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Technisches
Gebiet
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Die
dieser Anmeldung zugrundeliegende Erfindung betrifft ein feinpartikuläres Silberpulver
und ein Verfahren zur Herstellung des feinpartikulären Silberpulvers.
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Hintergrundtechnik
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Üblicherweise
hat man sich für
die Produktion eines Silberpulvers ein Nassreduktionsverfahren zu
eigen gemacht, bei dem eine wässrige
Lösung
aus Silberaminkomplex mit einer Silbernitratlösung und Ammoniakwasser hergestellt
wird und ein organisches Reduktionsmittel dazu hinzugegeben wird,
wie in Patentdokument 1 beschrieben. In den letzten Jahren werden
diese Silberpulver hauptsächlich
zum Herstellen von Elektroden und Schaltkreisen von Chipteilen,
Plasmaanzeigetafeln etc. verwendet.
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Patentdokument 1
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- Japanische Patentoffenlegungsveröffentlichung Nr. 2001-107101.
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Was
derartige Elektroden und Schaltkreise anbelangt wird deshalb eine
sehr feine Produktion der Elektroden und Schaltkreise gefordert,
und es ist eine hohe Zuverlässigkeit
bei einer hohen Dichte und großen Genauigkeit
der elektrischen Verdrahtung gefordert worden.
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Durch die Erfindung zu
lösende
Aufgaben
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Offenbarung der Erfindung
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Die
durch dieses herkömmliche
Herstellungsverfahren erhaltenen Silberpulverpartikel weisen jedoch einen
durchschnittlichen Partikeldurchmesser der Primärpartikel DIA,
der üblicherweise
mehr als 0,6 μm
beträgt,
und einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser D50 auf,
der 1,0 μm überschreitet,
wie durch Partikelgrößenverteilungsmessung
mittels Laserbeugungsstreuung bestimmt. Der Aggregationsgrad, ausgedrückt durch
D50/DIA, überschreitet
unter echten Bedingungen 1,7. Deshalb waren sie für die fein
eingestellte Schaltkreisausbildung nicht geeignet und ein wesentlicher
Faktor bei der Verringerung der Produktausbeute.
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In
der Zwischenzeit sind hinsichtlich der Verwendung von Silberpulvern
die folgenden Probleme aufgetaucht. Man hat üblicherweise angenommen, dass
ein geringkristallines Silberpulver zum Erreichen eines hohen Ausmaßes an Sinterbarkeit
bei einer niedrigen Temperatur wünschenswert
ist, da bei der Schaltkreisherstellung unter Verwendung einer Silberpaste
ein nicht-sinterndes oder bei niedriger Temperatur sinterndes Pulver,
bei dem die Heiztemperatur 300 °C
oder weniger beträgt,
umfänglich
verwendet worden ist. Es mussten jedoch schnelle Reduktionsreaktionssysteme
für die
Herstellung eingeführt
werden, um ein geringkristallines Silberprodukt zu erhalten und
man konnte im Ergebnis nur Silberpulver erhalten, die eine niedrige
Kristallinität
aufwiesen, aber erheblich aggregierten.
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Unter
diesen Umständen
war es wünschenswert,
dem Markt Silberpulver zur Verfügung
zu stellen, die unerreicht feinpartikuläre Silberpulver sind und eine
Dispergierbarkeit aufweisen, die näher an der Monodispergierbarkeit
sind, was zu einer geringeren Aggregation führt, und auch ausgezeichnete
Niedertemperatursinterungseigenschaften aufweisen.
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Mittel zum
Lösen des
Problems
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Entsprechend
haben die vorliegenden Erfinder intensive Studien durchgeführt und
waren bei dem Herstellungsverfahren auf der Grundlage eines herkömmlichen
Verfahrens erfinderisch tätig,
bei dem eine wässrige
Lösung
aus Silberaminkomplex erhalten wird durch Mischen und Umsetzen einer
wässrigen
Silbernitratlösung
mit Ammoniakwasser, und ein organisches Reduktionsmittel dazu hinzugegeben
wird, um eine Reduktion und Abscheiden von Silberpartikeln zu erlauben,
die dann filtriert, gewaschen und getrocknet werden. Infolgedessen
ist man in der Lage gewesen, feinpartikuläre Silberpulver in einem Umfang
zu erhalten, die durch ein herkömmliches
Herstellungsverfahren nicht erreichbar sind, und weiter ein Herstellungsverfahren
zum stabilen Erhalten der feinpartikulären Silberpartikel mit einer
hohen Ausbeute. Die vorliegende Erfindung wird hierin im Folgenden
hinsichtlich des „feinpartikulären Silberpulvers" und des „Herstellungsverfahrens" separat beschrieben
werden.
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<Feinpartikuläres Silberpulver>
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Zuerst
wird das feinpartikuläre
Silberpulver gemäß der vorliegenden
Erfindung beschrieben. Das feinpartikuläre Silberpulver gemäß der vorliegenden
Erfindung ist hauptsächlich
dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Pulvereigenschaften
a) bis c) aufweist. Was diese Pulvereigenschaften anbelangt, so
sind sie als die auffallendsten Eigenschaften aufgezählt und
mit derzeitigen Pulvermesstechniken bei dem feinpartikulären Silberpulver
gemäß der vorliegenden
Erfindung üblich.
Im Folgenden wird hierin eine jede dieser Eigenschaften beschrieben.
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Die
Eigenschaft a) ist die, dass der durchschnittliche Partikeldurchmesser
DIA der Primärpartikel, wie er durch Bildanalyse
eines rasterelektronenmikroskopischen Bildes erhalten ist, 0,6 μm oder weniger
beträgt. Hierin
ist der „durchschnittliche
Partikeldurchmesser DIA der Primärpartikel,
der durch Bildanalyse eines rasterelektronenmikroskopischen Bildes
erhalten ist", ein
durchschnittlicher Partikeldurchmesser, der durch Bildanalyse eines
Bildes des Silberpulvers erhalten ist, das durch ein Rasterelektronenmikroskop
(SEM) aufgenommen ist (wobei es bevorzugt ist, im Falle eines feinpartikulären Silberpulvers
gemäß der vorliegenden
Erfindung bei einer Vergrößerung von
10.000 und im Falle eines herkömmlichen
Silberpulvers bei einer Vergrößerung von
3.000 bis 5.000 zu beobachten). Die Bildanalyse des durch ein Rasterelektronenmikroskop
(SEM) beobachteten Silberpulvers wird in der vorliegenden Beschreibung
durchgeführt
durch Erhalten des durchschnittlichen Partikeldurchmessers DIA unter Verwendung von IP-1000PC, hergestellt
von Asahi Engineering Co., Ltd., und Durchführen einer Rundpartikelanalyse
unter der Annahme des Kreisgrenzwertes von 10 und des Überlappungsausmaßes von
20. Da der durchschnittliche Partikeldurchmesser DIA,
der durch die Bildanalyse des beobachteten Bildes erhalten wird,
direkt durch das SEM-Betrachtungsbild
erhalten wird, kann der durchschnittliche Partikeldurchmesser der
Primärpartikel
zuverlässig
erhalten werden. Der DIA, wie er in der vorliegenden
Erfindung verwendet wird, fällt
meistens in den Bereich von 0,01 μm
bis 0,6 μm,
soweit wie die vorliegenden Erfinder ihn beobachten, es können aber
kleinere Partikelgrößen in der
Realität
beobachtet werden und deshalb wird absichtlich keine spezifische
untere Grenze beschrieben.
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Hinsichtlich
der Eigenschaft b) wird, da das feinpartikuläre Silberpulver gemäß der vorliegenden
Erfindung eine hohe Dispergierbarkeit zeigt, die von herkömmlichen
Silberpulvern nie gezeigt worden war, ein „Aggregationsgrad" als ein Index verwendet,
um diese Dispergierbarkeit anzuzeigen. Der „Aggregationsgrad", wie er in dieser
Beschreibung verwendet wird, ist der Wert, der durch D50/DIA dargestellt wird unter Verwendung des
oben erwähnten
durchschnittlichen Partikeldurchmessers DIA von
Primärpartikeln
und des durchschnittlichen Partikeldurchmessers D50,
wie er durch Größenverteilungsmessverfahren
mittels Laserbeugungsstreuung bestimmt ist. Hier ist D50 die
Partikelgröße bei 50
% Volumenakkumulation, wie durch Partikelgrößenverteilungsmessverfahren
mittels Laserbeugungsstreuung bestimmt, und der Wert dieses durchschnittlichen
Partikeldurchmessers D50 wird nicht durch
direktes und tatsächliches
Beobachten des Durchmessers von einem Pulverpartikel nach dem anderen
erhalten, sondern man kann sagen, dass ein durchschnittlicher Partikeldurchmesser
berechnet wird, indem ein aggregiertes Pulverpartikel als ein Partikel
(aggregiertes Partikel) betrachtet wird. Dies deshalb, weil Pulverpartikel
eines realen Silberpulvers üblicherweise
nicht als sogenanntes monodisperses Pulver betrachtet werden, bei
dem ein jedes einzelne Partikel vollständig getrennt ist, sondern in
einem Zustand vorliegt, bei dem mehrere Pulverpartikel aggregiert
sind. Es ist jedoch üblich,
dass der Wert des durchschnittlichen Partikeldurchmessers D50 geringer wird, wenn eine geringere Aggregation
von Pulverpartikeln gegeben ist, und sie sind eher monodispers.
Der D50 des feinpartikulären Silberpulvers, das in der vorliegenden
Erfindung verwendet werden soll, bewegt sich in einem Bereich von
etwa 0,25 μm
bis 0,80 μm und
es wird ein feinpartikuläres
Silberpulver mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser D50 in dem Bereich bereitgestellt, der durch
ein übliches
Herstellungsverfahren überhaupt
nicht erhalten worden ist. Das Partikelgrößenverteilungsmessverfahren
mittels Laserbeugungsstreuung, wie es in dieser Beschreibung verwendet
wird, wird durchgeführt
durch Mischen von 0,1 g feinpartikulären Silberpulvers mit Ionen-ausgetauschtem
Wasser und Dispergieren des Ansatzes mit einem Ultraschallhomogenisator
(ein Produkt von Nippon Seiki Seisaku-sho Co., Ltd., US-300T) für fünf Minuten
und Messen auf der Grundlage von Laserbeugungsstreuung mit einer
Partikelgrößenverteilungsmessvorrichtung
vom Typ MicroTrac HRA 9320-X 100 (ein Produkt der Firma Leeds & Northrup).
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Im
Gegensatz dazu ist der „durchschnittliche
Partikeldurchmesser DIA der Primärpartikel,
der durch Bildanalyse einer rasterelektronenmikroskopischen Aufnahme
erhalten ist", ein
durchschnittlicher Partikeldurchmesser, der durch Bildanalyse eines
Bildes des Silberpulvers erhalten ist, das unter einem Rasterelektronenmikroskop
(SEM) beobachtet wird, und der durchschnittliche Partikeldurchmesser
der Primärpartikel
wird zuverlässig
ohne Berücksichtigung
des Aggregationszustandes beobachtet.
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Infolgedessen
haben die vorliegenden Erfinder entschieden, den Wert als den Aggregationsgrad
zu verwenden, der durch D50/DIA dargestellt
ist, berechnet aus dem durchschnittlichen Partikeldurchmesser D50, der durch Größenverteilungsmessungsverfahren
mittels Laserbeugungsstreuung erhalten ist, und dem durchschnittlichen
Partikeldurchmesser DIA, der durch Bildanalyse
erhalten ist. Das bedeutet, dass wenn angenommen wird, dass D50- und
DIA-Werte mit der gleichen Genauigkeit in
einem feinpartikulären
Silberpulver des gleichen Ansatzes gemessen werden können, der
Wert von D50, der erlaubt, dass der Aggregationszustand
in dem gemessenen Wert wiedergespiegelt wird, auf der Grundlage
der oben angegebenen Theorie größer ist
als der von DIA. Der Wert von D50 nähert sich
dem Wert von DIA grenzenlos an und der Wert
aus D50/DIA, der
der Aggregationsgrad ist, wird sich 1 annähern, da sich der Aggregationszustand
der Pulverpartikel des feinpartikulären Silberpulvers verringert.
In dem Stadium, wo der Aggregationsgrad 1 wird, kann das Pulver
als monodisperses Pulver bezeichnet werden, bei dem überhaupt
kein Aggregationszustand der Pulverpartikel vorliegt.
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Entsprechend
haben die vorliegenden Erfinder versucht, die Korrelation zwischen
dem Aggregationsgrad, der Viskosität der feinpartikulären Silberpulverpasten,
die mit einem feinpartikulären
Silberpulver mit unterschiedlichem Aggregationsgrad hergestellt
waren, und der Oberflächenglattheit
der durch Sintern erhaltenen Leiter zu untersuchen. Im Ergebnis
ist festgestellt worden, dass eine extrem gute Korrelation erhalten
werden kann. Infolgedessen wird verstanden, dass gefolgert werden
kann, dass die freie Steuerung der Viskosität einer feinpartikulären Silberpulverpaste
möglich
ist, indem der Aggregationsgrad des feinpartikulären Silberpulvers, das darin
verwendet wird, gesteuert wird. Im Übrigen hat man festgestellt,
dass wenn der Aggregationsgrad bei 1,5 oder weniger gehalten wird,
die Fluktuation der Viskosität
von feinpartikulärer
Silberpulverpaste und die Oberflächenglattheit
nach dem Sintern in einem extrem schmalen Bereich gehalten werden
kann. Zusätzlich
verbessert sich, da der Aggregationszustand beseitigt ist, die scheinbare
Filmdichte des durch Sintern des feinpartikulären Silberoxidpulvers erhaltenen
Leiters und infolgedessen wird es möglich, den elektrischen Widerstand
des ausgebildeten gesinterten Leiters zu verringern.
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Wenn
der Aggregationsgrad tatsächlich
berechnet wird, gibt es einige Fälle
wo der Wert tatsächlich weniger
als 1 ist. Es wird in Erwägung
gezogen, dass dies aus der Annahme herrührt, dass DIA,
der für
die Berechnung des Aggregationsgrades verwendet wird, eine echte
Kugel ist und obwohl der Wert für
den Aggregationsgrad theoretisch nicht ein Wert von weniger als
1 sein kann, wird angenommen, dass ein derartiger Wert für den Aggregationsgrad,
der kleiner als 1 ist, in der Realität erhalten werden kann, da
er nicht eine echte Kugel ist.
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Die
Eigenschaft c) besteht darin, dass der Kristallitdurchmesser 10
nm oder weniger beträgt,
und es besteht eine sehr enge Beziehung zwischen diesem Kristallitdurchmesser
und der Sinterungsanfangstemperatur. Das soll heißen, dass
bei dem Vergleich zwischen den Silberpulvern mit einem gleichen
durchschnittlichen Partikeldurchmesser die Sinterungstemperatur
niedriger sein kann, wenn der Kristallitdurchmesser kleiner ist.
Deshalb kann das feinpartikuläre
Silberpulver der vorliegenden Erfindung mit infolge seiner kleinen Partikelgröße einer
großen
Oberflächenenergie
und mit einem geringen Kristallitdurchmesser von 10 nm oder weniger
die Sinterungsanfangstemperatur verringern. Hier wird kein unterer
Grenzwert für
den Kristallitdurchmesser definiert, wobei der Grund dafür darin
besteht, dass ein bestimmter Messfehler abhängig von der Messapparatur,
den Messbedingungen und dergleichen auftritt. Es ist schwierig,
eine hohe Zuverlässigkeit
bei den gemessenen Werten in dem Bereich zu fordern, wo der Kristallitdurchmesser
weniger als 10 nm beträgt,
und wenn man es wagt, den unteren Grenzwert zu bestimmen, wird angenommen,
dass er etwa 2 nm beträgt,
wie als Ergebnis einer Studie der vorliegenden Erfinder erhalten.
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Die
feinpartikulären
Silberpulver gemäß der vorliegenden
Erfindung weisen die Pulvereigenschaften a) bis c) auf, wie oben
festgehalten, und hinsichtlich der Sinterungsanfangstemperatur kann
das feinpartikuläre Silberpulver
gemäß der vorliegenden
Erfindung als ein feinpartikuläres
Silberpulver mit Sinterungseigenschaften von weniger als 240° C erachtet
werden. Es wird auch kein unterer Grenzwert speziell für diese
Sinterungsanfangstemperatur definiert, es ist jedoch fast unmöglich, eine
Sinterungsanfangstemperatur von weniger als 170° C zu erreichen und das soll
die Temperatur sein, die dem unteren Grenzwert unter Würdigung
der von den vorliegenden Erfindern durchgeführten Studien und dem allgemeinen
Verständnis
in der Technik entspricht.
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Weiterhin
ist die Klopfschüttdichte
des feinpartikulären
Silberpulvers gemäß der vorliegenden
Erfindung als Ergebnis der oben erwähnten Pulvereigenschaften so
hoch wie 4,0 g/cm3. Die Klopfschüttdichte,
wie hierin verwendet, wird durch ein Verfahren gemessen, das genaues
Abwiegen von 200 g feinpartikulären
Silberpulvers, Einfüllen
des Pulvers in einen Messzylinder mit 150 cm3,
Klopfen durch wiederholtes, 1000-faches Fallenlassen bei einem Hub
von 40 mm und dann Messen des Volumens des feinpartikulären Silberpulvers umfasst.
Diese Klopfschüttdichte
wird als ein höherer
Wert erhalten werden, da das Pulver theoretisch eine kleinere Partikelgröße aufweist
und es in einem Zustand höherer
Dispergierbarkeit ohne Aggregation zwischen den Partikeln vorliegt.
Berücksichtigt
man, dass die Klopfschüttdichte
der herkömmlichen
Silberpulver weniger als 4,0 g/cm3 betrug,
so stützt
dies die Vorstellung, dass das feinpartikuläre Silberpulver gemäß der vorliegenden
Erfindung sehr fein ist und eine exzellente Dispergierbarkeit aufweist.
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<Verfahren zur Herstellung von feinpartikulärem Silberpulver>
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Das
Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung ist ein Verfahren, bei dem eine wässrige Lösung aus Silberaminkomplex
erhalten wird durch Kontaktieren und Umsetzen einer wässrigen
Silbernitratlösung
mit Ammoniakwasser, und ein organisches Reduktionsmittel dazu hinzugegeben
wird, um eine Reduktion und ein Abscheiden von Silberpartikeln zu
erlauben, die dann abfiltriert, gewaschen und getrocknet werden,
das im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet ist, dass das Reduktionsmittel,
das Silbernitrat und das Ammoniakwasser in Mengen verwendet werden,
so dass sie verdünnt
sein können,
nachdem sie hinzugegeben sind. Üblicherweise
wurde eine Lösung
eines Reduktionsmittels und eine wässrige Lösung eines Silberaminkomplexes
in einem Behälter
auf einmal zusammengemischt und deshalb sollten große Mengen
an Silbernitrat, Reduktionsmittel und Ammoniakwasser hinzugegeben
werden, um die Silberkonzentration so einzustellen, dass sie 10
g/l oder mehr betrug. Ansonsten konnte die Produktivität für die Größe der Vorrichtungen
nicht sichergestellt werden.
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Die
wichtigste Eigenschaft des Herstellungsverfahrens gemäß der vorliegenden
Erfindung besteht darin, dass die Konzentration des organischen
Reduktionsmittels nach dem Kontaktieren und Umsetzen einer wässrigen
Silberaminkomplexlösung
mit einem organischen Reduktionsmittel gering ist, und es möglich ist, das
organische Reduktionsmittel zu verringern, das an der Oberfläche der
Pulverpartikel des erzeugten Silberpulvers adsorbiert und darauf
verbleibt, oder in die Pulverpartikel während des Wachstumsprozess
der Pulverpartikel aufgenommen wird. Deshalb ist es am bevorzugtesten,
die Konzentration des organischen Reduktionsmittels bei 1 g/l bis
3 g/l zu halten, wohingegen die Silberkonzentration in der gemischten
Lösung
auf 1 g/l bis 6 g/l eingestellt wird.
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Hier
besteht eine proportionale Beziehung zu der Silberkonzentration
und natürlich
kann eine quantitativ größere Menge
an Silberpulvern erhalten werden, da die Silberkonzentration höher ist.
Wenn die Silberkonzentration jedoch 6 g/l überschreitet, besteht die Neigung,
dass die abgeschiedenen Silberpartikel zu groben Partikeln werden
und der Partikeldurchmesser überhaupt
nicht verschieden sein wird von dem herkömmlicher Silberpulver und Silberpulver
mit hohen Dispersionseigenschaften gemäß der vorliegenden Erfindung können nicht
erhalten werden. Im Gegensatz dazu kann, wenn die Silberkonzentration
hier weniger als 1 g/l beträgt, extrem
feinpartikuläres
Silberpulver erhalten werden. Da aber das Pulver zu fein ist, erhöht sich
die Ölabsorption
und die Viskosität
der Paste steigt an, was die Notwendigkeit mit sich bringt, die
Menge des organischen Vehikels zu erhöhen, und zu einer Verringerung
der Filmdichte des letztendlich ausgebildeten gesinterten Leiters
und zur Tendenz führt,
dass sich der elektrische Widerstand erhöht. Zusätzlich wird es nicht der erforderlichen
industriellen Produktivität
genügen.
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Die
am besten geeignete Bedingung zum Erhalten von feinpartikulärem Silberpulver
gemäß der vorliegenden
Erfindung mit einer hohen Ausbeute besteht darin, die Konzentration
des organischen Reduktionsmittels bei 1 g/l bis 3 g/l zu halten,
während
die Silberkonzentration bei 1 g/l bis 6 g/l gehalten wird. Der Grund zum
Einstellen der Konzentration des organischen Reduktionsmittels hierin
auf 1 g/l bis 3 g/l besteht darin, sie als den Bereich auszuwählen, der
am geeignetsten ist, um ein Silberpulver mit feinen Partikeln als
Funktion der Silberkonzentration in der wässrigen Lösung aus Silberaminkomplex
zu erhalten. Wenn die Konzentration des organischen Reduktionsmittels
3 g/l überschreitet,
verringert sich die Menge der Reduktionsmittelflüssigkeit, die zu der wässrigen
Lösung
des Silberaminkomplexes hinzugegeben werden muss, aber das Aggregieren
der Pulverpartikel des reduzierten und abgeschiedenen Silberpulvers
wird erheblich und die Menge an in den Pulverpartikeln enthaltenen
Verunreinigungen (in dieser Beschreibung wird die Menge an Verunreinigung als
Kohlenstoffgehalt ausgedrückt)
beginnt sich schnell zu erhöhen.
Andererseits erhöht
sich die Gesamtflüssigkeitsmenge
des zu verwendenden Reduktionsmittels und der Umfang der Abwasserbehandlung
signifikant, wenn die Konzentration des organischen Reduktionsmittels
auf weniger als 1 g/l eingestellt wird, und es kann die industrielle ökonomische
Wirksamkeit nicht befriedigt werden.
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Das „organische
Reduktionsmittel",
wie hierin verwendet, ist Hydrochinon, Ascorbinsäure, Glucose etc. Von diesen
ist die selektive Verwendung von Hydrochinon als organisches Reduktionsmittel
bevorzugt. Hydrochinon weist verglichen mit anderen organischen
Reduktionsmitteln bei der vorliegenden Erfindung eine vergleichsweise
exzellente Reaktivität
auf und es kann gesagt werden, dass es das Agens mit einer Reaktionsgeschwindigkeit
ist, die am geeignetsten ist, um geringkristalline Silberpulver
mit einem geringen Kristallitdurchmesser zu erhalten.
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Die
anderen Zusätze
können
in Kombination mit den oben erwähnten
organischen Reduktionsmitteln verwendet werden. Die Zusätze, wie
hierin verwendet, sind Kleber, wie beispielsweise Gelatine, Amin-basierte Polymeragenzien,
Zellulose und dergleichen und stabilisieren erwünschterweise den Reduktionsabscheidungsprozess
von Silberpulver und weisen Funktionen dahingehend auf, dass sie
gleichzeitig ein bestimmtes Dispersionsmittel sind und in geeigneter
Weise selektiv mit dem organischen Reduktionsmittel, der Art des Produktionsprozesses
und so weiter verwendet werden können.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist es wünschenswert,
sich ein Verfahren zu eigen zu machen, bei dem die sich ergebende
wässrige
Lösung
aus Silberaminkomplex und ein organisches Reduktionsmittel kontaktiert
und umgesetzt werden, um ein feinpartikuläres Silberpulver zu reduzieren
und abzuscheiden, wobei die wässrige
Silberaminkomplexlösung
S1 in einem bestimmten Durchflussweg fließt (oben
und im Folgenden als „der
erste Durchflussweg" bezeichnet),
und der zweite Durchflussweg b bereitgestellt wird, der auf den
ersten Durchflussweg a in dessen Verlauf trifft, wie in 1 gezeigt,
und man erlaubt, dass das organische Reduktionsmittel und ein Zusatz
S2, sofern erforderlich, in den ersten Durchflussweg
a durch den zweiten Durchflussweg b strömen und an dem Verbindungspunkt
m des ersten Durchflussweges a mit dem zweiten Durchflussweg b in
Kontakt gelangen und gemischt werden, um ein Silberpulver zu reduzieren
und abzuscheiden (hierin im Folgenden als „ein Ineinanderfließ-Misch-Verfahren" bezeichnet).
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Indem
man sich ein derartiges Ineinanderfließ-Misch-Verfahrens zu eigen
macht, wird ein Mischen der zwei Flüssigkeiten in der kürzesten
Zeit erreicht und die Reaktion schreitet in einem gleichförmigen Zustand innerhalb
des Systems a voran und es können
somit Pulverpartikel mit der gleichförmigen Form ausgebildet werden.
Da die Menge des organischen Reduktionsmitteln nach dem Mischen
bei Betrachtung der Gesamtlösung
klein ist, verringert sich die Menge des adsorbierten und an der
Oberfläche
der Pulverpartikel des reduzierten und abgeschiedenen Silberpulvers
verbliebenen organischen Reduktionsmittels. Infolgedessen kann die
Menge an Verunreinigungen verringert werden, die an dem feinpartikulären Silberpulver
adsorbiert ist, das durch Filtrieren und Trocknen erhalten wird.
Diese Verringerung der Menge an Verunreinigungen, die an dem feinpartikulären Silberpulver
adsorbiert sind, ermöglicht
auch die Verringerung des elektrischen Widerstandes des gesinterten
Leiters, der durch eine Silberpaste ausgebildet ist.
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Weiterhin
ist es wünschenswert,
eine wässrige
Silberaminkomplexlösung
mit einer Silberkonzentration von 2 g/l bis 12 g/l unter Verwendung
einer wässrigen
Silbernitratlösung
mit 2,6 g/l bis 48 g/l zu erhalten, wenn eine wässrige Silbernitratlösung und
Ammoniakwasser kontaktiert und umgesetzt werden, um eine wässrige Silberaminkomplexlösung zu
erhalten. Das Vorschreiben einer Konzentration einer wässrigen
Silbernitratlösung
hierin ist das gleiche wie das Vorschreiben des Flüssigkeitsvolumens
der wässrigen
Silbernitratlösung
und unter Berücksichtigung
dessen, dass die Silberkonzentration der wässrigen Silberaminkomplexlösung auf
2 g/l bis 12 g/l eingestellt ist, wird die Konzentration und das
Flüssigkeitsvolumen
von Ammoniakwasser, das dazu hinzugegeben werden soll, notwendigerweise
festgelegt sein. Obwohl eindeutige technische Gründe zu diesem Stadium nicht
klar waren, kann ein feinpartikuläres Silberpulver, das die beste
Herstellungsstabilität
und eine stabile Qualität
aufweist, unter Verwendung einer wässrigen Silbernitratlösung mit
2,6 g/l bis 48 g/l erhalten werden.
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Vorteilhafte
Wirkungen der Erfindung
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Das
feinpartikuläre
Silberpulver gemäß der vorliegenden
Erfindung ist so fein, wie es herkömmlicherweise nie vorlag, und
weist eine hohe Dispergierbarkeit auf und es kann verstanden werden,
dass ein derartiges Silberpulver in den herkömmlichen Silberpulvern nie
vorhanden ist. Zusätzlich
wird man in die Lage versetzt, feinpartikuläres Silberpulver gemäß der vorliegenden
Erfindung in wirtschaftlicher Weise zu erhalten, indem man sich
das oben beschriebene Herstellungsverfahren zu eigen macht.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine Zeichnung, die das Konzept des Mischens einer wässrigen
Silberaminkomplexlösung und
eines Reduktiosmittels zeigt;
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2 ist
eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme eines feinpartikulären Silberpulvers
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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3 ist
eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme eines feinpartikulären Silberpulvers
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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4 ist
eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme eines feinpartikulären Silberpulvers
gemäß eines
herkömmlichen
Herstellungsverfahrens; und
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5 ist
eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme eines feinpartikulären Silberpulvers
gemäß einem
herkömmlichen
Herstellungsverfahren.
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Beste Art und Weise, die
Erfindung auszuführen
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Hierin
wird im Folgenden die beste Art und Weise der Ausführung der
Erfindung durch Vergleich mit Vergleichsbeispielen detailliert beschrieben
werden.
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Beispiel 1
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Bei
diesem Beispiel ist ein feinpartikuläres Silberpulver hergestellt
worden unter Verwendung des oben angegebenen Herstellungsverfahrens
und es wurden die Eigenschaften des erhaltenen feinpartikulären Silberpulvers
gemessen. Weiterhin wurde auch eine Silberpaste mit dem feinpartikulären Silberpulver
hergestellt und ein Testschaltkreis ausgebildet und der Leiterwiderstand
und die Sinterungsanfangstemperatur gemessen.
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Zuerst
wurden 63,3 g Silbernitrat in 9,7 l reinem Wasser gelöst, um eine
wässrige
Silbernitratlösung herzustellen,
und 235 ml Ammoniakwasser mit einer Konzentration von 25 Gew.-%
auf einmal dazugegeben und gerührt
und es wurde eine wässrige
Silberaminkomplexlösung
erhalten.
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Diese
wässrige
Silberaminkomplexlösung
wurde in den ersten Durchflussweg a mit einem Innendurchmesser von
13 mm, wie in 1 gezeigt, mit einer Fließgeschwindigkeit
von 1.500 ml/s eingeführt,
und man ließ ein
Reduktionsmittel aus dem zweiten Durchflussweg b mit einer Fließgeschwindigkeit
von 1.500 ml/s fließen
und sie wurden an dem Verbindungspunkt m bei einer Temperatur von
20° C miteinander
in Kontakt gebracht und ein feinpartikuläres Silberpulver wurde reduziert
und abgeschieden. Eine wässrige Hydrochinonlösung, bei
der 21 g Hydrochinon in 101 reinem Wasser gelöst waren, wurde bei dieser
Gelegenheit als das Reduktionsmittel verwendet. Die Hydrochinonkonzentration
betrug zu dem Zeitpunkt, da das Mischen abgeschlossen war, deshalb
1,04 g/l und wies eine sehr niedrige Konzentration auf.
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Die
Filtration wurde mit einer Nutsche durchgeführt, um das sich ergebende
feinpartikuläre
Silberpulver abzutrennen, das mit 100 ml Wasser und 50 ml Methanol
gewaschen und weiter bei 70° C
für fünf Stunden getrocknet
wurde, und es wurde ein feinpartikuläres Silberpulver erhalten.
Die rasterelektronenmikroskopische Aufnahme dieses erhaltenen feinpartikulären Silberpulvers
wurde in 2 gezeigt.
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Die
Pulvereigenschaften des feinpartikulären Silberpulvers, das wie
oben erhalten wurde, sind in Tabelle 1 zusammen mit den Pulvereigenschaften
der Silberpulver gezeigt, die in Beispiel 2 und in den Vergleichsbeispielen
erhalten wurden. Deshalb sind Messverfahren und dergleichen, die
in der oben beschriebenen Erklärung
nicht identifiziert sind, hier klargestellt. Die Sinterungsanfangstemperatur
in Tabelle 1 wurde gemessen, indem 0,5 g eines feinpartikulären Silberpulvers
mit einer Waage genau abgemessen wurden und dieses in eine Pelletform
bei einem Druck von 2 t/cm2 für eine Minute
gepresst und die Messung mit TMA/SS6000, was eine thermomechanische
Analysenausrüstung
(TMA-Ausrüstung)
ist, die von Seiko Instruments Cooperation hergestellt ist, unter
den folgenden Bedingungen durchgeführt wurde: Luftströmungsgeschwindigkeit von
200 cm3/min, Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit
von 2° C/min
und Retentionszeit von 0 min im Bereich von üblichen Temperaturen bis 900° C. Der in
Tabelle 1 beschriebene Leiterwiderstand wurde gemessen unter Verwendung
eines Schaltkreises mit einer Weite von 1 mm, der erhalten wurde
durch Herstellen einer Silberpaste mit einem jeden der Silberpulver
und Ziehen des Schaltkreises auf einem Keramiksubstrat und Sintern in
dem Umfang, dass die Widerstandsmessung im Temperaturbereich von
180 bis 250° C
möglich
war. Die Zusammensetzung dieser Silberpaste betrug 85 Gew.-% eines
feinpartikulären
Silberpulvers, 0,75 Gew.-% Ethylzellulose, 14,25 Gew.-% Terpineol.
FIB-Analyse maß die
Größe von abgeschiedenen
Kristallpartikeln und wurde zum Messen des Kristallitdurchmessers
verwendet. Der Kohlenstoffgehalt diente dazu, die Menge an Verunreinigungen
abzuschätzen,
die an den Pulverpartikeln des Silberpulvers adhärierten, und wurde gemessen
durch Mischen von 0,5 g eines feinpartikulären Silberpulvers, 1,5 g Wolframpulver
und 0,3 g Zinnpulver und Platzieren der Mischung in einem Porzellantiegel
und Durchführen
der Messung durch ein Abbrandinfrarotabsorptionsverfahren unter
Verwendung von EMIA-320V, herstellt von Horiba, Ltd.
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Beispiel 2
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Bei
diesem Beispiel wurde ein feinpartikuläres Silberpulver hergestellt
unter Verwendung von Herstellungsbedingungen, die sich von jenen
von Beispiel 1 unterschieden, und die Eigenschaften des erhaltenen feinpartikulären Silberpulvers
wurden gemessen. Weiter wurde eine Silberpaste mit dem feinpartikulären Silberpulver
hergestellt und ein Testschaltkreis ausgebildet und der Leiterwiderstand
und die Sinterungsanfangstemperatur gemessen.
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Zuerst
wurden 63,3 g Silbernitrat in 3,1 l reinem Wasser gelöst, um eine
wässrige
Silbernitratlösung herzustellen,
und 235 ml Ammoniakwasser mit einer Konzentration von 25 Gew.-%
auf einmal dazu hinzugegeben und gerührt und eine wässrige Silberaminkomplexlösung erhalten.
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Diese
wässrige
Silberaminkomplexlösung
wurde in einen ersten Durchflussweg a mit einem Innendurchmesser
von 13 mm, der in 1 gezeigt ist, mit einer Geschwindigkeit
von 1.500 ml/s eingeführt,
und man ließ ein
Reduktionsmittel aus dem zweiten Durchflussweg b mit einer Fließgeschwindigkeit
von 1.500 ml/s fließen
und sie wurden an dem Verbindungspunkt m bei einer Temperatur von
20° C miteinander
in Kontakt gebracht und ein feinpartikuläres Silberpulver wurde reduziert
und abgeschieden. Eine wässrige
Hydrochinonlösung,
bei der 21 g Hydrochinon in 3,4 l reinem Wasser gelöst waren,
wurde bei dieser Gelegenheit als das Reduktionsmittel verwendet.
Die Hydrochinonkonzentration betrug zu dem Zeitpunkt, wenn das Mischen
abgeschlossen war, betrug etwa 3,0 g/l und es war eine sehr niedrige
Konzentration.
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Das
sich ergebende feinpartikuläre
Silberpulver wurde mit einer Nutsche wie in Beispiel 1 abfiltriert, mit
100 ml Wasser und 50 ml Methanol gewaschen und weiter bei 70° C für fünf Stunden
getrocknet. Es wurde ein feinpartikuläres Silberpulver erhalten.
Die durch Rasterelektronenmikroskopie dieses erhaltenen feinpartikulären Silberpulvers
erhaltene photographische Aufnahme wurde in 3 gezeigt.
Die Pulvereigenschaften des wie oben erhaltenen feinpartikulären Silberpulvers
sind in Tabelle 1 zusammen mit den Pulvereigenschaften der in Beispiel
1 und den Vergleichsbeispielen erhaltenen Silberpulvern gezeigt.
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Vergleichsbeispiele
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Vergleichsbeispiel 1
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Bei
diesem Beispiel wurde ein feinpartikuläres Silberpulver hergestellt
unter Verwendung des unten gezeigten Herstellungsverfahrens und
die Eigenschaften des erhaltenen feinpartikulären Silberpulvers wurden gemessen.
Weiter wurde eine Silberpaste mit dem feinpartikulären Silberpulver
hergestellt und ein Testschaltkreis ausgebildet und der Leiterwiderstand
und die Sinterungsanfangstemperatur gemessen.
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Zuerst
wurden 63,3 g Silbernitrat in 1,0 l reinem Wasser gelöst, um eine
wässrige
Silbernitratlösung herzustellen,
und 235 ml Ammoniakwasser mit einer Konzentration von 25 Gew.-%
wurden auf einmal dazu hinzugegeben und gerührt und eine wässrige Silberaminkomplexlösung erhalten.
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Diese
Silberaminkomplexlösung
wurde in ein Reaktionsgefäß gegeben
und eine wässrige
Hydrochinonlösung,
bei der 21 g Hydrochinon in 1,3 l reinen Wassers gelöst waren,
auf einmal als das Reduktionsmittel hinzugegeben und gerührt, während die
Flüssigkeitstemperatur
bei 20° C
gehalten wurde, um die Reaktion zu erlauben, und ein feinpartikuläres Silberpulver
wurde reduziert und abgeschieden. Die Hydrochinonkonzentration zu
dem Zeitpunkt, als das Mischen abgeschlossen war, betrug etwa 8,23
g/l und es war eine hohe Konzentration.
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Das
sich ergebende feinpartikuläre
Silberpulver wurde mit einer Nutsche wie in Beispiel 1 filtriert,
mit 100 ml Wasser und 50 ml Methanol gewaschen und weiter bei 70° C für fünf Stunden
getrocknet und ein feinpartikuläres
Silberpulver erhalten. Die durch Rasterelektronenmikroskopie dieses
erhaltenen feinpartikulären Silberpulvers
erhaltene photographische Aufnahme wurde in 4 gezeigt.
Die Pulvereigenschaften des feinpartikulären Silberpulvers, das wie
oben erhalten wurde, sind in Tabelle 1 zusammen mit den Pulvereigenschaften
der in den oben erwähnten
Beispielen und dem zweiten Vergleichsbeispiel erhaltenen Silberpulvern zeigt.
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Vergleichsbeispiel 2
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Bei
diesem Beispiel wurde ein feinpartikuläres Silberpulver hergestellt
unter Verwendung des unten gezeigten Herstellungsverfahrens und
die Eigenschaften des erhaltenen feinpartikulären Silberpulvers wurden gemessen.
Weiter wurde eine Silberpaste mit dem feinpartikulären Silberpulver
herstellt und ein Testschaltkreis ausgebildet und der Leiterwiderstand
und die Sinterungsanfangstemperatur gemessen.
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Zuerst
wurden 63,3 g Silbernitrat in 300 ml reinem Wasser gelöst, um eine
wässrige
Silbernitratlösung herzustellen,
und 235 ml Ammoniakwasser mit einer Konzentration von 25 Gew.-%
auf einmal dazu hinzugegeben und gerührt und eine wässrige Silberaminkomplexlösung erhalten.
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Diese
Silberaminkomplexlösung
wurde in ein Reaktionsgefäß gegeben
und eine wässrige
Hydrochinonlösung,
bei der 3 g Gelatine zu 200 ml reinem Wasser hinzugegeben und weiter
21 g Hydrochinon in 700 ml reinem Wasser gelöst waren, auf einmal als das
Reduktionsmittel dazu hinzugegeben und gerührt, während die Flüssigkeitstemperatur
bei 20° C
gehalten wurde, um eine Reaktion zu erlauben und ein feinpartikuläres Silberpulver
wurde reduziert und abgeschieden. Die Hydrochinonkonzentration zu
dem Zeitpunkt, da das Mischen abgeschlossen war, betrug 14,5 g/l
und war eine hohe Konzentration.
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Das
sich ergebende feinpartikuläre
Silberpulver wurde mit einer Nutsche wie in Beispiel 1 abfiltriert, mit
100 ml Wasser und 50 ml Methanol gewaschen und weiter bei 70° C für fünf Stunden
getrocknet und es wurde ein feinpartikuläres Silberpulver erhalten.
Die durch Rasterelektronenmikroskopie des erhaltenen feinpartikulären Silberpulvers
erhaltene photographische Aufnahme wurde in 5 gezeigt.
Die Pulvereigenschaften dieses feinpartikulären Silberpulvers, das wie
oben erhalten wurde, sind in Tabelle 1 zusammen mit den Pulvereigenschaften
der in den oben erwähnten
Beispielen und dem zweiten Vergleichsbeispiel erhaltenen Silberpulvern
gezeigt.
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Vergleichsbeispiel 3
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Bei
diesem Beispiel wurde ein feinpartikuläres Silberpulver hergestellt
unter Verwendung des unten gezeigten Herstellungsverfahrens und
die Eigenschaften des erhaltenen feinpartikulären Silberpulvers wurden gemessen.
Weiter wurde eine Silberpaste mit dem feinpartikulären Silberpulver
hergestellt und ein Testschaltkreis ausgebildet und der Leiterwiderstand
und die Sinterungsanfangstemperatur gemessen.
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Zuerst
wurden 20 g Polyvinylpyrrolidon in 260 ml reinem Wasser gelöst und weiter
50 g Silbernitrat gelöst,
um eine wässrige
Silbernitratlösung
herzustellen, und 25 g Salpetersäure
wurden auf einmal dazu hinzugegeben und gerührt und es wurde eine Salpetersäurelösung, die
Silber enthielt, erhalten. Die Ascorbinsäurekonzentration zu dem Zeitpunkt,
da das Mischen abgeschlossen war, betrug etwa 36,0 g/l.
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In
der Zwischenzeit wurden 35,8 g Ascorbinsäure zu 500 ml reinem Wasser
hinzugegeben und als ein Reduktionsmittel gelöst, um eine Reduktionsmittellösung herzustellen.
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Diese
Silber enthaltende Salpetersäurelösung wurde
in ein Reaktionsgefäß gegeben
und die oben erwähnte
Reduktionsmittellösung
auf einmal dazu hinzugegeben und gerührt, während die Flüssigkeitstemperatur
bei 25° C
gehalten wurde, um eine Reaktion zu erlauben, und ein feinpartikuläres Silberpulver
wurde reduziert und abgeschieden.
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Das
sich ergebende feinpartikuläre
Silberpulver wurde mit einer Nutsche wie in Beispiel 1 abfiltriert, mit
100 ml Wasser und 50 ml Methanol gewaschen und weiter bei 70° C für fünf Stunden
getrocknet und es wurde ein feinpartikuläres Silberpulver erhalten.
Die Pulvereigenschaften des feinpartikulären Silberpulvers, das wie
oben erhalten wurde, sind in Tabelle 1 zusammen mit den Pulvereigenschaften
der Silberpulver gezeigt, die in den oben erwähnten Beispielen und Vergleichsbeispielen
erhalten wurden.
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<Vergleich und Übersicht von Beispielen und
Vergleichsbeispielen>
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Die
oben erwähnten
Beispiele und Vergleichsbeispiele werden unter Bezugnahme auf Tabelle
1 verglichen. Zusätzlich
wird angenommen, dass der Partikeldurchmesser der Primärpartikel
eines Pulverpartikels als verschieden verstanden werden kann, wenn
auf die in 2 bis 5 gezeigten
rasterelektronenmikroskopischen Aufnahmen Bezug genommen wird.
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Wie
aus dieser Tabelle 1 ersichtlich, wird durch Vergleich aller Pulvereigenschaftenwerte
anerkannt werden, dass die in den obigen Beispielen erhaltenen feinpartikulären Silberpulver
verglichen mit den Silberpulvern, die mit einem herkömmlichen
Herstellungsverfahren hergestellt sind, extrem fein und hochdispersibel sind
und sie feinpartikuläre
Pulver sind, die nie bei herkömmlichen
Silberpulvern existierten. Hinsichtlich der Eigenschaften des gesinterten
Leiters ist die Filmdichte, mit der der Leiter ausgebildet ist,
durch Verwenden eines feinpartikulären Silberpulvers gemäß der vorliegenden
Erfindung zusätzlich
hoch und der elektrische Widerstand verringert. Bei den Vergleichsbeispielen
ist in einem jeden Fall ersichtlich, dass der Leiterwiderstand zu
hoch ist, als dass er gemessen werden könnte.
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Industrielle
Anwendbarkeit
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Das
feinpartikuläre
Silberpulver gemäß der vorliegenden
Erfindung besteht aus feinen Pulverpartikeln, wie sie bei konventionellen
Silberpulvern nie hätten
erwartet werden können,
und der Aggregationsgrad der Pulverpartikel ist gering und zeigt
eine ausgezeichnete Dispergierbarkeit verglichen mit den herkömmlichen Silberpulvern.
Zusätzlich
ist durch Anwenden eines Verfahrens zum Herstellen eines feinpartikulären Silberpulvers
gemäß der vorliegenden
Erfindung der Restgehalt an organischem Material in dem erhaltenen
feinpartikulären
Silberpulver verringert worden, was zusammen mit der infolge des
feinpartikulären
Silberpulvers hohen Filmdichte erlaubt, den elektrischen Widerstand
des erhaltenen Leiters zu verringern.
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Zusammenfassung
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Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Silberpulver
bereitzustellen, das ein noch nie dagewesenes feinpartikuläres Silberpulver
ist und eine Dispergierbarkeit aufweist, die näher an der Monodispergierbarkeit
ist, was zu einer geringeren Aggregation führt.
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Um
dieses Ziel zu erreichen, wird ein feinpartikuläres Silberpulver mit noch nie
dagewesenen Pulvereigenschaften erhalten, wobei a) der durchschnittliche
Partikeldurchmesser DIA der Primärpartikel,
wie er durch Bildanalyse einer rasterelektronenmikroskopischen Aufnahme
erhalten ist, 0,6 μ oder
weniger beträgt;
b) der Kristallitdurchmesser 10 nm oder weniger beträgt; und
c) die Sinterungsanfangstemperatur 240°C oder weniger beträgt, indem
man erlaubt, dass eine wässrige
Silberaminkomplexlösung
S1 in einem bestimmten Durchflussweg fließt (hierin
im Folgenden als „erster
Durchflussweg" bezeichnet),
einen zweiten Durchflussweg b bereitstellt, der auf den ersten Durchflussweg
a in seinem Verlauf trifft, und erlaubt, dass ein organisches Reduktionsmittel
und, sofern erforderlich, Zusätze
S2 in den ersten Durchflussweg a durch den
zweiten Durchflussweg b fließen,
und sie an dem Verbindungspunkt des ersten Durchflussweges a mit
dem zweiten Durchflussweg b kontaktiert und gemischt werden, um
eine Reduktion und Abscheidung von Partikeln zu erlauben.