(57)【要約】【目的】粒度分布巾の狭い、均一に展延加工した微細な片状金属粉末を、効率よく製造する方法を提供する。【構成】ボールミルで金属粉末を片状加工する製造方法において、出発原料である粒径５μｍ以下の球状あるいは粒状の金属粉末と粉砕媒体として直径２〜５ｍｍのスチールボールに粉砕助剤を添加し、前記金属粉末を空気中あるいは不活性雰囲気中で該スチールボールによって粉砕加工する際、内壁にジャマ板の付いた円筒型回転容器を用いて、その回転中に該ジャマ板により金属粉末とスチールボールを壁面にそって持ち上げ、落下させることを特徴とする片状金属粉末の製造方法。【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボールミルで金属粉末を片状加工する製造方法において、出発原料である粒径５μｍ以下の球状あるいは粒状の金属粉末と粉砕媒体として直径２〜５ｍｍのスチールボールに粉砕助剤を添加し、前記金属粉末を空気中あるいは不活性雰囲気中で該スチールボールによって粉砕加工する際、内壁にジャマ板の付いた円筒型回転容器を用いて、その回転中に該ジャマ板により金属粉末とスチールボールを壁面にそって持ち上げ、落下させることを特徴とする片状金属粉末の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は導電ペースト用、メタリック塗料用、防錆塗料用等に使用する粒径の細かい片状金属粉末の製造方法に関するものである。詳しくは優れた塗膜導電性能が得られる粒度分布巾の狭い、粒径の細かい片状銅粉末・片状ニッケル粉末・片状銀粉末、優れたメタリック光沢塗膜が得られる粒度分布巾の狭い微粉の少ない片状錫粉末、優れた隠蔽力と防錆効果が得られる比表面積値の大きい片状亜鉛粉末などの片状金属粉末を効率良く製造する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来までの片状金属粉末の製造方法はスタンプミル、アトライター、ボールミル等の粉砕機を用いて、比較的大きな金属粉末や塊を、強い衝撃力と剪断力で片状加工していた。しかし最近、導電性ペースト用片状金属粉末としては、粒度分布巾の狭い、均一に展延加工した、粒径の細かい方が優れた塗膜導電性能が得られことが判明してきた。メタリック塗料用としても均一に展延加工した、粉砕中の微粉を含まない金属粉末の方が光沢の良い塗膜となる。粒径の大きい金属粉末や塊を粉砕加工して粒径の細かい片状金属粉末を製造すると、粉砕中に非常に細かい微粉末が多く発生し、粒度分布巾も広く、また粉砕時間も長く金属粉末の酸化や金属粉末の発熱燃焼の問題もあった。これらの理由から、出発原料は出来るだけ細かい金属粉末を使用する方が良い。
【０００３】
しかし、出発原料が細かい金属粉末を従来の粉砕機で強力に粉砕すると金属粉末同士が圧着凝集し粗大薄片が生じ、均一に各粒子を展延加工できない。これらの解決方法として、出発原料粉末を水に分散させたスラリー状にして１ｍｍ以下のジルコニアビーズで媒体型撹拌ミルにて片状加工する方法（例えば特許文献１参照）、スラリー濃度５〜６０％で０．５〜３ｍｍのビーズを用いた媒体撹拌ミルで片状加工する方法（例えば特許文献２参照）が提案されている。
【０００４】
しかし溶媒中で片状加工するため、粉砕後溶液と粉末を分離する必要があり、特に微細な片状粉末になると分離が困難となる。空気中あるいは不活性雰囲気中で片状加工する方法として１／８〜１／４インチ径のスチールボールを使用し脂肪酸を添加し媒体撹拌ミルで製造する方法（例えば特許文献３参照）が提案されているが、粉砕時間の短い盤状形状粉末の製造には適しているが、出発原料粉末が５μｍ以下の微細片状金属粉末の製造は粉砕や剪断力が強いため難しい。
【０００５】
媒体撹拌ミルより粉砕力の弱いボールミルで片状加工する場合、出発原料粉末の粒径が細かいと円筒型回転容器の壁面やボールに粉砕粉末が付着し、特に小径ボールでは転動の衝撃力が非常に弱まり、硬い金属や球形粉末は片状加工が難しく、長時間かかる。またボール径の大きいボールミルでは、衝撃力は得られるが、各粒子へのボールの接触点が減少し、粗大片状粉と粒状粉の混在した粒度分布巾の広い片状金属粉末しか製造することができなかった。
【特許文献１】特開２０００−８０４０９号公報
【特許文献２】特開平４−５６７０１号公報
【特許文献３】特開２００２−１５６２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記従来技術の問題点を、ボールミル粉砕方法を改良することによって効率よく製造する方法を見いだし、粒度分布巾の狭い、均一に展延加工された片状微細金属粉末を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、このような従来の問題点を解決することを目的としてなされたもので、出発原料である粒径５μｍ以下の球状あるいは粒状の金属粉末と粉砕媒体として直径２〜５ｍｍのスチールボールに少量の粉砕助剤を添加し、前記金属粉末を空気中あるいは不活性雰囲気中で該スチールボールによって粉砕加工する際、内壁にジャマ板の付いた円筒型回転容器を用いて、その回転中に該ジャマ板により金属粉末とスチールボールを壁面にそって持ち上げ、落下させることを特徴として、粒度分布巾の狭い、各粒子が均一に展延加工された細かい片状金属粉末を得ることを実現した。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の効果は、ボールミル粉砕方法のボールの転動を改良することによって従来から使用されているボールミル粉砕機が利用でき、粒径の細かい球状あるいは粒状粉末の片状加工が溶媒を使用しなくても可能となり、粒度分布巾の狭い、細かい各種金属組成の片状金属粉末が安価に大量に提供できるようになった。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明のボールミルで金属粉末を片状加工する製造について詳細に説明する。本発明の出発原料である金属粉末は粒径が５μｍ以下の球状あるいは粒状粉末であることが必要である。金属粉末の粒径が５μｍ以上であると本発明の製造方法でも均一に片状加工することが難しく、また片状加工に長時間必要となり好ましくない。粒径は細かいほど均一な片状金属粉末が得られるが、０．５μｍ以下になると単分散した球状あるいは粒状金属粉末を入手することが難しく、その場合、前処理として流体エネルギーミルなどでできるだけ単分散して使用するのが好ましい。
【００１０】
本発明で使用できる金属粉末としては粒径が５μｍ以下の球状あるいは粒状粉末であれば製造方法や金属組成を選ばない。
具体的には、アトマイズ法では銅粉末、銅合金粉末、銀粉末、錫粉末。水溶液電解法では銅粉末。溶液還元法では銅粉末、銀粉末。蒸留法では亜鉛粉末。カーボニル法ではニッケル粉末などを挙げることができる。円筒型回転容器は、円筒内壁にスチールボールと金属粉末を回転中に壁面にそって持ち上げ、一定の位置で落下させるジャマ板付きの構造であることが重要で、それは円筒型回転容器の内壁に法線方向に中心に向かって取り付けられる。
【００１１】
ジャマ板の寸法は円筒内径（Ｄ）、長手（Ｌ）とすると、径方向１／３０Ｄ以上、長手方向に２／３Ｌ以上が好ましい。ジャマ板の寸法は片状加工する金属粉末組成や用途にしたがって効率の良いものにすれば良い。ジャマ板の寸法が１／３０Ｄより短いとスチールボールと金属粉末の撹拌効果や衝撃力が弱く、また３／１０Ｄより長いとスチールボールの転動が不均一となり効率が悪くなる。長手方向については２／３Ｌより短いとジャマ板の効果が得られず、円筒のＬと同等が好ましい。
【００１２】
ジャマ板はステンレス鋼、鉄等粉砕中に変形や摩耗しない材質や厚さで、板あるいは穴空き板でも良い。ジャマ板の枚数は２〜６枚が好ましく、この範囲内の枚数を均等な幅に取り付ければ良い。円筒内壁にジャマ板を付ける事により、細かい粒径の球状あるいは粒状金属粉末と小さい直径の粉砕ボールが常に強制的に撹拌、混合、分離されるため粉砕加工中の凝集を防止している。
【００１３】
また一定位置からボールを落下させることで通常ボールミル以上の衝撃力が与えられ小ボールでも片状加工ができる。均一に金属粒子を片状加工するためには粉砕媒体のスチールボール直径が２〜５ｍｍであることも必要である。それより細かいとジャマ板付きでも片状加工に長時間必要で、大きいボールでは金属粉末との接触点数が少なくなるため各粒子を均一に片状加工できない。
【００１４】
粉砕雰囲気は通常空気中で可能だが、金属粉末の酸化や発火の危険性が有る場合は窒素封入など不活性雰囲気中で粉砕すればよい。粉砕助剤は金属粉末の分散と粉砕加工中の凝集防止のため必要でステアリン酸やパルミチン酸などの脂肪酸が好ましく、添加量は粉砕する金属粉末の粒度、金属組成、目的とする片状金属粉末の粒度、用途により違うが、粉砕する金属粉末に対して０．１〜２ｗｔ％添加するのが良い。
【実施例１】
【００１５】
この実施例は出発原料の金属粉末が単分散した平均粒径５μｍのアトマイズ法による球状銅粉末を用いて実施したものである。この球状銅粉末２ｋｇ、粉砕媒体として３／１６インチ径（４．７６ｍｍ）のスチールボール１０ｋｇ、ステアリン酸２ｇを円筒型回転容器に投入した。これは内径２０ｃｍ、長さ３０ｃｍ、総容積２０リットルで、その内壁に径方向３ｃｍ、長手方向に２８ｃｍのジャマ板を円周３分割するように３枚取り付けられている。粉砕加工条件は空気中で、ボールミル回転数４０ｒｐｍで８時間運転した。その結果、電子顕微鏡で観察すると平均７〜８μｍの非常に粒度分布巾の狭い、各粒子が均一に片状加工された片状銅粉末が製造できた。
【実施例２】
【００１６】
この実施例は出発原料の金属粉末が単分散した平均粒径３μｍのアトマイズ法による球状銅粉末を用いて実施したものである。この球状銅粉末２ｋｇ、粉砕媒体として１／８インチ径（３．１７ｍｍ）のスチールボール１０ｋｇ、ステアリン酸１０ｇを円筒型回転容器に投入した。これは内径２０ｃｍ、長さ３０ｃｍ、総容積２０リットルで、その内壁に径方向３ｃｍ、長手方向に２８ｃｍ長のジャマ板を円周３分割するように３枚取り付けられている。粉砕加工条件は空気中で、ボールミル回転数４０ｒｐｍで８時間運転した。その結果、電子顕微鏡で観察すると平均粒径５〜７μｍの非常に粒度分布巾の狭い、各粒子が均一に片状加工された片状銅粉末が製造できた。
【実施例３】
【００１７】
この実施例は出発原料の金属粉末が水溶液還元法で還元析出した銅粉末であって、これをジェットミルで単分散化した粒径０．３μｍの粒状銅粉末を用いて実施したものである。この粒状銅粉末１．５ｋｇ、粉砕媒体として３／３２インチ径（２．３８ｍｍ）のスチールボール１０ｋｇ、ステアリン酸１５ｇを円筒型回転容器に投入した。これは内径２０ｃｍ、長さ３０ｃｍ、総容積２０リットルで、その内壁に径方向０．７ｃｍ、長手方向に３０ｃｍジャマ板を円周６分割するように６枚取り付けられている。粉砕加工条件は窒素雰囲気中で、ボールミル回転数２０ｒｐｍで２０時間運転した。その結果、電子顕微鏡で観察すると平均粒径２〜４μｍの非常に粒度分布巾の狭い、各粒子が均一に片状加工された片状銅粉末が製造できた。
【実施例４】
【００１８】
この実施例は出発原料の金属粉末が水溶液還元法で還元析出した粒径０．５μｍの粒状銀粉末を用いて実施したものである。この粒状銀粉末２ｋｇ、粉砕媒体として３／３２インチ径のスチールボール１０ｋｇ、ステアリン酸２０ｇを円筒型回転容器に投入した。これは内径２０ｃｍ、長さ３０ｃｍ、総容積２０リットルで、その内壁に径方向３ｃｍ、長手方向に２５ｃｍのジャマ板を円周３分割するように３枚取り付けられている。粉砕加工条件は空気中で、ボールミル回転数２０ｒｐｍで２０時間運転した。その結果、電子顕微鏡で観察すると平均粒径３〜６μｍの非常に粒度分布巾の狭い、各粒子が均一に片状加工された片状銀粉末が製造できた。
【実施例５】
【００１９】
この実施例は出発原料の金属粉末がアトマイズ法による単分散した平均粒径２μｍの球状銀粉末を用いて実施したものである。この球状銀粉末３ｋｇ、粉砕媒体として１／８インチ径のスチールボール１０ｋｇ、パルミチン酸６ｇを円筒型回転容器に投入した。これは内径２０ｃｍ、長さ３０ｃｍ、総容積２０リットルで、その内壁に径方向３ｃｍ、長手方向に２５ｃｍのジャマ板を円周３分割するように３枚取り付けられている。粉砕加工条件は空気中で、ボールミル回転数３０ｒｐｍで８時間運転した。その結果、電子顕微鏡で観察すると平均粒径５〜６μｍの非常に粒度分布巾の狭い、各粒子が均一に片状加工された片状銀粉末が製造できた。
【実施例６】
【００２０】
この実施例は出発原料の金属粉末がアトマイズ法による単分散した平均粒径２．５μｍの球状錫粉末を用いて実施したものである。この球状錫粉末３ｋｇ、粉砕媒体として３／１６インチ径のスチールボール１０ｋｇ、ステアリン酸１５ｇを円筒型回転容器に投入した。これは内径２０ｃｍ、長さ３０ｃｍ、総容積２０リットルで、その内壁に径方向３ｃｍ、長手方向に２５ｃｍのジャマ板を円周３分割するように３枚取り付けられている。粉砕加工条件は空気中で、ボールミル回転数４０ｒｐｍで３０時間運転した。その結果、電子顕微鏡で観察すると平均粒径１０〜１５μｍの非常に粒度分布巾の狭い、各粒子が均一に薄く片状加工された、銀色メタリック外観を呈する片状錫粉末が製造できた。
【実施例７】
【００２１】
この実施例は出発原料の金属粉末が蒸留法による単分散した平均粒径３μｍの球状亜鉛粉末を用いて実施したものである。この球状亜鉛粉末２ｋｇ、粉砕媒体として１／８インチ径のスチールボール１０ｋｇ、ステアリン酸２０ｇを円筒型回転容器に投入した。これは内径２０ｃｍ、長さ３０ｃｍ、総容積２０リットルで、その内壁に径方向３ｃｍ、長手方向に２５ｃｍのジャマ板を円周３分割するように３枚取り付けられている。粉砕加工条件は空気中で、ボールミル回転数４０ｒｐｍで２０時間運転後ステアリン酸２０ｇ追加添加し３０時間まで運転した。その結果、電子顕微鏡で観察すると平均粒径６〜１０μｍの非常に粒度分布巾の狭い、各粒子が均一に薄く片状加工された、比表面積値１５０００ｃｍ2／ｇの片状亜鉛粉末が製造できた。
【実施例８】
【００２２】
この実施例は出発原料の金属粉末がカーボニル法による一次粒径４μｍの粒状ニッケル粉末を用いて実施したものである。この粒状ニッケル粉末２ｋｇ、粉砕媒体として１／８インチ径のスチールボール１０ｋｇ、ステアリン酸１０ｇを円筒型回転容器に投入した。これは内径２０ｃｍ、長さ３０ｃｍ、総容積２０リットルで、その内壁に径方向６ｃｍ、長手方向に２５ｃｍのジャマ板（直径２ｃｍの穴空き板）を円周２分割するように２枚取り付けられている。粉砕加工条件は空気中で、ボールミル回転数４０ｒｐｍで１４時間運転した。その結果、電子顕微鏡で観察すると平均粒径６〜９μｍの粒度分布巾の狭い、均一な片状ニッケル粉末が製造できた。
【比較例１】
【００２３】
比較例としてジャマ板の付いていない従来型の円筒型回転容器のボールミル粉砕方法を示す。実施例２で使用した平均粒径３μｍのアトマイズ法による球状銅粉末を２ｋｇ、粉砕媒体として１／８インチ径のスチールボール１０ｋｇ、ステアリン酸１０ｇを（回転容器）円筒型回転容器に投入した。これは内径２０ｃｍ、長さ３０ｃｍ、総容積２０リットルで、その内壁は障害物のない構造である。粉砕加工条件は空気中で、ボールミル回転数４０ｒｐｍで８時間運転した。その結果、電子顕微鏡で観察すると片状、多面体状、球状などさまざまな形状の粉末が混在していた。その後２０時間まで粉砕したが片状粉末は１５μｍ以上と粗大化し細かい球状粉末はそのまま少量残存し、均一な片状銅粉末を得ることができなかった。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明の片状金属粉末の製造方法は、従来のボールミル法と同じで工程が簡単で、しかも細かい球状あるいは粒状粉末を出発原料として使用できるため、粉砕時間が短くなり、しかも粒度分布巾の狭い、均一な片状金属粉末を安価に提供できるようになった。このような片状金属粉末は導電ペースト用充填材、メタリック用顔料、防錆塗料用片状粉等機能材料用素材として極めて産業上有用である。