JP2001010867A - セラミック原料造粒粉末の製造方法 - Google Patents

セラミック原料造粒粉末の製造方法

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JP2001010867A
JP2001010867A JP11174342A JP17434299A JP2001010867A JP 2001010867 A JP2001010867 A JP 2001010867A JP 11174342 A JP11174342 A JP 11174342A JP 17434299 A JP17434299 A JP 17434299A JP 2001010867 A JP2001010867 A JP 2001010867A
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ceramic
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Koji Hattori
康次 服部
Yoshimasa Hayashi
良正 林
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】低温焼結性に優れたセラミック原料造粒粉末、
特にセラミック電子部品用として適したセラミック原料
造粒粉末の安価な製造方法を提供する。 【解決手段】セラミック原料粉末を構成する金属元素を
含む化合物の溶液を、加熱雰囲気中に噴霧し熱分解して
セラミック原料粉末を得る工程と、このセラミック原料
粉末をメカノフュージョン法で造粒する工程とを備え
る。セラミック原料粉末の1次粒子径の平均は、200
nm以下が好ましい。セラミック原料造粒粉末の2次粒
子径は0.4〜10μmが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、セラミック原料造
粒粉末、特にセラミック電子部品用の低温焼結性に優れ
たセラミック原料造粒粉末の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】セラミックは、セラミック原料粉末また
はその造粒粉末を成形し焼成して得られる。そして、セ
ラミック電子部品は、これらセラミックに適宜導電体な
どが形成されて構成されている。
【0003】例えば、積層型のセラミックコンデンサ、
コイル、バリスタ、圧電応用部品などのセラミック電子
部品の場合、内部電極として、Pd、Pt、Pt・Rd
などの高融点の貴金属を用いたものが商品化されてき
た。しかしながら、内部電極としてこれら貴金属を用い
た場合は、電極材料のコストが高くなるという欠点があ
った。このため、セラミック原料組成を改善したり、原
料自体を微粉化するなどして、焼結性を改善して低温焼
結化を図り、電極材料として比較的低融点であって安価
なCu、Agなどを用いることが行われている。
【0004】そして、一般に、微粉のセラミックス原料
粉末を得る方法としては、次のような方法が行われてい
る。
【0005】(1)セラミック原料粉末を構成する金属
元素の炭酸塩または酸化物などの粉末を秤量、混合して
仮焼した後、粉砕してセラミック原料粉末を得る、固相
法。
【0006】(2)セラミック原料粉末を構成する金属
元素イオンを含む溶液に沈殿剤を添加し反応さてセラミ
ック原料粉末を得る、湿式沈殿法。
【0007】(3)セラミック原料粉末を構成する金属
元素を含む化合物の溶液を、加熱雰囲気中に噴霧し熱分
解してセラミック原料粉末を得る、噴霧熱分解法。
【0008】(4)セラミック原料粉末を構成する金属
元素を含む化合物蒸気を、減圧中で加熱分解してセラミ
ック原料粉末を得る、気相法。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、(1)
の固相法では、機械的に粉砕できる粒径には限度があり
十分な低温焼結効果が得られないばかりか、粉砕時の不
純物の混入などの影響で、セラミック原料の組成ずれが
生じやすい。
【0010】また、(2)の湿式沈殿法や(4)の気相
法では、数十nmの非常に微細なセラミックス原料粉末
が得られるが、粒子が細かすぎるために凝集が起こり、
取り扱い性が低下するという問題が生じる。また、多量
の分散剤を添加し分散性を向上させて焼結体を作製した
場合は、分散剤の飛散により生じる内部ポアの影響で十
分な焼結密度が得られず、電子部品の信頼性を低下させ
る原因となる。
【0011】さらに(3)の噴霧熱分解法では、数十n
mの1次粒子が集まって数μmの中空2次粒子を形成して
いるため、(2)や(4)の方法より取り扱い性に優れ
るが、粒子が中空構造であるため十分な焼結密度が得ら
れないという問題が生じる。一方、粉砕により中空構造
を崩すと、(2)や(4)の方法と同様の問題を生じ
る。
【0012】そこで、本発明の目的は上記問題点を解決
し、低温焼結性に優れたセラミック原料造粒粉末、特に
セラミック電子部品用として適したセラミック原料造粒
粉末の安価な製造方法を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のセラミック原料造粒粉末の製造方法は、セ
ラミック原料粉末を構成する金属元素を含む化合物の溶
液を、加熱雰囲気中に噴霧し熱分解してセラミック原料
粉末を得る工程と、該セラミック原料粉末をメカノフュ
ージョン法で造粒する工程とを備えることを特徴とす
る。
【0014】また、前記噴霧し熱分解した後、熱処理を
してセラミック原料粉末を得ることを特徴とする。
【0015】また、前記噴霧し熱分解して得たセラミッ
ク原料粉末の1次粒子径の平均は、200nm以下であ
ることを特徴とする。
【0016】さらに、前記セラミック原料造粒粉末の2
次粒子径が0.4〜10μmであることを特徴とする。
【0017】なお、メカノフュージョン法とは、粉末粒
子に機械的エネルギーを与えて、粒子表面におけるメカ
ノケミカル的な反応により、粒子間に強固な表面融合を
起こさせ、微粒子複合素材を得る技術である。そして、
この技術に用いる装置は、主要部が高速回転する容器と
その内面に固定された半円柱状のアームヘッドからな
り、主要部の容器内へ投入された粉末は、遠心力により
容器内に押し付けられ、容器とともに高速回転移動する
とともにアームヘッドと容器内面との間で圧縮および剪
断等の力学的作用を受ける構造になっており、これが処
理時間中に繰り返されて、粉末の複合素材が得られると
いうものである。
【0018】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を、
酸化亜鉛とNi−Znフェライトの場合を例に説明す
る。
【0019】(実施例1)表1の試料1〜33に示す酸
化亜鉛試料を作成した。すなわち、まず、出発原料とし
て硝酸亜鉛を用意し、水を加えて0.05mol/Lと
2mol/Lの噴霧熱分解用の溶液を作製した。次い
で、これら溶液を、熱分解炉内の600〜1000℃に
調整した加熱雰囲気中に、ノズルから1200ml/時
間の速度で霧状に吹き込んで熱分解して、セラミック原
料粉末を得た。なお、試料30〜33については、得ら
れたセラミック原料粉末を表1に示す温度で再熱処理し
た。得られたセラミック原料粉末の一次粒子径の平均値
を、理論密度と窒素吸着法により求めた比表面積をもと
に、球に換算して求めた。
【0020】次に、セラミック原料粉末を、1000r
pmでローター(容器)を回転させたメカノフュージョ
ン装置に投入し、0.5〜3時間の造粒処理(メカノフ
ュージョン処理)を行ない、セラミック原料造粒粉末を
得た。得られたセラミック原料造粒粉末の2次粒子径を
レーザー回折式粒度分布測定器により幾何学中心径とし
て求めた。また、造粒粉末の見かけ密度をタップ充填式
試験機で測定した。
【0021】次に、低温焼結性を確認するために、セラ
ミック原料造粒粉末にバインダー10wt%を加えてス
ラリーを作製し、ドクターブレード法で50μmのグリ
ーンシートを成形した。このグリーンシートを所定枚数
積み重ねた後、プレス機で圧着して厚さ約5mmのグリ
ーンシート圧着体を作製した。そして、この圧着体を焼
成炉にいれ、バインダーを加熱除去した後、900℃で
2時間焼成して酸化亜鉛焼結体を得た。その後、得られ
た焼結体の焼結密度をアルキメデス法により求め、酸化
亜鉛の理論密度に対する相対焼結密度を算出した。
【0022】次に、比較例として、表1の試料34〜4
2に示す試料を作成した。すなわち、まず、出発原料と
して酸化亜鉛(ZnO)粉末を用意し、これに粉砕メデ
ィアを加えて純水中で粉砕し、脱水、乾燥を行ない、粒
子径の異なるセラミック原料粉末を得た。なお、セラミ
ック原料粉末の1次粒子径は、上記と同様にして求め
た。また、見かけ密度を測定した。その後、得られたセ
ラミック原料粉末を用いて、表1に示す温度で焼成する
以外は上記と同様にして、酸化亜鉛焼結体を作製し、相
対焼結密度を求めた。
【0023】以上の結果を表1に示す。なお、表1にお
いて、試料番号に*印を付したものは本発明の範囲外の
ものであり、その他は本発明の範囲内のものである。
【0024】
【表1】 表1から明らかなように、噴霧熱分解してセラミック原
料粉末を得た後、メカノフュージョン法で造粒したセラ
ミック造粒粉末を用いた、本発明の範囲内のものは、メ
カノフュージョン法で造粒していない範囲外の試料1、
7、12、16、21、26と比較して、粒子の見かけ
密度が高く、同一焼成温度でより焼結密度の大きい酸化
亜鉛磁器が得られている。また、本発明の範囲内のもの
は、出発原料として酸化物粉末を用いた比較例の試料3
4〜42と比較しても、同一焼成温度でより焼結密度の
大きい酸化亜鉛磁器が得られており、低温焼結性に優れ
たセラミック原料造粒粉末であることを示している。
【0025】また、セラミック原料造粒粉末の製造方法
としては、試料30〜33に示すように、噴霧熱分解し
て得たセラミック原料粉末を熱処理することも可能であ
る。
【0026】セラミック原料粉末の1次粒子径は、20
0nmを超えると、試料32、33のように、相対焼結
密度が85.9〜88.7%と小さくなり、低温焼結性
の効果が薄れる。したがって、セラミック原料粉末の1
次粒子径は200nm以下が好ましい。
【0027】セラミック原料造粒粉末の2次粒子径は、
0.4μm未満の場合は試料2のように、また10μm
を超える場合は、試料15、27〜29のように、相対
焼結密度が91.3〜94.9%とやや小さくなり、低
温焼結性がやや悪くなる。したがって、セラミック原料
造粒粉末の2次粒子径は0.4〜10μmの範囲が好ま
しい。
【0028】(実施例2)表2の試料43〜52に示すN
i−Znフェライト試料を作成した。すなわち、まず、
出発原料として、硝酸鉄、硝酸ニッケル、硝酸亜鉛を用
意し、これらをモル比で65:15:20となるように
秤量し、水を加えて硝酸鉄濃度で1mol/Lの噴霧熱
分解用の溶液を作製した。次いで、これら溶液を、熱分
解炉内の800℃に調整した加熱雰囲気中に、ノズルか
ら1200ml/時間の速度で霧状に吹き込んで熱分解
して、セラミック原料粉末を得た。得られたセラミック
原料粉末の一次粒子径の平均値を、理論密度と窒素吸着
法により求めた比表面積をもとに、球に換算して求め
た。
【0029】次に、セラミック原料粉末を、1000r
pmでローター(容器)を回転させたメカノフュージョ
ン装置に投入し、2時間の造粒処理(メカノフュージョ
ン処理)を行ない、セラミック原料造粒粉末を得た。得
られたセラミック原料造粒粉末の2次粒子径をレーザー
回折式粒度分布測定器により幾何学中心径として求め
た。また、造粒粉末の見かけ密度をタップ充填式試験機
で測定した。
【0030】次に、低温焼結性を確認するために、セラ
ミック原料造粒粉末にバインダー10wt%を加えてス
ラリーを作製し、ドクターブレード法で50μmのグリ
ーンシートを成形した。このグリーンシートを所定枚数
積み重ねた後、プレス機で圧着して厚さ約5mmのグリ
ーンシート圧着体を作製した。そして、この圧着体を焼
成炉にいれ、バインダーを加熱除去した後、800〜1
000℃で2時間焼成してNi−Znフェライト焼結体
を得た。その後、得られた焼結体の焼結密度をアルキメ
デス法により求め、Ni−Znフェライトの理論密度に
対する相対焼結密度を算出した。
【0031】次に、比較例として、表2の試料53〜5
7に示す試料を作製した。すなわち、まず、出発原料と
して酸化鉄(α−Fe23)、酸化ニッケル(Ni
O)、酸化亜鉛(ZnO)を用意し、これらをモル比で
32.5:15:20となるように秤量し、湿式混合
後、800℃で仮焼した。その後、粉砕メディアを加え
て純水中で粉砕し、脱水、乾燥を行ない、セラミック原
料粉末を得た。そして、上記と同様にして、見かけ密度
を求めた。その後、得られたセラミック原料粉末を用い
て、上記と同様にして、Ni−Znフェライト焼結体を
作製し、相対焼結密度を求めた。
【0032】以上の結果を表2に示す。なお、表2にお
いて、試料番号に*印を付したものは本発明の範囲外の
ものであり、その他は本発明の範囲内のものである。
【0033】
【表2】 表2から明らかなように、試料43〜47のように、メ
カノフュージョン法により造粒しない場合は、粒子の見
かけ密度が低く、相対焼結密度95%以上の緻密な焼結
体を得るには1000℃の焼成が必要で、出発原料とし
て酸化物粉末を用いた比較例の試料53〜57と比較し
て、200℃程度の低温焼結効果しか得られていない。
【0034】これに対して、試料48〜52のように、
メカノフュージョン法で造粒した本発明の範囲内のもの
は、従来の比較例より350℃も低温の850℃焼成
で、相対焼結密度95%以上の緻密な焼成体が得られて
いる。
【0035】すなわち、噴霧熱分解してセラミック原料
粉末を得た後、メカノフュージョン法で造粒したセラミ
ック造粒粉末を用いた、本発明の範囲内のものは、低温
焼結に優れたセラミック造粒粉末であることを示してい
る。
【0036】以上、実施例1、2においてはセラミック
原料造粒粉末が、バリスタ用材料である酸化亜鉛および
磁性体材料であるNi−Znフェライトの場合について
説明したが、本発明はこれらセラミック原料に限定され
るものではない。コンデンサ用や圧電部品用などその他
のセラミック原料においても同様に適用して、同様の効
果を得ることができる。
【0037】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、微細な一次粒子からなり見かけ密度の高い、低
温焼結性に優れたセラミック原料造粒粉末を得ることが
できる。
【0038】そして、このような低温焼結性に優れたセ
ラミック原料造粒粉末を用いることにより、内部電極材
料として比較的低融点であって安価なCu、Agなどを
用いたセラミック電子部品の製造が可能となる。
【0039】

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 セラミック原料粉末を構成する金属元素
    を含む化合物の溶液を、加熱雰囲気中に噴霧し熱分解し
    てセラミック原料粉末を得る工程と、該セラミック原料
    粉末をメカノフュージョン法で造粒する工程とを備える
    ことを特徴とする、セラミック原料造粒粉末の製造方
    法。
  2. 【請求項2】 前記噴霧し熱分解した後、熱処理をして
    セラミック原料粉末を得ることを特徴とする、請求項1
    に記載のセラミック原料造粒粉末の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記噴霧し熱分解して得たセラミック原
    料粉末の1次粒子径の平均は、200nm以下であるこ
    とを特徴とする、請求項1または2に記載のセラミック
    原料造粒粉末の製造方法。
  4. 【請求項4】 前記セラミック原料造粒粉末の2次粒子
    径が0.4〜10μmであることを特徴とする、請求項
    1から3のいずれかに記載のセラミック原料造粒粉末の
    製造方法。
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