JP3371701B2 - Ito粉末の製造方法 - Google Patents

Ito粉末の製造方法

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、透明電極用塗料の
導電フィラー等として用いられるインジウム−錫酸化物
(ITO)粉末の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】透明電極用塗料の導電フィラーとして用
いられるITO粉末では、その各粒子が球状であるより
も針状や棒状又は鱗片状等の形状異方性を有する方が、
膜形成した場合に導電パスが形成されやすく、従って少
量で導電性を発現しやすいため望ましいとされている。
【0003】かかるITO粉末の製造方法の一つとし
て、酸化インジウム粉末を原料としてITO粉末を製造
する方法がある。例えば、酸化インジウム粉末と酸化錫
粉末をボールミル等で良く粉砕混合した後、焼成してI
TO粉末を得る方法が一般に実施されている。しかし、
この方法においては、原料粉末の粉砕混合によってそれ
ぞれの粒子は破壊されるので、原料の酸化インジウム粉
末が形状異方性を有していたとしても、その形状を保っ
たITO粉末を得ることは不可能である。
【0004】また別の方法として、酸化インジウム粒子
のまわりに水酸化錫等をコーティングした後、焼成して
ITO粉末とする方法がある。しかし、この方法では、
コーティングした錫化合物は酸化インジウム粒子の内部
には殆ど侵入できず、その表面にコーティング層として
存在するため、焼成によりインジウムと錫の拡散を行っ
ても完全に均一にはなり得ず、従って酸化インジウム又
は酸化錫が一部残留してしまう。また、錫化合物のコー
ティングを湿式で行った場合、コーティング後の固液分
離、乾燥等の工程が必要となるため、操作が極めて繁雑
である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】このように、酸化イン
ジウム粉末からITO粉末を製造する場合、酸化インジ
ウム粒子が形状異方性を有していたとしても、その形状
を保ったまま均一な組成のITO粒子とすることが非常
に困難であり、透明電極用塗料の導電フィラーとして好
適なITO粉末を得ることができなかった。
【0006】本発明は、このような従来の事情に鑑み、
酸化インジウム粉末の粒子形状を保持したまま、均一な
組成のITO粒子からなるITO粉末を、簡単な乾式プ
ロセスで製造する方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を解決するた
め、本発明が提供するITO粉末の製造方法は、平均粒
径0.002〜0.5μmの1次粒子で構成された2次粒
子からなる酸化インジウム粉末に、錫化合物の蒸気を接
触させることにより、1次粒子間の細孔内に錫化合物を
毛管凝縮させた後、この酸化インジウム粉末を焼成し、
その2次粒子の形状を保ったままのITO粉末とするこ
とを特徴とする。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明においては、酸化インジウ
ム粉末の各粉末粒子(これを2次粒子と称する)に存在
する細孔、即ち上記2次粒子を構成している多数の粒子
(これを1次粒子と称する)の間に形成された微細な細
孔内に、錫化合物の蒸気を毛管凝縮させ、その後これを
焼成してITO粉末を製造する。従って、粉砕混合がな
いので酸化インジウム粒子の形状が保たれ、且つインジ
ウムと錫が極めて均一に分散されたITO粉末が得られ
る。
【0009】本発明で用いる酸化インジウム粉末は、図
1に示すように、微細な1次粒子1で構成された2次粒
子2からなり、この2次粒子2は図示する棒状のほか、
針状、鱗片状、球状、不定形などの各種の形状であって
よい。しかし、得られるITO粉末を透明電極用塗料の
導電フィラーとする場合には、形状異方性を有するIT
O粉末を得るため、棒状、針状又は鱗片状の2次粒子2
からなる酸化インジウム粉末を使用することが好まし
い。
【0010】酸化インジウムの1次粒子の大きさは、平
均粒径で0.5μm以下、好ましくは0.1μm以下とす
る。一般に、1次粒子が大きければ、その間に形成され
る細孔も大きいと考えられる。このため、1次粒子の平
均粒径が0.5μmより大きいと、細孔も大きくなって
錫化合物の毛管凝縮が難しくなるうえ、仮に錫化合物の
蒸気圧を高めて凝縮しやすくすると2次粒子同士の接触
部分にも凝縮するため、2次粒子同志が接合してしまう
可能性が高くなるからである。
【0011】更に、酸化インジウムの1次粒子が大きい
と、焼成時の熱拡散による組成の均一化が不十分になり
やすいため、この点でも1次粒子の大きさは小さい方が
好ましい。しかし、1次粒子の平均粒径が0.002μ
m未満の酸化インジウム粉末は製造が困難であるため、
結局酸化インジウム粉末の2次粒子を構成する1次粒子
の平均粒径は、0.002〜0.5μmの範囲が良いとい
うことになる。
【0012】このように酸化インジウムの1次粒子は小
さいことが望ましいが、実際に毛管凝縮を左右するのは
1次粒子間に形成された細孔の大きさであり、先にも述
べたように細孔が大きいと毛管凝縮が難しくなる。通
常、細孔の大きさは1次粒子の粒径と同等ないしはそれ
以下であるこのため、細孔の大きさも0.5μm以下が
好ましく、0.1μm以下が更に好ましい。
【0013】上記した酸化インジウム粉末は種々の方法
で製造することができる。例えば、針状又は棒状の酸化
インジウム粉末は、硝酸インジウムを濃縮して得られる
濃厚溶液中に析出してくる針状又は棒状のインジウムの
塩基性硝酸塩を仮焼することで得られる。図2に示すよ
うに、仮焼温度(図2では仮焼時間30分)を制御する
ことにより、1次粒子の平均粒径を0.01〜0.5μm
の範囲で調節することが可能である。
【0014】不定形の酸化インジウム粉末は、塩化イン
ジウム水溶液を水酸化ナトリウムやアンモニア等のアル
カリで中和して水酸化インジウムとし、これをよく洗浄
した後、乾燥及び焼成することにより簡単に製造でき
る。この場合も、焼成温度を適当に選定することによ
り、1次粒子の平均粒径を0.002〜0.5μmとする
ことが可能である。
【0015】鱗片状の酸化インジウム粉末は、硫酸イン
ジウムをアルカリにより中和して得られるインジウムの
塩基性硫酸塩を仮焼することにより得られる。また、球
状の酸化インジウム粉末は、例えば、インジウム塩の水
溶液のスプレードライングにより得た球状粒子を仮焼す
ることにより製造できる。これらの場合にも、1次粒子
の平均粒径の調節は、上記と同様に、仮焼温度の制御に
より行なうことが可能である。
【0016】このようにして得られた酸化インジウム粉
末は、上記のごとく2次粒子の形状は色々であるが、図
1のごとく2次粒子2を構成する微細な1次粒子1は全
て平均粒径を0.002〜0.5μmの範囲に調整でき、
各1次粒子1の間には細孔3が形成されている。通常、
前述の各方法等で製造された酸化インジウム粉末の場
合、細孔3の大きさは1次粒子1の粒径と同等ないしは
それ以下であり、非常に微細である。
【0017】酸化インジウム粉末の細孔内に錫化合物を
毛管凝縮させるには、酸化インジウム粉末を錫化合物の
蒸気で満たされた容器中に放置するだけで良い。ただ
し、酸化インジウム粉末を大気中に放置しておくと、そ
の細孔に水分が毛管凝縮してしまうため、予め例えば1
00℃以上に加熱して毛管凝縮した水分を除去しておく
ことが必要である。更に、容器内部の雰囲気を撹拌等に
より循環させて、凝縮速度を上げることもできる。ま
た、錫化合物の蒸気圧は任意に設定することが可能であ
り、飽和蒸気圧に近いほど、より大きな細孔でも錫化合
物で満たすことが可能である。
【0018】酸化インジウム粒子中の細孔容積が少ない
と、毛管凝縮により細孔を埋めることのできる錫化合物
の量が少なくなるので、錫のドープ量が少なくなる。通
常のITO粉末であれば、錫のドープ量はITO粒子中
に2〜15重量%程度であるから、細孔容積は0.06
cm3/gもあれば十分である。この程度又はこれ以上
の細孔容積は、上記した1次粒子の平均粒径が0.00
2〜0.5μmである酸化インジウムの2次粒子に十分
存在している。
【0019】錫化合物としては、常温又は加熱下に蒸気
となるものであれば使用できるが、常温付近で比較的蒸
気圧の高い四塩化錫(SnCl4)が好ましい。また、
有機錫化合物SnR4(R;アルキル基等)でもよい。
四塩化錫は揮発性であると共に、加水分解しやすく、空
気中の水分とも反応するため、水分を含まない乾燥雰囲
気中で毛管凝縮を行なう必要がある。
【0020】四塩化錫を毛管凝縮させる場合、具体的に
は図3に示すように、酸化インジウム粉末4と、必要な
ドープ量の四塩化錫5を別々の容器に入れ、これを毛管
凝縮用の密閉された反応装置6内に数時間放置すれば、
四塩化錫5は完全に消失して全て酸化インジウム粉末4
の細孔内に毛管凝縮する。毛管凝縮の速度を速めるため
に、反応装置6にファン7等の撹拌手段を設けることが
好ましい。
【0021】その後、反応装置6の蓋8を開け、酸化イ
ンジウム粉末4を空気と接触させれば、細孔内に毛管凝
縮された四塩化錫は空気中の水分と反応して加水分解さ
れ、不揮発性の四塩化錫水和物(SnCl4・nH2O;
SnCl476重量%)となって、細孔内に固定され
る。この酸化インジウム粉末を加熱焼成することによっ
て、四塩化錫水和物は酸化錫に変わり、更に酸化錫が酸
化インジウムと熱拡散してITO粉末が得られる。
【0022】焼成温度は、インジウムと錫の拡散が十分
に行われる温度とする。一般的に、この焼成温度は70
0℃以上が好ましく、1000℃〜1300℃が更に好
ましい。また、加熱焼成は、脱ガスを十分行ないなが
ら、ゆっくり行う必要がある。従って、焼成時の酸化イ
ンジウム粉末の層厚は5cm程度以下が好ましい。
【0023】また、昇温速度は10℃/min以下が好
ましく、5℃/min以下が更に好ましい。焼成工程を
400〜800℃の第1段階と、次の1000〜130
0℃の第2段階に分け、2段階での焼成により脱ガスを
十分に行う方法もある。急速に昇温すると、四塩化錫水
和物の分解が十分に行なわれないため、酸化インジウム
の2次粒子の形状が崩れたり、分解して生じる塩酸が酸
化インジウムと反応するので好ましくない。
【0024】
【実施例】実施例1 インジウムメタルを硝酸に溶解した後、150℃まで加
熱濃縮して白色のスラリーを得た。この白色スラリー
を、この温度のまま濾過して、インジウムの塩基性硝酸
塩からなる白色針状化合物を得た。この白色針状化合物
を300℃で仮焼して酸化インジウム粉末とした。得ら
れた酸化インジウム粉末は、比表面積より計算した平均
粒径が0.022μmの1次粒子で構成された針状の2
次粒子からなり、1次粒子間に形成された細孔の平均細
孔径は7.4nm、細孔容積は0.133cm3/gであ
った。この針状酸化インジウム粉末の走査電子顕微鏡写
真を図4に示す。
【0025】この酸化インジウム粉末を110℃で2時
間乾燥した後、その300gを図3に示す反応装置6に
入れ、反応装置6内を乾燥した窒素ガスで置換した。次
に、反応装置6内の容器に223gの四塩化錫5を注ぎ
入れ、ファン7を回転して雰囲気を撹拌しながら12時
間放置した。12時間後、反応装置6の蓋8を開ける
と、容器内には四塩化錫5は残存せず、全て細孔内に毛
管凝縮していた。その後、この酸化インジウム粉末を、
大気中で3時間放置した後、700℃で3時間及び引き
続いて1200℃で1時間焼成し、針状のITO粉末を
得た。
【0026】得られたITO粉末は、1次粒子の平均粒
径が0.8μm、針状の2次粒子の長径が平均で46μ
m及び短径が平均で3.4μmであり、錫含有量は2.4
重量%であった。この針状ITO粉末の走査型電子顕微
鏡写真を図5に示す。また、この針状ITO粉末をX線
回析により分析したところ、酸化錫のピークは見られ
ず、酸化錫が酸化インジウムに十分固溶していることが
判明した。尚、比表面積、平均細孔径、及び細孔容積
は、QuantasorbQS−10(米国Quant
achrome社製)で測定した。
【0027】実施例2 上記実施例1で得たインジウムの塩基性硝酸塩からなる
白色針状化合物を、700℃で仮焼することにより、平
均粒径が0.069μmの1次粒子で構成された針状の
2次粒子からなる酸化インジウム粉末が得られた。この
酸化インジウム粉末は、1次粒子間に形成された細孔の
平均細孔径が10.7nm、細孔容積は0.155cm3
/gであった。
【0028】この針状の酸化インジウム粉末を用いて、
実施例1と同様にして針状ITO粉末を製造した。得ら
れた針状ITO粉末は、1次粒子の平均粒径が0.8μ
m、針状の2次粒子の長径が平均で49μm及び短径が
平均で3.7μmであり、錫含有量は2.8重量%であっ
た。また、このITO粉末の形状は、図5とほぼ同様の
針状であった。
【0029】実施例3 上記の実施例1及び実施例2で得られた各針状ITO粉
末を、270℃でメタノールガスを含有する窒素雰囲気
中において還元処理を行った後、100Kgf/cm2
の圧力下で粉体の圧粉抵抗を測定したところ、共に0.
02Ω・cmであった。
【0030】
【発明の効果】本発明によれば、簡単な乾式のプロセス
により、酸化インジウムの微細な1次粒子から構成され
た2次粒子の形状を変えることなく保持し、インジウム
と錫が分散して組成的に均一なITO粉末を製造するこ
とができる。従って、特に2次粒子が形状異方性を有す
る酸化インジウム粉末から、その形状異方性を保持した
ITO粉末が得られ、かかるITO粉末は透明電極用塗
料のフィラーとして好適なものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】酸化インジウム粉末における1次粒子と2次粒
子の関係を説明するための模式図である。
【図2】酸化インジウム粉末の製造における仮焼温度と
1次粒子の平均粒径の関係を示すグラフである。
【図3】酸化インジウム粉末の細孔内に錫化合物の蒸気
を毛管凝縮させる装置を示す概略の断面図である。
【図4】実施例1で得られた針状の酸化インジウム粉末
の走査型電子顕微鏡写真(360倍)である。
【図5】実施例1で得られた針状のITO粉末の走査型
電子顕微鏡写真(360倍)である。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 平均粒径0.002〜0.5μmの1次粒
    子で構成された2次粒子からなる酸化インジウム粉末
    に、錫化合物の蒸気を接触させることにより、1次粒子
    間の細孔内に錫化合物を毛管凝縮させた後、この酸化イ
    ンジウム粉末を焼成し、その2次粒子の形状を保ったま
    まのITO粉末とすることを特徴とするITO粉末の製
    造方法。
  2. 【請求項2】 錫化合物が揮発性の四塩化錫であること
    を特徴とする、請求項1に記載のITO粉末の製造方
    法。
  3. 【請求項3】 細孔内に四塩化錫を毛管凝縮させた酸化
    インジウム粉末を空気と接触させることにより、細孔内
    の四塩化錫を加水分解させた後、焼成することを特徴と
    する、請求項2に記載のITO粉末の製造方法。
  4. 【請求項4】 酸化インジウムの2次粒子が、針状、棒
    状又は鱗片状であることを特徴とする、請求項1〜3の
    いずれかに記載のITO粉末の製造方法。
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