JPH11229115A

JPH11229115A - 表面が微粉末で覆われた粉末を作製する方法

Info

Publication number: JPH11229115A
Application number: JP10040999A
Authority: JP
Inventors: Kaoru Kojima; 薫兒島; Junji Saida; 淳治才田; Hiroshige Nakamura; 浩茂中村; Eiki Takeshima; 鋭機竹島
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 1998-02-09
Filing date: 1998-02-09
Publication date: 1999-08-24

Abstract

(57)【要約】【課題】連続的にかつ安定して大量に表面が10μm以
下の金属微粉末で覆われた粉末を作製する。【解決手段】スパッタリングによって粉末表面に金属
または合金を被覆する際、スパッタリングガスとしてＡ
rとＯ2および／またはＮ2の混合ガスを用い、その分圧
比を1：0.01から１：１の範囲とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、触媒、吸着剤、抗菌剤
など、金属微粉末や比表面積の大きい金属粉末を必要と
する用途に使用される、表面が微粉末で覆われた粉末を
作製する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】粒径が１０μｍ以下の金属微粒子、特に
１μｍ以下の金属超微粒子は、主にその比表面積の大き
さから、磁気的、光学的、電気的および熱伝導的等の各
種特性、さらには反応性や焼結性などにおいて、通常の
金属塊とは全く異なる優れた性質を示し、粉末冶金、磁
性、触媒、耐熱、極低温、溶接および医療等の多様な分
野において優れた材料として利用できる。また１０μｍ
以上であっても、表面の凹凸が非常に多いあるいは多孔
質であるといった比表面積の大きい粉末は同様の目的に
利用することができる。

【０００３】従来、このような金属微粒子または比表面
積の大きな金属粉末を製造する方法としては、アークプ
ラズマ法(特開平2−50963等)、溶液還元法(特開平1−32
282等)、カルボニル化合物の気相熱分解法(特開昭63−2
70405等)などがある。また特開昭60−39106には微細な
突起を持った基板上にスパッタリングさせ、基板上に超
微粒子を堆積させた後基板から分離することにより、超
微粒子を製造する方法が記載されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の方法は
いずれも生産性が低い、回収率が悪い、作製できる金属
・合金の種類が限定されるなどの問題点を持ち、連続的
にかつ安定して大量に多種類の金属微粉末を製造できる
方法が無いのが現状である。本発明は、このような問題
を解消すべく案出されたものであり、表面が平均粒径10
μm以下の微粉末で覆われた粉末を作製する方法を提供
することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、その目的を達
成するため、スパッタリングによって粉末表面に金属ま
たは合金を被覆する際、スパッタリングガスとしてＡr
とＯ2および、またはＮ2の混合ガスを用い、その分圧比
を1：0.01から１：１の範囲とすることで、平均粒径が
0.1μｍ〜10mmの粉末の表面に平均粒径が10μm以下の微
粉末を析出させることを特徴とする。この際、粉末を収
容する回転容器の周速は100〜500cm/minであることが、
またスパッタリングガスの圧力は0.1〜10Paであること
が望ましい。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明に使用する装置は、本発明
者らが開発した粉末スパッタリング装置が最適である。
たとえば本発明者らが開発した、粉末を入れた容器を回
転させることにより形成した流動層に金属をスパッタリ
ングする装置（特開平２−１５３０６８号公報）を使用
すれば、粉末一粒ずつの表面に金属または合金を被覆す
ることができる。スパッタリング法以外に、真空蒸着法
やイオンプレーティング法などでも被覆できるが、スパ
ッタリング法は被覆できる金属・合金の種類が非常に多
く、高融点金属や個々の成分金属の蒸気圧が大きく異な
る合金も被覆できることから最も望ましい。

【０００７】通常のスパッタリングでは、金属をコーテ
ィングするためのスパッタリングガスとして不活性ガス
であるＡrが用いられる。粉末スパッタリングの場合も
通常はＡrを用いており、この場合粉末表面には膜状の
金属層が形成される。

【０００８】これに対して本発明では、スパッタリング
ガスとしてＡrとＯ2および／または、Ｎ2の混合ガスを
用いることによって、粉末表面に微粉末状の金属付着物
を形成させもしくは金属層を形成するものである。この
理由は、Ｏ2および／またはＮ2の存在により粉末表面に
付着した金属の核同士の結合が押さえられ、それぞれの
核が別々に成長することによる。さらに粉末スパッタリ
ングでは、スパッタ中粉末は常に流動しているため、粉
末同士が擦れ合ってそれぞれの粉末に付着している核同
士が結合し、粉末状に成長すると考えられる。あるいは
金属の核が付着するのは流動層の表面に出ている粒子だ
けであるから、核同士の結合が押さえられた状態で表面
から中へもぐり込み、そのまま安定して微粉末となる。
スパッタガスがＡrのみの場合は核の表面が長時間活性
であるため、再び流動層の表面に出た際に新たに付着し
た核と結合して膜を形成しやすい。

【０００９】ＡrとＯ2およびまたはＮ2の分圧比は１：
0.01〜１：１の範囲である。さらに１：0.05〜１：0.5
の範囲がより好ましい。１：0.01以下ではＯ2および／
またはＮ2ガスを導入した効果が得られない。また１：
１以上では微粉の粒径がほとんど変わらないうえ、スパ
ッタ速度が大きく低下するため好ましくない。さらにＯ
2を使用した場合は拡散ポンプのオイルの劣化が激しく
なるため適当でない。

【００１０】また、本発明に用いられるスパッタガスの
圧力の範囲は0.1〜10Paであり、さらに好ましくは0.3〜
7Paである。0.1Pa未満ではスパッタガスの量が少ないた
め放電が安定しない。またガス圧が高いほど微粉の粒径
は小さくなるが、10Paを越えても粒径がほとんど変わら
ないうえ、スパッタ速度が遅くなるため生産性が低くな
る。

【００１１】本発明における微粉化の程度は粉末の移動
速度によっても影響される。基材となる粉末およびスパ
ッタする金属・合金が同じであれば、粉末の移動速度が
大きいほど基材の表面に付着した金属・合金の微粉化す
る割合が増え、さらに微粉の粒径も細かくなる。粉末の
移動速度は粉末を収納する回転バレルの周速によって規
定することができ、その範囲は100〜500cm/minが望まし
い。バレルの周速が100cm/min未満では粉末の移動速度
が小さいため粉末同士の擦れ合いが少なく、また１つの
粒子が流動層の表面に滞留する時間が長いのでその間に
膜を形成してしまうため、ほとんど微粉化しない。また
500cm/minを越えても微粉化の程度は変わらず、かえっ
て粉末の移動が速すぎるため、一旦粉末に付着した金属
が脱落し回転容器等にこびりついて回収困難になる。

【００１２】微粉末を被覆する基材となる粉末として
は、平均粒径が0.1μｍ〜10mmの金属、セラミックス、
有機の粉末（粒状体を含む）を使用することができる。
平均粒径が0.1μm以下では基材自体が十分細かいので、
微粉末の被覆による比表面積増大の効果が得られない。
一方、平均粒径が10mm以上では、個々の粒子がほぼ常に
流動層の表面に滞留している状態であるため微粉化し難
い。また、微粉化する金属・合金は通常のスパッタリン
グに使用できるものであれば全て可能である。たとえば
金、銀、白金などの貴金属、チタン、タングステン、タ
ンタル等の高融点金属、銅、アルミニウム、亜鉛、ニッ
ケルなど全て可能である。またこれらの2元または３元
以上の合金も全て微粉化することができる。

【００１３】

【実施例】実施例１〜10：平均粒径3mmのポリエチレン
ペレットを粉末スパッタリング装置の回転バレルに装入
し、3×10^-2Paまで排気後、ＡrおよびＯ2を表1および表
２の分圧比で、またＡrおよびＮ2を同表の分圧比で流し
た。この時全体のガス圧は全て3Paであった。このバレ
ルを周速が200cm/minとなるように回転させながら、ポ
リエチレンペレットに対して抗菌性金属であるＡgを100
Wでスパッタした。得られたＡg被覆ペレットをSEM観察
し、表面に付着しているＡg微粒子の平均粒径を求め
た。また各試験前後のＡgターゲットの重量変化から、
それぞれのスパッタ速度(単位電力量当たりのスパッタ
されたＡgの重量)を求めた。

【００１４】次に各Ａg被覆ペレットをポリエチレン樹
脂に1重量％混合し、射出成形により5cm×5cmの板状試
験片を作製した。この試験片に大腸菌を含む溶液0.5ml
を滴下して、滅菌ポリエチレンフィルムで覆い35℃で24
時間湿潤状態で静置した後、菌数を測定した。評価は、
減菌率が９９％以上を◎、９０％以上―９９％未満を
○、５０％以上―９０％未満を△、５０％未満を×とし
ている。

【００１５】

【表１】

【００１６】

【表2】

【００１７】表１および表２の結果から、本請求範囲の
分圧比においてはＯ2またはＮ2導入によるスパッタ速度
の低下が少なく、かつ抗菌性に優れていることがわか
る。また特に、分圧比が1：0.05から1：0.5の範囲では
特性が優れていることがわかる。

【００１８】実施例１１〜１５：種々の粒径の酸化チタ
ン粉末を粉末スパッタリング装置の回転バレルに装入
し、3×10^-2Paまで排気後、Ａrを10ccm、Ｏ2を1ccm流し
た。この時全体のガス圧は3Paであった。このバレルを
周速200cm/minで回転させながら、出力500Wで酸化チタ
ン粉末に対してＣuをスパッタした。得られたＣu被覆酸
化チタン粉末をSEM観察し、表面に付着しているＣu微粒
子の平均粒径を求めた。

【００１９】表３の結果からわかるように、本請求範囲
の平均粒径の基材(酸化チタン)では表面に10μm以下の
微粒子が形成され、かつ基材の粒径よりも細かくなって
いることがわかる。

【００２０】

【表３】

【００２１】実施例１６〜１８：平均粒径100μｍのガ
ラス粉末を粉末スパッタリング装置の回転バレルに装入
し、3×10-2Paまで排気後、Ａrを10ccm、Ｎ2を2ccm流し
た。この時全体のガス圧は3Paであった。このバレルを
表2の周速で回転させながら、出力500Wでガラス粉末に
対して真鍮(60Cu-40Zn合金)をスパッタした。

【００２２】得られた真鍮被覆ガラス粉末をSEM観察
し、表面に付着している真鍮微粒子の平均粒径を求め
た。さらにターゲット減少量と、スパッタ後のガラス粉
末の分析結果から求めた回収された真鍮の量の比率を金
属回収率として求めた。

【００２３】

【表４】

【００２４】表４の結果からわかるように、本請求範囲
の周速では、10μm以下の微粉末を析出させることがで
き、かつ金属回収率も高い。特に、周速が100〜500cm/m
inの範囲で優れた特性を示す。

【００２５】実施例１９〜２３：平均粒径2μｍのアル
ミナ粉末を粉末スパッタリング装置の回転バレルに装入
し、3×10^-2Paまで排気後、ＡrとＮ2を１：0.1の割合で
流し、全体のガス圧を表4の範囲で変化させた。このバ
レルを周速300 cm/minで回転させながら、出力300Wでア
ルミナ粉末に対してTiをスパッタした。

【００２６】得られたＴi被覆アルミナ粉末をSEM観察
し、表面に付着しているＴi微粒子の平均粒径を求め
た。さらに実施例1と同様の方法でスパッタ速度を求め
た。

【００２７】表５の結果からわかるように、本請求範囲
のガス圧では、10μm以下の微粉末を析出させることが
でき、かつスパッタ速度も高い。特に、ガス圧が0.3〜7
Paの範囲で優れた特性を示す。

【００２８】

【表５】

【００２９】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、スパッタリングによって粉末表面に金属または合金
を被覆する際、スパッタリングガスとしてＡrとＯ2およ
び、またはＮ2の混合ガスを用い、その分圧比を1：0.01
から１：１の範囲とすることによって、連続的にかつ安
定して大量に表面が10μm以下の金属微粉末で覆われた
粉末を作製することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者竹島鋭機千葉県市川市高谷新町７番地の１日新製鋼株式会社技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スパッタリングによって粉末表面に金属
または合金を被覆する際、スパッタリングガスとしてＡ
rとＯ2および、またはＮ2の混合ガスを用い、その分圧
比が1：0.01から１：１の範囲であり、平均粒径が0.1μ
ｍ〜10mmの粉末の表面に平均粒径が10μm以下の微粉末
を析出させることを特徴とする、微粉末で覆われた粉末
を作製する方法。
【請求項２】粉末を収容する回転容器の周速が100〜5
00cm/minであることを特徴とする、請求項１記載の表面
が微粉末で覆われた粉末を作製する方法。
【請求項３】スパッタリングガスの圧力が0.1〜10Pa
であることを特徴とする、請求項１または２記載の表面
が微粉末で覆われた粉末を作製する方法。