(57)【要約】【課題】高い真球度および微小な粒径を有する金属粉末を得る。【解決手段】金属粉末の製造方法は、タンディッシュ１の出口から落下する金属溶湯流２を取り囲みながら溶湯流２とともに流れる高圧ガス流を形成する工程と、溶湯流２を取り囲む高圧ガスの圧力を減少させることにより、溶湯流を多数の微細液滴に分散させる工程と、微細液滴に水を噴霧することにより、微細液滴を凝固させる工程とを備える。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タンディッシュの出口から落下する金属溶湯流を取り囲みながら溶湯流とともに流れる高圧のガス流を形成する工程と、
前記溶湯流を取り囲む高圧ガスの圧力を減少させることにより、溶湯流を多数の微細液滴に分散させる工程と、
前記微細液滴に水を噴霧することにより、微細液滴を凝固させる工程とを備える、金属粉末の製造方法。
【請求項２】
前記金属は銅である、請求項１に記載の金属粉末の製造方法。
【請求項３】
前記金属は銀である、請求項１に記載の金属粉末の製造方法。
【請求項４】
金属の溶湯を貯留するタンディッシュと、
前記タンディッシュの出口から落下する金属溶湯流の通路に高圧のガス流を送り込む手段と、
前記金属溶湯流を取り囲む前記高圧ガス流の圧力を急激に減少させる手段と、
前記高圧ガス流の減圧によって形成された金属の微細液滴に水を噴霧する手段とを備える、金属粉末の製造装置。
【請求項５】
平均粒径が０．５〜５μｍ、
真球度が０．７〜０．８５、
酸素含有量が５００〜３０００ｐｐｍである、金属粉末。
【請求項６】
前記金属粉末は、アトマイズ法によって得られた粉末である、請求項５に記載の金属粉末。
【請求項７】
前記金属粉末は、水アトマイズ法によって得られた粉末である、請求項６に記載の金属粉末。
【請求項８】
前記金属粉末は、溶湯から分散した微細液滴に水を噴霧して得られた粉末である、請求項７に記載の金属粉末。
【請求項９】
前記金属は、銅である、請求項５〜８のいずれかに記載の金属粉末。
【請求項１０】
前記金属は、銀である、請求項５〜８のいずれかに記載の金属粉末。
【請求項１１】
平均粒径が０．５〜５μｍ、
真球度が０．７〜０．８５、
酸素含有量が５００〜３０００ｐｐｍである、導電ペースト用金属粉末。
【請求項１２】
第１金属粉末と第２金属粉末とを混合して含み、
前記第１金属粉末は、平均粒径が０．５〜５μｍ、真球度が０．７〜０．８５、酸素含有量が５００〜３０００ｐｐｍであり、
前記第２金属粉末は、フレーク形状を有している、導電ペースト用金属粉末。
【請求項１３】
前記第２金属粉末は、前記第１金属粉末を扁平に加工したものである、請求項１２に記載の導電ペースト用金属粉末。
【請求項１４】
平均粒径が０．５〜５μｍ、真球度が０．７〜０．８５、酸素含有量が５００〜３０００ｐｐｍである金属粉末を扁平に加工して得られたフレーク形状の金属粉末を備えた、導電ペースト用金属粉末。
【請求項１５】
相対的に大きな粒径の第１金属粉末と、相対的に小さな粒径の第２金属粉末とを混合して含み、
前記第２金属粉末は、平均粒径が０．５〜５μｍ、真球度が０．７〜０．８５、酸素含有量が５００〜３０００ｐｐｍであり、
前記第１金属粉末は、平均粒径が５〜１０μｍである、導電ペースト用金属粉末。
【請求項１６】
前記第１および第２金属粉末は、ともに、水の噴霧によって凝固したアトマイズ粉末である、請求項１５に記載の導電ペースト用金属粉末。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、金属粉末に関し、特に導電ペーストや磁性材などに使用される金属粉末に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
金属粉末製造法として、従来から、湿式法、ガスアトマイズ法、水アトマイズ法等がある。
【０００３】
湿式法は、例えば、特開２０００−１１９７０９号公報に開示されている。湿式法では、粒子生成物質の量が水溶液中の飽和溶解度以上に達した場合に核の生成、核の成長によって粒子が形成される。
【０００４】
ガスアトマイズ法は、例えば、特開２００３−１１３４０６号公報に開示されている。ガスアトマイズ法では、タンディッシュから落下する金属溶湯に対して高圧ガスを噴射し、微細な液滴に分散して自然に凝固させるものである。
【０００５】
水アトマイズ法は、例えば、特開平１１−１０６８０４号公報に開示されている。水アトマイズ法では、タンディッシュから落下する金属溶湯に対して高圧水を噴射し、溶融金属の粉砕と急冷凝固とを瞬時に行なうものである。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−１１９７０９号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開２００３−１１３４０６号公報
【０００８】
【特許文献３】
特開平１１−１０６８０４号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
回路設計用の導電ペーストとして、微細な銅粉末または銀粉末が使用されている。近年の回路設計の微細化に伴い、導電ペースト用金属粉末としては、微小粒径および良好な真球度が要求される。
【００１０】
湿式法によれば、粒径が１μｍ程度の微細な金属粉末が得られる。しかしながら、真球度が低いためタップ密度が低くなり、良好な充填密度が得られない。
【００１１】
ガスアトマイズ法によれば、良好な真球度が得られ、タップ密度が高くなる。しかしながら、得られる金属粉末の粒径が大きいので、導電ペーストとしての用途に限界がある。すなわち、微細な回路設計が必要な用途には、使用できない。
【００１２】
水アトマイズ法によれば、一般的には、微小粒径になるが、良好な真球度を持つ金属粉末を得難い。
【００１３】
この発明の目的は、真球度がよく、かつ微小な粒径を有する金属粉末を得ることである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この発明に従った金属粉末の製造方法は、次の工程を備える。
【００１５】
（Ａ）タンディッシュの出口から落下する金属溶湯流を取り囲みながら溶湯流とともに流れる高圧のガス流を形成する工程。
【００１６】
（Ｂ）溶湯流を取り囲む高圧ガスの圧力を減少させることにより、溶湯流を多数の微細液滴に分散させる工程。
【００１７】
（Ｃ）微細液滴に水を噴霧することにより、微細液滴を凝固させる工程。
上記の方法では、溶湯流を取り囲む高圧ガスを急激に膨張させて減圧することにより、溶湯流から粒径の小さい多数の微細液滴に分散させている。この際、溶湯流に対して特に強い衝撃を与えていないので、真球状の液滴が得やすい。この微細かつ真球状の液滴に水を噴霧して凝固させるものであるので、最終的に良好な真球度を維持したままで微小な金属粉末が得られる。
【００１８】
一つの実施形態では、金属は銅である。また、他の実施形態では、金属は、銀である。この明細書中で用いる用語としての「銅」は純銅のみならず、銅合金を含むものであり、同様に「銀」は純銀のみならず、銀合金を含むものである。上記の方法によって得られた銅粉末または銀粉末は、特に、微細回路設計のための導電ペースト用金属粉末として有利に利用され得る。
【００１９】
この発明に従った金属粉末製造装置は、金属の溶湯を貯留するタンディッシュと、タンディッシュの出口から落下する金属溶湯流の通路に高圧のガス流を送り込む手段と、金属溶湯流を取り囲む高圧ガス流の圧力を急激に減少させる手段と、高圧ガス流の減圧によって形成された金属の微細液滴に水を噴霧する手段とを備える。かかる装置により、上記の本発明の方法を実施することができる。
【００２０】
この発明に従った金属粉末は、平均粒径が０．５〜５μｍ、真球度が０．７〜０．８５、酸素含有量が５００〜３０００ｐｐｍである。金属粉末が導電ペースト用に用いられる場合、金属粉末中の酸素成分が導電ペーストのバインダの炭素成分と結合して炭素成分を除去するように作用する。
【００２１】
平均粒径が５μｍを超えるような球形粉の場合、焼結温度が高くなり緻密な組織が得られなくなること、および最大粒径が大きくなり微細な回路形成が困難になることなどから、導電ペーストに適さなくなる。一方、平均粒径が０．５μｍを下回る球形粉の場合、凝集の発生や、タップ密度が低くなるなどの問題が発生するため、やはり導電ペーストに適さなくなる。
【００２２】
本願発明者は、粉末の粒径と焼結温度とタップ密度との相関関係を調べる実験を行なった。その結果を表１に示す。
【００２３】
【表１】
2005008930.tif 000003
【００２４】
真球度が０．７より低くなると、タップ密度が低くなり導電ペーストに適さなくなる。また、本発明の方法では、真球度が０．８５を超える粉体を得るのは困難である。
【００２５】
本願発明者は、真球度とタップ密度との相関関係を調べる実験を行なった。その結果を表２に示す。
【００２６】
【表２】
2005008930.tif 000004
【００２７】
酸素含有量が５００ｐｐｍよりも低い粉体では、十分なＣＯ反応が得られず、導電ペーストのバインダ中に含まれる炭素成分の除去が不十分となる。一方、酸素含有量が３０００ｐｐｍを超えるような粉体では、表面に存在する酸素のために焼結が阻害される。
【００２８】
本願発明者は、酸素量とＣＯ反応と焼結との相関関係を調べる実験を行なった。その結果を表３に示す。
【００２９】
【表３】
2005008930.tif 000005
【００３０】
なお、真球度は、次のように定義した値である。
Ａ：粒子径から計算される比表面積（真球表面積）
Ｂ：実際の測定比表面積（ＢＥＴ法）
真球度＝Ａ／Ｂ
真球度Ａ／Ｂの値が１であれば真球であり、値が１に近いほど良好な真球度である。
【００３１】
金属粉末は、好ましくは、アトマイズ法によって得られる。その中でも、水アトマイズ方がより好ましい。この発明の一実施形態では、金属粉末は、溶湯流から分散した微細液滴に水を噴霧して得られた粉末である。金属粉末は、例えば、銅粉末または銀粉末である。
【００３２】
この発明に従った導電ペースト用金属粉末は、平均粒径が０．５〜５μｍ、真球度が０．７〜０．８５、酸素含有量が５００〜３０００ｐｐｍである。
【００３３】
一つの実施形態では、導電ペースト用金属粉末は、第１金属粉末と第２金属粉末とを混合して含む。第１金属粉末は、粒径が０．５〜５μｍ、真球度が０．７〜０．８５、酸素含有量が５００〜３０００ｐｐｍである。第２金属粉末は、フレーク形状を有している。フレーク形状を有する第２金属粉末は、例えば、第１金属粉末を扁平に加工したものである。「フレーク形状」とは、薄片形状、扁平形状、鱗片形状を含むものである。
【００３４】
真球度が良好で微小粒径の第１金属粉末とフレーク形状の第２金属粉末とを混合して含む上記の実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
【００３５】
すなわち、フレーク形状の金属粉末だけではタップ密度を十分に高めることができない。高いタップ密度が要求される場合に、フレーク形状の金属粉末に微小粒径の球状粉を加えるのが有効である。
【００３６】
他の実施形態では、導電ペースト用金属粉末は、粒径が０．５〜５μｍ、真球度が０．７〜０．８５、酸素含有量が５００〜３０００ｐｐｍである金属粉末を扁平に加工して得られたフレーク形状の金属粉末を備える。この場合、導電ペースト用金属粉末が、フレーク形状の金属粉末のみからなるものであってもよいし、他の粉末との混合粉末であってもよい。この実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
【００３７】
フレーク形状の金属粉末の場合、金属粉同士の接触面積が大きくなり、低温で焼結するペーストにおいても良好な導電性を得ることができる。さらに、フレーク形状の金属粉末に他の粉末を混ぜれば、それらがフレーク形状の金属粉の隙間を埋めることになるのでタップ密度が上がる。
【００３８】
さらに他の実施形態では、相対的に大きな粒径の第１金属粉末と、相対的に小さな粒径の第２金属粉末とを混合して含む。第２金属粉末は、平均粒径が０．５〜５μｍ、真球度が０．７〜０．８５、酸素含有量が５００〜３０００ｐｐｍである。第１金属粉末は、平均粒径が５〜１０μｍである。好ましくは、第１および第２金属粉末は、ともに、水の噴霧によって凝固したアトマイズ粉末である。
【００３９】
上記の実施形態によれば、相対的に大きな粒径の第１金属粉末間の隙間を小さな粒径の第２金属粉末が埋めることになるので、タップ密度（充填度）が上がる。
【００４０】
【発明の実施の形態】
特に導電ペースト用金属粉末として要求される特性は、次のとおりである。
【００４１】
（１）粒径が小さいこと。粒径が小さくなれば、微細回路を描画することが可能になる。
【００４２】
（２）真球度が高いこと。真球度が高くなれば、充填度が高くなり、導電ペーストの導電性が向上する。さらに、密度の調整も容易になる。つまり、密度をさらに上げることは不可能であるが、他の密度の低い金属粉を混合し、全体の密度を下げることが容易になる。これは収縮率の調整に有効である。
【００４３】
（３）粉末間の凝集がないこと。粉末間に部分的に凝集が生じると、ブリッジを作って隙間を形成するので好ましくない。
【００４４】
（４）適度な酸素量を含むこと。酸素成分は、導電ペーストのバインダの炭素成分と結合して炭素成分を除去するように作用する。
【００４５】
（５）タップ密度（充填度）が高いこと。タップ密度が高ければ、良好な導電性を発揮できる。
【００４６】
図１および図２は、本発明に従った方法の要部を示す図解図である。これらの図を用いて、本発明の方法を説明する。
【００４７】
タンディッシュ１に、金属の溶湯を貯留する。金属として、例えば、銅または銀を使用する。タンディッシュ１の出口から落下する金属溶湯流２の通路に、高圧ガスを導入する。高圧ガスとして、例えば、空気を使用する。高圧ガスは、溶湯流２を取り囲みながら溶湯流とともに流れる。この領域は、図２に示すように、加圧領域となる。
【００４８】
溶湯流２とともに流れる高圧ガスを急激に周囲に膨張させることにより、溶湯流２を取り囲む圧力を急激に減少させる。この領域は、図２に示すように、減圧・分散領域となる。この領域では、溶湯流２は、急激な減圧により、周囲に分散し、多数の微細液滴を形成する。
【００４９】
次に、分散した微細液滴に対して水を噴霧することにより、微細液滴を急冷凝固する。この領域は、図２に示すように、凝固領域となる。
【００５０】
上記の本発明によれば、溶湯流２に対して外部から衝撃を加えることなく多数の微細液滴に分散しているので、微細液滴は自らの表面張力により真球形状になり易い。また、急激な減圧により溶湯流を周囲に広げて多数の液滴を作るものであるので、液滴の粒径を小さくすることができる。分散した微細かつ真球状の液滴は水の噴霧により急冷凝固するので、最終的に得られる金属粉末は、粒径が小さく、かつ良好な真球度を有する。
【００５１】
本発明の方法は、水の噴霧によって微小金属粉末を作るものであるので、水アトマイズ法の１種と言えるかもしれない。しかしながら、従来の水アトマイズ法と異なる点は、高圧水噴射による衝撃によって微細液滴を作っているのではなく、溶湯流を取り囲む高圧ガスの急激な膨張による減圧によって微細液滴を作っているということである。
【００５２】
上記の方法によれば、平均粒径が０．５〜５μｍ、真球度が０．７〜０．８５の金属粉末を得ることができる。高圧領域から減圧領域に至るまでの圧力差を大きくすれば、より微小な粒径の金属粉末を得ることができる。導電ペースト用金属粉末としては、平均粒径を２．５μｍ以下とするのが好ましい。
【００５３】
圧力差を大きくする手法として、例えば、次のことが考えられる。
（ａ）溶湯流を通過させるノズル通路の横断面積を小さくすること。
【００５４】
（ｂ）上記のノズル通路に大量の高圧ガスを導入すること。
（ｃ）ノズル通路の出口部に、急激な減圧を起こさせる手段を設けること。
【００５５】
（ｄ）ノズル通路の形状を改良すること。
導電ペーストのバインダに含まれる炭素成分を除去するために、金属粉末は、５００〜３０００ｐｐｍの酸素含有量を有する。
【００５６】
上記のようにして得られた真球状の微小金属粉末をそのまま導電ペースト用金属粉末として使用してもよい。あるいは、真球状の微小金属粉末を扁平に加工してフレーク形状にしたものを、導電ペースト用金属粉末として使用してもよい。真球状の微小金属粉末とフレーク形状の金属粉末とを混合して、導電ペースト用金属粉末としてもよい。
【００５７】
上記のようにして得た真球状の微小金属粉末と、より大きな粒径の金属粉末とを混合して、導電ペースト用金属粉末としてもよい。この場合、より大きな金属粉末の製法として、上述した本発明の方法を使用してもよいし、従来のガスアトマイズ法または水アトマイズ法を使用してもよい。
【００５８】
図３および図４は、比較のために、従来のガスアトマイズ法および水アトマイズ法を模式的に示している。
【００５９】
図３に示すガスアトマイズ法では、タンディッシュ１から落下する溶湯流２に対して高圧ガスを噴射し、多数の液滴に分散する。分散した液滴は、落下するまでの間に自然に凝固する。従って、従来のガスアトマイズ法では、高圧ガス噴射後の領域は、分散・凝固領域となる。この方法では、溶湯流を高圧ガスの衝撃によって多数の液滴に分散させ、分散した液滴を自然に凝固させるものであるので、最終的に得られる金属粉末の粒径は大きくなるが、良好な真球度を実現できる。
【００６０】
図４に示す水アトマイズ法では、タンディッシュ１から落下する溶湯流２に対して高圧水を噴射し、この衝撃によって多数の液滴に分散すると同時に瞬時に凝固させる。高圧水噴射後の領域は、分散・凝固領域となる。この方法によると、最終的に得られる金属粉末の粒径があまり小さくならず、しかも真球度が劣る。
【００６１】
本願発明者は、本発明の方法、従来のガスアトマイズ法、従来の水アトマイズ法、従来の湿式法によって銅粉末を作成し、これらの銅粉末の物理特性を比較した。その結果を表４に示している。
【００６２】
【表４】
2005008930.tif 000006
【００６３】
表４に示すように、本発明の方法によって得た銅粉末は、平均粒径が小さく、真球度が高い。粉末間凝集も無かった。
【００６４】
従来のガスアトマイズ法によって得た銅粉末は、高い真球度を有しているが、平均粒径が大きい。
【００６５】
従来の水アトマイズ法によって得た銅粉末の場合、平均粒径は、本発明の粉末よりも大きいが、ガスアトマイズ粉末よりも小さい。真球度は低い。粉末間凝集は無かった。
【００６６】
従来の湿式法によって得た銅粉末は、小さな平均粒径を有しているが、真球度が低い。また、粉末間凝集があった。
【００６７】
上記の結果からもわかるように、本発明によれば、特に導電ペーストに適した微小かつ真球状の金属粉末を容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従った方法を図解的に示す図である。
【図２】本発明の方法における領域を区分して示す図である。
【図３】従来のガスアトマイズ法を図解的に示す図である。
【図４】従来の水アトマイズ法を図解的に示す図である。
【符号の説明】
１  タンディッシュ、２  溶湯流。
【図１】
2005008930.tif 000007
【図２】
2005008930.tif 000008
【図３】
2005008930.tif 000009
【図４】
2005008930.tif 000010