JP5088458B2

JP5088458B2 - 積層セラミックコンデンサー外部電極用ニッケル粉およびその製造方法

Info

Publication number: JP5088458B2
Application number: JP2001265722A
Authority: JP
Inventors: 秀次加藤; 洋孝高橋; 和則古川; 裕一大輪
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 2001-09-03
Filing date: 2001-09-03
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2021-09-03
Also published as: JP2003073701A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、積層セラミックコンデンサーの外部電極材料として、好適なニッケル粉末とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、電子機器の小型化にともない電子部品の小型化が急速に進行している。このような状況において、積層セラミックコンデンサーが、小型・高容量のコンデンサーとして大量に使用されている。積層セラミックコンデンサーは、薄い誘電体シート上に金属粉末ペーストを印刷またはスプレーして容量を取得するための内部電極とし、これを相互に電極構造を持つように数枚から数百枚積み重ねて圧着により燒結し、さらにその端面に外部電極が形成されている。従来、このような積層セラミックコンデンサーの内部電極材料としては、白金、パラジウム等の貴金属が主として使用されていた。
【０００３】
しかし、前述したように最近のコンデンサーの高容量化のため、内部電極の積層数が増えるにつれて、コンデンサーの体積に対して内部電極の占める割合が増加し、前述のような貴金属粉末を使用したのではコストが高くなるという問題があり、最近ではコスト低減のために内部電極材料としてニッケル粉末が多用されている。
【０００４】
同様に、積層セラミックコンデンサーの外部電極材料においても、従来、銀、銀−パラジウム粉等の貴金属粉末に、ガラスフリットを加えたペーストなどが主に使用されていた。しかし、コスト面などから、内部電極と同様に、外部電極についても、銅、ニッケル等の卑金属粉末を加えたペーストを焼き付けるものなどが多用されてきている。
【０００５】
特に、内部電極としてニッケルを用い、外部電極材料としてもニッケルを用いた場合には、外部電極材料として銅を用いる場合に比べて、内外部電極材料が同じであるため、内部電極の焼成および内部電極と外部電極を接合するための焼成を一度でできるため、外部電極材料としてニッケルを使用することは、経済的である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、外部電極材料としてニッケルを使用する場合、（１）電極の割れや空洞化（２）表面の凹凸などの問題が考えられる。しかし、外部電極用としての微細なニッケル粉を１３００°Ｃ程度の高温で焼成をした場合、焼結による緻密化は避けることができず、これを外部電極に用いた場合、前述のトラブルを抑えることは困難であった。このような問題を解決するため、外部電極用のニッケル粉に望まれる特性の中でも、特に凝集粒子の少ないニッケル粉が求められている。
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の目的は、特に凝集粒子の少ない外部電極用のニッケル粉とその製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明者は積層セラミックコンデンサーの外部電極に必要な特性を備えたニッケル粉およびその製造方法を見出した。すなわち、ニッケル中に、０．０５〜０．５０重量％のマグネシウム、および、０．０３〜０．１０重量％のナトリウムの両方を含むことを特徴とする積層セラミックコンデンサー外部電極用ニッケル粉である。
【０００９】
また、上記ニッケル粉は、硫酸ニッケル、硝酸ニッケル、塩化ニッケル、酸化ニッケル、水酸化ニッケル、炭酸ニッケルから選ばれる少なくとも１種のニッケル塩に、マグネシウムの塩およびナトリウムの塩を溶解した液を添加し、４５０〜６５０°Ｃの温度で、１．５〜４時間水素を含む雰囲気下で水素還元することにより製造される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
ニッケル粉を外部電極に用い、積層セラミックコンデンサーを製造する場合、１３００℃程度の高温での焼成が必要となる。このため、外部電極用に適するニッケル粉は、この高温度においても、焼結時の体積収縮が少ないこと、ニッケル粉の焼結が遅延されること、粉末の分散性が良いこと、粉末粒子ができるだけ球状であること、凝集粒子が少ないことが要求される特性であり、特に凝集粒子が少ないことが求められている。
【００１１】
本発明では、ニッケル塩を還元して得られるニッケル粉中に、アルカリ土類金属の純分として、０．０１〜０．５０重量％、好ましくは０．０５〜０．１５重量％のマグネシウムを含むようにする。また、アルカリ金属の純分として０．０１〜０．１０重量％、好ましくは０．０１〜０．０５重量％のナトリウムを含むようにする。
【００１２】
このニッケル粉は、硫酸ニッケル、塩化ニッケル、酸化ニッケル、水酸化ニッケル、硝酸ニッケル、炭酸ニッケル等のニッケル塩に、前記アルカリ土類金属およびアルカリ金属を水溶液として添加し、水素還元法によってニッケル粉の製造を行う。
【００１３】
アルカリ土類金属の純分が０．０１重量％以下、あるいは、アルカリ金属の純分が０．０１重量％以下の場合は、還元昇温時にニッケル粉の焼結が進行し、粒子が成長してしまう。またアルカリ土類金属の純分が０．５０重量％以上、あるいは、アルカリ金属の純分が、０．１０重量％以上の場合は、不純物濃度が増大することになり、ニッケル粉自体のニッケル純分が低下し、外部電極としての十分な特性を引き出すことができない。また、アルカリ土類金属、特にマグネシウムの添加は、ＭｇＯが粒子表面に析出することにより、ニッケル粒子の生成時に粒子の球状化、粒子表面の平滑化に効果がある。また、アルカリ金属、特にナトリウムの添加は粒子の凝集を防ぐ効果がある。
【００１４】
次に、前記アルカリ土類金属とアルカリ金属を含んだニッケル塩を水素を含む雰囲気下で還元する。水素を含む雰囲気は、ニッケル粉の酸化を避けるため、水素＋窒素の雰囲気が望ましく、水素と窒素の比率は水素８０〜９０体積％が望ましい。水素が８０体積％以下ではニッケルの還元が不十分で酸化物が残存する可能性があり、水素が９０体積％以上では、反応後の未反応の水素の処理と制御に問題が生じるとともに、水素ガス量が増大しコスト高となる。
【００１５】
また、水素還元温度は４５０〜６５０℃、好ましくは５００〜６００℃、還元時間は１．５〜４時間、好ましくは２．５〜３時間でニッケル塩を還元する。還元温度が４５０℃以下、または還元時間が１．５時間以下であると、ニッケルの還元が不十分で酸化物が残存する可能性がある。また、還元温度が６５０℃以上、または、還元時間が４時間以上であると、ニッケル粉が焼結し、積層セラミックコンデンサー外部電極用ニッケル粉としては不適となる。
【００１６】
本発明によるニッケル粉は、アルカリ土類金属の少なくとも１種、およびアルカリ金属の少なくとも１種を含むことにより、積層セラミックコンデンサー外部電極用材料として必要な特長、すなわち高温での焼結時の体積収縮が少なく、ニッケル粉の焼結が遅延であり、粉末の分散性がよく、また、粉末が球状であり、凝集粒子が少ないという特長を有する積層セラミックコンデンサーの外部電極用に適したニッケル粉を得ることができる。
【００１７】
以下に実施例を述べる。
（実施例１）
酸化ニッケル（住友金属鉱山製）６０ｋｇに対し、硫酸マグネシウム５２５ｇ（還元後マグネシウム純分として０．１１重量％）、硫酸ナトリウム４３．８ｇ（還元後ナトリウム純分として０．０３重量％）を秤量し、純水に溶かして添加し、これを混練、乾燥、粉砕することで原料とした。
【００１８】
この原料１２ｋｇを還元炉に装入し、水素ガス８５％、窒素ガス１５％の雰囲気中、５５０°Ｃで２．５時間還元焙焼を行った。冷却後篩別を行い、篩下のニッケル粉を回収した。
【００１９】
篩下のニッケル粉をレーザー回折式の粒度分布測定装置（マイクロトラックＦＲＡＭＯＤＥＬ９２２０：日機装株式会社製）で粒度分布を測定し、マグネシウムとナトリウムの添加効果について調査した。また篩別後の篩下の比率を調査した。結果を表１に示す。
【００２０】
（実施例２）
実施例１において硫酸マグネシウムの添加量を２３９ｇにした以外は同様にして粒度分布、篩下の比率を調査した。結果を表１に示す。
【００２１】
（実施例３）
実施例１において硫酸マグネシウムの添加量を７１６ｇにした以外は同様にして、粒度分布、篩下の比率を調査した。結果を表１に示す。
【００２２】
（実施例４）
実施例１において硫酸マグネシウムの添加量を９５５ｇにした以外は同様にして、粒度分布、篩下の比率を調査した。結果を表１に示す。
【００２３】
（実施例５）
実施例１において硫酸マグネシウムの添加量を１９０９ｇにした以外は同様にして、粒度分布、篩下の比率を調査した。結果を表１に示す。
【００２４】
（参考例１）
実施例１において硫酸ナトリウムを添加しない以外は同様にして、粒度分布、篩下の比率を調査した。結果を表１に示す。
【００２５】
（実施例６）
実施例１において硫酸ナトリウムの添加量を１３１．４ｇにした以外は同様にして粒度分布、篩下の比率を調査した。結果を表１に示す。
【００２６】
（実施例７）
実施例１において還元温度を４５０°Ｃにした以外は同様にして粒度分布、篩下の比率を調査した。結果を表１に示す。
【００２７】
（実施例８）
実施例１において還元温度を６５０°Ｃにした以外は同様にして粒度分布、篩下の比率を調査した。結果を表１に示す。
【００２８】
（比較例１）
硫酸マグネシウムと硫酸ナトリウムを添加しない以外は実施例１と同様にニッケル粉を製造し、調査した。その結果を表１に示す。
【００２９】
（比較例２）
硫酸マグネシウムと硫酸ナトリウムを添加しない以外は実施例８と同様にニッケル粉を製造し、調査した。その結果を表１に示す。
【表１】
【００３０】
さらに、実施例１と比較例１で得られたニッケル粉の比表面積を測定したところ、実施例１では、１．７ｍ²／ｇ、比較例１では１．９ｍ²／ｇであった。
【表１】
【００３１】
表１より、マグネシウムおよびナトリウムを添加することにより、１５０μｍでの篩下率が増加しており、凝集粒子が減少している。さらに、Ｄ９０値が減少し、２０μｍ以上の粗大粒子も低減していることが明らかである。
【００３２】
また、同時に実施例１では比較例１に比べ粒度が小さくなっているにもかかわらず、比表面積が小さくなり、表面が平滑化、粒子が球状化されていることが解る。
【００３３】
【発明の効果】
ニッケル中に、０．０５〜０．５０重量％のマグネシウムおよび０．０３〜０．１０重量％のナトリウムの両方を含むことで積層セラミックコンデンサー外部電極用に好適なニッケル粉が得られる。

Claims

ニッケル中に、０．０５〜０．５０重量％のマグネシウムおよび０．０３〜０．１０重量％のナトリウムを含むことを特徴とする積層セラミックコンデンサー外部電極用ニッケル粉。
硫酸ニッケル、硝酸ニッケル、塩化ニッケル、酸化ニッケル、水酸化ニッケル、炭酸ニッケルから選ばれる少なくとも１種のニッケル塩に、マグネシウムの塩およびナトリウムの塩を溶解した液を添加し、４５０°Ｃ以上、６５０°Ｃ以下の温度で、１．５時間以上、４時間以下の時間水素を含む雰囲気下で還元することを特徴とする積層セラミックコンデンサー外部電極用ニッケル粉の製造方法。