JP2023069015A - Non-conductive metal composite material, and method for producing the same - Google Patents

Non-conductive metal composite material, and method for producing the same Download PDF

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Abstract

To provide a non-conductive metal composite material having a metal arranged with high density.SOLUTION: A method for producing a non-conductive metal composite disclosed herein includes: preparing a composition containing metal particles whose surface is at least partially coated with a non-conductive inorganic oxide; forming or applying the composition to a predetermined base material; and sintering the composition to obtain a non-conductive metal composite material.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、非導電性金属複合材料と、その製造に用いられる組成物と、当該非導電性金属複合材料の製造方法に関する。 The present invention relates to a non-conductive metal composite material, a composition for use in making the same, and a method for making the non-conductive metal composite material.

陶磁器、ガラス、タイルなどに代表されるセラミックス製品の表面には、優美または豪華な印象を与えるために、金色や銀色の装飾(加飾)が施されたものがある。このようなセラミックス製品のなかには、電子レンジによって加熱されることが想定される製品(例えば、食器等)がある。そのため、電子レンジが発する高周波電磁波(例えば周波数2.45GHz程度)によって、装飾部がスパークしないことが望ましい。 The surface of ceramic products represented by ceramics, glass, tiles, etc. is sometimes decorated with gold or silver to give an elegant or luxurious impression. Among such ceramic products, there are products that are expected to be heated by a microwave oven (for example, tableware, etc.). Therefore, it is desirable that the decorative portion does not spark due to high-frequency electromagnetic waves (for example, a frequency of about 2.45 GHz) emitted by the microwave oven.

例えば、特許文献1には、Au、Bi、In、Si,Baを含む液状の上絵付用水金が開示されている。特許文献1によれば、この水金を焼成することで、Au等の色調を示す導電性金属と、シリカ等の非導電性酸化物とが析出し、電子レンジが発する高周波電磁波に晒されても損傷せず、かつ、金色系又は銀色系の明るい色調を有する装飾体が実現される、とされている。 For example, Patent Literature 1 discloses liquid gold for overglaze painting containing Au, Bi, In, Si and Ba. According to Patent Document 1, by firing this mercury, a conductive metal exhibiting a color tone such as Au and a non-conductive oxide such as silica are precipitated, and exposed to high-frequency electromagnetic waves emitted by a microwave oven. It is said that it is possible to realize a decorative body that does not damage the metal and has a bright gold or silver color tone.

また、特許文献2には、窯業器物の表面に貴金属による装飾である複数の板状要素を有する表面装飾器物が開示されている。この技術では、板状要素の長さを所定の値以上、板状要素の配置間隔を所定の値以上とし、かつ、板状要素をフリット層で被覆することで、電子レンジの使用でも損傷せず、優れた化学的耐久性及び発色性を有する表面装飾器物が実現される、とされている。 Further, Patent Document 2 discloses a surface-decorated article having a plurality of plate-like elements decorated with precious metals on the surface of the ceramic article. In this technique, the length of the plate-like elements is set to a predetermined value or more, the arrangement interval of the plate-like elements is set to a predetermined value or more, and the plate-like elements are covered with a frit layer so that the plate-like elements are not damaged even when used in a microwave oven. It is said that a surface decorative article having excellent chemical durability and color developability can be achieved.

特開平6-48779号公報JP-A-6-48779 特開平9-235169号公報JP-A-9-235169

ところで、装飾部では、電子レンジの高周波電磁波に耐える非導電性を有することに加え、良好な発色を実現するために、金属部分の存在密度が高いことが好ましい。金属部分の存在密度が低いと、デザイン上の制限を受けやすくなる。そのため、金属部分の存在密度が高く、かつ、非導電性を有する装飾部の実現が望まれる。また、色調において、金属部分の大きさ(例えば、面積、粒径)が重要であるため、金属部分の大きさを制御する技術が望まれる。 By the way, in the decorative portion, it is preferable that the presence density of the metal portion is high in order to achieve good color development in addition to having non-conductivity to withstand high-frequency electromagnetic waves of a microwave oven. A low density of metal parts is more susceptible to design limitations. Therefore, it is desired to realize a decorative portion having a high presence density of metal portions and having non-conductivity. In addition, since the size of the metal portion (for example, area and grain size) is important for color tone, a technique for controlling the size of the metal portion is desired.

そこで、本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、高密度に金属が配置された非導電性金属複合材料を提供することにある。また、他の目的は、当該非導電性金属複合材料の製造に用いられる組成物を提供することにある。さらに、当該非導電性金属複合材料の製造方法を提供することを他の目的とする。 Accordingly, the present invention has been made in view of the circumstances described above, and a main object thereof is to provide a non-conductive metal composite material in which metals are densely arranged. Another object is to provide a composition for use in producing the non-conductive metal composite material. Furthermore, another object of the present invention is to provide a method for producing the non-conductive metal composite material.

上記目的を実現するべく、ここで開示される非導電性金属複合材料の製造方法は、表面の少なくとも一部が非導電性の無機酸化物で被覆された金属粒子を含む組成物を準備すること、上記組成物を成形または所定の基材に塗布すること、および、上記組成物を焼成して非導電性金属複合材料を得ることを包含する。
かかる構成によれば、金属粒子表面に被覆された無機酸化物によって金属粒子同士の焼結を抑制することができるため、非導電性の金属複合材料を実現できる。また、組成物中に予め無機酸化物で被覆された金属粒子を含むことで、高密度に金属が配置された非導電性金属複合材料を製造することができる。
In order to achieve the above object, a method for producing a non-conductive metal composite material disclosed herein comprises preparing a composition containing metal particles having at least a portion of the surface coated with a non-conductive inorganic oxide. , molding or applying the composition to a given substrate, and firing the composition to obtain a non-conductive metal composite.
According to this configuration, the inorganic oxide coated on the surface of the metal particles can suppress the sintering of the metal particles, so that a non-conductive metal composite material can be realized. In addition, by including metal particles preliminarily coated with an inorganic oxide in the composition, a non-conductive metal composite material in which metals are arranged at high density can be produced.

ここで開示される非導電性金属複合材料の製造方法の好適な一態様では、上記金属粒子の電子顕微鏡像に基づく平均粒径において、上記焼成後の平均粒径をD(nm)、上記焼成前の平均粒径をD(nm)としたとき、D≦Dを具備する。
このような性質を有する金属粒子を用いることで、金属粒子の熱膨張により被覆層が破壊される(割れる)のを抑制することができる。これにより、より確実に非導電性である金属複合材料を製造することができる。
In a preferred embodiment of the method for producing a non-conductive metal composite material disclosed herein, in the average particle size based on the electron microscope image of the metal particles, the average particle size after the firing is Da (nm), D a ≤ D b , where D b (nm) is the average particle size before firing.
By using metal particles having such properties, it is possible to suppress destruction (cracking) of the coating layer due to thermal expansion of the metal particles. This makes it possible to manufacture a metal composite material that is more reliably non-conductive.

また、ここで開示される非導電性金属複合材料の製造方法の好適な一態様では、上記焼成の温度が、上記無機酸化物で被覆された金属粒子の焼結温度以下である。これにより、金属粒子同士が焼結するのをより抑制することができるため、より体積抵抗率の高い非導電性金属複合材料を製造することができる。 Further, in a preferred aspect of the method for producing a non-conductive metal composite material disclosed herein, the firing temperature is equal to or lower than the sintering temperature of the metal particles coated with the inorganic oxide. As a result, it is possible to further suppress the sintering of the metal particles, so that a non-conductive metal composite material having a higher volume resistivity can be produced.

また、ここで開示される非導電性金属複合材料の製造方法の好適な一態様では、上記金属粒子が、Pt、Au、Ag、Pd、Rh、Ir、RuおよびOsからなる群から選ばれる少なくとも一種の金属を含む。かかる構成によれば、光沢が良好な非導電性金属複合材料を実現することができる。 Further, in a preferred aspect of the method for producing a non-conductive metal composite material disclosed herein, the metal particles are at least selected from the group consisting of Pt, Au, Ag, Pd, Rh, Ir, Ru and Os. Contains a kind of metal. According to such a configuration, it is possible to realize a non-conductive metal composite material with good gloss.

また、ここで開示される非導電性金属複合材料の製造方法の好適な一態様では、上記無機酸化物が、シリカ、アルミナ、ジルコニアおよびイットリアからなる群から選ばれる少なくとも一種の化合物を含む。かかる構成によれば、無機酸化物の透明性が高いため、より発色が良好な非導電性金属複合材料を実現することができる。 Also, in a preferred aspect of the method for producing a non-conductive metal composite material disclosed herein, the inorganic oxide contains at least one compound selected from the group consisting of silica, alumina, zirconia and yttria. According to such a configuration, since the inorganic oxide has high transparency, it is possible to realize a non-conductive metal composite material with better color development.

また、ここで開示される非導電性金属複合材料の製造方法の好適な一態様では、上記組成物を所定の基材に塗布することを含み、当該基材が絶縁性器物である。かかる構成によれば、例えば電子レンジの高周波電磁波でスパークしない食器を製造することができる。 A preferred embodiment of the method for producing a non-conductive metal composite material disclosed herein includes applying the above composition to a predetermined base material, and the base material is an insulating article. According to such a configuration, it is possible to manufacture tableware that does not spark with, for example, high-frequency electromagnetic waves of a microwave oven.

また、本開示により、食器の装飾部の製造に用いられる組成物(絵具)が提供される。ここで開示される組成物は、表面の少なくとも一部が非導電性の無機酸化物で被覆された金属粒子を含み、上記金属粒子と、上記無機酸化物との前記無機酸化物との体積比(無機酸化物/金属粒子)が0.1以上0.8以下である。かかる組成物によれば、高密度に金属が配置された非導電性金属複合材料を製造することができる。 The present disclosure also provides compositions (paints) for use in the manufacture of tableware decorations. The compositions disclosed herein comprise metal particles having at least a portion of their surface coated with a non-conductive inorganic oxide, wherein the volume ratio of said metal particles to said inorganic oxide to said inorganic oxide is (Inorganic oxide/metal particles) is 0.1 or more and 0.8 or less. According to such a composition, a non-conductive metal composite material in which metals are densely arranged can be produced.

ここで開示される組成物の好適な一態様では、上記金属粒子が内部に空隙を有する。かかる構成によれば、組成物を焼成した際に、金属粒子において内部焼結が起こるため、金属粒子の膨張による被覆層の割れが抑制される。これにより、金属粒子間の焼結を抑制することができる。 In a preferred aspect of the composition disclosed herein, the metal particles have internal voids. According to such a configuration, internal sintering occurs in the metal particles when the composition is fired, so cracking of the coating layer due to expansion of the metal particles is suppressed. Thereby, sintering between metal particles can be suppressed.

また、ここで開示される組成物の好適な一態様では、上記金属粒子が、Pt、Au、Ag、Pd、Rh、Ir、RuおよびOsからなる群から選ばれる少なくとも一種の金属を含む。かかる構成によれば、光沢が良好な非導電性金属複合材料を実現することができる。 Moreover, in one preferred aspect of the composition disclosed herein, the metal particles contain at least one metal selected from the group consisting of Pt, Au, Ag, Pd, Rh, Ir, Ru and Os. According to such a configuration, it is possible to realize a non-conductive metal composite material with good gloss.

また、ここで開示される組成物の好適な一態様では、上記無機酸化物が、シリカ、アルミナ、ジルコニアおよびイットリアからなる群から選ばれる少なくとも一種の化合物を含む。かかる構成によれば、より抵抗率の高い非導電性金属複合材料を実現することができる。 Moreover, in one preferred aspect of the composition disclosed herein, the inorganic oxide contains at least one compound selected from the group consisting of silica, alumina, zirconia and yttria. According to such a configuration, a non-conductive metal composite material with higher resistivity can be realized.

また、本開示により、非導電性金属複合材料が提供される。ここで開示される非導電性金属複合材料は、表面の少なくとも一部に非導電性の無機酸化物を含む被覆層が形成された金属粒子を含み、上記非導電性金属複合材料全体を100vol%としたとき、上記金属粒子の体積割合が30vol%以上であり、上記被覆層が形成された金属粒子の90個数%以上が、他の3個以上の前記被覆層が形成された金属粒子と接触しており、上記被覆層の平均厚み(nm)と、上記金属粒子の電子顕微鏡像に基づく平均粒径(nm)において、(上記平均厚み/上記平均粒径)の値が0.01以上0.15以下であり、体積抵抗率が1×10-1Ω・cm以上である。ここで開示される製造方法によれば、かかる構成の高密度に金属が配置された非導電性金属複合材料を実現することができる。 Also provided by the present disclosure are non-conductive metal composites. The non-conductive metal composite material disclosed herein includes metal particles having a coating layer containing a non-conductive inorganic oxide on at least a part of the surface, and the entire non-conductive metal composite material is 100 vol% , the volume ratio of the metal particles is 30 vol% or more, and 90% by number or more of the metal particles with the coating layers are in contact with the other three or more metal particles with the coating layers. In the average thickness (nm) of the coating layer and the average particle diameter (nm) based on the electron microscope image of the metal particles, the value of (average thickness / average particle diameter) is 0.01 or more 0.15 or less, and a volume resistivity of 1×10 −1 Ω·cm or more. According to the production method disclosed herein, a non-conductive metal composite material having such a configuration in which metals are densely arranged can be realized.

また、ここで開示される非導電性金属複合材料の好適な一態様では、上記金属粒子の電子顕微鏡像に基づく粒径の変動係数が0.6以下である。かかる構成によれば、金属粒子の粒径のばらつきが小さいので、金属粒子をより高密度に配置することができる。 Further, in a preferred aspect of the non-conductive metal composite material disclosed herein, the coefficient of variation of particle size based on an electron microscope image of the metal particles is 0.6 or less. According to such a configuration, since the variation in particle size of the metal particles is small, the metal particles can be arranged at a higher density.

また、ここで開示される非導電性金属複合材料の好適な一態様では、上記金属粒子の電子顕微鏡像に基づく平均粒径が10nm以上1000nm以下である。かかる構成によれば、非導電性金属複合材料の発色がより良好になる。 In a preferred aspect of the non-conductive metal composite material disclosed herein, the metal particles have an average particle diameter of 10 nm or more and 1000 nm or less based on an electron microscope image. According to such a configuration, the color development of the non-conductive metal composite material becomes better.

また、ここで開示される非導電性金属複合材料は、金属が高密度に配置されているため、電子レンジの加熱にも対応した、発色が良好な食器の装飾部として好適に用いることができる。 In addition, the non-conductive metal composite material disclosed herein has metals arranged at a high density, so that it can be suitably used as a decorative part of tableware with good color development that is compatible with heating in a microwave oven. .

ここで開示される非導電性金属複合材料に含まれる金属粒子の構成を模式的に示した断面図であり、(A)~(C)はそれぞれ非導電性金属複合材料で観察され得る一態様を示している。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of metal particles contained in a non-conductive metal composite material disclosed herein, and (A) to (C) are respectively one aspect that can be observed in a non-conductive metal composite material. is shown. 例1の乾燥体および焼成体を表面から観察したFE-SEM像であり、(A)は乾燥体、(B)は焼成体を示す。FE-SEM images observed from the surface of the dried body and the fired body of Example 1, (A) showing the dried body and (B) the fired body. 例2の乾燥体および焼成体を表面から観察したFE-SEM像であり、(A)は乾燥体、(B)は焼成体を示す。FE-SEM images observed from the surface of the dried body and fired body of Example 2, (A) showing the dried body and (B) showing the fired body. 例3の乾燥体および焼成体を表面から観察したFE-SEM像であり、(A)は乾燥体、(B)は焼成体を示す。FE-SEM images observed from the surface of the dried body and the fired body of Example 3, (A) showing the dried body and (B) the fired body. 例4の乾燥体および焼成体を表面から観察したFE-SEM像であり、(A)は乾燥体、(B)は焼成体を示す。FE-SEM images observed from the surface of the dried body and fired body of Example 4, (A) showing the dried body and (B) showing the fired body. 例5の乾燥体および焼成体を表面から観察したFE-SEM像であり、(A)は乾燥体、(B)は焼成体を示す。FE-SEM images observed from the surface of the dried body and the fired body of Example 5, (A) showing the dried body and (B) the fired body. 例6の乾燥体および焼成体を表面から観察したFE-SEM像であり、(A)は乾燥体、(B)は焼成体を示す。FE-SEM images observed from the surface of the dried body and fired body of Example 6, (A) showing the dried body and (B) showing the fired body. 例7の乾燥体および焼成体を表面から観察したFE-SEM像であり、(A)は乾燥体、(B)は焼成体を示す。FE-SEM images observed from the surface of the dried body and fired body of Example 7, (A) showing the dried body and (B) showing the fired body. 例8の乾燥体および焼成体を表面から観察したFE-SEM像であり、(A)は乾燥体、(B)は焼成体を示す。FE-SEM images observed from the surface of the dried body and fired body of Example 8, (A) showing the dried body and (B) showing the fired body. 例9の乾燥体および焼成体を表面から観察したFE-SEM像であり、(A)は乾燥体、(B)は焼成体を示す。FE-SEM images observed from the surface of the dried body and fired body of Example 9, (A) showing the dried body and (B) showing the fired body. 例11の乾燥体および焼成体を表面から観察したFE-SEM像であり、(A)は乾燥体、(B)は焼成体を示す。FE-SEM images observed from the surface of the dried body and the fired body of Example 11, (A) showing the dried body and (B) the fired body. 例12の乾燥体および焼成体を表面から観察したFE-SEM像であり、(A)は乾燥体、(B)は焼成体を示す。FE-SEM images observed from the surface of the dried body and the fired body of Example 12, (A) showing the dried body and (B) showing the fired body. 例13の乾燥体および焼成体を表面から観察したFE-SEM像であり、(A)は乾燥体、(B)は焼成体を示す。FE-SEM images observed from the surface of the dried body and fired body of Example 13, (A) showing the dried body and (B) showing the fired body. 例14の乾燥体および焼成体を表面から観察したFE-SEM像であり、(A)は乾燥体、(B)は焼成体を示す。FE-SEM images observed from the surface of the dried body and the fired body of Example 14, (A) showing the dried body and (B) the fired body. 例15の乾燥体および焼成体を表面から観察したFE-SEM像であり、(A)は乾燥体、(B)は焼成体を示す。FE-SEM images observed from the surface of the dried body and the fired body of Example 15, (A) showing the dried body and (B) the fired body. 例16の乾燥体および焼成体を表面から観察したFE-SEM像であり、(A)は乾燥体、(B)は焼成体を示す。FE-SEM images observed from the surface of the dried body and fired body of Example 16, (A) showing the dried body and (B) showing the fired body. 例2の焼成体のTEM-EDX元素マッピング像を示す。1 shows a TEM-EDX elemental mapping image of the sintered body of Example 2. FIG. 例6の焼成体のTEM-EDX元素マッピング像を示す。1 shows a TEM-EDX elemental mapping image of the sintered body of Example 6. FIG. 例9の焼成体のTEM-EDX元素マッピング像を示す。1 shows a TEM-EDX elemental mapping image of the sintered body of Example 9. FIG.

以下、ここで開示される技術の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって実施に必要な事柄(例えば、組成物が塗布される基材の製造等)は、本明細書により教示されている技術内容と、当該分野における当業者の一般的な技術常識とに基づいて理解することができる。ここで開示される技術の内容は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。なお、本明細書において範囲を示す「A~B」との表記は、A以上B以下を意味しており、Aを上回り且つBを下回る場合を包含する。 Preferred embodiments of the technology disclosed herein are described below. Matters other than the matters specifically referred to in this specification that are necessary for implementation (for example, the production of a substrate to which the composition is applied, etc.) are the technical content taught by this specification. and common technical knowledge of those skilled in the art. The content of the technology disclosed here can be implemented based on the content disclosed in this specification and common general knowledge in the field. In this specification, the notation "A to B" indicating the range means from A to B and includes the case of exceeding A and falling below B.

ここで開示される非導電性金属複合材料は、金属が高密度に配置されているのにも関わらず、非導電性を有している。これにより、非導電性であることが要求される材料に、金属の特性(例えば、金属光沢、強磁性等)を好適に付加することができる。なお、本明細書において、「非導電性」とは、四探針法で測定される体積抵抗率が1×10-1Ω・cm以上である性質のことをいう。 The non-conductive metal composite material disclosed here has non-conductivity in spite of the fact that the metals are densely arranged. This makes it possible to suitably add metallic properties (eg, metallic luster, ferromagnetism, etc.) to materials that are required to be non-conductive. In this specification, the term “non-conductive” refers to the property of having a volume resistivity of 1×10 −1 Ω·cm or more as measured by a four-probe method.

図1は、ここで開示される非導電性金属複合材料に含まれる金属粒子の構成を模式的に示した断面図である。非導電性金属複合材料は、金属粒子12を含んでおり、金属粒子12の表面の少なくとも一部は非導電性の被覆層14に覆われている。図1の(A)に示されるように、金属粒子12の表面全体が被覆層14で覆われていてもよく、また、図1の(B)に示されるように、金属粒子12の表面の一部が被覆層14で覆われていなくてもよい。図1の(A)および(B)では、被覆層14が金属粒子12の間に存在していることで、金属粒子12同士が結合(ネッキング)しておらず、金属粒子12同士が離れて配置されているため、非導電性が実現されている。また、金属複合材料全体が非導電性を有する範囲において、図1の(C)に示すように、金属粒子12がネッキングしたネック部16を有していてもよい。また、非導電性金属複合材料は、金属粒子12間に空隙を有し得る。 FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of metal particles contained in the non-conductive metal composite material disclosed herein. The non-conductive metal composite material includes metal particles 12 , and at least a portion of the surface of the metal particles 12 is covered with a non-conductive coating layer 14 . As shown in FIG. 1(A), the entire surface of the metal particle 12 may be covered with the coating layer 14, and as shown in FIG. 1(B), the surface of the metal particle 12 A part may not be covered with the covering layer 14 . 1A and 1B, the coating layer 14 exists between the metal particles 12, so that the metal particles 12 are not bonded (necked) to each other, and the metal particles 12 are separated from each other. Due to the arrangement, non-conductivity is achieved. Moreover, as shown in FIG. 1(C), the metal composite material may have a neck portion 16 in which the metal particles 12 are necked to the extent that the metal composite material as a whole is non-conductive. Also, the non-conductive metal composite may have voids between the metal particles 12 .

金属粒子12は、非導電性金属複合材料の用途に応じて適宜変更され得るものであり、例えば、貴金属元素、遷移金属元素等を含み得る。貴金属元素としては、白金(Pt)、金(Au)、銀(Ag)、パラジウム(Pd)、イリジウム(Ir)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、オスミウム(Os)が挙げられる。貴金属元素は、非導電性金属複合材料に優れた金属光沢を与えるため、例えば非導電性金属複合材料を食器の装飾部として用いる場合に好適である。遷移金属元素としては、例えば鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)等が挙げられる。Fe、Ni、Coは、強磁性を示す金属であり、例えば非導電性金属複合材料を圧粉磁心に用いる場合に好適である。 The metal particles 12 may be appropriately changed according to the application of the non-conductive metal composite material, and may contain, for example, noble metal elements, transition metal elements, and the like. Noble metal elements include platinum (Pt), gold (Au), silver (Ag), palladium (Pd), iridium (Ir), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), and osmium (Os). A noble metal element imparts an excellent metallic luster to the non-conductive metal composite material, and is therefore suitable, for example, when the non-conductive metal composite material is used as a decorative part of tableware. Examples of transition metal elements include iron (Fe), nickel (Ni), cobalt (Co), and the like. Fe, Ni, and Co are metals exhibiting ferromagnetism, and are suitable, for example, when non-conductive metal composite materials are used for powder magnetic cores.

金属粒子12の平均粒径は、10nm以上であることが好ましく、例えば、20nm以上、30nm以上、40nm以上であり得る。平均粒径が10nm未満であると、金属光沢が不十分となる場合や、プラズモン吸収による発色が発生し、色調の制御が困難になる場合がある。また、金属粒子12の平均粒径は、典型的には1000nm以下であることが好ましく、例えば、200nm以下、150nm以下、100nm以下であり得る。平均粒径が1000nmを超えると、導電性が高くなる場合や、非導電性金属複合材料の表面に凹凸が生じやすくなり、発色が不良になる場合がある。なお、本明細書において「平均粒径」とは、電子顕微鏡(例えば走査型電子顕微鏡(SEM))によって得られる粒子の画像から無作為に選択された200個以上の粒子の定方向径(フェレ―径)の算術平均の値ことをいう。また、粒子同士がネッキングしている場合には、ネック部の両端のくびれを直線で結ぶことで粒子を分割し、別々の粒子として測定するものとする。 The average particle size of the metal particles 12 is preferably 10 nm or more, and can be, for example, 20 nm or more, 30 nm or more, or 40 nm or more. If the average particle size is less than 10 nm, the metallic luster may be insufficient, or color development may occur due to plasmon absorption, making it difficult to control the color tone. Also, the average particle diameter of the metal particles 12 is typically preferably 1000 nm or less, and can be, for example, 200 nm or less, 150 nm or less, or 100 nm or less. If the average particle size exceeds 1000 nm, the conductivity may increase, or the surface of the non-conductive metal composite material may become uneven, resulting in poor color development. As used herein, the term “average particle diameter” refers to the directional diameter (Ferret diameter) of 200 or more particles randomly selected from an image of particles obtained by an electron microscope (for example, a scanning electron microscope (SEM)). - diameter). In addition, when the particles are necked, the particles are divided by connecting the constrictions at both ends of the neck portion with a straight line, and the particles are measured as separate particles.

金属粒子12の粒径の変動係数は、好ましくは0.6以下であり、より好ましくは0.3以下、さらに好ましくは0.25以下、特に好ましくは0.2以下(例えば0.15以下)である。変動係数が小さいほど粒子のばらつきが小さいため、発色の安定性が向上し、発色を制御しやすくなる。なお、変動係数は、標準偏差を算術平均で割った値(標準偏差/算術平均)で求めることができる。 The variation coefficient of the particle size of the metal particles 12 is preferably 0.6 or less, more preferably 0.3 or less, still more preferably 0.25 or less, and particularly preferably 0.2 or less (for example, 0.15 or less). is. The smaller the coefficient of variation, the smaller the dispersion of the particles, which improves the stability of color development and makes it easier to control color development. The coefficient of variation can be obtained by dividing the standard deviation by the arithmetic mean (standard deviation/arithmetic mean).

被覆層14は、非導電性材料を含んでおり、典型的には非導電性の無機酸化物で構成されている。かかる無機酸化物としては、例えば、シリカ(SiO)、アルミナ(Al)、ジルコニア(ZrO)、イットリア(Y)等の透明性の高い無機酸化物が挙げられる。これにより、金属粒子12の光沢および発色が良好に発揮され得る。また、なお、無機酸化物の透明性により、電子顕微鏡観察で、金属粒子12の粒径の測定が可能となる。 The coating layer 14 contains a non-conductive material, typically composed of a non-conductive inorganic oxide. Examples of such inorganic oxides include highly transparent inorganic oxides such as silica (SiO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), zirconia (ZrO 2 ), and yttria (Y 2 O 3 ). Thereby, the luster and color development of the metal particles 12 can be satisfactorily exhibited. In addition, the transparency of the inorganic oxide allows the particle size of the metal particles 12 to be measured by electron microscope observation.

被覆層14の平均厚みは、例えば、10nm以下であるとよく、6nm以下、4nm以下、2nm以下であり得る。被覆層14の平均厚みが小さいほど、金属粒子12をより高密度に配置することができる。被覆層14の平均厚みの下限は、非導電性金属複合材料が非導電性を有する限り特に限定されるものではないが、例えば、0.5nm以上であり得る。なお、本明細書における被覆層14の平均厚みは、EDX分析から算出した金属粒子12と被覆層14との体積比率(具体例は後述の試験例を参照)に基づいて、平均粒径を有する金属粒子12の表面に均一な厚みの被覆層14が形成されていると仮定した場合の厚みのことをいう。かかる厚みは、被覆層14の平均厚みをT、金属粒子12の平均粒径の1/2である半径をr、被覆層14の体積:金属粒子12の体積=A:Bとしたとき、以下の式:
(4/3)π(T+r):(4/3)πr=(A+B):B
から求めることができる。
The average thickness of the covering layer 14 may be, for example, 10 nm or less, and may be 6 nm or less, 4 nm or less, or 2 nm or less. The smaller the average thickness of the coating layer 14, the more densely the metal particles 12 can be arranged. The lower limit of the average thickness of the coating layer 14 is not particularly limited as long as the non-conductive metal composite material has non-conductivity, and can be, for example, 0.5 nm or more. In addition, the average thickness of the coating layer 14 in this specification has an average particle diameter based on the volume ratio of the metal particles 12 and the coating layer 14 calculated from EDX analysis (see the test examples described later for specific examples). It means the thickness when it is assumed that the coating layer 14 having a uniform thickness is formed on the surface of the metal particles 12 . Such a thickness is given below, where T is the average thickness of the coating layer 14, r is the radius that is half the average particle size of the metal particles 12, and volume of the coating layer 14:volume of the metal particles 12=A:B. The formula for:
(4/3) π(T+r) 3 : (4/3) πr 3 = (A+B): B
can be obtained from

被覆層14の平均厚みと、金属粒子12の平均粒径との比(平均厚み/平均粒径)は、非導電性の確保の観点から、0.01以上であるとよく、例えば、0.015以上、0.02以上であり得る。また、金属粒子12を高密度に配置する観点から、かかる比は、0.15以下であるとよく、例えば、0.1以下、0.05以下、0.025以下であり得る。 From the viewpoint of ensuring non-conductivity, the ratio of the average thickness of the coating layer 14 to the average particle size of the metal particles 12 (average thickness/average particle size) is preferably 0.01 or more, for example, 0.01. 015 or more, 0.02 or more. Moreover, from the viewpoint of arranging the metal particles 12 at high density, the ratio is preferably 0.15 or less, such as 0.1 or less, 0.05 or less, or 0.025 or less.

非導電性金属複合材料における金属粒子12の体積割合は、非導電性金属複合材料を全体の体積を100vol%としたとき、例えば、30vol%以上であり、好ましくは50vol%以上、より好ましくは60vol%以上、さらに好ましくは70vol%以上、特に好ましくは80vol%以上であり、例えば、85vol%以上、90vol%以上であり得る。金属粒子12の体積割合が高いほど、金属粒子12の金属特性(例えば、金属光沢、強磁性等)が効果的に発揮される。例えば、金属粒子12が貴金属元素で構成されている場合には、光沢および色調に優れた非導電性金属複合材料とすることができる。また、金属粒子12の体積割合の上限は、非導電性金属複合材料が非導電性を有する限り特に限定されるものではないが、例えば、99vol%以下、95vol%以下であり得る。なお、非導電性金属複合材料全体の上記体積割合には、金属粒子12間に存在し得る空隙の体積を含めないものとする。金属粒子12の体積比は、例えば、EDX元素分析の結果から計算で求めることができる。 The volume ratio of the metal particles 12 in the non-conductive metal composite material is, for example, 30 vol% or more, preferably 50 vol% or more, more preferably 60 vol% when the total volume of the non-conductive metal composite material is 100 vol%. % or more, more preferably 70 vol% or more, particularly preferably 80 vol% or more, for example, 85 vol% or more, 90 vol% or more. The higher the volume ratio of the metal particles 12, the more effectively the metal properties of the metal particles 12 (eg, metallic luster, ferromagnetism, etc.) are exhibited. For example, when the metal particles 12 are composed of a noble metal element, a non-conductive metal composite material with excellent luster and color tone can be obtained. Moreover, the upper limit of the volume ratio of the metal particles 12 is not particularly limited as long as the non-conductive metal composite material has non-conductivity, but it can be, for example, 99 vol % or less, or 95 vol % or less. Note that the volume ratio of the entire non-conductive metal composite material does not include the volume of voids that may exist between the metal particles 12 . The volume ratio of the metal particles 12 can be calculated, for example, from the results of EDX elemental analysis.

非導電性金属複合材料における金属粒子12と、被覆層14に含まれる無機酸化物との体積比(無機酸化物/金属粒子)は、例えば、1以下であるとよく、好ましくは0.8以下、より好ましくは0.6以下、さらに好ましくは0.4以下、特に好ましくは0.2以下であって、例えば0.15以下、0.11以下であり得る。かかる体積比が小さいほど、金属粒子12の体積に対する無機酸化物の体積の割合が小さいため、金属粒子12の粒子間距離をより小さくすることができる。その結果、非導電性金属複合材料における金属粒子12の体積割合を高めることができる。また、かかる体積比の下限は、非導電性金属複合材料が非導電性である限り特に限定されるものではないが、例えば、0.05以上、0.1以上であり得る。なお、かかる体積比は、例えば、EDX元素分析によって得られる金属粒子を構成する元素と、無機酸化物に含まれる酸素以外の構成元素(例えば、シリカの場合Si)との重量比を用いて計算で求めることができる。後述する試験例に計算の一例を示している。 The volume ratio (inorganic oxide/metal particle) between the metal particles 12 in the non-conductive metal composite material and the inorganic oxide contained in the coating layer 14 is, for example, 1 or less, preferably 0.8 or less. , more preferably 0.6 or less, still more preferably 0.4 or less, particularly preferably 0.2 or less, and may be, for example, 0.15 or less, or 0.11 or less. The smaller the volume ratio, the smaller the ratio of the volume of the inorganic oxide to the volume of the metal particles 12, so the distance between the metal particles 12 can be made smaller. As a result, the volume ratio of metal particles 12 in the non-conductive metal composite material can be increased. Moreover, the lower limit of the volume ratio is not particularly limited as long as the non-conductive metal composite material is non-conductive, and may be, for example, 0.05 or more, or 0.1 or more. Such a volume ratio is calculated using, for example, the weight ratio of the elements constituting the metal particles obtained by EDX elemental analysis and the constituent elements other than oxygen contained in the inorganic oxide (for example, Si in the case of silica). can be found at An example of calculation is shown in the test example described later.

非導電性金属複合材料における金属粒子12と、被覆層14に含まれる無機酸化物とのモル比(無機酸化物/金属粒子)は、例えば、0.5以下であるとよく、好ましくは0.3以下、より好ましくは0.1以下、さらに好ましくは0.05以下である。かかるモル比が低いほど、金属粒子12に対する無機酸化物の存在量が少なくなるため、より被覆層14の厚みを減らし、金属粒子12をより高密度に配置することができる。また、かかるモル比の下限は、非導電性金属複合材料が非導電性を有する限り特に限定されるものではないが、例えば0.01以上であり得る。なお、かかるモル比は、EDX元素分析によって測定することができる。具体的には、金属粒子12を構成する金属元素と、無機酸化物に含まれる元素との比率を測定することで求めることができる。 The molar ratio (inorganic oxide/metal particle) between the metal particles 12 in the non-conductive metal composite material and the inorganic oxide contained in the coating layer 14 is, for example, 0.5 or less, preferably 0.5. It is 3 or less, more preferably 0.1 or less, and still more preferably 0.05 or less. The lower the molar ratio, the smaller the amount of inorganic oxide present relative to the metal particles 12, so that the thickness of the coating layer 14 can be further reduced and the metal particles 12 can be arranged at a higher density. Moreover, the lower limit of the molar ratio is not particularly limited as long as the non-conductive metal composite material has non-conductivity, but it can be, for example, 0.01 or more. This molar ratio can be measured by EDX elemental analysis. Specifically, it can be obtained by measuring the ratio between the metal element that constitutes the metal particles 12 and the element contained in the inorganic oxide.

非導電性金属複合材料は、金属粒子12が高密度に配置されているため、非導電性金属複合材料を表面から観察したとき、金属粒子12が占める面積割合が高くなる。例えば、金属粒子12の面積と、被覆層14の面積との面積比(被覆層/金属粒子)は、0.5以下であるとよく、好ましくは0.35以下、より好ましくは0.25以下、さらに好ましくは0.15以下である。かかる面積比の値が小さい程、非導電性金属複合材料の表面において金属粒子12が占める割合が高くなる。これにより、非導電性金属複合材料の金属光沢がより向上し得る。また、上記面積比の下限は、非導電性金属複合材料が非導電性を有する限り特に限定されるものではなく、例えば0.1以上であり得る。
なお、上記面積比は、例えば、非導電性金属複合材料の表面からのEDX元素マッピング像を画像解析することによって求めることができる。
Since the metal particles 12 are densely arranged in the non-conductive metal composite material, when the non-conductive metal composite material is observed from the surface, the area ratio occupied by the metal particles 12 is high. For example, the area ratio of the area of the metal particles 12 to the area of the coating layer 14 (coating layer/metal particle) is preferably 0.5 or less, preferably 0.35 or less, and more preferably 0.25 or less. , and more preferably 0.15 or less. The smaller the value of the area ratio, the higher the percentage of the surface of the non-conductive metal composite material occupied by the metal particles 12 . This can further improve the metallic luster of the non-conductive metal composite material. Moreover, the lower limit of the above area ratio is not particularly limited as long as the non-conductive metal composite material has non-conductivity, and may be, for example, 0.1 or more.
The above area ratio can be obtained, for example, by image analysis of an EDX elemental mapping image from the surface of the non-conductive metal composite material.

以下、ここで開示される非導電性金属複合材料の製造方法について説明する。ここで開示される非導電性金属複合材料の製造方法は、表面の少なくとも一部が非導電性の無機酸化物で被覆された金属粒子を含む組成物を準備すること(以下「準備工程」ともいう)、前記組成物を成形または所定の基材に塗布すること(以下、「成形/塗布工程」ともいう)、および、前記組成物を焼成して非導電性金属複合材料を得ること(以下、「焼成工程」ともいう)を包含する。 The method for producing the non-conductive metal composite material disclosed herein will be described below. The method for producing a non-conductive metal composite material disclosed herein comprises preparing a composition containing metal particles at least a portion of the surface of which is coated with a non-conductive inorganic oxide (hereinafter also referred to as a “preparation step”). ), molding the composition or applying it to a predetermined substrate (hereinafter also referred to as a “molding/coating step”), and firing the composition to obtain a non-conductive metal composite material (hereinafter , also referred to as “firing step”).

準備工程では、ここで開示される組成物を調製する。ここで開示される組成物は、表面の少なくとも一部が無機酸化物によって被覆された金属粒子を含む。このような構成の金属粒子の製造例を以下に説明する。なお、かかる金属粒子の製造方法は、以下の製造例に限定されるものではない。 The preparation step prepares the compositions disclosed herein. The compositions disclosed herein comprise metal particles having at least a portion of their surfaces coated with an inorganic oxide. An example of manufacturing metal particles having such a configuration will be described below. In addition, the method for producing such metal particles is not limited to the following production examples.

金属粒子の生成のためには、まず、目的の金属元素を含む金属化合物を溶解した金属粒子生成用溶液を調製する。ここで用いられる金属化合物としては、目的の金属(例えばPt)の塩又は錯体を好ましく用いることができる。塩としては、例えば、塩化物、臭化物、ヨウ化物などのハロゲン化物や、水酸化物、硫化物、硫酸塩、硝酸塩、等が挙げられる。錯体としては、アンミン錯体、シアノ錯体、ハロゲノ錯体、ヒドロキシ錯体、等が挙げられる。 In order to generate metal particles, first, a solution for generating metal particles is prepared by dissolving a metal compound containing the target metal element. As the metal compound used here, a salt or complex of the target metal (for example, Pt) can be preferably used. Salts include, for example, halides such as chlorides, bromides and iodides, hydroxides, sulfides, sulfates, nitrates and the like. Complexes include ammine complexes, cyano complexes, halogeno complexes, hydroxy complexes, and the like.

上述した金属化合物を溶解する溶媒としては、例えば、水系溶媒を用いることができる。水系溶媒としては、水(例えば、純水、脱イオン水等)または水を主体とする混合液(例えば、水と低級アルコールとの混合溶液)を用いることができる。なお、本明細書において、「水を主体とする混合液」は、混合液のうち50vol%以上が水である混合液のことをいう。 As a solvent for dissolving the metal compound described above, for example, an aqueous solvent can be used. As the aqueous solvent, water (eg, pure water, deionized water, etc.) or a mixed solution containing water as a main component (eg, mixed solution of water and lower alcohol) can be used. In this specification, the term "mixed liquid mainly composed of water" refers to a mixed liquid in which 50 vol% or more of the mixed liquid is water.

金属粒子生成用溶液中の上記金属化合物の混合量は特に限定されるものではないが、例えば、上記金属化合物の濃度が0.01M~0.2M(例えば0.01M~0.08M)となるように溶液を調製することができる。かかる溶液を調製する際、金属化合物と溶媒の他に種々の添加剤を加えることができる。かかる添加剤としては、例えば、保護剤、錯化剤等が挙げられる。 Although the amount of the metal compound mixed in the metal particle generating solution is not particularly limited, for example, the concentration of the metal compound is 0.01M to 0.2M (eg, 0.01M to 0.08M). A solution can be prepared as follows. In preparing such solutions, various additives can be added in addition to the metal compound and solvent. Examples of such additives include protective agents and complexing agents.

保護剤としては、ポリビニルピロリドン(PVP)を使用することが好ましい。PVPは、その後の還元処理によって生成される金属粒子の表面に付着することができる。金属粒子の表面に付着したPVPは、後述するアルカリ条件下(例えばアンモニア存在下)のゾルゲル反応を促すことができるため、金属粒子表面により均一に無機酸化物を被覆させることができる。また、粒子内部にも保護剤(PVP)を取り込んだ構造となるため、保護剤の燃え抜けによる体積収縮も起こり得る。PVPの混合量は、上記金属化合物に含まれる金属元素の質量を100wt%としたとき、例えば、10~1000wt%とすることができる。 Polyvinylpyrrolidone (PVP) is preferably used as protective agent. PVP can adhere to the surface of metal particles produced by the subsequent reduction treatment. The PVP attached to the surface of the metal particles can promote the sol-gel reaction under alkaline conditions (for example, in the presence of ammonia), which will be described later, so that the surfaces of the metal particles can be more uniformly coated with the inorganic oxide. In addition, since the particles have a structure in which the protective agent (PVP) is incorporated into the inside of the particles, volumetric shrinkage may occur due to the burn-through of the protective agent. The amount of PVP to be mixed can be, for example, 10 to 1000 wt % when the mass of the metal element contained in the metal compound is 100 wt %.

また、PVPを使用する場合には、金属粒子生成用溶液に低級アルコールが含まれることが好ましい。PVPを使用する場合には、生成される金属粒子の粒径は10nm未満のシングルナノサイズになり易い。そのため、10nm~1000nm程度の粒径で、粒度分布がシャープ(即ち、変動係数が小さい)な金属粒子を得ることは困難である。また、金属粒子の粒径を増大させるために、例えば、上記金属化合物の濃度を上げる、PVP混合量を減らす等をすると、金属粒子の凝集やネッキングが発生し易くなる。そこで、本発明者らが検討したところ、低級アルコールを溶液に混合することにより、PVP存在下であっても、10nm~1000nm程度の平均粒径を有し、かつ、粒径のばらつきが少ない(例えば変動係数0.6以下)金属粒子を効率よく得られることが見出された。 Further, when PVP is used, it is preferable that the metal particle generating solution contains a lower alcohol. When PVP is used, the particle size of the metal particles produced tends to be a single nano size of less than 10 nm. Therefore, it is difficult to obtain metal particles having a particle size of about 10 nm to 1000 nm and a sharp particle size distribution (that is, a small coefficient of variation). In addition, if the concentration of the metal compound is increased or the amount of PVP mixed is reduced in order to increase the particle size of the metal particles, aggregation and necking of the metal particles are likely to occur. Therefore, as a result of investigations by the present inventors, by mixing a lower alcohol into a solution, even in the presence of PVP, it has an average particle size of about 10 nm to 1000 nm, and the variation in particle size is small ( For example, it was found that metal particles with a coefficient of variation of 0.6 or less can be efficiently obtained.

また、上述のようにPVPおよび低級アルコールを混合して製造された金属粒子は、多結晶体になり易く、金属粒子の内部に空隙を有し得る。典型的には、被覆層に含まれる無機酸化物は、金属粒子よりも熱膨張率が低いため、熱処理によって金属粒子の膨張により割れが生じやすい。そこで、多結晶体を有する金属粒子であれば、熱処理により粒界の消失によって高結晶化や緻密化が生じ、金属粒子の体積収縮を生じさせることができる。また、内部に空隙を有する金属粒子であれば、熱処理により内部焼結が生じ、金属粒子の体積収縮を生じさせることができる。その結果、金属粒子の熱膨張による被覆層の割れが抑制され、金属粒子同士の焼結を抑制することができる。
なお、金属粒子をX線回折(XRD)法によって分析することで、結晶子径が分かるため、金属粒子が多結晶体であるかを評価することができる。また、金属粒子の内部の空隙の割合(空隙率)は、例えば、0.1%~20%以下であって、0.5%~15%、1%~10%程度であり得る。金属粒子の内部の空隙率は、例えば、次式:
空隙率(%)=100×(1-(定容積膨張法による乾式密度測定で得られた金属粉の見かけ密度)/(金属材料の文献上の真密度))
により求めることができる。
In addition, metal particles produced by mixing PVP and a lower alcohol as described above tend to be polycrystalline and may have voids inside the metal particles. Typically, the inorganic oxide contained in the coating layer has a lower coefficient of thermal expansion than the metal particles, and therefore cracks are likely to occur due to the expansion of the metal particles during heat treatment. Therefore, in the case of metal particles having polycrystals, high crystallization and densification occur due to disappearance of grain boundaries by heat treatment, and volumetric shrinkage of the metal particles can occur. In addition, if the metal particles have internal voids, the heat treatment causes internal sintering, which can cause volumetric shrinkage of the metal particles. As a result, cracking of the coating layer due to thermal expansion of the metal particles is suppressed, and sintering of the metal particles can be suppressed.
By analyzing the metal particles by an X-ray diffraction (XRD) method, the crystallite size can be determined, so whether or not the metal particles are polycrystalline can be evaluated. In addition, the ratio of voids (porosity) inside the metal particles is, for example, 0.1% to 20% or less, and can be about 0.5% to 15% or 1% to 10%. The internal porosity of the metal particles is, for example, the following formula:
Porosity (%) = 100 × (1 - (apparent density of metal powder obtained by dry density measurement by constant volume expansion method) / (true density of metal material in literature))
can be obtained by

低級アルコールの割合は、例えば、金属粒子生成用溶液全体の20vol%~40vol%であるとよく、30vol%~35vol%が好ましい。なお、低級アルコールは、上記金属化合物を溶解させる前に金属粒子生成用溶液に混合されていてもよく、上記金属化合物の溶解後に混合してもよい。低級アルコールとしては、メタノール、エタノール、ブタノール、イソプロパノール等が挙げられる。 The ratio of the lower alcohol is, for example, preferably 20 vol % to 40 vol %, preferably 30 vol % to 35 vol %, of the entire metal particle generating solution. The lower alcohol may be mixed with the metal particle generating solution before dissolving the metal compound, or may be mixed after dissolving the metal compound. Lower alcohols include methanol, ethanol, butanol, isopropanol and the like.

錯化剤としては、例えば、アンモニア水、シアン化カリウム、等を用いることができる。錯化剤を適量加えることにより、所望の金属元素が中心金属イオンとなった錯体を液中で容易に形成することができる。これによって、その後の還元処理によって目的の金属粒子を容易に生成することができる。 As a complexing agent, for example, aqueous ammonia, potassium cyanide, or the like can be used. By adding an appropriate amount of a complexing agent, a complex in which the desired metal element serves as the central metal ion can be easily formed in the liquid. As a result, the desired metal particles can be easily produced by the subsequent reduction treatment.

金属粒子生成用溶液を調製する際、一定の範囲内に温度条件を維持しながら攪拌するとよい。このときの温度条件としては、20℃~60℃(より好ましくは30℃~50℃)程度であるとよい。また、攪拌の回転速度は、100rpm~1000rpm(より好ましくは300rpm~800rpm、例えば500rpm)程度であるとよい。 When preparing the metal particle generating solution, it is preferable to stir while maintaining the temperature condition within a certain range. The temperature condition at this time is preferably about 20° C. to 60° C. (more preferably 30° C. to 50° C.). The rotation speed for stirring is preferably about 100 rpm to 1000 rpm (more preferably 300 rpm to 800 rpm, for example 500 rpm).

次いで、このように調製した金属粒子生成用溶液中に適当な還元剤を添加して還元処理することによって金属粒子を生成する。還元剤としては、例えば、炭酸ヒドラジン、ヒドラジン、抱水ヒドラジン、フェニルヒドラジン、硫酸ヒドラジン、ヒドラジン二塩酸塩、アルキルヒドラジンなどのヒドラジン化合物を用いることができる。また、還元剤の他の例として、酒石酸、クエン酸、アスコルビン酸などの有機酸およびその塩(酒石酸塩、クエン酸塩、アスコルビン酸塩)や、水素化ホウ素ナトリウムなどが挙げられる。これらの中でも、毒劇物ではなく、かつ、均一で表面が滑らかな金属粒子を形成し得る炭酸ヒドラジン、酒石酸塩(例えば、酒石酸ナトリウム)、クエン酸塩(例えば、クエン酸ナトリウム)などを好ましく用いることができる。 Next, a suitable reducing agent is added to the metal particle-generating solution prepared in this manner, and a reduction treatment is performed to generate metal particles. As the reducing agent, for example, hydrazine compounds such as hydrazine carbonate, hydrazine, hydrazine hydrate, phenylhydrazine, hydrazine sulfate, hydrazine dihydrochloride, and alkylhydrazine can be used. Other examples of reducing agents include organic acids such as tartaric acid, citric acid, and ascorbic acid, salts thereof (tartrates, citrates, ascorbates), and sodium borohydride. Among these, hydrazine carbonate, tartrate (e.g., sodium tartrate), citrate (e.g., sodium citrate), etc., which are not poisonous substances and can form uniform metal particles with smooth surfaces, are preferably used. be able to.

還元剤の添加量は、反応系の状態に合わせて適切に設定すればよいため、特に制限されるものではない。また、還元剤の濃度を適宜調整することにより、金属粒子の粒径を制御することができる。一般的には、還元剤の濃度を高くすることにより、金属粒子の粒径を小さくすることができる。また、還元処理の際に、金属粒子生成用溶液にpH調整剤を添加して、pHを8以上、例えば9~11程度に調整することが好ましい。pH調整剤としては、例えば、水酸化ナトリウム(NaOH)、アンモニア水、その他の塩基性化合物等を用いることができる。還元処理時間は、適宜設定することができる。特に制限はないが、例えば、0.5時間~3時間程度が好ましい。このようにして、金属粒子が液中に生成され、金属粒子分散液を得ることができる。
なお、金属粒子を好適に析出させるために、還元剤を添加した後に混合液を撹拌しながら還元反応を進行させるとよい。このときの撹拌の手段は、特に限定されないが、例えば、マグネチックスターラーや超音波撹拌機などを用いた撹拌を好適に採用することができる。
The amount of the reducing agent to be added is not particularly limited, as it may be appropriately set according to the state of the reaction system. Moreover, the particle size of the metal particles can be controlled by appropriately adjusting the concentration of the reducing agent. Generally, the particle size of the metal particles can be reduced by increasing the concentration of the reducing agent. Further, it is preferable to adjust the pH to 8 or more, for example, about 9 to 11 by adding a pH adjuster to the metal particle generating solution during the reduction treatment. Examples of pH adjusters that can be used include sodium hydroxide (NaOH), aqueous ammonia, other basic compounds, and the like. The reduction treatment time can be set as appropriate. Although there is no particular limitation, for example, about 0.5 hours to 3 hours is preferable. In this way, metal particles are generated in the liquid, and a metal particle dispersion liquid can be obtained.
In order to favorably precipitate the metal particles, it is preferable to allow the reduction reaction to proceed while stirring the mixture after adding the reducing agent. The means for stirring at this time is not particularly limited, but for example, stirring using a magnetic stirrer, an ultrasonic stirrer, or the like can be preferably employed.

組成物に含まれる金属粒子の平均粒径は、好ましくは10nm以上であって、例えば20nm以上、30nm以上、40nm以上、50nm以上であり得る。平均粒径が10nm未満であると、製造される非導電性金属複合材料の金属光沢が不十分となる場合があり、プラズモン吸収による発色が発生し色調の制御が困難になり得る。また、金属粒子の平均粒径は、典型的には1000nm以下であることが好ましく、例えば、200nm以下、150nm以下、110nm以下、100nm以下であり得る。平均粒径が1000nmを超えると、非導電性金属複合材料の導電性が高くなる場合や、非導電性金属複合材料の表面に凹凸が生じやすくなり、例えば発色が不良になる場合がある。 The average particle size of the metal particles contained in the composition is preferably 10 nm or more, and may be, for example, 20 nm or more, 30 nm or more, 40 nm or more, or 50 nm or more. If the average particle diameter is less than 10 nm, the produced non-conductive metal composite material may have insufficient metallic luster, and coloring due to plasmon absorption may occur, making it difficult to control the color tone. Also, the average particle size of the metal particles is typically preferably 1000 nm or less, and may be, for example, 200 nm or less, 150 nm or less, 110 nm or less, or 100 nm or less. If the average particle size exceeds 1000 nm, the electrical conductivity of the non-conductive metal composite material may increase, or the surface of the non-conductive metal composite material may become uneven, resulting in poor color development, for example.

また、組成物に含まれる金属粒子の粒径の変動係数は、好ましくは0.3以下であり、より好ましくは0.2以下、さらに好ましくは0.17以下、特に好ましくは0.15以下(例えば0.1以下)である。粒径のばらつきが小さいほど、焼成体(非導電性金属複合材料)においても金属粒子の粒径のばらつきが抑制され、発色の安定性を向上させることができる。 In addition, the coefficient of variation of the particle size of the metal particles contained in the composition is preferably 0.3 or less, more preferably 0.2 or less, still more preferably 0.17 or less, and particularly preferably 0.15 or less ( for example, 0.1 or less). The smaller the variation in particle size, the more the variation in particle size of the metal particles is suppressed even in the fired body (non-conductive metal composite material), and the stability of color development can be improved.

金属粒子は、焼成により粒径が増大しないことが好ましく、換言すれば、焼成後の金属粒子の平均粒径をD(nm)、焼成前の金属粒子の平均粒径をD(nm)としたとき、D≦Dを具備することが好ましい。また、焼成による金属粒子の収縮率(粒子収縮率)は、0%以上であること(収縮しない(即ち0%)又は収縮する場合0%より大きいこと)が好ましく、2%以上、5%以上、10%以上であり得る。金属粒子の収縮率が0%以上であれば、金属粒子表面の無機酸化物が金属粒子の熱膨張によって、破壊されるのを抑制し、金属粒子同士が焼結によって結合するのを抑制し易くなる。一方で、粒子収縮率が高すぎる場合、非導電性金属複合材料において金属粒子が高密度に配置されにくくなる場合があるため、粒子収縮率は、例えば25%以下が好ましく、20%以下、15%以下であり得る。なお、粒子収縮率は次式:
((D-D)/D)×100
によって求めることができる。
It is preferable that the metal particles do not increase in particle size by firing. In other words, the average particle size of the metal particles after firing is D a (nm), and the average particle size of the metal particles before firing is D b (nm) , it is preferable to have D a ≦D b . In addition, the shrinkage rate (particle shrinkage rate) of the metal particles due to firing is preferably 0% or more (no shrinkage (i.e., 0%) or greater than 0% if shrinkage), 2% or more, 5% or more. , 10% or more. If the shrinkage ratio of the metal particles is 0% or more, the inorganic oxide on the surface of the metal particles is suppressed from being destroyed by the thermal expansion of the metal particles, and it is easy to suppress the metal particles from being bonded to each other by sintering. Become. On the other hand, if the particle shrinkage rate is too high, it may become difficult for the metal particles to be arranged at a high density in the non-conductive metal composite material. % or less. In addition, the particle shrinkage rate is the following formula:
((D b −D a )/D b )×100
can be obtained by

次いで、上記得られた金属粒子分散液を用いて、ゾルゲル法により金属粒子表面に無機酸化物の被覆を形成する。かかる方法では、金属粒子分散液にアルコキシドを混合することで、アルコキシドと水とを接触させる。これにより、アルコキシドが加水分解されるため、無機酸化物が金属粒子表面に生成され、無機酸化物で被覆された金属粒子を得ることができる。なお、かかる反応の際、金属粒子表面により均一に無機酸化物を被覆するため、金属粒子分散液を撹拌しながらアルコキシドを混合することが好ましい。かかる反応の処理時間は、特に制限されるものではないが、例えば、12時間~24時間程度とすることができる。 Next, using the metal particle dispersion obtained above, an inorganic oxide coating is formed on the metal particle surfaces by a sol-gel method. In such a method, the alkoxide is brought into contact with water by mixing the alkoxide with the metal particle dispersion. As a result, the alkoxide is hydrolyzed, so that an inorganic oxide is generated on the surface of the metal particles, and metal particles coated with the inorganic oxide can be obtained. In this reaction, it is preferable to mix the alkoxide while stirring the metal particle dispersion in order to coat the metal particle surfaces more uniformly with the inorganic oxide. The treatment time for such reaction is not particularly limited, but can be, for example, about 12 hours to 24 hours.

アルコキシドとしては、一般にゾルゲル法に用いられるものであれば、特に制限なく使用することができ得る。一例では、無機酸化物としてシリカを被覆させる場合には、アルコキシドとして、例えば、メチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、テトラエトキシシラン(TEOS)、1,2-ビストリメトキシシリルエタン、Si原子に1~4のアルコキシ基が結合したシリコンアルコキシド、グリシジル基等の官能基を導入したシリコンアルコキシド等を好ましく用いることができる。 Any alkoxide that is generally used in the sol-gel method can be used without particular limitation. For example, when silica is coated as an inorganic oxide, alkoxides such as methyltrimethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, diphenyldimethoxysilane, tetraethoxysilane (TEOS), 1,2-bistri Methoxysilylethane, silicon alkoxide in which 1 to 4 alkoxy groups are bonded to the Si atom, silicon alkoxide in which a functional group such as a glycidyl group is introduced, and the like can be preferably used.

アルコキシドの混合量は、特に限定されるものではないが、例えば、アルコキシドの混合量が少なすぎる場合には、金属粒子の表面に被覆される無機酸化物の量が不十分になり得る。そのため、アルコキシドと、上記金属化合物とのモル比(アルコキシド/金属化合物)が、例えば、0.01以上であるとよく、0.035以上、0.065以上、0.1以上であり得る。また、アルコキシドの混合量が多すぎる場合には、金属粒子の表面に被覆される無機酸化物の量が多くなりすぎるため、非導電性金属複合材料において金属粒子を高密度に配置できなくなる場合がある。そのため、上記モル比は、例えば、1以下であるとよく、0.5以下、0.45以下、0.4以下、0.3以下または0.2以下であり得る。 The amount of alkoxide to be mixed is not particularly limited, but if the amount of alkoxide to be mixed is too small, for example, the amount of inorganic oxide coated on the surface of the metal particles may be insufficient. Therefore, the molar ratio between the alkoxide and the metal compound (alkoxide/metal compound) is, for example, preferably 0.01 or more, and may be 0.035 or more, 0.065 or more, or 0.1 or more. Also, if the amount of the alkoxide mixed is too large, the amount of the inorganic oxide coated on the surface of the metal particles will be too large, and it may not be possible to arrange the metal particles at a high density in the non-conductive metal composite material. be. Therefore, the molar ratio may be, for example, 1 or less, and may be 0.5 or less, 0.45 or less, 0.4 or less, 0.3 or less, or 0.2 or less.

また、ゾルゲル法において、アルコキシドの加水分解反応の反応速度を調整し、金属粒子の表面により均一に無機酸化物を被覆させるため、金属粒子分散液をアルカリ条件下に調整することが好ましい。アルカリ条件としては、例えば、金属粒子分散液をpH8以上、例えばpH9~13程度に調整するとよい。かかる調整には、pH調整剤には、例えば、水酸化ナトリウム、アンモニア、その他の塩基性化合物等を用いることができ、なかでも、アンモニアを用いることが好ましい。 In the sol-gel method, it is preferable to adjust the metal particle dispersion under alkaline conditions in order to adjust the reaction rate of the hydrolysis reaction of the alkoxide and to more uniformly coat the surfaces of the metal particles with the inorganic oxide. As alkaline conditions, for example, the metal particle dispersion may be adjusted to a pH of 8 or higher, for example, a pH of about 9 to 13. For such adjustment, for example, sodium hydroxide, ammonia, other basic compounds, etc. can be used as a pH adjuster, and among them, it is preferable to use ammonia.

このようにして、表面の少なくとも一部が非導電性の無機酸化物で被覆された金属粒子を製造することができる。なお、製造された粒子は液中に分散しているため、例えば静置による沈降あるいは遠心分離させた後に上澄みを除くことで回収することができる。また、純水や低級アルコール等により洗浄処理をすることが好ましい。 In this way, metal particles having at least a portion of the surface coated with a non-conductive inorganic oxide can be produced. Since the produced particles are dispersed in the liquid, they can be recovered by, for example, sedimentation by standing or centrifugal separation followed by removal of the supernatant. Further, it is preferable to perform a cleaning treatment with pure water, lower alcohol, or the like.

上記製造された無機酸化物で被覆された金属粒子において、無機酸化物と金属粒子とのモル比(無機酸化物/金属粒子)は、例えば、0.5以下であるとよく、好ましくは0.3以下、より好ましくは0.1以下、さらに好ましくは0.05以下である。かかるモル比が低いほど、金属粒子に対する無機酸化物の存在量が少なくなるため、より無機酸化物の厚みを減らし、金属粒子をより高密度に配置することができる。また、かかるモル比の下限は、非導電性金属複合材料が非導電性である限り特に限定されるものではなく、例えば0.01以上であり得る。なお、かかるモル比は、EDX元素分析によって測定することができる。 In the metal particles coated with the inorganic oxide produced above, the molar ratio of the inorganic oxide to the metal particles (inorganic oxide/metal particles) is, for example, 0.5 or less, preferably 0.5. It is 3 or less, more preferably 0.1 or less, and still more preferably 0.05 or less. The lower the molar ratio, the smaller the amount of the inorganic oxide relative to the metal particles, so that the thickness of the inorganic oxide can be further reduced and the metal particles can be arranged at a higher density. Moreover, the lower limit of the molar ratio is not particularly limited as long as the non-conductive metal composite material is non-conductive, and can be, for example, 0.01 or more. This molar ratio can be measured by EDX elemental analysis.

上記製造された無機酸化物で被覆された金属粒子における、金属粒子と、被覆された無機酸化物との体積比(無機酸化物/金属粒子)は、例えば、1以下であるとよく、好ましくは0.8以下、より好ましくは0.6以下、さらに好ましくは0.4以下、特に好ましくは0.2以下であって、例えば0.15以下、0.11以下であり得る。かかる体積比が小さいほど、金属粒子の体積に対する無機酸化物の体積の割合が小さいため、金属粒子がより高密度に配置された非導電性金属複合材料を製造することができる。また、かかる体積比の下限は、特に限定されるものではないが、例えば、0.05以上、0.1以上であり得る。なお、かかる体積比は、具体的な算出方法は、非導電性金属複合材料における金属粒子12と被覆層14との体積比を求める方法と同様であり、EDX元素分析によって得られる金属粒子を構成する元素と、無機酸化物に含まれる酸素以外の構成元素(例えば、シリカの場合Si)との重量比を用いて算出することができる。 In the metal particles coated with the inorganic oxide produced above, the volume ratio of the metal particles to the coated inorganic oxide (inorganic oxide/metal particle) is, for example, 1 or less, preferably 0.8 or less, more preferably 0.6 or less, still more preferably 0.4 or less, particularly preferably 0.2 or less, and may be, for example, 0.15 or less, or 0.11 or less. The smaller the volume ratio, the smaller the ratio of the volume of the inorganic oxide to the volume of the metal particles, so that a non-conductive metal composite material in which the metal particles are arranged at a higher density can be produced. Moreover, the lower limit of the volume ratio is not particularly limited, but may be, for example, 0.05 or more and 0.1 or more. The specific calculation method for this volume ratio is the same as the method for obtaining the volume ratio between the metal particles 12 and the coating layer 14 in the non-conductive metal composite material, and the metal particles obtained by EDX elemental analysis. It can be calculated using the weight ratio of the element that does so and the constituent element other than oxygen contained in the inorganic oxide (for example, Si in the case of silica).

また、上記製造された無機酸化物で被覆された金属粒子において、無機酸化物(被覆層)の平均厚みは、例えば、10nm以下であるとよく、6nm以下、4nm以下、2nm以下であり得る。被覆層の平均厚みが小さいほど、金属粒子がより高密度に配置された非導電性金属複合材料を製造することができる。被覆層の平均厚みの下限は、特に限定されるものではないが、例えば、0.5nm以上であり得る。なお、被覆層の平均厚みは、EDX分析から算出した金属粒子と被覆層との体積比率に基づいて、平均粒径を有する金属粒子の表面に均一な厚みの被覆層が形成されていると仮定した場合の厚みのことをいう。具体的な算出方法は、上述した非導電性金属複合材料における被覆層14の平均厚みと同様である。 In the metal particles coated with the inorganic oxide produced above, the average thickness of the inorganic oxide (coating layer) may be, for example, 10 nm or less, and may be 6 nm or less, 4 nm or less, or 2 nm or less. A non-conductive metal composite material in which metal particles are arranged at a higher density can be produced as the average thickness of the coating layer is smaller. The lower limit of the average thickness of the coating layer is not particularly limited, but can be, for example, 0.5 nm or more. The average thickness of the coating layer is based on the volume ratio of the metal particles and the coating layer calculated from the EDX analysis, and it is assumed that a coating layer having a uniform thickness is formed on the surface of the metal particles having an average particle size. It means the thickness of the case. A specific calculation method is the same as the average thickness of the coating layer 14 in the non-conductive metal composite material described above.

また、このように製造された無機酸化物で被覆された金属粒子は、被覆層の平均厚みと、金属粒子の平均粒径との比(平均厚み/平均粒径)は、製造される非導電性金属複合材料の非導電性の確保の観点から、0.01以上であるとよく、例えば、0.015以上、0.02以上であり得る。また、金属粒子を高密度に配置する観点から、かかる比は、0.15以下であるとよく、例えば、0.1以下、0.05以下、0.025以下であり得る。 In addition, the metal particles coated with the inorganic oxide produced in this way have a ratio of the average thickness of the coating layer to the average particle size of the metal particles (average thickness / average particle size). From the viewpoint of ensuring the non-conductivity of the conductive metal composite material, it is preferably 0.01 or more, for example, 0.015 or more, or 0.02 or more. Moreover, from the viewpoint of arranging the metal particles at a high density, the ratio is preferably 0.15 or less, such as 0.1 or less, 0.05 or less, or 0.025 or less.

ここで開示される組成物は、ここで開示される技術の効果を著しく損なわない限りにおいて、上記製造された無機酸化物で被覆された金属粒子のほかに、例えば、有機溶媒、マトリクス形成材料、その他添加物等を含み得る。有機溶媒としては、例えば、1,4-ジオキサン、1,8-シネオール、2-ピロリドン、2-フェニルエタノール、N-メチル-2-ピロリドン、p-トルアルデヒド、安息香酸ベンジル、安息香酸ブチル、オイゲノール、カプロラクトン、ゲラニオール、サリチル酸メチル、シクロヘキサノン、シクロヘキサノール、シクロペンチルメチルエーテル、シトロネラール、ジ(2-クロロエチル)エーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジヒドロカルボン、ジブロモメタン、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、ニトロベンゼン、ピロリドン、プロピレングリコールモノフェニルエーテル(PhFG)、プレゴン、ベンジルアセテート、イソブタノール、ベンジルアルコール、ベンズアルデヒド、ピネン、パインオイル、テレピン油、ラベンダー油等が挙げられる。これらは1種又は2種以上を混合して使用することができる。 The composition disclosed herein contains, in addition to the metal particles coated with the inorganic oxide produced above, for example, an organic solvent, a matrix-forming material, Other additives may be included. Examples of organic solvents include 1,4-dioxane, 1,8-cineol, 2-pyrrolidone, 2-phenylethanol, N-methyl-2-pyrrolidone, p-tolualdehyde, benzyl benzoate, butyl benzoate, eugenol. , caprolactone, geraniol, methyl salicylate, cyclohexanone, cyclohexanol, cyclopentyl methyl ether, citronellal, di(2-chloroethyl) ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, dihydrocarbon, dibromomethane, dimethyl sulfoxide, dimethylformamide, nitrobenzene, pyrrolidone , propylene glycol monophenyl ether (PhFG), pulegone, benzyl acetate, isobutanol, benzyl alcohol, benzaldehyde, pinene, pine oil, turpentine oil, lavender oil and the like. These can be used singly or in combination of two or more.

マトリクス形成材料は、焼成によって酸化物の状態で非晶質マトリクスを形成し得る材料である。非晶質マトリクスは、非導電性金属複合材料の発色性、導電性、接着性、安定性、強度、耐化学性等を調整し得る。マトリクス形成材料としては、例えば、金属レジネート、金属錯体等が挙げられる。マトリクス形成材料に含まれる金属元素としては、例えば、ビスマス(Bi)、ケイ素(Si)、アルミニウム(Al)や、アルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素、希土類元素等であり得る。このなかでも、Biを含むマトリクス形成材料を採用することが好ましい。Biを含むことで、非導電性金属複合材料の基材への接着強度を向上させることができる。 The matrix-forming material is a material capable of forming an amorphous matrix in an oxide state by firing. The amorphous matrix can adjust the color development, conductivity, adhesion, stability, strength, chemical resistance, etc. of the non-conductive metal composite. Examples of matrix-forming materials include metal resinates and metal complexes. Examples of metal elements contained in the matrix-forming material include bismuth (Bi), silicon (Si), aluminum (Al), alkali metal elements, alkaline earth metal elements, and rare earth elements. Among these, it is preferable to adopt a matrix-forming material containing Bi. By including Bi, the adhesive strength of the non-conductive metal composite material to the substrate can be improved.

その他添加物としては、例えば、有機バインダ、保護剤、界面活性剤、増粘剤、pH調整剤、防腐剤、消泡剤、可塑剤、安定剤、酸化防止剤などが挙げられる。 Other additives include, for example, organic binders, protective agents, surfactants, thickeners, pH adjusters, preservatives, antifoaming agents, plasticizers, stabilizers and antioxidants.

上記製造された無機酸化物で被覆された金属粒子と、上記の任意成分とを混合することで、ここで開示される組成物を得ることができる。かかる組成物は、従来公知方法で混錬することで、ペースト状(スラリー、ディスパーションなどの形態を含む。以下同じ。)の混錬物として得ることができる。 The compositions disclosed herein can be obtained by mixing the inorganic oxide-coated metal particles produced above with the optional ingredients described above. Such a composition can be obtained as a pasty kneaded product (including forms such as slurry and dispersion; the same shall apply hereinafter) by kneading by a conventionally known method.

次いで、成形/塗布工程について説明する。成形/塗布工程では、上記調製した組成物を成形または所定の基材に塗布する。組成物を成形する場合には、成形方法は特に限定されるものではなく、例えば、加圧成形、プレス成形等を実施することができる。組成物を所定の基材に塗布する場合には、基材の種類は特に限定されるものではなく、例えば、陶器、磁器、土器、石器、ガラスなどの絶縁性器物を好適に採用することができる。また、塗布方法は特に限定されるものではなく、例えば、刷毛塗り、スクリーン印刷、インクジェット印刷等を採用することができる。 Next, the molding/coating process will be described. In the molding/application step, the composition prepared above is molded or applied to a given substrate. When molding the composition, the molding method is not particularly limited, and for example, pressure molding, press molding, or the like can be performed. When the composition is applied to a given base material, the type of base material is not particularly limited, and for example, insulating ware such as pottery, porcelain, earthenware, stoneware, and glass can be preferably used. can. Moreover, the coating method is not particularly limited, and for example, brush coating, screen printing, inkjet printing, or the like can be employed.

成形または塗布された組成物は、焼成前に乾燥させてもよい。乾燥方法は特に限定されず、例えば、自然乾燥、熱風乾燥、真空乾燥等を実施することができる。 The molded or applied composition may be dried prior to firing. The drying method is not particularly limited, and for example, natural drying, hot air drying, vacuum drying, etc. can be carried out.

次いで、焼成工程について説明する。焼成工程では、成形または塗布された組成物を焼成することで、組成物の焼成体である非導電性金属複合材料を得ることができる。焼成温度は、典型的には、組成物に含まれる無機酸化物で被覆された金属粒子の焼結温度以下とすることができるが、金属粒子の焼結温度は、金属粒子の構成元素、粒径、形状、無機酸化物の種類、膜厚などにより変化するため、適宜変更することができる。一例では、金属粒子がPt粒子、無機酸化物がシリカであるとき、焼成温度を、例えば、400℃~800℃の範囲に設定することができ、かかる焼成温度による焼成時間を10分~30分程度に設定することができる。 Next, the firing process will be described. In the firing step, by firing the molded or applied composition, a non-conductive metal composite material, which is a fired body of the composition, can be obtained. The sintering temperature can typically be equal to or lower than the sintering temperature of the metal particles coated with the inorganic oxide contained in the composition. Since it varies depending on the diameter, shape, type of inorganic oxide, film thickness, etc., it can be changed as appropriate. In one example, when the metal particles are Pt particles and the inorganic oxide is silica, the firing temperature can be set, for example, in the range of 400° C. to 800° C., and the firing time at this firing temperature is 10 minutes to 30 minutes. can be set to an extent.

このようにして製造された非導電性金属複合材料は、金属粒子が高密度に配置されているのにも関わらず、金属粒子同士がネッキングしている割合が低いため、体積抵抗率が高くなり、非導電性を有している。上記方法で製造された非導電性金属複合材料においては、金属粒子がネッキングしている割合は、例えば、50個数%以下であって、40個数%以下、30個数%以下、20個数%以下、10個数%以下、さらには5個数%以下(例えば1個数%以下)であり得る。なお、本明細書におけるネッキングしている粒子の割合は、電子顕微鏡(例えばSEM)によって得られる粒子の画像から無作為に200個以上の金属粒子を選択して、ネッキングしている粒子の個数を数えることで求めることができる。なお、このときネッキングしている金属粒子は1個として数えるものとする。 In the non-conductive metal composite material produced in this way, although the metal particles are arranged at a high density, the rate of necking between the metal particles is low, so the volume resistivity is high. , is non-conductive. In the non-conductive metal composite material produced by the above method, the percentage of necking metal particles is, for example, 50 number% or less, 40 number% or less, 30 number% or less, 20 number% or less, It may be 10% by number or less, or even 5% by number or less (eg, 1% by number or less). In this specification, the ratio of necking particles is obtained by randomly selecting 200 or more metal particles from an image of particles obtained by an electron microscope (e.g., SEM), and calculating the number of necking particles. It can be obtained by counting. At this time, the necking metal particles are counted as one.

また、このようにして製造された非導電性金属複合材料は、被覆された金属粒子同士が接触して配置され得、例えば、被覆された金属粒子の90個数%以上が、他の被覆された金属粒子の3個以上と接触している。このような場合であっても、金属粒子の表面に被覆層を有しているため、接触部分の多くは被覆層を介して接触しているため、非導電性が実現されている。なお、非導電性を有する限りにおいて、接触部分は、被覆層同士、被覆層と金属粒子、金属粒子同士のいずれであってもよいが、接触部分のうち、被覆層を介した接触が80%以上であることが好ましく、90%以上がより好ましい。かかる接触部分の評価は、TEM-EDXに基づいて実施することができ、例えば、無作為に選択した100個以上の金属粒子を観察することで上記割合を求めることができる。 Also, the non-conductive metal composite material thus produced may have coated metal particles placed in contact with each other, e.g., 90 number percent or more of the coated metal particles are It is in contact with 3 or more of the metal particles. Even in such a case, since the metal particles have a coating layer on their surfaces, most of the contact portions are in contact with each other through the coating layer, so non-conductivity is achieved. As long as it has non-conductivity, the contact portion may be any of the coating layers, the coating layer and the metal particles, or the metal particles. It is preferably 90% or more, more preferably 90% or more. Evaluation of such a contact portion can be performed based on TEM-EDX, and for example, the ratio can be obtained by observing 100 or more randomly selected metal particles.

また、このようにして製造された非導電性金属複合材料は、被覆された金属粒子間に空隙を有し得る。空気の抵抗率(約1016Ω・m)は、種々の無機酸化物の抵抗率(例えば、シリカ;約1014Ω・m、アルミナ;約1013Ω・m)よりも高いため、非導電性金属複合材料の抵抗率を効果的に増大させることができる。非導電性金属複合材料の体積抵抗率は、少なくとも1×10-1Ω・cm以上であって、好ましくは4×10-1Ω・cm以上、より好ましくは1Ω・cm以上、さらに好ましくは1×10Ω・cm以上、特に好ましくは1×10Ω・cm以上(例えば1×10Ω・cm以上)であり得る。 Also, the non-conductive metal composites thus produced may have voids between the coated metal particles. The resistivity of air (approximately 10 16 Ω·m) is higher than that of various inorganic oxides (e.g., silica: approximately 10 14 Ω·m, alumina: approximately 10 13 Ω·m), making it non-conductive. It can effectively increase the resistivity of the flexible metal composite material. The volume resistivity of the non-conductive metal composite material is at least 1×10 −1 Ω·cm or more, preferably 4×10 −1 Ω·cm or more, more preferably 1 Ω·cm or more, further preferably 1 ×10 3 Ω·cm or more, particularly preferably 1 × 10 5 Ω·cm or more (for example, 1 × 10 6 Ω·cm or more).

ここで開示される非導電性金属複合材料は、例えば、食器の装飾部として好適に用いることができる。特に、絶縁性器物の表面に非導電性金属複合材料を備えることで、電子レンジの加熱によってスパークしない、電子レンジ対応の食器として用いることができる。また、非導電性金属複合材料は、例えば、圧粉磁心として好適に用いることができる。なお、ここで開示される非導電性金属複合材料の用途は、上記に限定されるものでない。 The non-conductive metal composite material disclosed here can be suitably used, for example, as a decorative part of tableware. In particular, by providing a non-conductive metal composite material on the surface of an insulating utensil, it can be used as a microwaveable tableware that does not spark when heated in a microwave oven. Also, the non-conductive metal composite material can be suitably used as, for example, a dust core. In addition, the use of the non-conductive metal composite material disclosed here is not limited to the above.

以下、ここで開示される技術に関する試験例を説明するが、ここに開示される技術をかかる試験例に限定することを意図したものではない。 Test examples relating to the technology disclosed here will be described below, but the technology disclosed here is not intended to be limited to such test examples.

〔試験1〕
金属粒子(Pt粒子)または表面の少なくとも一部が無機酸化物(シリカ)に被覆されたPt粒子を含む膜状の焼成体(例1~16)を製造し、耐電子レンジ性、光沢を調べた。また例2、3および9については、Pt粒子とシリカのモル比、面積比、体積比を測定した。
[Test 1]
A film-like fired body (Examples 1 to 16) containing metal particles (Pt particles) or Pt particles at least part of which is coated with an inorganic oxide (silica) is produced, and its microwave resistance and gloss are examined. rice field. In Examples 2, 3 and 9, the molar ratio, area ratio and volume ratio of Pt particles and silica were measured.

(例1)
テトラクロロ白金(II)酸カリウム0.104gを、純水16.66mLに加え、マグネチックスターラーで攪拌し溶解させた後、エタノールを8.33mL加えた。ここに、ポリビニルピロリドン(PVP K90、富士フィルム和光純薬株式会社製)を0.278g加え、攪拌しながら溶解させた。さらに攪拌しながら、0.125mLの70%炭酸ヒドラジンを加え、30分間攪拌をすることでPt粒子を析出させた。そして、攪拌しながら28%アンモニア水を0.5mL加えた後、テトラエトキシシラン(TEOS)を27μL加え、一晩攪拌した。これにより、表面の少なくとも一部にシリカが被覆したPt粒子(以下、「シリカ-Pt粒子」ともいう)を得た。なお、製造で用いたテトラクロロ白金(II)酸カリウムとTEOSのモル比を「仕込みSi/Ptモル比」として表1に示す。
得られたシリカ-Pt粒子分散液を、遠心分離機を用いて沈降させ、上澄みを除去した。ここに純水を加えて再分散させた後、遠心分離機を用いて沈降させ、上澄みを除去する洗浄工程を2回繰り返した。そして、同様の洗浄工程を純水の代わりにエタノールを用いて2回行った後、さらに有機溶媒としてWAオイル(整理番号:J2012、ノリタケカンパニーリミテド製)を用いて同様の洗浄工程を実施した。得られた沈殿物を、自公転ミキサー(製品名:あわとり練太郎、株式会社シンキー製)を用いて混錬し、ペースト状のシリカ-Pt粒子-WAオイル混錬物を得た。
得られたシリカ-Pt粒子-WAオイル混錬物を、石英ガラスに塗布し、60℃で30分間乾燥させ、膜状の乾燥体とした。乾燥体を大気雰囲気下で昇温速度10℃/minで加熱し、800℃で10分間保持後、放冷した。このようにして、例1の膜状の焼成体を得た。
(Example 1)
0.104 g of potassium tetrachloroplatinate (II) was added to 16.66 mL of pure water, stirred with a magnetic stirrer to dissolve, and then 8.33 mL of ethanol was added. 0.278 g of polyvinylpyrrolidone (PVP K90, manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added thereto and dissolved with stirring. With further stirring, 0.125 mL of 70% hydrazine carbonate was added, and the mixture was stirred for 30 minutes to precipitate Pt particles. After adding 0.5 mL of 28% aqueous ammonia while stirring, 27 μL of tetraethoxysilane (TEOS) was added and stirred overnight. As a result, Pt particles having at least part of the surface coated with silica (hereinafter also referred to as “silica-Pt particles”) were obtained. The molar ratio of potassium tetrachloroplatinate(II) and TEOS used in the production is shown in Table 1 as "prepared Si/Pt molar ratio".
The resulting silica-Pt particle dispersion was sedimented using a centrifuge, and the supernatant was removed. After adding pure water and re-dispersing, the washing process of sedimenting with a centrifuge and removing the supernatant was repeated twice. A similar washing step was performed twice using ethanol instead of pure water, and then a similar washing step was performed using WA oil (reference number: J2012, manufactured by Noritake Co., Ltd.) as an organic solvent. The resulting precipitate was kneaded using a rotation-revolution mixer (product name: Awatori Mixer, manufactured by Thinky Co., Ltd.) to obtain a paste-like silica-Pt particle-WA oil kneaded product.
The resulting silica-Pt particle-WA oil kneaded product was applied to quartz glass and dried at 60° C. for 30 minutes to form a dry film. The dried body was heated at a heating rate of 10° C./min in an air atmosphere, held at 800° C. for 10 minutes, and then allowed to cool. Thus, a film-like sintered body of Example 1 was obtained.

(例2)
TEOS添加量を24μLに変更した以外は例1と同様にして、例2の焼成体を得た。
(例3)
TEOS添加量を18μLに変更した以外は例1と同様にして、例3の焼成体を得た。
(例4)
TEOS添加量を12μLに変更し、焼成温度を600℃に変更した以外は例1と同様にして、例4の焼成体を得た。
(例5)
TEOSの添加量を6μLに変更し、焼成温度を400℃に変更した以外は例1と同様にして、例5の焼成体を得た。
(Example 2)
A sintered body of Example 2 was obtained in the same manner as in Example 1, except that the amount of TEOS added was changed to 24 μL.
(Example 3)
A sintered body of Example 3 was obtained in the same manner as in Example 1, except that the amount of TEOS added was changed to 18 μL.
(Example 4)
A sintered body of Example 4 was obtained in the same manner as in Example 1, except that the amount of TEOS added was changed to 12 μL and the sintering temperature was changed to 600°C.
(Example 5)
A sintered body of Example 5 was obtained in the same manner as in Example 1, except that the amount of TEOS added was changed to 6 μL and the sintering temperature was changed to 400°C.

(例6)
純水を2.08mL、エタノール添加量を1.04mL、TEOS添加量を24μLに変更した以外は例1と同様にして、例6の焼成体を得た。
(例7)
TEOS添加量を3.9μLに変更した以外は例6と同様にして、例7の焼成体を得た。
(例8)
TEOS添加量を2.1μLに変更し、焼成温度を600℃に変更した以外は例6と同様にして、例8の焼成体を得た。
(例9)
焼成温度を400℃に変更した以外は例8と同様にして、例9の焼成体を得た。
(Example 6)
A sintered body of Example 6 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the pure water was changed to 2.08 mL, the amount of ethanol added was changed to 1.04 mL, and the amount of TEOS added was changed to 24 μL.
(Example 7)
A sintered body of Example 7 was obtained in the same manner as in Example 6, except that the amount of TEOS added was changed to 3.9 μL.
(Example 8)
A sintered body of Example 8 was obtained in the same manner as in Example 6 except that the amount of TEOS added was changed to 2.1 μL and the sintering temperature was changed to 600°C.
(Example 9)
A sintered body of Example 9 was obtained in the same manner as in Example 8, except that the sintering temperature was changed to 400°C.

(例10)
TEOS添加量を270μLに変更した以外は例1と同様にして、例10の焼成体を得た。
(例11)
TEOS添加量を12μLに変更した以外は例1と同様にして、例11の焼成体を得た。
(例12)
TEOS添加量を6μLに変更し、焼成温度を600℃に変更した以外は例1と同様にして、例12の焼成体を得た。
(例13)
焼成温度を800℃に変更した以外は例8と同様にして、例13の焼成体を得た。
(例14)
28%アンモニア水を添加しなかったこと以外は例1と同様にして、例14の焼成体を得た。
(Example 10)
A sintered body of Example 10 was obtained in the same manner as in Example 1, except that the amount of TEOS added was changed to 270 μL.
(Example 11)
A sintered body of Example 11 was obtained in the same manner as in Example 1, except that the amount of TEOS added was changed to 12 μL.
(Example 12)
A sintered body of Example 12 was obtained in the same manner as in Example 1, except that the amount of TEOS added was changed to 6 µL and the sintering temperature was changed to 600°C.
(Example 13)
A sintered body of Example 13 was obtained in the same manner as in Example 8, except that the sintering temperature was changed to 800°C.
(Example 14)
A sintered body of Example 14 was obtained in the same manner as in Example 1, except that 28% aqueous ammonia was not added.

(例15)
テトラクロロ白金(II)酸カリウム4.16gを、純水200mLに加え、マグネチックスターラーで攪拌し溶解させた後、エタノールを100mL加えた。ここに、ポリビニルピロリドン(PVP K90、富士フィルム和光純薬株式会社製)を33.3g加え、攪拌しながら溶解させた。さらに攪拌しながら、5mLの70%炭酸ヒドラジンを加え、30分間攪拌をすることで。Pt粒子を析出させた。
得られたPt粒子を例1と同様の方法で洗浄した。また、加熱温度を600℃に変更した以外は例1と同様にして加熱処理を行った。このようにして、例15の焼成体を得た。
(例16)
焼成温度を400℃に変更した以外は例15と同様にして、例16の焼成体を得た。
(Example 15)
4.16 g of potassium tetrachloroplatinate (II) was added to 200 mL of pure water, stirred with a magnetic stirrer to dissolve, and then 100 mL of ethanol was added. 33.3 g of polyvinylpyrrolidone (PVP K90, manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added thereto and dissolved with stirring. With further stirring, 5 mL of 70% hydrazine carbonate was added and stirred for 30 minutes. Pt particles were precipitated.
The Pt particles obtained were washed in the same manner as in Example 1. Further, heat treatment was performed in the same manner as in Example 1 except that the heating temperature was changed to 600°C. Thus, a sintered body of Example 15 was obtained.
(Example 16)
A sintered body of Example 16 was obtained in the same manner as in Example 15, except that the sintering temperature was changed to 400°C.

<平均粒径の測定>
FE-SEM(株式会社日立ハイテク製、SU-8230)により各例の乾燥体および焼成体の表面を観察した。各例で200個以上のPt粒子を無作為に選び、Pt粒子の定方向径(フェレ―径)を測定し、これらの算術平均を求め、Pt粒子の平均粒径とした。また、平均粒径の変動係数を求めた。結果を表1に示す。
また、乾燥体および焼成体を表面から観察したFE-SEM像を図2~16に示す。図2~16は、それぞれ例1~9、11~16の乾燥体(図中(A))および焼成体(図中(B))を表面から観察した像である。
<Measurement of average particle size>
The surface of the dried body and fired body of each example was observed by FE-SEM (manufactured by Hitachi High-Tech Co., Ltd., SU-8230). In each example, 200 or more Pt particles were randomly selected, the unidirectional diameters (Ferret diameters) of the Pt particles were measured, and the arithmetic mean of these was determined as the average particle diameter of the Pt particles. Also, the coefficient of variation of the average particle size was obtained. Table 1 shows the results.
FE-SEM images observed from the surface of the dried body and the fired body are shown in FIGS. 2 to 16 are images of the dried bodies ((A) in the figure) and fired bodies ((B) in the figure) of Examples 1 to 9 and 11 to 16, respectively, observed from the surface.

<粒子収縮率の評価>
焼成によるPt粒子の粒子収縮率を求めた。粒子収縮率は、乾燥体における金属粒子の平均粒径をD(nm)、焼成体におけるPt粒子の平均粒径をD(nm)として、式:((D-D)/D)×100によって求めた。結果を表1に示す。
<Evaluation of Particle Shrinkage Rate>
The particle shrinkage rate of the Pt particles due to firing was obtained. The particle shrinkage ratio is expressed by the formula: ((D b −D a )/D, where D b (nm) is the average particle diameter of the metal particles in the dried body and D a (nm) is the average particle diameter of the Pt particles in the fired body. b ) Determined by ×100. Table 1 shows the results.

<PtとSiのモル比の測定>
焼成体の表面からTEM-EDX分析することでPtとSiのモル比(Si/Pt)を求めた。結果を表1に示す。
<Measurement of molar ratio of Pt and Si>
The molar ratio of Pt and Si (Si/Pt) was determined by TEM-EDX analysis from the surface of the fired body. Table 1 shows the results.

<PtとSiの面積比の測定>
TEM-EDX元素マッピングを用いて、焼成体の表面からの画像におけるPtとSiとの面積比(Si/Pt)を画像解析ソフトを用いて測定した。結果を表1に示す。
<Measurement of Area Ratio of Pt and Si>
Using TEM-EDX elemental mapping, the area ratio (Si/Pt) of Pt and Si in the image from the surface of the fired body was measured using image analysis software. Table 1 shows the results.

また、TEM-EDX元素マッピングを用いて、PtとSiの存在位置を確認した。図17~19に例2、6、9の結果を示す。なお、図中のDFはTEM暗視野像を意味する。 In addition, the positions of Pt and Si were confirmed using TEM-EDX elemental mapping. The results of Examples 2, 6 and 9 are shown in Figures 17-19. DF in the figure means a TEM dark field image.

<Ptとシリカの体積比の測定>
TEM-EDXから得られたPtとSiの比率から、Ptとシリカの体積比を計算により求めた。具体的には、Ptの質量を1として、SiのPtに対する質量比をxとした。また、シリカ(SiO)の分子量を60.08g/mol、Siの原子量を28.09g/mol、アモルファスシリカの密度を2.2g/cm、Ptの密度を21.45g/cmとした。そして、以下の式:
(シリカ/Pt体積比)=((x×60.08/28.09)/2.2)/(1/21.24)
により、シリカ/Pt体積比を求めた。また、かかる体積比を基に、シリカとPtとの体積を100vol%としたときのPt体積割合(vol%)を求めた。また、かかる体積比と、Pt粒子の平均粒径を用いて、平均粒径を有するPt粒子の表面に均一な厚みのシリカの被覆層が形成されていると仮定したときの、被覆層の平均厚み(nm)を求めた。さらに、被覆層の平均厚みとPt粒子の平均粒径の比(平均厚み/平均粒径)を求めた。結果を表1に示す。
<Measurement of volume ratio of Pt and silica>
The volume ratio of Pt and silica was obtained by calculation from the ratio of Pt and Si obtained by TEM-EDX. Specifically, the mass of Pt was assumed to be 1, and the mass ratio of Si to Pt was assumed to be x. Further, the molecular weight of silica (SiO 2 ) was 60.08 g/mol, the atomic weight of Si was 28.09 g/mol, the density of amorphous silica was 2.2 g/cm 3 , and the density of Pt was 21.45 g/cm 3 . . And the formula below:
(Silica/Pt volume ratio) = ((x x 60.08/28.09)/2.2)/(1/21.24)
The silica/Pt volume ratio was determined by Also, based on this volume ratio, the Pt volume ratio (vol%) was obtained when the volume of silica and Pt was 100 vol%. Further, using the volume ratio and the average particle size of the Pt particles, it is assumed that a silica coating layer having a uniform thickness is formed on the surface of the Pt particles having an average particle size. The thickness (nm) was determined. Furthermore, the ratio of the average thickness of the coating layer to the average particle size of the Pt particles (average thickness/average particle size) was determined. Table 1 shows the results.

<耐電子レンジ性の評価>
焼成体を1000W、1分間の条件で電子レンジで加熱し、スパークの有無を確認した。結果を表1に示す。なお、スパークしなかったものを「〇」、スパークしたものを「×」とした。
<Evaluation of microwave resistance>
The sintered body was heated in a microwave oven at 1000 W for 1 minute, and the presence or absence of sparks was confirmed. Table 1 shows the results. It should be noted that "○" indicates that no spark occurred, and "X" indicates that there was spark.

<光沢の評価>
焼成体の表面をイオンミリング研磨した後、目視により金属光沢を評価した。焼成体の表面を凡そ45度の角度から観察したとき、焼成体の表面に白金色の光沢があったものを「〇」、白金色の光沢がなかったものを「×」とした。結果を表1に示す。
<Evaluation of Gloss>
After polishing the surface of the sintered body by ion milling, the metallic luster was visually evaluated. When the surface of the sintered body was observed at an angle of about 45 degrees, the surface of the sintered body was rated as "O" when it had a platinum-colored gloss, and was rated as "X" when it did not have a platinum-colored gloss. Table 1 shows the results.

Figure 2023069015000002
Figure 2023069015000002

表1に示すように、例1~9の焼成体は、耐電子レンジ性を有しており、光沢も良好であった。これらの焼成体では、Pt粒子の粒径のばらつきが小さく(変動係数0.6以下)、良好な発色を示した。また、粒子収縮率も0%~21%であったことから、焼成によってPt粒子が収縮しており(ただし、例3は粒径を維持)、Pt粒子同士の焼結が抑制されたと考えられる。図2~10に示すFE-SEM像からも明らかなように、例1~9のいずれの焼成体でもPt粒子が高密度に配置されている一方で、Pt粒子同士の焼結が抑制されていることがわかる。また、図4の(B)に示す例3の焼成体のように、一部の金属粒子が激しく焼結している場合や、例えば、図6、7、9、10のそれぞれの(B)に示す焼成体のように、金属粒子同士がネッキングしている場合であっても、金属粒子全体が接合するように焼結していないことで、非導電性が実現されることが確かめられた。 As shown in Table 1, the fired bodies of Examples 1 to 9 had resistance to microwave ovens and good gloss. These sintered bodies showed good color development with little variation in the particle size of the Pt particles (variation coefficient of 0.6 or less). In addition, since the particle shrinkage ratio was 0% to 21%, it is considered that the Pt particles contracted due to firing (however, the particle size was maintained in Example 3), and the sintering of the Pt particles was suppressed. . As is clear from the FE-SEM images shown in FIGS. 2 to 10, while the Pt particles are densely arranged in any of the fired bodies of Examples 1 to 9, sintering between the Pt particles is suppressed. I know there is. Moreover, when some metal particles are severely sintered like the sintered body of Example 3 shown in FIG. Even if the metal particles are necked with each other, as in the fired body shown in , it was confirmed that non-conductivity is realized by not sintering the metal particles so that the entire metal particles are joined. .

また、図17および18に示すように、例2および6の焼成体では、SiがPt粒子の周囲を覆うように存在していることが確かめられた。さらに、図19に示すように、例9の焼成体では、SiがPt粒子の一部の表面を覆っていることが確かめられた。また、例2、6、9のTEM-EDX元素マッピングにおいて、いずれの例においても、90個数%以上の金属粒子が、他の3個以上の金属粒子と被覆層を介して、又は、介さずに接触していることが確かめられた。これらのいずれの場合であっても、非導電性が実現されたことから、Pt粒子の表面の少なくとも一部にSiが被覆(シリカが被覆されていると推定される)され、かつ、図2~10のようにPt粒子同士の焼結が抑制されることで、非導電性が実現されることがわかる。 Moreover, as shown in FIGS. 17 and 18, in the fired bodies of Examples 2 and 6, it was confirmed that Si was present so as to cover the periphery of the Pt particles. Furthermore, as shown in FIG. 19, in the sintered body of Example 9, it was confirmed that Si partially covered the surface of the Pt particles. In addition, in the TEM-EDX elemental mapping of Examples 2, 6, and 9, in any example, 90 number% or more of the metal particles are through or not through the other three or more metal particles and the coating layer was confirmed to be in contact with In any of these cases, since non-conductivity was achieved, at least part of the surface of the Pt particles was coated with Si (presumed to be coated with silica), and FIG. 10, it can be seen that non-conductivity is achieved by suppressing sintering between Pt particles.

また、例2、例6、例9のPt体積割合はいずれも50vol%以上を示しており、特に例6、例9では87vol%以上という非常に高い値を示した。焼成によって有機溶媒が除去されることを考慮すると、これらの焼成体は実質的にPt粒子およびシリカによって構成されているため、この値は焼成体全体におけるPt体積割合と解することができる。即ち、金属粒子が高密度に配置された非導電性金属複合材料が実現されているといえる。 Moreover, the Pt volume ratios of Examples 2, 6 and 9 all showed 50 vol % or more, and in particular, Examples 6 and 9 showed a very high value of 87 vol % or more. Considering that the organic solvent is removed by sintering, these sintered bodies are substantially composed of Pt particles and silica, so this value can be interpreted as the Pt volume ratio in the whole sintered body. That is, it can be said that a non-conductive metal composite material in which metal particles are densely arranged is realized.

一方で、例10の焼成体は耐電子レンジ性を有していたが、光沢が不良であった。また、例10では、乾燥体のFE-SEM観察において、シリカマトリックスにPt粒子が埋もれていたためにPt粒子の観察が不鮮明であり、Pt粒子の粒径の測定が不可能であった。このことから、例10では、シリカ被覆の原料であるTEOSをPtに対して過剰に混合したために、Pt粒子の存在密度が低下し、光沢が不良となったと考えられる。 On the other hand, the fired body of Example 10 had resistance to microwave ovens, but had poor gloss. In addition, in Example 10, in the FE-SEM observation of the dry body, the Pt particles were obscured because they were buried in the silica matrix, making it impossible to measure the particle size of the Pt particles. From this, it is considered that in Example 10, TEOS, which is a raw material for silica coating, was excessively mixed with Pt, so that the presence density of Pt particles decreased and the gloss was poor.

例11~15の焼成体は、耐電子レンジ性を有していなかった。図11~15のそれぞれの(B)に示すFE-SEM像から明らかなように、例11~15の焼成体では、例1~9の焼成体と比較して、Pt粒子同士が激しく焼結していた。これにより、導電性が高くなり、耐電子レンジ性を有さなかったと考えられる。 The fired bodies of Examples 11-15 did not have microwave resistance. As is clear from the FE-SEM images shown in (B) of each of FIGS. 11 to 15, in the fired bodies of Examples 11 to 15, the Pt particles are sintered more violently than the fired bodies of Examples 1 to 9. Was. It is believed that this increased the conductivity and did not have resistance to microwave ovens.

また、例11と例4と比較すると、例11の方が焼成温度が200℃高いこと以外の製造方法は同様である。また、例12と例5においても、例12の方が焼成温度が200℃高いこと以外の製造方法は同様である。また、例13と例8と例9においても、焼成温度が異なる点以外の製造方法は同様である。これらのことから、無機酸化物で被覆された金属粒子の焼結温度以下で焼成することで、非導電性金属複合材料が製造できることがわかる。 Moreover, when comparing Example 11 and Example 4, Example 11 has the same manufacturing method except that the firing temperature is higher by 200°C. Also, in Examples 12 and 5, the manufacturing method is the same, except that the firing temperature is 200° C. higher in Example 12. Moreover, in Examples 13, 8, and 9, the manufacturing method is the same except that the firing temperature is different. From these results, it can be seen that a non-conductive metal composite material can be produced by firing at a temperature equal to or lower than the sintering temperature of the metal particles coated with the inorganic oxide.

例14では、シリカをPt粒子に被覆する反応において、28%アンモニア水を混合しなかった。そのため、液中のpHが上がらず、Pt粒子へのシリカ被覆が不十分となり、Pt粒子同士が焼結してしまったものと考えられる。 In Example 14, 28% aqueous ammonia was not mixed in the reaction to coat the Pt particles with silica. Therefore, it is considered that the pH in the liquid did not rise, the silica coating of the Pt particles became insufficient, and the Pt particles were sintered.

例15は、シリカの原料であるTEOSを混合しなかった例である。そのため、例15ではPt粒子同士が焼結し易く、600℃による焼成によってPt粒子が焼結してしまったものと考えられる。また、例16は、例15の焼成温度を400℃に変更したものである。図16に示すように、焼成温度が400℃であれば、シリカ被覆のないPt粒子でもPt粒子間で焼結しなかった。しかしながら、シリカ被覆を有さないために、導電性が高くなり、耐電子レンジ性を有さなかったものと考えられる。 Example 15 is an example in which TEOS, which is a raw material of silica, was not mixed. Therefore, in Example 15, the Pt particles are likely to be sintered together, and it is considered that the Pt particles were sintered by firing at 600°C. In Example 16, the firing temperature of Example 15 was changed to 400°C. As shown in FIG. 16, when the firing temperature was 400° C., even Pt particles without silica coating did not sinter between Pt particles. However, since it does not have a silica coating, it is considered that the electrical conductivity is high and it does not have microwave resistance.

〔試験2〕
試験2では、有機溶媒をWAオイルからプロピレングリコールモノフェニルエーテル(PhFG)またはイソブタノール(IBA)に変更した。また、用いた基材を石英ガラスからスライドガラス(ソーダ石灰ガラス)に変更した。試験2で製造した焼成体(例17~19)については、試験1と同様にして耐電子レンジ性、光沢の評価を行い、さらに体積抵抗率の測定を行った。これらの結果を表2に示す。
[Test 2]
In test 2, the organic solvent was changed from WA oil to propylene glycol monophenyl ether (PhFG) or isobutanol (IBA). Also, the base material used was changed from quartz glass to slide glass (soda lime glass). The sintered bodies (Examples 17 to 19) produced in Test 2 were evaluated for microwave oven resistance and gloss in the same manner as in Test 1, and further measured for volume resistivity. These results are shown in Table 2.

(例17)
テトラクロロ白金(II)酸カリウム1.04gを、純水166.6mLに加え、マグネチックスターラーで攪拌し溶解させた後、エタノールを83.3mL加えた。ここに、PVP K90(富士フィルム和光純薬株式会社製)を2.78g加え、攪拌しながら溶解させた。さらに攪拌しながら、1.25mLの70%炭酸ヒドラジンを加え、30分間攪拌をすることで、Pt粒子を析出させた。そして、攪拌しながら28%アンモニア水を5mL加えた後、TEOSを270μL加え、一晩攪拌した。これにより、シリカ-Pt粒子を得た。
得られたシリカ-Pt粒子分散液を、遠心分離機を用いて沈降させ、上澄みを除去した。ここに純水を加えて再分散させた後、遠心分離機を用いて沈降させ、上澄みを除去する洗浄工程を2回繰り返した。そして、同様の洗浄工程を純水の代わりにエタノールを用いて2回行った後、さらに有機溶媒としてPhFGを用いて同様の洗浄工程を実施した。得られた沈殿物を、自公転ミキサー(製品名:あわとり練太郎、株式会社シンキー製)を用いて混錬し、ペースト状のPt-シリカ粒子-PhFG混錬物を得た。
得られたシリカ-Pt粒子-PhFG混錬物を、スライドガラスに塗布し、60℃で30分間乾燥させ、膜状の乾燥体とした。乾燥体を大気雰囲気下で昇温速度10℃/minで加熱し、800℃で10分間保持後、放冷した。このようにして、例17の膜状の焼成体を得た。
(Example 17)
1.04 g of potassium tetrachloroplatinate (II) was added to 166.6 mL of pure water, stirred with a magnetic stirrer to dissolve, and then 83.3 mL of ethanol was added. 2.78 g of PVP K90 (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added thereto and dissolved with stirring. With further stirring, 1.25 mL of 70% hydrazine carbonate was added, and the mixture was stirred for 30 minutes to precipitate Pt particles. After adding 5 mL of 28% aqueous ammonia while stirring, 270 μL of TEOS was added and stirred overnight. Silica-Pt particles were thus obtained.
The resulting silica-Pt particle dispersion was sedimented using a centrifuge, and the supernatant was removed. After adding pure water and re-dispersing, the washing process of sedimenting with a centrifuge and removing the supernatant was repeated twice. A similar cleaning step was performed twice using ethanol instead of pure water, and then a similar cleaning step was performed using PhFG as an organic solvent. The resulting precipitate was kneaded using a rotation-revolution mixer (product name: Awatori Mixer, manufactured by Thinky Co., Ltd.) to obtain a paste-like Pt-silica particle-PhFG kneaded product.
The resulting silica-Pt particle-PhFG kneaded product was applied to a slide glass and dried at 60° C. for 30 minutes to form a dry film. The dried body was heated at a heating rate of 10° C./min in an air atmosphere, held at 800° C. for 10 minutes, and then allowed to cool. Thus, a film-like sintered body of Example 17 was obtained.

(例18)
PhFGの代わりにIBAを用いた以外は例17と同様にして、例18の焼成体を得た。
(例19)
TEOS添加量を480μLに変更した以外は例17と同様にして、例19の焼成体を得た。
(Example 18)
A sintered body of Example 18 was obtained in the same manner as in Example 17 except that IBA was used instead of PhFG.
(Example 19)
A sintered body of Example 19 was obtained in the same manner as in Example 17, except that the amount of TEOS added was changed to 480 μL.

<体積抵抗率の測定>
焼成体の体積抵抗率を四探針法により測定した。かかる測定には、低抵抗率計Loresta-GP(三菱ケミカル株式会社製)を用いた。
<Measurement of volume resistivity>
The volume resistivity of the sintered body was measured by the four-probe method. A low resistivity meter Loresta-GP (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) was used for such measurements.

Figure 2023069015000003
Figure 2023069015000003

表2に示すように、有機溶媒の種類に関わらず、耐電子レンジ性および良好な光沢を有する焼成体を得られたことがわかる。また、有機溶媒の種類に関わらず、焼成体をスライドガラスに固定化することができた。これは、スライドガラスの軟化点以上の温度で焼成したことで、スライドガラスの界面が溶融し、溶融したガラスがシリカ-Pt粒子を固定化したものと考えられる。
また、例19の焼成体は、例17および例18よりも体積抵抗率が顕著に高くなった。これは仕込みSi/Ptモル比の値を高くしたことにより、Pt粒子へのシリカ被覆量が増大したことによるものと考えられる。
As shown in Table 2, regardless of the type of organic solvent, a fired body having microwave oven resistance and good gloss was obtained. In addition, regardless of the type of organic solvent, the sintered body could be immobilized on the slide glass. This is probably because the interface of the slide glass was melted by firing at a temperature higher than the softening point of the slide glass, and the silica-Pt particles were immobilized in the melted glass.
In addition, the sintered body of Example 19 had a significantly higher volume resistivity than those of Examples 17 and 18. It is considered that this is because the amount of silica coated on the Pt particles was increased by increasing the charged Si/Pt molar ratio.

以上、ここで開示される技術の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。 Specific examples of the technology disclosed herein have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.

12 金属粒子
14 被覆層
16 ネック部

12 metal particles 14 coating layer 16 neck portion

Claims (14)

非導電性金属複合材料の製造方法であって、
表面の少なくとも一部が非導電性の無機酸化物で被覆された金属粒子を含む組成物を準備すること、
前記組成物を成形または所定の基材に塗布すること、および、
前記組成物を焼成して非導電性金属複合材料を得ること
を包含する、
非導電性金属複合材料製造方法。
A method for producing a non-conductive metal composite material, comprising:
providing a composition comprising metal particles having at least a portion of their surface coated with a non-conductive inorganic oxide;
molding or applying the composition to a given substrate; and
calcining the composition to obtain a non-conductive metal composite;
A non-conductive metal composite manufacturing method.
前記金属粒子の電子顕微鏡像に基づく平均粒径において、前記焼成後の平均粒径をD(nm)、前記焼成前の平均粒径をD(nm)としたとき、D≦Dを具備する、請求項1に記載の非導電性金属複合材料製造方法。 In the average particle diameter based on the electron microscope image of the metal particles, Da ( nm ) is the average particle diameter after firing, and D b (nm) is the average particle diameter before firing, where DaDb The non-conductive metal composite manufacturing method according to claim 1, comprising: 前記焼成の温度が、前記無機酸化物で被覆された金属粒子の焼結温度以下である、請求項1または2に記載の非導電性金属複合材料製造方法。 3. The method for producing a non-conductive metal composite material according to claim 1, wherein the firing temperature is equal to or lower than the sintering temperature of the metal particles coated with the inorganic oxide. 前記金属粒子が、Pt、Au、Ag、Pd、Rh、Ir、RuおよびOsからなる群から選ばれる少なくとも一種の金属を含む、請求項1~3のいずれか一項に記載の非導電性金属複合材料製造方法。 The non-conductive metal according to any one of claims 1 to 3, wherein the metal particles contain at least one metal selected from the group consisting of Pt, Au, Ag, Pd, Rh, Ir, Ru and Os. Composite material manufacturing method. 前記無機酸化物が、シリカ、アルミナ、ジルコニアおよびイットリアからなる群から選ばれる少なくとも一種の化合物を含む、請求項1~4のいずれか一項に記載の非導電性金属複合材料製造方法。 The method for producing a non-conductive metal composite material according to any one of claims 1 to 4, wherein the inorganic oxide contains at least one compound selected from the group consisting of silica, alumina, zirconia and yttria. 前記組成物を所定の基材に塗布することを含み、当該基材が絶縁性器物である、請求項1~5のいずれか一項に記載の非導電性金属複合材料製造方法。 The method for producing a non-conductive metal composite material according to any one of claims 1 to 5, comprising applying the composition to a predetermined base material, the base material being an insulating article. 食器の装飾部の製造に用いられる組成物であって、
表面の少なくとも一部が非導電性の無機酸化物で被覆された金属粒子を含み、
前記金属粒子と、前記無機酸化物との体積比(無機酸化物/金属粒子)が0.1以上0.8以下である、
組成物。
A composition for use in the manufacture of decorative parts of tableware,
At least a portion of the surface contains metal particles coated with a non-conductive inorganic oxide,
A volume ratio (inorganic oxide/metal particle) between the metal particles and the inorganic oxide is 0.1 or more and 0.8 or less,
Composition.
前記金属粒子が内部に空隙を有する、請求項7に記載の組成物。 8. The composition of claim 7, wherein said metal particles have internal voids. 前記金属粒子が、Pt、Au、Ag、Pd、Rh、IrおよびRuからなる群から選ばれる少なくとも一種の金属を含む、請求項7または8に記載の組成物。 9. The composition according to claim 7 or 8, wherein said metal particles comprise at least one metal selected from the group consisting of Pt, Au, Ag, Pd, Rh, Ir and Ru. 前記無機酸化物が、シリカ、アルミナ、ジルコニアおよびイットリアからなる群から選ばれる少なくとも一種の化合物を含む、請求項7~9のいずれか一項に記載の組成物。 The composition according to any one of claims 7 to 9, wherein said inorganic oxide comprises at least one compound selected from the group consisting of silica, alumina, zirconia and yttria. 表面の少なくとも一部に非導電性の無機酸化物を含む被覆層が形成された金属粒子を含む非導電性金属複合材料であって、
前記非導電性金属複合材料全体を100vol%としたとき、前記金属粒子の体積割合が30vol%以上であり、
前記被覆層が形成された金属粒子の90個数%以上が、他の3個以上の前記被覆層が形成された金属粒子と接触しており、
前記被覆層の平均厚み(nm)と、前記金属粒子の電子顕微鏡像に基づく平均粒径(nm)において、(前記平均厚み/前記平均粒径)の値が0.01以上0.15以下であり、
体積抵抗率が1×10-1Ω・cm以上である、
非導電性金属複合材料。
A non-conductive metal composite material comprising metal particles having a coating layer containing a non-conductive inorganic oxide formed on at least a portion of the surface,
When the entire non-conductive metal composite material is 100 vol%, the volume ratio of the metal particles is 30 vol% or more,
90 number percent or more of the metal particles having the coating layer formed thereon are in contact with other three or more metal particles having the coating layer formed thereon,
In the average thickness (nm) of the coating layer and the average particle size (nm) based on the electron microscope image of the metal particles, the value of (the average thickness/the average particle size) is 0.01 or more and 0.15 or less. can be,
Volume resistivity is 1 × 10 -1 Ω cm or more,
Non-conductive metal composites.
前記金属粒子の電子顕微鏡像に基づく粒径の変動係数が0.6以下である、請求項11に記載の非導電性金属複合材料。 12. The non-conductive metal composite material according to claim 11, wherein the metal particles have a particle size variation coefficient of 0.6 or less based on an electron microscope image. 前記金属粒子の電子顕微鏡像に基づく平均粒径が10nm以上1000nm以下である、請求項11または12に記載の非導電性金属複合材料。 The non-conductive metal composite material according to claim 11 or 12, wherein the metal particles have an average particle diameter of 10 nm or more and 1000 nm or less based on an electron microscope image. 食器の装飾部として用いられる、請求項11~13のいずれか一項に記載の非導電性金属複合材料。

The non-conductive metal composite material according to any one of claims 11 to 13, which is used as a decorative part of tableware.

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