JP2000345216A - 金属粉末の製造方法および製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 気相化学反応により生成する金属粉末の粒径
制御を容易として超微粉状の金属粉末を安定して製造す
る。 【解決手段】 蒸発室１Ａにおいて、塩化ニッケル等の
固体状の金属塩化物を加熱蒸発させて金属塩化物ガスを
生成する。この金属塩化物ガスを、キャリアガスが反応
室１Ｂに直接流されている供給管５に、ベンチュリー機
構６によって発生する負圧を利用して導入し、反応室１
Ｂに供給する。反応室１Ｂにおいて金属塩化物ガスと還
元ガスとを接触させ、気相化学反応を起こさせることに
よりＮｉ超微粉等の金属粉末を生成させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属粉末の製造方
法および製造装置に係り、具体的には電子部品等に用い
られる導電ペーストフィラー、Ｔｉ材の接合材、さらに
は触媒等の各種用途に適したＮｉ、Ｃｕ、Ａｇ等の金属
超微粉を製造するにあたって好適な方法および装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】上記Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇの中でも、とりわ
けＮｉの粉末は、従来のＰｄ粉末に比べて安価なため積
層セラミックコンデンサの内部電極形成用として注目さ
れている。中でも金属塩化物の水素還元等によるＮｉ粉
末の製造方法は、湿式法に比べてその製造プロセスがシ
ンプルであるため大量生産に向いている。このようなＮ
ｉ粉末の中でも、積層セラミックコンデンサの小型化、
大容量化に伴う内部電極の薄層化・低抵抗化等の要求か
ら、粒径１μｍ以下は勿論のこと、粒径０．５μｍ以下
のＮｉ超微粉が要望されている。

【０００３】図３は、上記のような金属超微粉の製造装
置の従来例を示している。この製造装置は縦型の還元炉
２０を主体としており、還元炉２０内は坩堝２１によっ
て上側の蒸発室２０Ａと下側の反応室２０Ｂとに分けら
れている。還元炉２０の頂部には蒸発室２０Ａに不活性
ガスを供給する不活性ガス供給口２２を有している。ま
た、頂部から反応室２０Ｂにわたって延びる還元ガス供
給管２３が蒸発室２０Ａを貫通して設けられている。こ
の還元ガス供給管２３と坩堝２１との間には、蒸発室２
０Ａと反応室２０Ｂとを連通する金属塩化物ガス導入口
２４が形成されている。そして、炉壁の周囲には、蒸発
室２０Ａおよび反応室２０Ｂを加熱する加熱手段２５
Ａ，２５Ｂがそれぞれ配置されている。

【０００４】この製造装置によりＮｉ超微粉を製造する
場合を説明すると、蒸発室２０Ａに固体状の塩化ニッケ
ルを投入し、これを加熱手段２５Ａにより加熱蒸発（昇
華）させ、蒸発室２０Ａにおいて金属塩化物ガスである
塩化ニッケルガスを連続的に生成する。一方、蒸発室２
０Ａに不活性ガス供給口２２から不活性ガスを供給する
とともに、還元ガスである水素ガスを還元ガス供給管２
３に流して反応室２０Ｂに供給し、さらに、加熱手段２
５Ｂによって反応室２０Ｂを所定の還元温度に維持す
る。蒸発室２０Ａ内に供給された不活性ガスは、塩化ニ
ッケルガスとともに金属塩化物ガス導入口２４から反応
室２０Ｂ内に流入する。反応室２０Ｂでは、塩化ニッケ
ルガスは水素ガスによって還元されてＮｉ粉末が生成す
る。蒸発室２０Ａに供給する不活性ガスは、金属塩化物
ガスを反応室２０Ｂに移送するためのキャリアガスとし
て用いられる。

【０００５】上記の金属塩化物ガスと還元ガス（上記の
場合、塩化ニッケルガスと水素ガス）は、両者が接触し
た瞬間に金属原子が生成し、金属原子どうしが衝突もし
くは凝集することによって金属の超微粒子に成長、ある
いは生成した金属の超微粒子の表面で気相化学反応が進
行して粒子が成長してゆくと考えられる。このため、反
応工程における雰囲気中の金属塩化物ガスの分圧や温度
等の条件によって、生成する金属粉末の粒径が影響され
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の製造装置で
は、蒸発室２０Ａで生成した金属塩化物ガス（上記具体
例では塩化ニッケルガス）をキャリアガスによって蒸発
室２０Ａから反応室２０Ｂに導入する形式を採っている
ので、次のような問題がある。蒸発室２０Ａ内での金属
塩化物ガスの分圧ならびに反応室２０Ｂへの金属塩化物
ガスの供給量が安定せず反応室２０Ｂで生成する金属粉
末の粒径を所望の範囲内に制御することが難しいと考え
られる。このため、粒度分布が狭く高品質な金属粉末を
安定的に製造する方法が望まれている。本発明は、固体
の金属塩化物を蒸発させて得た金属塩化物ガスを還元し
て金属超微粉を得る場合において、以下の点を目的とす
る。 １）金属塩化物ガスを反応部に安定して供給する装置を
提供すること。 ２）上記１）の装置を利用した金属超微粉の気相化学反
応装置を提供すること。 ３）上記２）の装置を用いた金属超微粉の製造方法を提
供すること。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の金属粉末の製造
方法は、固体状の金属塩化物を加熱蒸発させて生成した
金属塩化物ガスを、反応部に貫通してなる供給管内のガ
ス流通による負圧を利用して反応部に供給することによ
り、当該反応部において金属塩化物ガスと還元ガスとに
よる気相化学反応を起こさせて金属粉末を得ることこと
を特徴としている。

【０００８】この製造方法によれば、生成した金属塩化
物ガスは、キャリアガスが反応部に流されている供給管
に負圧を利用して導入され、キャリアガスによって供給
管から反応部に供給される。供給管への金属塩化物ガス
の導入量は、金属塩化物ガスの蒸発量およびキャリアガ
スの流量を一定とした場合、負圧の大きさによって定ま
る。したがって、この負圧の大きさを制御因子とするこ
とにより反応部への金属塩化物ガスの供給量ならびに金
属塩化物ガスの分圧を制御することができる。したがっ
て、金属塩化物ガスの供給量ならびに分圧の制御が容易
かつ高精度となり、ひいては反応部で生成する金属粉末
の粒径を的確に制御することができる。

【０００９】本発明の金属粉末の製造方法によって製造
され得る金属超微粉は、ニッケル、ＣｕあるいはＡｇ等
であり、これらの超微粉は導電ペーストフィラー、Ｔｉ
材の接合材、さらには触媒等の各種用途に適している。
これらの中でも、本発明は特にＮｉ超微粉の製造に好適
である。

【００１０】本発明におけるキャリアガスとしては、ア
ルゴンガスや窒素ガス等の不活性ガスが好適に用いられ
るが、このキャリアガス中に還元ガスを混入してもよ
く、さらには、還元ガスをキャリアガスとして用いるこ
ともできる。また、金属粉末を生成させる際に用いる還
元ガスとしては、水素ガス、硫化水素ガス等の還元ガス
を用いることができるが、生成した金属粉末への影響を
考慮すると水素ガスが好適である。さらに、本発明の金
属塩化物は、塩化ニッケル、ＣｕＣｌ_２等が挙げられ
る。

【００１１】次に、本発明の金属粉末の製造装置は、上
記本発明の金属粉末の製造方法を実施するにあたって好
適なものであり、固体状の金属塩化物を加熱蒸発させて
金属塩化物ガスを生成する蒸発部と、金属塩化物ガスと
還元ガスとによる気相化学反応を起こさせて金属粉末を
得る反応部と、キャリアガスを反応部に直接流通させ、
かつ金属塩化物ガス導入部を有し、該導入部から導入し
た金属塩化物ガスをキャリアガスによって反応部に供給
する供給管とを具備し、前記供給管における金属塩化物
ガス導入部には、金属塩化物ガスを吸引するための負圧
発生手段が設けられていることを特徴としている。

【００１２】この製造装置によれば、蒸発部で生成した
金属塩化物ガスは、負圧発生手段により発生する負圧で
供給管に導入され、キャリアガスにより反応部に移送さ
れる。金属塩化物ガスは反応部で還元ガスと接触し、気
相化学反応を起こして金属粉末となる。反応部への金属
塩化物ガスの供給量ならびに金属塩化物ガスの分圧は、
負圧発生手段により発生する負圧の大きさで制御され、
これらの制御は、キャリアガスが供給管を経て反応部に
直接流されているから、容易かつ高精度で行うことがで
きる。このため本発明では、負圧発生手段によって発生
する負圧の大きさが調整可能とされていることを好まし
い形態としている。

【００１３】本発明に係る負圧発生手段としては、供給
管への金属塩化物ガス導入部として形成された導入口に
よって構成することが可能である。しかしながら、十分
な負圧発生を図るために、その導入口に近接する供給管
内部に、キャリアガスの流速を利用して負圧を発生させ
るベンチュリー機構を具備させることが好ましい。

【００１４】また、本発明の製造装置では、装置の小型
化ならびに単純化が達成される観点から、供給管が蒸発
部を貫通していることを好ましい形態としている。この
場合、供給管に設けられる金属塩化物ガス導入部を蒸発
部内に配置することになる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施形態を説明する。図１は、一実施形態に係る金属粉
末の製造装置を示している。該装置は円筒状の縦型還元
炉１を主体としており、還元炉１内は坩堝を構成する仕
切り２によって上側の蒸発室（蒸発部）１Ａと下側の反
応室（反応部）１Ｂとに分けられている。蒸発室１Ａお
よび反応室１Ｂは、還元炉１の周囲に配置された加熱手
段３Ａ，３Ｂにより、それぞれ所定の温度に加熱され
る。反応室１Ｂを構成する炉壁の上部には、還元ガスを
反応室１Ｂに供給する還元ガス供給管４ａが接続されて
いる。また、反応室１Ｂの下端部には、生成した金属超
微粉を回収する回収管４ｂが設けられている。

【００１６】還元炉１の上部には、金属塩化物ガスを反
応室１Ｂに供給する供給管５が配置されている。この供
給管５は、還元炉１の軸心にほぼ沿って還元炉１の頂部
から蒸発室１Ａを貫通し反応室１Ｂの上部まで延びてい
る。供給管５の下端部は、金属塩化物ガスを反応室１Ｂ
に吐出するノズル５ａとして構成される。

【００１７】供給管５の蒸発室１Ａでの延在部分におけ
るほぼ中央部分には、図２（ａ）に示すように、供給管
５の肉厚が内側に膨出してなるベンチュリー機構（負圧
発生手段）６が構成されている。そして、このベンチュ
リー機構６のもっとも肉厚部分には、供給管５内と蒸発
室１Ａとを連通する複数の金属塩化物ガス導入口７が、
周方向に等間隔をおいて空けられている。

【００１８】次いで、上記金属粉末の製造装置を用いて
Ｎｉ超微粉を製造する一実施形態の具体例を説明する。
はじめに、蒸発室１Ａに固体状の塩化ニッケル（固体状
の金属塩化物）を投入し、これを加熱手段３Ａにより加
熱蒸発（昇華）させる。加熱手段３Ａによる塩化ニッケ
ルの加熱蒸発温度は、９００℃前後が適当である。蒸発
室１Ａにおいては、金属塩化物ガスである塩化ニッケル
ガスが連続的に発生する。一方、不活性ガス（アルゴン
ガスや窒素ガス）を供給管５に流して反応室１Ｂに圧送
するとともに、還元ガスである水素ガスを還元ガス供給
管４ａに流して反応室１Ｂに供給し、さらに、加熱手段
３Ｂによって反応室１Ｂを所定の還元温度（１０００℃
前後）に加熱する。

【００１９】反応室１Ｂに向かって供給管５内を流れて
いる不活性ガスは、ベンチュリー機構６を通過する際に
負圧を発生する。この負圧発生により、蒸発室１Ａで生
成した塩化ニッケルガスが金属塩化物ガス導入口７から
供給管５内に吸引される。供給管５に導入された塩化ニ
ッケルガスは、不活性ガスとともにノズル５ａから反応
室１Ｂに吐出する。反応室１Ｂでは、不活性ガスに随伴
された塩化ニッケルガスが水素ガスと気相化学反応を起
こし、Ｎｉ超微粉が生成する。

【００２０】生成したＮｉ超微粉は、不活性ガスや気相
化学反応で副生した塩酸ガス等とともに反応室１Ｂの下
部で冷却された後、次いで回収管４ｂより前記の混合ガ
スから分離回収される。分離回収されたＮｉ超微粉は、
さらに洗浄乾燥工程を経た後、本願発明によるＮｉ超微
粉が得られる。

【００２１】本実施形態によれば、蒸発室１Ａで生成し
た金属塩化物ガス（上記具体例では塩化ニッケルガス）
は、ベンチュリー機構６によって発生する負圧を利用し
て供給管５内に導入され、反応室１Ｂに供給される。供
給管５への金属塩化物ガスの導入量は、金属塩化物ガス
の蒸発量およびキャリアガスの流量を一定とした場合、
ベンチュリー機構６で発生する負圧の大きさによって定
まる。このように、ベンチュリー機構６による負圧の大
きさを制御因子とすることにより、反応室１Ｂへの金属
塩化物ガスの供給量ならびに金属塩化物ガスの分圧を制
御することができる。したがって、金属塩化物ガスの供
給量ならびに分圧の制御を容易に、かつ高精度で行うこ
とが可能となる。その結果、反応室１Ｂで生成する金属
粉末の粒径を的確に制御することができるとともに、粒
径が例えば０．５μｍ以下のＮｉ超微粉を製造すること
ができる。この場合、ベンチュリー機構６により発生す
る負圧は、肉厚や長さに伴う供給管５内の狭隘状態によ
って制御することができる。

【００２２】また、上記製造装置においては、蒸発室１
Ａと反応室１Ｂとが上下に隣接し、なおかつ供給管５が
蒸発室１Ａを貫通しているので、装置の小型化ならびに
単純化が達成される。

【００２３】上記実施形態では、キャリアガスとして不
活性ガスを用いているが、キャリアガス中に還元ガス
（上記具体例では還元ガスである水素ガス）や、他のガ
ス（上記具体例では塩素ガス）を混入してもよく、さら
には、還元ガスをキャリアガスとして用いることもでき
る。

【００２４】上記実施形態のベンチュリー機構６は、金
属塩化物ガスを供給管５に導入するための負圧発生手段
の一例であり、負圧発生手段としては、金属塩化物ガス
を供給管５に導入可能であればいかなる形態であっても
かまわない。図２（ｂ）〜（ｄ）は、ベンチュリー機構
の変形例を示している。図２（ｂ）のベンチュリー機構
は、金属塩化物ガス導入口７の上流側に設けた漏斗状の
絞り部材１０により構成されている。また、図２（ｃ）
のベンチュリー機構は、供給管５のノズル５ａを縮径し
て絞り、供給管５内に通した内管１１に金属塩化物ガス
導入口７を連通させて構成されている。さらに、図２
（ｄ）のベンチュリー機構は、絞り弁１２によりベンチ
ュリー機構を構成している。この場合、絞り弁１２の開
度によって負圧の大きさを調整し、金属塩化物ガスの導
入量を任意に制御することができるようになっている。
したがって、生成する金属粉末の粒径制御を容易に、か
つ高精度で行うことができる。

【００２５】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。図１に示
す金属粉末の製造装置の蒸発室１Ａに、出発原料である
固体の塩化ニッケルを投入し、加熱手段３Ａにより蒸発
室１Ａを９００℃に加熱し、固体の塩化ニッケルを蒸発
させて塩化ニッケルガスを発生させた。また、加熱手段
３Ｂにより反応室１Ｂを１０００℃に加熱した。次い
で、供給管５にアルゴンガスを流して反応室１Ｂに塩化
ニッケルガスを０．３Ｎｌ／分で、また還元ガス供給管
４ａから、３Ｎｌ／分の水素ガスを反応室１Ｂに供給
し、反応室１ＢでＮｉ超微粉を連続的に生成させた。次
いで、窒素ガスおよび反応で副生した塩酸蒸気およびＮ
ｉ超微粉を回収管４ｂからオイルスクラバーに導き、Ｎ
ｉ超微粉のみを分離回収した。次いで、回収したＮｉ超
微粉をキシレンで洗浄後、水洗乾燥してＮｉ超微粉を得
た。このＮｉ超微粉は、平均粒径が０．３μｍで、形状
はほぼ均一な球状の粒子であり、きわめて高品質であっ
た。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
固体状の金属塩化物を加熱蒸発させて生成した金属塩化
物ガスを、キャリアガスが反応部に直接流されている供
給管に負圧を利用して導入することにより反応部に供給
するので、生成する金属粉末の粒径制御を容易に、かつ
高精度で行うことができる。したがって、粒度分布が狭
く高品質な金属粉末を安定して得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態に係る金属粉末の製造装
置を示す縦断面図である。

【図２】 （ａ）は本発明の一実施形態に係るベンチュ
リー機構を示す縦断面図、（ｂ）〜（ｄ）はそれぞれベ
ンチュリー機構の変形例を示す縦断面図である。

【図３】 従来の金属粉末の製造装置の従来例を示す縦
断面図である。

【符号の説明】

１…還元炉、１Ａ…蒸発室（蒸発部）、１Ｂ…反応室
（反応部）、５…供給管、６…ベンチュリー機構（負圧
発生手段）、７…金属塩化物ガス導入口。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固体状の金属塩化物を加熱蒸発させて生
   成した金属塩化物ガスを、反応部に貫通してなる供給管
   内のガス流通による負圧を利用して前記反応部に供給す
   ることにより、当該反応部において前記金属塩化物ガス
   と還元ガスとによる気相化学反応を起こさせて金属粉末
   を得ることを特徴とする金属粉末の製造方法。
2. 【請求項２】 固体状の金属塩化物を加熱蒸発させて金
   属塩化物ガスを生成する蒸発部と、前記金属塩化物ガス
   と還元ガスとによる気相化学反応を起こさせて金属粉末
   を得る反応部と、キャリアガスを前記反応部に直接流通
   させ、かつ金属塩化物ガス導入部を有し、該導入部から
   導入した金属塩化物ガスをキャリアガスによって反応部
   に供給する供給管とを具備し、前記供給管における前記
   金属塩化物ガス導入部には、前記金属塩化物ガスを吸引
   するための負圧発生手段が設けられていることを特徴と
   する金属粉末の製造装置。
3. 【請求項３】 前記負圧発生手段によって発生する負圧
   の大きさが調整可能とされていることを特徴とする請求
   項２に記載の金属粉末の製造装置。
4. 【請求項４】 前記供給管が前記蒸発部を貫通し、かつ
   前記金属塩化物ガス導入部が蒸発部内に配置されている
   ことを特徴とする請求項２または３に記載の金属粉末の
   製造装置。