JPH11335176A - セラミック粉末の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 セラミックス原料粉体におけるセラミックス
主成分原料粒子に対する添加物成分の凝集等による偏析
を防止し、添加物が均一に分散したセラミックス原料粉
体を得る。 【解決手段】 セラミック主原料成分粒子として、その
体積基準のメジアン値が５μｍ以下で、同主原料成分粒
子の体積基準のメジアン値の１／５以下の粒子の個数が
全粒子の個数の１０％〜３０％である粒度分布のものを
使用する。そして、このセラミック主原料成分粒子を分
散媒に分散してセラミックスラリとすると共に、セラミ
ックスラリ中に添加物を水溶性の無機金属塩または水溶
性の有機金属塩として添加する。この添加物成分を前記
主原料成分粒子の表面にコーティングし、その後セラミ
ックスラリを乾燥し、セラミック粒子を析出させること
により、セラミック粉末を製造する。前記のようなセラ
ミック主原料成分粒子の体積は、走査型電子顕微鏡を使
用した画像解析により分析することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は積層セラミックスコ
ンデンサ、積層セラミックスインダクタ、積層セラミッ
クス多層基板等のセラミックス電子部品の原料なるセラ
ミックス粉末であって、セラミックスの主成分原料粉末
にセラミックス添加物を添加したセラミックス粉末とそ
の製造方法に関する。特に、セラミックスの主成分原料
粉末に対するセラミックス添加物の分散性を向上させる
ことができるセラミックス粉末とその製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】素地にセラミックスを使用したセラミッ
クス電子部品の代表的なものとして、積層セラミックス
コンデンサ、積層セラミックスインダクタ、セラミック
スバリスタ、積層セラミックスＬＣ部品、積層セラミッ
クス多層基板等がある。例えば、積層セラミックスコン
デンサの素地を形成するためのセラミックス原料粉末
は、一般に次のような工程により製造される。まず、誘
電体であるチタン酸バリウム等のセラミックス主成分原
料粉末と複数のセラミックス添加物成分との混合物に、
水と分散剤とを混ぜ、スラリとして湿式混合する。その
後、このセラミックススラリを適宜の乾燥機で乾燥する
ことにより、セラミックス粉末を得る。

【０００３】セラミックス原料粉末にセラミックス添加
物を添加する目的は大きく分けて二つある。一つは温度
特性の改善で、このような目的で添加される添加剤とし
ては、母材となる誘電体のキュリー点を変化させるシフ
タやキュリー点付近の誘電率を抑制するデフ°レッサ等
として作用する金属化合物をあげることができる。この
ような添加物はセラミックスの電気的特性を著しく変化
させるものとなる。もう一つは、粉末の低温での焼結性
を向上させることで、このような目的で添加される添加
剤としては、シリカ等の低融点化合物をあげることがで
きる。

【０００４】近年、積層セラミックスコンデンサ等のセ
ラミクス電子部品は小型化、高性能化が著しい。例え
ば、積層セラミックスコンデンサの場合、小形化と大容
量化が著しい。これに伴い、積層セラミックスコンデン
サの素地を形成する誘電体層の厚みが著しく薄くなって
きている。このような状況下において、誘電体層の中の
添加物成分の分散が不均一であると、誘電体層の電気的
特性が局部的に異なって不均一化し、積層セラミックス
コンデンサの温度特性、品質、信頼性を著しく低下させ
る。このため、積層セラミックスコンデンサの特性、品
質、信頼性を保持するためには、誘電体層の中の添加物
成分の均一な分散が不可欠である。

【０００５】誘電体層の中の添加物成分の分散は、焼成
前のセラミクス原料粉末における添加物成分の分散の履
歴にある程度依存するることが分かっている。従って、
誘電体層の中の添加物成分の均一な分散のためには、セ
ラミックス原料粉末に対する添加物成分の分散性が極め
て重要である。従来における前記のようなセラミック粉
末の製造方法では、添加物成分をセラミックスラリ中に
金属酸化物粒子として添加するが、その際、添加物原料
である金属酸化物粒子の粒径をできるだけ小さくするこ
とで、添加物成分の分散性の向上を図ってきた。

【０００６】

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、金
属酸化物粒子は粒子径が小さくなるほど凝集しやすくな
る。このため添加物原料として金属酸化物を用いた場
合、主原料成分粒子である金属酸化物粒子に対する添加
物成分である金属成分を均一に分散させるには限界があ
った。以上の課題は、積層セラミックスコンデンサ用の
セラミクス原料粉末を製造する場合だけでなく、他のセ
ラミクス電子部品用のセラミクス原料粉末を製造する場
合も同様である。

【０００７】そこで、本発明は前記従来のセラミックス
原料粉体の製造方法の課題に鑑み、セラミックス原料粉
体におけるセラミックス主成分原料粒子に対する添加物
成分の凝集等による偏析を防止し、添加物が均一に分散
したセラミックス原料粉体を得ることができるセラミッ
クス原料粉体の製造方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明では、セラミック主原料成分に対して、添加
物成分が均一に分散するためのセラミック主原料粒子の
粒度分布について検討し、セラミック主原料粒子とし
て、特殊な粒度分布を有するものを使用することとし
た。その粒度分布とは、主原料成分粒子の体積基準のメ
ジアン値が５μｍ以下で、同主原料成分粒子の体積基準
のメジアン値の１／５以下の粒子の個数が全粒子の個数
の１０％〜３０％のものである。また同時に、添加物原
料も、金属酸化物として添加することを見直し、より良
好な分散性が得られる添加物原料として、水溶性の無機
金属塩または水溶性の有機金属塩として添加するように
したものである。

【０００９】すなわち、本発明によるセラミック粉末
は、セラミック主原料成分粒子に対し添加物成分を分散
させたセラミック粉末であって、セラミック主原料成分
粒子として、その体積基準のメジアン値が５μｍ以下
で、同主原料成分粒子の体積基準のメジアン値の１／５
以下の粒子の個数が全粒子の個数の１０％〜３０％であ
る粒度分布のものを使用することを特徴とするものであ
る。前記添加物成分は、セラミック主原料成分粒子の表
面にコーティングされている。このようなセラミック主
原料成分粒子の体積は、走査型電子顕微鏡を使用した画
像解析により分析することができる。

【００１０】そして、前記のようなセラミック主原料成
分粒子を使用し、このセラミック主原料成分粒子を分散
媒に分散してセラミックスラリとすると共に、セラミッ
クスラリ中に添加物を添加し、この添加物成分を前記主
原料成分粒子の表面にコーティングし、その後セラミッ
クスラリを乾燥し、セラミック粒子を析出させることに
より、セラミック粉末を製造する。このとき、添加物原
料は、セラミックスラリ中に水溶性の無機金属塩または
水溶性の有機金属塩として添加する。

【００１１】このようにしてセラミック主成分粒子に対
して、添加物を分散させるに当たり、セラミック主成分
粒子の体積基準のメジアン値の１／５以下の粒子の個数
が全粒子の個数に対して１０％未満であると、比表面積
が減少し、添加成分が主成分の表面に析出するよりも添
加物自体への析出が支配的になるため、添加成分粒子の
凝集が多く見られるうようになり、セラミック主成分粒
子に対する添加物成分の分散が悪くなる。また、セラミ
ック主成分粒子の体積基準のメジアン値の１／５以下の
粒子の個数が全ての粒子の個数に対して３０％を越える
と、主成分の凝集が強くなり、添加成分が析出できる表
面積が減少するため、やはりセラミック主成分粒子に対
する添加物成分の偏析が多く見られるようになり、セラ
ミック主成分粒子に対する添加物成分の分散が悪くな
る。さらに、セラミック主成分粒子の体積基準のメジア
ン値が５μｍを越えても、やはり主成分の表面積が小さ
いのでセラミック主成分粒子に対する添加物成分の偏析
が多く見られるようになり、セラミック主成分粒子に対
する添加物成分の分散が悪くなる。

【００１２】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て、具体的且つ詳細に説明する。既に述べた通り、本発
明によるセラミック粉末は、セラミック主原料成分粒子
に添加物を分散させたセラミック粉末であるが、セラミ
ック主原料成分粒子として、その体積基準の粒度分布が
特殊なものを使用する。すなわち、セラミック主原料成
分粒子の体積基準のメジアン値（中央値）が５μｍ以下
で、同主原料成分粒子の体積基準のメジアン値の１／５
以下の粒子の個数が全粒子の個数の１０％〜３０％であ
る粒度分布のものを使用する。

【００１３】このようなセラミック主原料成分粒子の体
積は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を使用した画像解析
により求めることができるが、同粒子の体積基準のメジ
アン値は、下記数１から導き出される数２の条件を満た
すｒ_m を体積基準のメジアン値とする。但し、下記数１
及び数２において、ｎは全てのセラミック主原料成分粒
子の数（個）、ｒ_i はＳＥＭを使用した画像解析により
求めた粒子径（μｍ）、πは円周率、ｍは粒子径の小さ
な順から大きな順に並べたときの粒子の順番、ｒ_j は電
子顕微鏡より求めた粒子径（μｍ）である。

【００１４】

【数１】

【００１５】

【数２】

【００１６】次に、このような粒度分布を有するセラミ
ック主原料粉末を使用し、積層セラミックスコンデンサ
用のセラミックス複合粉体を製造する場合の例を説明す
る。まず、積層セラミックスコンデンサの誘電体層を形
成するためのセラミックス主成分原料として、前記のよ
うな粒度分布を有するなるチタン酸バリウム粉末を用意
する。

【００１７】このチタン酸バリウム粉末をイオン交換水
に投入し、さらに少量の添加物としての硝酸マグネシウ
ム水溶液とアンモニア水を添加し、これを３φのジルコ
ニアビーズと共にボールミルで１０時間程撹拌し、分散
し、セラミックススラリを作る。その後、セラミックス
スラリをバットに空け、高温に保ったオーブンで乾燥さ
せ、セラミックス粉末を得る。

【００１８】なお、セラミック主成分粒子としては、チ
タン酸バリウム等のペロブスカイト型構造の粒子の他、
スピネル型構造の粒子等、適宜のものを使用することが
できる。また、添加物成分は、水溶性の無機金属塩また
は水溶性の有機金属塩の少なくとも一種類を指す。この
金属としてはマグネシウム、カルシウム、ストロンチウ
ム、バリウム、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、マ
ンガン、クロム、バナジウム、コバルト、ニッケル、シ
リコン及び希土類が挙げられる。

【００１９】

【実施例】次に、本発明の具体的な実施例について、具
体的数値をあげて説明する。まず、下の表１に示すよう
な体積基準のメジアン値（中央値）と、体積基準のメジ
アン値の１／５以下の粒子の個数の全粒子に占める割合
とを有するセラミックス主成分原料となるチタン酸バリ
ウム粉末を６種類用意した。これらのチタン酸バリウム
粉末のそれぞれ１ｋｇと、硝酸マグネシウム３０ｇ（チ
タン酸バリウム１ｋｇに対して０．０５ｍｏｌ）と、３
０％濃度のアンモニア水５ｍｌとをイオン交換水５ｌに
投入し、３φのジルコニアビーズ１ｋｇと共にボールミ
ルで１０時間撹拌し、混合し、セラミックススラリを作
った。次に、このセラミックススラリをバットに空け、
２００℃の温度に保ったオーブンの中で乾燥させ、セラ
ミックス粉末を得た。

【００２０】このセラミックス粉末の添加剤成分である
マグネシウムの分散性をＥＰＭＡ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ
Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏ Ａｎａｌｙｓｉｓ）カラーマ
ッピングにより測定し、その結果、添加物成分の偏析を
評価し、その結果を表１に示した。表１における「マグ
ネシウムの偏析の点数」とは、ＥＰＭＡカラーマッピン
グにおいて、１μｍ以上のマグネシウム粒子の凝集が見
られた点数をいう。

【００２１】

【表１】

【００２２】前記表１において、セラミック主成分粒子
の体積基準のメジアン値の１／５以下の粒子の個数が全
粒子の個数に対してそれぞれ１３％、２９％である実施
例２と実施例３では、マグネシウム粒子の凝集等による
偏析が見られず、セラミック主成分粒子に対する添加物
成分の分散は良好であった。これに対し、セラミック主
成分粒子の体積基準のメジアン値の１／５以下の粒子の
個数が全粒子の個数に対してそれぞれ９％、３２％であ
る比較例１と比較例２では、マグネシウム粒子の凝集等
による偏析が多く見られ、セラミック主成分粒子に対す
る添加物成分の分散が悪かった。

【００２３】また、セラミック主成分粒子の体積基準の
メジアン値が４．７μｍであった実施例５では、マグネ
シウム粒子の凝集等による偏析が見られず、セラミック
主成分粒子に対する添加物成分の分散は良好であった。
これに対し、セラミック主成分粒子の体積基準のメジア
ン値が５．１μｍであった比較例３でも、やはりセラミ
ック主成分粒子に対する添加物成分の偏析が多く見ら
れ、セラミック主成分粒子に対する添加物成分の分散が
悪かった。

【００２４】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明によるセラミ
ック粉末とその製造方法では、セラミックス原料粉体に
おける添加物成分の凝集等によるセラミックス主成分原
料粒子に対する添加物成分の分散の偏析がなく、添加物
が均一に分散したセラミックス原料粉体を得ることがで
きる。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セラミック主原料成分粒子に対し添加物
   成分を分散させたセラミック粉末において、セラミック
   主原料成分粒子として、その体積基準のメジアン値が５
   μｍ以下で、同主原料成分粒子の体積基準のメジアン値
   の１／５以下の粒子の個数が全粒子の個数の１０％〜３
   ０％である粒度分布を有することを特徴とするセラミッ
   ク粉末。
2. 【請求項２】 前記セラミック主原料成分粒子の表面に
   前記添加物成分がコーティングされていることを特徴と
   する請求項１に記載のセラミック粉末。
3. 【請求項３】 前記セラミック主原料成分粒子の体積
   は、走査型電子顕微鏡を使用した画像解析による分析さ
   れることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の
   セラミック粉末。
4. 【請求項４】 セラミック粉末を製造する方法であっ
   て、セラミック主原料成分粒子として、その体積基準の
   メジアン値が５μｍ以下で、同主原料成分粒子の体積基
   準のメジアン値の１／５以下の粒子の個数が全粒子の個
   数の１０％〜３０％である粒度分布を有するものを使用
   し、このセラミック主原料成分粒子を分散媒に分散して
   セラミックスラリとすると共に、セラミックスラリ中に
   添加物を添加し、この添加物成分を前記主原料成分粒子
   の表面にコーティングし、その後セラミックスラリを乾
   燥し、セラミック粒子を析出させることを特徴とするセ
   ラミック粉末の製造方法。
5. 【請求項５】 添加物原料は、セラミックスラリ中に水
   溶性の無機金属塩または水溶性の有機金属塩として添加
   されることを特長とする請求項４に記載のセラミック粉
   末の製造方法。