JPS6299406A - 銅粉末の製造法 - Google Patents

銅粉末の製造法

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JPS6299406A
JPS6299406A JP24087585A JP24087585A JPS6299406A JP S6299406 A JPS6299406 A JP S6299406A JP 24087585 A JP24087585 A JP 24087585A JP 24087585 A JP24087585 A JP 24087585A JP S6299406 A JPS6299406 A JP S6299406A
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copper powder
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powder
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Hisao Hayashi
林 尚男
Kunihiko Yasunari
邦彦 安成
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Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、湿式法による銅微粉末の製造法に関し、J
:り詳細には粒度分布幅が小さく、良好な粒径に制御さ
れた銅微粉末を製造する方法に関する。
〔従来技術およびその問題点〕
近時、銅微粉末は電子工業分野において、金、銀、白金
、パラジウム等の貴金属に替って、その価格の安定性、
優れた電気的特性のために厚膜回路用導電性ペースト材
料として実用化されつつある。ペース1〜+J斜として
銅粉に要求される特性としては、適度な粒度分布を持つ
微粉(通常〜3μm以下)であること、分散性に優れて
いること、相互接触しやすい形状(粒状が好ましい)で
あること、耐酸化性があり高純度であること等である。
銅微粉末を得る従来の方法としては種々の方法が提案さ
れている。微粉末の定義は明確に確立されている訳では
ないが、本発明に関連する粒径範囲である約5μm以下
の平均粒径を持つ銅微粉の製造方法としては、熔融銅を
霧化さけるア1〜マイズ法、陰極上への電解析出法、お
J:び銅を機械的に粉砕する方法などがある。しかしな
がら、上記の従来方法は平均粒径が通常10μm以上と
人びく製造後何らかの分級操作を加えて初めて5 tl
pn以下の両分が19られ、それも粒度分布が広くしか
も粒径制御が困難であるどいつだペース1〜用材別とし
て使用するには欠点がある粉末しか製造できない。
また、次のように不活性ガス中で銅を強制蒸発させるい
わゆるガス中蒸発法、プラズマ炎中に銅粗粉を吹込lυ
で揮発凝集さlるブラズン炎法、水素富化ガス中でアー
クプラズマににり製造1ノるいわゆる水素プラズマ法、
および銅イオン溶液に水素化ホウ素ナトリウムを加えC
銅超微粉末を37元析出させる方法(特聞昭巳j8−2
2’l 103)’=rどの従来方法は、]l均粒径が
通常0.1ttm以下と小さく、嵩高で、比表面積が大
きくて酸化しやすくしかも吸油量が大きいという欠点が
ある。また設備が高価で量産性に乏しいという欠点もあ
る。
さらに、炭酸銅の溶液からヒドラジンにより還元析出さ
れる従来方法(特開昭59−12723)は、固体炭酸
銅を含む銅の溶液に限定されている。
ところで、銅イオンがヒドラジンあるいはヒドラジン化
合物にJ:り還元されて金属銅として析出することは公
知であるが(新実験化学講座8.1無機化合物の合成(
1)」発行 東京化学同人)、これらのヒドラジン(化
合物)による銅イオンの還元方法によると微細な銅粉末
も得られるが粒度分布が広く、しかも片状の粗大析出物
が混入し、嵩高で、形状も不規則であり、しかも粒径の
制御が困何で一定品質の銅粉末が得られにくいという欠
点がある。
最近になって提案された従来方法には酸化銅粉末とヒド
ラジン類との還元反応により銅粉末に析出させる方法が
ある(特開昭59−16303号公報)。しかしながら
、反応系内に水溶性高分子化合物の保護コロイドを初め
から共存させておくこと、および均一かつ微細な所望の
銅粉末を得るためには出発原料の酸化銅も均一かつ微細
なもの5             Q/ を準備することが必要である。
この発明はこれらの従来方法の問題点を解消すべくなさ
れたものであり、その目的は約3μm以下の適度の粒径
に容易に制御することができるとともに、粒度分布幅の
小さい粉末を製造することができる方法を提供すること
である。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明者らは、種々の研究を重ねた結果、水酸化銅スラ
リーにヒドラジンおJ:び/またはヒドラジン化合物を
添加して17られた酸化銅スラリーを、ヒドラジンおよ
び/またはヒドラジン化合物ににって銅粉末に還元析出
させ、必要に応じて後処理を行なうことによって、この
発明の目的の達成に有効であることを見出してこの発明
を完成するに到った。
この発明の好ましい態様として、得られた銅粉末をアル
コールで、更に必要に応じて脂肪酸溶液で後処理するこ
とができる。
この発明の好ましい別の態様として、得られた銅粉末を
順次ニカワ液、水、アルコールで、更に−〇 − 必要に応じて脂肪酸溶液で後処理することができる。1 この発明の伯の態様どじて、水酸化銅スラリーをp H
3−7、液温20〜60℃の条件で銅イオン含有水溶液
にアルカリを添加して得られた反応混合物ど号ることが
できる。
この発明の別の態様として、酸化銅スラリーを形成する
にあたり酸化銅スラリーの[)14を3〜6、温度を3
30・・〜90’Cに保持しながら、ヒドラジンお、(
、び7″またはヒドラジン化合物を、酸化銅を形成4る
(4−必要な理論量の1〜3倍量添加することができる
3゜ この発明の別の態様どじで、銅粉末に還元析出せしめる
に当たり、酸化銅スノリーの温度を30〜・・80℃に
保持しながらヒドラジンおよび/またはヒドラジン化合
物を、酸化銅を金属銅に還元りるに必要な理論量の1〜
3倍量添加することができる。
この発明の好ましい態様として、酸化銅が実質的に!I
IIIli!i化銅からなるものとりることができる。
以下、この発明をより具体的に説明づる。
水酸化銅スラリー この発明により銅粉末の製造法において用いられる水酸
化銅スラリーは、粉状水酸化銅が水性媒体中で分散した
ものである。このスラリーの調製は、水酸化銅粉末を水
性媒体中に分散さ1士で行なうことができるが、好まし
くは、銅イオン含有水溶液にアルカリを添加し−C水酸
化銅スラリー(反応混合q’t、、 >を得ることによ
って行なう。
これは、後者にJzっで、例えば約10ミクロンの粒径
の栗のいが′状で粒度の揃ったスラリーが得られるから
である。このスラリー中の水酸化銅は、微細でありかつ
粒度の揃ったものが望ましい。したがって、スラリーの
調整法として水性媒体中に水酸化銅粉末を分散4る場合
、微細かつ均一な粉末を準備することが望ましい。
水酸化銅スラリーの調製のために、銅イオン含有水溶液
とアルカリとの反応混合物を用いる場合、銅イオン含有
水溶液どじ−Cは、銅イオンどして含有する溶液であれ
ばその種類を特に限定されないが、入手容易な硫酸銅、
硝酸銅、塩化銅およびシアン化銅などの水溶液を用いる
ことができる。この発明においで銅イオンは1価または
2価であり、溶液中の形態、例えば錯体などの形態に限
定され4jい。水酸化物スラリーの調製において用いる
アルカリには、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、ア
ンモニア、炭酸ナトリウム、炭酸カリウムなどがあり、
好ましくはアンモニアである。水酸化銅スラリーの調製
にあたって液温を20℃〜60℃に保持り−ることか望
ましい。20℃未満では水酸化銅スラリーの生成が不十
分であり、他力60°Cを超えると水酸化銅スラリーの
再溶解を招くおそれがあるからである。同様に反応系中
におけるp]−1は3〜・7であり、より好ましくは4
〜6.5である。これは、L) Hが3未満の強い酸性
領域では水酸化銅の生成が困難であり、7を超えるpH
では水酸化銅の再溶解が起るからである。銅イオン含有
水溶液の濃度は、溶液の種類、アルカリの種類、所望の
水酸化銅粉末の粒径などのパラメータに応じ−C8宜変
更することが望ましい。
−q  −凸、 =  8 − 酸化銅スラリー この発明にお1ノるヒドラジンおよびヒドラジン化合物
は、第1に水酸化銅スラリーから酸化銅スラリーを得る
のに用いられる。この方法に用いることのできるヒドラ
ジン化合物としては、抱水ヒドラジン、無水ヒドラジン
、liQMヒドラジンなど種々の化合物がある。これら
ヒドラジンおよびヒドラジン化合物はヒドラジン単独、
ヒドラジン化合物単独、もしくはヒドラジンとヒドラジ
ン化合物の混合物、またはこれらと溶媒どの況合液とし
て反応に供される。例えば、抱水ヒドラジンが好ましい
。酸化鋼スラリー生成に用いられるヒドラジンなどの添
加量は、その生成に必要4j理論量以上であるが、好ま
しくはそのJjv論吊の1〜3倍量である。これは論理
量未満では反応が完結せず未反応の銅化合物が残留し、
3倍吊を超えると過剰のヒドラジンが浪費されて経汎的
で/、rいからである。いずれにしでもヒドラジン(ヒ
ドラジン化合物)の添加量は、ヒドラジン添加反応時の
温度、pHおよび所望の反応完結時間に応じて適切に決
定されることが望ましい。
この発明における銅酸化物スラリーは、水酸化銅スラリ
ーをヒドラジンおよび/またはヒドラジン化合物を添加
して得られたものであり、銅の酸化状態は、1価おJ:
び/または2価であり、好ましくはこの酸化物は実質的
に亜酸化銅である。
水酸化銅粉末をヒドラジン類と反応させることにより水
酸化銅粒子の約10分の1の粒径を有するものとなると
考えられる。したがって、酸化銅スラリー調製に際して
用いられる水酸化銅スラリーは、所望の銅粉末の粒径を
得るために、均一かつ微細な水酸化銅粒子を含有するこ
とが望ましい。
銅イオン含有液とアルカリとの反応混合物をそのままこ
の反応の水酸化銅スラリーとして使用することができる
が、水酸化銅粒子の粒径おJ:び温度の制御を行った後
に反応に供してもよい。この制御によってより良好な粒
度および粒径分布を有する銅粉末を得ることが可能とな
る。酸化銅スラリー調製において、水酸化銅スラリーの
液温を30〜90℃、好ましくは40〜80℃に維持す
ることが望ましい。これは渇+fが30℃未満であると
反応速度を遅らせて生成覆る粉末を凝集さけ、逆に90
℃を超えると反応が激しく起こ−〕で得られる粉末の粒
度分布が広くなると同時に粒子の粗大化が起こるからで
ある。酸化銅スラリー調製において、水酸化スラリーの
pHを3〜6に酸またはアルカリを添加して調節づるこ
とが望ましい。これはこのpH範囲から外れると反応生
成物の収率が低下して好ましくないからである。
銅粉末の析出 この発明において銅粉末は、酸化銅スラリーとヒドラジ
ンおにび/J:たはヒドラジン化合物とを反応させ、還
元析出させてlr/られる。
この反応において用いられる酸化銅スラリーは、所望の
銅粉末の粒度および粒度分布とJ゛るために、均一かつ
微細な酸化銅粒子を含有することが望ましい。水酸化銅
スラリーとヒドラジン類との反応混合物をそのまま還元
反応に供してもよいが、酸化銅の粒径および濃度の制御
を行なった後に還元反応に供することができる。この制
御ににって、J:り良好な粒度および粒径分布を有する
銅粉末を得ることができる。
この発明においてヒドラジンおよび/またはヒドラジン
化合物は、第2に酸化銅スラリーから銅粉末を得るのに
用いられる。この段階で用いられるヒドラジン化合物と
しては、抱水ヒドラジン、硫酸ヒドラジン、無水ヒドラ
ジンなど種々の化合物があるが、好ましい化合物は抱水
ヒドラジンである。これらヒドラジン類は単独もしく溶
液として反応に供される。銅粉末の析出に用いられるヒ
ドラジン類の添加量は、その析出に必要な理論量以上で
あるが、好ましくはその理論量の1〜3倍量である。こ
れは理論量未満では反応が完結せず、未反応の銅化合物
が残留し、逆に3倍量を超えるとヒドラジン類が過剰に
残留し非経済的だからである。いずれにしても、ヒドラ
ジン類の添加量は、ヒドラジン添加反応時の温度、p 
l−1および所望の完結時間に応じて適切に決定される
銅粉析出において、酸化銅スラリーの温度を30〜80
℃に設定する。これは、30℃未満で−13−^ は反応速度が遅くて生成粉末の凝集が大ぎくなり、一方
80℃を超えると反応が激しくて得られる銅粉末の粒度
分布が広くなると同時に粒子が粗大化するためである。
肚匂tOW肛旦 この発明において還元析出された銅゛粉末は、通常の自
然重力口過あるいは減速口過による固液分離および水洗
浄の後、必要に応じて後処理に施される。この発明にお
いて好ましい後処理として次の態様を挙げることができ
、この処理後に分散状態の銅粉末を得る。
(a)  銅粉末をアルコールで処理する。
(b)  銅粉末をニカワ、水、アルコールで順次処理
する。
(C)  銅粉末をアルコール、脂肪酸で処理する。
(d)  銅粉末をニカワ、水、アルコール、脂肪酸で
順次処理する。
この後処理で用いられるアルコールは、銅粉末の表面に
付着した水分を置換除去するために使用され、その目的
に反しない限りアルコールの種類は限定されイ1い。こ
の発明において好ましいアルl−ルにはメタノール、−
■−タノールがある。
この後処理で用いられるニカワは、銅粉末の凝集を抑制
し−C粉末の高密19を高めるために使用される。この
操作におい−Cニカワ水溶液の温度は例えば0.5〜1
.oqinであり、イの添加量は銅粉末車量に対して例
えば0.1〜0.5重量%である。
この後処理において、アルニj−ルによる水分除去の後
に、必要に応じて銅粉末に脂肪酸を添加処理し、銅粉末
に耐酸化性を付!コすることができる。
この操竹にあい−C使用する脂肪酸はステアリン酸、オ
レイン酸、リノール酸等、好ましくはオレイン酸を1f
lffo、1〜0.5容量%のアル」−ル溶液として銅
微粉末に対し0.005〜0.2重量%添加処理する。
脂肪酸はtllなる表面吸着だけでなく、例えばオレイ
ン酸銅といった保護膜を形成し耐酸化性の機能をイζ1
与づるものと考える。
この様にして得られた銅微粉末は真空乾燥、凍結乾燥等
の特殊な乾燥法を使用覆ることなく、通−11= 常の乾燥法にて温度60−90’Cで乾燥覆ることによ
って直径3/1TrL以下の高純度銅微粉末とづ−るこ
とができる。
〔発明の作用おJ、び効果〕
この発明の製造法によって次のにうな作用・効果を得る
ことができる。
(a)  この発明の製造法にJ:って、約3μm以下
の適度の粒径および狭い粒石分布幅を右する銅微粉末を
得ることがて゛さる。これは、反応の機構は必ずしも明
らかではt【いが、この発明の製造方法の各段階におり
る反応が溶液中bb<はスラリー中で行なわれること6
3 J、び銅粉末の形成反応が、直接に一段階で行なう
のではなく、多段階的に行なわれるためだと考えられる
(b)  この発明の方法のそれぞれの段階で中間生成
物の粉末物性を制御づ゛ることにより最終的な銅微粉末
の物性を制御できるので、従来方法(特開昭59−11
6303)で必要とされるような凝集防止剤などの処理
剤を反応の初めから添加して粉末の物性を制御する必要
がなく、しかも処理剤の後工程への影響が起こりえない
(C)  最終的に銅微粉末が生成した後で酸化防止処
理等の後処理を行えるので、これら後処理を制御4るこ
とにより多方面の用途に適した銅粉をつくることができ
る。即ち本発明の銅粉の主たる用途とした厚膜導電ペー
スト用以外の用途において本発明の後処理が不要あるい
は悪影響を及ぼす場合には該後処理を省略して膠あるい
は脂肪酸を付着させずに、例えば不活性ガス雰囲気を保
って酸化させないようにして次の用途に供することもで
きる。発明の初めから処理剤を共存させる従来技術で・
はこのような多様性が得られない。
(d)  この発明の製造法において、原料はいずれも
入手が容易でありかつ取扱いも容易であり、反応条イ′
1はいずれも穏やかであり、スラリーまたは溶液中で反
応が行なわれるので簡単な設備でこの製造法を実施する
ことができる。
以トのごどく、本発明によると、従来困難とされていた
直径3ミクロン以下の銅微粉末を簡単な設備で大船に高
収率で製造できるという効果を有する。さらに電子部品
用ペースト祠利とし゛C必要な粒度分布幅の小さい、分
散性の良好2i、(I<比表面積、高タップで耐酸化性
を右りる高純度微粉末であるといった特性をb有り−る
〔実 施 例〕
以下この発明を実施例にjRづいてさらに具体的に説明
する。しかしながら、この例はこの発明の理解のためで
あり、この発明の節回をこの例に限定しようとするもの
ではない。
実施例1 硫酸銅80kgを水に溶解し、温度を40℃に保持しな
がらアンモニア水を添加し、水溶液のp[−1を4.0
に調整し調水酸化物スラリーを形成後、水を添加し全油
量を160リツ1〜ルどする。
次いで温度を50℃、pt−14,0を保持しながら抱
水ヒドラジン6.01Kg(PI!論量の1.5倍)を
添加し、60分間反応さti酸化銅スラリーを生成さけ
る。反応終了後60分間静首し、上澄液を除去し、水を
添加し全油量を160リツ1〜ルどづ−る。
次に温度50℃を保持しながら、抱水ヒドラジン8.0
1Kl理論昂の2倍)を添加し、60分間反応させる。
これにより酸化銅は還元されて金属銅粉末となる。
次いでこれを自然重力濾過器により濾過し、水にて洗浄
後、膠m度0.5y/βの膠溶液40リツトルを通液濾
過(水にて通液洗浄濾過、メタノール18リツトルにて
通液濾過、オレイン酸濃度0.2容量%のメタノール溶
液9リツトルにて通液濾過)の各処理をした後、渇11
ff80℃の通常雰囲気で乾燥し銅微粉末20Kgを得
た。この収率は98%であった。
得られた銅微粉末は分散性の良好な粒度分布幅の小さい
、粒径1.25ミクロン(最大粒子径2ミクロン以下)
、比表面積0.73TIi10r、タップ密度3.68
9/CC,酸素品位0.26%の不純物を殆んど含まな
い高純度銅微粉末であった。
この粉末を大気中に4ケ月間放置後の酸素品位には殆ん
ど変化はみられず、耐酸化性の優れた粉末であることが
わかる。
また、この粉末をガラスフリッ1〜、有機バインダー、
有機溶剤とともに混練し銅ペーストとしたものをアルミ
ナ基板にスクリーン印刷し窒素雰囲気中で焼成したもの
は優れたハンダ付【:J性、接着強麿、電機伝導性を有
し、経時変化も少なく厚膜回路として充分に特性を満2
するものであった。
実施例2 硫酸銅80Kgを水212リットルに溶解し、温度40
℃に保持しながらアンモニア水31リツトルを添加し、
水溶液のpHを6.5に調整し調水酸化物スラリーを形
成後、水を添加し全液量を320リツトルとする。
次いで温度40°C,l)H/1.、Oを保持しなから
抱水ヒドラジン6.01Kgを添加し、60分間反応さ
せ酸化銅スラリーを生成さぜる。反応終了後60分間静
置し、上澄液を除去し水を添加し全液量を320リツト
ルとする。
次に温度50℃を保持しなから抱水ヒドラジン8.01
Kyを添加し、60分間反応させる。これにより金属銅
微粉末が還元析出する。
−1!J− 次いで実施例1と同じ処理を行って銅微粉末19.1g
を得た。この収率は97%である。
得られた銅粉末は分散性良好な粒径0.36ミクロン(
最大粒子径0.6ミクロン以下)、比表面積1 、80
 Td、/(Ir、タップ密度3.28g/CC。
酸素品位0.43%の不純物を殆ど含まない高純度銅微
粉末であった。
また、この粉末も実施例1で得られた粉末と同様に優れ
た耐酸化性を有し、厚膜回路として十分な特性を示すも
のであった。
比較例1 アラビアゴム2gを3000ccの水に溶解した25℃
の溶液を撹拌しながら酸化第二銅125gを添加し分散
懸濁させた。
次いで25℃の80%抱水ヒドラジン水溶液360cc
を撹拌しながら添加し、3時間で60℃まで昇温し、6
0℃で2時間保持した。その後室温まで冷却し、濾過、
水洗浄、アルコール洗浄後、40℃乾燥した。
得られた粉末は平均粒径1.2ミクロン、比表面積0.
55Td、/cc、酸素品位4.46%の粒度分布幅の
広いものであった。
また、この粉末は耐酸化安定性に劣り、大気中1ケ月放
置で殆んど酸化し凝集塊となった。
ル狡璽ユ アラビアゴム2gを3000ccの水に溶解した35℃
の溶液を撹拌しイ【がら酸化第一銅110gを添加し分
散懸濁させた。
次いで35℃の80%抱水ヒドラジン水溶液160CC
を撹拌しながら添加し、3時間で60℃まで昇渇し、6
0℃で2時間保持した。その後室温まで冷却し、濾過、
水洗浄、アルコール洗浄後、40℃で乾燥した。
得られた粉末は平均粒径0.18ミクロン、比表面積3
 、83 nt/cc、酸素品位3.97%の粒度分布
幅の広いものであった。またこの粉末も比較例1と同様
に耐酸化安定性に劣るものであった。
比較例3 炭酸銅1 oogを水2000ccに溶解し、80%抱
水ヒドラジン水溶液300ccを撹拌しながら添加し、
100℃で8時間反応さ1県だ。その後室温ま゛C冷却
し、濾過、水洗浄、アル■1−ル洗浄処理して40℃で
乾燥した。
4qられた粉末は平均粒径0.4ミクDン、比表面積1
 、67 m/gr、酸素品位1.94%の凝集の激し
い、箔の混入したものであった。
叙上の実施例に明らかなごとく、本発明による銅微粉末
のv!IJ造法は従来のh法によって得られる銅粉末よ
りその特性において優れ、かつ簡便な設備を用いて人絹
に高収率で製造しうるちので甚だイ1用な発明ぐある。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、水酸化銅スラリーにヒドラジンおよび/またはヒド
    ラジン化合物を添加して得られた酸化銅スラリーを、ヒ
    ドラジンおよび/またはヒドラジン化合物によって銅粉
    末に還元析出させ、必要に応じて後処理を行なうことを
    特徴とする銅粉末の製造法。 2、後処理が、銅粉末をアルコールで処理し、更に必要
    に応じて脂肪酸含有溶液で処理することである、特許請
    求の範囲第1項記載の銅粉末の製造法。 3、後処理が、銅粉末を順次ニカワ溶液、水、アルコー
    ルで処理し、必要に応じて更に脂肪酸含有溶液で処理す
    ることからなる、特許請求の範囲第1項記載の銅粉末の
    製造法。 4、水酸化銅スラリーが銅イオン含有水溶液とアルカリ
    との反応混合物である、特許請求の範囲第1項記載の銅
    粉末の製造法。 5、銅イオン含有水溶液とアルカリとの反応に際し、p
    Hを3〜7に、液温を20〜60℃に維持する、特許請
    求の範囲第4項記載の銅粉末の製造法。 6、酸化銅スラリーを形成するに際し水酸化銅スラリー
    のpHを3〜6に、温度を30〜90℃に維持しながら
    、ヒドラジンおよび/またはヒドラジン化合物を、酸化
    銅を生成するに必要な理論量の1〜3倍量添加する、特
    許請求の範囲第1項記載の銅粉末の製造法。 7、銅粉末に還元するに際し酸化銅スラリーの温度を3
    0〜80℃に維持しながら、ヒドラジンおよび/または
    ヒドラジン化合物を、酸化銅を金属銅に還元するに必要
    な理論量の1〜3倍量添加する、特許請求の範囲第1項
    記載の銅粉末の製造法。 8、酸化銅が実質的に亜酸化銅である、特許請求の範囲
    第1項記載の銅粉末の製造法。
JP24087585A 1985-10-28 1985-10-28 銅粉末の製造法 Granted JPS6299406A (ja)

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