粒子の集まりが磁気吸着し、磁気吸着した強磁性金属同士が接触する部位で金属結合し、磁気吸着と金属結合によって接合した強磁性金属のナノ粒子の集まりからなる接合層が、基材同士ないしは部品同士を重ね合わせた部位に形成される。
いっぽう、基材ないしは部品の表面の凹凸を埋めたペーストが昇温されると、活性状態になった強磁性金属のナノ粒子の集まりが重なり合って析出し、析出した強磁性金属のナノ粒子の集まりが磁気吸着し、磁気吸着した強磁性金属同士が接触する部位で金属結合する。また、基材ないしは部品の表面の凹凸のすぐ上の基材ないしは部品との接触部に析出した強磁性のナノ粒子の集まりと磁気吸着し、磁気吸着した強磁性金属同士が接触する部位で強磁性金属同士が金属結合する。この結果、磁気吸着と金属結合によって接合した強磁性金属のナノ粒子の集まりが、基材同士ないしは部品同士を重ね合わせた部位と、重ね合わせた部位の双方の表面の凹凸に、連続して形成される。この結果、磁気吸着と金属結合によって接合した強磁性金属のナノ粒子の集まりからなる接合層が、基材ないしは部品の材質に拘わらず、基材同士ないしは部品同士を接合する部位に形成される。いっぽう、重ね合わせた双方の接合部位の表面の凹凸に形成された磁気吸着と金属結合によって接合した強磁性金属のナノ粒子の集まりに、アンカー効果が発生する。この結果、磁気吸着と金属結合によって接合した強磁性金属のナノ粒子の集まりからなる接合層が、一定の機械的強度を持って、基材同士ないしは部品同士を接合する。
ところで、圧縮応力が基材同士ないしは部品同士に継続して加わっているため、基材同士ないしは部品同士を重ね合わせた部位に形成された磁気吸着と金属結合によって接合した強磁性金属のナノ粒子の集まりに、また、重ね合わせた部位の双方の表面の凹凸に形成された磁気吸着と金属結合によって接合した強磁性金属のナノ粒子の集まりに、圧縮応力が継続して加わる。これによって、磁気吸着と金属結合によって接合した強磁性金属のナノ粒子同士の接合部に圧縮応力が集中し、接合部から解離して強磁性金属のナノ粒子が移動しようとするが、接合した強磁性金属のナノ粒子で埋められているため移動できない。さらに、磁気吸着と金属結合によって接合した強磁性金属のナノ粒子に圧縮応力が加わり、接合部に圧縮応力が加わる。この結果、磁気吸着と金属結合によって接合した強磁性金属のナノ粒子の接合部に加わった圧縮応力によって、接合部に摩擦熱が発生し、該摩擦熱で強磁性金属のナノ粒子同士が接合する。いっぽう、圧縮応力が集中した接合部における強磁性金属のナノ粒子同士が接触する体積は、磁気吸着と金属結合によって接合した強磁性金属のナノ粒子同士が接触する体積に比べ大きい。このため、摩擦熱による強磁性金属のナノ粒子同士の接合力は、磁気吸着と金属結合に依るナノ粒子同士の接合力より大きい。これによって、強磁性金属のナノ粒子同士は、摩擦熱で強固に接合される。
この結果、摩擦熱で接合した強磁性金属のナノ粒子の集まりが、基材同士ないしは部品同士を重ね合わせた部位を埋め、また、重ね合わせた部位の双方の表面の凹凸を埋め、さらに、両者の強磁性金属のナノ粒子の集まりは、互いに接触する部位で摩擦接合する。また、表面の凹凸を埋めた摩擦熱で接合した強磁性金属のナノ粒子の集まりは、アンカー効果を発生する。この結果、摩擦熱で接合した強磁性金属のナノ粒子の集まりが、部品と基材との材質の違いに拘わらず、基材同士ないしは部品同士を接合する。
さらに、基材同士ないしは部品同士を重ね合わせた部位に、強磁性金属のナノ粒子の磁化が飽和する磁界を印加すると、全ての強磁性金属のナノ粒子の磁化が飽和し、全ての強磁性金属のナノ粒子に作用する磁気吸引力が著しく増大する。いっぽう、摩擦熱で接合した強磁性金属のナノ粒子の接合部は、強磁性金属のナノ粒子同士が接触した部位に限られる。これに対し、磁化が飽和した強磁性金属のナノ粒子に作用する磁気吸引力は、ナノ粒子の全体に作用する。このため、磁気吸引力は、摩擦熱による接合力より大きい。さらに、強磁性金属のナノ粒子が10nm前後と極めて小さく、飽和した磁化で磁気吸着した強磁性金属のナノ粒子同士の磁気吸着を引き剥がすのは難しい。このため、磁化が飽和した強磁性金属のナノ粒子の集まりに作用する磁気吸引力によって、強磁性金属のナノ粒子の集まりが、部品と基材との材質の違いに拘わらず、基材同士ないしは部品同士を強固に接合する。また、重ね合わせた部位の双方の表面の凹凸に形成された強磁性金属のナノ粒子の集まりに作用するアンカー効果が著しく増える。
従って、14-15段落に記載した摩擦熱で接合した金属のナノ粒子の集まりが、基材同士ないしは部品同士を接合する場合より、磁化が飽和した強磁性金属のナノ粒子の集まりに作用する磁気吸引力が、摩擦熱で接合したナノ粒子の集まりの接合力に加算され、14-15段落に記載した基材同士ないしは部品同士を接合する場合より強固に接合する。この結果、部品と基材の材質に拘わらず、基材同士ないしは部品同士がより強固に接合する。
さらに、基材ないしは部品を、有機化合物の沸点に昇温する際に、基材ないしは部品の表面に付着していた水分、水和物、水酸化物及び有機物がそれぞれの沸点に応じて順番に気化する。このため、基材ないしは部品の表面に付着した不純物を取り除く事前の洗浄処理は必要ない。また、基材ないしは部品の表面の凹凸より2桁小さい金属のナノ粒子の集まりが、基材ないしは部品の表面の凹凸に入り込んで析出するため、基材ないしは部品の表面に、酸化膜や水酸化膜が形成されていても、金属のナノ粒子の集まりが、部品を基材に接合させる、ないしは、部品同士を接合させる、ないしは、基材同士を接合させる。
また、接合する基材同士ないしは部品同士の質量に応じてペーストの粘度を変え、これによって、基材同士ないしは部品同士を接合する接合層の厚みが変えられ、接合層の接合強度が、接合する基材同士ないしは部品同士の質量に応じて自在に変えられる。このため、基材ないしは部品の質量が大きく、大きな接合強度が必要な場合は、ペーストの粘度を相対的に高い粘度に設定する。
なお、強磁性金属の磁気キュリー点は、鉄が770℃で、ニッケルが358℃で、コバルトが1131℃である。従って、強磁性金属の磁気キュリー点に近づかなければ、基材同士ないしは部品同士を接合する磁気吸引力は変わらない。このため、部品ないしは基材が高温にさらされても、基材同士ないしは部品同士が接合し続ける。
First, a method for joining a component to a substrate using a joining layer made of a collection of ferromagnetic metal nanoparticles that are joined together by magnetic attraction and frictional heat will be described.
A paste in which ferromagnetic metal nanoparticles are dispersed in an organic compound is manufactured according to the method for manufacturing a paste described in paragraph 6, using a metal compound that precipitates a ferromagnetic metal consisting of iron, nickel, or cobalt by thermal decomposition as the metal compound that precipitates a metal by thermal decomposition described in paragraph 6. When the paste is applied to a portion where a part is joined to a substrate and a portion where the part is joined to the substrate, a coating film is formed at both joining portions. That is, the viscosity of the paste at 20°C is set to be 20 millipascal seconds or less, and the organic compound diluted with an organic solvent is adsorbed to the ferromagnetic metal nanoparticles having a size of about 10 nm and having almost no mass with an adsorption force according to the viscosity. Therefore, when the paste is applied, the ferromagnetic metal nanoparticles are not separated from the organic compound diluted with an organic solvent, and a coating film consisting of the paste is formed in which the ferromagnetic metal nanoparticles are dispersed in the organic compound diluted with an organic solvent. In addition, the paste has an extremely low surface tension of 30 millinewtons per meter or less and a low viscosity of 20 millipascal seconds or less. Furthermore, the metal nanoparticles are about 10 nm in size, which is two orders of magnitude smaller than the irregularities on the surface of the substrate or component. Therefore, the applied paste covers the entire area where the component is bonded to the substrate, regardless of the material of the substrate or component, and penetrates into the irregularities on the surfaces of both parts where the component is superimposed on the substrate.
After this, the component coated with the paste is placed on the substrate coated with the paste, a compressive load is applied to the surface of the component, and the component and substrate are heated to the boiling point of the organic compound. As a result, the organic solvent evaporates, and then the organic compound evaporates. Since the boiling point of the organic compound is higher than the thermal decomposition temperature of the metal compound, when the evaporation of the organic compound from the applied paste is completed, a collection of nanoparticles of the activated ferromagnetic metal overlaps and precipitates, and the precipitated nanoparticles of the ferromagnetic metal are magnetically attracted to each other, and the magnetically attracted ferromagnetic metals are metallically bonded at the contact points, and a bonding layer consisting of a collection of nanoparticles of the ferromagnetic metal bonded by magnetic attraction and metallic bonding is formed on the bonding layer of the component and the substrate.
On the other hand, when the paste filling the unevenness of the surface of the substrate is heated, the activated ferromagnetic metal nanoparticles are precipitated by overlapping each other, and are magnetically attracted to the ferromagnetic nanoparticles precipitated at the contact portion with the component just above the unevenness of the surface of the substrate, and the contact portion of the magnetically attracted ferromagnetic metal is metallically bonded. As a result, the ferromagnetic metal nanoparticles bonded by magnetic attraction and metallic bonding are continuously formed in all areas where the component is bonded to the substrate and in the unevenness of the surface of the substrate with which the component is in contact. Therefore, a bonding layer consisting of the ferromagnetic metal nanoparticles bonded by magnetic attraction and metallic bonding is formed at the portion where the component is bonded to the substrate, regardless of the material of the substrate or the component. On the other hand, an anchor effect occurs in the ferromagnetic metal nanoparticles bonded by magnetic attraction and metallic bonding formed in the unevenness of the surfaces of both the portions where the component is superimposed on the substrate. As a result, the ferromagnetic metal nanoparticles bonded by magnetic attraction and metallic bonding bond the component to the substrate with a certain mechanical strength.
However, since the compressive stress is continuously applied to the part, the compressive stress is continuously applied to the collection of ferromagnetic metal nanoparticles bonded by magnetic attraction and metallic bonding formed at the part where the part is bonded to the base material, and to the collection of ferromagnetic metal nanoparticles bonded by magnetic attraction and metallic bonding formed on the unevenness of the surface of both parts where the part is superimposed on the base material. As a result, the compressive stress is concentrated at the joint between the ferromagnetic metal nanoparticles, and the ferromagnetic metal nanoparticles try to move by dissociating from the joint, but cannot move because they are filled with the bonded ferromagnetic metal nanoparticles. Furthermore, the compressive stress is applied to the ferromagnetic metal nanoparticles bonded by magnetic attraction and metallic bonding, and the compressive stress is applied to the joint. As a result, frictional heat is generated at the joint due to the compressive stress applied to the joint between the ferromagnetic metal nanoparticles bonded by magnetic attraction and metallic bonding, and the ferromagnetic metal nanoparticles are bonded to each other by the frictional heat. On the other hand, the contact volume between ferromagnetic metal nanoparticles at the joint where compressive stress is concentrated is larger than the contact volume between ferromagnetic metal nanoparticles bonded by magnetic attraction and metallic bonding. Therefore, the bonding force between nanoparticles due to frictional heat is greater than the bonding force between nanoparticles bonded by magnetic attraction and metallic bonding. As a result, ferromagnetic metal nanoparticles bonded by magnetic attraction and metallic bonding are firmly bonded by frictional heat.
As a result, the collection of ferromagnetic metal nanoparticles bonded by frictional heat fills the area where the part is bonded to the substrate, and also fills in the unevenness of the surface of the substrate where the part comes into contact, and the collection of ferromagnetic metal nanoparticles of both are frictionally bonded where they come into contact with each other. The collection of ferromagnetic metal nanoparticles that fills in the unevenness of the surface creates an anchor effect. As a result, the collection of ferromagnetic metal nanoparticles bonded by frictional heat bonds the part to the substrate, regardless of the difference in material between the part and the substrate.
Furthermore, when a magnetic field that saturates the magnetization of the ferromagnetic metal nanoparticles is applied to the portion where the part is bonded to the substrate, the magnetization of all the ferromagnetic metal nanoparticles is saturated, and the magnetic attraction acting on all the ferromagnetic metal nanoparticles increases significantly. On the other hand, the bonding force of the ferromagnetic metal nanoparticles bonded by frictional heat is limited to the portion where the ferromagnetic metal nanoparticles contact each other. In contrast, the magnetic attraction acting on the magnetized saturated ferromagnetic metal nanoparticles acts on the entire nanoparticles. Therefore, the magnetic attraction force is greater than the bonding force caused by frictional heat. Furthermore, the ferromagnetic metal nanoparticles are extremely small, about 10 nm, and it is difficult to peel off the magnetic attraction between the ferromagnetic metal nanoparticles magnetically attracted by the saturated magnetization. Therefore, the magnetic attraction acting on the collection of magnetized saturated ferromagnetic metal nanoparticles firmly bonds the part to the substrate, regardless of the difference in material between the part and the substrate. In addition, the anchor effect acting on the collection of ferromagnetic metal nanoparticles formed in the void increases significantly.
Therefore, compared to the case where the collection of metal nanoparticles bonded by frictional heat described in paragraphs 14-15 is used to bond a part to a substrate, the magnetic attraction force acting on the collection of ferromagnetic metal nanoparticles with saturated magnetization is added to the bonding force of the collection of ferromagnetic metal nanoparticles bonded by frictional heat, resulting in a stronger bond than the case where the part is bonded to the substrate described in paragraphs 14-15. This allows the part to be firmly bonded to the substrate regardless of the materials of the part and substrate.
Next, we will explain a method of joining substrates together or a method of joining parts together using a joining layer consisting of a collection of ferromagnetic metal nanoparticles that are bonded together by magnetic attraction and frictional heat.
A paste in which ferromagnetic metal nanoparticles are dispersed in an organic compound is manufactured according to the method for manufacturing a paste described in paragraph 6, using a metal compound that precipitates a ferromagnetic metal consisting of iron, nickel, or cobalt by thermal decomposition as the metal compound that precipitates a metal by thermal decomposition described in paragraph 6. When the paste is applied to both joint parts that join the substrates together, or to both joint parts that join the components together, a coating film is formed on both joint parts. That is, the viscosity of the paste at 20°C is set to be 20 millipascal seconds or less, and the organic compound diluted with an organic solvent is adsorbed to the ferromagnetic metal nanoparticles that have a size of about 10 nm and have almost no mass with an adsorption force according to the viscosity. Therefore, when the paste is applied, the ferromagnetic metal nanoparticles do not separate from the organic compound diluted with an organic solvent, and a coating film consisting of the paste is formed in which the ferromagnetic metal nanoparticles are dispersed in the organic compound diluted with an organic solvent. In addition, the paste has an extremely low surface tension of 30 millinewtons per meter or less and a low viscosity of 20 millipascal seconds or less. Furthermore, the ferromagnetic metal nanoparticles are approximately 10 nm in size, which is two orders of magnitude smaller than the irregularities on the surface of the substrate or component. Therefore, the applied paste covers the entire area to be joined, regardless of the material of the substrate or component, and penetrates into the irregularities on the surfaces of both parts where the component is layered on the substrate.
After this, the substrates coated with the paste are overlapped, or the parts coated with the paste are overlapped, a compressive load is applied to the surface of one of the substrates or one of the parts, and the substrates or parts are heated to the boiling point of the organic compound. As a result, the organic solvent is evaporated, and then the organic compound is evaporated. Since the boiling point of the organic compound is higher than the thermal decomposition temperature of the metal compound, when the evaporation of the organic compound from the applied paste is completed, a collection of nanoparticles of the activated ferromagnetic metal is overlapped and precipitated, and the precipitated collection of nanoparticles of the ferromagnetic metal is magnetically attracted, and the magnetically attracted ferromagnetic metals are metallically bonded at the contact site, and a bonding layer consisting of a collection of nanoparticles of the ferromagnetic metal bonded by magnetic attraction and metallic bonding is formed at the site where the substrates or parts are overlapped.
On the other hand, when the paste filling the unevenness of the surface of the substrate or component is heated, the activated ferromagnetic metal nanoparticles are precipitated by overlapping each other, and the precipitated ferromagnetic metal nanoparticles are magnetically attracted to each other, and the magnetically attracted ferromagnetic metals are metallically bonded at the contact points. Also, the ferromagnetic metals are magnetically attracted to the ferromagnetic nanoparticles precipitated at the contact points with the substrate or component immediately above the unevenness of the substrate or component surface, and the magnetically attracted ferromagnetic metals are metallically bonded to each other at the contact points. As a result, the ferromagnetic metal nanoparticles are continuously formed at the overlapping portions of the substrates or components and at the overlapping portions. As a result, a bonding layer consisting of the ferromagnetic metal nanoparticles are magnetically attracted to each other and at the contact points of the substrates or components, regardless of the material of the substrates or components. Meanwhile, an anchor effect occurs in the clusters of ferromagnetic metal nanoparticles that are bonded by magnetic attraction and metallic bonding and are formed on the uneven surfaces of the joints between the overlapping parts. As a result, the bonding layer, which is made up of clusters of ferromagnetic metal nanoparticles that are bonded by magnetic attraction and metallic bonding, bonds the substrates or parts together with a certain degree of mechanical strength.
However, since the compressive stress is continuously applied between the substrates or between the parts, the compressive stress is continuously applied to the collection of ferromagnetic metal nanoparticles bonded by magnetic attraction and metallic bonding formed at the portion where the substrates or the parts are overlapped, and to the collection of ferromagnetic metal nanoparticles bonded by magnetic attraction and metallic bonding formed on the unevenness of the surfaces of both of the overlapped portions. As a result, the compressive stress is concentrated at the joint between the ferromagnetic metal nanoparticles bonded by magnetic attraction and metallic bonding, and the ferromagnetic metal nanoparticles try to dissociate from the joint and move, but cannot move because they are filled with the bonded ferromagnetic metal nanoparticles. Furthermore, the compressive stress is applied to the ferromagnetic metal nanoparticles bonded by magnetic attraction and metallic bonding, and the compressive stress is applied to the joint. As a result, the compressive stress applied to the joint between the ferromagnetic metal nanoparticles bonded by magnetic attraction and metallic bonding generates frictional heat at the joint, and the ferromagnetic metal nanoparticles are bonded to each other by the frictional heat. On the other hand, the volume of contact between ferromagnetic metal nanoparticles at the joint where compressive stress is concentrated is larger than the volume of contact between ferromagnetic metal nanoparticles bonded by magnetic attraction and metallic bonding. Therefore, the bonding strength between ferromagnetic metal nanoparticles due to frictional heat is greater than the bonding strength between nanoparticles due to magnetic attraction and metallic bonding. As a result, the ferromagnetic metal nanoparticles are firmly bonded together by frictional heat.
As a result, the collection of ferromagnetic metal nanoparticles bonded by frictional heat fills in the areas where the substrates or parts are overlapped, and also fills in the unevenness on both surfaces of the overlapped areas, and the collection of ferromagnetic metal nanoparticles of both are frictionally bonded at the areas where they come into contact with each other. In addition, the collection of ferromagnetic metal nanoparticles bonded by frictional heat that fills in the unevenness on the surfaces creates an anchor effect. As a result, the collection of ferromagnetic metal nanoparticles bonded by frictional heat bonds the substrates or parts together, regardless of the difference in material between the parts and the substrate.
Furthermore, when a magnetic field that saturates the magnetization of the ferromagnetic metal nanoparticles is applied to the portion where the substrates or parts are overlapped, the magnetization of all the ferromagnetic metal nanoparticles is saturated, and the magnetic attraction acting on all the ferromagnetic metal nanoparticles increases significantly. On the other hand, the joint of the ferromagnetic metal nanoparticles joined by frictional heat is limited to the portion where the ferromagnetic metal nanoparticles are in contact with each other. In contrast, the magnetic attraction acting on the magnetized saturated ferromagnetic metal nanoparticles acts on the entire nanoparticles. Therefore, the magnetic attraction is greater than the joining force caused by frictional heat. Furthermore, the ferromagnetic metal nanoparticles are extremely small, about 10 nm, and it is difficult to peel off the magnetic attraction between the ferromagnetic metal nanoparticles magnetically attracted by the saturated magnetization. Therefore, the magnetic attraction acting on the collection of magnetized saturated ferromagnetic metal nanoparticles firmly joins the substrates or parts together, regardless of the difference in material between the parts and the substrate. In addition, the anchor effect acting on the collection of ferromagnetic metal nanoparticles formed on the unevenness of the surfaces of both of the overlapping portions is significantly increased.
Therefore, compared to the case where a group of metal nanoparticles bonded by frictional heat described in paragraphs 14-15 is used to bond substrates or components, the magnetic attraction force acting on the group of nanoparticles of a ferromagnetic metal with saturated magnetization is added to the bonding force of the group of nanoparticles bonded by frictional heat, resulting in a stronger bond than when substrates or components are bonded together as described in paragraphs 14-15. As a result, regardless of the materials of the components and substrates, substrates or components are bonded together more strongly.
Furthermore, when the substrate or part is heated to the boiling point of the organic compound, the moisture, hydrates, hydroxides, and organic substances attached to the surface of the substrate or part are vaporized in order according to their respective boiling points. Therefore, a prior cleaning process to remove impurities attached to the surface of the substrate or part is not necessary. Also, since a collection of metal nanoparticles that is two orders of magnitude smaller than the unevenness of the surface of the substrate or part enters the unevenness of the surface of the substrate or part and precipitates, even if an oxide film or hydroxide film is formed on the surface of the substrate or part, the collection of metal nanoparticles bonds the part to the substrate, bonds the parts to each other, or bonds the substrates to each other.
In addition, the viscosity of the paste is changed according to the masses of the substrates or parts to be joined, and the thickness of the joining layer joining the substrates or parts can be changed, and the joining strength of the joining layer can be freely changed according to the masses of the substrates or parts to be joined. Therefore, when the mass of the substrates or parts is large and a large joining strength is required, the viscosity of the paste is set to a relatively high viscosity.
The magnetic Curie points of ferromagnetic metals are 770°C for iron, 358°C for nickel, and 1131°C for cobalt. Therefore, unless the magnetic Curie points of the ferromagnetic metals are approached, the magnetic attraction force that bonds the substrates or components together does not change. Therefore, even if the components or substrates are exposed to high temperatures, the substrates or components continue to be bonded together.
6段落に記載した方法で製造したペーストを用い、摩擦熱で接合した金属のナノ粒子の集まりからなる接合層によって、部品同士を接合する方法は、
部品同士を接合する双方の接合部位を隙間バメに加工し、該隙間バメに加工された双方の接合部位に、前記した方法で製造したペーストを塗布し、該ペーストが塗布された一方の部品を、該ペーストが塗布された他方の部品に挿入し、該ペーストが塗布された双方の接合部位を重ね合わせる、
この後、前記重ね合わせた部品同士を、前記した液体の有機化合物の沸点に昇温し、さらに、該重ね合わせた部品同士の一方の部品を固定し、該重ね合わせた部品同士の他方の部品を回転させる、
この処理によって、最初に前記塗布したペーストから、前記した有機溶剤が気化し、次いで前記した液体の有機化合物が気化し、次に前記ペーストに分散していた金属のナノ粒子の集まりが活性化し、該活性化した金属のナノ粒子の集まりが重なり合って前記ペーストが塗布された部位に析出し、さらに該重なり合って析出した金属のナノ粒子同士が互いに接触する部位で金属結合し、さらに、該金属結合した金属のナノ粒子の集まりに、前記他方の部品を回転することで発生したせん断応力が加わり、該せん断応力によって前記金属結合した金属のナノ粒子同士の結合部に摩擦熱が発生し、さらに該摩擦熱によって、前記金属結合した金属のナノ粒子同士が接合し、該摩擦熱で接合した金属のナノ粒子の集まりからなる接合層によって、前記部品同士が接合される、
6段落に記載した方法で製造したペーストを用い、摩擦熱で接合した金属のナノ粒子の集まりからなる接合層によって、部品同士を接合する方法。
A method for joining parts together by a joining layer consisting of a collection of metal nanoparticles joined by frictional heat using a paste produced by the method described in paragraph 6, comprising:
Both joining portions of the parts to be joined are processed into a gap fit, the paste produced by the above- mentioned method is applied to both joining portions processed into the gap fit, one of the parts to which the paste has been applied is inserted into the other part to which the paste has been applied, and the two joining portions to which the paste has been applied are overlapped.
Thereafter, the temperature of the overlapped parts is raised to the boiling point of the liquid organic compound, and one of the overlapped parts is fixed and the other of the overlapped parts is rotated.
By this process, first, the organic solvent evaporates from the applied paste, then the liquid organic compound evaporates, and then the clusters of metal nanoparticles dispersed in the paste are activated, and the activated clusters of metal nanoparticles overlap and precipitate at the site where the paste was applied, and then the overlapping and precipitated metal nanoparticles are metallically bonded at the sites where they come into contact with each other, and then shear stress generated by rotating the other part is applied to the clusters of metallically bonded metal nanoparticles, and frictional heat is generated at the joints between the metallically bonded metal nanoparticles due to the shear stress, and the metallically bonded metal nanoparticles are bonded together due to the frictional heat, and the parts are bonded together by a bonding layer consisting of the clusters of metallic nanoparticles bonded by the frictional heat.
A method for joining parts together using a paste produced by the method described in paragraph 6, with a joining layer consisting of a collection of metal nanoparticles bonded by frictional heat.
つまり、部品同士を接合する双方の接合部位を隙間バメに加工し、双方の接合部位に、6段落に記載した方法で製造したペーストを塗布すると、双方の接合部位に塗膜が形成される。すなわち、ペーストの20℃における粘度が、20ミリパスカル秒以下の粘度になるように設定され、殆ど質量を持たない10nm前後の大きさからなる金属のナノ粒子に、有機溶剤で希釈された有機化合物が粘度に応じた吸着力で吸着する。このため、ペーストを塗布すると、金属のナノ粒子が、有機溶剤で希釈された有機化合物から分離せず、金属のナノ粒子が有機溶剤で希釈された有機化合物に分散した、ペーストの構成からなる塗膜が形成される。また、ペーストは、表面張力が30ミリニュートン毎メートル以下と極めて小さく、かつ、20ミリパスカル秒以下の低粘度であり、さらに、金属のナノ粒子が10nm前後の大きさで、部品同士を接合する双方の篏合部の表面の凹凸より3桁近く小さいため、塗布されたペーストは、双方の部品の材質に拘わらず、双方の接合領域の全体を覆うとともに、双方の接合部位の表面の凹凸に入り込む。
この後、ペーストが塗布された一方の部品を、ペーストが塗布された他方の部品に挿入し、ペーストが塗布された双方の接合部位を重ね合わせる。この際、隙間バメに加工した接合部位に部品が挿入され始めると、ペーストの塗膜同士が接触し、挿入する部品に形成された塗膜が、挿入方向とは反対方向に移動するが、部品の挿入が終わると、塗膜の移動は止まる。この結果、隙間バメの接合部位に形成されたペーストの塗膜は、隙間バメの篏合部の先端になるほど、塗膜の移動量が多く、塗膜の厚みは薄くなる。これに対し、隙間バメの篏合部の後端になるほど、塗膜の移動量が少なく、塗膜の厚みは厚くなる。この結果、隙間バメの篏合部の後端部に近い隙間は、塗膜で埋め尽くされる。
さらに、重ね合わせた部品同士を、有機化合物の沸点に昇温する。有機化合物の沸点が金属化合物の熱分解温度より高いため、塗布したペーストから有機化合物の気化が完了すると、活性状態になった金属のナノ粒子の集まりが重なり合って塗膜に析出し、析出した金属のナノ粒子同士が接触部で金属結合し、金属結合した金属のナノ粒子の集まりからなる接合層が、ペーストの粘度に応じた厚みで、部品同士の接合部位の全体を覆うとともに、双方の接合部位の表面の凹凸に入り込む。この際、部品を挿入する際の塗膜の移動によって、隙間バメの篏合部の先端になるほど、金属結合した金属のナノ粒子の集まりからなる接合層の厚みは薄く、反対に、隙間バメの篏合部の後端になるほど、金属結合した金属のナノ粒子の集まりからなる接合層の厚みは厚くなる。このため、隙間バメの篏合部の後端部に近い隙間は、金属結合した金属のナノ粒子の集まりで埋め尽くされる。
いっぽう、双方の接合部位の表面の凹凸を埋めた金属結合した金属のナノ粒子の集まりが、表面の凹凸のすぐ上の接合部位に析出した金属結合した金属のナノ粒子の集まりと接触し、金属のナノ粒子同士は接触部で金属結合する。この結果、金属結合した金属のナノ粒子の集まりが、部品同士の接合部位の全体と、双方の接合部位の表面の凹凸に、連続して形成される。このため、金属結合した金属のナノ粒子の集まりからなる接合層が、双方の部品の材質に拘わらず、双方の接合部位の全体を覆う。いっぽう、双方の接合部位の表面の凹凸に形成されたナノ粒子の集まりに、アンカー効果が発生する。この結果、金属結合した金属のナノ粒子の集まりが、一定の機械的強度を持って、部品同士の接合部位を接合する。従って、隙間バメの篏合部の後端部に近い隙間ほど、部品同士を接合する接合力が大きい。これによって、部品同士が接合される。
さらに、重ね合わせた部品の一方の部品を固定し、他方の部品を回転させる。これによって、接合部位に形成された金属結合した金属のナノ粒子の集まりにせん断応力が加わり、金属結合部の体積が僅かであるため、金属結合部が優先して破壊され、金属結合から引き離された金属のナノ粒子が、金属のナノ粒子で埋められた領域を僅かに移動し、金属のナノ粒子同士が改めて接触する。さらに、金属結合から引き離された金属のナノ粒子に応力が加わり、金属のナノ粒子が移動しようとするが、金属のナノ粒子の集まりの存在が障害となって、金属のナノ粒子の移動が抑制され、金属のナノ粒子同士が強固に接触する。従って、金属のナノ粒子同士が接触する体積は、活性化した金属のナノ粒子が析出した際に、金属のナノ粒子同士が接触した体積に比べ大きい。この際、金属のナノ粒子同士の接触部に摩擦熱が発生し、摩擦熱で金属のナノ粒子同士が接合するが、金属のナノ粒子同士の接合力は、活性化した金属のナノ粒子が析出した際に、金属のナノ粒子同士が金属結合した結合力より大きい。従って、隙間バメの篏合部の後端部に近い隙間ほど、部品同士を接合する摩擦熱による接合力が大きい。これによって、部品同士が強固に接合される。
さらに、他方の部品を回転させると、金属のナノ粒子の摩擦熱による接合が増大する。この結果、隙間バメの篏合部の後端部付近の隙間は、摩擦熱で接合した金属のナノ粒子で徐々に埋められる。いっぽう、摩擦熱で接合した金属のナノ粒子が増えるほど、金属のナノ粒子の移動が困難になり、また、摩擦熱で接合した金属のナノ粒子の集まりの接合力が増大する。これによって、他方の部品の回転が困難になり、部品の回転を停止する。従って、摩擦熱で接合した金属のナノ粒子の集まりは、部品同士の篏合部で移動できず、摩擦熱で接合した金属のナノ粒子の集まりが、接合部同士を強固に接合する。この結果、摩擦熱で接合した金属のナノ粒子の集まりからなる接合層が、接合部を強固に接合する。
従って、狭い領域の篏合部に形成された摩擦熱で接合した金属のナノ粒子の集まりは、移動が困難になるほど強固に接合するため、14-15段落に記載した摩擦熱で接合した金属のナノ粒子の集まりで、部品同士を接合する場合より、部品同士の接合力が高まる。この結果、部品同士の材質の違いに拘わらず、部品同士をさらに強固に接合する。
本発明の部品同士を接合する事例の一つとして、部品同士が互いに異なる材質からなる事例がある。つまり、隙間バメで加工した接合部を、摩擦熱で接合した金属のナノ粒子の集まりからなる接合層で接合するため、部品同士の材質の組み合わせの如何に拘わらず、部品同士接合することができる。このため、融点と軟化点とが大きく異なる、金属と合成樹脂との接合、合成樹脂とセラミックスとの接合ができる。また、融点が大きく異なる金属同士の接合ができる。
以上に説明したように、本発明のペーストを、隙間バメに加工した双方の部品の篏合部に塗布し、さらに、活性化した金属のナノ粒子の集まりを双方の接合部位に析出させ、さらに、一方の部品を固定し、他方の部品を回転させ、摩擦熱で接合した金属のナノ粒子の集まりで、部品同士が強固に接合される。従って、隙間バメに加工した篏合部が異種材質であっても、部品同士を接合するペーストとして、本発明のペーストを用いることができ、ペーストの適応範囲がさらに広がる。
さらに、部品を有機化合物の沸点に昇温する際に、部品の表面に付着していた水分、水和物、水酸化物及び有機物がそれぞれの沸点に応じて順番に気化する。このため、部品の表面に付着した不純物を取り除く事前の洗浄処理は必要ない。また、部品の表面の凹凸より3桁近く小さい金属のナノ粒子の集まりが、部品の表面の凹凸に入り込んで析出するため、部品の表面に酸化膜や水酸化膜が形成されていても、金属のナノ粒子の集まりが、部品同士を接合させる。
また、接合する部品同士の質量に応じてペーストの粘度を変え、これによって、部品同士を接合する篏合部における接合層の厚みが変えられ、接合層の接合強度が、接合する部品同士の質量に応じて自在に変えられる。このため、部品の質量が大きく、大きな接合強度が必要な場合は、ペーストの粘度を相対的に高い粘度に設定する。
That is, when both joints for joining parts are processed into a gap fit and the paste manufactured by the method described in paragraph 6 is applied to both joints, a coating film is formed on both joints. That is, the viscosity of the paste at 20°C is set to 20 mPascal seconds or less, and the organic compound diluted with an organic solvent is adsorbed to the metal nanoparticles having a size of about 10 nm and having almost no mass with an adsorption force according to the viscosity. Therefore, when the paste is applied, the metal nanoparticles do not separate from the organic compound diluted with an organic solvent, and a coating film consisting of the paste is formed in which the metal nanoparticles are dispersed in the organic compound diluted with an organic solvent. In addition, the paste has an extremely low surface tension of 30 millinewtons per meter or less and a low viscosity of 20 millipascal seconds or less.Furthermore, the metal nanoparticles are about 10 nm in size, which is nearly three orders of magnitude smaller than the surface irregularities of the joints between the two parts that join the two parts.Therefore, the applied paste covers the entire joint areas of both parts, regardless of the materials of the two parts, and penetrates into the surface irregularities of both joints.
After this, one part coated with paste is inserted into the other part coated with paste, and the joint parts coated with paste are overlapped. At this time, when the parts start to be inserted into the joint part processed into a gap fit, the paste coating comes into contact with each other, and the coating film formed on the part to be inserted moves in the opposite direction to the insertion direction, but when the insertion of the part is completed, the movement of the coating film stops. As a result, the coating film of the paste formed on the joint part of the gap fit moves more and the thickness of the coating film becomes thinner toward the tip of the gap fit. In contrast, the movement of the coating film becomes less and the thickness of the coating film becomes thicker toward the rear end of the gap fit. As a result, the gap near the rear end of the gap fit is filled with the coating film.
Furthermore, the overlapped parts are heated to the boiling point of the organic compound. Since the boiling point of the organic compound is higher than the thermal decomposition temperature of the metal compound, when the evaporation of the organic compound from the applied paste is completed, the activated metal nanoparticles are deposited on the coating film, and the deposited metal nanoparticles are metallically bonded at the contact portion, and a bonding layer consisting of a collection of metallically bonded metal nanoparticles covers the entire bonding portion between the parts with a thickness according to the viscosity of the paste and penetrates into the unevenness of the surfaces of both bonding portions. At this time, due to the movement of the coating film when the parts are inserted, the thickness of the bonding layer consisting of a collection of metallically bonded metal nanoparticles becomes thinner toward the tip of the gap fit, and conversely, the thickness of the bonding layer consisting of a collection of metallically bonded metal nanoparticles becomes thicker toward the rear end of the gap fit. For this reason, the gap near the rear end of the gap fit is filled with a collection of metallically bonded metal nanoparticles.
On the other hand, the collection of metallic nanoparticles that fills the unevenness of the surfaces of the joints of both parts comes into contact with the collection of metallic nanoparticles that are deposited on the joints just above the unevenness of the surfaces, and the metallic nanoparticles are metallically bonded at the contact area. As a result, the collection of metallic nanoparticles that are metallically bonded is continuously formed over the entire joints of the parts and the uneven surfaces of both joints. Therefore, a bonding layer made of the collection of metallic nanoparticles that are metallically bonded covers the entire joints of both parts, regardless of the materials of both parts. On the other hand, an anchor effect occurs in the collection of nanoparticles that are formed on the uneven surfaces of both joints. As a result, the collection of metallic nanoparticles that are metallically bonded bonds the joints of the parts with a certain mechanical strength. Therefore, the closer the gap is to the rear end of the joint of the clearance fit, the greater the bonding force that bonds the parts together. This bonds the parts together.
Furthermore, one of the overlapping parts is fixed, and the other part is rotated. As a result, shear stress is applied to the collection of metallic nanoparticles formed at the joint, and since the volume of the metallic bond is small, the metallic bond is preferentially destroyed, and the metallic nanoparticles separated from the metallic bond move slightly in the area filled with metallic nanoparticles, and the metallic nanoparticles contact each other again. Furthermore, stress is applied to the metallic nanoparticles separated from the metallic bond, and the metallic nanoparticles try to move, but the presence of the collection of metallic nanoparticles becomes an obstacle, suppressing the movement of the metallic nanoparticles, and the metallic nanoparticles contact each other firmly. Therefore, the volume where the metallic nanoparticles contact each other is larger than the volume where the metallic nanoparticles contact each other when the activated metallic nanoparticles are precipitated. At this time, frictional heat is generated at the contact portion between the metallic nanoparticles, and the metallic nanoparticles are bonded to each other by the frictional heat, but the bonding force between the metallic nanoparticles is larger than the bonding force between the metallic nanoparticles when the activated metallic nanoparticles are precipitated. Therefore, the closer the gap is to the rear end of the gap fit, the greater the joining force due to the frictional heat that joins the parts together. This allows the parts to be firmly joined together.
Furthermore, when the other part is rotated, the bonding by the frictional heat of the metal nanoparticles increases. As a result, the gap near the rear end of the gap fit is gradually filled with the metal nanoparticles bonded by the frictional heat. On the other hand, as the number of metal nanoparticles bonded by the frictional heat increases, the movement of the metal nanoparticles becomes more difficult, and the bonding force of the collection of metal nanoparticles bonded by the frictional heat increases. This makes it difficult to rotate the other part, and the rotation of the part stops. Therefore, the collection of metal nanoparticles bonded by the frictional heat cannot move at the joint between the parts, and the collection of metal nanoparticles bonded by the frictional heat firmly bonds the joints. As a result, the bonding layer consisting of the collection of metal nanoparticles bonded by the frictional heat firmly bonds the joints.
Therefore, the aggregation of metal nanoparticles bonded by frictional heat formed in the narrow joint area is bonded so strongly that it becomes difficult to move, and the bonding strength between the parts is stronger than when parts are bonded with the aggregation of metal nanoparticles bonded by frictional heat described in paragraphs 14 and 15. As a result, the parts are bonded more strongly regardless of the difference in materials between the parts.
One example of the joining of parts according to the present invention is a case where the parts are made of different materials. In other words, the joint processed by a clearance fit is joined with a joining layer made of a collection of metal nanoparticles joined by frictional heat, so the parts can be joined regardless of the combination of materials of the parts. This makes it possible to join metal and synthetic resin, and synthetic resin and ceramics, which have significantly different melting points and softening points. It is also possible to join metals with significantly different melting points.
As explained above, the paste of the present invention is applied to the joints of both parts processed into a gap fit, and activated metal nanoparticles are precipitated at the joints of both parts, and one part is fixed and the other part is rotated, and the parts are firmly joined by the joints of the metal nanoparticles that are joined by frictional heat. Therefore, even if the joints processed into a gap fit are made of different materials, the paste of the present invention can be used as a paste to join parts, further expanding the range of application of the paste.
Furthermore, when the parts are heated to the boiling point of the organic compounds, the moisture, hydrates, hydroxides, and organic substances adhering to the surfaces of the parts are vaporized in order according to their respective boiling points. Therefore, a pre-cleaning process to remove impurities adhering to the surfaces of the parts is not necessary. Also, because the clusters of metal nanoparticles, which are nearly three orders of magnitude smaller than the unevenness of the surfaces of the parts, penetrate into the unevenness of the surfaces of the parts and precipitate, the clusters of metal nanoparticles bond the parts together even if an oxide or hydroxide film is formed on the surfaces of the parts.
In addition, the viscosity of the paste is changed according to the mass of the parts to be joined, and the thickness of the joining layer at the joint where the parts are joined can be changed, and the joining strength of the joining layer can be freely changed according to the mass of the parts to be joined. Therefore, when the mass of the parts is large and a large joining strength is required, the viscosity of the paste is set to a relatively high viscosity.
18段落に記載した部品同士を接合する方法が、強磁性金属のナノ粒子同士が磁気吸着と摩擦熱とによって接合した該強磁性金属のナノ粒子の集まりからなる接合層によって、部品同士を接合する方法であり、該部品同士を接合する方法は、
前記した金属化合物が、熱分解で鉄、ニッケル、ないしは、コバルトからなるいずれかの強磁性金属を析出する金属化合物であり、該金属化合物を、前記した金属化合物として用い、前記したペーストを製造する方法に従って、強磁性金属からなるナノ粒子の集まりが、有機化合物に分散された構成からなるペーストを製造し、該ペーストを、部品同士を接合する双方の接合部位が隙間バメに加工された該双方の接合部位に塗布し、該ペーストが塗布された一方の部品を、該ペーストが塗布された他方の部品に挿入し、該ペーストが塗布された前記双方の接合部位を重ね合わせる、
この後、前記重ね合わせた部品同士を、前記した液体の有機化合物の沸点に昇温し、さらに、該重ね合わせた部品同士の一方の部品を固定し、該重ね合わせた部品同士の他方の部品を回転させる、
この処理によって、最初に前記塗布したペーストから、前記した有機溶剤が気化し、次いで前記した液体の有機化合物が気化し、次に前記ペーストに分散していた強磁性金属のナノ粒子の集まりが活性化し、該活性化した強磁性金属のナノ粒子の集まりが重なり合って前記ペーストが塗布された部位に析出し、さらに該重なり合って析出した強磁性金属のナノ粒子同士が互いに磁気吸着し、さらに、該磁気吸着した強磁性金属のナノ粒子の集まりに、前記他方の部品を回転することで発生したせん断応力が加わり、該せん断応力によって、前記強磁性金属のナノ粒子同士が磁気吸着した磁気吸着部位に摩擦熱が発生し、さらに該摩擦熱によって、前記磁気吸着した強磁性金属のナノ粒子同士が接合する、
この後、前記部品同士を接合する双方の接合部位に、前記強磁性金属のナノ粒子の磁化が飽和する磁界を印加し、該強磁性金属のナノ粒子の磁化を飽和させる、この処理によって、前記摩擦熱で接合した強磁性金属のナノ粒子同士が、飽和した磁化によって磁気吸着し、該強磁性金属のナノ粒子同士が磁気吸着と摩擦熱とによって接合した該強磁性金属のナノ粒子の集まりからなる接合層によって、前記部品同士が接合される、
6段落に記載した方法で製造したペーストを用い、強磁性金属のナノ粒子同士が磁気吸着と摩擦熱とによって接合した該強磁性金属のナノ粒子の集まりからなる接合層によって、部品同士を接合する方法。
The method for joining parts described in paragraph 18 is a method for joining parts by a joining layer made of a collection of ferromagnetic metal nanoparticles that are joined together by magnetic attraction and frictional heat, and the method for joining parts includes:
The metal compound is a metal compound that precipitates a ferromagnetic metal consisting of any one of iron, nickel, and cobalt upon thermal decomposition, and the metal compound is used as the metal compound, and a paste consisting of a collection of nanoparticles consisting of a ferromagnetic metal dispersed in an organic compound is produced according to the method for producing a paste described above , and the paste is applied to both joining portions of parts that are joined together and processed into a gap fit, one of the parts to which the paste has been applied is inserted into the other part to which the paste has been applied, and the two joining portions to which the paste has been applied are overlapped.
Thereafter, the temperature of the overlapped parts is raised to the boiling point of the liquid organic compound, and one of the overlapped parts is fixed and the other of the overlapped parts is rotated.
By this treatment, first, the organic solvent evaporates from the applied paste, then the organic compound in the liquid evaporates, and then the clusters of ferromagnetic metal nanoparticles dispersed in the paste are activated, the activated clusters of ferromagnetic metal nanoparticles overlap and precipitate at the site where the paste was applied, the overlapping and precipitated ferromagnetic metal nanoparticles are magnetically attracted to each other, and further, a shear stress generated by rotating the other part is applied to the magnetically attracted clusters of ferromagnetic metal nanoparticles, and the shear stress generates frictional heat at the magnetic attraction sites where the ferromagnetic metal nanoparticles are magnetically attracted to each other, and the frictional heat further bonds the magnetically attracted ferromagnetic metal nanoparticles to each other.
Thereafter, a magnetic field that saturates the magnetization of the ferromagnetic metal nanoparticles is applied to both joining sites where the parts are joined, and the magnetization of the ferromagnetic metal nanoparticles is saturated. Through this process, the ferromagnetic metal nanoparticles joined by the frictional heat are magnetically attracted to each other due to the saturated magnetization, and the parts are joined by a joining layer made of an assembly of the ferromagnetic metal nanoparticles that are joined to each other by magnetic attraction and frictional heat.
A method for joining parts together using a paste produced by the method described in paragraph 6, with a joining layer consisting of a collection of ferromagnetic metal nanoparticles bonded together by magnetic attraction and frictional heat .
つまり、6段落に記載した熱分解で金属を析出する金属化合物として、熱分解で鉄、ニッケル、ないしは、コバルトからなるいずれかの強磁性金属を析出する金属化合物を用い、6段落に記載したペーストを製造する方法に従って、強磁性金属のナノ粒子の集まりが有機化合物に分散したペーストを製造する。いっぽう、部品同士を接合する双方の接合部位を隙間バメに加工し、双方の接合部位にペーストを塗布し、双方の接合部位に塗膜を形成する。すなわち、ペーストの20℃における粘度が、20ミリパスカル秒以下の粘度になるように設定され、殆ど質量を持たない10nm前後の大きさからなる金属のナノ粒子に、有機溶剤で希釈された有機化合物が粘度に応じた吸着力で吸着する。このため、ペーストを塗布すると、強磁性金属のナノ粒子が、有機溶剤で希釈された有機化合物から分離せず、強磁性金属のナノ粒子が有機溶剤で希釈された有機化合物に分散した、ペーストの構成からなる塗膜が形成される。また、ペーストは、表面張力が30ミリニュートン毎メートル以下と極めて小さく、かつ、20ミリパスカル秒以下の低粘度であり、さらに、強磁性金属のナノ粒子が10nm前後の大きさで、部品同士を接合する双方の接合部位の表面の凹凸より3桁近く小さいため、塗布されたペーストは、双方の部品の材質に拘わらず、双方の接合部位の全体を覆うとともに、双方の接合部位の表面の凹凸に入り込む。
この後、ペーストが塗布された一方の部品を、ペーストが塗布された他方の部品に挿入し、ペーストが塗布された双方の接合部位を重ね合わせる。この際、隙間バメに加工した接合部位に部品が挿入され始めると、ペーストの塗膜同士が接触し、挿入する部品に形成された塗膜が、挿入方向とは反対方向に移動するが、部品の挿入が終わると、塗膜の移動は止まる。この結果、隙間バメの接合部位に形成されたペーストの塗膜は、隙間バメの篏合部の先端になるほど、塗膜の移動量が多く、塗膜の厚みは薄くなる。これに対し、隙間バメの篏合部の後端になるほど、塗膜の移動量が少なく、塗膜の厚みは厚くなる。この結果、隙間バメの篏合部の後端部に近い隙間は、塗膜で埋め尽くされる。
さらに、重ね合わせた部品同士を、有機化合物の沸点に昇温する。有機化合物の沸点が金属化合物の熱分解温度より高いため、塗布したペーストから有機化合物の気化が完了すると、活性状態になった強磁性金属のナノ粒子の集まりが重なり合って析出し、析出した強磁性金属のナノ粒子同士が互いに磁気吸着し、さらに、磁気吸着した強磁性金属のナノ粒子同士が接触する部位で金属結合し、磁気吸着と金属結合で接合した強磁性金属のナノ粒子の集まりからなる接合層が、ペーストの粘度に応じた厚みで、部品同士の接合部位の全体を覆うとともに、双方の接合部位の表面の凹凸に入り込む。この際、部品を挿入する際の塗膜の移動によって、隙間バメの篏合部の先端になるほど、磁気吸着と金属結合で接合した強磁性金属のナノ粒子の集まりからなる接合層の厚みは薄く、反対に、隙間バメの篏合部の後端になるほど、磁気吸着と金属結合で接合した強磁性金属のナノ粒子の集まりからなる接合層の厚みは厚くなる。このため、隙間バメの篏合部の後端部に近い隙間は、磁気吸着と金属結合で接合した強磁性金属の集まりで埋め尽くされる。
この後、重ね合わせた一方の部品を固定し、重ね合わせた他方の部品を回転させる。これによって、磁気吸着と金属結合で接合した強磁性金属のナノ粒子同士の接合部にせん断応力が加わり、接合部の体積が僅かであるため、接合部が優先して破壊され、強磁性金属のナノ粒子で埋められた領域を、ナノ粒子同士の接合から引き離された強磁性金属のナノ粒子が僅かに移動し、強磁性金属のナノ粒子同士が改めて接触する。さらに、ナノ粒子同士の接合から引き離された強磁性金属のナノ粒子に応力が加わり、ナノ粒子が移動しようとするが、強磁性金属のナノ粒子の集まりの存在が障害となって、ナノ粒子の移動が抑制され、ナノ粒子同士が強固に接触し、接触部に摩擦熱が発生する。いっぽう、ナノ粒子同士の接合から強制的に引き離されたナノ粒子が移動させられ、ナノ粒子の移動が困難になった状態でナノ粒子に接触したため、接触部の体積は、活性状態になった強磁性金属のナノ粒子が重なり合って析出した際に、ナノ粒子同士が磁気吸着と金属結合で接合した接合部の体積に比べ大きく、摩擦熱によるナノ粒子同士の接合力は、磁気吸着と金属結合で接合したナノ粒子同士の接合力より大きい。従って、隙間バメの篏合部の後端部に近い隙間ほど、部品同士を接合する接合力が大きい。これによって、部品同士が接合される。
さらに、部品を回転させると、磁気吸着から引き離されたナノ粒子によるナノ粒子同士の接合が増大する。従って、隙間バメの篏合部の後端部付近の隙間は、摩擦熱で接合したナノ粒子で徐々に埋められる。いっぽう、摩擦熱で接合したナノ粒子が増えるほど、摩擦熱による接合力が大きいため、接合したナノ粒子の移動が困難になり、これによって、部品の回転が困難になり、部品の回転を停止する。このため、摩擦熱で接合したナノ粒子の集まりは、部品同士の接合部で移動できず、摩擦熱で接合したナノ粒子の集まりが、接合部同士を接合する。従って、隙間バメの篏合部の後端部に近い隙間ほど、部品同士を接合する接合力が大きい。この結果、摩擦熱で接合したナノ粒子の集まりが、接合部を強固に接合する。なお、ペーストは、表面張力が小さく、かつ、低粘度であり、さらに、強磁性金属のナノ粒子が10nm前後の大きさであるため、双方の部品の材質に拘わらず、摩擦熱で接合したナノ粒子の集まりが、双方の接合部位の全体を覆うとともに、双方の接合部位の表面の凹凸に入り込み、部品の材質に拘わらず、部品同士を接合する。
さらに、部品同士を接合する部位に、強磁性金属のナノ粒子の磁化が飽和する磁界を印加すると、全ての強磁性金属のナノ粒子の磁化が飽和し、全てのナノ粒子に作用する磁気吸引力が著しく増大する。いっぽう、摩擦熱でナノ粒子同士が接合した接合力は、ナノ粒子同士が摩擦で接触した部位に限られる。これに対し、磁化が飽和したナノ粒子に作用する磁気吸引力は、ナノ粒子の全体に作用する。このため、磁気吸引力は、摩擦熱による結合力より大きい。さらに、ナノ粒子が10nm前後と小さいため、飽和した磁化で磁気吸着した強磁性金属のナノ粒子同士の磁気吸着を引き剥がすのは難しい。
従って、18-19段落に記載した部品同士の篏合部において、摩擦熱で接合したナノ粒子の集まりが部品同士を接合する場合より、磁化が飽和した強磁性金属のナノ粒子の集まりの磁気吸引力が、摩擦熱で接合したナノ粒子の集まりの接合力に加算されるため、18-19段落に記載した事例より部品同士が強固に接合する。この結果、部品同士の材質の違いに拘わらず、部品同士をさらに強固に接合する。
なお、強磁性金属の磁気キュリー点は、鉄が770℃で、ニッケルが358℃で、コバルトが1131℃である。従って、強磁性金属の磁気キュリー点に近づかなければ、部品同士が接合する磁気吸引力は変わらない。このため、部品が高温にさらされても、部品同士が接合し続ける。
さらに、部品を有機化合物の沸点に昇温する際に、部品の表面に付着していた水分、水和物、水酸化物及び有機物がそれぞれの沸点に応じて順番に気化する。このため、部品の表面に付着した不純物を取り除く事前の洗浄処理は必要ない。また、部品の表面の凹凸より3桁近く小さい金属のナノ粒子の集まりが、部品の表面の凹凸に入り込んで析出するため、部品の表面に酸化膜や水酸化膜が形成されていても、金属のナノ粒子の集まりが、部品同士を接合させる。
また、接合する部品同士の質量に応じてペーストの粘度を変え、これによって、部品同士を接合する篏合部における接合層の厚みが変えられ、接合層の接合強度が、接合する部品同士の質量に応じて自在に変えられる。このため、部品の質量が大きく、大きな接合強度が必要な場合は、ペーストの粘度を相対的に高い粘度に設定する。
That is, as the metal compound that precipitates a metal by thermal decomposition described in paragraph 6, a metal compound that precipitates a ferromagnetic metal consisting of iron, nickel, or cobalt by thermal decomposition is used, and a paste in which a collection of ferromagnetic metal nanoparticles is dispersed in an organic compound is manufactured according to the method for manufacturing a paste described in paragraph 6. Meanwhile, both joint parts that join the parts are processed into a gap fit, and the paste is applied to both joint parts to form a coating film on both joint parts. That is, the viscosity of the paste at 20°C is set to be 20 millipascal seconds or less, and the organic compound diluted with an organic solvent is adsorbed to the metal nanoparticles that have a size of about 10 nm and have almost no mass with an adsorption force according to the viscosity. Therefore, when the paste is applied, the ferromagnetic metal nanoparticles do not separate from the organic compound diluted with an organic solvent, and a coating film consisting of the paste is formed in which the ferromagnetic metal nanoparticles are dispersed in the organic compound diluted with an organic solvent. In addition, the paste has an extremely low surface tension of 30 millinewtons per meter or less and a low viscosity of 20 millipascal seconds or less.Furthermore, the ferromagnetic metal nanoparticles are about 10 nm in size, which is nearly three orders of magnitude smaller than the surface irregularities of the joining points between the two components.Therefore, the applied paste covers the entirety of both joining points, regardless of the materials of the two components, and penetrates into the surface irregularities of both joining points.
After this, one part coated with paste is inserted into the other part coated with paste, and the joint parts coated with paste are overlapped. At this time, when the parts start to be inserted into the joint part processed into a gap fit, the paste coating comes into contact with each other, and the coating film formed on the part to be inserted moves in the opposite direction to the insertion direction, but when the insertion of the part is completed, the movement of the coating film stops. As a result, the coating film of the paste formed on the joint part of the gap fit moves more and the thickness of the coating film becomes thinner toward the tip of the gap fit. In contrast, the movement of the coating film becomes less and the thickness of the coating film becomes thicker toward the rear end of the gap fit. As a result, the gap near the rear end of the gap fit is filled with the coating film.
Furthermore, the overlapped parts are heated to the boiling point of the organic compound. Since the boiling point of the organic compound is higher than the thermal decomposition temperature of the metal compound, when the evaporation of the organic compound from the applied paste is completed, the activated ferromagnetic metal nanoparticles are precipitated by overlapping each other, and the precipitated ferromagnetic metal nanoparticles are magnetically attracted to each other, and further, the magnetically attracted ferromagnetic metal nanoparticles are metallically bonded at the contact points, and a bonding layer consisting of a collection of ferromagnetic metal nanoparticles bonded by magnetic attraction and metallic bonding covers the entire bonding area between the parts with a thickness according to the viscosity of the paste and penetrates into the unevenness of the surfaces of both bonding areas. At this time, due to the movement of the coating film when the parts are inserted, the thickness of the bonding layer consisting of a collection of ferromagnetic metal nanoparticles bonded by magnetic attraction and metallic bonding becomes thinner toward the tip of the gap fit, and conversely, the thickness of the bonding layer consisting of a collection of ferromagnetic metal nanoparticles bonded by magnetic attraction and metallic bonding becomes thicker toward the rear end of the gap fit. As a result, the gap near the rear end of the gap fit is filled with a mass of ferromagnetic metal joined by magnetic attraction and metallic bonding.
After this, one of the overlapping parts is fixed, and the other overlapping part is rotated. As a result, shear stress is applied to the joint between the ferromagnetic metal nanoparticles bonded by magnetic attraction and metal bonding, and since the volume of the joint is small, the joint is destroyed first, and the ferromagnetic metal nanoparticles that have been separated from the joint between the nanoparticles move slightly in the area filled with ferromagnetic metal nanoparticles, and the ferromagnetic metal nanoparticles come into contact with each other again. Furthermore, stress is applied to the ferromagnetic metal nanoparticles that have been separated from the joint between the nanoparticles, and the nanoparticles try to move, but the presence of the ferromagnetic metal nanoparticle clusters acts as an obstacle, suppressing the movement of the nanoparticles, and the nanoparticles come into firm contact with each other, generating frictional heat at the contact area. On the other hand, the nanoparticles that were forcibly pulled away from the joints between the nanoparticles were moved and contacted the nanoparticles in a state where it was difficult for the nanoparticles to move, so that the volume of the contact area was larger than the volume of the joint where the nanoparticles were joined by magnetic attraction and metallic bonding when the activated ferromagnetic metal nanoparticles were piled up and precipitated, and the bonding force between the nanoparticles due to frictional heat was greater than the bonding force between the nanoparticles joined by magnetic attraction and metallic bonding. Therefore, the closer the gap is to the rear end of the gap fit, the greater the bonding force that bonds the parts together. This bonds the parts together.
Furthermore, when the parts are rotated, the bonding between the nanoparticles caused by the nanoparticles that are separated from the magnetic attraction increases. Therefore, the gap near the rear end of the gap fit is gradually filled with nanoparticles bonded by frictional heat. On the other hand, the more nanoparticles bonded by frictional heat, the greater the bonding force due to frictional heat, making it difficult for the bonded nanoparticles to move, which makes it difficult to rotate the parts and stops the rotation of the parts. Therefore, the collection of nanoparticles bonded by frictional heat cannot move at the joint between the parts, and the collection of nanoparticles bonded by frictional heat bonds the joints. Therefore, the closer the gap is to the rear end of the gap fit, the greater the bonding force that bonds the parts. As a result, the collection of nanoparticles bonded by frictional heat firmly bonds the joints. Furthermore, the paste has low surface tension and low viscosity, and the ferromagnetic metal nanoparticles are approximately 10 nm in size, so regardless of the materials of the two parts, the collection of nanoparticles bonded by frictional heat covers the entire joining area of both parts and penetrates into the uneven surfaces of both joining areas, joining the parts together regardless of the materials of the parts.
Furthermore, when a magnetic field that saturates the magnetization of ferromagnetic metal nanoparticles is applied to the portion where the parts are joined, the magnetization of all ferromagnetic metal nanoparticles is saturated, and the magnetic attraction acting on all nanoparticles increases significantly. On the other hand, the joining force of nanoparticles joined together by frictional heat is limited to the portion where the nanoparticles come into contact with each other due to friction. In contrast, the magnetic attraction acting on nanoparticles with saturated magnetization acts on the entire nanoparticle. Therefore, the magnetic attraction force is greater than the binding force caused by frictional heat. Furthermore, since the nanoparticles are small, around 10 nm, it is difficult to separate the magnetic attraction between ferromagnetic metal nanoparticles that are magnetically attracted by saturated magnetization.
Therefore, in the joint between parts described in paragraphs 18-19, the magnetic attraction force of the collection of nanoparticles of a ferromagnetic metal with saturated magnetization is added to the joining force of the collection of nanoparticles joined by frictional heat, compared to the case where the collection of nanoparticles joined by frictional heat joins the parts at the joint between parts described in paragraphs 18-19, so the parts are joined more strongly than in the example described in paragraphs 18-19. As a result, the parts are joined even more strongly regardless of the difference in materials between the parts.
The magnetic Curie points of ferromagnetic metals are 770°C for iron, 358°C for nickel, and 1131°C for cobalt. Therefore, unless the temperature approaches the magnetic Curie point of the ferromagnetic metal, the magnetic attraction force that bonds the parts together does not change. Therefore, even if the parts are exposed to high temperatures, they will continue to be bonded together.
Furthermore, when the parts are heated to the boiling point of the organic compounds, the moisture, hydrates, hydroxides, and organic substances adhering to the surfaces of the parts are vaporized in order according to their respective boiling points. Therefore, there is no need for a pre-cleaning process to remove impurities adhering to the surfaces of the parts. Also, because the clusters of metal nanoparticles, which are nearly three orders of magnitude smaller than the unevenness of the surfaces of the parts, penetrate into the unevenness of the surfaces of the parts and precipitate, the clusters of metal nanoparticles bond the parts together even if an oxide or hydroxide film is formed on the surfaces of the parts.
In addition, the viscosity of the paste is changed according to the mass of the parts to be joined, and the thickness of the joining layer at the joint where the parts are joined can be changed, and the joining strength of the joining layer can be freely changed according to the mass of the parts to be joined. Therefore, when the mass of the parts is large and a large joining strength is required, the viscosity of the paste is set to a relatively high viscosity.
6段落に記載した金属のナノ粒子の集まりが有機化合物に分散されたペーストを製造する方法は、
前記した熱分解で金属を析出する金属化合物が、無機物の分子ないしは無機物のイオンが配位子となって金属イオンに配位結合した金属錯イオンを有する無機塩で構成された無機金属化合物であり、前記した液体の有機化合物が、炭素原子の数が8-10からなる第1級アルコールに属する有機化合物であり、前記した有機溶剤が、ジエチルエーテル、アセトン、ないしは、エタノールであり、
前記無機金属化合物を、前記した熱分解で金属を析出する金属化合物として用い、前記炭素原子の数が8-10からなる第1級アルコールに属する有機化合物を、前記した液体の有機化合物として用い、前記ジエチルエーテル、前記アセトン、ないしは、前記エタノールを、前記した有機溶剤として用い、前記したペーストを製造する方法に従ってペーストを製造する、
6段落に記載した金属のナノ粒子の集まりが有機化合物に分散されたペーストを製造する方法。
The method for producing a paste in which a collection of metal nanoparticles is dispersed in an organic compound as described in paragraph 6 includes the steps of:
the metal compound which precipitates a metal by thermal decomposition is an inorganic metal compound composed of an inorganic salt having a metal complex ion in which an inorganic molecule or an inorganic ion acts as a ligand and is coordinately bonded to a metal ion, the liquid organic compound is an organic compound belonging to a primary alcohol having 8 to 10 carbon atoms, and the organic solvent is diethyl ether, acetone, or ethanol,
a paste is produced according to the method for producing a paste, using the inorganic metal compound as the metal compound that precipitates a metal by thermal decomposition, using the organic compound belonging to the primary alcohol having 8 to 10 carbon atoms as the liquid organic compound, and using the diethyl ether, acetone, or ethanol as the organic solvent;
A method for producing a paste in which a collection of metal nanoparticles as described in paragraph 6 is dispersed in an organic compound.
最初に、無機物からなる分子ないしは無機物からなるイオンが配位子となって、金属イオンに配位結合した金属錯イオンを有する無機塩からなる無機金属化合物を、還元雰囲気で熱処理すると、最初に配位結合部が分断され、無機物と金属とに分解する。さらに昇温すると、無機物が気化熱を奪って気化し、180-220℃の温度範囲で無機物の気化が完了して金属が析出する。
つまり、無機金属化合物を構成するイオンの中で、分子の中央に位置する金属イオンが最も大きく、金属イオンと配位子との距離が最も長い。この無機金属化合物を還元雰囲気で熱処理すると、金属イオンが配位子と結合する配位結合部が最初に分断され、金属と無機物とに分解する。さらに温度が上がると、無機物が気化熱を奪って気化し、無機物の気化が完了すると金属が析出し、熱分解を終える。金属が析出する温度は、金属化合物の熱分解で金属が析出する温度の中で最も低い。また、無機金属化合物は、メタノールに10重量%近く分散し、メタノールに溶解しない。このため、金属錯イオンを有する無機塩からなる無機金属化合物は、6段落に記載した金属化合物として、用いることができる。
すなわち、無機物からなる分子ないしは無機物からなるイオンが配位子になって、金属イオンに配位結合する金属錯イオンは、他の金属錯イオンに比べて合成が容易である。このような金属錯イオンとして、アンモニアNH3が配位子となって金属イオンに配位結合するアンミン金属錯イオン、水H2Oが配位子となって金属イオンに配位結合するアクア金属錯イオン、水酸基OH-が配位子となって金属イオンに配位結合するヒドロキソ金属錯イオン、塩素イオンCl-が、ないしは塩素イオンCl-とアンモニアNH3とが配位子となって金属イオンに配位結合するクロロ金属錯イオンなどがある。さらに、このような金属錯イオンを有する塩化物、硫酸塩、硝酸塩などの無機塩からなる無機金属化合物は、合成が容易で、無機塩の分子量が小さいため、180-220℃の温度範囲で無機物の気化が完了し金属を析出する。金属が析出する温度は、金属化合物の熱分解で金属を析出する温度の中で最も低い。こうした無機金属化合物は、汎用的な工業用の薬品である。
次に、炭素原子の数が8-10からなる第1級アルコールに属する有機化合物は、6段落に記載した、融点が15℃より低い第一の性質と、前記した無機金属化合物が溶解及び分散しない第二の性質と、沸点が前記した無機金属化合物の熱分解温度より高い第三の性質と、前記した無機金属化合物の熱分解で析出する金属のナノ粒子と化学反応を起こさない第四の性質と、20℃における表面張力が30ミリニュートン毎メートル以下である第五の性質からなる5つの性質を兼備する。
すなわち、炭素原子の数が8からなる第1級アルコールは、示性式がCH3(CH2)7OHからなるn-オクタンで、融点が-16℃で、沸点が195℃で、20℃における粘度が7.3ミリパスカル秒で、20℃における表面張力が27.5ミリニュートン毎メートルで、密度が0.83g/cm3で、分子量が130g/モルからなる有機化合物である。n-オクタンは、前記した無機金属化合物に溶解及び分散せず、また、前記した無機金属化合物の熱分解で析出する金属のナノ粒子と化学反応を起こさない。従って、n-オクタンは、6段落に記載した5つの性質を兼備する有機化合物である。
また、炭素原子の数が9からなる第1級アルコールは、示性式がCH3(CH2)8OHからなるn-ノナンで、融点が-7℃で、沸点が215℃で、20℃における粘度が10.8ミリパスカル秒で、24℃における表面張力が28ミリニュートン毎メートルで、密度が0.83g/cm3で、分子量が144g/モルからなる有機化合物である。n-ノナンは、前記した無機金属化合物に溶解及び分散せず、また、前記した無機金属化合物の熱分解で析出する金属のナノ粒子と化学反応を起こさない。従って、n-ノナンは、6段落に記載した5つの性質を兼備する有機化合物である。
さらに、炭素原子の数が10からなる第1級アルコールは、示性式がCH3(CH2)10OHからなるn-デカンで、融点が6.4℃で、沸点が233℃で、20℃における粘度が14.5ミリパスカル秒で、20℃における表面張力が29ミリニュートン毎メートルで、密度が0.83g/cm3で、分子量が158g/モルからなる有機化合物である。n-デカンは、前記した無機金属化合物に溶解及び分散せず、また、前記した無機金属化合物の熱分解で析出する金属のナノ粒子と化学反応を起こさない。従って、n-デカンは、6段落に記載した5つの性質を兼備する有機化合物である。
いっぽう、ジエチルエーテル、アセトン、ないしは、エタノールは、炭素原子の数が8-10からなる第1級アルコールに属する有機化合物に溶解ないしは混和し、沸点が前記した第1級アルコールに属する有機化合物の沸点より低い。このため、6段落に記載した、液体の有機化合物に溶解ないしは混和し、かつ、沸点が液体の有機化合物の沸点より低い、2つの性質を兼備する有機溶剤である。なお、炭素原子の数が8-10からなる第1級アルコールはいずれも、20℃における粘度が20ミリパスカル秒以下の粘度であるが、ジエチルエーテル、アセトン、ないしは、エタノールに溶解ないしは混和させることで、さらに低粘度の有機化合物になる。
以上に説明した無機金属化合物と、炭素原子の数が8-10からなる第1級アルコールと、ジエチルエーテル、アセトン、ないしは、エタノールは、いずれも汎用的な工業用薬品である。また、6段落に記載したペーストを製造する方法は、極めて簡単な6つの処理を連続して実施して製造する。従って、安価な工業用薬品を用い、極めて簡単な6つの処理を連続して実施することで、安価なペーストが製造できる。
First, when an inorganic metal compound made of an inorganic salt having a metal complex ion coordinated to a metal ion, in which an inorganic molecule or an inorganic ion acts as a ligand, is heat-treated in a reducing atmosphere, the coordinate bond is first broken and the compound is decomposed into the inorganic substance and the metal. When the temperature is further increased, the inorganic substance absorbs the heat of vaporization and vaporizes, and the vaporization of the inorganic substance is completed in the temperature range of 180-220°C, and the metal is precipitated.
That is, among the ions constituting the inorganic metal compound, the metal ion located at the center of the molecule is the largest, and the distance between the metal ion and the ligand is the longest. When this inorganic metal compound is heat-treated in a reducing atmosphere, the coordinate bond where the metal ion is bonded to the ligand is first broken, and the compound is decomposed into the metal and the inorganic substance. When the temperature is further increased, the inorganic substance absorbs the heat of vaporization and vaporizes, and when the vaporization of the inorganic substance is completed, the metal precipitates, and the thermal decomposition is completed. The temperature at which the metal precipitates is the lowest among the temperatures at which metal precipitates in the thermal decomposition of metal compounds. In addition, the inorganic metal compound is dispersed in methanol at nearly 10% by weight, and is not dissolved in methanol. For this reason, the inorganic metal compound made of an inorganic salt having a metal complex ion can be used as the metal compound described in paragraph 6.
That is, metal complex ions in which molecules of inorganic substances or ions of inorganic substances become ligands and are coordinated to metal ions are easier to synthesize than other metal complex ions. Examples of such metal complex ions include ammine metal complex ions in which ammonia NH 3 becomes ligands and is coordinated to metal ions, aqua metal complex ions in which water H 2 O becomes ligands and is coordinated to metal ions, hydroxo metal complex ions in which hydroxyl groups OH - become ligands and are coordinated to metal ions, and chloro metal complex ions in which chlorine ions Cl - or chlorine ions Cl - and ammonia NH 3 become ligands and are coordinated to metal ions. Furthermore, inorganic metal compounds made of inorganic salts such as chlorides, sulfates, and nitrates having such metal complex ions are easy to synthesize, and since the molecular weight of the inorganic salt is small, the inorganic substances are vaporized and the metal is precipitated in a temperature range of 180-220°C. The temperature at which the metal precipitates is the lowest among the temperatures at which metals are precipitated by thermal decomposition of metal compounds. These inorganic metal compounds are common industrial chemicals.
Next, an organic compound belonging to primary alcohols having 8-10 carbon atoms has five properties described in paragraph 6, namely, a first property of having a melting point lower than 15°C, a second property of not dissolving or dispersing the inorganic metal compound, a third property of having a boiling point higher than the thermal decomposition temperature of the inorganic metal compound, a fourth property of not chemically reacting with metal nanoparticles precipitated by thermal decomposition of the inorganic metal compound, and a fifth property of having a surface tension of 30 millinewtons per meter or less at 20°C.
That is, the primary alcohol having 8 carbon atoms is n-octane having the rational formula CH 3 (CH 2 ) 7 OH, which is an organic compound having a melting point of −16° C., a boiling point of 195° C., a viscosity of 7.3 mPascal seconds at 20° C., a surface tension of 27.5 millinewtons per meter at 20° C., a density of 0.83 g/cm 3 and a molecular weight of 130 g/mol. n-Octane does not dissolve or disperse in the inorganic metal compound, and does not chemically react with the metal nanoparticles precipitated by the thermal decomposition of the inorganic metal compound. Thus, n-octane is an organic compound that has all five properties described in paragraph 6.
Furthermore, the primary alcohol having 9 carbon atoms is n-nonane having the rational formula CH 3 (CH 2 ) 8 OH, which is an organic compound having a melting point of −7° C., a boiling point of 215° C., a viscosity of 10.8 mPascal seconds at 20° C., a surface tension of 28 millinewtons per meter at 24° C., a density of 0.83 g/cm 3 and a molecular weight of 144 g/mol. n-nonane does not dissolve or disperse in the inorganic metal compound, and does not chemically react with the metal nanoparticles precipitated by thermal decomposition of the inorganic metal compound. Thus, n-nonane is an organic compound that has all five properties described in paragraph 6.
Furthermore, the primary alcohol having 10 carbon atoms is n-decane having the rational formula CH 3 (CH 2 ) 10 OH, which is an organic compound having a melting point of 6.4° C., a boiling point of 233° C., a viscosity at 20° C. of 14.5 mPascal seconds, a surface tension at 20° C. of 29 mN/ m, a density of 0.83 g/cm 3 and a molecular weight of 158 g/mol. n-Decane does not dissolve or disperse in the inorganic metal compound, and does not chemically react with the metal nanoparticles precipitated by the thermal decomposition of the inorganic metal compound. Thus, n-decane is an organic compound having the five properties described in paragraph 6.
On the other hand, diethyl ether, acetone, or ethanol dissolves or is miscible with organic compounds belonging to primary alcohols having 8-10 carbon atoms, and has a boiling point lower than that of the organic compounds belonging to the primary alcohols. Therefore, it is an organic solvent that has the two properties described in paragraph 6, that is, dissolves or is miscible with liquid organic compounds and has a boiling point lower than that of liquid organic compounds. Note that all primary alcohols having 8-10 carbon atoms have a viscosity of 20 mPascal seconds or less at 20°C, but dissolving or mixing them in diethyl ether, acetone, or ethanol makes them into organic compounds with even lower viscosity.
The inorganic metal compound described above, the primary alcohol having 8-10 carbon atoms, and diethyl ether, acetone, or ethanol are all general-purpose industrial chemicals. The method for producing the paste described in paragraph 6 is carried out by continuously carrying out six very simple steps. Therefore, by using inexpensive industrial chemicals and continuously carrying out six very simple steps, an inexpensive paste can be produced.
6段落に記載した金属のナノ粒子の集まりが有機化合物に分散されたペーストを製造する方法は、
前記した熱分解で金属を析出する金属化合物が、オクチル酸金属化合物であり、前記した液体の有機化合物がテトラエチレングリコールであり、前記した有機溶剤が、エタノールないしはアセトンのいずれかの有機溶剤であり、
前記オクチル酸金属化合物を、前記した熱分解で金属を析出する金属化合物として用い、前記テトラエチレングリコールを、前記した液体の有機化合物として用い、前記エタノールないしは前記アセトンのいずれかの有機溶剤を、前記した有機溶剤として用い、前記したペーストを製造する方法に従ってペーストを製造する、
6段落に記載した金属のナノ粒子の集まりが有機化合物に分散されたペーストを製造する方法。
The method for producing a paste in which a collection of metal nanoparticles is dispersed in an organic compound as described in paragraph 6 includes the steps of:
the metal compound that precipitates a metal by thermal decomposition is a metal octylate compound, the liquid organic compound is tetraethylene glycol, and the organic solvent is either ethanol or acetone;
a paste is produced according to the method for producing a paste, using the metal octylate compound as the metal compound that precipitates a metal by thermal decomposition, using the tetraethylene glycol as the liquid organic compound, and using either the ethanol or the acetone as the organic solvent;
A method for producing a paste in which a collection of metal nanoparticles as described in paragraph 6 is dispersed in an organic compound.
最初に、オクチル酸のカルボキシル基を構成する酸素イオンが金属イオンに共有結合するオクチル酸金属化合物は、金属イオンが最も大きいイオンであり、カルボキシル基を構成する酸素イオンと金属イオンとの距離が、他のイオン同士の距離より長い。こうした分子構造上の特徴を持つオクチル酸金属化合物を、大気雰囲気で熱処理すると、オクチル酸の沸点を超えると、カルボキシル基を構成する酸素イオンと金属イオンとの結合部が最初に分断され、オクチル酸と金属とに分離する。オクチル酸が飽和脂肪酸から構成され、炭素原子が水素原子に対して過剰となる不飽和構造を持たないため、オクチルが気化熱を奪って気化し、気化が完了すると金属が析出する。また、オクチル酸金属化合物は、メタノールに10重量%近く分散し、メタノールに溶解しない。このため、2つの特徴を兼備するオクチル酸金属化合物は、6段落に記載した金属化合物として用いることができる。
なお、オクチル酸金属化合物は、カルボン酸のカルボキシル基を構成する酸素イオンが金属イオンに共有結合する第一の特徴と、カルボン酸が飽和脂肪酸からなる第二の特徴とを兼備するカルボン酸金属化合物に属する有機金属化合物である。2つの特徴を兼備するカルボン酸金属化合物の中で、オクチル酸の沸点は228℃と最も低いため、大気雰囲気の290℃で熱分解が完了し、金属を析出する。なお、2つの特徴を兼備するカルボン酸金属化合物として、オクチル酸金属化合物の他に、ラウリン酸金属化合物、ステアリン酸金属化合物などがある。なお、ラウリン酸の沸点は296℃で、ステアリン酸の沸点は376℃であり、オクチル酸の沸点より高いため、熱分解が完了して金属を析出する温度は、オクチル酸金属化合物より高い。従って、オクチル酸金属化合物は、有機金属化合物の中で最も低い熱分解温度で金属を析出する。
つまり、オクチル酸は、分岐構造の飽和脂肪酸であり、示性式がCH3(CH2)3CH(C2H5)COOHで示され、CHでCH3(CH2)3とC2H5とのアルカンに分岐され、CHにカルボキシル基COOHが結合する。分岐構造の飽和脂肪酸は、直鎖構造の飽和脂肪酸より鎖の長さが短く、沸点が228℃と低い。これに対し、ラウリン酸とステアリン酸は、直鎖構造の飽和脂肪酸であり、沸点が分岐構造の飽和脂肪酸より高い。
なお、オクチル酸とカプリル酸(オクタン酸とも言う)とは、同一の分子式C8H16O2であるが、分子構造が異なる異性体である。つまり、オクチル酸は前記したように分岐構造を持つ脂肪酸である。いっぽう、カプリル酸は直鎖構造を持つ脂肪酸で、示性式はCH3(CH2)6COOHである。従って、オクチル酸金属化合物とカプリル酸金属化合物とは、同一の分子式であるが、オクチル酸とカプリル酸とが分子構造が異なるため、オクチル酸金属化合物とカプリル酸金属化合物とは分子構造が異なる。すなわち、カプリル酸金属化合物は、カプリル酸が電離して生じるアニオンであるカルボキシラートアニオンに、金属イオンが配位結合するため、カプリル酸金属化合物は、大気雰囲気での熱分解で金属酸化物を析出する。つまり、カプリル酸金属化合物は、最も大きいイオンである金属イオンにカルボキシラートイオンが近づいて配位結合するため、金属イオンと、カルボキシラートイオンを構成する酸素イオンとの距離は短くなる。これによって、酸素イオンが金属イオンの反対側で共有結合するイオンとの距離が最も長くなる。こうした分子構造上の特徴を持つカプリル酸金属化合物は、カプリル酸の沸点を超えると、酸素イオンが金属イオンの反対側で共有結合するイオンとの結合部が分断され、金属イオンと酸素イオンとの化合物である金属酸化物とカプリル酸とに分解する。さらに昇温すると、カプリル酸が気化熱を奪って気化し、カプリル酸の気化が完了した直後に、金属酸化物が析出する。
また、オクチル酸金属化合物は、容易に合成できる安価な工業用薬品である。すなわち、最も汎用的な有機酸であるオクチル酸を、強アルカリと反応させるとオクチル酸アルカリ金属化合物が生成され、オクチル酸アルカリ金属化合物を無機金属化合物と反応させると、様々な金属からなるオクチル酸金属化合物が合成される。従って、オクチル酸金属化合物は、最も安価な有機金属化合物である。このため、23-24段落で説明した無機金属化合物より熱処理温度が高いが、無機金属化合物より安価な有機金属化合物である。
次に、テトラエチレングリコールは、示性式がHO(CH2CH2O)3CH2CH2OHであり、融点が-9.4℃で、沸点が328℃で、20℃における粘度が58ミリパスカル秒で、20℃における表面張力が18.8ミリニュートン毎メートルで、密度が1.12g/cm3で、分子量が194g/モルからなる有機化合物である。また、テトラエチレングリコールは、オクチル金属化合物に溶解及び分散せず、また、オクチル酸金属化合物の熱分解で析出する金属のナノ粒子と化学反応を起こさない。従って、テトラエチレングリコールは、6段落に記載した5つの性質を兼備する有機化合物である。
いっぽう、エタノールないしはアセトンは、テトラエチレングリコールに溶解ないしは混和し、沸点がテトラエチレングリコールの沸点より低い。このため、6段落に記載した、液体の有機化合物に溶解ないしは混和し、かつ、沸点が液体の有機化合物の沸点より低い、2つの性質を兼備する有機溶剤である。なお、テトラエチレングリコールは、20℃における粘度が58ミリパスカル秒で、炭素原子の数が8-10からなる第1級アルコールの粘度に比べて高いが、エタノールないしはアセトンに溶解ないしは混和させることで、20℃における粘度が、20ミリパスカル秒以下の粘度に低下させることができる。
以上に説明したオクチル酸金属化合物と、テトラエチレングリコールと、エタノール及びアセトンは、いずれも汎用的な工業用薬品である。また、6段落に記載したペーストを製造する方法は、極めて簡単な6つの処理を連続して実施する方法である。従って、安価な工業用薬品を用い、極めて簡単な6つの処理を連続して実施することで、安価なペーストが製造できる。
First, in the octylic acid metal compound in which the oxygen ion constituting the carboxyl group of octylic acid is covalently bonded to the metal ion, the metal ion is the largest ion, and the distance between the oxygen ion constituting the carboxyl group and the metal ion is longer than the distance between other ions. When the octylic acid metal compound having such molecular structure characteristics is heat-treated in an air atmosphere, the bond between the oxygen ion constituting the carboxyl group and the metal ion is first broken when the boiling point of octylic acid is exceeded, and it is separated into octylic acid and metal. Since octylic acid is composed of saturated fatty acid and does not have an unsaturated structure in which carbon atoms are in excess of hydrogen atoms, octyl takes the heat of vaporization and vaporizes, and when vaporization is completed, the metal precipitates. In addition, the octylic acid metal compound is dispersed in methanol at nearly 10% by weight, and is not dissolved in methanol. Therefore, the octylic acid metal compound having both characteristics can be used as the metal compound described in paragraph 6.
The octylic acid metal compound is an organometallic compound belonging to the carboxylic acid metal compound, which has a first characteristic that the oxygen ion constituting the carboxyl group of the carboxylic acid is covalently bonded to the metal ion, and a second characteristic that the carboxylic acid is a saturated fatty acid. Among the carboxylic acid metal compounds having both characteristics, the boiling point of octylic acid is the lowest at 228°C, so that the thermal decomposition is completed at 290°C in the air atmosphere, and the metal is precipitated. In addition to the octylic acid metal compound, other carboxylic acid metal compounds having both characteristics include a lauric acid metal compound and a stearic acid metal compound. The boiling points of lauric acid and stearic acid are 296°C and 376°C, respectively, which are higher than the boiling point of octylic acid, so that the temperature at which the thermal decomposition is completed and the metal is precipitated is higher than that of the octylic acid metal compound. Therefore, the octylic acid metal compound precipitates the metal at the lowest thermal decomposition temperature among the organometallic compounds.
That is, octylic acid is a branched saturated fatty acid with the rational formula CH3 ( CH2 ) 3CH ( C2H5 )COOH, branched at CH to alkanes CH3 ( CH2 ) 3 and C2H5 , and a carboxyl group COOH is bonded to CH. Branched saturated fatty acids have a shorter chain length than linear saturated fatty acids and a low boiling point of 228°C. In contrast, lauric acid and stearic acid are linear saturated fatty acids with higher boiling points than branched saturated fatty acids.
In addition, octyl acid and caprylic acid (also called octanoic acid) have the same molecular formula C 8 H 16 O 2 , but are isomers with different molecular structures. That is, octyl acid is a fatty acid with a branched structure as described above. On the other hand, caprylic acid is a fatty acid with a straight chain structure, and its rational formula is CH 3 (CH 2 ) 6 COOH. Therefore, although the octyl acid metal compound and the caprylic acid metal compound have the same molecular formula, the molecular structures of octyl acid and caprylic acid are different, so that the molecular structures of octyl acid and caprylic acid metal compounds are different. That is, in the caprylic acid metal compound, a metal ion is coordinated to a carboxylate anion, which is an anion generated by ionization of caprylic acid, so that the caprylic acid metal compound precipitates a metal oxide by thermal decomposition in an air atmosphere. In other words, in the case of a metal caprylic acid compound, the carboxylate ion approaches the metal ion, which is the largest ion, and forms a coordinate bond, so the distance between the metal ion and the oxygen ion that constitutes the carboxylate ion becomes shorter. This results in the longest distance between the ion that the oxygen ion is covalently bonded to on the opposite side of the metal ion. When the temperature of a metal caprylic acid compound with such molecular structure exceeds the boiling point of caprylic acid, the bond between the oxygen ion and the ion that is covalently bonded on the opposite side of the metal ion is broken, and the compound is decomposed into a metal oxide, which is a compound of a metal ion and an oxygen ion, and caprylic acid. When the temperature is further increased, the caprylic acid absorbs the heat of vaporization and vaporizes, and immediately after the vaporization of caprylic acid is completed, the metal oxide precipitates.
Moreover, metal octylate compounds are inexpensive industrial chemicals that can be easily synthesized. That is, when octylic acid, which is the most widely used organic acid, is reacted with a strong alkali, an alkali metal octylate compound is produced, and when an alkali metal octylate compound is reacted with an inorganic metal compound, an octylate metal compound made of various metals is synthesized. Therefore, metal octylate compounds are the cheapest organic metal compounds. For this reason, although the heat treatment temperature is higher than that of the inorganic metal compounds described in paragraphs 23-24, they are organic metal compounds that are cheaper than inorganic metal compounds.
Next, tetraethylene glycol is an organic compound having a rational formula of HO(CH 2 CH 2 O) 3 CH 2 CH 2 OH, a melting point of -9.4°C, a boiling point of 328°C, a viscosity of 58 mPascal seconds at 20°C, a surface tension of 18.8 millinewtons per meter at 20°C, a density of 1.12 g/cm 3 , and a molecular weight of 194 g/mol. In addition, tetraethylene glycol does not dissolve or disperse in octyl metal compounds, and does not chemically react with metal nanoparticles precipitated by thermal decomposition of octylate metal compounds. Therefore, tetraethylene glycol is an organic compound that has the five properties described in paragraph 6.
On the other hand, ethanol or acetone dissolves or is miscible with tetraethylene glycol and has a boiling point lower than that of tetraethylene glycol. Therefore, it is an organic solvent that has the two properties described in paragraph 6, that is, dissolves or is miscible with liquid organic compounds and has a boiling point lower than that of liquid organic compounds. Tetraethylene glycol has a viscosity of 58 mPascal seconds at 20°C, which is higher than the viscosity of primary alcohols with 8-10 carbon atoms, but by dissolving or miscible with ethanol or acetone, the viscosity at 20°C can be reduced to 20 mPascal seconds or less.
The metal octylate compound, tetraethylene glycol, ethanol, and acetone described above are all general-purpose industrial chemicals. The method for producing the paste described in paragraph 6 is a method for continuously carrying out six very simple steps. Therefore, by using inexpensive industrial chemicals and continuously carrying out six very simple steps, an inexpensive paste can be produced.
実施形態1
本実施形態は、22-23段落に記載した無機金属化合物に関わる。6段落に記載した金属化合物は、メタノールに分散し、メタノールに溶解しない第一の性質と、熱分解で金属を析出する第二の性質を兼備する。ここでは金属を銅とし、銅化合物を例にして説明する。
最初に、メタノールに分散する第一の性質を持つ銅化合物を説明する。塩化銅、硫酸銅、硝酸銅などの無機銅化合物はメタノールに溶解し、銅イオンが溶出してしまい、多くの銅イオンが銅微粒子の析出に参加できなくなる。また、酸化銅、塩化銅、硫化銅などの無機銅化合物は、最も汎用的な溶剤であるメタノール類に分散しない。このため、これらの無機銅化合物は、メタノールに分散する性質を持つ銅化合物でない。
いっぽう、銅化合物は銅を析出する第二の性質を持つ。銅化合物から銅が生成される化学反応の中で、最も簡単な化学反応に熱分解反応がある。さらに、銅化合物の熱分解温度が低ければ、銅が安価に析出する。従って、熱分解温度が低い銅化合物は、銅微粒子の原料になる。このような銅化合物に、無機物からなる分子ないしは無機物からなるイオンが配位子となって銅イオンに配位結合する銅錯イオンを有する無機塩からなる無機銅化合物がある。つまり、配位子が低分子量で、配位子の数が少なく、無機銅化合物を形成する無機物の分子量が小さいため、熱分解する温度は低い。さらに、こうした無機銅化合物は分子量が小さいため、他の銅錯イオンからなる銅化合物より合成が容易で安価である。
無機銅化合物を構成する分子の中で、銅イオンが最も大きい。ちなみに、銅原子の二重結合の共有結合半径は115pmで、窒素原子の単結合の共有結合半径の71pmで、酸素原子の単結合の共有結合半径は63pmである。このため、配位子が銅イオンに配位結合する配位結合部の距離が最も長い。従って、還元雰囲気の熱処理では、最初に配位結合部が分断され、銅と無機物とに分解し、無機物の気化が完了した後に銅が析出する。
このような無機銅化合物からなる銅錯塩として、アンモニアNH3が配位子となって銅イオンに配位結合するテトラアンミン銅イオン[Cu(NH3)4]2+やヘキサアンミン銅イオン[Cu(NH3)6]2+を有する銅錯塩や、塩素イオンCl-が配位子になって銅イオンに配位結合するテトラクロロ銅イオン[CuCl4]2-を有する銅錯塩は、配位子が低分子量で、配位子の数が少ないため、他の銅錯イオンを有する錯体に比べて合成が容易で安価である。こうした銅錯イオンを有する無機銅化合物からなる銅錯塩は、還元性雰囲気で熱処理すると、配位結合部位が最初に分断され、180-200℃で熱分解が完了する。さらに、メタノールに10重量%近くの分散濃度まで分散する。このような銅錯塩に、テトラアンミン銅硝酸塩[Cu(NH3)4](NO3)2や、テトラアンミン銅硫酸塩[Cu(NH3)4]SO4がある。
さらに、熱分解でニッケルを析出する無機ニッケル化合物からなるニッケル錯体として、アンモニアNH3が配位子となってニッケルイオンに配位結合するヘキサアンミンニッケルイオン[Ni(NH3)6]2+からなるニッケル錯体は、配位子が低分子量で、配位子の数が少ないため、他のニッケル錯イオンを有する錯体に比べて合成が容易で安価である。こうしたニッケル錯イオンを有する無機金属化合物からなる錯塩は、無機物の分子量が小さいため、還元性雰囲気で熱処理すると配位結合部位が最初に分断され、180-200℃で熱分解が完了する。また、メタノールに10重量%近くの分散濃度まで分散する。このようなニッケル錯塩として、例えば、ヘキサアンミンニッケル塩化物[Ni(NH3)6]Cl2がある。
また、無機金化合物からなる銀錯体として、アンモニアNH3が配位子となって銀イオンに配位結合するジアンミン銀イオン[Ag(NH3)2]+を有する銀錯体と、シアン化物イオンCN-が配位子となって銀イオンに配位結合するジシアノ銀イオン[Ag(CN)2]-を有する銀錯体は、配位子が低分子量で、配位子の数が少ないため、他の銀錯イオンを有する銀錯体に比べて、合成が容易で安価に製造できる。こうした銀錯イオンを有する無機金属化合物からなる錯塩は、無機物の分子量が小さいため、還元性雰囲気で熱処理すると、配位結合部位が最初に分断され、180-200℃で熱分解が完了する。また、メタノールに10重量%近くの分散濃度まで分散する。このような銀錯塩として、例えば、テトラアンミン銅硝酸塩[Ag(NH3)2]Cl、硫酸ジアンミン銀[Ag(NH3)2]2SO4、硝酸ジアンミン銀[Ag(NH3)2]NO3などが存在する。
さらに、熱分解で白金を析出する白金錯イオンを有する無機白金化合物として、アンミン錯体であるジアンミン白金塩化物[Pt(NH3)2]Cl2、テトラアンミン白金塩化物[Pt(NH3)4]Cl2、テトラアンミン白金酢酸塩[Pt(NH3)4](CH3COO)2、テトラアンミン白金硫酸塩[Pt(NH3)4](SO4)2、ペンタアンミンクロロ白金塩化物[PtCl(NH3)5]Cl3や、クロロ錯体であるテトラクロロ白金酸アンモニウム(NH4)2[PtCl4]、ジクロロジアンミン白金[PtCl2(NH3)2]がある。180-200℃で熱分解が完了する。これら無機白金化合物は、還元性雰囲気で熱処理すると、配位結合部位が最初に分断され、180-200℃で熱分解が完了する。また、メタノールに10重量%近くの分散濃度まで分散する。
また、熱分解でロジウムを析出するロジウム錯イオンを有する無機ロジウム化合物として、アンミン錯体であるペンタアンミンクロロロジウム塩化物[RhCl(NH3)5]Cl2、ヘキサアンミンロジウム塩化物[Rh(NH3)6]Cl3、ヘキサアンミンロジウム硝酸塩[Rh(NH3)6](NO3)3や、クロロ錯体であるヘキサクロロロジウム酸アンモニウム(NH4)3[RhCl6]などのロジウム錯塩がある。これら無機ロジウム化合物は、還元性雰囲気で熱処理すると、配位結合部位が最初に分断され、180-200℃で熱分解が完了する。また、メタノールに10重量%近くの分散濃度まで分散する。
さらに、熱分解でルテニウムを析出するルテニウム錯イオンを有する無機ルテニウム化合物として、アンミン錯体であるヘキサアンミンルテニウム塩化物[Ru(NH3)6]Cl3、ヘキサアンミンルテニウム硫酸塩[Ru(NH3)6](SO4)3、ヘキサアンミンルテニウム硝酸塩[Ru(NH3)6](NO3)3、クロロペンタアンミンルテニウム塩化物[Ru(NH3)5Cl]Cl2などのルテニウム塩がある。これら無機ルテニウム化合物は、還元性雰囲気で熱処理すると、配位結合部位が最初に分断され、180-200℃で熱分解が完了する。また、メタノールに10重量%近くの分散濃度まで分散する。
以上に説明したように、無機金属化合物からなる錯塩は、配位子が低分子量で、配位子の数が少なく、無機金属化合物を形成する無機物の分子量が小さいため、熱分解温度が最も低く、合成が容易で最も安価な金属錯塩である。従って、無機金属化合物からなる錯塩は、金属のナノ粒子の原料になる。
EMBODIMENT 1
This embodiment relates to the inorganic metal compound described in paragraphs 22-23. The metal compound described in paragraph 6 has both a first property of being dispersed in methanol and not dissolved in methanol, and a second property of precipitating a metal by thermal decomposition. Here, the metal is copper, and a copper compound is used as an example for explanation.
First, copper compounds having the first property of dispersing in methanol will be described. Inorganic copper compounds such as copper chloride, copper sulfate, and copper nitrate dissolve in methanol, and copper ions are eluted, so that many of the copper ions cannot participate in the precipitation of copper particles. In addition, inorganic copper compounds such as copper oxide, copper chloride, and copper sulfide do not disperse in methanol, which is the most commonly used solvent. For this reason, these inorganic copper compounds are not copper compounds having the property of dispersing in methanol.
On the other hand, copper compounds have a second property of precipitating copper. Among the chemical reactions by which copper is produced from copper compounds, the simplest chemical reaction is a thermal decomposition reaction. Furthermore, if the thermal decomposition temperature of a copper compound is low, copper is precipitated inexpensively. Therefore, copper compounds with low thermal decomposition temperatures can be used as raw materials for copper microparticles. Among such copper compounds, there are inorganic copper compounds made of inorganic salts having copper complex ions in which molecules of inorganic substances or ions of inorganic substances act as ligands and are coordinately bonded to copper ions. In other words, the ligands have low molecular weights, the number of ligands is small, and the molecular weight of the inorganic substances that form the inorganic copper compounds is small, so the thermal decomposition temperature is low. Furthermore, such inorganic copper compounds have small molecular weights, so they are easier and less expensive to synthesize than other copper compounds made of copper complex ions.
Among the molecules that make up inorganic copper compounds, copper ions are the largest. Incidentally, the covalent bond radius of the double bond of the copper atom is 115 pm, the covalent bond radius of the single bond of the nitrogen atom is 71 pm, and the covalent bond radius of the single bond of the oxygen atom is 63 pm. Therefore, the distance of the coordinate bond part where the ligand is coordinated to the copper ion is the longest. Therefore, in heat treatment in a reducing atmosphere, the coordinate bond part is first broken, decomposing into copper and inorganic matter, and copper is precipitated after the evaporation of the inorganic matter is completed.
As copper complex salts made of such inorganic copper compounds, copper complex salts having tetraammine copper ion [Cu(NH 3 ) 4 ] 2+ or hexaammine copper ion [Cu(NH 3 ) 6 ] 2+ in which ammonia NH 3 acts as a ligand and is coordinated to the copper ion, and copper complex salts having tetrachloro copper ion [CuCl 4 ] 2- in which chlorine ion Cl - acts as a ligand and is coordinated to the copper ion, are easy to synthesize and inexpensive compared to complexes having other copper complex ions, because the ligands have low molecular weights and a small number of ligands. When copper complex salts made of inorganic copper compounds having such copper complex ions are heat-treated in a reducing atmosphere, the coordinate bond site is first broken and thermal decomposition is completed at 180-200°C. Furthermore, they are dispersed in methanol to a dispersion concentration of nearly 10% by weight. Such copper complexes include tetraamminecopper nitrate [Cu(NH 3 ) 4 ](NO 3 ) 2 and tetraamminecopper sulfate [Cu(NH 3 ) 4 ]SO 4 .
Furthermore, as a nickel complex made of an inorganic nickel compound that precipitates nickel by thermal decomposition, a nickel complex made of hexaamminenickel ion [Ni(NH 3 ) 6 ] 2+ in which ammonia NH 3 acts as a ligand and is coordinated to the nickel ion is easy to synthesize and inexpensive compared to other complexes having nickel complex ions, since the ligand has a low molecular weight and the number of ligands is small. When heat-treated in a reducing atmosphere, the coordinate bond site of such a complex salt made of an inorganic metal compound having a nickel complex ion is first broken because the molecular weight of the inorganic substance is small, and thermal decomposition is completed at 180-200°C. In addition, it disperses in methanol to a dispersion concentration of nearly 10% by weight. An example of such a nickel complex salt is hexaamminenickel chloride [Ni(NH 3 ) 6 ]Cl 2 .
In addition, as silver complexes made of inorganic gold compounds, a silver complex having a diamine silver ion [Ag(NH 3 ) 2 ] + in which ammonia NH 3 acts as a ligand and is coordinated to the silver ion, and a silver complex having a dicyano silver ion [Ag(CN) 2 ] - in which cyanide ion CN - acts as a ligand and is coordinated to the silver ion, are easy to synthesize and inexpensive to manufacture compared to silver complexes having other silver complex ions, because the ligands have low molecular weights and a small number of ligands. When such complex salts made of inorganic metal compounds having silver complex ions are heat-treated in a reducing atmosphere, the coordinate bond site is first broken, and thermal decomposition is completed at 180-200°C, because the molecular weight of the inorganic substance is small. In addition, they can be dispersed in methanol to a dispersion concentration of nearly 10% by weight. Examples of such silver complex salts include tetraammine copper nitrate [Ag(NH 3 ) 2 ]Cl, diammine silver sulfate [Ag(NH 3 ) 2 ] 2 SO 4 , and diammine silver nitrate [Ag(NH 3 ) 2 ]NO 3 .
Furthermore, inorganic platinum compounds having platinum complex ions that precipitate platinum by thermal decomposition include ammine complexes such as diammine platinum chloride [Pt(NH 3 ) 2 ]Cl 2 , tetraammine platinum chloride [Pt(NH 3 ) 4 ]Cl 2 , tetraammine platinum acetate [Pt(NH 3 ) 4 ](CH 3 COO) 2 , tetraammine platinum sulfate [Pt(NH 3 ) 4 ](SO 4 ) 2 , and pentaammine chloroplatinum chloride [PtCl(NH 3 ) 5 ]Cl 3 , as well as chloro complexes such as ammonium tetrachloroplatinate (NH 4 ) 2 [PtCl 4 ] and diammine dichloroplatinum [PtCl 2 (NH 3 ) 2 ]. Thermal decomposition is complete at 180-200°C. When these inorganic platinum compounds are heat-treated in a reducing atmosphere, the coordinate bond sites are first broken and the thermal decomposition is completed at 180-200° C. Also, they disperse in methanol up to a dispersion concentration of nearly 10% by weight.
Inorganic rhodium compounds having rhodium complex ions that precipitate rhodium upon thermal decomposition include ammine complexes such as pentaamminechlororhodium chloride [RhCl( NH3 ) 5 ] Cl2 , hexaamminerhodium chloride [Rh( NH3 ) 6 ] Cl3 , and hexaamminerhodium nitrate [Rh( NH3 ) 6 ]( NO3 ) 3 , as well as rhodium complex salts such as chloro complexes such as ammonium hexachlororhodate ( NH4 ) 3 [ RhCl6 ]. When these inorganic rhodium compounds are heat-treated in a reducing atmosphere, the coordinate bond sites are first broken and thermal decomposition is completed at 180-200°C. They also disperse in methanol to a dispersion concentration of nearly 10% by weight.
Furthermore, inorganic ruthenium compounds having ruthenium complex ions that precipitate ruthenium by thermal decomposition include ruthenium salts such as ammine complex hexaammineruthenium chloride [Ru(NH 3 ) 6 ]Cl 3 , hexaammineruthenium sulfate [Ru(NH 3 ) 6 ](SO 4 ) 3 , hexaammineruthenium nitrate [Ru(NH 3 ) 6 ](NO 3 ) 3 , and chloropentaammineruthenium chloride [Ru(NH 3 ) 5 Cl]Cl 2. When these inorganic ruthenium compounds are heat-treated in a reducing atmosphere, the coordinate bond site is first broken, and thermal decomposition is completed at 180-200° C. Also, they disperse in methanol to a dispersion concentration of nearly 10% by weight.
As explained above, the complex salts of inorganic metal compounds have the lowest thermal decomposition temperature, are easy to synthesize, and are the cheapest metal complex salts because the ligands have low molecular weights, the number of ligands is small, and the molecular weights of the inorganic substances that form the inorganic metal compounds are small. Therefore, the complex salts of inorganic metal compounds can be used as raw materials for metal nanoparticles.
実施形態2
本実施形態は、24―25段落に記載したカルボン酸金属化合物に関わる。6段落に記載した金属化合物は、メタノールに分散し、メタノールに溶解しない第一の性質と、熱分解で金属を析出する第二の性質を兼備する。ここでは金属をニッケルとし、ニッケル化合物を例にして説明する。
最初に、メタノールに分散する第一の性質を持つニッケル化合物を説明する。硫酸ニッケルと塩化ニッケルはメタノールに溶解し、ニッケルイオンが溶出し、多くのニッケルイオンがニッケルの析出に参加できなくなる。また、水酸化ニッケルと酸化ニッケルはメタノールに分散しない。このため、無機ニッケル化合物はメタノールに分散しない。
有機ニッケル化合物は、熱分解でニッケルを析出する。有機ニッケル化合物からニッケルが析出する化学反応の中で、最も簡単な化学反応に熱分解反応がある。つまり有機ニッケル化合物を昇温するだけで、熱分解によってニッケルが析出する。さらに、有機ニッケル化合物の合成が容易でれば、有機ニッケル化合物が安価に製造できる。これらの性質を兼備する有機ニッケル化合物にカルボン酸ニッケル化合物がある。
つまり、カルボン酸ニッケル化合物の組成式は、RCOO-Ni-COORで表わせられる。Rは炭化水素で、この組成式はCmHnである(ここでmとnは整数)。カルボン酸ニッケル化合物を構成する物質の中で、組成式の中央に位置するニッケルイオンNi2+が最も大きい物質になる。従って、ニッケルイオンNi2+とカルボキシル基を構成する酸素イオンO-とが共有結合する場合は、ニッケルイオンNi2+と酸素イオンO-との距離が最大になる。この理由は、ニッケルの共有結合半径は110pmであり、酸素の単結合の共有結合半径は63pmであり、炭素の二重結合の共有結合半径は67pmであることによる。このため、ニッケルイオンとカルボキシル基を構成する酸素イオンとが共有結合するカルボン酸ニッケル化合物は、カルボン酸の沸点において、結合距離が最も長いニッケルイオンとカルボキシル基を構成する酸素イオンとの結合部が最初に分断され、ニッケルとカルボン酸とに分離する。さらに昇温すると、カルボン酸が飽和脂肪酸であれば、カルボン酸が気化熱を奪って気化し、カルボン酸の気化が完了した後にニッケルが析出する。こうしたカルボン酸ニッケル化合物として、オクチル酸ニッケル、ラウリン酸ニッケル、ステアリン酸ニッケルなどがある。
さらに、飽和脂肪酸の沸点が低いほど低い温度で熱分解が始まり、飽和脂肪酸の分子量が小さいほど飽和脂肪酸の気化が進み、ニッケルが析出する温度は低い。飽和脂肪酸を構成する炭化水素が長鎖構造である場合は、長鎖が長いほど、つまり、飽和脂肪酸の分子量が大きいほど、飽和脂肪酸の沸点は高い。ちなみに、分子量が200.3であるラウリン酸の大気圧での沸点は296℃で、分子量が284.5であるステアリン酸の大気圧での沸点は361℃である。従って、長鎖構造の飽和脂肪酸の分子量が相対的に小さい飽和脂肪酸からなるカルボン酸ニッケル化合物は、熱分解温度が相対的に低い。なお、ラウリン酸ニッケルは大気雰囲気の360℃で熱分解が完了し、ステアリン酸ニッケルは大気雰囲気の430℃で熱分解が完了する。
いっぽう、飽和脂肪酸が分岐鎖構造の飽和脂肪酸である場合は、直鎖構造の飽和脂肪酸より鎖の長さが短く、沸点が低くなり、ニッケルが析出する温度も低くなる。さらに、分岐鎖構造の飽和脂肪酸は極性を持ち、分岐鎖構造の飽和脂肪酸からなるカルボン酸ニッケル化合物も極性を持ち、相対的に高い割合で極性物質であるアルコールに分散する。こうした分岐構造の飽和脂肪酸としてオクチル酸がある。オクチル酸は示性式がCH3(CH2)3CH(C2H5)COOHで示され、CHでCH3(CH2)3とC2H5とのアルカンに分岐され、CHにカルボキシル基COOHが結合する。オクチル酸の大気圧での沸点は228℃であり、ラウリン酸より沸点が68℃低い。このため、オクチル酸ニッケルはカルボン酸ニッケル化合物の中で最も低い温度で熱分解する。ちなみに、オクチル酸ニッケルは、大気雰囲気において290℃で熱分解が完了してニッケルが析出し、メタノールに10重量%近くまで分散する。
以上に説明したように、カルボキシル基を構成する酸素イオンがニッケルイオンに共有結合する第一の特徴と、飽和脂肪酸からなるカルボン酸で構成される第二の特徴を兼備するオクチル酸ニッケルは、熱分解でニッケルを析出する安価な工業用薬品である。
なお、オクチル酸銅Cu(C7H15COO)2は熱分解で銅を析出し、オクチル酸アルミニウムAl(C7H15COO)3は熱分解でアルミニウムを析出し、オクチル酸鉄Fe(C7H15COO)3は熱分解で鉄を析出し、オクチル酸亜鉛Zn(C7H15COO)2は熱分解で亜鉛を析出し、オクチル酸コバルトCo(C7H15COO)2は熱分解でコバルトを析出し、オクチル酸マンガンMn(C7H15COO)2は熱分解でマンガンを析出し、オクチル酸錫Sn(C7H15COO)2は熱分解で錫を析出し、オクチル酸カルシウムCa(C7H15COO)2は熱分解でカルシウムを析出し、オクチル酸カリウムK(C7H15COO)は熱分解でカリウムを析出し、オクチル酸リチウムLi(C7H15COO)は熱分解でリチウムを析出する。
EMBODIMENT 2
This embodiment relates to the carboxylate metal compound described in paragraphs 24-25. The metal compound described in paragraph 6 has both a first property of being dispersed in methanol and not dissolved in methanol, and a second property of precipitating a metal by thermal decomposition. Here, the metal is nickel, and a nickel compound is used as an example for explanation.
First, we will explain nickel compounds that have the first property of dispersing in methanol. Nickel sulfate and nickel chloride dissolve in methanol, and nickel ions are dissolved, so many nickel ions cannot participate in nickel precipitation. In addition, nickel hydroxide and nickel oxide do not disperse in methanol. For this reason, inorganic nickel compounds do not disperse in methanol.
Organonickel compounds precipitate nickel through thermal decomposition. Among the chemical reactions by which nickel precipitates from organonickel compounds, the simplest is the thermal decomposition reaction. In other words, nickel precipitates through thermal decomposition simply by raising the temperature of the organonickel compound. Furthermore, if organonickel compounds are easy to synthesize, they can be produced inexpensively. One organonickel compound that has both of these properties is nickel carboxylate compound.
That is, the composition formula of the nickel carboxylate compound is expressed as RCOO-Ni-COOR. R is a hydrocarbon, and the composition formula is C m H n (where m and n are integers). Among the substances that compose the nickel carboxylate compound, the nickel ion Ni 2+ located at the center of the composition formula is the largest substance. Therefore, when the nickel ion Ni 2+ and the oxygen ion O - that constitutes the carboxyl group are covalently bonded, the distance between the nickel ion Ni 2+ and the oxygen ion O - is the largest. This is because the covalent bond radius of nickel is 110 pm, the covalent bond radius of the oxygen single bond is 63 pm, and the covalent bond radius of the carbon double bond is 67 pm. Therefore, in the nickel carboxylate compound in which the nickel ion and the oxygen ion that constitutes the carboxyl group are covalently bonded, the bond between the nickel ion with the longest bond distance and the oxygen ion that constitutes the carboxyl group is first broken at the boiling point of the carboxylic acid, and the nickel and the carboxylic acid are separated. When the temperature is further increased, if the carboxylic acid is a saturated fatty acid, the carboxylic acid will absorb the heat of vaporization and vaporize, and nickel will precipitate after the vaporization of the carboxylic acid is complete. Examples of such nickel carboxylate compounds include nickel octylate, nickel laurate, and nickel stearate.
Furthermore, the lower the boiling point of the saturated fatty acid, the lower the temperature at which thermal decomposition begins, and the smaller the molecular weight of the saturated fatty acid, the more the saturated fatty acid vaporizes, and the lower the temperature at which nickel precipitates. When the hydrocarbons constituting the saturated fatty acid have a long chain structure, the longer the long chain, that is, the larger the molecular weight of the saturated fatty acid, the higher the boiling point of the saturated fatty acid. Incidentally, the boiling point of lauric acid, which has a molecular weight of 200.3, at atmospheric pressure is 296°C, and the boiling point of stearic acid, which has a molecular weight of 284.5, at atmospheric pressure is 361°C. Therefore, nickel carboxylate compounds made of saturated fatty acids with relatively small molecular weights of long-chain structure have relatively low thermal decomposition temperatures. Note that the thermal decomposition of nickel laurate is completed at 360°C in the air, and the thermal decomposition of nickel stearate is completed at 430°C in the air.
On the other hand, when the saturated fatty acid is a branched-chain saturated fatty acid, the chain length is shorter than that of a straight-chain saturated fatty acid, the boiling point is lower, and the temperature at which nickel precipitates is also lower. Furthermore, branched-chain saturated fatty acids have polarity, and nickel carboxylate compounds made of branched-chain saturated fatty acids also have polarity and disperse in alcohol, which is a polar substance, at a relatively high rate. Octylic acid is one such branched-chain saturated fatty acid. Octylic acid has a rational formula of CH 3 (CH 2 ) 3 CH (C 2 H 5 ) COOH, and is branched at CH to alkanes CH 3 (CH 2 ) 3 and C 2 H 5 , with a carboxyl group COOH bonded to CH. The boiling point of octylic acid at atmospheric pressure is 228°C, which is 68°C lower than that of lauric acid. For this reason, nickel octylate thermally decomposes at the lowest temperature among nickel carboxylate compounds. Incidentally, nickel octylate undergoes complete thermal decomposition at 290° C. in an air atmosphere, whereby nickel precipitates and disperses in methanol to a concentration of nearly 10% by weight.
As explained above, nickel octylate, which has the first feature that the oxygen ions constituting the carboxyl group are covalently bonded to nickel ions and the second feature that it is composed of carboxylic acids made of saturated fatty acids, is an inexpensive industrial chemical that precipitates nickel by thermal decomposition.
In addition, copper octylate Cu( C7H15COO ) 2 precipitates copper upon thermal decomposition, aluminum octylate Al( C7H15COO ) 3 precipitates aluminum upon thermal decomposition, iron octylate Fe(C7H15COO ) 3 precipitates iron upon thermal decomposition, zinc octylate Zn( C7H15COO ) 2 precipitates zinc upon thermal decomposition, cobalt octylate Co( C7H15COO ) 2 precipitates cobalt upon thermal decomposition, manganese octylate Mn( C7H15COO ) 2 precipitates manganese upon thermal decomposition, tin octylate Sn(C7H15COO ) 2 precipitates tin upon thermal decomposition, and calcium octylate Ca( C7H15COO ) When thermally decomposed, potassium octylate K (C 7 H 15 COO) precipitates potassium, and when thermally decomposed, lithium octylate Li (C 7 H 15 COO) precipitates lithium.
実施例1
本実施例は、23段落に記載したn-オクタンに、銅のナノ粒子を分散させたペーストを作成する。銅のナノ粒子の原料として、27段落に記載したテトラアンミン銅硝酸塩を用いた。
テトラアンミン銅硝酸塩(例えば、三津和化学薬品株式会社の製品)の250g(1モルに相当する)を3.3Lのメタノールに分散して攪拌し、テトラアンミン銅硝酸塩のメタノール分散液を作成した。この後、テトラアンミン銅硝酸塩のメタノール分散液を65℃に昇温し、メタノール分散液からメタノールを気化させ、テトラアンミン銅硝酸塩の結晶を析出させた。この後、テトラアンミン銅硝酸塩の結晶の集まりを10cm×10cm×3cmの容器に充填し、テトラアンミン銅硝酸塩の結晶の集まりに10cm×10cm×1cmの板材を被せ、板材の上に10kgの重りを載せた。この後、一旦重りを板材から取り除き、容器に0.4Gからなる前後、左右、上下の3方向の衝撃加速度を順番に5回ずつ加えた。再度、板材に重りを載せ、この後、再度3方向の衝撃加速度を加えた。こうした重りに依る圧縮荷重を加える処理と衝撃加速度を加える処理とからなる一対の処理を3回繰り返した後に、再度板材に重りを載せたが、板材が全く沈まなかったため、圧縮荷重によるテトラアンミン銅硝酸塩の結晶の粉砕が完了したと判断し、一対の処理を停止し、板材を容器から取り除いた。
さらに、n-オクタン(例えば、富士フィルム和光純薬株式会社の製品)の430ccを容器に充填して攪拌し、テトラアンミン銅硝酸塩の結晶の集まりがn-オクタンに分散されたペーストを作成した。この後、容器をアンモニア雰囲気の熱処理装置に配置し、180℃に5分間放置させた後に、容器を熱処理装置から取り出した。
この後、容器内の試料の一部を取り出し、試料を電子顕微鏡で観察した。電子顕微鏡は、JFEテクノリサーチ株式会社が所有する極低加速電圧SEMを用いた。この装置は100ボルトからの極低加速電圧による表面観察が可能で、導電性の被膜を形成せずに直接表面が観察できる。
試料の表面からの反射電子線について、900-1000ボルトの間にある2次電子線を取り出して画像処理を行った。試料には、10nm前後の大きさの粒状のナノ粒子が分散されていた。次に、反射電子線の900-1000ボルトの間にあるエネルギーを抽出して画像処理を行い、画像の濃淡によってナノ粒子の材質を観察した。濃淡が認められないため、ナノ粒子は同一の元素から形成されていることが分かった。さらに、特性エックス線のエネルギーとその強度を画像処理し、ナノ粒子を構成する元素を分析した。銅原子のみが存在することから、ナノ粒子は銅のナノ粒子である。従って、作成したペーストは、銅のナノ粒子の集まりがn-オクタンに分散したペーストである。図1に、銅のナノ粒子の集まりがn-オクタンに分散したペーストを拡大して図示した。1は銅のナノ粒子で、2はn-オクタンである。
Example 1
In this example, a paste was prepared in which copper nanoparticles were dispersed in n-octane as described in paragraph 23. Tetraammine copper nitrate as described in paragraph 27 was used as the raw material for the copper nanoparticles.
250 g (corresponding to 1 mole) of tetraamine copper nitrate (e.g., a product of Mitsuwa Chemical Co., Ltd.) was dispersed in 3.3 L of methanol and stirred to prepare a methanol dispersion of tetraamine copper nitrate. After this, the methanol dispersion of tetraamine copper nitrate was heated to 65° C., methanol was evaporated from the methanol dispersion, and crystals of tetraamine copper nitrate were precipitated. After this, the collection of tetraamine copper nitrate crystals was filled into a container of 10 cm×10 cm×3 cm, and a plate of 10 cm×10 cm×1 cm was placed on the collection of tetraamine copper nitrate crystals, and a weight of 10 kg was placed on the plate. After this, the weight was once removed from the plate, and an impact acceleration of 0.4 G was applied to the container in three directions, front and back, left and right, and up and down, five times in turn. The weight was placed on the plate again, and then the impact acceleration in the three directions was applied again. After repeating this pair of treatments consisting of applying a compressive load by a weight and applying an impact acceleration three times, a weight was placed on the plate again, but since the plate did not sink at all, it was determined that the crushing of the tetraammine copper nitrate crystals by the compressive load was completed, and the pair of treatments was stopped and the plate was removed from the container.
Furthermore, 430 cc of n-octane (e.g., a product of Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was filled into the container and stirred to prepare a paste in which clusters of tetraammine copper nitrate crystals were dispersed in n-octane. After this, the container was placed in a heat treatment device in an ammonia atmosphere and left at 180°C for 5 minutes, after which the container was removed from the heat treatment device.
After this, a part of the sample was taken out from the container and observed under an electron microscope. An extremely low accelerating voltage SEM owned by JFE Techno Research Corporation was used as the electron microscope. This device allows surface observation at extremely low accelerating voltages starting from 100 volts , and allows the surface to be observed directly without forming a conductive coating.
The secondary electron beam between 900-1000 volts was extracted from the reflected electron beam from the surface of the sample and image processing was performed. Granular nanoparticles with a size of about 10 nm were dispersed in the sample. Next, the energy between 900-1000 volts of the reflected electron beam was extracted and image processing was performed, and the material of the nanoparticles was observed based on the shading of the image. Since no shading was observed, it was found that the nanoparticles were formed from the same element. Furthermore, the energy and intensity of the characteristic X-rays were image processed, and the elements that make up the nanoparticles were analyzed. Since only copper atoms are present, the nanoparticles are copper nanoparticles. Therefore, the paste created is a paste in which a collection of copper nanoparticles is dispersed in n-octane. Figure 1 shows an enlarged view of the paste in which a collection of copper nanoparticles is dispersed in n-octane. 1 is copper nanoparticles and 2 is n-octane.
実施例2
本実施例は、実施例1で作成したペーストをエタノールで希釈し、20℃における粘度を、6.0ミリパスカル秒に低下させる。このため、実施例1で作成したペーストに、114ccのエタノールを加え、実施例1で作成したペーストをエタノールで希釈した。
Example 2
In this example, the paste prepared in Example 1 was diluted with ethanol to reduce the viscosity at 20° C. to 6.0 mPa sec. For this purpose, 114 cc of ethanol was added to the paste prepared in Example 1, and the paste prepared in Example 1 was diluted with ethanol.
実施例3
本実施例は、実施例1で作成したペーストをエタノールで希釈し、20℃における粘度を、7.0ミリパスカル秒に低下させる。このため、実施例1で作成したペーストに、23ccのエタノールを加え、実施例1で作成したペーストをエタノールで希釈した。
Example 3
In this example, the paste prepared in Example 1 was diluted with ethanol to reduce the viscosity at 20° C. to 7.0 mPa sec. For this purpose, 23 cc of ethanol was added to the paste prepared in Example 1, and the paste prepared in Example 1 was diluted with ethanol.
実施例4
本実施例は、実施例2で作成したペーストを用い、銅のナノ粒子の集まりからなる被膜を形成する。このため、実施例2で作成したペーストを、銅箔が接着されていないガラスエポキシ基板(株式会社トキワの製品)の表面に塗布し、さらに、ガラスエポキシ基板を、大気雰囲気で195℃に昇温し、ペーストからエタノールとn-オクタンを気化させた。
この後、ガラスエポキシ基板の表面に形成された被膜の複数個所を、表面抵抗計によって表面抵抗を測定した(例えば、シムコジャパン株式会社の表面抵抗計ST-4)。表面抵抗値は1×103Ω/□であったため、金属に近い表面抵抗を有した。
さらに、被膜の複数個所の摩擦係数を測定装置(島津製作所の卓上形精密万能試験器オートグラフAGS-Xからなる摩擦係数測定装置)を用い、静止摩擦係数と動摩擦係数を測定した。静止摩擦係数が0.09±0.01で、動摩擦係数が0.08±0.01であった。いずれの摩擦係数も極めて小さい。さらに、被膜とガラスエポキシ基板との結合力を、JIS Z0237に規定された粘着力の試験方法に基づいて測定した結果、400gの荷重に耐えた。このため、被膜は、一定の結合力で基板に結合されていた。
さらに、被膜の表面を、実施例1で用いた電子顕微鏡で観察した。表面は、8-12nmからなる銅のナノ粒子の集まりが形成され、隣接するナノ粒子が互いに接触部位で接合していた。また、被膜の側面を、電子顕微鏡で観察した。銅のナノ粒子の20個前後重なり合って積層し、0.2μm前後の厚みの被膜を形成していた。
Example 4
In this example, a coating consisting of an aggregate of copper nanoparticles is formed using the paste prepared in Example 2. For this purpose, the paste prepared in Example 2 is applied to the surface of a glass epoxy substrate (a product of Tokiwa Corporation) to which no copper foil is attached, and the glass epoxy substrate is heated to 195° C. in an air atmosphere to vaporize ethanol and n-octane from the paste.
Thereafter, the surface resistance of the coating formed on the surface of the glass epoxy substrate was measured at multiple locations using a surface resistance meter (for example, a surface resistance meter ST-4 manufactured by SIMCO Japan Co., Ltd.) The surface resistance was 1×10 3 Ω/□, which was close to that of a metal.
Furthermore, the static and dynamic coefficients of friction were measured at multiple points on the coating using a friction coefficient measuring device (a friction coefficient measuring device consisting of a Shimadzu Corporation tabletop precision universal testing machine Autograph AGS-X). The static friction coefficient was 0.09±0.01, and the dynamic friction coefficient was 0.08±0.01. Both friction coefficients were extremely small. Furthermore, the bonding strength between the coating and the glass epoxy substrate was measured based on the adhesive strength test method specified in JIS Z0237, and the result was that it withstood a load of 400 g. Therefore, the coating was bonded to the substrate with a constant bonding strength.
Furthermore, the surface of the coating was observed with the electron microscope used in Example 1. The surface was formed with a collection of copper nanoparticles consisting of 8-12 nm, and adjacent nanoparticles were bonded to each other at the contact sites. In addition, the side of the coating was observed with the electron microscope. Approximately 20 copper nanoparticles were stacked on top of each other to form a coating with a thickness of approximately 0.2 μm.
実施例5
本実施例は、実施例3で作成したペーストを用い、銅のナノ粒子の集まりからなる被膜を形成する。このため、実施例3で作成したペーストを、実施例4で用いた銅箔が接着されていないガラスエポキシ基板の表面に塗布し、さらに、ガラスエポキシ基板を、大気雰囲気で195℃に昇温し、ペーストからエタノールとn-オクタンを気化させた。
この後、実施例4と同様に、ガラスエポキシ基板の表面に形成された被膜の複数個所の表面抵抗を表面抵抗計によって測定した。表面抵抗値は実施例4より小さかった。
さらに、実施例4と同様に、被膜の複数個所の静止摩擦係数と動摩擦係数を測定した。静止摩擦係数と動摩擦係数との双方は、実施例4に近い値であった。
さらに、被膜の表面を、実施例1で用いた電子顕微鏡で観察した。実施例4と同様に、表面は、8-12nmからなる銅のナノ粒子の集まりが形成され、隣接する銅のナノ粒子が互いに接触部位で接合していた。また、被膜の側面は、銅のナノ粒子の24個前後重なり合って積層し、0.24μm前後の厚みの被膜を形成し、実施例4より被膜の厚みが増大した。
実施例4と実施例5の結果から、銅のナノ粒子の集まりからなる被膜の厚みは、ペーストの粘度に応じて増大し、この結果、被膜の導電性が増えることが分かった。
Example 5
In this example, a coating consisting of an aggregate of copper nanoparticles is formed using the paste prepared in Example 3. For this purpose, the paste prepared in Example 3 is applied to the surface of the glass epoxy substrate to which the copper foil used in Example 4 is not attached, and the glass epoxy substrate is heated to 195° C. in an air atmosphere to vaporize the ethanol and n-octane from the paste.
Thereafter, the surface resistance of the coating film formed on the surface of the glass epoxy substrate was measured at multiple points using a surface resistance meter in the same manner as in Example 4. The surface resistance value was smaller than that in Example 4.
Furthermore, the static and dynamic friction coefficients were measured at multiple points on the coating in the same manner as in Example 4. Both the static and dynamic friction coefficients were close to those in Example 4.
Furthermore, the surface of the coating was observed with the electron microscope used in Example 1. As in Example 4, the surface was formed with a collection of copper nanoparticles consisting of 8-12 nm, and adjacent copper nanoparticles were bonded to each other at the contact sites. In addition, the side of the coating was laminated with about 24 copper nanoparticles overlapping each other to form a coating with a thickness of about 0.24 μm, which was thicker than that of Example 4.
From the results of Examples 4 and 5, it was found that the thickness of the coating consisting of an aggregate of copper nanoparticles increases according to the viscosity of the paste, and as a result, the conductivity of the coating increases.
実施例6
本実施例は、実施例2で作成したペーストを用いて、600ボルト用の架橋ポリエチレン絶縁ビニルシースケーブルからなる配線用の電線の先端部分の銅からなる導体に、銅からなる端子板を接合する。このため、銅の端子板と銅の導体とを接触させ、該接触部に実施例2で作成したペーストを滴下させ、銅の端子板と銅の導体を、窒素雰囲気で195℃に昇温し、ペーストからエタノールとn-オクタンを気化させた。
この後、銅の端子板と銅の導体との結合力を、引張試験機(株式会社イマダの製品)で測定した結果、200Nの接合強度を持った。従って、銅の端子板と銅の導体とを接触部に、金属結合した銅のナノ粒子の集まりからなる接合層が形成され、該接合層によって、銅の端子板と銅の導体とが接合された。
本実施例は部品同士を接合する一例である。電線同士或いは電線と各種端子板との接合についても、接合部にペーストを滴下し、その後、銅のナノ粒子を分散させる有機化合物をペーストから気化すれば、活性化した銅のナノ粒子の集まりが析出し、銅のナノ粒子同士が接触部で金属結合し、銅のナノ粒子の集まりからなる接合層を介して接合される。
Example 6
In this example, a copper terminal plate is joined to a copper conductor at the tip of a 600- volt cross-linked polyethylene-insulated vinyl sheathed cable for wiring, using the paste prepared in Example 2. For this purpose, the copper terminal plate and the copper conductor are brought into contact with each other, the paste prepared in Example 2 is dripped onto the contact portion, and the copper terminal plate and the copper conductor are heated to 195° C. in a nitrogen atmosphere, and the ethanol and n-octane are vaporized from the paste.
After this, the bonding strength between the copper terminal plate and the copper conductor was measured with a tensile tester (a product of Imada Co., Ltd.), and the result was a bonding strength of 200 N. Therefore, a bonding layer consisting of an aggregate of metallically bonded copper nanoparticles was formed at the contact portion between the copper terminal plate and the copper conductor, and the copper terminal plate and the copper conductor were bonded by this bonding layer.
This embodiment is an example of joining parts together. For joining electric wires together or an electric wire to various terminal plates, paste is dropped onto the joining portion, and then an organic compound that disperses copper nanoparticles is evaporated from the paste, causing clusters of activated copper nanoparticles to precipitate, and the copper nanoparticles form metallic bonds at the contact portions, resulting in joining via a joining layer made of the clusters of copper nanoparticles.
実施例7
本実施例は、実施例2で作成したペーストを用いて、実施例4で用いた銅箔が接着されていないガラスエポキシ基板に、金属結合した銅のナノ粒子の集まりを介して、銅箔を接合させる。銅箔は12μmの厚みからなり、ラミネート面の表面粗さは最大高さRzが4.5μmのもの(三井金属株式会社の製品3EC-3)を用いた。
ガラスエポキシ基板の表面に実施例2で作成したペーストを塗布し、銅箔のラミネート面にも実施例2で作成したペーストを塗布し、塗布面同士を重ね合わせた。さらに、銅箔の上に、銅箔と同じ形状の板材を載せ、また、板材の上に20kgの重りを載せ、試料を、大気雰囲気で195℃に昇温し、ペーストからエタノールとn-オクタンを気化させた。
この後、ガラスエポキシ基板と銅箔との結合力を、実施例4で行った粘着力の試験方法に基づいて測定した結果、実施例4より粘着力が大きい600gの荷重に耐えた。このため、銅のナノ粒子の集まりからなる接合層は、一定の結合力で板材に結合されていた。
なお、実施例7においてガラスエポキシ基板と銅箔との結合力が、実施例4における結合力よりが大きくなった理由は、実施例7において圧縮荷重を加え、ガラスエポキシ基板と銅箔とを結合たしことに依る。
いっぽう、合成樹脂と金属とを接着剤によって接着させる以外の方法で両者を接合する方法は、金属の融点が合成樹脂の軟化点より著しく高く、例えば、低融点のアルミニウムでも、融点が660℃と高いため、金属を酸化処理やアルカリ処理などの化学処理、レーザー処理やプラズマ処理などの物理処理によって金属の表面を荒らし、この後、合成樹脂を射出成形やインサート成形によって、金属と合成樹脂とを接合する。本実施例では、金属の表面を荒らす処理は不要である。さらに、金属と合成樹脂との材質の組み合わせの制約がない。このため、安価な費用で汎用的に、金属と合成樹脂とが接合できる。
また、本実施例は基材同士を接合する一例である。基材同士を接合する処理の多くは、接合面の異物を除去し、さらに、洗浄し、接合面を化学的な処理ないしは物理的な処理で活性化させ、活性化した接合面同士を接合させる。このような接合方法として、例えば、CB(Chmical Bonding)処理に依って接合面を活性化させて接合面同士を接合する化学的接合や、スパッタリングやイオンビームの照射によって接合面を活性化させて接合同士を接合する常温接合がある。本実施例では、こうした特殊な接合面の事前処置は不要になる。
Example 7
In this example, the paste prepared in Example 2 is used to bond copper foil to the glass epoxy substrate to which the copper foil used in Example 4 is not attached, via a collection of metallically bonded copper nanoparticles. The copper foil used is 12 μm thick and has a maximum surface roughness Rz of 4.5 μm on the laminate surface (Mitsui Kinzoku Co., Ltd. product 3EC-3).
The paste prepared in Example 2 was applied to the surface of the glass epoxy substrate, and the paste prepared in Example 2 was also applied to the laminated surface of the copper foil, and the applied surfaces were overlapped. Furthermore, a plate material having the same shape as the copper foil was placed on the copper foil, and a weight of 20 kg was also placed on the plate material. The sample was heated to 195°C in the air atmosphere, and ethanol and n-octane were vaporized from the paste.
After that, the bonding strength between the glass epoxy board and the copper foil was measured based on the adhesive strength test method used in Example 4, and it was found to withstand a load of 600 g, which was a larger adhesive strength than in Example 4. Therefore, the bonding layer made of a collection of copper nanoparticles was bonded to the plate material with a certain bonding strength.
The reason why the bonding strength between the glass epoxy board and the copper foil in Example 7 was greater than that in Example 4 is because a compressive load was applied in Example 7 to bond the glass epoxy board and the copper foil.
On the other hand, in a method of joining the synthetic resin and the metal by a method other than bonding them with an adhesive, the melting point of the metal is significantly higher than the softening point of the synthetic resin. For example, even aluminum, which has a low melting point, has a high melting point of 660°C. Therefore, the metal surface is roughened by chemical treatment such as oxidation treatment or alkali treatment, or physical treatment such as laser treatment or plasma treatment, and then the synthetic resin is injection molded or insert molded to join the metal and the synthetic resin. In this embodiment, the treatment of roughening the metal surface is not necessary. Furthermore, there is no restriction on the combination of materials of the metal and the synthetic resin. Therefore, the metal and the synthetic resin can be joined generally at low cost.
This embodiment is also an example of bonding substrates together. In most processes for bonding substrates together, foreign matter on the bonding surfaces is removed, and then the bonding surfaces are cleaned and activated by chemical or physical treatment, and the activated bonding surfaces are bonded together. Examples of such bonding methods include chemical bonding, in which the bonding surfaces are activated by CB (Chemical Bonding) treatment and then bonded together, and room temperature bonding, in which the bonding surfaces are activated by sputtering or ion beam irradiation and then bonded together. In this embodiment, such special pre-treatment of the bonding surfaces is not required.
実施例8
本実施例は、23段落に記載したn-ノナンに、ニッケルのナノ粒子を分散させたペーストを作成する。ニッケルのナノ粒子の原料として、27段落に記載したヘキサアンミンニッケル塩化物を用いた。
ヘキサアンミンニッケル塩化物(例えば、富士フィルム和光純薬株式会社の製品)の232g(1モルに相当する)を3.3Lのメタノールに分散して攪拌し、ヘキサアンミンニッケル塩化物のメタノール分散液を作成した。この後、ヘキサアンミンニッケル塩化物のメタノール分散液を65℃に昇温し、メタノール分散液からメタノールを気化させ、ヘキサアンミンニッケル塩化物の結晶を析出させた。この後、ヘキサアンミンニッケル塩化物の結晶の集まりを10cm×10cm×3cmの容器に充填し、ヘキサアンミンニッケル塩化物の結晶の集まりに10cm×10cm×1cmの板材を被せ、板材の上に10kgの重りを載せた。この後、一旦重りを板材から取り除き、容器に0.4Gからなる前後、左右、上下の3方向の衝撃加速度を順番に5回ずつ加えた。再度、板材に重りを載せ、この後、再度3方向の衝撃加速度を加えた。こうした重りに依る圧縮荷重を加える処理と衝撃加速度を加える処理とからなる一対の処理を3回繰り返した後に、再度板材に重りを載せたが、板材が全く沈まなかったため、圧縮荷重によるヘキサアンミンニッケル塩化物の結晶の粉砕が完了したと判断し、一対の処理を停止し、板材を容器から取り除いた。
さらに、n-ノナン(例えば、富士フィルム和光純薬株式会社の製品)の430ccを容器に充填して攪拌し、テトラアンミン銅硝酸塩の結晶の集まりがn-ノナンに分散されたペーストを作成した。この後、容器を水素雰囲気の熱処理装置に配置し、200℃に5分間放置させた後に、容器を熱処理装置から取り出した。
この後、容器内の試料の一部を取り出し、試料を実施例1で用いた電子顕微鏡で観察した。試料の表面からの反射電子線について、900-1000ボルトの間にある2次電子線を取り出して画像処理を行った。10nmの大きさからなる粒状のナノ粒子が分散されていた。次に、反射電子線の900-1000ボルトの間にあるエネルギーを抽出して画像処理を行い、画像の濃淡によってナノ粒子の材質を観察した。濃淡が認められないため、ナノ粒子の集まりは同一の元素から形成されていることが分かった。さらに、特性エックス線のエネルギーとその強度を画像処理し、ナノ粒子を構成する元素を分析した。ニッケル原子のみが存在することから、ナノ粒子はニッケルのナノ粒子である。従って、作成したペーストは、ニッケルのナノ粒子の集まりがn-ノナンに分散したペーストである。
Example 8
In this example, a paste was prepared by dispersing nickel nanoparticles in n-nonane as described in paragraph 23. Hexaamminenickel chloride as described in paragraph 27 was used as the raw material for the nickel nanoparticles.
232 g (corresponding to 1 mole) of hexaamminenickel chloride (e.g., a product of Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was dispersed in 3.3 L of methanol and stirred to prepare a methanol dispersion of hexaamminenickel chloride. After that, the methanol dispersion of hexaamminenickel chloride was heated to 65° C., methanol was evaporated from the methanol dispersion, and crystals of hexaamminenickel chloride were precipitated. After that, the collection of hexaamminenickel chloride crystals was filled into a container of 10 cm×10 cm×3 cm, and a plate material of 10 cm×10 cm×1 cm was placed on the collection of hexaamminenickel chloride crystals, and a weight of 10 kg was placed on the plate material. After that, the weight was once removed from the plate material, and an impact acceleration of 0.4 G was applied to the container in three directions, front and back, left and right, and up and down, five times in order. The weight was placed on the plate material again, and then the impact acceleration in the three directions was applied again. After repeating this pair of treatments consisting of a treatment of applying a compressive load by a weight and a treatment of applying an impact acceleration three times, a weight was placed on the plate material again, but since the plate material did not sink at all, it was determined that the crushing of the hexaamminenickel chloride crystals by the compressive load had been completed, and the pair of treatments was stopped and the plate material was removed from the container.
Furthermore, 430 cc of n-nonane (e.g., a product of Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was charged into the container and stirred to prepare a paste in which clusters of tetraamine copper nitrate crystals were dispersed in n-nonane. After this, the container was placed in a heat treatment device in a hydrogen atmosphere and left at 200°C for 5 minutes, and then the container was removed from the heat treatment device.
After this, a part of the sample in the container was taken out, and the sample was observed with the electron microscope used in Example 1. A secondary electron beam between 900-1000 volts was taken out of the reflected electron beam from the surface of the sample, and image processing was performed. Granular nanoparticles with a size of 10 nm were dispersed. Next, the energy between 900-1000 volts of the reflected electron beam was extracted and image processing was performed, and the material of the nanoparticles was observed based on the shading of the image. Since no shading was observed, it was found that the nanoparticle clusters were formed from the same element. Furthermore, the energy and intensity of the characteristic X-rays were image processed, and the elements that make up the nanoparticles were analyzed. Since only nickel atoms were present, the nanoparticles were nickel nanoparticles. Therefore, the paste created was a paste in which a cluster of nickel nanoparticles was dispersed in n-nonane.
実施例9
本実施例は、実施例8作成したペーストをエタノールで希釈し、20℃における粘度を、6.0ミリパスカル秒に低下させる。このため、実施例8で作成したペーストに、430ccのエタノールを加え、実施例7で作成したペーストをエタノールで希釈した。
Example 9
In this example, the paste prepared in Example 8 was diluted with ethanol to reduce the viscosity at 20° C. to 6.0 mPa sec. For this purpose, 430 cc of ethanol was added to the paste prepared in Example 8, and the paste prepared in Example 7 was diluted with ethanol.
実施例10
本実施例は、実施例9で作成したペーストを用いて、実施例6と同様に、600ボルト用の架橋ポリエチレン絶縁ビニルシースケーブルからなる配線用の電線の先端部分の銅からなる導体に、銅からなる端子板を接合する。このため、実施例9で作成したペーストを、銅の端子板と銅の導体との接触部に滴下させ、銅の端子板と銅の導体を、窒素雰囲気で215℃に昇温し、ペーストからエタノールとn-ノナンを気化させた。
この後、銅の端子板と銅の導体との結合力を、実施例6で用いた引張試験機で測定した結果、実施例6と同様に、200Nの接合強度を持った。つまり、実施例10で用いたペーストの粘度が、実施例6で用いたペーストの粘度と同等であるため、金属のナノ粒子の材質が異なっても、銅の端子板と銅の導体とを接合する接合層の厚みが変わらないため、また、金属のナノ粒子の大きさが同等であるため、実施例10における銅の端子板と銅の導体との結合力が、実施例6における銅の端子板と銅の導体との結合力と同等になった。
さらに、銅の端子板と銅の導体との接触部に、ヘルムホルツコイル・磁界発生装置(例えば、日本ユニバーサル電気株式会社の製品)によって、直流磁界を加えた。この後、再度、銅の端子板と銅の導体との結合力を、引張試験機で測定した結果、引張強度は400Nに増大した。
この結果から、接合部に析出したニッケルのナノ粒子の磁化を飽和させると、銅の端子板と銅の導体との接合強度が倍増した。つまり、ニッケルのナノ粒子の磁化を飽和させ、磁化が飽和したニッケルのナノ粒子同士の磁気吸着力が、ニッケルのナノ粒子同士が金属結合した結合力に加算され、銅の端子板と銅の導体との結合力が増大した。
本実施例は部品同士を接合する一例であるが、強磁性金属のナノ粒子の集まりが分散したペースト用い、滴下したペーストから有機化合物を気化させ、この後、強磁性金属のナノ粒子の磁化を飽和させることで、部品同士を接合する接合力が高まめることができる。
Example 10
In this example, a copper terminal plate is joined to a copper conductor at the tip of a 600- volt cross-linked polyethylene-insulated vinyl sheathed cable for wiring, in the same manner as in Example 6, using the paste prepared in Example 9. For this purpose, the paste prepared in Example 9 is dropped onto the contact portion between the copper terminal plate and the copper conductor, and the copper terminal plate and the copper conductor are heated to 215° C. in a nitrogen atmosphere, and ethanol and n-nonane are vaporized from the paste.
After this, the bonding strength between the copper terminal plate and the copper conductor was measured using the tensile tester used in Example 6, and the result was a bonding strength of 200 N, similar to Example 6. In other words, since the viscosity of the paste used in Example 10 is equivalent to that of the paste used in Example 6, even if the material of the metal nanoparticles is different, the thickness of the bonding layer bonding the copper terminal plate and the copper conductor does not change, and since the size of the metal nanoparticles is equivalent, the bonding strength between the copper terminal plate and the copper conductor in Example 10 became equivalent to the bonding strength between the copper terminal plate and the copper conductor in Example 6.
Furthermore, a DC magnetic field was applied to the contact portion between the copper terminal plate and the copper conductor by a Helmholtz coil/magnetic field generator (e.g., a product of Nippon Universal Electric Co., Ltd.). After this, the bonding strength between the copper terminal plate and the copper conductor was measured again by a tensile tester, and the tensile strength was found to have increased to 400N.
These results show that saturating the magnetization of the nickel nanoparticles precipitated in the joint doubled the joint strength between the copper terminal plate and the copper conductor. In other words, by saturating the magnetization of the nickel nanoparticles, the magnetic attraction force between the magnetized saturated nickel nanoparticles was added to the metallic bonding force between the nickel nanoparticles, increasing the bonding strength between the copper terminal plate and the copper conductor.
This embodiment is an example of joining parts together, in which a paste containing dispersed clusters of ferromagnetic metal nanoparticles is used, an organic compound is vaporized from the dropped paste, and then the magnetization of the ferromagnetic metal nanoparticles is saturated, thereby increasing the joining strength between the parts.
実施例11
本実施例は、実施例9のペーストを用い、実施例7と同様に、ガラスエポキシ基板に銅箔を接合させる。このため、ガラスエポキシ基板の表面に実施例9で作成したペーストを塗布し、銅箔のラミネート面にも実施例9で作成したペーストを塗布し、塗布面同士を重ね合わせた。さらに、銅箔の上に、銅箔と同じ形状の板材を載せ、また、板材の上に20kgの重りを載せ、試料を、大気雰囲気で215℃に昇温し、ペーストからエタノールとn-ノナンを気化させた。
この後、ガラスエポキシ基板と銅箔との結合力を、実施例4で行った粘着力の試験方法に基づいて測定した結果、実施例7と同等の600gの荷重に耐えた。つまり、金属のナノ粒子が銅からニッケルに材質が替わっても、ペーストの粘度が同等で、さらに、加えた圧縮荷重も同等であるため、また、金属のナノ粒子の大きさが同等であるため、金属のナノ粒子の集まりからなる接合層の結合力は変わらなかった。
さらに、ガラスエポキシ基板に銅箔を接合させた部位に、実施例10で用いたヘルムホルツコイル・磁界発生装置によって、直流磁界を加えた。この後、再度、粘着力の試験方法に基づいてガラスエポキシ基板と銅箔との結合力を測定した結果、結合力は1kgに増大した。この結果から、接合部に析出したニッケルのナノ粒子の磁化を飽和させると、ガラスエポキシ基板と銅箔との結合力が増大した。つまり、ニッケルのナノ粒子の磁化を飽和させ、磁化が飽和したニッケルのナノ粒子同士の磁気吸着力が、ニッケルのナノ粒子同士が金属結合した結合力に加算され、ガラスエポキシ基板と銅箔との結合力が増大した。
本実施例は基材同士を接合する一例であるが、実施例10と同様に、強磁性金属のナノ粒子の集まりが分散したペースト用い、滴下したペーストから有機化合物を気化させ、この後、強磁性金属のナノ粒子の磁化を飽和させることで、基材同士を接合する接合力を高めることができる。
Example 11
In this example, the paste of Example 9 was used to bond copper foil to a glass epoxy substrate in the same manner as in Example 7. For this purpose, the paste prepared in Example 9 was applied to the surface of the glass epoxy substrate, and the paste prepared in Example 9 was also applied to the laminate surface of the copper foil, and the coated surfaces were overlapped. Furthermore, a plate material having the same shape as the copper foil was placed on the copper foil, and a weight of 20 kg was placed on the plate material. The sample was heated to 215°C in the air atmosphere, and ethanol and n-nonane were vaporized from the paste.
After that, the bonding strength between the glass epoxy board and the copper foil was measured based on the adhesive strength test method used in Example 4, and the result showed that it withstood a load of 600 g, which was the same as in Example 7. In other words, even though the material of the metal nanoparticles was changed from copper to nickel, the viscosity of the paste was the same, and furthermore, the applied compressive load was also the same, and furthermore, the size of the metal nanoparticles was the same, so the bonding strength of the bonding layer consisting of an assembly of metal nanoparticles did not change.
Furthermore, a direct current magnetic field was applied to the portion where the copper foil was bonded to the glass epoxy substrate by the Helmholtz coil/magnetic field generator used in Example 10. After this, the bonding force between the glass epoxy substrate and the copper foil was measured again based on the adhesive strength test method, and the bonding force increased to 1 kg. From this result, when the magnetization of the nickel nanoparticles precipitated at the bonding portion was saturated, the bonding force between the glass epoxy substrate and the copper foil increased. In other words, the magnetization of the nickel nanoparticles was saturated, and the magnetic adsorption force between the magnetized nickel nanoparticles was added to the bonding force of the nickel nanoparticles metallically bonded to each other, and the bonding force between the glass epoxy substrate and the copper foil increased.
This embodiment is an example of joining substrates together, and similarly to embodiment 10, a paste in which clusters of ferromagnetic metal nanoparticles are dispersed is used, an organic compound is evaporated from the dropped paste, and then the magnetization of the ferromagnetic metal nanoparticles is saturated, thereby increasing the joining strength between the substrates.
実施例12
本実施例は、実施例9で作成したペーストを用いて、ポリイミドフィルムの両面の各々に、金属結合したニッケルのナノ粒子の集まりを介して、銅箔を接合させる。ポリイミドフィルムは、厚みが12.5μmのもの(例えば、東レ・デュポン株式会社の製品カプトン50H/V)を用いた。なお、ポリイミドフィルムは、大気中で400℃に近い耐熱性を持つ。銅箔は実施例7で用いた銅箔である。
実施例9で作成したペーストを、ポリイミドフィルムの両面と、2枚の銅箔のラミネート面とに塗布し、塗布面同士を重ね合わせた。さらに、一方の銅箔の上に、銅箔と同じ形状の板材を載せ、さらに、板材の上に20kgの重りを載せ、試料を大気雰囲気で215℃に昇温し、ペーストからエタノールとn-ノナンを気化させた。
この後、ポリイミドフィルムと銅箔との結合力を、実施例2で行った粘着力の試験方法に基づいて測定した結果、600gの荷重に耐えた。このため、ポリイミドフィルムと銅箔が、ニッケルのナノ粒子の集まりを介して結合された。なお、実施例7と実施例11とにおいて、ガラスエポキシ基板と銅箔とを接合した際に、粘着力は実施例12と同じ600gの荷重であった。つまり、接合する基材の材質が異なっても、また、接合媒体であるナノ粒子の材質が異なっても、ペーストの粘度が同等で、さらに、接合する際に加えた圧縮荷重が同じであったため、また、ナノ粒子の大きさが同等であったため、同等の粘着力を持った。
さらに、ポリイミドフィルムの両面に銅箔のラミネート面が結合された部位の全体に、実施例10で用いたヘルムホルツコイル・磁界発生装置によって、直流磁界を加えた。再度、粘着力の試験方法に基づいて測定した結果、粘着力が1000gまで増えた。このため、接合部に析出したニッケルのナノ粒子の磁化を飽和させると、ポリイミドフィルムと銅箔との接合強度が著しく増えた。
本実施例は基材同士を接合する他の実施例であるが、実施例11と同様に、強磁性金属のナノ粒子の集まりが分散したペースト用い、滴下したペーストから有機化合物を気化させ、この後、強磁性金属のナノ粒子の磁化を飽和させることで、基材同士を接合する接合力を高めることができる。
Example 12
In this example, the paste prepared in Example 9 is used to bond copper foil to both sides of a polyimide film via a collection of metallically bonded nickel nanoparticles. The polyimide film used is one with a thickness of 12.5 μm (e.g., Kapton 50H/V, a product of Toray DuPont Co., Ltd.). The polyimide film has a heat resistance of nearly 400° C. in air. The copper foil used in Example 7 is the same as that used in Example 7.
The paste prepared in Example 9 was applied to both sides of a polyimide film and to the laminated surfaces of two copper foils, and the applied surfaces were placed together. A plate having the same shape as the copper foil was placed on one of the copper foils, and a weight of 20 kg was placed on the plate. The sample was heated to 215° C. in an air atmosphere, and ethanol and n-nonane were vaporized from the paste.
After this, the bonding strength between the polyimide film and the copper foil was measured based on the adhesive strength test method performed in Example 2, and the result was that it withstood a load of 600 g. Therefore, the polyimide film and the copper foil were bonded via a collection of nickel nanoparticles. In addition, in Examples 7 and 11, when the glass epoxy board and the copper foil were bonded, the adhesive strength was the same as in Example 12, that is, a load of 600 g. In other words, even if the materials of the substrates to be bonded were different, and even if the materials of the nanoparticles, which are the bonding medium, were different, the viscosity of the paste was the same, and further, the compressive load applied during bonding was the same, and the size of the nanoparticles was the same, so that the adhesive strength was the same.
Furthermore, a DC magnetic field was applied to the entire area where the copper foil laminated surfaces were bonded to both sides of the polyimide film using the Helmholtz coil/magnetic field generator used in Example 10. The adhesive strength was measured again based on the adhesive strength test method, and the adhesive strength increased to 1000 g. Therefore, when the magnetization of the nickel nanoparticles precipitated at the joint was saturated, the bonding strength between the polyimide film and the copper foil increased significantly.
This embodiment is another example of bonding substrates together, and similarly to embodiment 11, a paste in which clusters of ferromagnetic metal nanoparticles are dispersed is used, an organic compound is vaporized from the dropped paste, and then the magnetization of the ferromagnetic metal nanoparticles is saturated, thereby increasing the bonding strength for bonding the substrates together.
実施例13
本実施例は、実施例8で作成したペーストの粘度が、20℃において9.0ミリパスカル秒になるように、実施例8で作成したペーストに100ccのエタノールを加えた。
Example 13
In this example, 100 cc of ethanol was added to the paste prepared in Example 8 so that the viscosity of the paste prepared in Example 8 was 9.0 mPascal seconds at 20°C.
実施例14
本実施例は、実施例13で作成したペーストを用いて、実施例10と同様に、600ボルト用の架橋ポリエチレン絶縁ビニルシースケーブルからなる配線用の電線の先端部分の銅からなる導体に、銅からなる端子板を接合する。このため、実施例13で作成したペーストを、銅の端子板と銅の導体との接触部に滴下させ、銅の端子板と銅の導体を、窒素雰囲気で215℃に昇温し、ペーストからエタノールとn-ノナンを気化させた。
この後、銅の端子板と銅の導体との結合力を、実施例10で用いた引張試験機で測定した結果、300Nの接合強度を持った。つまり、本実施例で用いたペーストの粘度が、実施例10のペーストの粘度より高いため、ペーストの粘度の増大に応じて、銅の端子板と銅の導体との接合部の体積が増大し、銅の端子板と銅の導体との結合力が増大した。
さらに、実施例10と同様に、銅の端子板と銅の導体との接触部に、直流磁界を加えた。この後、再度、銅の端子板と銅の導体との結合力を、引張試験機で測定した結果、引張強度は600Nに増大した。つまり、ニッケルのナノ粒子の磁化を飽和させ、磁化が飽和したニッケルのナノ粒子同士の磁気吸着力が、ニッケルのナノ粒子同士が金属結合した結合力に加算され、銅の端子板と銅の導体との結合力が2倍に増大した。
本実施例は部品同士を接合する実施例の一例であるが、強磁性金属のナノ粒子の集まりが分散したペースト用い、さらに、用いるペーストの粘度を高めることで、部品同士を接合する接合力を高まめることができる。
Example 14
In this example, a copper terminal plate is joined to a copper conductor at the tip of a 600- volt cross-linked polyethylene-insulated vinyl sheathed cable for wiring, in the same manner as in Example 10, using the paste prepared in Example 13. For this purpose, the paste prepared in Example 13 is dropped onto the contact portion between the copper terminal plate and the copper conductor, and the copper terminal plate and the copper conductor are heated to 215° C. in a nitrogen atmosphere, and ethanol and n-nonane are vaporized from the paste.
Thereafter, the bonding strength between the copper terminal plate and the copper conductor was measured using the tensile tester used in Example 10, and the result was a bonding strength of 300 N. In other words, since the viscosity of the paste used in this example was higher than that of the paste in Example 10, the volume of the joint between the copper terminal plate and the copper conductor increased with the increase in the viscosity of the paste, and the bonding strength between the copper terminal plate and the copper conductor increased.
Furthermore, a DC magnetic field was applied to the contact portion between the copper terminal plate and the copper conductor, as in Example 10. After this, the bonding strength between the copper terminal plate and the copper conductor was measured again with a tensile tester, and the tensile strength increased to 600 N. In other words, the magnetization of the nickel nanoparticles was saturated, and the magnetic attraction force between the magnetized nickel nanoparticles was added to the bonding force between the nickel nanoparticles metallically bonded to each other, and the bonding strength between the copper terminal plate and the copper conductor increased by two times.
This embodiment is an example of an embodiment for joining components together, and by using a paste in which clusters of ferromagnetic metal nanoparticles are dispersed and further increasing the viscosity of the paste used, the joining strength for joining the components together can be increased.
実施例15
本実施例は、24段落に記載したテトラエチレングリコールに、銅のナノ粒子を分散させたペーストを作成する。銅のナノ粒子の原料として、28段落に記載したオクチル酸銅を用いた。
オクチル酸銅(例えば、三津和化学薬品株式会社の製品)の350g(1モルに相当する)を5Lのメタノールに分散して攪拌し、オクチル酸銅のメタノール分散液を作成した。この後、オクチル酸銅のメタノール分散液を65℃に昇温し、メタノール分散液からメタノールを気化させ、オクチル酸銅の結晶を析出させた。この後、オクチル酸銅の結晶の集まりを10cm×10cm×3cmの容器に充填し、オクチル酸銅の結晶の集まりに10cm×10cm×1cmの板材を被せ、板材の上に10kgの重りを載せた。この後、一旦重りを板材から取り除き、容器に0.4Gからなる前後、左右、上下の3方向の衝撃加速度を順番に5回ずつ加えた。再度、板材に重りを載せ、この後、再度3方向の衝撃加速度を加えた。こうした重りに依る圧縮荷重を加える処理と衝撃加速度を加える処理とからなる一対の処理を3回繰り返した後に、再度板材に重りを載せたが、板材が全く沈まなかったため、圧縮荷重によるオクチル酸銅の結晶の粉砕が完了したと判断し、一対の処理を停止し、板材を容器から取り除いた。
さらに、テトラエチレングリコール(例えば、富士フィルム和光純薬株式会社の製品)の400ccを容器に充填して攪拌し、オクチル酸銅の結晶の集まりがテトラエチレングリコールに分散されたペーストを作成した。この後、容器を大気雰囲気の熱処理装置に配置し、290℃に1分間放置させた後に、容器を熱処理装置から取り出した。
この後、容器内の試料の一部を取り出し、試料を実施例1で用いた電子顕微鏡で観察した。試料の表面からの反射電子線について、900-1000ボルトの間にある2次電子線を取り出して画像処理を行った。試料には、10nm前後の大きさからなる粒状のナノ粒子が分散されていた。次に、反射電子線の900-1000ボルトの間にあるエネルギーを抽出して画像処理を行い、画像の濃淡によってナノ粒子の材質を観察した。濃淡が認められないため、ナノ粒子の集まりは同一の元素から形成されていることが分かった。さらに、特性エックス線のエネルギーとその強度を画像処理し、ナノ粒子を構成する元素を分析した。銅原子のみが存在することから、ナノ粒子は銅のナノ粒子である。従って、作成した試料は、銅のナノ粒子の集まりがテトラエチレングリコールに分散したペーストである。
Example 15
In this example, a paste is prepared in which copper nanoparticles are dispersed in the tetraethylene glycol described in paragraph 24. Copper octylate described in paragraph 28 is used as the raw material for the copper nanoparticles.
350 g (corresponding to 1 mole) of copper octylate (e.g., a product of Mitsuwa Chemical Co., Ltd.) was dispersed in 5 L of methanol and stirred to prepare a methanol dispersion of copper octylate. After that, the temperature of the methanol dispersion of copper octylate was raised to 65° C., methanol was evaporated from the methanol dispersion, and crystals of copper octylate were precipitated. After that, the collection of copper octylate crystals was filled into a 10 cm×10 cm×3 cm container, and a 10 cm×10 cm×1 cm plate material was placed on the collection of copper octylate crystals, and a 10 kg weight was placed on the plate material. After that, the weight was once removed from the plate material, and an impact acceleration of 0.4 G was applied to the container in three directions, front and back, left and right, and up and down, five times in order. The weight was placed on the plate material again, and then the impact acceleration in the three directions was applied again. After repeating this pair of treatments consisting of applying a compressive load by a weight and applying an impact acceleration three times, a weight was placed on the plate again, but since the plate did not sink at all, it was determined that the crushing of the copper octylate crystals by the compressive load was completed, and the pair of treatments was stopped and the plate was removed from the container.
Furthermore, 400 cc of tetraethylene glycol (e.g., a product of Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was filled into the container and stirred to prepare a paste in which the copper octylate crystal clusters were dispersed in tetraethylene glycol. After this, the container was placed in a heat treatment device in an air atmosphere and left at 290°C for 1 minute, after which the container was removed from the heat treatment device.
After this, a part of the sample in the container was taken out, and the sample was observed with the electron microscope used in Example 1. A secondary electron beam between 900-1000 volts was taken out of the reflected electron beam from the surface of the sample, and image processing was performed. Granular nanoparticles with a size of about 10 nm were dispersed in the sample. Next, the energy between 900-1000 volts of the reflected electron beam was extracted and image processing was performed, and the material of the nanoparticles was observed based on the shading of the image. Since no shading was observed, it was found that the nanoparticle clusters were formed from the same element. Furthermore, the energy and intensity of the characteristic X-rays were image processed, and the elements that make up the nanoparticles were analyzed. Since only copper atoms were present, the nanoparticles were copper nanoparticles. Therefore, the sample created was a paste in which a cluster of copper nanoparticles was dispersed in tetraethylene glycol.
実施例16
本実施例は、実施例15で作成したペーストの粘度が20℃で6.0ミリパスカル秒になるように、実施例15で作成したペーストに4306ccのエタノールを加え、銅のナノ粒子がテトラエチレングリコールのエタノール希釈液に分散したペーストを作成した。
Example 16
In this example, 4,306 cc of ethanol was added to the paste prepared in Example 15 so that the viscosity of the paste prepared in Example 15 was 6.0 mPa-sec at 20°C, and a paste in which copper nanoparticles were dispersed in an ethanol diluted solution of tetraethylene glycol was prepared.
実施例17
本実施例は、実施例15で作成したペーストの粘度が20℃で10.0ミリパスカル秒になるように、実施例15で作成したペーストに2100ccのエタノールを加え、銅のナノ粒子がテトラエチレングリコールのエタノール希釈液に分散したペーストを作成した。
Example 17
In this example, 2100 cc of ethanol was added to the paste prepared in Example 15 so that the viscosity of the paste prepared in Example 15 was 10.0 mPa-sec at 20°C, and a paste in which copper nanoparticles were dispersed in an ethanol diluted solution of tetraethylene glycol was prepared.
実施例18
本実施例は、実施例16で作成したペーストを用い、銅のナノ粒子の集まりからなる被膜を形成する。このため、実施例16で作成したペーストを、実施例4で用いた銅箔が接着されていないガラスエポキシ基板の表面に塗布し、さらに、ガラスエポキシ基板を、窒素雰囲気で330℃に昇温し、ペーストからエタノールとテトラエチレングリコールを気化させた。
この後、実施例4と同様に、ガラスエポキシ基板の表面に形成された被膜の複数個所の表面抵抗を表面抵抗計によって測定した。表面抵抗値は実施例4に近い数値であった。
さらに、実施例4と同様に、被膜の複数個所の静止摩擦係数と動摩擦係数を測定した。静止摩擦係数と動摩擦係数との双方は、実施例4に近い値であった。
さらに、被膜の表面を、実施例1で用いた電子顕微鏡で観察した。実施例4と同様に、表面は、8-12nmからなる銅のナノ粒子の集まりが形成され、隣接するナノ粒子が互いに接触部位で接合していた。また、被膜の側面を、電子顕微鏡で観察した。銅のナノ粒子の20個前後重なり合って積層し、0.2μm前後の厚みの被膜を形成していた。
実施例4と実施例18の結果から、銅のナノ粒子を分散させる有機化合物が異なっていても、ペーストの粘度が同じであれば、銅のナノ粒子の大きさが同等であるため、同等の性質を持つ銅の被膜が形成されることが分かった。
Example 18
In this example, a coating consisting of an aggregate of copper nanoparticles is formed using the paste prepared in Example 16. For this purpose, the paste prepared in Example 16 is applied to the surface of the glass epoxy substrate to which the copper foil used in Example 4 is not attached, and the glass epoxy substrate is heated to 330° C. in a nitrogen atmosphere to vaporize the ethanol and tetraethylene glycol from the paste.
Thereafter, the surface resistance of the coating film formed on the surface of the glass epoxy substrate was measured at a number of points using a surface resistance meter in the same manner as in Example 4. The surface resistance values were close to those in Example 4.
Furthermore, the static and dynamic friction coefficients were measured at multiple points on the coating in the same manner as in Example 4. Both the static and dynamic friction coefficients were close to those in Example 4.
Furthermore, the surface of the coating was observed with the electron microscope used in Example 1. As in Example 4, the surface was formed with a collection of copper nanoparticles consisting of 8-12 nm, and adjacent nanoparticles were bonded to each other at the contact sites. In addition, the side of the coating was observed with the electron microscope. Approximately 20 copper nanoparticles were stacked on top of each other to form a coating with a thickness of approximately 0.2 μm.
From the results of Examples 4 and 18, it was found that even if the organic compounds used to disperse the copper nanoparticles were different, as long as the viscosity of the paste was the same, the size of the copper nanoparticles was equivalent, and therefore a copper coating with equivalent properties was formed.
実施例19
本実施例は、実施例17で作成したペーストを用いて、実施例14と同様に、600ボルト用の架橋ポリエチレン絶縁ビニルシースケーブルからなる配線用の電線の先端部分の銅からなる導体に、銅からなる端子板を接合する。このため、実施例17で作成したペーストを、銅の端子板と銅の導体との接触部に滴下させ、銅の端子板と銅の導体を、窒素雰囲気で330℃に昇温し、ペーストからエタノールとテトラエチレングリコールを気化させた。
この後、銅の端子板と銅の導体との結合力を、実施例10で用いた引張試験機で測定した結果、400Nの接合強度を持った。つまり、本実施例で用いたペーストの粘度が、実施例14のペーストの粘度より高いため、ペーストの粘度の増大に応じて、銅の端子板と銅の導体との接合部の体積が増大し、銅の端子板と銅の導体との結合力が増大した。
本実施例は部品同士を接合する実施例であるが、用いるペーストの粘度を高めることで、部品同士を接合する接合層の厚みが厚くなり、部品同士の接合力が高まる。
Example 19
In this example, a copper terminal plate is joined to a copper conductor at the tip of a 600- volt cross-linked polyethylene-insulated vinyl sheathed cable for wiring, using the paste prepared in Example 17, in the same manner as in Example 14. For this purpose, the paste prepared in Example 17 is dropped onto the contact portion between the copper terminal plate and the copper conductor, and the copper terminal plate and the copper conductor are heated to 330° C. in a nitrogen atmosphere, and the ethanol and tetraethylene glycol are vaporized from the paste.
Thereafter, the bonding strength between the copper terminal plate and the copper conductor was measured using the tensile tester used in Example 10, and the result was a bonding strength of 400 N. In other words, since the viscosity of the paste used in this example was higher than that of the paste in Example 14, the volume of the joint between the copper terminal plate and the copper conductor increased with the increase in the viscosity of the paste, and the bonding strength between the copper terminal plate and the copper conductor increased.
This embodiment is an embodiment in which components are bonded together, and by increasing the viscosity of the paste used, the thickness of the bonding layer bonding the components together becomes thicker, thereby increasing the bonding strength between the components.
実施例20
本実施例は、実施例17で作成したペーストを用いて、実施例7と同様に、実施例4で用いた銅箔が接着されていないガラスエポキシ基板に、金属結合した銅のナノ粒子の集まりを介して、実施例7で用いた銅箔を接合させる。
ガラスエポキシ基板の表面に実施例17で作成したペーストを塗布し、銅箔のラミネート面にも実施例17で作成したペーストを塗布し、塗布面同士を重ね合わせた。さらに、銅箔の上に、銅箔と同じ形状の板材を載せ、また、板材の上に20kgの重りを載せ、試料を、窒素雰囲気で330℃に昇温し、ペーストからエタノールとテトラエチレングリコールを気化させた。
この後、ガラスエポキシ基板と銅箔との結合力を、実施例4で行った粘着力の試験方法に基づいて測定した結果、900gの荷重に耐えた。この結合力の値は、実施例7におけるガラスエポキシ基板と銅箔との結合力の1.5倍である。つまり、銅のナノ粒子の集まりが有機化合物に分散したペーストの20℃における粘度が、実施例7では6.0ミリパスカル秒であるのに対し、本実施例では10.0ミリパスカル秒である。このため、摩擦熱で接合した銅のナノ粒子の集まりからなる接合層の厚みが、ペーストの粘度に応じて増大し、この結果、ガラスエポキシ基板と銅箔との結合力が増大した。
本実施例は基材同士を接合する実施例であるが、用いるペーストの粘度を高めることで、基材同士を接合する接合層の厚みが厚くなり、基材同士の接合力が高まる。
Example 20
In this example, the paste prepared in Example 17 is used to bond the copper foil used in Example 7 to a glass epoxy substrate to which the copper foil used in Example 4 is not attached, via a collection of metallically bonded copper nanoparticles, in the same manner as in Example 7.
The paste prepared in Example 17 was applied to the surface of the glass epoxy substrate, and the paste prepared in Example 17 was also applied to the laminate surface of the copper foil, and the applied surfaces were overlapped. Furthermore, a plate material having the same shape as the copper foil was placed on the copper foil, and a weight of 20 kg was also placed on the plate material. The sample was heated to 330° C. in a nitrogen atmosphere, and the ethanol and tetraethylene glycol were vaporized from the paste.
After that, the bonding strength between the glass epoxy substrate and the copper foil was measured based on the adhesive strength test method performed in Example 4, and the result was that the bonding strength withstood a load of 900 g. This value of bonding strength was 1.5 times that of the bonding strength between the glass epoxy substrate and the copper foil in Example 7. That is, the viscosity of the paste in which the clusters of copper nanoparticles were dispersed in the organic compound at 20° C. was 6.0 mPascal seconds in Example 7, whereas it was 10.0 mPascal seconds in this example. Therefore, the thickness of the bonding layer consisting of the clusters of copper nanoparticles bonded by frictional heat increased according to the viscosity of the paste, and as a result, the bonding strength between the glass epoxy substrate and the copper foil increased.
This embodiment is an embodiment in which substrates are bonded to each other, and by increasing the viscosity of the paste used, the thickness of the bonding layer bonding the substrates to each other becomes thicker, thereby increasing the bonding strength between the substrates.
実施例21
本実施例は、実施例17のペーストを用いて、実施例12と同様に、ポリイミドフィルムの両面に2枚の銅箔を接合する。このため、実施例17で作成したペーストを、ポリイミドフィルムの両面と、2枚の銅箔のラミネート面とに塗布し、塗布面同士を重ね合わせた。さらに、一方の銅箔の上に、銅箔と同じ形状の板材を載せ、さらに、板材の上に20kgの重りを載せ、試料を大気雰囲気で330℃に昇温し、ペーストからエタノールとテトラエチレングリコールを気化させた。
この後、ポリイミドフィルムと銅箔との結合力を、実施例2で行った粘着力の試験方法に基づいて測定した結果、1kgの荷重に耐えた。このため、ポリイミドフィルムと銅箔とが、銅のナノ粒子の集まりを介して結合された。つまり、実施例12では、ニッケルのナノ粒子の集まりが有機化合物に分散したペーストの20℃における粘度が6.0ミリパスカル秒である。これに対し、本実施例では、銅のナノ粒子の集まりが有機化合物に分散したペーストの20℃における粘度が10.0ミリパスカル秒である。このため、摩擦熱で接合した金属のナノ粒子の集まりからなる接合層の厚みが、ペーストの粘度に応じて増大し、この結果、ポリイミドフィルムと銅箔との結合力が増大した。
Example 21
In this example, two copper foils are bonded to both sides of a polyimide film using the paste of Example 17, in the same manner as in Example 12. For this purpose, the paste prepared in Example 17 is applied to both sides of a polyimide film and to the laminated surfaces of two copper foils, and the applied surfaces are overlapped. Furthermore, a plate material having the same shape as the copper foil is placed on one of the copper foils, and a weight of 20 kg is placed on the plate material. The sample is heated to 330° C. in an air atmosphere, and ethanol and tetraethylene glycol are vaporized from the paste.
After this, the bonding strength between the polyimide film and the copper foil was measured based on the adhesive strength test method performed in Example 2, and the result was that it withstood a load of 1 kg. Therefore, the polyimide film and the copper foil were bonded through the aggregation of copper nanoparticles. That is, in Example 12, the viscosity of the paste in which the aggregation of nickel nanoparticles is dispersed in an organic compound is 6.0 mPascal seconds at 20°C. In contrast, in this example, the viscosity of the paste in which the aggregation of copper nanoparticles is dispersed in an organic compound is 10.0 mPascal seconds at 20°C. Therefore, the thickness of the bonding layer consisting of the aggregation of metal nanoparticles bonded by frictional heat increases according to the viscosity of the paste, and as a result, the bonding strength between the polyimide film and the copper foil increases.
実施例22
本実施例は、金属のパイプをジョイントするSUS304からなるソケットに、銅のナノ粒子の集まりを介して、ソケットの内径と同一の外径を持つアルミニウムからなるパイプを接合する。なお、SUS304のソケットの内径と、アルミニウムのパイプの外径とは、隙間バメの篏合状態に事前に加工した。
このため、実施例16のペーストを、SUS304のソケットの内面と、アルミニウムのパイプが接合する面とに塗布し、アルミニウムからなるパイプを、SUS304のソケットに挿入した。この試料を大気雰囲気で330℃に昇温し、ペーストからエタノールとテトラエチレングリコールを気化させた。この後、ソケットを治具で固定し、パイプを反発力が強まるまで回転させた。
この後、ソケットとパイプとの結合力を、実施例4で用いた引張試験機で測定した結果、500Nの接合強度を持った。このため、銅のナノ粒子の集まりが、一定の結合力でソケットとパイプとを結合した。つまり、ソケットを固定しパイプを回転させると、双方の接合部位に析出した銅のナノ粒子の集まりにおいて、隣接する銅のナノ粒子同士が接触する部位に摩擦熱が発生し、該摩擦熱で隣接する銅のナノ粒子同士が接触部で金属結合し、該金属結合した銅のナノ粒子の集まりによって、双方の接合部位が接合された。
なお、SUS304の融点が1400-1450℃で、アルミニウムの融点が660℃である。また、SUS304の熱伝導率が16.7W/mKで、アルミニウムの熱伝導率が204W/mKである。このように、融点と熱伝導率が著しく異なる物質同士を溶接で接合すること困難である。しかし、本実施例に依れば、摩擦熱で隣接する銅のナノ粒子同士が接触部で金属結合し、該金属結合した銅のナノ粒子の集まりによって、双方の接合部位が接合されるため、融点と熱伝導率が著しく異なる異種金属同士の接合が可能になる。また、金属結合した銅のナノ粒子の集まりで、異種金属同士を接合するため、従来の溶接に依る接合のように、接合部の酸化被膜を除去する事前処理は不要になる。
Example 22
In this example, an aluminum pipe having the same outer diameter as the inner diameter of a socket made of SUS304, which joins a metal pipe, is joined to the socket through a collection of copper nanoparticles. The inner diameter of the SUS304 socket and the outer diameter of the aluminum pipe were previously processed to fit together with a clearance fit.
For this purpose, the paste of Example 16 was applied to the inner surface of a SUS304 socket and the surface to which the aluminum pipe was to be joined, and the aluminum pipe was inserted into the SUS304 socket. The sample was heated to 330° C. in an air atmosphere, and the ethanol and tetraethylene glycol were vaporized from the paste. After this, the socket was fixed with a jig, and the pipe was rotated until the repulsive force became strong.
After this, the bonding strength between the socket and the pipe was measured with the tensile tester used in Example 4, and the result was a bonding strength of 500 N. Therefore, the collection of copper nanoparticles bonded the socket and the pipe with a certain bonding strength. In other words, when the socket was fixed and the pipe was rotated, frictional heat was generated at the site where adjacent copper nanoparticles contacted each other in the collection of copper nanoparticles precipitated at the joints of both, and the adjacent copper nanoparticles were metallically bonded at the contact points by the frictional heat, and the joints of both were bonded by the collection of metallically bonded copper nanoparticles.
The melting point of SUS304 is 1400-1450°C, and the melting point of aluminum is 660°C. The thermal conductivity of SUS304 is 16.7 W/mK, and the thermal conductivity of aluminum is 204 W/mK. Thus, it is difficult to join materials with significantly different melting points and thermal conductivities by welding. However, according to this embodiment, adjacent copper nanoparticles are metallically bonded at the contact points by frictional heat, and the joining parts of both are joined by a collection of metallically bonded copper nanoparticles, making it possible to join dissimilar metals with significantly different melting points and thermal conductivities. In addition, since dissimilar metals are joined by a collection of metallically bonded copper nanoparticles, pre-treatment to remove the oxide film at the joint, as in conventional welding, is not required.
実施例23
本実施例は、24段落に記載したテトラエチレングリコールに、ニッケルのナノ粒子を分散させたペーストを作成する。ニッケルのナノ粒子の原料として、28段落に記載したオクチル酸ニッケルを用いた。
オクチル酸ニッケル(例えば、日本化学産業株式会社の製品)の345g(1モルに相当する)を5Lのメタノールに分散して攪拌し、オクチル酸ニッケルのメタノール分散液を作成した。この後、オクチル酸ニッケルのメタノール分散液を65℃に昇温し、メタノール分散液からメタノールを気化させ、オクチル酸ニッケルの結晶を析出させた。この後、オクチル酸ニッケルの結晶の集まりを10cm×10cm×3cmの容器に充填し、オクチル酸ニッケルの結晶の集まりに10cm×10cm×1cmの板材を被せ、板材の上に10kgの重りを載せた。この後、一旦重りを板材から取り除き、容器に0.4Gからなる前後、左右、上下の3方向の衝撃加速度を順番に5回ずつ加えた。再度、板材に重りを載せ、この後、再度3方向の衝撃加速度を加えた。こうした重りに依る圧縮荷重を加える処理と衝撃加速度を加える処理とからなる一対の処理を3回繰り返した後に、再度板材に重りを載せたが、板材が全く沈まなかったため、圧縮荷重によるオクチル酸ニッケルの結晶の粉砕が完了したと判断し、一対の処理を停止し、板材を容器から取り除いた。
さらに、テトラエチレングリコール(例えば、富士フィルム和光純薬株式会社の製品)の400ccを容器に充填して攪拌し、オクチル酸ニッケルの結晶の集まりがテトラエチレングリコールに分散されたペーストを作成した。この後、容器を大気雰囲気の熱処理装置に配置し、290℃に1分間放置させた後に、容器を熱処理装置から取り出した。
この後、容器内の試料の一部を取り出し、試料を実施例1で用いた電子顕微鏡で観察した。試料の表面からの反射電子線について、900-1000ボルトの間にある2次電子線を取り出して画像処理を行った。試料には、10nm前後の大きさからなる粒状のナノ粒子が分散されていた。次に、反射電子線の900-1000ボルトの間にあるエネルギーを抽出して画像処理を行い、画像の濃淡によってナノ粒子の材質を観察した。濃淡が認められないため、ナノ粒子の集まりは同一の元素から形成されていることが分かった。さらに、特性エックス線のエネルギーとその強度を画像処理し、ナノ粒子を構成する元素を分析した。ニッケル原子のみが存在することから、ナノ粒子はニッケルのナノ粒子である。
Example 23
In this example, a paste is prepared by dispersing nickel nanoparticles in the tetraethylene glycol described in paragraph 24. Nickel octylate described in paragraph 28 is used as the raw material for the nickel nanoparticles.
345 g (corresponding to 1 mole) of nickel octylate (for example, a product of Nippon Kagaku Sangyo Co., Ltd.) was dispersed in 5 L of methanol and stirred to prepare a methanol dispersion of nickel octylate. After this, the temperature of the methanol dispersion of nickel octylate was raised to 65° C., methanol was evaporated from the methanol dispersion, and crystals of nickel octylate were precipitated. After this, the collection of nickel octylate crystals was filled into a container of 10 cm x 10 cm x 3 cm, and a plate material of 10 cm x 10 cm x 1 cm was placed on the collection of nickel octylate crystals, and a weight of 10 kg was placed on the plate material. After this, the weight was once removed from the plate material, and an impact acceleration of 0.4 G was applied to the container in three directions, front and back, left and right, and up and down, five times in order. The weight was placed on the plate material again, and then the impact acceleration in the three directions was applied again. After repeating this pair of treatments consisting of a treatment of applying a compressive load by a weight and a treatment of applying an impact acceleration three times, a weight was placed on the plate material again, but since the plate material did not sink at all, it was determined that the crushing of the nickel octoate crystals by the compressive load had been completed, and the pair of treatments was stopped and the plate material was removed from the container.
Furthermore, 400 cc of tetraethylene glycol (e.g., a product of Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was filled into the container and stirred to prepare a paste in which agglomerations of nickel octylate crystals were dispersed in tetraethylene glycol. After this, the container was placed in a heat treatment device in an air atmosphere and left at 290°C for 1 minute, and then the container was removed from the heat treatment device.
After this, a part of the sample in the container was taken out, and the sample was observed with the electron microscope used in Example 1. A secondary electron beam between 900-1000 volts was taken out of the reflected electron beam from the surface of the sample, and image processing was performed. Granular nanoparticles with a size of about 10 nm were dispersed in the sample. Next, the energy between 900-1000 volts of the reflected electron beam was extracted and image processing was performed, and the material of the nanoparticles was observed based on the shading of the image. Since no shading was observed, it was found that the collection of nanoparticles was formed from the same element. Furthermore, the energy and intensity of the characteristic X-rays were image processed, and the elements that make up the nanoparticles were analyzed. Since only nickel atoms were present, the nanoparticles were nickel nanoparticles.
実施例24
本実施例は、実施例23で作成したペーストの粘度が20℃で6.0ミリパスカル秒になるように、実施例23で作成したペーストに4306ccのエタノールを加え、ニッケルのナノ粒子がテトラエチレングリコールのエタノール希釈液に分散したペーストを作成した。
Example 24
In this example, 4,306 cc of ethanol was added to the paste prepared in Example 23 so that the viscosity of the paste prepared in Example 23 was 6.0 mPa-sec at 20°C, and a paste in which nickel nanoparticles were dispersed in an ethanol diluted solution of tetraethylene glycol was prepared.
実施例25
本実施例は、実施例23で作成したペーストの粘度が20℃で10.0ミリパスカル秒になるように、実施例23で作成したペーストに2100ccのエタノールを加え、ニッケルのナノ粒子がテトラエチレングリコールのエタノール希釈液に分散したペーストを作成した。
Example 25
In this example, 2100 cc of ethanol was added to the paste prepared in Example 23 so that the viscosity of the paste prepared in Example 23 was 10.0 mPa-sec at 20°C, and a paste in which nickel nanoparticles were dispersed in an ethanol diluted solution of tetraethylene glycol was prepared.
実施例26
本実施例は、実施例24のペーストを用い、実施例10と同様に、600ボルト用の架橋ポリエチレン絶縁ビニルシースケーブルからなる配線用の電線の先端部分の銅からなる導体に、銅からなる端子板を接合する。このため、実施例24で作成したペーストを、銅の端子板と銅の導体との接触部に滴下させ、銅の端子板と銅の導体を、窒素雰囲気で330℃に昇温し、ペーストからエタノールとテトラエチレングリコールを気化させた。
この後、銅の端子板と銅の導体との結合力を、実施例6で用いた引張試験機で測定した結果、実施例6と実施例10と同様に、200Nの接合強度を持った。銅の端子板と銅の導体との結合力は、実施例6と実施例10と同等の結合力を持った。つまり、金属のナノ粒子を分散させる有機化合物が異なっていても、また、ナノ粒子の金属の材質が異なっていても、ペーストの粘度が同じであれば、金属結合した金属のナノ粒子の集まりからなる接合層の厚みが同等であるため、また、金属のナノ粒子の大きさが同等であるため、同等の結合力で銅の端子板と銅の導体とが接合される。
さらに、銅の端子板と銅の導体との接触部に、実施例10で用いたヘルムホルツコイル・磁界発生装置によって、直流磁界を加えた。この後、再度、銅の端子板と銅の導体との結合力を、引張試験機で測定した結果、引張強度は400Nに増大した。
この結果から、接合部に析出したニッケルのナノ粒子の磁化を飽和させると、銅の端子板と銅の導体との接合強度が倍増した。つまり、ニッケルのナノ粒子の磁化を飽和させ、磁化が飽和したニッケルのナノ粒子同士の磁気吸着力が、ニッケルのナノ粒子同士が金属結合した結合力に加算され、銅の端子板と銅の導体との結合力が増大した。この結合力も、実施例10における結合力と同等の値である。つまり、ニッケルのナノ粒子を分散させる有機化合物が異なっていても、ペーストの粘度が同じであれば、金属結合したニッケルのナノ粒子の集まりからなる接合層の厚みが同等であるため、また、ニッケルのナノ粒子の大きさが同等であるため、ニッケルのナノ粒子同士の磁気吸着力も同等になる。
Example 26
In this example, a copper terminal plate is joined to a copper conductor at the tip of a 600- volt cross-linked polyethylene-insulated vinyl-sheathed cable for wiring, in the same manner as in Example 10, using the paste of Example 24. For this purpose, the paste prepared in Example 24 is dropped onto the contact portion between the copper terminal plate and the copper conductor, and the copper terminal plate and the copper conductor are heated to 330° C. in a nitrogen atmosphere, and the ethanol and tetraethylene glycol are vaporized from the paste.
After this, the bonding strength between the copper terminal plate and the copper conductor was measured using the tensile tester used in Example 6, and as a result, it had a bonding strength of 200 N, similar to Examples 6 and 10. The bonding strength between the copper terminal plate and the copper conductor was the same as in Examples 6 and 10. In other words, even if the organic compound that disperses the metal nanoparticles is different, and even if the metal material of the nanoparticles is different, if the viscosity of the paste is the same, the thickness of the bonding layer consisting of a collection of metal nanoparticles bonded to each other is the same, and the size of the metal nanoparticles is the same, so the copper terminal plate and the copper conductor are bonded with the same bonding strength.
Furthermore, a DC magnetic field was applied to the contact portion between the copper terminal plate and the copper conductor by the Helmholtz coil/magnetic field generator used in Example 10. After this, the bonding strength between the copper terminal plate and the copper conductor was measured again by the tensile tester, and the tensile strength was found to have increased to 400 N.
From this result, when the magnetization of the nickel nanoparticles precipitated at the joint was saturated, the bonding strength between the copper terminal plate and the copper conductor was doubled. In other words, the magnetic attraction force between the nickel nanoparticles whose magnetization was saturated was added to the bonding force of the nickel nanoparticles metallically bonded to each other, and the bonding force between the copper terminal plate and the copper conductor was increased. This bonding force is also the same value as the bonding force in Example 10. In other words, even if the organic compound that disperses the nickel nanoparticles is different, if the viscosity of the paste is the same, the thickness of the bonding layer consisting of a collection of metallically bonded nickel nanoparticles is the same, and also the size of the nickel nanoparticles is the same, so the magnetic attraction force between the nickel nanoparticles is also the same.
実施例27
本実施例は、実施例24のペーストを用い、実施例11と同様に、ガラスエポキシ基板に銅箔を接合させる。このため、ガラスエポキシ基板の表面に実施例24で作成したペーストを塗布し、銅箔のラミネート面にも実施例24で作成したペーストを塗布し、塗布面同士を重ね合わせた。さらに、銅箔の上に、銅箔と同じ形状の板材を載せ、また、板材の上に20kgの重りを載せ、試料を、窒素雰囲気で330℃に昇温し、ペーストからエタノールとテトラエチレングリコールを気化させた。
この後、ガラスエポキシ基板と銅箔との結合力を、実施例4で行った粘着力の試験方法に基づいて測定した結果、実施例11と同等の600gの荷重に耐えた。つまり、ニッケルのナノ粒子を分散させる有機化合物が異なっていても、ペーストの粘度が同じであれば、金属結合したニッケルのナノ粒子の集まりからなる接合層の厚みが同等であるため、また、ニッケルのナノ粒子の大きさが同等であるため、同等の結合力でガラスエポキシ基板が銅箔に接合されることが分かった。
さらに、ガラスエポキシ基板に銅箔を接合させた部位に、実施例10で用いたヘルムホルツコイル・磁界発生装置によって、直流磁界を加えた。この後、再度、粘着力の試験方法に基づいてガラスエポキシ基板と銅箔との結合力を測定した結果、結合力は1kgに増大した。この結果から、接合部に析出したニッケルのナノ粒子の磁化を飽和させると、ガラスエポキシ基板と銅箔との結合力が増大した。つまり、ニッケルのナノ粒子の磁化を飽和させ、磁化が飽和したニッケルのナノ粒子同士の磁気吸着力が、ニッケルのナノ粒子同士が金属結合した結合力に加算され、ガラスエポキシ基板と銅箔との結合力が増大した。
この結合力も、実施例11における結合力と同等の値である。つまり、ニッケルのナノ粒子を分散させる有機化合物が異なっていても、ペーストの粘度が同じであれば、金属結合したニッケルのナノ粒子の集まりからなる接合層の厚みが同等であるため、また、ニッケルのナノ粒子の大きさが同等であるため、ニッケルのナノ粒子同士の磁気吸着力も同等になる。
Example 27
In this example, the paste of Example 24 is used to bond copper foil to a glass epoxy substrate in the same manner as in Example 11. For this purpose, the paste prepared in Example 24 is applied to the surface of the glass epoxy substrate, and the paste prepared in Example 24 is also applied to the laminate surface of the copper foil, and the applied surfaces are overlapped. Furthermore, a plate material having the same shape as the copper foil is placed on the copper foil, and a weight of 20 kg is also placed on the plate material. The sample is heated to 330° C. in a nitrogen atmosphere, and ethanol and tetraethylene glycol are vaporized from the paste.
Thereafter, the bonding strength between the glass epoxy board and the copper foil was measured based on the adhesive strength test method used in Example 4, and it was found to withstand a load of 600 g, which was equivalent to that of Example 11. In other words, even if the organic compound dispersing the nickel nanoparticles is different, if the viscosity of the paste is the same, the thickness of the bonding layer consisting of a collection of metallically bonded nickel nanoparticles is equivalent, and also, the size of the nickel nanoparticles is equivalent, so that the glass epoxy board is bonded to the copper foil with the same bonding strength.
Furthermore, a direct current magnetic field was applied to the portion where the copper foil was bonded to the glass epoxy substrate by the Helmholtz coil/magnetic field generator used in Example 10. After this, the bonding force between the glass epoxy substrate and the copper foil was measured again based on the adhesive strength test method, and the bonding force increased to 1 kg. From this result, when the magnetization of the nickel nanoparticles precipitated at the bonding portion was saturated, the bonding force between the glass epoxy substrate and the copper foil increased. In other words, the magnetization of the nickel nanoparticles was saturated, and the magnetic adsorption force between the magnetized nickel nanoparticles was added to the bonding force of the nickel nanoparticles metallically bonded to each other, and the bonding force between the glass epoxy substrate and the copper foil increased.
This bonding strength is also equivalent to the bonding strength in Example 11. In other words, even if the organic compound dispersing the nickel nanoparticles is different, if the viscosity of the paste is the same, the thickness of the bonding layer made of a collection of metallically bonded nickel nanoparticles is equivalent, and since the size of the nickel nanoparticles is equivalent, the magnetic adsorption force between the nickel nanoparticles is also equivalent.
実施例28
本実施例は、実施例24のペーストを用い、実施例12と同様に、ポリイミドフィルムの両面に、金属結合したニッケルのナノ粒子の集まりを介して、2枚の銅箔を接合させる。
実施例24で作成したペーストを、ポリイミドフィルムの両面と、2枚の銅箔のラミネート面とに塗布し、塗布面同士を重ね合わせた。さらに、一方の銅箔の上に、銅箔と同じ形状の板材を載せ、さらに、板材の上に20kgの重りを載せ、試料を大気雰囲気で330℃に昇温し、ペーストからエタノールとテトラエチレングリコールを気化させた。
この後、ポリイミドフィルムと銅箔との結合力を、実施例2で行った粘着力の試験方法に基づいて測定した結果、実施例12と同等の600gの荷重に耐えた。つまり、ニッケルのナノ粒子を分散させる有機化合物が異なっていても、ペーストの粘度が同じであれば、金属結合したニッケルのナノ粒子の集まりからなる接合層の厚みが同等であるため、また、ニッケルのナノ粒子の大きさが同等であるため、同等の結合力でポリイミドフィルムが銅箔に接合されることが分かった。
さらに、ポリイミドフィルムの両面に銅箔のラミネート面が結合された部位の全体に、実施例10で用いたヘルムホルツコイル・磁界発生装置によって、直流磁界を加えた。再度、粘着力の試験方法に基づいて測定した結果、粘着力が実施例12と同等の1kgの荷重に耐えた。このため、接合部に析出したニッケルのナノ粒子の磁化を飽和させると、ポリイミドフィルムと銅箔との接合強度が著しく増えた。つまり、ニッケルのナノ粒子を分散させる有機化合物が異なっていても、ペーストの粘度が同じであれば、金属結合したニッケルのナノ粒子の集まりからなる接合層の厚みが同等であるため、また、ニッケルのナノ粒子の大きさが同等であるため、ニッケルのナノ粒子同士の磁気吸着力も同等になる。
Example 28
In this example, the paste of Example 24 is used, and similarly to Example 12, two copper foils are bonded to both sides of a polyimide film via clusters of metallically bonded nickel nanoparticles.
The paste prepared in Example 24 was applied to both sides of a polyimide film and to the laminated surfaces of two copper foils, and the applied surfaces were placed together. A plate material having the same shape as the copper foil was placed on one of the copper foils, and a weight of 20 kg was placed on the plate material. The sample was heated to 330° C. in an air atmosphere, and ethanol and tetraethylene glycol were vaporized from the paste.
Thereafter, the bonding strength between the polyimide film and the copper foil was measured based on the adhesive strength test method used in Example 2, and the result showed that the polyimide film could withstand a load of 600 g, which was equivalent to that of Example 12. In other words, even if the organic compound dispersing the nickel nanoparticles was different, if the viscosity of the paste was the same, the thickness of the bonding layer consisting of a collection of metallically bonded nickel nanoparticles was equivalent, and also, the size of the nickel nanoparticles was equivalent, so that the polyimide film was bonded to the copper foil with the same bonding strength.
Furthermore, a direct current magnetic field was applied to the entire area where the laminated surfaces of the copper foil were bonded to both sides of the polyimide film by the Helmholtz coil/magnetic field generator used in Example 10. The adhesive strength was measured again based on the adhesive strength test method, and the adhesive strength withstood a load of 1 kg, which was the same as in Example 12. Therefore, when the magnetization of the nickel nanoparticles precipitated at the joint was saturated, the bonding strength between the polyimide film and the copper foil increased significantly. In other words, even if the organic compound that disperses the nickel nanoparticles is different, if the viscosity of the paste is the same, the thickness of the bonding layer consisting of a collection of metallically bonded nickel nanoparticles is the same, and since the size of the nickel nanoparticles is the same, the magnetic adsorption force between the nickel nanoparticles is also the same.
実施例29
本実施例は、実施例24のペーストを用いて、ソケットとパイプとの篏合部の寸法と加工条件とが実施例22で用いたソケットとパイプと同等であるソケットとパイプを用い、実施例22と同様に、SUS304からなるソケットに、ニッケルのナノ粒子の集まりを介して、アルミニウムからなるパイプを接合する。このため、実施例24のペーストを、SUS304のソケットの内面と、アルミニウムのパイプが接合する面とに塗布し、アルミニウムからなるパイプを、SUS304のソケットに挿入した。さらに、大気雰囲気で330℃に昇温し、ペーストからエタノールとテトラエチレングリコールを気化させた。この後、ソケットを治具で固定し、パイプを反発力が強まるまで回転させた。
この後、ソケットとパイプとの結合力を、実施例4で用いた引張試験機で測定した結果、実施例22と同等の500Nの接合強度を持った。このため、ニッケルのナノ粒子の集まりが、一定の結合力でソケットとパイプとを結合した。つまり、ペーストの粘度が実施例22と同等で、ソケットとパイプとの結合する接合層の厚みが変わらないため、さらに、ソケットとパイプとの篏合部の寸法と加工条件とが実施例22と同等で、また、ソケットを停止し、パイプを回転させる条件が同等であるため、ソケットとパイプの接合部のニッケルのナノ粒子の集まりに同等の剪断力が発生し、また、金属のナノ粒子の大きさが同等であるため、ナノ粒子の材質が異なっても、接合強度は実施例22と同等であった。
さらに、SUS304のソケットとアルミニウムのパイプとの接合部に、実施例10で用いたヘルムホルツコイル・磁界発生装置によって、直流磁界を加えた。この後、再度、引張試験機でソケットとパイプとの結合力を測定した結果、結合力は1000Nに増大した。この結果から、接合部に析出したニッケルのナノ粒子の磁化を飽和させると、SUS304のソケットとアルミニウムのパイプとの結合力が2倍に増大した。つまり、ニッケルのナノ粒子の磁化を飽和させ、磁化が飽和したニッケルのナノ粒子同士の磁気吸着力が、ニッケルのナノ粒子同士が金属結合した結合力に加算され、SUS304のソケットとアルミニウムのパイプとの結合力が増大した。従って、部品同士の接合において、強磁性金属のナノ粒子が分散されたペーストを用い、強磁性金属のナノ粒子の磁化を飽和させ、ナノ粒子同士の磁気吸着力を発現させることで、部品同士の接合力が高まる。
Example 29
In this example, the paste of Example 24 is used, and a socket and a pipe having the same dimensions and processing conditions as those of the socket and the pipe used in Example 22 are used, and an aluminum pipe is joined to a socket made of SUS304 via a collection of nickel nanoparticles, as in Example 22. For this purpose, the paste of Example 24 is applied to the inner surface of the SUS304 socket and the surface to which the aluminum pipe is joined, and the aluminum pipe is inserted into the SUS304 socket. Furthermore, the temperature is raised to 330°C in an air atmosphere, and ethanol and tetraethylene glycol are vaporized from the paste. After this, the socket is fixed with a jig, and the pipe is rotated until the repulsive force becomes strong.
After this, the bonding strength between the socket and the pipe was measured with the tensile tester used in Example 4, and the bonding strength was 500N, which was equivalent to that of Example 22. Therefore, the collection of nickel nanoparticles bonded the socket and the pipe with a constant bonding strength. In other words, the viscosity of the paste was equivalent to that of Example 22, and the thickness of the bonding layer bonding the socket and the pipe did not change, and further, the dimensions and processing conditions of the joint between the socket and the pipe were equivalent to those of Example 22, and the conditions for stopping the socket and rotating the pipe were equivalent, so that the same shear force was generated in the collection of nickel nanoparticles at the joint between the socket and the pipe, and the size of the metal nanoparticles was equivalent, so that even if the material of the nanoparticles was different, the bonding strength was equivalent to that of Example 22.
Furthermore, a direct current magnetic field was applied to the joint between the SUS304 socket and the aluminum pipe by the Helmholtz coil/magnetic field generator used in Example 10. After this, the bonding force between the socket and the pipe was measured again by the tensile tester, and the bonding force increased to 1000 N. From this result, when the magnetization of the nickel nanoparticles precipitated at the joint was saturated, the bonding force between the SUS304 socket and the aluminum pipe was doubled. In other words, the magnetic attraction force between the nickel nanoparticles, which were saturated with the magnetization of the nickel nanoparticles, was added to the bonding force between the nickel nanoparticles bonded by metal bonding, and the bonding force between the SUS304 socket and the aluminum pipe was increased. Therefore, in the bonding between the parts, a paste in which ferromagnetic metal nanoparticles are dispersed is used, the magnetization of the ferromagnetic metal nanoparticles is saturated, and the magnetic attraction force between the nanoparticles is expressed, thereby increasing the bonding force between the parts.
実施例30
本実施例は、実施例25のペーストを用い、実施例14と同様に、600ボルト用の架橋ポリエチレン絶縁ビニルシースケーブルからなる配線用の電線の先端部分の銅からなる導体に、銅からなる端子板を接合する。このため、実施例25で作成したペーストを、銅の端子板と銅の導体との接触部に滴下させ、銅の端子板と銅の導体を、窒素雰囲気で330℃に昇温し、ペーストからエタノールとテトラエチレングリコールを気化させた。
この後、銅の端子板と銅の導体との結合力を、実施例10で用いた引張試験機で測定した結果、実施例14より大きな400Nの接合強度を持った。つまり、本実施例で用いたペーストの粘度が、実施例14のペーストの粘度より高いため、ペーストの粘度の増大に応じて、銅の端子板と銅の導体との接合部の体積が増大し、銅の端子板と銅の導体との結合力が増大した。
さらに、実施例14と同様に、銅の端子板と銅の導体との接触部に、直流磁界を加えた。この後、再度、銅の端子板と銅の導体との結合力を、引張試験機で測定した結果、引張強度は800Nに増大した。つまり、ニッケルのナノ粒子の磁化を飽和させ、磁化が飽和したニッケルのナノ粒子同士の磁気吸着力が、ニッケルのナノ粒子同士が金属結合した結合力に加算され、銅の端子板と銅の導体との結合力が2倍に増大した。従って、部品同士の接合において、強磁性金属のナノ粒子が分散されたペーストを用い、強磁性金属のナノ粒子の磁化を飽和させ、ナノ粒子同士の磁気吸着力を、ナノ粒子同士の金属結合力に加算するのが有効である。
Example 30
In this example, a copper terminal plate is joined to a copper conductor at the tip of a 600- volt cross-linked polyethylene-insulated vinyl sheathed cable for wiring, in the same manner as in Example 14, using the paste of Example 25. For this purpose, the paste prepared in Example 25 was dropped onto the contact portion between the copper terminal plate and the copper conductor, and the copper terminal plate and the copper conductor were heated to 330° C. in a nitrogen atmosphere, and the ethanol and tetraethylene glycol were vaporized from the paste.
Thereafter, the bonding strength between the copper terminal plate and the copper conductor was measured using the tensile tester used in Example 10, and the result was a bonding strength of 400 N, which was greater than that of Example 14. In other words, since the viscosity of the paste used in this example was greater than that of the paste in Example 14, the volume of the joint between the copper terminal plate and the copper conductor increased with the increase in the viscosity of the paste, and the bonding strength between the copper terminal plate and the copper conductor increased.
Further, as in Example 14, a direct current magnetic field was applied to the contact portion between the copper terminal plate and the copper conductor. After this, the bonding force between the copper terminal plate and the copper conductor was measured again with a tensile tester, and the tensile strength increased to 800 N. That is, the magnetization of the nickel nanoparticles was saturated, and the magnetic adsorption force between the magnetized nickel nanoparticles was added to the bonding force of the nickel nanoparticles metallically bonded to each other, and the bonding force between the copper terminal plate and the copper conductor was doubled. Therefore, in the bonding between parts, it is effective to use a paste in which ferromagnetic metal nanoparticles are dispersed, to saturate the magnetization of the ferromagnetic metal nanoparticles, and to add the magnetic adsorption force between the nanoparticles to the metallic bonding force between the nanoparticles.
実施例31
本実施例は、実施例25のペーストを用い、実施例7と同様に、実施例4で用いた銅箔が接着されていないガラスエポキシ基板に、金属結合したニッケルのナノ粒子の集まりを介して、実施例7で用いた銅箔を接合させる。
ガラスエポキシ基板の表面に実施例25で作成したペーストを塗布し、銅箔のラミネート面にも実施例25で作成したペーストを塗布し、塗布面同士を重ね合わせた。さらに、銅箔の上に、銅箔と同じ形状の板材を載せ、また、板材の上に20kgの重りを載せ、試料を、窒素雰囲気で330℃に昇温し、ペーストからエタノールとテトラエチレングリコールを気化させた。
この後、ガラスエポキシ基板と銅箔との結合力を、実施例4で行った粘着力の試験方法に基づいて測定した結果、900gの荷重に耐えた。この結合力の値は、実施例20におけるガラスエポキシ基板と銅箔との結合力と同等である。つまり、本実施例で用いたペーストの粘度が、実施例20で用いたペーストの粘度と同等であるため、金属のナノ粒子の材質が異なっても、ガラスエポキシ基板と銅箔とを接合する接合層の厚みが変わらないため、また、金属のナノ粒子の大きさが同等であるため、本実施例におけるガラスエポキシ基板と銅箔との結合力が、実施例20結合力と同等になった。
さらに、ガラスエポキシ基板に銅箔を接合させた部位に、実施例10で用いたヘルムホルツコイル・磁界発生装置によって、直流磁界を加えた。この後、再度、粘着力の試験方法に基づいてガラスエポキシ基板と銅箔との結合力を測定した結果、結合力は1.4kgの荷重に耐えた。この結果から、接合部に析出したニッケルのナノ粒子の磁化を飽和させると、ガラスエポキシ基板と銅箔との結合力が増大した。つまり、ニッケルのナノ粒子の磁化を飽和させ、磁化が飽和したニッケルのナノ粒子同士の磁気吸着力が、ニッケルのナノ粒子同士が金属結合した結合力に加算され、ガラスエポキシ基板と銅箔との結合力が増大した。従って、基材同士をさらに強固に接合させる手段として、強磁性金属のナノ粒子が分散されたペーストを用い、強磁性金属のナノ粒子の磁化を飽和させ、ナノ粒子同士の磁気吸着力を、ナノ粒子同士の金属結合力に加算するのが有効である。
Example 31
In this example, the paste of Example 25 is used, and in the same manner as in Example 7, the copper foil used in Example 7 is bonded to a glass epoxy substrate to which the copper foil used in Example 4 is not attached, via a collection of metallically bonded nickel nanoparticles.
The paste prepared in Example 25 was applied to the surface of the glass epoxy substrate, and the paste prepared in Example 25 was also applied to the laminate surface of the copper foil, and the applied surfaces were overlapped. Furthermore, a plate material having the same shape as the copper foil was placed on the copper foil, and a weight of 20 kg was placed on the plate material. The sample was heated to 330° C. in a nitrogen atmosphere, and ethanol and tetraethylene glycol were vaporized from the paste.
After that, the bonding strength between the glass epoxy substrate and the copper foil was measured based on the adhesive strength test method performed in Example 4, and the result was that the substrate withstood a load of 900 g. This value of bonding strength is equivalent to the bonding strength between the glass epoxy substrate and the copper foil in Example 20. That is, since the viscosity of the paste used in this example is equivalent to the viscosity of the paste used in Example 20, even if the material of the metal nanoparticles is different, the thickness of the bonding layer bonding the glass epoxy substrate and the copper foil does not change, and since the size of the metal nanoparticles is equivalent, the bonding strength between the glass epoxy substrate and the copper foil in this example is equivalent to the bonding strength in Example 20.
Furthermore, a direct current magnetic field was applied to the portion where the copper foil was bonded to the glass epoxy substrate by the Helmholtz coil/magnetic field generator used in Example 10. After this, the bonding strength between the glass epoxy substrate and the copper foil was measured again based on the adhesive strength test method, and the bonding strength withstood a load of 1.4 kg. From this result, when the magnetization of the nickel nanoparticles precipitated at the bonding portion was saturated, the bonding strength between the glass epoxy substrate and the copper foil increased. In other words, the magnetization of the nickel nanoparticles was saturated, and the magnetic adsorption force between the magnetized nickel nanoparticles was added to the bonding force of the nickel nanoparticles metallically bonded to each other, and the bonding strength between the glass epoxy substrate and the copper foil increased. Therefore, as a means for further firmly bonding the substrates to each other, it is effective to use a paste in which ferromagnetic metal nanoparticles are dispersed, saturate the magnetization of the ferromagnetic metal nanoparticles, and add the magnetic adsorption force between the nanoparticles to the metallic bonding force between the nanoparticles.
実施例32
本実施例は、実施例25のペーストを用い、実施例12と同様に、ポリイミドフィルムの両面に2枚の銅箔を接合する。このため、実施例25で作成したペーストを、ポリイミドフィルムの両面と、2枚の銅箔のラミネート面とに塗布し、塗布面同士を重ね合わせた。さらに、一方の銅箔の上に、銅箔と同じ形状の板材を載せ、さらに、板材の上に20kgの重りを載せ、試料を大気雰囲気で330℃に昇温し、ペーストからエタノールとテトラエチレングリコールを気化させた。
この後、ポリイミドフィルムと銅箔との結合力を、実施例2で行った粘着力の試験方法に基づいて測定した結果、1kgの荷重に耐えた。このため、ポリイミドフィルムと銅箔とが、銅のナノ粒子の集まりを介して結合された。この結合力は、実施例21における結合力と同等である。つまり、金属のナノ粒子が銅からニッケルに材質が替わっても、ペーストの粘度が同等で、さらに、加えた圧縮荷重も同等であるため、また、金属のナノ粒子の大きさが同等であるため、金属のナノ粒子の集まりからなる接合層の結合力は変わらなかった。
さらに、ポリイミドフィルムの両面に銅箔のラミネート面が結合された部位の全体に、実施例10で用いたヘルムホルツコイル・磁界発生装置によって、直流磁界を加えた。再度、粘着力の試験方法に基づいて測定した結果、粘着力が1500gの荷重に耐えた。つまり、接合部に析出したニッケルのナノ粒子の磁化を飽和させると、ポリイミドフィルムと銅箔との粘着力が1.5倍に増えた。
これに対し、実施例28では、塗布面からペーストからエタノールとテトラエチレングリコールを気化させた後において、ポリイミドフィルムと銅箔との粘着力が、600gの荷重に耐え、接合部に析出したニッケルのナノ粒子の磁化を飽和させると、1000gの荷重に耐えた。従って、基材同士の粘着力を増やすには、用いるペーストの粘度を増大し、金属結合した金属のナノ粒子の集まりからなる接合層の厚みを増やすことで、基材同士の粘着力が増大する。さらに、強磁性金属からなるナノ粒子の集まりによって接合層を形成すれば、強磁性金属のナノ粒子の磁化を飽和させ、磁化が飽和した強磁性金属のナノ粒子同士の磁気吸着力が、金属結合した金属のナノ粒子の集まりの結合力に加算されるため、さらに基材同士の粘着力を増える。
Example 32
In this example, the paste of Example 25 is used to bond two copper foils to both sides of a polyimide film in the same manner as in Example 12. For this purpose, the paste prepared in Example 25 is applied to both sides of a polyimide film and to the laminated surfaces of two copper foils, and the applied surfaces are overlapped. Furthermore, a plate material having the same shape as the copper foil is placed on one of the copper foils, and a weight of 20 kg is placed on the plate material. The sample is heated to 330° C. in an air atmosphere, and ethanol and tetraethylene glycol are vaporized from the paste.
After that, the bonding strength between the polyimide film and the copper foil was measured based on the adhesive strength test method performed in Example 2, and the result was that it withstood a load of 1 kg. Therefore, the polyimide film and the copper foil were bonded via the collection of copper nanoparticles. This bonding strength is equivalent to the bonding strength in Example 21. In other words, even if the material of the metal nanoparticles was changed from copper to nickel, the viscosity of the paste was the same, and further, the applied compressive load was also the same, and the size of the metal nanoparticles was the same, so the bonding strength of the bonding layer consisting of the collection of metal nanoparticles did not change.
Furthermore, a DC magnetic field was applied to the entire area where the copper foil laminated surfaces were bonded to both sides of the polyimide film using the Helmholtz coil/magnetic field generator used in Example 10. The adhesive strength was measured again based on the adhesive strength test method, and the adhesive strength withstood a load of 1500 g. In other words, when the magnetization of the nickel nanoparticles precipitated at the joint was saturated, the adhesive strength between the polyimide film and the copper foil increased by 1.5 times.
In contrast, in Example 28, after ethanol and tetraethylene glycol were evaporated from the paste from the coating surface, the adhesive strength between the polyimide film and the copper foil withstood a load of 600 g, and when the magnetization of the nickel nanoparticles precipitated at the joint was saturated, it withstood a load of 1000 g. Therefore, in order to increase the adhesive strength between the substrates, the viscosity of the paste used is increased, and the thickness of the bonding layer consisting of a collection of metal nanoparticles bonded by metal bonding is increased, thereby increasing the adhesive strength between the substrates. Furthermore, if the bonding layer is formed by a collection of nanoparticles made of ferromagnetic metal, the magnetization of the ferromagnetic metal nanoparticles is saturated, and the magnetic adsorption force between the ferromagnetic metal nanoparticles whose magnetization is saturated is added to the bonding force of the collection of metal nanoparticles bonded by metal bonding, thereby further increasing the adhesive strength between the substrates.
以上に、12からなるペーストを作成する実施例を説明したが、ペーストの作成はこれら12の実施例に限定されない。すなわち、ナノ粒子の金属は、銅とニッケルに限定されず、27段落と28段落に記載した様々な金属化合物を用いることで、銅とニッケル以外の金属からなるナノ粒子が析出できる。また、ナノ粒子を分散させる有機化合物は、n-オクタン、n-ノナン、ないしは、テトラエチレングリコールに限定されず、23段落に記載した炭素原子の数が8-10からなる第1級アルコールを用いることができる。また、ペーストの20℃における粘度は、6、7、10ミリパスカル秒に限定されず、22段落と24段落に記載したジエチルエーテル、アセトン、エタノール、ないしは、芳香族炭化水素に属する有機溶剤を、炭素原子の数が8-10からなる第1級アルコールに混合すれば、有機溶剤の混合割合に応じてペーストの粘度が変えられる。従って、ペーストの作成は、12の実施例に限定されない。
また、金属のナノ粒子の集まりからなる被膜を形成する実施例として、銅のナノ粒子の集まりからなる3つの被膜の形成を実施例で説明した。金属のナノ粒子の集まりからなる被膜の形成は、これらの実施例に限定されない。すなわち、27段落と28段落に記載した様々な金属化合物を用いることで、銅以外の金属からなる被膜が形成できる。また、被膜を形成生する際に用いるペーストの粘度を変えることで、金属のナノ粒子の集まりからなる被膜の厚みは自在に変えられる。従って、金属のナノ粒子の集まりからなる被膜の形成は、銅のナノ粒子の集まりからなる3つの実施例に限定されない。
さらに、金属結合した金属のナノ粒子の集まりからなる接合層によって、部品同士を接合する実施例として、600ボルト用の架橋ポリエチレン絶縁ビニルシースケーブルからなる配線用の電線の先端部分の銅からなる導体に、銅からなる端子板を接合する実施例を説明した。また、SUS304からなるソケットに、ソケットの内径と同一の外径を持つアルミニウムからなるパイプを接合する実施例を説明した。部品同士を接合する事例は、これらの実施例に限定されない。すなわち、部品同士を接触させ、接触部位にペーストを滴下し、その後、ペーストを構成する有機溶剤と有機化合物とを気化させれば、金属結合した金属のナノ粒子の集まりからなる接合層によって、部品同士が接合される。従って、部品同士を接合する事例は、これらの実施例に限定されない。
また、金属結合した金属のナノ粒子の集まりからなる接合層によって、基材同士を接合する実施例として、ガラスエポキシ基板に銅箔を接合させる事例と、ポリイミドフィルムの両面に2枚の銅箔を接合する事例を実施例として説明したが、基材同士の接合は、これらの実施例に限定されない。すなわち、基材同士を接合する接合面にペーストを塗布し、ペーストが塗布された双方の接合部位同士を重ね合わせ、さらに、一方の基材に圧縮荷重を加え、この後、基材同士を液体の有機化合物の沸点に昇温し、さらに、一方の基材に加える圧縮荷重の印加を停止することによって、金属結合した金属のナノ粒子の集まりからなる接合層によって、基材同士が接合される。従って、基材同士の接合は、これらの実施例に限定されない。
さらに、金属のナノ粒子として、強磁性金属であるニッケルのナノ粒子を用い、部品同士を接合する際に、ないしは、基材同士を接合する際に、ニッケルのナノ粒子同士が金属結合で結合した結合部に、ニッケルのナノ粒子の磁化が飽和する磁界を加えることで、磁化が飽和したニッケルのナノ粒子同士の磁気吸着力が、ニッケルのナノ粒子同士が金属結合した結合力に加算され、結合部の結合力が増大することを、実施例で説明した。同様に、鉄ないしはコバルトからなる強磁性金属のナノ粒子を用いることで、磁化が飽和した強磁性金属のナノ粒子同士の磁気吸着力が、強磁性金属のナノ粒子同士が金属結合した結合力に加算され、結合部の結合力が増大する。
Although the embodiment for preparing the paste consisting of 12 has been described above, the preparation of the paste is not limited to these 12 embodiments. That is, the metal of the nanoparticles is not limited to copper and nickel, and by using various metal compounds described in paragraphs 27 and 28, nanoparticles consisting of metals other than copper and nickel can be precipitated. In addition, the organic compound for dispersing the nanoparticles is not limited to n-octane, n-nonane, or tetraethylene glycol, and a primary alcohol having 8-10 carbon atoms described in paragraph 23 can be used. In addition, the viscosity of the paste at 20° C. is not limited to 6, 7, or 10 millipascal seconds, and if diethyl ether, acetone, ethanol, or an organic solvent belonging to aromatic hydrocarbons described in paragraphs 22 and 24 is mixed with a primary alcohol having 8-10 carbon atoms, the viscosity of the paste can be changed according to the mixing ratio of the organic solvent. Therefore, the preparation of the paste is not limited to the embodiment of 12.
In addition, as an example of forming a coating made of a collection of metal nanoparticles, the formation of three coatings made of a collection of copper nanoparticles has been described in the examples. The formation of a coating made of a collection of metal nanoparticles is not limited to these examples. That is, by using various metal compounds described in paragraphs 27 and 28, a coating made of a metal other than copper can be formed. In addition, by changing the viscosity of the paste used to form the coating, the thickness of the coating made of a collection of metal nanoparticles can be freely changed. Therefore, the formation of a coating made of a collection of metal nanoparticles is not limited to the three examples made of a collection of copper nanoparticles.
Furthermore, as an example of joining parts together by a joining layer made of a collection of metallic nanoparticles bonded to each other, an example of joining a copper terminal plate to a copper conductor at the tip of a wiring wire made of a cross-linked polyethylene insulated vinyl sheath cable for 600 volts has been described. Also, an example of joining an aluminum pipe having an outer diameter equal to the inner diameter of a socket made of SUS304 has been described. Examples of joining parts together are not limited to these examples. That is, by bringing parts into contact with each other, dripping a paste onto the contact area, and then vaporizing the organic solvent and organic compound that make up the paste, the parts are joined together by a joining layer made of a collection of metallic nanoparticles bonded to each other. Therefore, examples of joining parts together are not limited to these examples.
In addition, as examples of bonding substrates to each other by a bonding layer consisting of a collection of metallic nanoparticles, a case where copper foil is bonded to a glass epoxy substrate and a case where two sheets of copper foil are bonded to both sides of a polyimide film have been described as examples, but the bonding of substrates to each other is not limited to these examples. That is, a paste is applied to the bonding surface where the substrates are bonded to each other, the bonding portions where the paste is applied are overlapped, and a compressive load is applied to one of the substrates, and then the substrates are heated to the boiling point of the liquid organic compound, and the application of the compressive load applied to one of the substrates is stopped, whereby the substrates are bonded to each other by a bonding layer consisting of a collection of metallic nanoparticles. Therefore, the bonding of substrates to each other is not limited to these examples.
Furthermore, as the metal nanoparticles, nickel nanoparticles, which are ferromagnetic metals, are used, and when joining parts together or joining base materials together, a magnetic field that saturates the magnetization of the nickel nanoparticles is applied to the joint where the nickel nanoparticles are metallically bonded together, and the magnetic attraction force between the magnetized nickel nanoparticles is added to the metallic bond between the nickel nanoparticles, increasing the bonding force of the joint. Similarly, by using ferromagnetic metal nanoparticles made of iron or cobalt, the magnetic attraction force between the magnetized ferromagnetic metal nanoparticles is added to the metallic bond between the ferromagnetic metal nanoparticles, increasing the bonding force of the joint.
1 銅のナノ粒子 2 n-オクタン
1. Copper nanoparticles 2. n-octane
Claims (10)
メタノールに分散するが、メタノールに溶解しない第一の性質と、熱分解で金属を析出する第二の性質を兼備する金属化合物をメタノールに分散し、該金属化合物のメタノール分散液を作成する、さらに、該金属化合物のメタノール分散液からメタノールを気化させ、前記金属化合物の結晶の集まりを析出させる、
この後、前記金属化合物の結晶の集まりを容器に充填し、該容器内の前記金属化合物の結晶の集まりの表面の全体を覆う板材を、該金属化合物の結晶の集まりの表面に被せ、さらに、該板材の表面全体に圧縮荷重を加え、前記容器内の前記金属化合物の結晶の集まりを粉砕する、さらに、前記板材に圧縮荷重を加える処理を停止した後に、前記容器に前後、左右、上下の3方向の衝撃加速度を加え、前記金属化合物の結晶の粉砕によって形成された前記容器内の空隙に、前記粉砕された金属化合物の結晶を移動させ、該容器内で前記粉砕された金属化合物の結晶の集まりを再配列させる、この後、前記板材の表面全体に再度前記圧縮荷重を加え、さらに、前記板材に圧縮荷重を加える処理を停止した後に、前記容器に再度前記3方向の衝撃加速度を加える、こうした前記圧縮荷重を加える処理と前記衝撃加速度を加える処理とからなる一対の処理を繰り返し、前記板材に圧縮荷重を加えた際に、該板材に前記圧縮荷重に対する反発力が発生した時点で、前記金属化合物の結晶の粉砕が完了したと判断し、前記一対の処理を停止し、さらに、前記板材を前記容器から取り外す、
この後、融点が15℃より低い第一の性質と、前記金属化合物が溶解及び分散しない第二の性質と、沸点が前記金属化合物の熱分解温度より高い第三の性質と、前記金属化合物の熱分解で析出する金属のナノ粒子と化学反応を起こさない第四の性質と、20℃における表面張力が30ミリニュートン毎メートル以下である第五の性質とからなる5つの性質を兼備する液体の有機化合物を、前記金属化合物の結晶の集まりの重量より多い重量として秤量し、該秤量した液体の有機化合物を前記容器に充填して攪拌し、前記金属化合物の粉砕された結晶の集まりが、前記液体の有機化合物に分散された懸濁液を前記容器内に作成する、
この後、前記容器を、前記粉砕された金属化合物の結晶を熱分解させる雰囲気に配置させ、さらに、前記粉砕された金属化合物の結晶が熱分解する温度に昇温する、この処理によって、金属のナノ粒子が前記液体の有機化合物に囲まれて析出し、前記容器内に、前記金属のナノ粒子の集まりが前記液体の有機化合物中に分散した構成からなるペーストが製造される、
この後、前記ペーストの20℃における粘度が、20ミリパスカル秒以下からなる予め設定した粘度になるように、前記液体の有機化合物に溶解ないしは混和する第一の性質と、沸点が前記液体の有機化合物の沸点より低い第二の性質とを兼備する有機溶剤を、前記ペーストに混合する混合割合を変えて混合し、前記予め設定した粘度を有するペーストを前記容器内に製造する、金属のナノ粒子の集まりが有機化合物に分散されたペーストを製造する方法。 A method for producing a paste in which a collection of metal nanoparticles is dispersed in an organic compound includes the steps of:
A metal compound having both a first property of being dispersed in methanol but not dissolved in methanol and a second property of precipitating a metal by thermal decomposition is dispersed in methanol to prepare a methanol dispersion of the metal compound; and further, methanol is evaporated from the methanol dispersion of the metal compound to precipitate a crystal cluster of the metal compound.
Then, the collection of crystals of the metal compound is filled into a container, a plate material that covers the entire surface of the collection of crystals of the metal compound in the container is placed on the surface of the collection of crystals of the metal compound, and a compressive load is applied to the entire surface of the plate material to crush the collection of crystals of the metal compound in the container. After the process of applying the compressive load to the plate material is stopped, impact acceleration is applied to the container in three directions, namely, front-back, left-right, and up-down, to move the crushed crystals of the metal compound to the gaps in the container formed by the crushing of the crystals of the metal compound, and rearrange the crushed collection of crystals of the metal compound in the container. Then, the compressive load is applied again to the entire surface of the plate material, and after the process of applying the compressive load to the plate material is stopped, impact acceleration is applied again to the container in the three directions. Such a pair of processes consisting of the process of applying the compressive load and the process of applying the impact acceleration are repeated, and when a repulsive force against the compressive load is generated in the plate material when the compressive load is applied to the plate material, it is determined that the crushing of the crystals of the metal compound is completed, and the pair of processes is stopped, and the plate material is removed from the container.
Then, a liquid organic compound having five properties, namely, a first property of a melting point lower than 15°C, a second property of the metal compound not dissolving or dispersing therein, a third property of a boiling point higher than the thermal decomposition temperature of the metal compound, a fourth property of not reacting chemically with metal nanoparticles precipitated by thermal decomposition of the metal compound, and a fifth property of a surface tension of 30 millinewtons per meter or less at 20°C, is weighed out in a weight greater than the weight of the aggregate of crystals of the metal compound, and the weighed liquid organic compound is filled into the container and stirred to create a suspension in the container in which the aggregate of crushed crystals of the metal compound is dispersed in the liquid organic compound.
Thereafter, the container is placed in an atmosphere in which the crushed metal compound crystals are thermally decomposed, and the temperature is raised to a temperature at which the crushed metal compound crystals are thermally decomposed. Through this process, metal nanoparticles are precipitated surrounded by the liquid organic compound, and a paste consisting of a collection of the metal nanoparticles dispersed in the liquid organic compound is produced in the container.
Then, an organic solvent having a first property of dissolving or being mixed in the liquid organic compound and a second property of having a boiling point lower than the boiling point of the liquid organic compound is mixed into the paste at varying mixing ratios so that the viscosity of the paste at 20°C becomes a preset viscosity of 20 millipascal seconds or less, thereby producing a paste having the preset viscosity in the container.
前記した方法で製造したペーストを基材ないしは部品の表面に塗布し、該ペーストが有する粘度に応じた厚みからなる塗膜を、前記基材ないしは前記部品の表面に形成する、この後、該基材ないしは該部品を、前記した液体の有機化合物の沸点に昇温する、
この処理によって、最初に前記塗膜から、前記した有機溶剤が気化し、次いで前記した液体の有機化合物が気化し、次に前記ペーストに分散していた金属のナノ粒子の集まりが活性化し、該活性化した金属のナノ粒子の集まりが重なり合って前記ペーストを塗布した部位に析出し、さらに、該重なり合って析出した金属のナノ粒子同士が互いに接触する部位で金属結合し、該金属結合した金属のナノ粒子の集まりからなる導電層が、前記ペーストが有する粘度に応じた厚みからなる導電層として、前記基材ないしは前記部品の表面に形成される、
請求項1に記載した方法で製造したペーストを用い、基材ないしは部品の表面に、金属結合した金属のナノ粒子の集まりからなる導電層を形成する方法。 A method for forming a conductive layer consisting of a collection of metallic nanoparticles bonded to each other on the surface of a substrate or a part using the paste produced by the method according to claim 1 is as follows:
The paste produced by the above method is applied to a surface of a substrate or a part, and a coating film having a thickness corresponding to the viscosity of the paste is formed on the surface of the substrate or the part. Thereafter, the substrate or the part is heated to the boiling point of the organic compound of the liquid.
Through this treatment, first the organic solvent evaporates from the coating film, then the liquid organic compound evaporates, and then the clusters of metal nanoparticles dispersed in the paste are activated, the activated clusters of metal nanoparticles overlap and precipitate at the site where the paste was applied, and further, the clusters of overlapping and precipitated metal nanoparticles metal-bond at the sites where they come into contact with each other, and a conductive layer consisting of the clusters of metal nanoparticles that are metal-bonded is formed on the surface of the substrate or the part as a conductive layer having a thickness according to the viscosity of the paste.
2. A method for forming a conductive layer consisting of a collection of metallic nanoparticles bonded to each other on the surface of a substrate or part, using the paste produced by the method according to claim 1.
部品の一部を基材の表面に接触させ、前記した方法で製造したペーストを、前記部品の一部が前記基材と接触する部位に滴下する、この後、該基材と該部品との双方を、前記した液体の有機化合物の沸点に昇温する、
この処理によって、最初に前記滴下したペーストから、前記した有機溶剤が気化し、次いで前記した液体の有機化合物が気化し、次に前記ペーストに分散していた金属のナノ粒子の集まりが活性化し、該活性化した金属のナノ粒子の集まりが重なり合って前記ペーストを滴下した部位に析出し、さらに、該重なり合って析出した金属のナノ粒子同士が互いに接触する部位で金属結合し、該金属結合した金属のナノ粒子の集まりからなる接合層が、前記ペーストが有する粘度に応じた量からなる接合層として、前記部品の一部が前記基材と接触する部位に形成され、該接合層によって、前記部品の一部が前記基材の表面に接合される、
請求項1に記載した方法で製造したペーストを用い、金属結合した金属のナノ粒子の集まりからなる接合層で、部品を基材に接合する方法、
ないしは、
部品同士を接触させ、該部品同士が接触した部位に、前記した方法で製造したペーストを滴下する、この後、該部品同士を、前記した液体の有機化合物の沸点に昇温する、
この処理によって、最初に前記滴下したペーストから、前記した有機溶剤が気化し、次いで前記した液体の有機化合物が気化し、次に前記ペーストに分散していた金属のナノ粒子の集まりが活性化し、該活性化した金属のナノ粒子の集まりが重なり合って前記ペーストを滴下した部位に析出し、さらに、該重なり合って析出した金属のナノ粒子同士が互いに接触する部位で金属結合し、該金属結合した金属のナノ粒子の集まりからなる接合層が、前記ペーストが有する粘度に応じた量からなる接合層として、前記部品同士が接触する部位に形成され、該接合層によって、前記部品同士が接合される、
請求項1に記載した方法で製造したペーストを用い、金属結合した金属のナノ粒子の集まりからなる接合層で部品同士を接合する方法。 A method for bonding a component to a substrate or bonding components to each other using a bonding layer made of a collection of metallic nanoparticles bonded by metallurgical bonding using a paste produced by the method according to claim 1, comprising the steps of:
A part of a component is brought into contact with a surface of a substrate, and the paste produced by the above -mentioned method is dropped onto the portion where the part of the component comes into contact with the substrate. Then, both the substrate and the component are heated to the boiling point of the liquid organic compound.
By this process, first, the organic solvent evaporates from the dropped paste, then the liquid organic compound evaporates, and then the clusters of metal nanoparticles dispersed in the paste are activated, and the activated clusters of metal nanoparticles overlap and precipitate at the site where the paste was dropped, and further, the clusters of overlapping and precipitated metal nanoparticles metal-bond with each other at the sites where they come into contact with each other, and a bonding layer consisting of the clusters of metal nanoparticles that are metal-bonded is formed at the site where a part of the component comes into contact with the base material as a bonding layer in an amount corresponding to the viscosity of the paste, and the part of the component is bonded to the surface of the base material by the bonding layer.
A method for bonding a component to a substrate with a bonding layer consisting of a collection of metallic nanoparticles bonded together by using a paste produced by the method according to claim 1,
Or,
The components are brought into contact with each other, and the paste produced by the above- mentioned method is dripped onto the contacted portion of the components. Thereafter, the components are heated to the boiling point of the liquid organic compound.
By this process, first, the organic solvent evaporates from the dropped paste, then the liquid organic compound evaporates, and then the clusters of metal nanoparticles dispersed in the paste are activated, and the activated clusters of metal nanoparticles overlap and precipitate at the site where the paste was dropped, and further, the clusters of overlapping and precipitated metal nanoparticles metal-bond at the sites where they come into contact with each other, and a bonding layer consisting of the clusters of metal nanoparticles that are metal-bonded is formed at the sites where the components come into contact as a bonding layer in an amount corresponding to the viscosity of the paste, and the components are bonded to each other by the bonding layer.
A method for bonding components together with a bonding layer comprising an assembly of metallic nanoparticles bonded together, using a paste produced by the method according to claim 1.
前記した金属化合物が、熱分解で鉄、ニッケル、ないしは、コバルトからなるいずれかの強磁性金属を析出する金属化合物であり、該金属化合物を、前記した金属化合物として用い、前記したペーストを製造する方法に従って、前記強磁性金属からなるナノ粒子の集まりが、有機化合物に分散された構成からなるペーストを製造し、該ペーストを、部品の一部を基材の表面に接触させた部位に滴下する、この後、該基材と該部品との双方を、前記した液体の有機化合物の沸点に昇温する、
この処理によって、最初に前記滴下したペーストから、前記した有機溶剤が気化し、次いで前記した液体の有機化合物が気化し、次に前記ペーストに分散していた強磁性金属のナノ粒子の集まりが活性化し、該活性化した強磁性金属のナノ粒子の集まりが重なり合って前記ペーストを滴下した部位に析出し、さらに、該重なり合って析出した強磁性金属のナノ粒子同士が磁気吸着し、該磁気吸着した強磁性金属のナノ粒子同士が互いに接触する部位で金属結合し、該金属結合した強磁性金属のナノ粒子の集まりからなる接合層が、前記ペーストが有する粘度に応じた量からなる接合層として、前記部品の一部が前記基材と接触する部位に形成される、
この後、前記部品の一部が前記基材に接合された部位に、前記強磁性金属のナノ粒子の磁化が飽和する磁界を印加し、該強磁性金属のナノ粒子の磁化を飽和させる、この処理によって、前記金属結合した強磁性金属のナノ粒子同士が、飽和した磁化によって磁気吸着し、該強磁性金属のナノ粒子同士が磁気吸着と金属結合とによって接合した該強磁性金属のナノ粒子の集まりからなる接合層によって、前記部品が前記基材に接合される、部品を基材に接合する方法、
ないしは、
前記した熱分解で金属を析出する金属化合物が、熱分解で鉄、ニッケル、ないしは、コバルトからなるいずれかの強磁性金属を析出する金属化合物であり、該金属化合物を、前記した金属化合物として用い、前記したペーストを製造する方法に従って、強磁性金属からなるナノ粒子の集まりが、有機化合物に分散された構成からなるペーストを製造し、該ペーストを、部品同士が接触する部位に滴下する、この後、該部品同士を、前記した液体の有機化合物の沸点に昇温する、
この処理によって、最初に前記滴下したペーストから、前記した有機溶剤が気化し、次いで前記した液体の有機化合物が気化し、次に前記ペーストに分散していた強磁性金属のナノ粒子の集まりが活性化し、該活性化した強磁性金属のナノ粒子の集まりが重なり合って前記ペーストを滴下した部位に析出し、さらに、該重なり合って析出した強磁性金属のナノ粒子同士が互いに磁気吸着し、該磁気吸着した強磁性金属のナノ粒子同士が互いに接触する部位で金属結合し、該金属結合した強磁性金属のナノ粒子の集まりからなる接合層が、前記ペーストが有する粘度に応じた量からなる接合層として、前記部品同士が接触する部位に形成される、
この後、前記部品同士が接触する部位に、前記強磁性金属のナノ粒子の磁化が飽和する磁界を印加し、該強磁性金属のナノ粒子の磁化を飽和させる、この処理によって、前記金属結合した強磁性金属のナノ粒子同士が、飽和した磁化によって磁気吸着し、該強磁性金属のナノ粒子同士が磁気吸着と金属結合とによって接合した該強磁性金属のナノ粒子の集まりからなる接合層によって、前記部品同士が接合される、部品同士を接合する方法。 The method for joining a component to a substrate or joining components together according to claim 3 is a method for joining a component to a substrate or joining components together using a joining layer made of an assembly of ferromagnetic metal nanoparticles that are joined together by magnetic attraction and metallic bonding, and the method for joining a component to a substrate or joining components together comprises:
The metal compound is a metal compound that precipitates a ferromagnetic metal consisting of any one of iron, nickel, and cobalt upon thermal decomposition, and the metal compound is used as the metal compound to produce a paste consisting of a collection of nanoparticles consisting of the ferromagnetic metal dispersed in an organic compound according to the method for producing a paste described above , and the paste is dropped onto a portion of a part that is in contact with the surface of a substrate, and then both the substrate and the part are heated to the boiling point of the liquid organic compound described above .
By this treatment, first, the organic solvent evaporates from the dropped paste, then the organic compound in the liquid evaporates, and then the collection of ferromagnetic metal nanoparticles dispersed in the paste is activated, and the activated collection of ferromagnetic metal nanoparticles overlap and precipitate at the site where the paste was dropped, and further, the overlapping and precipitated ferromagnetic metal nanoparticles are magnetically attracted to each other, and the magnetically attracted ferromagnetic metal nanoparticles are metallically bonded at the sites where they come into contact with each other, and a bonding layer consisting of the collection of metallically bonded ferromagnetic metal nanoparticles is formed as a bonding layer in an amount corresponding to the viscosity of the paste at the site where a part of the component comes into contact with the base material.
a method for bonding a component to a substrate, comprising: applying a magnetic field that saturates the magnetization of the ferromagnetic metal nanoparticles to a portion of the component bonded to the substrate, thereby saturating the magnetization of the ferromagnetic metal nanoparticles; by this process, the metallically bonded ferromagnetic metal nanoparticles are magnetically attracted to each other due to the saturated magnetization, and the component is bonded to the substrate by a bonding layer made of a collection of the ferromagnetic metal nanoparticles in which the ferromagnetic metal nanoparticles are bonded to each other by magnetic attraction and metallic bonding ;
Or,
The metal compound that precipitates a metal upon thermal decomposition is a metal compound that precipitates a ferromagnetic metal consisting of iron, nickel, or cobalt upon thermal decomposition, and the metal compound is used as the metal compound to produce a paste consisting of a collection of nanoparticles consisting of a ferromagnetic metal dispersed in an organic compound according to the method for producing a paste described above , and the paste is dripped onto a portion where the components come into contact with each other, and then the components are heated to the boiling point of the liquid organic compound described above .
By this process, first, the organic solvent evaporates from the dropped paste, then the organic compound in the liquid evaporates, and then the clusters of ferromagnetic metal nanoparticles dispersed in the paste are activated, and the activated clusters of ferromagnetic metal nanoparticles overlap and precipitate at the site where the paste was dropped, and further, the overlapping and precipitated ferromagnetic metal nanoparticles magnetically attract each other, and the magnetically attracted ferromagnetic metal nanoparticles are metallically bonded at the sites where they come into contact with each other, and a bonding layer consisting of the clusters of metallically bonded ferromagnetic metal nanoparticles is formed at the sites where the components come into contact as a bonding layer in an amount corresponding to the viscosity of the paste.
A magnetic field is then applied to the areas where the parts come into contact, causing the magnetization of the ferromagnetic metal nanoparticles to saturate, and this process causes the metallically bonded ferromagnetic metal nanoparticles to be magnetically attracted to each other due to the saturated magnetization, and the parts are joined by a joining layer consisting of a collection of ferromagnetic metal nanoparticles bonded to each other by magnetic attraction and metallic bonding, in this method of joining parts.
部品を基材に接合する双方の接合部位に、前記した方法で製造したペーストを塗布し、該ペーストが塗布された前記部品を、該ペーストが塗布された前記基材に重ね合わせ、さらに、該部品の表面に圧縮荷重を加える、この後、該圧縮荷重が加えられた前記部品と前記基材との双方を、前記した液体の有機化合物の沸点に昇温し、さらに、前記部品の表面に加える圧縮荷重の印加を停止する、
この処理によって、最初に前記塗布したペーストから、前記した有機溶剤が気化し、次いで前記した液体の有機化合物が気化し、次に前記ペーストに分散していた金属のナノ粒子の集まりが活性化し、該活性化した金属のナノ粒子の集まりが重なり合って前記ペーストが塗布された部位に析出し、さらに、該重なり合って析出した金属のナノ粒子の集まりに、前記圧縮荷重による圧縮応力が加わり、該圧縮応力によって前記金属のナノ粒子同士が接触し、さらに、該金属のナノ粒子同士が接触した部位に摩擦熱が発生し、該摩擦熱で前記金属のナノ粒子同士が接合し、該摩擦熱で接合した金属のナノ粒子の集まりからなる接合層が、前記ペーストが有する粘度に応じた量からなる接合層として前記接合部位に形成され、該接合層によって、前記部品が前記基材に接合される、
請求項1に記載した方法で製造したペーストを用い、摩擦熱で接合した金属のナノ粒子の集まりからなる接合層によって、部品を基材に接合する方法、
ないしは、
基材同士を接合する双方の接合部位に、前記した方法で製造したペーストを塗布し、該ペーストが塗布された双方の接合部位同士を重ね合わせ、さらに、該重ね合わされた基材同士の一方の基材に圧縮荷重を加える、この後、該圧縮荷重が加えられた基材同士を、前記した液体の有機化合物の沸点に昇温し、さらに、前記一方の基材に加える圧縮荷重の印加を停止する、
この処理によって、最初に前記塗布したペーストから、前記した有機溶剤が気化し、次いで前記した液体の有機化合物が気化し、次に前記ペーストに分散していた金属のナノ粒子の集まりが活性化し、該活性化した金属のナノ粒子の集まりが重なり合って前記ペーストが塗布された部位に析出し、さらに、該重なり合って析出した金属のナノ粒子の集まりに、前記圧縮荷重による圧縮応力が加わり、該圧縮応力によって前記金属のナノ粒子同士が接触し、さらに、該金属のナノ粒子同士が接触した部位に摩擦熱が発生し、該摩擦熱で前記金属のナノ粒子同士が接合し、該摩擦熱で接合した金属のナノ粒子の集まりからなる接合層が、前記ペーストが有する粘度に応じた量からなる接合層として前記接合部位に形成され、該接合層によって、前記基材同士が接合される、
請求項1に記載した方法で製造したペーストを用い、摩擦熱で接合した金属のナノ粒子の集まりからなる接合層によって、基材同士を接合する方法、
ないしは、
部品同士を接合する双方の接合部位に、前記した方法で製造したペーストを塗布し、該ペーストが塗布された双方の接合部位同士を重ね合わせ、該重ね合わされた部品同士の一方の部品に圧縮荷重を加える、この後、該圧縮荷重が加えられた部品同士を、前記した液体の有機化合物の沸点に昇温し、さらに、前記一方の部品に加える圧縮荷重の印加を停止する、
この処理によって、最初に前記塗布したペーストから、前記した有機溶剤が気化し、次いで前記した液体の有機化合物が気化し、次に前記ペーストに分散していた金属のナノ粒子の集まりが活性化し、該活性化した金属のナノ粒子の集まりが重なり合って前記ペーストが塗布された部位に析出し、さらに、該重なり合って析出した金属のナノ粒子の集まりに、前記圧縮荷重による圧縮応力が加わり、該圧縮応力によって前記金属のナノ粒子同士が接触し、さらに該金属のナノ粒子同士が接触した部位に摩擦熱が発生し、該摩擦熱で前記金属のナノ粒子同士が接合し、該摩擦熱で接合した金属のナノ粒子の集まりからなる接合層が、前記ペーストが有する粘度に応じた量からなる接合層として前記接合部位に形成され、該接合層によって、前記部品同士が接合される、
請求項1に記載した方法で製造したペーストを用い、摩擦熱で接合した金属のナノ粒子の集まりからなる接合層によって、部品同士を接合する方法。 A method for joining a part to a substrate, or a method for joining substrates together, or a method for joining parts together, using a paste produced by the method according to claim 1 and a joining layer made of a collection of metal nanoparticles joined by frictional heat, comprises the steps of:
The paste produced by the above -mentioned method is applied to both joining portions where a component is to be joined to a substrate, the component to which the paste has been applied is placed on top of the substrate to which the paste has been applied, and a compressive load is applied to the surface of the component. Thereafter, both the component to which the compressive load has been applied and the substrate are heated to the boiling point of the liquid organic compound, and the application of the compressive load to the surface of the component is stopped.
By this treatment, first, the organic solvent evaporates from the applied paste, then the liquid organic compound evaporates, and then the collection of metal nanoparticles dispersed in the paste is activated, and the activated collection of metal nanoparticles overlap and precipitate at the site where the paste was applied, and further, compressive stress due to the compressive load is applied to the collection of metal nanoparticles that have precipitated and overlap, and the metal nanoparticles come into contact with each other due to the compressive stress, and further, frictional heat is generated at the site where the metal nanoparticles come into contact with each other due to the frictional heat, and the metal nanoparticles are bonded to each other by the frictional heat, and a bonding layer consisting of the collection of metal nanoparticles bonded by the frictional heat is formed at the bonding site as a bonding layer in an amount corresponding to the viscosity of the paste, and the part is bonded to the base material by the bonding layer.
A method for bonding a component to a substrate by means of a bonding layer consisting of a collection of nanoparticles of metal bonded by frictional heat, using a paste produced by the method according to claim 1;
Or,
The paste produced by the above -mentioned method is applied to both joining portions of the substrates to be joined, the joining portions to which the paste has been applied are overlapped, and a compressive load is applied to one of the overlapped substrates. Thereafter, the substrates to which the compressive load has been applied are heated to the boiling point of the liquid organic compound, and the application of the compressive load to the one of the substrates is stopped.
By this treatment, first, the organic solvent evaporates from the applied paste, then the liquid organic compound evaporates, and then the collection of metal nanoparticles dispersed in the paste is activated, and the activated collection of metal nanoparticles overlap and precipitate at the site where the paste was applied, and further, a compressive stress due to the compressive load is applied to the collection of metal nanoparticles that have precipitated and overlap, and the metal nanoparticles come into contact with each other due to the compressive stress, and further, frictional heat is generated at the site where the metal nanoparticles come into contact with each other, and the metal nanoparticles are bonded to each other by the frictional heat, and a bonding layer consisting of the collection of metal nanoparticles bonded by the frictional heat is formed at the bonding site as a bonding layer consisting of an amount corresponding to the viscosity of the paste, and the substrates are bonded to each other by the bonding layer.
A method for bonding substrates with a bonding layer made of a collection of metal nanoparticles bonded by frictional heat, using the paste produced by the method according to claim 1;
Or,
The paste produced by the above -mentioned method is applied to both joining portions of the components to be joined, the joining portions to which the paste has been applied are overlapped, and a compressive load is applied to one of the overlapped components. Thereafter, the components to which the compressive load has been applied are heated to the boiling point of the liquid organic compound, and the application of the compressive load to the one of the components is stopped.
By this process, first, the organic solvent evaporates from the applied paste, then the liquid organic compound evaporates, and then the clusters of metal nanoparticles dispersed in the paste are activated, and the activated clusters of metal nanoparticles overlap and precipitate at the site where the paste was applied, and further, compressive stress due to the compressive load is applied to the clusters of metal nanoparticles that have precipitated and overlap, and the compressive stress causes the metal nanoparticles to come into contact with each other, and further, frictional heat is generated at the site where the metal nanoparticles come into contact with each other, and the metal nanoparticles are bonded together by the frictional heat, and a bonding layer consisting of the clusters of metal nanoparticles bonded together by the frictional heat is formed at the bonding site as a bonding layer in an amount corresponding to the viscosity of the paste, and the parts are bonded together by the bonding layer.
A method for joining parts together by using a paste produced by the method according to claim 1, with a joining layer consisting of a collection of metal nanoparticles joined by frictional heat.
前記した金属化合物が、熱分解で鉄、ニッケル、ないしは、コバルトからなるいずれかの強磁性金属を析出する金属化合物であり、該金属化合物を、前記した金属化合物として用い、前記したペーストを製造する方法に従って、強磁性金属からなるナノ粒子の集まりが、有機化合物に分散された構成からなるペーストを製造し、該ペーストを、部品を基材に接合する双方の接合部位に塗布し、該ペーストが塗布された部品の接合部位を、該ペーストが塗布された基材の接合部位に重ね合わせ、前記部品の表面に圧縮荷重を加える、この後、該圧縮荷重が加えられた前記部品と前記基材との双方を、前記した液体の有機化合物の沸点に昇温し、さらに、前記部品の表面に加えた圧縮荷重の印加を停止する、
この処理によって、最初に前記塗布したペーストから、前記した有機溶剤が気化し、次いで前記した液体の有機化合物が気化し、次に前記ペーストに分散していた前記強磁性金属のナノ粒子の集まりが活性化し、該活性化した強磁性金属のナノ粒子の集まりが重なり合って前記ペーストが塗布された部位に析出し、さらに該重なり合って析出した強磁性金属のナノ粒子同士が互いに磁気吸着し、さらに、該磁気吸着した強磁性金属のナノ粒子の集まりに、前記圧縮荷重による圧縮応力が加わり、該圧縮応力によって前記強磁性金属のナノ粒子同士の磁気吸着部に摩擦熱が発生し、さらに該摩擦熱で前記強磁性金属のナノ粒子同士が接合し、該摩擦熱で接合した強磁性金属のナノ粒子の集まりからなる接合層が前記接合部位に形成される、
この後、前記部品を前記基材に重ね合わせた部位に、前記強磁性金属のナノ粒子の磁化が飽和する磁界を印加し、該強磁性金属のナノ粒子の磁化を飽和させる、この処理によって、前記摩擦熱で接合した強磁性金属のナノ粒子同士が、飽和した磁化によって磁気吸着し、該強磁性金属のナノ粒子同士が磁気吸着と摩擦熱とによって接合した該強磁性金属のナノ粒子の集まりからなる接合層によって、前記部品が前記基材に接合される、部品を基材に接合する方法、
ないしは、
前記した金属化合物が、熱分解で鉄、ニッケル、ないしは、コバルトからなるいずれかの強磁性金属を析出する金属化合物であり、該金属化合物を、前記した金属化合物として用い、前記したペーストを製造する方法に従って、強磁性金属からなるナノ粒子の集まりが、有機化合物に分散された構成からなるペーストを製造し、該ペーストを、基材同士を接合する双方の接合部位に塗布し、該ペーストが塗布された基材の双方の接合部位同士を重ね合わせ、該重ね合わされた基材の一方の基材に圧縮荷重を加える、この後、該圧縮荷重が加えられた基材同士を、前記した液体の有機化合物の沸点に昇温し、さらに、前記一方の基材に加えた圧縮荷重の印加を停止する、
この処理によって、最初に前記塗布したペーストから、前記した有機溶剤が気化し、次いで前記した液体の有機化合物が気化し、次に前記ペーストに分散していた強磁性金属のナノ粒子の集まりが活性化し、該活性化した強磁性金属のナノ粒子の集まりが重なり合って前記ペーストが塗布された部位に析出し、さらに該重なり合って析出した強磁性金属のナノ粒子同士が互いに磁気吸着し、さらに、該磁気吸着した強磁性金属のナノ粒子の集まりに、前記圧縮荷重による圧縮応力が加わり、該圧縮応力によって前記強磁性金属のナノ粒子同士の磁気吸着部に摩擦熱が発生し、さらに該摩擦熱で前記強磁性金属のナノ粒子同士が接合し、該摩擦熱で接合した強磁性金属のナノ粒子の集まりからなる接合層が前記接合部位に形成される、
この後、前記基材同士を接合する双方の接合部位に、前記強磁性金属のナノ粒子の磁化が飽和する磁界を印加し、該強磁性金属のナノ粒子の磁化を飽和させる、この処理によって、前記摩擦熱で接合した強磁性金属のナノ粒子同士が、飽和した磁化によって磁気吸着し、該強磁性金属のナノ粒子同士が磁気吸着と摩擦熱とによって接合した該強磁性金属のナノ粒子の集まりからなる接合層によって、前記基材同士が接合される、基材同士を接合する方法、
ないしは、
前記した金属化合物が、熱分解で鉄、ニッケル、ないしは、コバルトからなるいずれかの強磁性金属を析出する金属化合物であり、該金属化合物を、前記した金属化合物として用い、前記したペーストを製造する方法に従って、強磁性金属からなるナノ粒子の集まりが、有機化合物に分散された構成からなるペーストを製造し、該ペーストを、部品同士を接合する双方の接合部位に塗布し、該ペーストが塗布された双方の接合部位同士を重ね合わせ、該重ね合わされた部品の一方の部品に圧縮荷重を加える、この後、該圧縮荷重が加えられた部品同士を、前記した液体の有機化合物の沸点に昇温し、さらに、前記一方の部品に加えた圧縮荷重の印加を停止する、
この処理によって、最初に前記塗布したペーストから、前記した有機溶剤が気化し、次いで前記した液体の有機化合物が気化し、次に前記ペーストに分散していた強磁性金属のナノ粒子の集まりが活性化し、該活性化した強磁性金属のナノ粒子の集まりが重なり合って前記ペーストが塗布された部位に析出し、さらに該重なり合って析出した強磁性金属のナノ粒子同士が互いに磁気吸着し、さらに、該磁気吸着した強磁性金属のナノ粒子の集まりに、前記圧縮荷重による圧縮応力が加わり、該圧縮応力によって前記強磁性金属のナノ粒子同士の磁気吸着部に摩擦熱が発生し、さらに該摩擦熱で前記強磁性金属のナノ粒子同士が接合し、該摩擦熱で接合した強磁性金属のナノ粒子の集まりからなる接合層が前記接合部位に形成される、
この後、前記部品同士を接合する双方の接合部位に、前記強磁性金属のナノ粒子の磁化が飽和する磁界を印加し、該強磁性金属のナノ粒子の磁化を飽和させる、この処理によって、前記摩擦熱で接合した強磁性金属のナノ粒子同士が、飽和した磁化によって磁気吸着し、該強磁性金属のナノ粒子同士が磁気吸着と摩擦熱とによって接合した該強磁性金属のナノ粒子の集まりからなる接合層によって、前記部品同士が接合される、部品同士を接合する方法。 The method for joining a component to a substrate, or joining substrates together, or joining components together as set forth in claim 5 is a method for joining a component to a substrate, or joining substrates together, or joining components together, by a joining layer made of an assembly of ferromagnetic metal nanoparticles bonded together by magnetic attraction and frictional heat, and the method for joining a component to a substrate, the method for joining substrates together, or the method for joining components together is as follows:
The metal compound is a metal compound that precipitates a ferromagnetic metal consisting of any one of iron, nickel, and cobalt upon thermal decomposition, and the metal compound is used as the metal compound, and a paste consisting of a collection of nanoparticles consisting of a ferromagnetic metal dispersed in an organic compound is produced according to the method for producing a paste described above , the paste is applied to both joining sites where a component is joined to a substrate, the joining site of the component to which the paste has been applied is overlapped with the joining site of the substrate to which the paste has been applied, and a compressive load is applied to the surface of the component, and then both the component to which the compressive load has been applied and the substrate are heated to the boiling point of the liquid organic compound, and further, the application of the compressive load applied to the surface of the component is stopped.
By this treatment, first, the organic solvent evaporates from the applied paste, then the organic compound in the liquid evaporates, and then the collection of ferromagnetic metal nanoparticles dispersed in the paste is activated, the activated collection of ferromagnetic metal nanoparticles overlaps and precipitates at the portion where the paste was applied, the overlapping and precipitated ferromagnetic metal nanoparticles magnetically attract each other, and further, a compressive stress due to the compressive load is applied to the magnetically attracted collection of ferromagnetic metal nanoparticles, and the compressive stress generates frictional heat at the magnetically attracted portions of the ferromagnetic metal nanoparticles, and the ferromagnetic metal nanoparticles are bonded together by the frictional heat, and a bonding layer consisting of the collection of ferromagnetic metal nanoparticles bonded by the frictional heat is formed at the bonding portion.
a method for bonding a component to a substrate, wherein a magnetic field that saturates the magnetization of the ferromagnetic metal nanoparticles is then applied to a portion where the component is superimposed on the substrate, thereby saturating the magnetization of the ferromagnetic metal nanoparticles; by this process, the ferromagnetic metal nanoparticles bonded by the frictional heat are magnetically attracted to each other due to the saturated magnetization, and the component is bonded to the substrate by a bonding layer made of a collection of the ferromagnetic metal nanoparticles that are bonded to each other by magnetic attraction and frictional heat;
Or,
The metal compound is a metal compound that precipitates a ferromagnetic metal consisting of iron, nickel, or cobalt upon thermal decomposition, and the metal compound is used as the metal compound, and a paste consisting of a collection of nanoparticles consisting of a ferromagnetic metal dispersed in an organic compound is produced according to the method for producing a paste described above , the paste is applied to both joining portions of substrates to be joined, the joining portions of the substrates to which the paste has been applied are overlapped, and a compressive load is applied to one of the overlapped substrates, and then the substrates to which the compressive load has been applied are heated to the boiling point of the liquid organic compound, and the application of the compressive load applied to the one of the substrates is stopped.
By this treatment, first, the organic solvent evaporates from the applied paste, then the organic compound in the liquid evaporates, and then the collection of ferromagnetic metal nanoparticles dispersed in the paste is activated, the activated collection of ferromagnetic metal nanoparticles overlaps and precipitates at the portion where the paste was applied, the overlapping and precipitated ferromagnetic metal nanoparticles are magnetically attracted to each other, and further, a compressive stress due to the compressive load is applied to the magnetically attracted collection of ferromagnetic metal nanoparticles, and the compressive stress generates frictional heat at the magnetically attracted portions of the ferromagnetic metal nanoparticles, and the ferromagnetic metal nanoparticles are bonded to each other by the frictional heat, and a bonding layer consisting of the collection of ferromagnetic metal nanoparticles bonded by the frictional heat is formed at the bonding portion.
a method for joining substrates, comprising: applying a magnetic field to both joining sites of the substrates such that the magnetization of the ferromagnetic metal nanoparticles is saturated, and saturating the magnetization of the ferromagnetic metal nanoparticles; by this treatment, the ferromagnetic metal nanoparticles joined by the frictional heat are magnetically attracted to each other due to the saturated magnetization, and the substrates are joined by a joining layer made of an assembly of the ferromagnetic metal nanoparticles that are joined to each other by magnetic attraction and frictional heat;
Or,
The metal compound is a metal compound that precipitates a ferromagnetic metal consisting of any one of iron, nickel, and cobalt upon thermal decomposition, and the metal compound is used as the metal compound, and a paste consisting of a collection of nanoparticles consisting of a ferromagnetic metal dispersed in an organic compound is produced according to the method for producing a paste described above , the paste is applied to both joining sites where components are to be joined, the joining sites where the paste is applied are overlapped, and a compressive load is applied to one of the overlapped components, and then the temperature of the components to which the compressive load has been applied is raised to the boiling point of the liquid organic compound, and further, the application of the compressive load applied to the one of the components is stopped.
By this treatment, first, the organic solvent evaporates from the applied paste, then the organic compound in the liquid evaporates, and then the collection of ferromagnetic metal nanoparticles dispersed in the paste is activated, the activated collection of ferromagnetic metal nanoparticles overlaps and precipitates at the portion where the paste was applied, the overlapping and precipitated ferromagnetic metal nanoparticles are magnetically attracted to each other, and further, a compressive stress due to the compressive load is applied to the magnetically attracted collection of ferromagnetic metal nanoparticles, and the compressive stress generates frictional heat at the magnetically attracted portions of the ferromagnetic metal nanoparticles, and the ferromagnetic metal nanoparticles are bonded to each other by the frictional heat, and a bonding layer consisting of the collection of ferromagnetic metal nanoparticles bonded by the frictional heat is formed at the bonding portion.
A magnetic field that saturates the magnetization of the ferromagnetic metal nanoparticles is then applied to both joining sites where the parts are joined, thereby saturating the magnetization of the ferromagnetic metal nanoparticles; by this process, the ferromagnetic metal nanoparticles joined by the frictional heat are magnetically attracted to each other due to the saturated magnetization, and the parts are joined by a joining layer consisting of a collection of ferromagnetic metal nanoparticles that are joined to each other by magnetic attraction and frictional heat, in this method of joining parts.
部品同士を接合する双方の接合部位を隙間バメに加工し、該隙間バメに加工された双方の接合部位に、前記した方法で製造したペーストを塗布し、該ペーストが塗布された一方の部品を、該ペーストが塗布された他方の部品に挿入し、該ペーストが塗布された双方の接合部位を重ね合わせる、
この後、前記重ね合わせた部品同士を、前記した液体の有機化合物の沸点に昇温し、さらに、該重ね合わせた部品同士の一方の部品を固定し、該重ね合わせた部品同士の他方の部品を回転させる、
この処理によって、最初に前記塗布したペーストから、前記した有機溶剤が気化し、次いで前記した液体の有機化合物が気化し、次に前記ペーストに分散していた金属のナノ粒子の集まりが活性化し、該活性化した金属のナノ粒子の集まりが重なり合って前記ペーストが塗布された部位に析出し、さらに該重なり合って析出した金属のナノ粒子同士が互いに接触する部位で金属結合し、さらに、該金属結合した金属のナノ粒子の集まりに、前記他方の部品を回転することで発生したせん断応力が加わり、該せん断応力によって前記金属結合した金属のナノ粒子同士の結合部に摩擦熱が発生し、さらに該摩擦熱によって、前記金属結合した金属のナノ粒子同士が接合し、該摩擦熱で接合した金属のナノ粒子の集まりからなる接合層によって、前記部品同士が接合される、
請求項1に記載した方法で製造したペーストを用い、摩擦熱で接合した金属のナノ粒子の集まりからなる接合層によって、部品同士を接合する方法。 A method for joining parts together using a paste produced by the method according to claim 1 with a joining layer made of a collection of metal nanoparticles joined by frictional heat, comprising the steps of:
Both joining portions of the parts to be joined are processed into a gap fit, the paste produced by the above- mentioned method is applied to both joining portions processed into the gap fit, one of the parts to which the paste has been applied is inserted into the other part to which the paste has been applied, and the two joining portions to which the paste has been applied are overlapped.
Thereafter, the temperature of the overlapped parts is raised to the boiling point of the liquid organic compound, and one of the overlapped parts is fixed and the other of the overlapped parts is rotated.
By this process, first, the organic solvent evaporates from the applied paste, then the liquid organic compound evaporates, and then the clusters of metal nanoparticles dispersed in the paste are activated, and the activated clusters of metal nanoparticles overlap and precipitate at the site where the paste was applied, and then the overlapping and precipitated metal nanoparticles are metallically bonded at the sites where they come into contact with each other, and then shear stress generated by rotating the other part is applied to the clusters of metallically bonded metal nanoparticles, and frictional heat is generated at the joints between the metallically bonded metal nanoparticles due to the shear stress, and the metallically bonded metal nanoparticles are bonded together due to the frictional heat, and the parts are bonded together by a bonding layer consisting of the clusters of metallic nanoparticles bonded by the frictional heat.
A method for joining parts together by using a paste produced by the method according to claim 1, with a joining layer consisting of a collection of metal nanoparticles joined by frictional heat.
前記した金属化合物が、熱分解で鉄、ニッケル、ないしは、コバルトからなるいずれかの強磁性金属を析出する金属化合物であり、該金属化合物を、前記した金属化合物として用い、前記したペーストを製造する方法に従って、強磁性金属からなるナノ粒子の集まりが、有機化合物に分散された構成からなるペーストを製造し、該ペーストを、部品同士を接合する双方の接合部位が隙間バメに加工された該双方の接合部位に塗布し、該ペーストが塗布された一方の部品を、該ペーストが塗布された他方の部品に挿入し、該ペーストが塗布された前記双方の接合部位を重ね合わせる、
この後、前記重ね合わせた部品同士を、前記した液体の有機化合物の沸点に昇温し、さらに、該重ね合わせた部品同士の一方の部品を固定し、該重ね合わせた部品同士の他方の部品を回転させる、
この処理によって、最初に前記塗布したペーストから、前記した有機溶剤が気化し、次いで前記した液体の有機化合物が気化し、次に前記ペーストに分散していた強磁性金属のナノ粒子の集まりが活性化し、該活性化した強磁性金属のナノ粒子の集まりが重なり合って前記ペーストが塗布された部位に析出し、さらに該重なり合って析出した強磁性金属のナノ粒子同士が互いに磁気吸着し、さらに、該磁気吸着した強磁性金属のナノ粒子の集まりに、前記他方の部品を回転することで発生したせん断応力が加わり、該せん断応力によって、前記強磁性金属のナノ粒子同士が磁気吸着した磁気吸着部位に摩擦熱が発生し、さらに該摩擦熱によって、前記磁気吸着した強磁性金属のナノ粒子同士が接合する、
この後、前記部品同士を接合する双方の接合部位に、前記強磁性金属のナノ粒子の磁化が飽和する磁界を印加し、該強磁性金属のナノ粒子の磁化を飽和させる、この処理によって、前記摩擦熱で接合した強磁性金属のナノ粒子同士が、飽和した磁化によって磁気吸着し、該強磁性金属のナノ粒子同士が磁気吸着と摩擦熱とによって接合した該強磁性金属のナノ粒子の集まりからなる接合層によって、前記部品同士が接合される、
請求項1に記載した方法で製造したペーストを用い、強磁性金属のナノ粒子同士が磁気吸着と摩擦熱とによって接合した該強磁性金属のナノ粒子の集まりからなる接合層によって、部品同士を接合する方法。 The method for joining components according to claim 7 is a method for joining components by a joining layer made of a collection of ferromagnetic metal nanoparticles joined together by magnetic attraction and frictional heat, and the method for joining components comprises:
The metal compound is a metal compound that precipitates a ferromagnetic metal consisting of any one of iron, nickel, and cobalt upon thermal decomposition, and the metal compound is used as the metal compound, and a paste consisting of a collection of nanoparticles consisting of a ferromagnetic metal dispersed in an organic compound is produced according to the method for producing a paste described above , and the paste is applied to both joining portions of parts that are joined together and processed into a gap fit, one of the parts to which the paste has been applied is inserted into the other part to which the paste has been applied, and the two joining portions to which the paste has been applied are overlapped.
Thereafter, the temperature of the overlapped parts is raised to the boiling point of the liquid organic compound, and one of the overlapped parts is fixed and the other of the overlapped parts is rotated.
By this treatment, first, the organic solvent evaporates from the applied paste, then the organic compound in the liquid evaporates, and then the clusters of ferromagnetic metal nanoparticles dispersed in the paste are activated, the activated clusters of ferromagnetic metal nanoparticles overlap and precipitate at the site where the paste was applied, the overlapping and precipitated ferromagnetic metal nanoparticles are magnetically attracted to each other, and further, a shear stress generated by rotating the other part is applied to the magnetically attracted clusters of ferromagnetic metal nanoparticles, and the shear stress generates frictional heat at the magnetic attraction sites where the ferromagnetic metal nanoparticles are magnetically attracted to each other, and the frictional heat further bonds the magnetically attracted ferromagnetic metal nanoparticles to each other.
Thereafter, a magnetic field that saturates the magnetization of the ferromagnetic metal nanoparticles is applied to both joining sites where the parts are joined, and the magnetization of the ferromagnetic metal nanoparticles is saturated. Through this process, the ferromagnetic metal nanoparticles joined by the frictional heat are magnetically attracted to each other due to the saturated magnetization, and the parts are joined by a joining layer made of an assembly of the ferromagnetic metal nanoparticles that are joined to each other by magnetic attraction and frictional heat.
A method for joining parts together using a paste produced by the method described in claim 1, with a joining layer consisting of a collection of ferromagnetic metal nanoparticles bonded together by magnetic attraction and frictional heat .
前記した熱分解で金属を析出する金属化合物が、無機物の分子ないしは無機物のイオンが配位子となって金属イオンに配位結合した金属錯イオンを有する無機塩で構成された無機金属化合物であり、前記した液体の有機化合物が、炭素原子の数が8-10からなる第1級アルコールに属する有機化合物であり、前記した有機溶剤が、ジエチルエーテル、アセトン、ないしは、エタノールであり、
前記無機金属化合物を、前記した熱分解で金属を析出する金属化合物として用い、前記炭素原子の数が8-10からなる第1級アルコールに属する有機化合物を、前記した液体の有機化合物として用い、前記ジエチルエーテル、前記アセトン、ないしは、前記エタノールを、前記した有機溶剤として用い、前記したペーストを製造する方法に従ってペーストを製造する、
請求項1に記載した金属のナノ粒子の集まりが有機化合物に分散されたペーストを製造する方法。 The method for producing the paste in which a collection of metal nanoparticles is dispersed in an organic compound according to claim 1 includes the steps of:
the metal compound which precipitates a metal by thermal decomposition is an inorganic metal compound composed of an inorganic salt having a metal complex ion in which an inorganic molecule or an inorganic ion acts as a ligand and is coordinately bonded to a metal ion, the liquid organic compound is an organic compound belonging to a primary alcohol having 8 to 10 carbon atoms, and the organic solvent is diethyl ether, acetone, or ethanol,
a paste is produced according to the method for producing a paste, using the inorganic metal compound as the metal compound that precipitates a metal by thermal decomposition, using the organic compound belonging to the primary alcohol having 8 to 10 carbon atoms as the liquid organic compound, and using the diethyl ether, acetone, or ethanol as the organic solvent;
A method for producing a paste in which the collection of metal nanoparticles according to claim 1 is dispersed in an organic compound.
前記した熱分解で金属を析出する金属化合物が、オクチル酸金属化合物であり、前記した液体の有機化合物がテトラエチレングリコールであり、前記した有機溶剤が、エタノールないしはアセトンのいずれかの有機溶剤であり、
前記オクチル酸金属化合物を、前記した熱分解で金属を析出する金属化合物として用い、前記テトラエチレングリコールを、前記した液体の有機化合物として用い、前記エタノールないしは前記アセトンのいずれかの有機溶剤を、前記した有機溶剤として用い、前記したペーストを製造する方法に従ってペーストを製造する、
請求項1に記載した金属のナノ粒子の集まりが有機化合物に分散されたペーストを製造する方法。
The method for producing the paste in which a collection of metal nanoparticles is dispersed in an organic compound according to claim 1 includes the steps of:
the metal compound that precipitates a metal by thermal decomposition is a metal octylate compound, the liquid organic compound is tetraethylene glycol, and the organic solvent is either ethanol or acetone;
a paste is produced according to the method for producing a paste, using the metal octylate compound as the metal compound that precipitates a metal by thermal decomposition, using the tetraethylene glycol as the liquid organic compound, and using either the ethanol or the acetone as the organic solvent;
A method for producing a paste in which the collection of metal nanoparticles according to claim 1 is dispersed in an organic compound.
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