CN104416165B - 制造金属粉体的方法和多层陶瓷电容器 - Google Patents

Abstract

提供了一种陶瓷电容器和一种制造金属粉体的方法，所述方法包括：制备第一溶液，第一溶液包括金属前驱体和水基溶剂；制备第二溶液，第二溶液包括还原剂、水基溶剂和含有氮（N）的表面活性剂；加热第二溶液；通过混合第一溶液和加热后的第二溶液来制备第三溶液；通过搅拌第三溶液生产金属颗粒，金属颗粒的表面上可检测到氮（N）。

Description

制造金属粉体的方法和多层陶瓷电容器

本申请要求于2013年8月29日提交到韩国知识产权局的第10-2013-0102966号韩国专利申请的权益，该韩国专利申请的公开通过引用被包含于此。

技术领域

本发明涉及一种制造金属粉体的方法和一种多层陶瓷电容器。

背景技术

通常，使用陶瓷材料的电子组件(诸如电容器、电感器、压电元件、变阻器、热敏电阻等)包括由陶瓷材料形成的陶瓷主体、形成在陶瓷主体中的内部电极和安装在陶瓷主体的表面上以连接到内部电极的外部电极。

通常，通过使用包括导电金属粉体的浆料来制造外部电极。为了开发具有优异性能的外部电极，已经进行了对由具有均匀颗粒尺寸分布的细颗粒形成的金属粉体的研究。

使用气相法制造颗粒的方法有利于制造纳米颗粒；然而，该方法相对复杂，而在使用该方法制造具有均匀品质的纳米颗粒时会存在问题，另外，该方法在环境污染方面存在相当大的问题，并且由于在制造工艺期间爆炸的高风险导致难以虑及工作环境的安全。

同时，制造颗粒的湿法合成方法的优势在于，良率高，具体地说，相对于贵金属，该方法的良率高，但是应该在这里应用非水基溶剂方面会存在问题。

因此，需要一种新方法以在水基溶剂中制造具有均匀颗粒尺寸分布的细金属粉体。

[现有技术文件]

(专利文件1)第10-2012-0080805号韩国专利特开公布

发明内容

本发明的一方面提供了一种制造具有均匀颗粒尺寸分度的细金属粉体的方法以及一种通过使用该方法制造的多层陶瓷电容器。

根据本发明的一方面，提供了一种制造金属粉体的方法，所述方法包括：制备第一溶液，第一溶液包括金属前驱体和水基溶剂；制备第二溶液，第二溶液包括还原剂、水基溶剂和含有氮(N)的表面活性剂；加热第二溶液；通过混合第一溶液和加热后的第二溶液来制备第三溶液；通过搅拌第三溶液生产金属颗粒，金属颗粒的表面上可检测到氮(N)。

金属前驱体可以包括选自于由银、金、铜、镍、钴、铂、钯和它们的合金组成的组中的至少一种。

金属前驱体可以包括硫酸铜、氯化铜和硝酸铜中的至少一种。

第一溶液还可以包括pH调节剂。

pH调节剂可以包括氨水。

第一溶液的pH可以为6到10。

生产金属颗粒的步骤可以包括搅拌第三溶液1到2小时。

表面活性剂可以包括明胶。

还原剂可以包括抗坏血酸。

可以将第二溶液加热到50℃和90℃之间的温度。

所述方法还可以包括在生产金属颗粒之后，使用离心分离机来清洗金属颗粒。

根据本发明的另一方面，提供了一种多层陶瓷电容器，所述多层陶瓷电容器包括：陶瓷主体，包括介电层；第一内部电极和第二内部电极，设置为在陶瓷主体内彼此面对，介电层介于第一内部电极和第二内部电极之间；第一外部电极和第二外部电极，分别电连接到第一内部电极和第二内部电极，其中，第一外部电极和第二外部电极包括表面上可检测到氮(N)的金属颗粒。

附图说明

通过下面结合附图进行的详细描述，本发明的上述和其他方面、特点及其他优点将会被更加清楚地理解，在附图中：

图1是示出根据本发明实施例的制造金属粉体的方法的流程图；

图2是示意性地示出根据本发明实施例的多层陶瓷电容器的透视图；

图3是沿图2中的A-A’线截取的剖视图；

图4是根据发明示例1的金属粉体的扫描电子显微镜(SEM)图像；

图5是根据对比例1的金属粉体的扫描电子显微镜(SEM)图像；

图6是发明示例1和对比例1的X射线光电子能谱(XPS)分析曲线图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图来详细描述本发明的实施例。

然而，本发明可以以多种不同形式来实施，且不应被解释为限于这里阐述的实施例。相反，提供这些实施例从而使本公开将是彻底的和完整的，并且将充分地向本领域技术人员传达本发明的范围。

在附图中，为了清晰起见，可能夸大了元件的形状和大小，将始终使用相同的标号指示相同或相似的元件。

制造金属粉体的方法

图1是示出根据本发明实施例的制造金属粉体的方法的流程图。

参照图1，根据本发明实施例的制造金属粉体的方法可以包括：制备第一溶液(S1)；制备第二溶液(S2)；加热第二溶液(S3)；通过将第一溶液和加热后的第二溶液混合来制备第三溶液(S4)；通过烧结第三溶液而获得金属颗粒(S5)。

第一溶液可以包括金属前驱体和水基溶剂，金属前驱体可以包括选自于由银、金、铜、镍、钴、铂、钯和它们的合金组成的组中的至少一种。

金属前驱体可以以金属的硫酸盐、盐酸盐或者硝酸盐的形式被包括。

即，在金属前驱体包含铜的情况下，铜可以是硫酸铜、氯化铜和硝酸铜中的至少一种。

水基溶剂可以包括水(纯水)，但不限于此。

另外，第一溶液的pH可以为6到10，并且还包含用于调节pH的pH调节剂。pH调节剂可以含有氨水。

在第一溶液的pH小于6的情况下，可能难以控制金属粉体的颗粒尺寸，而在第一溶液的pH大于10的情况下，金属粉体的良率降低。

第二溶液可以含有表面活性剂、还原剂和水基溶剂。

表面活性剂可以含有氮(N)，并且可以包含选自于由单乙醇胺、异丙基单乙醇胺、N-环己胺、苯胺、乙胺、吡咯、吡咯烷、二异丙胺、二乙胺、二叔丁基苯胺、三乙胺、聚乙烯胺和明胶组成的组中的至少一种，但不限于此。

具体地说，在本发明的实施例中，明胶可以用作表面活性剂。作为无毒的、亲水表面活性剂的明胶可以具有本实施例所需的颗粒尺寸可控性，由此有利于制造具有在期望的范围内(大约0.5μm到大约1.5μm)的平均颗粒尺寸的金属粉体。

另外，还原剂可以包括抗坏血酸。通常，代表性地用于液相还原法中的还原剂联氨对人体有害，并且具有强的还原性，导致制造的金属颗粒的尺寸分布变得非常广。然而，抗坏血酸对人体无害，并且在使用抗坏血酸作为还原剂的情况下，金属颗粒的尺寸可以容易控制。

水基溶剂可以包括水(纯水)，并且可以与第一溶液中所含的水基溶剂相同，但不限于此。

再就是，可以加热含有表面活性剂、还原剂和水基溶剂的第二溶液，然后可以将第一溶液和加热后的第二溶液混合，以制备第三溶液。

可以将第二溶液加热到50℃和90℃之间的温度。在第二溶液的加热温度低于50℃的情况下，还原能量不足，由此得到未还原的金属前驱体，从而会降低良率。

另外，在第二溶液的加热温度高于90℃的情况下，颗粒会过度生长，从而会制造出粗颗粒，由此颗粒尺寸分布会不均匀。

然后，可以搅动第三溶液大约1小时到2小时，以获得金属颗粒，由于表面活性剂，可以在金属颗粒的表面上检测到氮(N)。

然后，可以通过使用离心分离机来清洗金属颗粒。

在根据本发明实施例的制造方法中，由于使用水基溶剂来代替有机溶剂并且不使用对人体有害的联氨，因此可以以环境友好的方式来制造金属粉体。另外，通过本发明实施例制造的金属粉体可以包括具有窄的颗粒尺寸分布的细金属颗粒。

多层陶瓷电容器

图2是示意性地示出根据本发明实施例的多层陶瓷电容器的透视图，图3是沿图2中的A-A’线截取的剖视图。

参照图2和图3，根据本发明实施例的多层陶瓷电容器100可以包括陶瓷主体110；第一外部电极131和第二外部电极132。

陶瓷主体110的形状不被具体地限制，并且可以具有例如如附图中示出的六面体的形状。由于陶瓷粉体在烧结芯片时的烧结收缩，所以陶瓷主体110可能不具有呈完全直线的完美的六面体的形状，但可以具有大体上呈六面体的形状。

陶瓷主体可以包括多个介电层111和形成在单个介电层111上的第一内部电极121和第二内部电极122，陶瓷主体可以通过堆叠使第一内部电极和第二内部电极形成在其上的多个介电层形成。

另外，第一内部电极和第二内部电极可以设置为彼此面对，至少一个介电层111介于第一内部电极和第二内部电极之间。

根据本发明的实施例，构成陶瓷主体110的多个介电层111可以呈烧结的状态(sintered state)。相邻的介电层111可以成为一体，使得相邻的介电层111之间的边界不容易明显。

介电层可以包括具有高介电常数的陶瓷粉体作为主要成分，陶瓷粉体的示例可以包括钛酸钡(BaTiO₃)-基粉体和钛酸锶(SrTiO₃)-基粉体，但是陶瓷粉体的示例不限于此。

根据本发明的实施例，第一内部电极121和第二内部电极122可以使用包括导电金属的导电浆料形成。

导电金属可以是镍(Ni)、铜(Cu)、钯(Pd)或它们的合金，但不限于此。

另外，内部电极可以通过诸如丝网印刷方法或凹版印刷方法的印刷方法，使用导电浆料印刷在形成介电层的陶瓷生片上。

其上印刷有内部电极的陶瓷生片可以交替地堆叠并烧结，由此形成陶瓷主体110。

再就是，第一外部电极131和第二外部电极132可以分别电连接到第一内部电极121和第二内部电极122，而第一外部电极和第二外部电极可以包括金属颗粒，在金属颗粒的表面上可检测到氮(N)。

更具体地说，第一外部电极131和第二外部电极132可以通过将用于外部电极的导电浆料涂覆在陶瓷主体的外表面上并且执行烧结工艺，同时被设置为分别电连接到第一内部电极和第二内部电极而形成。

可以通过混合导电粉体、玻璃料、基体树脂、有机载体等制备导电浆料，包括在导电浆料中的导电粉体可以包括根据本发明上述实施例制造的金属粉体。

由于包括在导电浆料中的金属粉体的描述与根据本发明前一实施例的金属粉体的描述重叠，因此将省略其细节。

基体树脂、有机载体和其他添加剂不被具体地限制，只要它们普遍被用在制备用于外部电极的导电浆料成分即可，并且其的量可以根据预期的目的而变化。

由于通过本发明实施例制造的金属粉体包括具有均匀颗粒尺寸分布的细颗粒，因此在外部电极使用包括金属粉体的导电浆料制造的情况下，可以提高最终制造的外部电极的密度。

发明示例1

将硫酸铜(CuSO₄)溶解在水中，并利用氨水来制备pH为8的第一溶液。

然后，通过将明胶和抗环血酸溶解在水中来制备第二溶液。接下来，将第二溶液加热到80℃，将第一溶液和加热后的第二溶液混合，以制备第三溶液。

在搅拌第三溶液大约1小时之后，溶液中的颗粒通过利用离心分离机来清洗并且被干燥，以生产发明示例1的金属粉体。

对比例1

将硫酸铜(CuSO₄)溶解在水中，并利用氨水来制备pH为8的第四溶液。

然后，通过将抗环血酸溶解在水中来制备第五溶液。接下来，将第五溶液加热到80℃，将第四溶液和加热后的第五溶液混合，以制备第六溶液。

在搅拌第六溶液大约1小时之后，溶液中的颗粒通过利用离心分离机来清洗并且被干燥，以生产对比例1的金属粉体。

图4是根据发明示例1的金属粉体的扫描电子显微镜(SEM)图像，图5是根据对比例1的金属粉体的扫描电子显微镜(SEM)图像。

图6是发明示例1和对比例1的X射线光电子能谱(XPS)分析曲线图。

可以从图4和图5中认识到，发明示例1的金属粉体由具有1μm的极小尺寸的颗粒形成，并且具有均匀的颗粒尺寸分布；然而，对比例1的金属粉体包括具有2μm或更大的尺寸的多个颗粒，并且具有不均匀的颗粒尺寸分布。

更具体地说，可以认识到的是，在发明示例1的情况下，合成了平均颗粒尺寸为大约1.17μm以及标准偏差为0.18μm(即，具有相对小的尺寸和均匀的颗粒尺寸分布)的金属粉体颗粒，而在对比例1的情况下，合成了平均颗粒尺寸为2.0μm以及标准偏差为0.53μm(即，具有相对大的尺寸和不均匀的颗粒尺寸分布)的金属粉体颗粒。

另外，参照示出XPS分析结果的图6，在根据发明示例1的金属粉体中在大约400eV处检测到对应于氮(N)的峰，而在根据对比例1中的金属粉体中未检测对应于氮(N)的峰。

因此，可以认识到的是，在根据发明示例1制造的金属粉体颗粒的表面上检测到氮(N)。

如上所述，根据本发明的实施例，可以提供由具有改善的颗粒尺寸分布的细颗粒形成的金属粉体、该金属粉体的制造方法和使用该制造方法制造的多层陶瓷电容器。

虽然已经结合实施例示出并描述了本发明，但是本领域的技术人员将清楚的是，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可进行修改和变型。

Claims (10)

1.一种制造金属粉体的方法，所述方法包括：

制备第一溶液，第一溶液包括金属前驱体和水基溶剂；

制备第二溶液，第二溶液包括抗坏血酸、水基溶剂和含有氮的表面活性剂；

加热第二溶液；

通过混合第一溶液和加热后的第二溶液来制备第三溶液；

通过搅拌第三溶液生产金属颗粒，金属颗粒的表面上能检测到氮，

其中，金属前驱体包括硫酸铜、氯化铜和硝酸铜中的至少一种。

2.如权利要求1所述的方法，其中，金属前驱体包括选自于由银、金、铜、镍、钴、铂、钯和它们的合金组成的组中的至少一种。

3.如权利要求1所述的方法，其中，第一溶液还包括pH调节剂。

4.如权利要求3所述的方法，其中，pH调节剂包括氨水。

5.如权利要求1所述的方法，其中，第一溶液的pH为6到10。

6.如权利要求1所述的方法，其中，生产金属颗粒的步骤包括搅拌第三溶液1到2小时。

7.如权利要求1所述的方法，其中，表面活性剂包括明胶。

8.如权利要求1所述的方法，其中，将第二溶液加热到50℃和90℃之间的温度。

9.如权利要求1所述的方法，所述方法还包括在生产金属颗粒之后，使用离心分离机来清洗金属颗粒。

10.一种多层陶瓷电容器，所述多层陶瓷电容器包括：

陶瓷主体，包括介电层；

第一内部电极和第二内部电极，设置为在陶瓷主体内彼此面对，介电层介于第一内部电极和第二内部电极之间；

第一外部电极和第二外部电极，分别电连接到第一内部电极和第二内部电极，

其中，第一外部电极和第二外部电极包括通过权利要求1的方法生产的金属颗粒，金属颗粒的表面上能检测到氮。