CN100565713C - 镍粉、导电膏、以及使用它们的多层电子元件 - Google Patents
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Abstract
一种平均颗粒尺寸为0.05到1.0μm的镍粉,其特征在于:该镍粉在其表面上具有镍的薄氧化层并具有0.3到3.0wt%的氧含量,以碳与单位重量的镍粉的重量比率计,每比表面积1m2/g的镍粉中的碳含量为100ppm或更少。当将该粉末用在用于形成多层电子元件的内部电极层的导电膏时,其能在粘结剂去除工艺后降低残余的碳含量,由此可获得具有优异电特性和高可靠性的多层陶瓷电子元件,在该多层陶瓷电子元件中形成连续性优秀的电极层而不降低电子元件的强度和电特性也不产生结构缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及镍粉,具体适用于形成多层陶瓷电子元件,如多层电容器、多层电感器、以及多层致动器中的电极,并涉及包括该镍粉的导电膏,以及使用镍粉和导电膏的多层陶瓷电子元件。
背景技术
通常以如下方式制造多层陶瓷电子元件(在下文也称作“多层电子元件”)。将陶瓷原料粉如电介质粉、磁粉、或压电粉分散到树脂粘结剂中并模制成片以获得陶瓷生片(在下文称作“陶瓷片”)。根据陶瓷片上的预定图形印刷用于内部电极的导电膏并烘干以去除溶剂而形成内部电极的干膜,其中通过在包括树脂粘结剂和溶剂的载体中分散包括作为主要成分的导电粉以及可选的陶瓷粉等的无机粉来制备导电膏。层叠并加压由此获得的每个具有用于内部电极的干膜的多个陶瓷片以获得在其中交替层叠陶瓷片和内部电极的膏层的未焙烧(non-fired)叠层。将叠层切割为预定形状,然后经受烧熔并耗散粘结剂的粘结剂去除工艺,再在高温焙烧由此同时进行陶瓷层的烧结和内部电极层的形成并获得陶瓷坯体。然后将端电极熔合到坯体的两端面而获得多层电子元件。有时共焙烧端电极和未焙烧的多层坯体。
近年来,主要使用贱金属如镍和铜的粉末代替贵金属如钯和银的粉末作为用于内部电极的导电膏的导电粉。因此,通常在具有极低的氧分压的非氧化气氛中执行叠层的焙烧以防止在焙烧期间贱金属的氧化。
随着小型化需求,近年来多层电子元件极大地发展,具体地,在使用镍作为导电粉的多层陶瓷电容器中,进行了快速转换以减小陶瓷层和内部电极层的厚度。结果,开始使用更小厚度的陶瓷片,并且具有1μm或更小,甚至0.5μm或更小颗粒尺寸的极细镍粉开始被用于内部电极的导电膏。
但是,很容易烧结这种极细的镍粉,在电容器的焙烧期间镍颗粒过烧结,由于颗粒生长孔隙(void)出现在内部电极中,而获得不连续薄膜,造成电阻的增加和断路。另外,电极厚度增加,对可能膜厚的设置限度降低。而且,由于烧结的起始温度相当低并且在焙烧期间的早期开始烧结,也由于氧化还原反应导致体积膨胀和收缩,烧结的收缩特性与陶瓷层不匹配,由此引起导致产量和可靠性降低的结构缺陷如分层或破裂。
为解决这些问题,例如,专利文件1公开了具有0.1到0.8μm的平均颗粒尺寸以及0.5到5.0wt%的氧含量并经受表面氧化的镍粉。而且,专利文件2公开了其上具有一定厚度的氧化表面的镍粉,并且该文件陈述这种表面氧化镍粉的使用提高了烧结收缩的起始温度,并防止分层和破裂以及由过烧结引起的电阻增加。但是,本发明人进行的研究证实,尽管如专利文件1和2中描述的,在镍粉表面上形成的氧化层在防止结构缺陷和电阻值的增加方面是有效的,但其效果有时是不足的。具体地,显然由于粘结剂去除工艺中载体成分的不完全分解有时会遭遇与电容器特性降低、结构缺陷发生、以及可靠性降低相关的问题。因此,在用在烧结期间的粘结剂去除工艺中的非氧化气氛如氮气氛中,将固有高催化活性的镍粉用作用于树脂粘结剂分解的催化剂并趋于加速分解过程。但是,如果镍粉的平均颗粒尺寸在亚微米水平的数量级,具体地,为0.5μm或更小,即使当通过专利文件1和2中描述的方法使使用的镍粉经受表面氧化时,镍粉自身活性仍进一步增加,并且部分树脂有时在低于通常树脂分解的温度下急剧分解。
如上文描述,在非氧化气氛中,当树脂在相对较低温度开始分解时,树脂未完全分解并且缠绕剩余未燃烧的碳质残渣,例如,形成石墨状三维结构,而几乎不能分开。结果,在粘结剂去除工艺后碳残留在内电极层中,并且当该残余碳在较高温度下在陶瓷烧结的后续工艺中被氧化、气化、并耗散时,其吸引氧脱离陶瓷层,由此降低陶瓷坯体的强度并同样降低电特性如静电电容和绝缘电阻。而且,残余碳使镍粉在更低的温度下熔融,由此引起过烧结并使电极的连续性降低。另外,由于树脂的急剧分解,结构缺陷如破裂有时发生在坯体中,而降低电子元件的特性和可靠性。因此,尽管如专利文件1和2中的描述,当氧化层存在于镍粉表面上时镍粉的催化活性有点降低,但却不能完全抑制在较低温度由上述树脂分解所引起的残余碳含量的增加和结构缺陷的发生。
专利文件1:日本专利公开No.10-106351A。
专利文件2:日本专利公开No.2000-45001A。
发明内容
本发明的目的是解决上述问题并提供尽管尺寸非常小但具有较低活性并当被用于形成内部电极时在粘结剂去除工艺后能降低残余碳含量的镍粉,由此可减小电极的膜厚而不引起电子元件的强度或电特性的降低或者结构缺陷的产生。而且本发明的另一目的是提供包含该镍粉的导电膏以及通过使用该导电膏还获得具有高度可靠性和优良电特性的多层陶瓷电子元件。
由本发明人进行的综合研究结果证明碳作为从镍原料或制造工艺引入的不可避免的杂质通常存在于具有前述氧化表面层的镍粉的表面上或内部,或者碳有时由表面处理引入,而由此引入的碳极大地影响了镍粉表面上的氧化层。基于上述发现得出了本发明。
由此,本发明具有下述特征。
(1)一种平均颗粒尺寸为0.05到1.0μm的镍粉,其特征在于:该镍粉在其表面上具有镍的薄氧化层并具有0.3到3.0wt%的氧含量,以碳与单位重量的镍粉的重量比率计,每比表面积1m2/g的镍粉中的碳含量为100ppm或更少。
(2)根据上面(1)的镍粉,其中,以相对于单位重量的镍粉的重量比率计,每比表面积1m2/g的镍粉中的碳含量为80ppm或更少。
(3)根据上面(1)到(2)的镍粉,其中,该镍粉还包括硫,以与单位重量的镍粉的重量比率计,每比表面积1m2/g的镍粉中所述硫的含量为30到500ppm。
(4)根据上面(1)到(3)的任意一个的镍粉,其中,在通过X-射线光电子能谱法所进行的镍粉表面层的镍的化学结合状态的分析中,镍和羟基的结合状态的峰值与所有Ni 2p光谱峰值的面积比为60%或更小。
(5)一种包括上面(1)到(4)的任意一个的镍粉、树脂粘结剂、以及溶剂的导电膏。
(6)一种多层陶瓷电子元件,其中,通过使用根据上面(5)的导电膏形成内部电极。
根据本发明,通过将碳含量控制在特定量或小于在具有特定量氧化表面层的镍粉中的碳含量,即使具有0.05到1.0μm,特别是具有0.5μm或更小的平均颗粒尺寸的极细粉末,仍能极大地降低粘结剂去除工艺后的残余碳含量并防止特性降低或破裂的发生。残余碳含量的减少明显是由于镍粉氧化表面层的连续性和稳定性得到改善,使得镍催化活性降低以及在较低温度下树脂分解受到抑制。因此,可获得具有电极薄膜的优良连续性、没有结构缺陷、并且具有优良的电特性和强度的多层陶瓷电子元件。而且,即使在陶瓷层和内部电极层的厚度薄的高叠层产品的情况下,仍可获得高度可靠的多层陶瓷电子元件。
特别地,当根据本发明的镍粉额外包含特定量的硫时,镍的活性能够进一步降低,并由于在焙烧后硫成分几乎不残留,因此证明了优良的特性改进效果。
而且,通过控制粘结到镍粉表面的羟基含量,进一步防止了在较低温度下不期望的树脂分解的发生,并且能够防止特性降低以及破裂的发生。
而且,在通过使用该导电膏形成内部电极的多层陶瓷电子元件中没有结构缺陷并且具有优良的电特性和高度可靠性。
具体实施方式
在根据本发明的镍粉中,在表面上形成镍的薄氧化层,并且包含在该粉末中的氧的总量与镍粉的比例必须为0.3到3.0wt%。如果氧量小于0.3wt%,则氧化层的厚度降低并且不能均匀涂敷该表面。结果降低了减小镍活性的效果。而且,如果氧含量超过3.0wt%,则在还原气氛中在焙烧期间由镍氧化物还原引起的气体产生和体积变化增加并且不能获得致密的电极薄膜。同时,产生多层电子元件的破裂和分层。氧的总量特别优选0.5到2.0wt%的范围。在本发明中,用在还原气氛中加热所得到的灼烧重量损失(ignition weight loss)(在下文简称“烧失量”)表示镍粉中的氧量,其被测量为在包含4%H2的N2气氛组成的还原气氛中从室温将该粉末加热到900℃时的重量变化百分比。由该方法测量的烧失量主要包括包含在镍粉中的以及加热挥发的所有成分,但根据本发明,在镍粉中,由于除了氧以外的挥发成分,如碳,和硫的含量与氧量相比非常小,因此可以用烧失量近似表示镍粉中的氧量。
如果镍粉的平均颗粒尺寸小于0.05μm,则活性变得太高并且无法抑制在较低温度下的树脂分解和在较低温度下的镍粉烧结。而且,当制造导电膏时,大量有机成分如溶剂和分散剂对将镍粉分散在导电膏中并获得足够粘度特性是必要的。结果,很难获得致密的电极干膜。而且,为降低内部电极厚度以满足与小型化相关的要求并增加多层电子元件中的叠层数量,镍粉的平均颗粒尺寸必须为1.0μm或更小。具体地,为形成高密度和平滑的薄内部电极层,优选使用具有良好分散度的极细粉末,其具有0.1μm到0.5μm的平均颗粒尺寸和1.5m2/g到6.0m2/g的比表面积。根据本发明,证明具有极高活性的0.3μm或更小的平均颗粒尺寸的粉末的显著效果。而且,根据本发明,除非具体指出外,该粉末的平均颗粒尺寸表示从由BET方法测量的比表面积计算的颗粒尺寸。
<碳含量>
本发明的特征在于将这种具有氧化表面层的镍粉中的碳含量控制到非常低的水平。
日本专利公开No.2001-284161A揭露如果在具有1.0μm或更小的平均颗粒尺寸的细镍粉中包含0.02到15wt%的碳,则可防止电极中的不连续性和膜厚的增加并有效地延迟了烧结。但是,当这种细镍粉用于现有技术中时,被认为将碳引入到镍粉中产生了抑制电极中的不连续和膜厚增加的效果。但是,由本发明人进行的研究建议当具有降低催化活性并升高烧结起始温度的目的在镍颗粒表面上以一定量形成氧化层时,如果碳存在于镍颗粒的内部或者其表面上时,几乎不能获得致密的连续氧化层。而且,假定在焙烧期间在相对较低温度下碳减少了镍的氧化表面层,并且镍金属的活性表面被局部暴露,由此不能获得最初所期望的效果,即抑制烧结以及防止树脂在较低温度下的分解。
调查用于将碳含量控制到极低值的方法的结果证明,在将具有上述特定颗粒尺寸和氧化表面层的镍粉中的碳含量按碳成分与单位重量的镍粉的重量比率(计算为碳原子)控制到每比表面积1m2/g的粉末含有100ppm或更少的特定数量时,能抑制在较低温度下的树脂分解、由这种分解产生的残余碳含量的增加所引起的电容器特性的降低、以及结构缺陷的产生。其明显的原因在于至少在达到在焙烧工艺的较低温度阶段树脂分解的温度之前在镍颗粒的表面上以良好稳定性保持了连续和致密的氧化层。具体地,由于可获得非常好的效果,因此特别优选每比表面积1m2/g中的碳含量为80ppm或更少。对碳含量的下限没有限制,并且该含量越低,所获得的效果越好。但是,由于碳作为不可避免的固有包含的杂质,技术上很难完全去除碳,而且也要考虑成本限制。从效果的角度看,在将碳含量降低到一定水平后,产生的效果几乎与没有额外物质所获得的效果相同。出于这个原因,具体优选每比表面积1m2/g中的碳含量约为30ppm到80ppm。
根据本发明优选的碳含量为镍粉内和其表面上存在的所有碳的总和并可通过例如商业碳硫分析器来测量。包含在镍粉中的碳包括作为来自镍原料和制造工艺的不可避免的杂质的碳,还包括对镍粉进行有机系统表面处理所引入的碳。进行这种表面处理的目的主要在于当将镍粉用在导电膏中时提高有机载体中的镍粉的分散度。实际上在使用对于提高分散度有效的有机表面处理剂的大多数方法中,处理剂坚固地附着到镍粉表面。因此,与包含在镍粉中的碳类似,该处理剂不利地影响氧化表面层。
而且,根据本发明,比表面积是由BET方法测量的比表面积。而且,表述“每比表面积1m2/g粉末中含有100ppm或更少”表示如果采用镍粉的比表面积作为m2/g,则基于镍粉重量的碳含量为(a×100ppm)或更少,也就是,基于1m2的镍粉的表面积的碳含量为100×10-6g或更少。
<硫含量>
根据本发明,如果控制包含在镍粉中的硫成分则可证明更好的效果。硫在降低镍粉的催化活性方面是明显有作用的。其最佳含量由镍粉的表面面积确定,按相对于单位重量的镍粉的重量比率(计算为硫原子)计,每比表面积1m2/g粉末中的含量为30ppm到500ppm或更少。如果硫含量小于30ppm,则不能证明添加的硫的效果。如果硫含量大于500ppm,则焙烧后硫仍残留在多层电子元件中并趋于使特性降低。而且,如果大量硫成分在多层元件焙烧期间挥发,则相关的问题是污染了焙烧炉。硫含量特别优选的范围为80到400ppm。通过商业碳硫分析器等与碳含量类似地测量硫含量。
<羟基>
根据本发明,优选粘结到镍粉表面的羟基含量为尽可能低。当将大量羟基粘结到镍粉表面时,在相对较低温度下在焙烧的早期树脂更剧烈地分解。而且,如果镍粉表面的羟化物含量较高,则有机载体中的镍粉的分散度趋于降低。因此,通过控制表面上的羟基量以便在由X-射线光电子能谱法(XPS)所进行的镍粉表面层的镍的化学结合状态的分析中使在镍和羟基之间的结合状态的峰值与所有Ni 2p光谱峰值的面积比为60%或更小,则能够抑制树脂在较低温度下的分解以及可靠地防止特性降低或破裂的产生。
<制造方法>
可以将湿还原法、热分解镍化合物方法、基于气相中的镍化合物还原的化学汽相沉积方法(CVD)、以及基于冷却镍蒸气的物理汽相沉积方法(PVD)用作制造根据本发明的镍粉的方法。具体地,日本已审专利公开No.63-31522B中描述的喷雾热解法,与进入反应容器的载气一起提供热分解金属化合物粉并在以气相分解该化合物的状态下执行热分解的日本专利公开No.2002-20809A和2004-99992A中描述的方法,或者通过加热金属产生金属蒸气,然后通过冷却产生金属粉并冷凝蒸气的PVD方法是优选的,因为这些方法能获得具有高结晶度并具有非常高的分散度的超细镍粉。
为在这些方法中形成氧化表面层,例如,在氧化气氛中加热所制造的镍粉,同时防止颗粒的聚集,由此达到规定水平的表面氧化。更具体地,通过在200℃或更低温度的空气中加热镍粉约1到10小时,获得不引起严重聚集的适当氧化量。而且,由于在反应器内产生的镍粉有效地分散在气相中的状态下,不会由于将粉末和氧化气体如空气混合而引起粉末的聚集,而可在镍粉上形成均匀的氧化层,因此优选上述CVD方法、PVD方法、喷雾热解法、或气相热分解金属化合物粉的方法。在该示例中,例如,可利用产生的颗粒与氧化气体接触的温度来调节所生成粉末的表面氧化量。
表面氧化处理可与下述的降低碳含量的处理或添加硫的处理分别执行或同时执行。但是,如果在碳含量降低处理前执行氧化处理,则当去除碳时会降低镍粉的表面上的氧化层,由此引起颗粒聚集。因此,优选在去除碳后或与其同时执行氧化处理。
通过上述方法获得的镍粉中,例如,通过湿还原方法或者在气相中还原羰基镍的方法获得的镍粉通常包含相对大量的作为杂质的碳。对于CVD方法、PVD方法、喷雾热解法、以及用于气相热分解金属化合物粉的方法,碳的残余量相对较低,但粉末仍包含大于本发明规定范围的碳含量。而且,碳含量根据原材料或设备的不同而变化。
对于将镍粉中的碳含量降低到本发明范围的方法没有具体限制。例如,可采用通过在100到200℃的空气中热处理镍粉来燃烧并去除碳成分或者通过用水蒸气分解和去除碳成分的方法。例如,当将包含碳的羧酸镍盐粉用作日本专利公开No.2002-20809A中描述的气相热分解金属化合物粉的方法中的原料时,可以通过将水蒸气或氧引入到反应容器的加热区或冷却区来燃烧并去除碳成分。足量水蒸气与碳成分反应,有效地降低了残留在所产生的粉末中的碳含量,并且通过改变供应的水蒸气量可以控制包含在粉末中的碳含量。如果提供了过量水蒸气,则存在于所产生的粉末表面上的羟基量趋于增加。
对用于引入控制量的硫成分的方法没有具体限制。例如,可使用将镍粉与硫粉混合并在密封容器中加热混合物的方法,或者促使包含硫的气体如硫化氢气体或亚硫酸气体流过并与镍粉反应的方法。而且,在CVD方法、PVD方法、喷雾热解法、以及气相热分解金属化合物粉的方法中,将硫化氢气体、亚硫酸气体、硫醇型有机硫化合物气体等添加到反应区可获得包含硫的镍粉。这些气体在反应区分解并且产生的硫成分几乎定量引入镍粉中。因此,粉末中的硫含量可通过改变供给的气体量来控制。而且,对于喷雾热解法,将可分解的硫化合物如硫酸、硫代硫酸等溶解在原料溶液中,由此能在形成镍粉的同一时间引入预定量的硫。
<导电膏>
根据本发明的导电膏包括作为导电粉的镍粉并具有分散在包括树脂粘结剂和溶剂的载体中的该粉末。
对树脂粘结剂不作具体限制,并且可使用那些通常用于导电膏中的粘结剂。这种粘结剂的示例包括纤维素树脂(例如,乙基纤维素、羟乙基纤维素等)、丙烯酸类树脂、异丁烯酸树脂、丁醛树脂、环氧树脂、酚醛树脂、以及松香。对树脂粘结剂的混合量不作具体限制。通常,每100份重的导电粉中该量大约为1到15份重。
对溶剂没有具体限制,只要能溶解上述粘结剂树脂即可,并且可以适当选择并掺合通常用在内部电极用导电膏中的溶剂。例如,可使用有机溶剂如醇类、醚类、酯类、碳氢化合物类、水或其混合物。对溶剂量不作具体限制,可使用其常规量。可根据导电粉的特性、树脂类型、以及应用方法选择适当的量。通常每100份重的导电粉中溶剂的含量大约为40到150份重。
除了上述成分,根据本发明的导电膏可包含通常使用的其它成分。因此,根据目的可适当混合无机粉如具有与包含在陶瓷片中的陶瓷具有相同或相近组分的陶瓷,玻璃,金属氧化物如氧化铝、硅石、氧化铜、氧化锰、以及氧化钛,和蒙脱石、有机金属化合物,可塑剂、分散剂、和表面活性剂。
可以通过将镍粉和其它额外成分与粘结剂树脂和溶剂混合并搅拌的常规方法制造根据本发明的导电膏,由此均匀地分散镍粉。根据本发明的导电膏不限于膏状,也可以形成为涂料状或油墨状。由此获得的导电膏可用于形成多层陶瓷电子元件、具体为多层电容器、多层电感器、多层致动器等的内部电极。导电膏还可用于形成陶瓷电子元件或厚膜导体电路的端电极。
<多层陶瓷电子元件>
通过使用根据本发明的用于形成内部电极的导电膏用已知方法制造多层陶瓷电子元件。下面通过示例的方式描述用于制造多层陶瓷电容器的方法。
首先,将电介质陶瓷原料粉分散到树脂粘结剂中,通过刮浆刀方法等将分散体形成为片状来制造陶瓷片。通常,使用包括钛酸钡、锆酸锶、以及锆酸钙锶的钙钛矿型氧化物、或者通过用其它金属元素替换组成这些氧化物的某些金属元素所获得的化合物作为主要成分的粉末来用作电介质陶瓷原料粉。如果必要,可以将用于调整电容器特性的多种添加物与这些原料粉混合。将根据本发明的导电膏涂敷在通过使用如丝网印刷等常规方法获得的陶瓷片上,并烘干以去除溶剂而形成预定图形的内部电极膏的干膜。层叠其上形成内部电极膏的干膜的预定数量的陶瓷片并在压力下层压以制备未焙烧的多层坯体。将该多层坯体切割为预定形状,进行处理以在惰性气体气氛或包含少量氧的惰性气体气氛中在约250到350℃的温度下去除粘结剂,由此分解和耗散载体成分。然后在非氧化气氛中在约1100到1350℃的高温下焙烧多层坯体以烧结电介质层和电极层,并且如果必要,还进行再氧化处理,以获得多层陶瓷电容器坯体。此后通过焙烧多层陶瓷电容器坯体的两个端面形成端电极。也可通过将导电膏涂敷到通过切割未焙烧的多层坯体所获得的芯片的两个端面上,然后与多层坯体共焙烧来形成端电极。
下面基于其示例更详细地描述本发明,但本发明不限于这些示例。
以500g/hr的供给率将具有约100μm的平均颗粒尺寸的醋酸镍四水合物粉提供给气流式粉碎机并用200L/min流速的氮气使之粉碎和分散。将该分散气流引入到位于被加热到1550℃温度的电炉内的反应管中,加热并分解醋酸镍四水合物以制造镍粉。通过从用于将分散气体流引入到反应管的导入口附近提供水蒸气,从而在该工艺中降低粉末中包含的碳含量。通过水蒸气供应量控制粉末中包含的碳含量。而且,将与反应管相同直径的冷却管连接到反应管的排出口一侧,在冷却管中在气体流动方向上提供用于引入空气的多个引入管,并且通过根据空气引入的位置改变生成颗粒与空气接触的温度来控制生成粉末的表面氧化量。当引入硫时(样品号11到14),以与水蒸气相同的方式,从用于将分散气体流引入到反应管的引入口附近独立提供硫化氢气体。通过硫化氢气体的供应量控制粉末中引入的硫含量。用袋滤器回收产生的粉末。
在扫描电子显微镜(SEM)下观察样品号1到15(样品号3、4、8、10在本发明范围之外)的镍粉末,在所有条件下证实球形颗粒的形成。而且,通过在扫描透射式电子显微镜(STEM)下观察,也证实了颗粒表面上的氧化层的形成。
分别研究了各镍粉的比表面积、平均颗粒尺寸、氧含量(烧失量)、碳含量、硫含量以及表面羟基的比例。结果显示在表1中。通过BET方法测量比表面积。平均颗粒尺寸是从比表面积计算的颗粒尺寸。烧失量被表作通过在氧化铝舟中称重约2g的粉末,在包含4%H2的N2气氛中从室温加热到900℃,冷却到室温,然后测量重量变化所得到的重量变化百分比(%)。用碳硫分析器(由Horiba Ltd.制造,EMIA-320V)测量碳含量和硫含量。对于表面羟基的比例,通过XPS(KRATOS ANALYTICAL Co.,Ltd.,ESCA-3400)测量粉末表面的Ni 2p光谱,对该光谱进行去卷积,并检测镍和羟基结合的峰值面积相对Ni 2p光谱中的总峰值面积的比例。
样品1到15的总的100份重的镍粉中,通过使用三辊研磨机混合并搅拌作为树脂粘结剂的5份重的乙基纤维素以及95份重的二氢萜品醇以制造导电膏。如下对由此获得的各导电膏的粘结剂去除特性进行了评估。将导电膏涂敷到PET薄膜上以获得250μm厚的薄膜并在150℃烘干以去除溶剂成分。在氮气气氛中以20℃/min的温度上升率将该干膜加热到500℃,通过进行热解重量测试评估树脂的分解起始温度。对于通过在氮气气氛中在300℃热处理干膜3小时获得的样品测量了残余碳含量。结果显示在表1中。
表1
样品号 | 比表面积(m<sup>2</sup>/g) | 平均颗粒尺寸(μm) | 烧失量(%) | 粉末中的碳含量(ppm) | 每比表面积1m<sup>2</sup>/g的碳含量(ppm) | 粉末中的硫含量(ppm) | 每比表面积1m<sup>2</sup>/g的硫含量(ppm) | 表面羟基的比例(%) | 树脂的分解起始温度(℃) | 碳的残余量(%) | 电极的连续性(%) |
1 | 3.3 | 0.20 | 1.4 | 230 | 70 | <20 | <6 | 51 | 330 | 0.65 | 88 |
2 | 3.2 | 0.21 | 1.5 | 270 | 84 | <20 | <6 | 52 | 330 | 0.72 | 86 |
3<sup>*</sup> | 3.2 | 0.21 | 1.4 | 360 | 113 | <20 | <6 | 49 | 300 | 0.91 | 78 |
4<sup>*</sup> | 3.2 | 0.21 | 1.4 | 510 | 159 | <20 | <6 | 50 | 290 | 1.1 | 72 |
5 | 3.5 | 0.19 | 0.8 | 210 | 60 | <20 | <6 | 52 | 320 | 0.71 | 85 |
6 | 3.4 | 0.20 | 0.5 | 250 | 74 | <20 | <6 | 55 | 320 | 0.79 | 84 |
7 | 3.4 | 0.20 | 0.3 | 270 | 79 | <20 | <6 | 56 | 310 | 0.85 | 81 |
8<sup>*</sup> | 3.3 | 0.20 | 0.2 | 250 | 76 | <20 | <6 | 55 | 290 | 1.0 | 74 |
9 | 3.4 | 0.20 | 1.9 | 240 | 71 | <20 | <6 | 52 | 330 | 0.63 | 85 |
10<sup>*</sup> | 3.4 | 0.20 | 3.5 | 220 | 65 | <20 | <6 | 52 | 330 | 0.62 | 69 |
11 | 3.4 | 0.20 | 1.5 | 210 | 62 | 1600 | 471 | 50 | 350 | 0.41 | 92 |
12 | 3.3 | 0.20 | 1.4 | 250 | 76 | 810 | 245 | 51 | 340 | 0.47 | 91 |
13 | 3.1 | 0.22 | 1.3 | 210 | 68 | 580 | 187 | 55 | 340 | 0.57 | 88 |
14 | 3.3 | 0.20 | 1.6 | 220 | 67 | 120 | 36 | 51 | 330 | 0.63 | 88 |
15 | 3.3 | 0.20 | 1.7 | 200 | 61 | <20 | <6 | 65 | 310 | 0.83 | 81 |
*本发明范围外
表1的样品号1到4的比较证明当比表面积和氧含量相同或几乎相同时,碳含量越高,导电膏中的树脂的分解起始温度越低并且热处理后的残余碳含量越高。而且,样品号1和样品号5到10的比较证明如果氧含量较低,则分解起始温度下降而残余碳含量增加。相反地,当氧含量高于一定水平,对于分解起始温度实际上没有变化发生。样品11到14的比较证明如果包含硫,则分解起始温度上升而残余碳含量降低。样品号15的结果显示,如果表面羟基量较大,则分解起始温度趋于降低而残余碳含量趋于增加。
然后依照预定图形将导电膏印刷到钛酸钡陶瓷生瓷片上并烘干以形成用作内电极的导电膏的干膜。层叠具有导电膏的干膜的生瓷片以获得按压在一起的30层电介质有效层,然后切割为预定大小以获得未焙烧的多层电容器芯片。在氮气气氛中在300℃使未焙烧的芯片经受粘结剂去除处理12小时,然后在包括包含氢的氮气的弱还原气氛中在1250℃的峰值温度焙烧2个小时。然后通过在弱氧化气氛中在1000℃执行1小时的再氧化处理来制造多层陶瓷电容器坯体。
沿垂直内部电极的平面切割由此获得的用于各样品的五个多层陶瓷电容器坯体,并通过观察截面检查电极的连续性。结果显示在表1中。如下确定电极的连续性。基于电容器截面的图片,在从中选出的10层电极中引中心线,以百分比计算出通过将整个长度减去断开部分而获得的长度的比例。百分比越高则连续性越好。
涉及电极连续性的评估结果证明连续性随着残余碳含量的减少而趋于增加。而且,即使当残余碳含量较小时,当氧含量太高时(样品10),电极的连续性降低,并且当表面羟基的比例较高时(样品15),电极的连续性趋于降低。
Claims (5)
1.一种平均颗粒尺寸为0.05到1.0μm的镍粉,其特征在于,该镍粉包括:镍的薄氧化层,其在镍粉表面上并具有0.3到3.0wt%的氧含量;碳,以碳与单位重量的镍粉的重量比率计,每比表面积1m2/g的镍粉中的碳的含量为100ppm或更少;以及硫,以与单位重量的镍粉的重量比率计,每比表面积1m2/g的镍粉中硫的含量为30到500ppm。
2.根据权利要求1的镍粉,其特征在于:以相对于单位重量的镍粉的重量比率计,每比表面积1m2/g的镍粉中的碳含量为80ppm或更少。
3.根据权利要求1的镍粉,其特征在于:在通过X-射线光电子能谱法所进行的镍粉表面层的镍的化学结合状态的分析中,镍和羟基的结合状态的峰值与所有Ni2p光谱峰值的面积比为60%或更小。
4.一种导电膏,其特征在于:包括根据权利要求1的镍粉、树脂粘结剂、以及溶剂。
5.一种多层陶瓷电子元件,其特征在于:通过使用根据权利要求4的导电膏形成内部电极。
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