JPH11124607A - 単結晶状ニッケル粉末の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 積層セラミックコンデンサーの内部電極用電
極材料に適した単結晶状のニッケル粉の製造方法を提供
する。 【解決手段】 ニッケル粒子を単結晶化する事で酸化を
防止し、セラミックコンデンサー焼成時の導通不良の問
題やガスが発生し誘電体セラミック層が破壊されるなど
の問題点を解決する。上記ニッケル粉末は、アルカリ土
類金属塩とアルカリ金属炭酸塩とニッケル塩を混合し、
水素を含む雰囲気で焙焼し、焙焼後アルカリ土類金属塩
およびアルカリ金属炭酸塩を酸により溶解除去すること
で得られる。前記製造方法において、アルカリ土類金属
塩の混合比率は、焙焼後生成するニッケル粉末の重量と
の重量比で０．１倍以上２倍以下が好ましく、アルカリ
金属炭酸塩の混合比率は、焙焼後生成するニッケル粉末
の重量との重量比で０．１倍以上２倍以下が好ましく、
焙焼方法は、４００℃以上６００℃以下と、添加するア
ルカリ金属炭酸塩の融点以上１３００℃以下との２段に
行うことが好ましい単結晶状ニッケル粉末の製造方法で
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、積層セラミックコ
ンデンサーの内部電極用の電極材料として使用するニッ
ケル粉末の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、積層セラミックコンデンサーは、
その小型で高容量である特徴を生かし大量に生産されて
いる。現在、製造されている積層セラミックコンデンサ
ーの内部電極の材料としては、パラジウム粉、銀−パラ
ジウム合金粉、ニッケル粉が主に使用されており、特
に、低価格化のためニッケル粉を内部電極に使用したコ
ンデンサーが主流となってきている。

【０００３】積層セラミックコンデンサーは、０．５〜
２μｍのニッケル等の粉末を有機成分と混合してペース
ト化し、得られたペーストを誘電体セラミック上にスク
リーン印刷などの方法で印刷し、それをくり返して電極
層と誘電体層を交互に積み重ね、それを焼成して形成さ
れている。焼成中にニッケル等の粉末が焼結することで
緻密な金属面が形成され、内部電極となる。

【０００４】現在、積層セラミックコンデンサーの小型
化、高容量化の進行に伴い内部電極の薄層化が進んでい
る。しかし、内部電極の薄層化により使用するニッケル
粉末の粒径も微細になり、ニッケル粉末自体の酸化が問
題となっている。酸化の進んだニッケル粉末を使用する
と、焼成後の内部電極がポーラスになり、導通不良が発
生したり、焼成中に発生するガス成分により、誘電体セ
ラミック層が破壊されるなどの問題が発生する。そのた
め、使用するニッケル粉末の酸化を防止ずる必要があ
る。

【０００５】一般に金属粉は、結晶が発達するほど酸化
が進行しないと言われており、純ニッケルで酸化を防止
するためには、ニッケル粉末の粒子１個１個が単結晶状
態であることが理想である。また、単結晶粒子の表面
は、非常に平滑となるため、粒子同士の摩擦が減少し分
散性が向上する事が期待できる。しかしながら、現在ま
でその様な単結晶状のニッケル粉を製造する方法は、提
案されていない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、前述
のニッケル粉を積層セラミックコンデンサーに用いた場
合の問題点を解決するニッケル粉の製造方法を提供する
ことである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
ニッケル粒子を単結晶化する事で酸化を防止し、セラミ
ックコンデンサー焼成時の導通不良の問題やガスが発生
し誘電体セラミック層が破壊されるなどの問題点を解決
する。

【０００８】上記ニッケル粉末は、アルカリ土類金属
塩、たとえば、アルカリ土類金属酸化物、炭酸塩、水酸
化物とアルカリ金属炭酸塩とニッケル塩を混合し、水素
を含む雰囲気、たとえば水素単独、または水素と窒素、
もしくは水素とアルゴンの混合気流中で焙焼し、焙焼後
アルカリ土類金属塩およびアルカリ金属炭酸塩を酸によ
り溶解除去することで得られる。ここで使用するアルカ
リ土類金属塩は、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、
炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、水酸化マグネシウ
ム、水酸化カルシウムの少なくとも１種であることが好
ましく、アルカリ金属炭酸塩は、炭酸リチウム、炭酸ナ
トリウム、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水
素カリウムの少なくとも１種類であることが好ましく、
ニッケル塩は、水酸化ニッケル、酸化ニッケル、塩基性
炭酸ニッケルの少なくとも１種であることが好ましい単
結晶状ニッケル粉末の製造方法である。

【０００９】前記製造方法において、アルカリ土類金属
塩の混合比率は、焙焼後生成するニッケル粉末の重量と
の重量比で０．１倍以上２倍以下が好ましく、アルカリ
金属炭酸塩の混合比率は、焙焼後生成するニッケル粉末
の重量との重量比で０．１倍以上２倍以下が好ましく、
焙焼方法は、４００℃以上６００℃以下と、添加するア
ルカリ金属炭酸塩の融点以上１３００℃以下との２段に
行うことが好ましい単結晶状ニッケル粉末の製造方法で
ある。

【００１０】

【発明の実施の形態】一般に金属粉末は、粉末粒子１個
が単結晶に近づくほど耐酸化性が向上すると言われてい
る。そのため、本特許では、生成するニッケル粉末１個
１個を可能な限り単結晶にすることを目的とした。

【００１１】本発明の単結晶状ニッケル粉末は、以下の
ようにして得られる。本発明に用いるアルカリ土類金属
塩、たとえば、アルカリ土類金属酸化物、炭酸塩、水酸
化物は、それぞれ酸化マグネシウム、酸化カルシウム、
炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、水酸化マグネシウ
ム、水酸化カルシウム単独あるいは、混合物であること
が好ましい。以上のアルカリ土類金属酸化物、炭酸塩、
水酸化物等を総称して以下アルカリ土類金属塩と呼ぶこ
ととする。アルカリ土類金属塩は、融点が２０００℃以
上であり、金属ニッケルとの反応もない。また、アルカ
リ土類金属塩は、金属との濡れ性が悪いため、金属同士
の焼結を防止し、生成するニッケル粉末が粗大化するこ
とを効果的に防止する。

【００１２】また、本発明に用いるアルカリ金属炭酸塩
は、それぞれ炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリ
ウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム単独ある
いは、混合物であることが好ましい。以上のアルカリ金
属炭酸塩を総称して以下アルカリ金属炭酸塩と呼ぶこと
とする。

【００１３】このアルカリ金属炭酸塩は、その塩の溶融
温度以上まで昇温することによりフラックスとしてはた
らく。アルカリ金属炭酸塩は、溶融する事によりニッケ
ルを溶解すると言われており、アルカリ金属炭酸塩溶融
体のなかでは、ニッケル粉末の溶解析出反応が進行す
る。この溶解析出反応と高温により、ニッケル粒子の単
結晶化が進行する。

【００１４】上述のアルカリ土類金属塩の焼結防止効果
を効果的に発揮させるためには、ニッケル原料とアルカ
リ土類金属塩が均一に混合されている必要がある。その
ため、焙焼前の原料は、アルカリ土類金属塩とニッケル
原料を固体同士でボールミルなどの粉砕混合機を使用し
て均一に混合する方法やアルカリ土類金属塩の水溶性塩
溶液とニッケルの水溶性塩溶液を混合し、苛性アルカリ
や炭酸アルカリで共沈物を生成させる方法などで出来る
だけ均一に混合する必要がある。

【００１５】この混合が不十分であると焙焼後のニッケ
ル粉末中のニッケルが均一に分布せず、粗粒が発生す
る。また、アルカリ土類金属塩の分布が不均一であると
アルカリ土類金属塩の少ないところでは、生成ニッケル
粉末同士の焼結が進行し粗大粒子が生成する。

【００１６】また、アルカリ金属炭酸塩との混合は、ア
ルカリ金属炭酸塩の溶融温度以上に昇温させることによ
って、アルカリ金属炭酸塩が液体となるため、それほど
の強混合を必要としない。

【００１７】焙焼雰囲気は、ニッケル塩を還元する必要
から還元剤である水素を添加し還元雰囲気とする必要が
ある。還元焙焼は、２段階で行うのが効果的である。１
段目の還元温度が４００℃以下ではニッケルの還元が不
十分となり２段目の高温焙焼時にニッケル塩とアルカリ
土類金属塩が反応し、難還元性化合物を生成する。１段
目の温度が６００℃以上では、ニッケル塩とアルカリ土
類金属塩が反応し、難還元性化合物を生成する。

【００１８】２段目の焙焼温度が添加アルカリ金属炭酸
塩の融点以下では、上記のニッケルの溶融析出反応が進
行せず、ニッケル粉末の単結晶化が出来ない。また、１
３００℃以上では、粒子の焼結が進行し、得られるニッ
ケル粉が粗大となる。

【００１９】アルカリ土類金属塩の混合比率が焙焼後生
成するニッケル粉末の重量との重量比で０．１倍以下で
は、焙焼中のニッケル粉末の焼結や融着を防止できず、
得られるニッケル粉末が粗大化する。また、２倍以上で
は、焼結や融着の防止効果に向上が見られず、後工程で
のアルカリ土類金属塩の溶解に使用する酸量が増加する
だけである。

【００２０】アルカリ金属炭酸塩の混合比率が焙焼後生
成するニッケル粉末の重量との重量比で０．１倍以下で
は、アルカリ金属炭酸塩の熔体がニッケル粉全体に行き
渡らず、単結晶化したニッケル粉末と単結晶化していな
いニッケル粉末が混在する。また、２倍以上では、単結
晶化に向上が見られず、後工程での溶解に使用する酸量
が増加するだけである。

【００２１】アルカリ土類金属塩、アルカリ金属炭酸塩
を溶解する際に使用する酸は、アルカリ土類金属塩、ア
ルカリ金属炭酸塩を溶解可能な酸ならば有機、無機問わ
ず使用可能であるが、工業的には、安価な硫酸もしくは
塩酸が適当である。

【００２２】

【実施例】

（実施例１）試薬塩基性炭酸ニッケル２４０ｇと試薬水
酸化マグネシウム５０ｇを１リットルの純水中に懸濁さ
せ、直径５ｍｍのジルコニアボールを使用して１２時間
粉砕混合を行い、ボールを分離して懸濁液を得た。得ら
れた懸濁液を吸引ろ過でろ別し、残さを８０℃で１６時
間大気乾燥を行った。得られた乾燥物を試薬無水炭酸ナ
トリウム２０ｇとともに乳鉢で塊砕し水素気流中５００
℃で１時間焙焼を行い、その後１０００℃に昇温し１時
間保持した。焙焼後に得られた焙焼物を１リットルの純
水中に懸濁させ、１０３ｇの試薬１級硫酸を純水３００
ｍｌで希釈した溶液を添加して３０分間撹拌し、マグネ
シウム塩、ナトリウム塩を溶解した。マグネシウム塩、
ナトリウム塩の溶解後吸引ろ過し、ろ別したニッケル粉
末は、１リットルの純水で２回水洗し、６０℃で１２時
間真空乾燥を行った。

【００２３】以上の操作で９４ｇのニッケル粉末を得
た。得られたニッケル粉末を走査電子顕微鏡で観察した
ところ、平均粒径が約１μｍの角張った結晶面の発達し
た粒子であった。

【００２４】また、得られたニッケル粉末をミクロトー
ムで切断し、透過電子顕微鏡で生成ニッケル粉末の断面
を観察したところ、ほとんどの粒子が粒界が認められな
いか、１個の粒界しか認められなかった。

【００２５】（実施例２）試薬塩基性炭酸ニッケル２４
０ｇと試薬水酸化マグネシウム１００ｇを実施例１と同
様に純水中に懸濁させ、粉砕混合を行い、ろ別し、大気
乾燥を行った。得られた乾燥物を試薬無水炭酸カリウム
５０ｇとともに乳鉢で塊砕し水素気流中６００℃で１時
間焙焼を行い、その後１１００℃に昇温し１時間保持し
た。焙焼後に得られた焙焼物を１リットルの純水中に懸
濁させ、２１２ｇの試薬１級硫酸を純水５００ｍｌで希
釈した溶液を添加して３０分間撹拌し、マグネシウム
塩、カリウム塩を溶解させた。マグネシウム塩、カリウ
ム塩の溶解後吸引ろ過し、ろ別したニッケル粉末は、１
リットルの純水で２回水洗し、６０℃で１２時間真空乾
燥を行った。

【００２６】以上の操作で９６ｇのニッケル粉末を得
た。得られたニッケル粉末を走査電子顕微鏡で観察した
ところ、平均粒径が約０．８μｍの角張った結晶面の発
達した粉末であった。

【００２７】また、得られたニッケル粉末をミクロトー
ムで切断し、透過電子顕微鏡で生成ニッケル粉末の断面
を観察したところ、ほとんどの粒子が粒界が認められな
いか、１個の粒界しか認められなかった。

【００２８】（実施例３）試薬酸化ニッケル１２８ｇと
試薬水酸化マグネシウム２０ｇを実施例１と同様に純水
中に懸濁させ、粉砕混合を行い、ろ別し、大気乾燥を行
った。

【００２９】得られた乾燥物を試薬無水炭酸ナトリウム
１０ｇとともに乳鉢で塊砕し水素気流中４５０℃で１時
間焙焼を行い、その後９００℃に昇温し１時間保持し
た。焙焼後に得られた焙焼物を１リットルの純水中に懸
濁させ４２ｇの試薬１級硫酸を純水２００ｍｌで希釈し
た溶液を添加して、３０分間撹拌し、マグネシウム塩、
ナトリウム塩を溶解した。マグネシウム塩、ナトリウム
塩の溶解後吸引ろ過し、ろ別したニッケル粉末は、１リ
ットルの純水で２回水洗し、６０℃で１２時間真空乾燥
を行った。

【００３０】以上の操作で９７ｇのニッケル粉末を得
た。得られたニッケル粉末を走査電子顕微鏡で観察した
ところ、平均粒径が約１．５μｍの角張った結晶面の発
達した粉末であった。

【００３１】また、得られたニッケル粉末をミクロトー
ムで切断し、透過電子顕微鏡で生成ニッケル粉末の断面
を観察したところ、ほとんどの粒子が粒界が認められな
いか、１個の粒界しか認められなかった。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、積層セラミックコンデ
ンサーの内部電極の電極材料に適した単結晶状のニッケ
ル粉末を製造することができる。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アルカリ土類金属塩とニッケル塩とアル
   カリ金属炭酸塩とを混合し、水素単独、または水素と窒
   素、もしくは水素とアルゴンの混合気流中で焙焼し、焙
   焼後アルカリ土類金属塩、アルカリ金属炭酸塩を酸によ
   り溶解除去することを特徴とする、単結晶状ニッケル粉
   末の製造方法。
2. 【請求項２】 アルカリ土類金属塩が、酸化マグネシウ
   ム、酸化カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウ
   ム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウムの少なくと
   も１種である請求項１記載の単結晶状ニッケル粉末の製
   造方法。
3. 【請求項３】 ニッケル塩が、水酸化ニッケル、酸化ニ
   ッケル、塩基性炭酸ニッケルの少なくとも１種である請
   求項１または２に記載の単結晶状ニッケル粉末の製造方
   法。
4. 【請求項４】 アルカリ金属炭酸塩が炭酸リチウム、炭
   酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭
   酸水素カリウムの少なくとも１種類である請求項１から
   ３のいずれかに記載の単結晶状ニッケル粉末の製造方
   法。
5. 【請求項５】 アルカリ土類金属塩の混合比率を焙焼後
   生成するニッケル粉末の重量との重量比で０．１倍以上
   ２倍以下とする請求項１から４のいずれかに記載の単結
   晶状ニッケル粉末の製造方法。
6. 【請求項６】 アルカリ金属炭酸塩の混合比率を焙焼後
   生成するニッケル粉末の重量との重量比で０．１倍以上
   ２倍以下とする請求項１から５のいずれかに記載の単結
   晶状ニッケル粉末の製造方法。
7. 【請求項７】 焙焼を４００℃以上６００℃以下と、添
   加するアルカリ金属炭酸塩の融点以上１３００℃以下と
   の２段に行うこととする請求項１から６のいずれかに記
   載の単結晶状ニッケル粉末の製造方法。