JP2021050384A - Manufacturing method of nickel fine particles - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ニッケル微粒子の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing nickel fine particles.
積層セラミックコンデンサ(Multilayer Ceramic Capacitors:MLCC)が知られている。MLCCの内部電極には、金属微粒子が用いられる。MLCC用の金属微粒子として、平均粒子径が1.0μm以下であり、形状がほぼ球形である金属粉が知られている。
近年、MLCCにはさらなる小型化及び大容量化が求められている。MLCCの小型化及び大容量化を実現するための一つの手段として、金属微粒子の平均粒子径が例えば、0.2μm以下であるようなさらに微細な金属微粒子が求められている。
Multilayer ceramic capacitors (MLCCs) are known. Metal fine particles are used for the internal electrodes of the MLCC. As metal fine particles for MLCC, metal powder having an average particle diameter of 1.0 μm or less and a substantially spherical shape is known.
In recent years, MLCCs are required to be further miniaturized and have a large capacity. As one means for realizing miniaturization and large capacity of MLCC, finer metal fine particles having an average particle size of, for example, 0.2 μm or less are required.
微細な金属微粒子の製造方法として、例えば、特許文献1、2に記載の方法が知られている。
特許文献1には、バーナを用いて炉内に高温還元雰囲気を形成し金属化合物から金属を得る方法において、酸素もしくは酸素富化空気を用いて燃料を部分燃焼させることで炉内に高温還元雰囲気を形成し、バーナの酸素比を調製すると共に前記バーナにより生成した高温還元気流中に粉体状の金属化合物を噴出させて該金属化合物を加熱・還元することにより、粒径を制御した球状の金属超微粉を生成させることを特徴とする金属超微粉の製造方法が記載されている。
特許文献2には、バーナにより炉内に形成された還元性火炎中に原料となる金属粉を吹き込み、火炎中で金属粉を溶融し蒸発状態とし、球状の金属超微粉を得ることを特徴とする金属超微粉の製造方法が記載されている。
As a method for producing fine metal fine particles, for example, the methods described in Patent Documents 1 and 2 are known.
Patent Document 1 describes a high-temperature reduction atmosphere in a furnace by partially burning a fuel using oxygen or oxygen-enriched air in a method of forming a high-temperature reduction atmosphere in a furnace using a burner to obtain a metal from a metal compound. , And the oxygen ratio of the burner is adjusted, and the powdery metal compound is ejected into the high temperature reducing airflow generated by the burner to heat and reduce the metal compound, thereby controlling the particle size of the spherical shape. A method for producing an ultrafine metal powder is described, which comprises producing an ultrafine metal powder.
Patent Document 2 is characterized in that a metal powder as a raw material is blown into a reducing flame formed in a furnace by a burner, and the metal powder is melted in the flame to be in an evaporated state to obtain a spherical metal ultrafine powder. A method for producing ultrafine metal powder is described.
しかし、特許文献1、2に記載の製造方法によってニッケル微粒子を製造する場合にあっては、非常に微量ではあるが、粉末が粗大粒子を含有することがある。小型化及び大容量化が求められるMLCCにあっては、内部電極に混入した粗大粒子がセラミック層を突き抜けてしまうことがある。そのため、粗大粒子が電極同士の短絡の原因となり、不良品が発生するおそれがあるという問題があった。 However, when nickel fine particles are produced by the production methods described in Patent Documents 1 and 2, the powder may contain coarse particles, although the amount is very small. In MLCCs that are required to be miniaturized and have a large capacity, coarse particles mixed in the internal electrodes may penetrate the ceramic layer. Therefore, there is a problem that the coarse particles cause a short circuit between the electrodes and a defective product may be generated.
一方、電極等の製造に際しては、ニッケル微粒子が分散したペーストを使用する。ニッケル微粒子のペーストの製造の際には、媒体にニッケル微粒子を分散させるために、ニッケル微粒子に充分な分散性が求められる。ニッケル微粒子の分散性が不充分であるとペーストの製造が困難となるからである。
加えて、ニッケル微粒子が分散したペーストには、焼結の際にクラック等の焼結不良が少ないこと、すなわち優れた焼結性が求められる。
On the other hand, when manufacturing electrodes and the like, a paste in which nickel fine particles are dispersed is used. In the production of the nickel fine particle paste, the nickel fine particles are required to have sufficient dispersibility in order to disperse the nickel fine particles in the medium. This is because if the dispersibility of the nickel fine particles is insufficient, it becomes difficult to produce the paste.
In addition, the paste in which nickel fine particles are dispersed is required to have few sintering defects such as cracks during sintering, that is, excellent sintering property.
本発明は、粗大粒子が少なく、積層セラミックコンデンサの小型化及び大容量化に適し、ペーストを製造する際の分散性に優れ、ペーストとした際の焼結性に優れるニッケル微粒子の製造方法を提供することを課題とする。 The present invention provides a method for producing nickel fine particles, which has a small number of coarse particles, is suitable for miniaturization and large capacity of a multilayer ceramic capacitor, has excellent dispersibility in producing a paste, and has excellent sinterability when formed into a paste. The task is to do.
本発明は下記[1]〜[12]に関する。
[1] 還元性火炎中でニッケル又はニッケル化合物を加熱することでニッケル微粒子を生成し、前記ニッケル微粒子を含む粉体を液状媒体に分散剤の存在下で分散させて分散液を調製し、前記分散液を濾過することで前記分散液から前記粉体中の粗大粒子を除去し、次いで、前記分散液から前記液状媒体及び前記分散剤を除去する、ニッケル微粒子の製造方法。
[2] 前記分散剤が、ポリオキシアルキレン鎖とカルボキシル基とアミノ基とを有する、[1]のニッケル微粒子の製造方法。
[3] 有機酸による酸処理を施すことで前記分散剤を除去する、[1]又は[2]のニッケル微粒子の製造方法。
[4] 前記有機酸がクエン酸、酢酸、酒石酸からなる群から選ばれる少なくとも一つ以上である、[3]のニッケル微粒子の製造方法。
[5] 前記酸処理の処理時間が1〜6時間である、[3]又は[4]のニッケル微粒子の製造方法。
[6] 前記酸処理を施した後、前記ニッケル微粒子にアルカリ処理を施す、[3]〜[5]のいずれかのニッケル微粒子の製造方法。
[7] 前記アルカリ処理の処理時間が1〜6時間である、[6]のニッケル微粒子の製造方法。
[8] 200℃以下の酸素含有雰囲気下で熱処理を行うことで前記分散剤を除去する、[1]〜[7]のいずれかのニッケル微粒子の製造方法。
[9] 前記酸素含有雰囲気の酸素の含有量が0.1〜50%である、[8]のニッケル微粒子の製造方法。
[10] 前記熱処理の処理温度が170〜200℃である、[8]又は[9]のニッケル微粒子の製造方法。
[11] 前記熱処理の処理時間が10〜60分である、[8]〜[10]のいずれかのニッケル微粒子の製造方法。
[12] 得られるニッケル微粒子の炭素濃度が0.1質量%以下であり、酸素濃度が2質量%以下であり、ニッケル微粒子の粉体中に粗大粒子がない、[1]〜[11]のいずれかの製造方法。
The present invention relates to the following [1] to [12].
[1] Nickel fine particles are generated by heating nickel or a nickel compound in a reducing flame, and the powder containing the nickel fine particles is dispersed in a liquid medium in the presence of a dispersant to prepare a dispersion liquid. A method for producing nickel fine particles, in which coarse particles in the powder are removed from the dispersion by filtering the dispersion, and then the liquid medium and the dispersant are removed from the dispersion.
[2] The method for producing nickel fine particles according to [1], wherein the dispersant has a polyoxyalkylene chain, a carboxyl group, and an amino group.
[3] The method for producing nickel fine particles according to [1] or [2], wherein the dispersant is removed by subjecting an acid treatment with an organic acid.
[4] The method for producing nickel fine particles according to [3], wherein the organic acid is at least one selected from the group consisting of citric acid, acetic acid, and tartaric acid.
[5] The method for producing nickel fine particles according to [3] or [4], wherein the treatment time of the acid treatment is 1 to 6 hours.
[6] The method for producing nickel fine particles according to any one of [3] to [5], wherein the nickel fine particles are subjected to an alkali treatment after the acid treatment.
[7] The method for producing nickel fine particles according to [6], wherein the treatment time for the alkali treatment is 1 to 6 hours.
[8] The method for producing nickel fine particles according to any one of [1] to [7], wherein the dispersant is removed by performing heat treatment in an oxygen-containing atmosphere of 200 ° C. or lower.
[9] The method for producing nickel fine particles according to [8], wherein the oxygen content of the oxygen-containing atmosphere is 0.1 to 50%.
[10] The method for producing nickel fine particles according to [8] or [9], wherein the heat treatment treatment temperature is 170 to 200 ° C.
[11] The method for producing nickel fine particles according to any one of [8] to [10], wherein the heat treatment treatment time is 10 to 60 minutes.
[12] The carbon concentration of the obtained nickel fine particles is 0.1% by mass or less, the oxygen concentration is 2% by mass or less, and there are no coarse particles in the powder of the nickel fine particles. Either manufacturing method.
本発明によれば、粗大粒子が少なく、積層セラミックコンデンサの小型化及び大容量化に適し、ペーストを製造する際の分散性に優れ、ペーストとした際の焼結性に優れるニッケル微粒子の製造方法が提供される。 According to the present invention, a method for producing nickel fine particles, which has a small number of coarse particles, is suitable for miniaturization and large capacity of a multilayer ceramic capacitor, has excellent dispersibility in producing a paste, and has excellent sinterability when formed into a paste. Is provided.
本明細書における下記の用語の意味は、以下の記載の通りである。
「ニッケル微粒子」とは、平均粒子径が300nm未満である、ニッケルの粒子をいう。
「粗大粒子」とは、長軸方向の長さが400nm以上である、ニッケルの粒子をいう。
「酸素比」とは、燃料が完全燃焼するために必要な酸素の量を1と定義したときの値のことをいう。
数値範囲を示す「〜」は、その前後に記載された数値を下限値及び上限値として含むことを意味する。
The meanings of the following terms in the present specification are as described below.
"Nickel fine particles" refer to nickel particles having an average particle size of less than 300 nm.
"Coarse particles" refer to nickel particles having a length in the major axis direction of 400 nm or more.
The "oxygen ratio" refers to a value when the amount of oxygen required for complete combustion of fuel is defined as 1.
"~" Indicating a numerical range means that the numerical values described before and after the numerical range are included as the lower limit value and the upper limit value.
以下、本実施形態に係るニッケル微粒子の製造方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。 Hereinafter, the method for producing nickel fine particles according to the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings. In addition, in the drawings used in the following description, in order to make the features easy to understand, the featured parts may be enlarged for convenience, and the dimensional ratios of each component may not be the same as the actual ones. Absent.
本実施形態に係るニッケル微粒子の製造方法においては、還元性火炎中でニッケル又はニッケル化合物を加熱することでニッケル微粒子を生成する。
次いで、前記ニッケル微粒子を含む粉体を液状媒体に分散剤の存在下で分散させて分散液を調製し、前記分散液を濾過することで前記分散液から前記粉体中の粗大粒子を除去する。
次いで、前記分散液から前記液状媒体及び前記分散剤を除去する。
In the method for producing nickel fine particles according to the present embodiment, nickel fine particles are produced by heating nickel or a nickel compound in a reducing flame.
Next, the powder containing the nickel fine particles is dispersed in a liquid medium in the presence of a dispersant to prepare a dispersion, and the dispersion is filtered to remove coarse particles in the powder from the dispersion. ..
Then, the liquid medium and the dispersant are removed from the dispersion.
本実施形態に係るニッケル微粒子の製造方法は、下記の第1の工程と第2の工程と第3の工程とを有するとも言える。
第1の工程:還元性火炎中でニッケル又はニッケル化合物を加熱することでニッケル微粒子を生成する工程。
第2の工程:前記ニッケル微粒子を含む粉体を液状媒体に分散剤の存在下で分散させて分散液を調製し、前記分散液を濾過することで前記分散液から前記粉体中の粗大粒子を除去する工程。
第3の工程:次いで、前記分散液から前記液状媒体及び前記分散剤を除去する工程。
It can be said that the method for producing nickel fine particles according to the present embodiment includes the following first step, second step, and third step.
First step: A step of producing nickel fine particles by heating nickel or a nickel compound in a reducing flame.
Second step: The powder containing the nickel fine particles is dispersed in a liquid medium in the presence of a dispersant to prepare a dispersion liquid, and the dispersion liquid is filtered to obtain coarse particles in the powder from the dispersion liquid. The process of removing.
Third step: Next, a step of removing the liquid medium and the dispersant from the dispersion liquid.
(第1の工程)
第1の工程では、還元性火炎中でニッケル又はニッケル化合物を加熱することでニッケル微粒子を生成し、ニッケル微粒子を含む粉体を回収する。ニッケル微粒子の生成に際しては、ニッケル又はニッケル化合物を加熱して蒸発させ、還元し、所望の平均粒子径のニッケル微粒子を得ることができる。
(First step)
In the first step, nickel or a nickel compound is heated in a reducing flame to generate nickel fine particles, and the powder containing the nickel fine particles is recovered. In the production of nickel fine particles, nickel or a nickel compound can be heated to evaporate and reduced to obtain nickel fine particles having a desired average particle size.
図1は、本実施形態に係るニッケル微粒子の製造方法に用いる製造装置の構成を示す模式図である。図1に示す製造装置10は、可燃性ガス供給部11と原料フィーダー12とニッケル化合物供給部13と支燃性ガス供給部14と燃焼バーナ15と水冷炉16と不活性ガス供給源17と複数の不活性ガス供給部18と冷却ガス供給部19とバグフィルター20とブロワー21を備える。
FIG. 1 is a schematic view showing a configuration of a manufacturing apparatus used in the method for manufacturing nickel fine particles according to the present embodiment. The
可燃性ガス供給部11は、原料フィーダー12と接続されている。可燃性ガス供給部11から供給された可燃性ガスは、原料フィーダー12から供給される原料粉体とともに、燃焼バーナ15に供給される。可燃性ガスは、原料粉体を輸送するキャリアガスとしても機能する。
可燃性ガスとしては、例えば、天然ガス、プロパンガス等を用いることができる。可燃性ガス中の炭素量は、所望するニッケル微粒子の表面の炭素濃度を考慮して適宜調整してもよい。
The flammable
As the flammable gas, for example, natural gas, propane gas and the like can be used. The amount of carbon in the flammable gas may be appropriately adjusted in consideration of the carbon concentration on the surface of the desired nickel fine particles.
原料フィーダー12は、可燃性ガス供給部11及び燃焼バーナ15と接続されている。原料フィーダー12は、燃焼バーナ15に原料粉体を供給する。
原料粉体は、ニッケル又はニッケル化合物の粒子を含む態様であれば特に限定されない。例えば、ニッケル単体の金属粒子;ニッケル酸化物、ニッケル水酸化物等のニッケル化合物の金属粒子を用いることができる。また、原料粉体のニッケル純度は、所望するニッケル微粒子が得られる程度に充分に高いことが好ましい。
The
The raw material powder is not particularly limited as long as it contains particles of nickel or a nickel compound. For example, metal particles of elemental nickel; metal particles of a nickel compound such as nickel oxide and nickel hydroxide can be used. Further, it is preferable that the nickel purity of the raw material powder is sufficiently high enough to obtain the desired nickel fine particles.
ニッケル化合物供給部13は、燃焼バーナ15と接続されている。ニッケル化合物供給部13は、燃焼バーナ15にニッケル化合物を供給する。ニッケル化合物は、ニッケル塩でもよく、ニッケル酸化物でもよい。酸化ニッケル以外のニッケル化合物であっても、例えば、硝酸ニッケル等、水酸化ニッケル等のように加熱することで酸化ニッケルが生成しうるニッケル化合物であれば、ニッケル化合物は特に限定されない。
原料粉体は、ニッケルの粒子又はニッケル化合物のいずれかの粒子を単独で用いてもよく、これらの粒子を併用してもよい。
The nickel
As the raw material powder, either nickel particles or nickel compound particles may be used alone, or these particles may be used in combination.
支燃性ガス供給部14は、燃焼バーナ15と接続されている。支燃性ガス供給部14は、酸素等の支燃性ガスを燃焼バーナ15に供給する。
The combustion-supporting
燃焼バーナ15は、還元性火炎を形成する。図2は、図1に示す製造装置10が備える燃焼バーナ15のII―II断面図である。図3は、図2に示す燃焼バーナ15のIII―III断面図である。
図2に示すように、燃焼バーナ15は、原料粉体及び可燃性ガスを供給する原料供給管31と、支燃性ガスを供給する一次支燃性ガス供給管32と、支燃性ガスを供給する二次支燃性ガス供給管33と、燃焼バーナ15を冷却する冷却管34を有する。原料供給管31の先端には噴出口31aが形成され、一次支燃性ガス供給管32の先端には噴出口32aが形成され、二次支燃性ガス供給管33の先端には噴出口33aが形成されている。
The
As shown in FIG. 2, the
一次支燃性ガス供給管32及び二次支燃性ガス供給管33は、原料供給管31の中心軸と平行な方向に延在する。一次支燃性ガス供給管32は、原料供給管31の外側に配置され、二次支燃性ガス供給管33は、一次支燃性ガス供給管32の外側に配置されている。
二次支燃性ガス供給管33は、原料供給管31の中心軸の延長線上の一点に向かって支燃性ガスを噴出するように構成されている。
冷却管34は二次支燃性ガス供給管33の外側に配置されている。冷却管34内には冷却媒体を流すことができる。冷却管34は燃焼バーナ15の先端に向かって冷却媒体を流し、燃焼バーナ15の先端で冷却媒体が折り返すことができる構造である。これにより、燃焼バーナ15の先端が過度に高温となることを防止できる。
燃焼バーナ15の構成は、図2に示す一例に限定されない。燃焼バーナの噴出孔の位置、角度、数等は、所望のニッケル微粒子の性状に応じて適宜変更できる。
The primary flammable
The secondary flammable
The cooling
The configuration of the
図1に示すように燃焼バーナ15は、水冷炉16の頂部(上端)に配置されている。燃焼バーナ15の先端は、水冷炉16の上端に収容されている。これにより、燃焼バーナ15は、水冷炉16内の上部に還元性火炎を形成する。
そして、水冷炉16の内部で燃焼バーナ15によって還元性火炎を形成し、ニッケル化合物を加熱して蒸発させ、還元する。これによりニッケル微粒子を生成させることができる。
As shown in FIG. 1, the
Then, a reducing flame is formed inside the water-cooled
水冷炉16は、円筒状であり、鉛直方向に延在している。水冷炉16内は、外気とは遮断されている。水冷炉16の頂部(上端)には、燃焼バーナ15の先端が下向きとなるように、燃焼バーナ15が取り付けられている。
水冷炉16内の加熱は、原料粉体を投入する燃焼バーナ15の還元性火炎のみで行ってもよく、水冷炉16は燃焼バーナ15の還元性火炎以外に他の加熱機構をさらに備えてもよい。また、水冷炉16は、炉内の温度調整、炉壁への付着防止等の目的で、加熱に直接関わらない流体を供給する機能を備えてもよい。
水冷炉16は水冷式の加熱炉であるが、他の実施形態において水冷炉16は、耐火物構造の炉と置き換えてもよい。
The
The heating in the water-cooled
The water-cooled
不活性ガス供給源17は、複数の不活性ガス供給部18と接続されている。複数の不活性ガス供給部18は、不活性ガス供給源17から不活性ガスを水冷炉16内に供給して不活性ガスを水冷炉16内に噴出させる。複数の不活性ガス供給部18から供給される不活性ガスの噴出により、水冷炉16内に不活性ガスによる旋回流れを発生させることができる。
The inert
不活性ガス供給部18は、例えば、ポートである。複数の不活性ガス供給部18は、水冷炉16の側壁に設けられている。また、複数の不活性ガス供給部18は、水冷炉16の側壁の周方向及び水冷炉16の延在方向(鉛直方向)に配置されている。
The inert
冷却ガス供給部19は、水冷炉16から搬送される粉体を冷却する。冷却に際しては窒素ガス、アルゴン等の不活性ガス;空気を用いることができる。
バグフィルター20は、粉体と燃焼排ガスを分離する。バグフィルター20は、下端に回収部20aを有する。回収部20aからニッケル微粒子を含む粉体を回収できる。
ブロワー21は、バグフィルター20内のガスを吸引し、該ガスを排ガスとして排出する。
The cooling
The
The
第1の工程において製造装置10を使用すると、原料となるニッケル又はニッケル化合物はフィーダーから定量的に供給され、可燃性ガスにより水冷炉16内に搬送される。還元性火炎に投入されたニッケル等は加熱により蒸発し、還元されて原料の金属化合物よりも粒径の小さいニッケル微粒子となる。水冷炉16内には不活性ガス(窒素)により旋回流れが発生している。ニッケル粒子は、この旋回流れにより所望の粒径とされ、水冷炉16内からニッケル微粒子を含む粉体が搬送される。
When the
本実施形態に係るニッケル微粒子の製造方法では、バーナに供給する可燃性ガス中の炭素量を調整することで、ニッケル微粒子の表面の炭素濃度を制御できる。ニッケル微粒子の表面の炭素濃度を制御することで、ニッケル微粒子の焼結温度等の焼結性を調整できる。
ここで、燃焼バーナ15に供給する可燃性ガス中の炭素量を調整する際の「炭素量」とは、燃料に含まれる炭素元素濃度の割合である。この炭素量は、例えば、燃料がメタン+50%水素である場合には、メタン(CH4):1.175m3/h、水素(H2):3.9m3/hの混合ガスであり、このときの炭素量は、次式{(1.175×1)/(1.175×(1+4)+3.9×2)×100=8.6%}となる。
In the method for producing nickel fine particles according to the present embodiment, the carbon concentration on the surface of the nickel fine particles can be controlled by adjusting the amount of carbon in the flammable gas supplied to the burner. By controlling the carbon concentration on the surface of the nickel fine particles, the sinterability such as the sintering temperature of the nickel fine particles can be adjusted.
Here, the "carbon amount" when adjusting the carbon amount in the combustible gas supplied to the
原料粉体を加熱する際の酸素比は、例えば、0.6〜1.2の範囲とすることができる。これにより、還元性火炎を形成してもよい。酸素量としては、可燃性ガスを完全燃焼させる量よりも少なくする必要は必ずしもなく、酸素量が過剰な状態であってもよい。 The oxygen ratio when heating the raw material powder can be, for example, in the range of 0.6 to 1.2. This may form a reducing flame. The amount of oxygen does not necessarily have to be less than the amount of complete combustion of the flammable gas, and the amount of oxygen may be excessive.
搬送されたニッケル微粒子を含む粉体は、冷却ガス供給部19から供給された冷却ガスで冷却される。例えば、空気;窒素、アルゴン等の不活性ガス等で冷却してもよい。冷却ガス混入時の排ガス温度は例えば200〜700℃である。そのため、冷却ガスによる冷却後、温度が100℃以下となるように冷却ガスを混入させるとよい。
このようにして、ニッケル微粒子を含む粉体は、燃焼排ガスとともに搬送されてバグフィルター20で捕集される。
The conveyed powder containing nickel fine particles is cooled by the cooling gas supplied from the cooling
In this way, the powder containing the nickel fine particles is conveyed together with the combustion exhaust gas and collected by the
(第2の工程)
次に、第1の工程で得られたニッケル微粒子を液状媒体に分散剤の存在下で分散させて分散液を調製する。
第1の工程で得られたニッケル微粒子は、粒子径が非常に微細であるため、凝集力が強く、分散液の調製の際に凝集粒子が生成しやすい。そのため、分散剤の存在下でニッケル微粒子を液状媒体に分散させることで、凝集粒子の生成を低減する。凝集粒子の生成を充分に低減することで、凝集粒子の除去によるニッケル微粒子の濾過によるロスが少なくなり、最終的に得られるニッケル微粒子の収率がよくなる。
(Second step)
Next, the nickel fine particles obtained in the first step are dispersed in a liquid medium in the presence of a dispersant to prepare a dispersion liquid.
Since the nickel fine particles obtained in the first step have a very fine particle size, they have a strong cohesive force, and agglomerated particles are likely to be generated during the preparation of the dispersion liquid. Therefore, by dispersing the nickel fine particles in the liquid medium in the presence of the dispersant, the formation of agglomerated particles is reduced. By sufficiently reducing the formation of agglomerated particles, the loss due to the filtration of the nickel fine particles due to the removal of the agglomerated particles is reduced, and the yield of the finally obtained nickel fine particles is improved.
分散液の調製に際しては、例えば、第1の工程で得られたニッケル微粒子と液状媒体とを分散剤の存在下で混合する。混合の具体的態様は特に限定されない。例えば超音波攪拌、自公転式ミキサー、ミル攪拌、スターラー攪拌等を用いることができる。 In preparing the dispersion, for example, the nickel fine particles obtained in the first step and the liquid medium are mixed in the presence of a dispersant. The specific mode of mixing is not particularly limited. For example, ultrasonic stirring, self-revolving mixer, mill stirring, stirrer stirring and the like can be used.
液状媒体は分散剤との組合せでニッケル微粒子が分散可能な化合物であれば特に限定されない。例えば、水等の水性媒体等が挙げられる。ただし、液状媒体の具体例はこれらの例示に限定されない。 The liquid medium is not particularly limited as long as it is a compound in which nickel fine particles can be dispersed in combination with a dispersant. For example, an aqueous medium such as water can be mentioned. However, specific examples of the liquid medium are not limited to these examples.
分散剤としては、液状媒体との組合せでニッケル微粒子が液状媒体に分散可能となる化合物であれば特に限定されない。
例えば、主鎖にイオン性基を有し、グラフト鎖にポリオキシアルキレン鎖を有するグラフトポリマーが挙げられる。
イオン性基としては、カルボキシル基、アミノ基等が挙げられる。分散剤は、主鎖にイオン性基としてカルボキシル基及びアミノ基の両方を有し、グラフト鎖にポリオキシアルキレン鎖を有するグラフトポリマーが好ましい。
主鎖にイオン性基を有し、グラフト鎖にポリオキシアルキレン鎖を有するグラフトポリマーは、合成したものでも市販品でもよい。グラフトポリマーの市販品の具体例としては、日油株式会社製のマリアリムシリーズが挙げられる。
The dispersant is not particularly limited as long as it is a compound capable of dispersing nickel fine particles in the liquid medium in combination with the liquid medium.
For example, a graft polymer having an ionic group in the main chain and a polyoxyalkylene chain in the graft chain can be mentioned.
Examples of the ionic group include a carboxyl group and an amino group. The dispersant is preferably a graft polymer having both a carboxyl group and an amino group as an ionic group in the main chain and a polyoxyalkylene chain in the graft chain.
The graft polymer having an ionic group in the main chain and a polyoxyalkylene chain in the graft chain may be a synthetic one or a commercially available product. Specific examples of commercially available graft polymers include the Mariarim series manufactured by NOF CORPORATION.
第2の工程では、分散液を調製した後、当該分散液を濾過することで分散液から粉体中の粗大粒子を除去する。第1の工程で得られるニッケル微粒子を含む粉体は、粗大粒子を含有することがある。粗大粒子は、MLCCの電極同士の短絡の発生の原因となるおそれがあるため、第2の工程では粗大粒子を除去し、粗大粒子が除去されたニッケル微粒子分散液を得る。ニッケル微粒子分散液は主に、ニッケル微粒子と液状媒体と分散剤とを含む。ニッケル微粒子分散液においては、液状媒体にニッケル微粒子が分散している。 In the second step, after preparing the dispersion liquid, the coarse particles in the powder are removed from the dispersion liquid by filtering the dispersion liquid. The powder containing nickel fine particles obtained in the first step may contain coarse particles. Since the coarse particles may cause a short circuit between the electrodes of the MLCC, the coarse particles are removed in the second step to obtain a nickel fine particle dispersion liquid from which the coarse particles have been removed. The nickel fine particle dispersion mainly contains nickel fine particles, a liquid medium, and a dispersant. In the nickel fine particle dispersion liquid, nickel fine particles are dispersed in a liquid medium.
分散液を濾過する態様は特に限定されない。例えば、吸引ろ過、フィルタープレス、湿式分級等を用いることができる。ただし、分散液の濾過の具体的態様はこれらの例示に限定されない。
分散液を調製する際には、ニッケル微粒子の凝集粒子が生成する場合がある。粗大粒子の除去と同時にニッケル微粒子の凝集粒子を分散液から除去してもよい。湿式分級によれば、分散液中の粉体を粗大粒子、凝集粒子、ニッケル微粒子の各粒子径に応じてそれぞれ分別できる。
The mode of filtering the dispersion is not particularly limited. For example, suction filtration, filter press, wet classification and the like can be used. However, the specific embodiment of the filtration of the dispersion liquid is not limited to these examples.
When preparing the dispersion, agglomerated particles of nickel fine particles may be generated. At the same time as the removal of the coarse particles, the aggregated particles of the nickel fine particles may be removed from the dispersion liquid. According to the wet classification, the powder in the dispersion can be separated according to the particle size of the coarse particles, the agglomerated particles, and the nickel fine particles.
(第3の工程)
次に、第2の工程で得られたニッケル微粒子分散液から液状媒体及び分散剤を除去する。分散剤の除去により、ペーストを製造する際のニッケル微粒子の分散性がよくなり、ペーストの製造が可能となる。例えば、第2の工程における分散液の調製の際に用いた分散剤がニッケル微粒子の表面に残存したままであると、ペーストの製造時に使用するペースト製造用の分散剤がニッケル微粒子の表面に付着しにくい。そのため、ペーストを製造する際のニッケル微粒子の分散性が悪化し、ペーストの製造が困難となるおそれもある。
したがって第3の工程では、第2の工程における分散液の調製の際に用いた分散剤を除去し、ペーストを製造する際のニッケル微粒子の分散性を向上させる。
(Third step)
Next, the liquid medium and the dispersant are removed from the nickel fine particle dispersion obtained in the second step. By removing the dispersant, the dispersibility of the nickel fine particles in producing the paste is improved, and the paste can be produced. For example, if the dispersant used in the preparation of the dispersion liquid in the second step remains on the surface of the nickel fine particles, the dispersant for paste production used in the production of the paste adheres to the surface of the nickel fine particles. It's hard to do. Therefore, the dispersibility of the nickel fine particles in the production of the paste deteriorates, and the production of the paste may become difficult.
Therefore, in the third step, the dispersant used in the preparation of the dispersion liquid in the second step is removed, and the dispersibility of the nickel fine particles in producing the paste is improved.
液状媒体は、例えば、ニッケル微粒子分散液を固液分離することで除去できる。これにより、粗大粒子と液状媒体と必要に応じて凝集粒子が除去されたニッケル微粒子が得られる。
固液分離の態様は特に限定されない。例えば遠心分離機、フィルタープレス等を用いることができる。ただし、固液分離の具体的態様はこれらの例示に限定されない。
The liquid medium can be removed, for example, by solid-liquid separation of the nickel fine particle dispersion. As a result, coarse particles, a liquid medium, and nickel fine particles from which aggregated particles have been removed, if necessary, can be obtained.
The mode of solid-liquid separation is not particularly limited. For example, a centrifuge, a filter press, or the like can be used. However, the specific mode of solid-liquid separation is not limited to these examples.
分散剤の除去は、例えば、有機酸による酸処理をニッケル微粒子に施すことで行うことができる。一般にニッケル微粒子においては、焼結が進行してしまうことから、高温下における過度の熱処理を施すことができない。そのため、熱処理を施しても処理温度が相対的に低く、充分に分散剤を除去できない。
そこで、本実施形態に係るニッケル微粒子の製造方法においては、有機酸による酸処理をニッケル微粒子に施すことで分散剤の除去を促進できるという利点がある。
The dispersant can be removed, for example, by applying an acid treatment with an organic acid to the nickel fine particles. Generally, nickel fine particles cannot be subjected to excessive heat treatment at a high temperature because sintering proceeds. Therefore, even if heat treatment is performed, the treatment temperature is relatively low, and the dispersant cannot be sufficiently removed.
Therefore, the method for producing nickel fine particles according to the present embodiment has an advantage that removal of the dispersant can be promoted by applying an acid treatment with an organic acid to the nickel fine particles.
酸処理としては例えば、固液分離によって得られたニッケル微粒子と有機酸とを混合し、攪拌することで、有機酸による酸処理をニッケル微粒子に施すことができる。
有機酸としては、クエン酸、酢酸、酒石酸からなる群から選ばれる少なくとも一つ以上を用いることができる。ただし、有機酸の具体例はこれらの例示に限定されない。有機酸は一種を単独で用いてもよく、二種以上を併用してもよい。
攪拌方法としては、例えば超音波攪拌、攪拌翼による攪拌等を用いることができる。
As the acid treatment, for example, the nickel fine particles obtained by solid-liquid separation and the organic acid are mixed and stirred, so that the nickel fine particles can be subjected to the acid treatment with the organic acid.
As the organic acid, at least one or more selected from the group consisting of citric acid, acetic acid and tartaric acid can be used. However, specific examples of organic acids are not limited to these examples. One type of organic acid may be used alone, or two or more types may be used in combination.
As the stirring method, for example, ultrasonic stirring, stirring with a stirring blade, or the like can be used.
酸処理の処理時間は酸成分の濃度により異なるが、1〜6時間が好ましい。攪拌時間が1時間以上であると、分散剤の除去が充分となる傾向がある。攪拌時間が6時間以下であると、有機酸及びニッケル微粒子を含む混合液中において、ニッケル微粒子の錯体化に伴う分散剤の濃縮が起きにくく、分散剤をさらに充分に除去できる傾向がある。 The treatment time of the acid treatment varies depending on the concentration of the acid component, but is preferably 1 to 6 hours. When the stirring time is 1 hour or more, the dispersant tends to be sufficiently removed. When the stirring time is 6 hours or less, the dispersant is less likely to be concentrated due to the complexation of the nickel fine particles in the mixed solution containing the organic acid and the nickel fine particles, and the dispersant tends to be removed more sufficiently.
有機酸による酸処理をニッケル微粒子に施す場合、例えば、有機酸及びニッケル微粒子を含む混合液を固液分離し、ニッケル微粒子を得る。酸処理後の固液分離の態様も特に限定されない。例えば遠心分離機、フィルタープレス等を用いることができる。ただし、酸処理後の固液分離の具体的態様はこれらの例示に限定されない。 When the nickel fine particles are subjected to acid treatment with an organic acid, for example, a mixed solution containing the organic acid and the nickel fine particles is solid-liquid separated to obtain nickel fine particles. The mode of solid-liquid separation after the acid treatment is also not particularly limited. For example, a centrifuge, a filter press, or the like can be used. However, the specific embodiment of the solid-liquid separation after the acid treatment is not limited to these examples.
有機酸による酸処理をニッケル微粒子に施す場合、酸処理後の固液分離によって得られたニッケル微粒子を洗浄する。例えば、ニッケル微粒子と純水とを混合及び攪拌し、ニッケル微粒子を洗浄する。
酸処理後のニッケル微粒子の洗浄方法としては、例えば超音波攪拌、攪拌翼による攪拌等を用いることができる。洗浄時間は例えば、5分とすることができる。洗浄回数は1〜3回程度で充分である。
洗浄が終わった後、例えば、洗浄に用いた混合液を固液分離することで、ニッケル微粒子を得ることができる。洗浄後の固液分離の態様も特に限定されない。例えば遠心分離機、フィルタープレス等を用いることができる。ただし、洗浄後の固液分離の具体的態様はこれらの例示に限定されない。
When acid treatment with an organic acid is applied to nickel fine particles, the nickel fine particles obtained by solid-liquid separation after the acid treatment are washed. For example, nickel fine particles and pure water are mixed and stirred to wash the nickel fine particles.
As a method for cleaning the nickel fine particles after the acid treatment, for example, ultrasonic stirring, stirring with a stirring blade, or the like can be used. The washing time can be, for example, 5 minutes. It is sufficient that the number of washings is about 1 to 3 times.
After cleaning is completed, for example, nickel fine particles can be obtained by solid-liquid separation of the mixed solution used for cleaning. The mode of solid-liquid separation after washing is also not particularly limited. For example, a centrifuge, a filter press, or the like can be used. However, the specific mode of solid-liquid separation after washing is not limited to these examples.
有機酸による酸処理をニッケル微粒子に施す場合、分散剤の除去、微粒子の中和等を目的として酸処理後のニッケル微粒子にアルカリ処理を施すことが好ましい。これにより、ニッケル微粒子から分散剤をさらに除去でき、高品質なニッケル微粒子を製造できる。
例えば、酸処理後のニッケル微粒子とアンモニア水溶液等の塩基性化合物とを混合し、攪拌することで、アルカリ処理をニッケル微粒子に施すことができる。
塩基性化合物としては、アンモニア、メチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン等を用いることができる。ただし、塩基性化合物の具体例はこれらの例示に限定されない。
攪拌方法としては、例えば超音波攪拌、攪拌翼による攪拌等を用いることができる。
When the acid treatment with an organic acid is applied to the nickel fine particles, it is preferable to apply an alkali treatment to the nickel fine particles after the acid treatment for the purpose of removing the dispersant, neutralizing the fine particles and the like. As a result, the dispersant can be further removed from the nickel fine particles, and high quality nickel fine particles can be produced.
For example, the alkali treatment can be applied to the nickel fine particles by mixing the nickel fine particles after the acid treatment with a basic compound such as an aqueous ammonia solution and stirring the mixture.
As the basic compound, ammonia, methylamine, dimethylamine, trimethylamine and the like can be used. However, specific examples of basic compounds are not limited to these examples.
As the stirring method, for example, ultrasonic stirring, stirring with a stirring blade, or the like can be used.
アルカリ処理の処理時間は、塩基性成分の濃度により異なるが、1〜6時間が好ましい。攪拌時間が1時間以上であると、分散剤の除去が充分となる傾向がある。攪拌時間が6時間以下であると、ニッケル微粒子の錯体化に伴う分散剤の濃縮が起きにくく、分散剤をさらに充分に除去できる傾向がある。 The treatment time of the alkaline treatment varies depending on the concentration of the basic component, but is preferably 1 to 6 hours. When the stirring time is 1 hour or more, the dispersant tends to be sufficiently removed. When the stirring time is 6 hours or less, the dispersant is less likely to be concentrated due to the complexation of the nickel fine particles, and the dispersant tends to be removed more sufficiently.
塩基性化合物によるアルカリ処理をニッケル微粒子に施す場合、例えば、塩基性化合物及びニッケル微粒子を含む混合液を固液分離し、ニッケル微粒子を得る。アルカリ処理後の固液分離の態様も特に限定されない。例えば遠心分離機、フィルタープレス等を用いることができる。ただし、アルカリ処理後の固液分離の具体的態様はこれらの例示に限定されない。 When the nickel fine particles are subjected to alkali treatment with a basic compound, for example, a mixed solution containing the basic compound and the nickel fine particles is solid-liquid separated to obtain nickel fine particles. The mode of solid-liquid separation after the alkali treatment is also not particularly limited. For example, a centrifuge, a filter press, or the like can be used. However, the specific embodiment of the solid-liquid separation after the alkali treatment is not limited to these examples.
酸処理後のニッケル微粒子にアルカリ処理を施す場合、アルカリ処理後の固液分離によって得られたニッケル微粒子を純水で洗浄する。
アルカリ処理後のニッケル微粒子の洗浄方法としては、例えば超音波攪拌、攪拌翼による攪拌等を用いることができる。例えば、洗浄時間は5分とすることができる。洗浄回数は1〜3回程度で充分である。
洗浄が終わった後、例えば、洗浄に用いた混合液を固液分離することで、ニッケル微粒子を得ることができる。洗浄後の固液分離の態様も特に限定されない。例えば遠心分離機、フィルタープレス等を用いることができる。ただし、洗浄後の固液分離の具体的態様はこれらの例示に限定されない。
When the nickel fine particles after the acid treatment are subjected to the alkali treatment, the nickel fine particles obtained by the solid-liquid separation after the alkali treatment are washed with pure water.
As a method for cleaning the nickel fine particles after the alkali treatment, for example, ultrasonic stirring, stirring with a stirring blade, or the like can be used. For example, the washing time can be 5 minutes. It is sufficient that the number of washings is about 1 to 3 times.
After cleaning is completed, for example, nickel fine particles can be obtained by solid-liquid separation of the mixed solution used for cleaning. The mode of solid-liquid separation after washing is also not particularly limited. For example, a centrifuge, a filter press, or the like can be used. However, the specific mode of solid-liquid separation after washing is not limited to these examples.
本実施形態に係るニッケル微粒子の製造方法においては、200℃以下の酸素含有雰囲気下で熱処理を行うことで分散剤を除去することが好ましい。200℃以下の酸素含有雰囲気下で熱処理を行うと、ニッケル微粒子の酸化を抑制しながら粉体として品質の高いニッケル微粒子を得やすくなる傾向がある。
例えば、前記酸処理を施した後のニッケル微粒子又は前記酸処理及び前記アルカリ処理の両方を施した後のニッケル微粒子に熱処理を施すことができる。
In the method for producing nickel fine particles according to the present embodiment, it is preferable to remove the dispersant by performing heat treatment in an oxygen-containing atmosphere of 200 ° C. or lower. When the heat treatment is performed in an oxygen-containing atmosphere of 200 ° C. or lower, it tends to be easy to obtain high-quality nickel fine particles as a powder while suppressing oxidation of the nickel fine particles.
For example, the nickel fine particles after the acid treatment or the nickel fine particles after both the acid treatment and the alkali treatment can be heat-treated.
酸素含有雰囲気の酸素の含有量は、0.01〜50%が好ましく、0.1〜20%がより好ましい。酸素含有雰囲気の酸素の含有量が前記数値範囲内であると、分散剤の除去がさらに充分となる傾向がある。 The oxygen content of the oxygen-containing atmosphere is preferably 0.01 to 50%, more preferably 0.1 to 20%. When the oxygen content of the oxygen-containing atmosphere is within the above numerical range, the removal of the dispersant tends to be more sufficient.
熱処理に際しては、例えば、ヒーターを具備するバッチ式の加熱炉を使用できる。加熱炉にガスを流入させ、加熱炉内を酸素含有雰囲気とすることができる。加熱炉は、炉内の雰囲気を攪拌する機構を備えていてもよく、コンベア等の搬送機構を備えた連続式であってもよい。
加熱炉内の加熱に際しては、バーナ等の火炎を使用してもよく、加熱したガスを加熱炉内に流入させてもよい。バーナ等を用いる場合は、加熱炉の雰囲気を制御するという観点から間接加熱方式が好ましい。
For the heat treatment, for example, a batch type heating furnace equipped with a heater can be used. Gas can be flowed into the heating furnace to create an oxygen-containing atmosphere in the heating furnace. The heating furnace may be provided with a mechanism for stirring the atmosphere in the furnace, or may be a continuous type provided with a transfer mechanism such as a conveyor.
When heating in the heating furnace, a flame such as a burner may be used, or the heated gas may flow into the heating furnace. When a burner or the like is used, the indirect heating method is preferable from the viewpoint of controlling the atmosphere of the heating furnace.
熱処理の処理温度は、170〜200℃が好ましい。熱処理の処理温度が170℃以上であると、熱処理による充分な分散剤の除去効果が得られる傾向がある。熱処理の処理温度が200℃以下であると、ニッケル微粒子の焼結の進行を防ぎながら、分散剤を除去できる。
熱処理の処理時間は、10〜60分が好ましい。熱処理の処理時間が10分以上であると、分散剤が充分に熱分解され、熱処理による充分な分散剤の除去効果が得られる傾向がある。熱処理の処理時間が60分を超えても、分散剤の除去効果をそれ以上期待しにくい。
The heat treatment treatment temperature is preferably 170 to 200 ° C. When the treatment temperature of the heat treatment is 170 ° C. or higher, there is a tendency that a sufficient effect of removing the dispersant by the heat treatment can be obtained. When the heat treatment treatment temperature is 200 ° C. or lower, the dispersant can be removed while preventing the progress of sintering of the nickel fine particles.
The heat treatment treatment time is preferably 10 to 60 minutes. When the heat treatment treatment time is 10 minutes or more, the dispersant is sufficiently thermally decomposed, and there is a tendency that a sufficient effect of removing the dispersant by the heat treatment can be obtained. Even if the heat treatment treatment time exceeds 60 minutes, it is difficult to expect the effect of removing the dispersant any more.
本実施形態に係るニッケル微粒子の製造方法によって得られるニッケル微粒子の表面の炭素濃度は例えば、0.1質量%以下であり、酸素濃度が2質量%以下である。炭素濃度が前記上限値以下であると、分散剤の除去がさらに充分であると言える。酸素濃度が前記上限値以下であると、ニッケル微粒子の酸化が進行しておらず、粉体として品質がさらに高くなる傾向がある。したがって、ニッケル微粒子の表面の炭素濃度が0.1質量%以下であり、かつ、酸素濃度が2質量%以下であると、非常に高品質のニッケル微粒子が得られたと判断できる。
本実施形態に係るニッケル微粒子の製造方法で得られるニッケル微粒子の粉体中には、粗大粒子がない。粗大粒子の有無は、例えば、SEM等の電子顕微鏡による観察で判断できる。
The carbon concentration on the surface of the nickel fine particles obtained by the method for producing nickel fine particles according to the present embodiment is, for example, 0.1% by mass or less, and the oxygen concentration is 2% by mass or less. When the carbon concentration is not more than the upper limit value, it can be said that the removal of the dispersant is more sufficient. When the oxygen concentration is not more than the upper limit value, the nickel fine particles are not oxidized and the quality of the powder tends to be further improved. Therefore, when the carbon concentration on the surface of the nickel fine particles is 0.1% by mass or less and the oxygen concentration is 2% by mass or less, it can be determined that very high quality nickel fine particles are obtained.
There are no coarse particles in the nickel fine particle powder obtained by the method for producing nickel fine particles according to the present embodiment. The presence or absence of coarse particles can be determined by, for example, observation with an electron microscope such as SEM.
本実施形態に係るニッケル微粒子の製造方法によって得られるニッケル微粒子の平均粒子径は、例えば、30〜300nmである。ニッケル微粒子の平均粒子径は、実施例に記載の方法で測定できる。 The average particle size of the nickel fine particles obtained by the method for producing nickel fine particles according to the present embodiment is, for example, 30 to 300 nm. The average particle size of the nickel fine particles can be measured by the method described in Examples.
(作用効果)
以上説明した本実施形態に係る金属微粒子の製造方法においては、ニッケル微粒子を含む粉体を液状媒体に分散剤の存在下で分散させる。そのため、平均粒子径が100nm程度の凝集力が強いニッケル微粒子であっても、凝集粒子の少ない均一な分散液が得られる。このように、凝集粒子の生成が低減された分散液を使用するため、凝集粒子の除去によるニッケル微粒子の濾過によるロスが少なくなり、最終的に得られるニッケル微粒子の収率がよくなる。
加えて、本実施形態に係る金属微粒子の製造方法においては、均一な分散液を濾過することで分散液から粉体中の粗大粒子を除去するため、小型化及び大容量化が求められるMLCCにおいて、粗大粒子がセラミック層を突き抜けてしまうことが少なくなる。その結果、粗大粒子による電極同士の短絡が起きにくく、MLCCの不良品の発生が低減される。
また、本実施形態に係る金属微粒子の製造方法においては、分散液から分散剤を除去するため、ニッケル微粒子の表面に分散剤が付着して残存しにくい。そのため、ペーストの製造時に使用するペースト製造用の分散剤がニッケル微粒子の表面に充分に付着しやすい。その結果、ペーストを製造する際のニッケル微粒子の分散性がよくなり、ペーストの製造が可能となる。加えて、焼結の際における分散剤の揮発によるガスの発生、クラック等の焼結不良が低減され、ニッケル微粒子をペーストとした際の焼結性がよくなる。
以上より、本実施形態に係るニッケル微粒子の製造方法によれば、MLCCの内部電極の原料にしたときに不良品の発生が少なく、ペーストを製造する際のニッケル微粒子の分散性に優れ、かつ、ニッケル微粒子をペーストとした際の焼結性に優れる点で、MLCCの内部電極用途に適した高品質なニッケル微粒子を製造できる。
(Action effect)
In the method for producing metal fine particles according to the present embodiment described above, the powder containing nickel fine particles is dispersed in a liquid medium in the presence of a dispersant. Therefore, even if the nickel fine particles have an average particle size of about 100 nm and have a strong cohesive force, a uniform dispersion liquid having few agglomerated particles can be obtained. As described above, since the dispersion liquid in which the formation of agglomerated particles is reduced is used, the loss due to the filtration of the nickel fine particles due to the removal of the agglomerated particles is reduced, and the yield of the nickel fine particles finally obtained is improved.
In addition, in the method for producing metal fine particles according to the present embodiment, in order to remove coarse particles in the powder from the dispersion liquid by filtering a uniform dispersion liquid, in MLCC where miniaturization and large capacity are required. , Coarse particles are less likely to penetrate the ceramic layer. As a result, short circuits between the electrodes due to coarse particles are unlikely to occur, and the occurrence of defective MLCCs is reduced.
Further, in the method for producing metal fine particles according to the present embodiment, since the dispersant is removed from the dispersion liquid, the dispersant is unlikely to adhere to the surface of the nickel fine particles and remain. Therefore, the dispersant for paste production used in the production of the paste tends to sufficiently adhere to the surface of the nickel fine particles. As a result, the dispersibility of the nickel fine particles in producing the paste is improved, and the paste can be produced. In addition, gas generation due to volatilization of the dispersant during sintering and sintering defects such as cracks are reduced, and the sintering property when nickel fine particles are used as a paste is improved.
From the above, according to the method for producing nickel fine particles according to the present embodiment, there are few defective products when used as a raw material for the internal electrode of MLCC, the dispersibility of the nickel fine particles in producing a paste is excellent, and High-quality nickel fine particles suitable for use as internal electrodes of MLCC can be produced because they are excellent in sinterability when nickel fine particles are used as a paste.
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されない。また、本発明は特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が加えられてよい。
また、上述した実施形態の金属微粒子の製造方法に用いる製造装置として、図1〜3に示す構成の製造装置10を一例として説明したが、バーナ、炉の各構成はこの一例に限定されない。
Although some embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to such specific embodiments. In addition, the present invention may be added, omitted, replaced, or otherwise modified within the scope of the gist of the present invention described in the claims.
Further, as the manufacturing apparatus used in the method for producing metal fine particles of the above-described embodiment, the
以下、実施例によって本発明を具体的に説明する。ただし、本発明は以下の記載によって限定されない。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to Examples. However, the present invention is not limited to the following description.
<測定方法>
(炭素濃度)
ニッケル微粒子の表面の炭素濃度は、炭素・硫黄分析装置(堀場製作所社製:EMIA−920V)を使用して測定した。
<Measurement method>
(Carbon concentration)
The carbon concentration on the surface of the nickel fine particles was measured using a carbon / sulfur analyzer (manufactured by HORIBA, Ltd .: EMIA-920V).
(酸素濃度)
ニッケル微粒子の表面の酸素濃度は、酸素・窒素分析装置(LECO社製:TC−600型)を使用して測定した。
(Oxygen concentration)
The oxygen concentration on the surface of the nickel fine particles was measured using an oxygen / nitrogen analyzer (manufactured by LECO: TC-600 type).
(比表面積:BET)
ニッケル微粒子のBETは、比表面積計(マウンテック社製:Macsorb HM model−1201)を使用して測定した。
(Specific surface area: BET)
The BET of the nickel fine particles was measured using a specific surface area meter (manufactured by Mountech: Macsorb HM model-1201).
(平均粒子径)
ニッケル微粒子の平均粒子径(nm)は、上述のBETの測定値(m2/g)に基づいて、下式(1)より算出した。
平均粒子径(nm)=6/(BET×ρ)×109 ・・・(1)
ただし、式(1)中、「BET」は、比表面積計を用いて測定されるニッケル微粒子のBET(m2/g)であり、「ρ」はニッケルの密度(g/m3)である。
(Average particle size)
The average particle size (nm) of the nickel fine particles was calculated from the following formula (1) based on the above-mentioned BET measurement value (m 2 / g).
Average particle size (nm) = 6 / (BET × ρ) × 10 9 ... (1)
However, in the formula (1), "BET" is the BET (m 2 / g) of the nickel fine particles measured using a specific surface area meter, and "ρ" is the density of nickel (g / m 3 ). ..
<製造例1>
原料粉体としては、平均粒子径が10μmである酸化ニッケル粉を使用し、製造装置10を用いた。
可燃性ガスとしてメタンガスを使用し、支燃性ガスとして酸素ガスを使用し、バーナ火炎15により還元性火炎を形成した。可燃性ガスとともに搬送された酸化ニッケル粉を還元性火炎で加熱することで、還元性火炎中で蒸発させ、サブミクロン以下のニッケル微粒子を生成した。次いで、ニッケル微粒子を含む粉体をバグフィルター20の回収部20aから回収した。
第1の工程におけるニッケル微粒子の生成の際の燃焼条件を表1に示す。
<Manufacturing example 1>
As the raw material powder, nickel oxide powder having an average particle size of 10 μm was used, and the
Methane gas was used as the flammable gas, oxygen gas was used as the flammable gas, and a reducing flame was formed by the
Table 1 shows the combustion conditions for the formation of nickel fine particles in the first step.
次に、ニッケル微粒子を含む粉体:4gと分散剤A:40gと純水:360mlを、超音波ホモジナイザーを用いて30分間混合し、分散液を調製した。分散剤Aは、日油株式会社製「マリアリムHKM−50A」である。また、分散剤Aは、主鎖にイオン性基としてカルボキシル基及びアミノ基を有し、グラフト鎖にポリオキシアルキレン鎖を有するグラフトポリマーである。
次いで、分散液を吸引ろ過することで、0.45μmのカートリッジフィルターを通過させ、凝集粒子及び粗大粒子を除去したニッケル微粒子分散液を得た。ニッケル微粒子分散液を遠心分離機によって固液分離し、分散剤を除去する前のニッケル微粒子を得た。
Next, a powder containing nickel fine particles: 4 g, a dispersant A: 40 g, and pure water: 360 ml were mixed for 30 minutes using an ultrasonic homogenizer to prepare a dispersion. Dispersant A is "Marialim HKM-50A" manufactured by NOF CORPORATION. Further, the dispersant A is a graft polymer having a carboxyl group and an amino group as ionic groups in the main chain and a polyoxyalkylene chain in the graft chain.
Next, the dispersion was suction-filtered to pass through a 0.45 μm cartridge filter to obtain a nickel fine particle dispersion from which aggregated particles and coarse particles were removed. The nickel fine particle dispersion was solid-liquid separated by a centrifuge to obtain nickel fine particles before removing the dispersant.
<製造例2、3>
表2に示すように、分散剤Aを下記の分散剤B、分散剤Cにそれぞれ変更した以外は、製造例1と同様にして、分散剤を除去する前のニッケル微粒子を得た。
分散剤B:主鎖にイオン性基としてカルボキシル基を有し、グラフト鎖にポリオキシアルキレン鎖を有するグラフトポリマー。
分散剤C:主鎖にイオン性基としてアミノ基を有し、グラフト鎖にポリオキシアルキレン鎖を有するグラフトポリマー。
<Manufacturing Examples 2 and 3>
As shown in Table 2, nickel fine particles before removing the dispersant were obtained in the same manner as in Production Example 1 except that the dispersant A was changed to the following dispersant B and dispersant C, respectively.
Dispersant B: A graft polymer having a carboxyl group as an ionic group in the main chain and a polyoxyalkylene chain in the graft chain.
Dispersant C: A graft polymer having an amino group as an ionic group in the main chain and a polyoxyalkylene chain in the graft chain.
製造例1〜3における分散剤を除去する前のニッケル微粒子の収率の結果を表2に示す。 Table 2 shows the results of the yields of the nickel fine particles before removing the dispersant in Production Examples 1 to 3.
表2に示すように、主鎖にイオン性基としてカルボキシル基及びアミノ基を有し、グラフト鎖にポリオキシアルキレン鎖を有するグラフトポリマーである分散剤Aを使用すると、ニッケル微粒子が均一に分散した分散液が得られ、0.45μmのカートリッジフィルターによって分散液を濾過できることを確認した。 As shown in Table 2, when dispersant A, which is a graft polymer having a carboxyl group and an amino group as ionic groups in the main chain and a polyoxyalkylene chain in the graft chain, was used, the nickel fine particles were uniformly dispersed. It was confirmed that the dispersion was obtained and that the dispersion could be filtered by a 0.45 μm cartridge filter.
<製造例4>
製造装置10から回収したニッケル微粒子から分散液を調製せず、粉体中の粗大粒子を除去せずにニッケル微粒子を製造した。
<Manufacturing example 4>
A dispersion was not prepared from the nickel fine particles recovered from the
<実施例1>
製造例1で得られた分散剤を除去する前のニッケル微粒子:4gに、2質量%クエン酸水溶液:50mlを加えて、超音波バスで攪拌しながら、酸処理を施した。酸処理の処理時間は6時間とした。遠心分離機で固液分離を行い、得られたニッケル微粒子に水を加えて、洗浄した後、再度、遠心分離機で固液分離を行い、酸処理後のニッケル微粒子を得た。
次いで、酸処理後のニッケル微粒子に、2質量%アンモニア水溶液:50mlを加えて、超音波バスで攪拌しながら、アルカリ処理を施した。アルカリ処理の処理時間は6時間とした。その後、遠心分離機で固液分離を行い、得られたニッケル微粒子に水を加えて、洗浄した後、再度、遠心分離機で固液分離を行い、ニッケル微粒子を得た。
次いで、アルカリ処理後のニッケル微粒子に熱処理を施した。酸素含有雰囲気は窒素ガスに酸素ガスを20%混入したガスを使用した。熱処理の温度は170℃とし、処理時間は30分とした。
熱処理後のニッケル微粒子について、炭素濃度及び酸素濃度を測定した。
<Example 1>
A 2 mass% citric acid aqueous solution: 50 ml was added to 4 g of nickel fine particles before removing the dispersant obtained in Production Example 1, and acid treatment was performed while stirring with an ultrasonic bath. The treatment time of the acid treatment was 6 hours. Solid-liquid separation was performed with a centrifuge, water was added to the obtained nickel fine particles, washed, and then solid-liquid separation was performed again with a centrifuge to obtain nickel fine particles after acid treatment.
Next, 50 ml of a 2% by mass aqueous ammonia solution was added to the nickel fine particles after the acid treatment, and the nickel particles were treated with an alkali while stirring with an ultrasonic bath. The treatment time for the alkali treatment was 6 hours. Then, solid-liquid separation was performed with a centrifuge, water was added to the obtained nickel fine particles, and the mixture was washed, and then solid-liquid separation was performed again with a centrifuge to obtain nickel fine particles.
Next, the nickel fine particles after the alkali treatment were heat-treated. As the oxygen-containing atmosphere, a gas obtained by mixing 20% of oxygen gas with nitrogen gas was used. The heat treatment temperature was 170 ° C. and the treatment time was 30 minutes.
The carbon concentration and oxygen concentration of the nickel fine particles after the heat treatment were measured.
<実施例2〜17>
酸処理の処理時間、アルカリ処理の処理時間、熱処理の温度、時間、酸素含有雰囲気の酸素濃度の各条件を表3に示すように変更した以外は、実施例1と同様にしてニッケル微粒子を製造した。
なお、実施例10では、アンモニアによるアルカリ処理を実施しなかったこと以外は実施例1と同様にしてニッケル微粒子を製造した。
実施例2〜17で得られたニッケル微粒子の炭素濃度及び酸素濃度の測定結果を表3に示す。
<Examples 2 to 17>
Nickel fine particles were produced in the same manner as in Example 1 except that the conditions of the acid treatment treatment time, the alkali treatment treatment time, the heat treatment temperature and time, and the oxygen concentration of the oxygen-containing atmosphere were changed as shown in Table 3. did.
In Example 10, nickel fine particles were produced in the same manner as in Example 1 except that the alkali treatment with ammonia was not carried out.
Table 3 shows the measurement results of the carbon concentration and the oxygen concentration of the nickel fine particles obtained in Examples 2 to 17.
<比較例1>
製造例4で得たニッケル微粒子そのものを比較例1のニッケル微粒子とした。
<Comparative example 1>
The nickel fine particles themselves obtained in Production Example 4 were used as the nickel fine particles of Comparative Example 1.
図4は、実施例1で得られたニッケル微粒子のSEM像である。図5は比較例1で得られたニッケル微粒子のSEM像である。図4、5のSEM像の倍率は5万倍である。
測長は、SEM像において、倍率を1万倍とし、20視野(粒子数10万個程度)を観察し、400nm以上となる粒子をカウントし、粗大粒子の頻度を測定した。
表4に実施例1及び比較例1のニッケル微粒子のBET、平均粒子径、炭素濃度、酸素濃度及び画像解析による粗大粒子の数の測定結果を示す。
FIG. 4 is an SEM image of the nickel fine particles obtained in Example 1. FIG. 5 is an SEM image of the nickel fine particles obtained in Comparative Example 1. The magnification of the SEM images in FIGS. 4 and 5 is 50,000 times.
The length was measured by observing 20 fields of view (about 100,000 particles) in the SEM image at a magnification of 10,000, counting particles having a size of 400 nm or more, and measuring the frequency of coarse particles.
Table 4 shows the measurement results of the BET, average particle size, carbon concentration, oxygen concentration and the number of coarse particles of the nickel fine particles of Example 1 and Comparative Example 1 by image analysis.
表4に示すように分散剤を除去した後の実施例1のニッケル微粒子のBET値及び炭素濃度は、分散剤と混合し、分散液とする前のニッケル微粒子(比較例1のニッケル微粒子)のBET値及び炭素濃度と同水準であった。この結果から、実施例1のニッケル微粒子においては、分散剤が充分に除去されていると判断した。酸素濃度についても、実施例1と比較例1とで同水準であったことから、実施例1のニッケル微粒子にあっては、熱処理を施した後でもニッケル微粒子の酸化が進行しておらず、粉体として品質が非常に高いものであると判断できた。
よって、実施例1のニッケル微粒子は、ペーストを製造する際の分散性に優れ、ペーストとした際の焼結性に優れることが期待される。
また、実施例1のニッケル微粒子によれば、粗大粒子の数が0個であった。そのため、実施例1のニッケル微粒子によれば、積層セラミックコンデンサの小型化及び大容量化に適していると期待される。
As shown in Table 4, the BET value and carbon concentration of the nickel fine particles of Example 1 after removing the dispersant are those of the nickel fine particles (nickel fine particles of Comparative Example 1) before being mixed with the dispersant to prepare a dispersion liquid. It was at the same level as the BET value and carbon concentration. From this result, it was judged that the dispersant was sufficiently removed from the nickel fine particles of Example 1. Since the oxygen concentration was also at the same level in Example 1 and Comparative Example 1, the nickel fine particles of Example 1 did not undergo oxidation of the nickel fine particles even after the heat treatment. It was judged that the quality of the powder was very high.
Therefore, the nickel fine particles of Example 1 are expected to be excellent in dispersibility when producing a paste and excellent in sinterability when made into a paste.
Further, according to the nickel fine particles of Example 1, the number of coarse particles was 0. Therefore, according to the nickel fine particles of Example 1, it is expected that the multilayer ceramic capacitor is suitable for miniaturization and large capacity.
表3に示すように、実施例10ではアルカリ処理を行っていないが、酸処理及び熱処理により分散剤を概ね除去できた。ただし、実施例10ではニッケル微粒子の表面の炭素濃度が、アルカリ処理を行った他の実施例(例えば、実施例1等である。以下同様。)の結果と比較して相対的に高かった。この結果から、アルカリ処理を施すと、ニッケル微粒子の表面の炭素濃度が相対的に低くなり、分散剤をさらに充分に除去できると考えられた。 As shown in Table 3, although the alkali treatment was not performed in Example 10, the dispersant could be largely removed by the acid treatment and the heat treatment. However, in Example 10, the carbon concentration on the surface of the nickel fine particles was relatively high as compared with the results of other Examples in which the alkali treatment was performed (for example, Example 1 and the like; the same applies hereinafter). From this result, it was considered that when the alkali treatment was applied, the carbon concentration on the surface of the nickel fine particles became relatively low, and the dispersant could be removed more sufficiently.
実施例11では、酸処理の処理時間が他の実施例と比較して短い。実施例11ではニッケル微粒子の表面の炭素濃度が、酸処理の処理時間が相対的に長い他の実施例の結果と比較して相対的に高かった。この結果から、酸処理の処理時間が相対的に長いと、ニッケル微粒子の表面の炭素濃度が相対的に低くなり、分散剤の除去がさらに充分になる傾向があると考えられた。 In Example 11, the treatment time of the acid treatment is shorter than that of the other examples. In Example 11, the carbon concentration on the surface of the nickel fine particles was relatively high as compared with the results of other Examples in which the treatment time of the acid treatment was relatively long. From this result, it was considered that when the treatment time of the acid treatment was relatively long, the carbon concentration on the surface of the nickel fine particles was relatively low, and the removal of the dispersant tended to be more sufficient.
実施例12では、酸処理の処理時間が他の実施例と比較して長いが、ニッケル微粒子の表面の炭素濃度が、酸処理の処理時間が相対的に短い他の実施例の結果と比較しても相対的に高かった。この結果から、酸処理の処理時間を過度に長くしても分散剤の除去効果のさらなる向上を期待できないと考えられた。 In Example 12, the treatment time of the acid treatment is longer than that of the other examples, but the carbon concentration on the surface of the nickel fine particles is compared with the result of the other example in which the treatment time of the acid treatment is relatively short. But it was relatively expensive. From this result, it was considered that even if the treatment time of the acid treatment was excessively lengthened, the effect of removing the dispersant could not be further improved.
実施例13では、アルカリ処理の処理時間が他の実施例と比較して長いが、ニッケル微粒子の表面の炭素濃度が、アルカリ処理の処理時間が相対的に短い他の実施例の結果と比較しても相対的に高かった。この結果から、アルカリ処理の処理時間を過度に長くしても分散剤の除去効果をこれ以上期待できないと考えられた。 In Example 13, the treatment time of the alkali treatment is longer than that of the other examples, but the carbon concentration on the surface of the nickel fine particles is compared with the result of the other example in which the treatment time of the alkali treatment is relatively short. But it was relatively expensive. From this result, it was considered that the effect of removing the dispersant could not be expected any more even if the treatment time of the alkali treatment was excessively lengthened.
実施例14では、熱処理の処理時間が他の実施例と比較して短い。実施例14では、ニッケル微粒子の表面の炭素濃度が、熱処理の処理時間が相対的に長い他の実施例の結果と比較して相対的に高かった。この結果から、熱処理の処理時間が相対的に長いと、ニッケル微粒子の表面の炭素濃度が相対的に低くなり、分散剤の除去がさらに充分になる傾向があると考えられた。 In Example 14, the heat treatment treatment time is shorter than in other examples. In Example 14, the carbon concentration on the surface of the nickel fine particles was relatively high as compared with the results of other Examples in which the heat treatment treatment time was relatively long. From this result, it was considered that when the heat treatment treatment time was relatively long, the carbon concentration on the surface of the nickel fine particles was relatively low, and the removal of the dispersant tended to be more sufficient.
実施例15では、熱処理の処理温度が他の実施例と比較して低い。実施例15では、ニッケル微粒子の表面の炭素濃度が、熱処理の処理温度が相対的に高い他の実施例の結果と比較して相対的に高かった。この結果から、熱処理の処理温度が相対的に高いと、ニッケル微粒子の表面の炭素濃度が相対的に低くなり、分散剤の除去がさらに充分になる傾向があると考えられた。 In Example 15, the treatment temperature of the heat treatment is lower than that of other Examples. In Example 15, the carbon concentration on the surface of the nickel fine particles was relatively high as compared with the results of other Examples in which the heat treatment treatment temperature was relatively high. From this result, it was considered that when the treatment temperature of the heat treatment was relatively high, the carbon concentration on the surface of the nickel fine particles was relatively low, and the removal of the dispersant tended to be more sufficient.
実施例16では、熱処理の処理温度が他の実施例と比較して高い。実施例16ではニッケル微粒子の表面の酸素濃度が、熱処理の処理温度が相対的に低い他の実施例の結果と比較して相対的に高かった。この結果から、熱処理の温度が相対的に低いと、ニッケル微粒子の酸素濃度が低くなり、ニッケル微粒子の酸化を抑制できると考えられた。 In Example 16, the heat treatment treatment temperature is higher than in other examples. In Example 16, the oxygen concentration on the surface of the nickel fine particles was relatively high as compared with the results of other Examples in which the heat treatment treatment temperature was relatively low. From this result, it was considered that when the heat treatment temperature was relatively low, the oxygen concentration of the nickel fine particles was low, and the oxidation of the nickel fine particles could be suppressed.
実施例17では、熱処理時の雰囲気の酸素濃度が他の実施例と比較して低い。実施例17では、ニッケル微粒子の表面の炭素濃度が、熱処理の処理温度が相対的に高い他の実施例の結果と比較して相対的に高かった。この結果から、熱処理時の雰囲気の酸素濃度が相対的に高いと、分散剤を除去するのに必要な酸素量が充分であり、ニッケル微粒子の表面の炭素濃度が相対的に低くなり、分散剤をさらに充分に除去できると考えられた。 In Example 17, the oxygen concentration in the atmosphere during the heat treatment is lower than that in the other examples. In Example 17, the carbon concentration on the surface of the nickel fine particles was relatively high as compared with the results of other Examples in which the heat treatment treatment temperature was relatively high. From this result, when the oxygen concentration in the atmosphere during the heat treatment is relatively high, the amount of oxygen required to remove the dispersant is sufficient, the carbon concentration on the surface of the nickel fine particles is relatively low, and the dispersant is used. Was thought to be able to be removed even more sufficiently.
本発明のニッケル微粒子の製造方法によれば、粗大粒子が少なく、積層セラミックコンデンサの小型化及び大容量化に適し、ペーストとした際の分散性及び焼結性に優れるニッケル微粒子が得られる。 According to the method for producing nickel fine particles of the present invention, nickel fine particles having few coarse particles, suitable for miniaturization and large capacity of a multilayer ceramic capacitor, and excellent dispersibility and sinterability when made into a paste can be obtained.
10…製造装置、11…可燃性ガス供給部、12…原料フィーダー、13…ニッケル化合物供給部、14…支燃性ガス供給部、15…燃焼バーナ、16…水冷炉、17…不活性ガス供給源、18…複数の不活性ガス供給部、19…冷却ガス供給部、20…バグフィルター、21…ブロワー 10 ... Manufacturing equipment, 11 ... Combustible gas supply unit, 12 ... Raw material feeder, 13 ... Nickel compound supply unit, 14 ... Combustible gas supply unit, 15 ... Combustion burner, 16 ... Water-cooled furnace, 17 ... Inert gas supply Source, 18 ... Multiple inert gas supply units, 19 ... Cooling gas supply unit, 20 ... Bug filter, 21 ... Blower
Claims (12)
前記ニッケル微粒子を含む粉体を液状媒体に分散剤の存在下で分散させて分散液を調製し、前記分散液を濾過することで前記分散液から前記粉体中の粗大粒子を除去し、
次いで、前記分散液から前記液状媒体及び前記分散剤を除去する、ニッケル微粒子の製造方法。 By heating nickel or a nickel compound in a reducing flame, nickel fine particles are produced.
The powder containing the nickel fine particles is dispersed in a liquid medium in the presence of a dispersant to prepare a dispersion, and the dispersion is filtered to remove coarse particles in the powder from the dispersion.
Next, a method for producing nickel fine particles, which removes the liquid medium and the dispersant from the dispersion.
Priority Applications (1)
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