JP2020070456A - 耐酸化性銅粉末 - Google Patents
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Abstract
Description
各粒子が、Cu:99.6質量%以上、P:0.004質量%以下、及び、残部不可避不純物を含み、
下記数式1によって算出される値Xが、0.6以上1.0以下であることを特徴としている。
数式1: X=(log(d)+0.301)/log(D)
上記数式1において、Dは前記銅粉末の平均粒径を表し、dは前記粒子の平均結晶粒径を表す。
数式1: X=(log(d)+0.301)/log(D)
この数式1において、Dは銅粉末の平均粒径を表し、dは銅粉末に含まれる粒子の平均結晶粒径を表す。
Cuは、粒子の基材である。Cuは、銅粉末に導電性と熱伝導性を与える。Cuの含有率が高いほど、粉末は導電性と熱伝導性に優れる。このような観点から、Cuの含有率は99.6質量%以上である。
Pは、Cuの表面上の酸化物(CuO,Cu2O)を還元することにより、Cuの酸化を抑制する。このような観点から、Pは必須成分ではないが、Pの含有率は0.001質量%以上であることが好ましい。一方、Pは銅粉末の導電性及び熱伝導性を低下させることから、Pの含有量は少ないことが望ましい。このような観点から、Pの含有率は0.004質量%以下である。
値Xは、銅粉末の平均粒径Dと、銅粉末に含まれる粒子の平均結晶粒径dとの関係を表す。値Xが、0.6以上1.0以下であることにより、粒子には酸化の起点となる粒界の面積が抑えられる。その結果、粒界を起点とする酸化が抑制される。
銅粉末の平均粒径D50は、20μm以上150μm以下が好ましい。平均粒径D50が20μm以上である粉末は、流動性に優れており、3D積層造形用粉末、レーザークラッド用粉末、フィラー用粉末などとして優れる。この観点から、平均粒径D50は25μm以上がより好ましく、30μm以上が特に好ましい。平均粒径D50が150μm以下である粉末から、3D積層造形体、レーザークラッド層、導電性フィラーが得られる。これらの成形体は小型の機器にも適用されうる。この観点から、平均粒径D50は120μm以下がより好ましく、100μm以下が特に好ましい。
銅粉末に含まれる粒子は、概ね球形を呈する。球形を呈する粒子は、他の形状の粒子と比較して、表面の凹凸が少なく、表面の凹凸を起点とした酸化が抑制される。このような観点から、粒子の円形度は0.80以上が好ましく、0.85以上が特に好ましい。理想的な円形度は、1.0である。
数式2: C=4πA/L2
この数式2において、Aは粒子の断面積であり、Lは粒子の周囲長である。真円の円形度Cは、1.0である。粒子の面積A及び周囲長Lは、粒子の断面画像の解析によって計測されうる。
銅粉末に含まれる粒子は、面心立法格子の結晶構造をとる。この粒子がCuKα線源を用いたX線回折で分析されると、(111)面に由来する回折ピークが検出される。本願の発明者らは、鋭意開発の結果、(111)面に由来する回折ピークの半価幅が0.25°未満である粒子が、耐酸化性を有することを見出した。好ましくは、半価幅は、0.20未満である。このような半価幅を示す粒子は、歪の少ない粒子であり、粒子内で局部電池が形成されないことから、酸化が抑制される。
円形度が高い粒子を含む粉末の製造には、アトマイズが適している。典型的なアトマイズは、ガスアトマイズ法及びディスクアトマイズ法である。パルス圧力付加オリフィス噴射法により、粉末が得られてもよい。
<実施例1>
原料としてJISH3260に規定された無酸素銅(C1020)を準備した。この原料から、アトマイズによって粉末を作製し、これを試料とした。この粉末におけるPの含有率は0.001質量%である。また、粉末製作直後の酸素値は50ppmであった。
実施例1と同様にして粉末を作製し、試料とした。この粉末のPの含有率は、表1,2に示す通りである。
実施例1−30及び比較例1−10に係る試料に対し、以下の測定及び試験を行った。
粒子形状画像解析装置(株式会社セイシン企業製「PITA−4」)を用いて、試料の円形度を測定した。この装置で測定された1000個以上の粒子の面積A及び周囲長Lの平均値に基づいて、比率Pcを求めた。算出された比率Pcが、表1,2に示されている。
レーザー回折・散乱式粒子径分布測定装置(日機装社製「マイクロトラックMT3000」)を用いて、試料の粉末の平均粒径D50を測定した。なお、この装置では、装置のセル内に、粉末が純水と共に流し込まれ、粒子の光散乱情報に基づいて、平均粒径が検出される。
試料の粒子の断面が観察できるように埋め込みを行ってから鏡面研磨を行い、水、水酸化アンモニウム、30質量%過酸化水を5:5:2の体積比で混合した腐食液で粒界腐食を行ってから、光学顕微鏡により平均的な視野を4視野撮影した。撮影した視野から、平均粒径と同じ粒径の粒子を10個選択し、この粒子の撮像画像解析結果から円相当径を求めることによって平均結晶粒径d(直径)を求めた。試料の平均粒径と平均結晶粒径の測定結果に基づいて算出された値Xが、表1,2に示されている。
全自動多目的X線回折装置(株式会社リガク製「SmartLab SE」)を用いて、試料のX線回折を行い、(111)面に由来する回折ピークの半価幅を求めた。その結果が、表1,2に示されている。
試料を、温度25度湿度90%の環境で保管し、10日毎にサンプリングを実施し、酸素値を分析した。試験を開始してから、粉末中の酸素値が初めて200ppmを超えるまでにかかった日数が、表1,2に示されている。更に、表1,2には、この日数に基づいて次のようにランク付けを行った総合評価が示されている。
A:200ppmとなった日は200日以上経過後
B:200ppmとなった日は80〜200日の間
C:200ppmとなった日は40〜80日の間
F:200ppmとなった日は40日未満
実施例1−30、及び、比較例1−10の試料では、粉末を構成する粒子は概ね球形状である。実施例1−30、及び、比較例1−10の試料では、粉末の円形度Cが0.80以上である粒子の数Ncの粒子の総数Nに対する比率Pcは、評価基準となる50%以上である。
Claims (3)
- 多数の粒子からなる銅粉末であって、
各粒子が、Cu:99.6質量%以上、P:0.004質量%以下、及び、残部不可避不純物を含み、
下記数式1によって算出される値Xが、0.6以上1.0以下である、
銅粉末。
数式1: X=(log(d)+0.301)/log(D)
(上記数式1において、Dは前記銅粉末の平均粒径を表し、dは前記粒子の平均結晶粒径を表す。) - 前記粒子のCuKα線源を用いたX線回折測定において、(111)面に由来するピークの半価幅が0.25°未満である、
請求項1に記載の銅粉末。 - 円形度0.8以上の粒子の数が粒子の総数の50%以上である、
請求項1又は2に記載の銅粉末。
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