(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体状の金属塩化物を加熱蒸発させて金属塩化物ガスを生成させ、上記金属塩化物ガスおよび還元ガスを反応部に供給し、上記金属塩化物ガスと上記還元ガスとによる気相化学反応を起こさせて金属粉末を得る金属粉末の製造方法であって、
上記反応部に貫通してなる供給管に不活性ガスを流通させ、上記不活性ガスの流通による負圧を利用して、上記供給管の途上に設けられた金属塩化物ガス導入部から上記金属塩化物ガスを吸引させ、上記不活性ガスに随伴された上記金属塩化物ガスを上記反応部に供給することを特徴とする金属粉末の製造方法。
【請求項２】
前記負圧を調整することによって、前記金属塩化物ガスの供給量を調整することを特徴とする請求項１に記載の金属粉末の製造方法。
【請求項３】
前記金属がニッケルであり、前記還元ガスが水素であることを特徴とする請求項１または２に記載の金属粉末の製造方法。
【請求項４】
前記金属粉末の粒径が０．５μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の金属粉末の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属粉末の製造方法および製造装置に係り、具体的には電子部品等に用いられる導電ペーストフィラー、Ｔｉ材の接合材、さらには触媒等の各種用途に適したＮｉ、Ｃｕ、Ａｇ等の金属超微粉を製造するにあたって好適な方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇの中でも、とりわけＮｉの粉末は、従来のＰｄ粉末に比べて安価なため積層セラミックコンデンサの内部電極形成用として注目されている。中でも金属塩化物の水素還元等によるＮｉ粉末の製造方法は、湿式法に比べてその製造プロセスがシンプルであるため大量生産に向いている。このようなＮｉ粉末の中でも、積層セラミックコンデンサの小型化、大容量化に伴う内部電極の薄層化・低抵抗化等の要求から、粒径１μｍ以下は勿論のこと、粒径０．５μｍ以下のＮｉ超微粉が要望されている。
【０００３】
図３は、上記のような金属超微粉の製造装置の従来例を示している。この製造装置は縦型の還元炉２０を主体としており、還元炉２０内は坩堝２１によって上側の蒸発室２０Ａと下側の反応室２０Ｂとに分けられている。還元炉２０の頂部には蒸発室２０Ａに不活性ガスを供給する不活性ガス供給口２２を有している。また、頂部から反応室２０Ｂにわたって延びる還元ガス供給管２３が蒸発室２０Ａを貫通して設けられている。この還元ガス供給管２３と坩堝２１との間には、蒸発室２０Ａと反応室２０Ｂとを連通する金属塩化物ガス導入口２４が形成されている。そして、炉壁の周囲には、蒸発室２０Ａおよび反応室２０Ｂを加熱する加熱手段２５Ａ，２５Ｂがそれぞれ配置されている。
【０００４】
この製造装置によりＮｉ超微粉を製造する場合を説明すると、蒸発室２０Ａに固体状の塩化ニッケルを投入し、これを加熱手段２５Ａにより加熱蒸発（昇華）させ、蒸発室２０Ａにおいて金属塩化物ガスである塩化ニッケルガスを連続的に生成する。一方、蒸発室２０Ａに不活性ガス供給口２２から不活性ガスを供給するとともに、還元ガスである水素ガスを還元ガス供給管２３に流して反応室２０Ｂに供給し、さらに、加熱手段２５Ｂによって反応室２０Ｂを所定の還元温度に維持する。蒸発室２０Ａ内に供給された不活性ガスは、塩化ニッケルガスとともに金属塩化物ガス導入口２４から反応室２０Ｂ内に流入する。反応室２０Ｂでは、塩化ニッケルガスは水素ガスによって還元されてＮｉ粉末が生成する。蒸発室２０Ａに供給する不活性ガスは、金属塩化物ガスを反応室２０Ｂに移送するためのキャリアガスとして用いられる。
【０００５】
上記の金属塩化物ガスと還元ガス（上記の場合、塩化ニッケルガスと水素ガス）は、両者が接触した瞬間に金属原子が生成し、金属原子どうしが衝突もしくは凝集することによって金属の超微粒子に成長、あるいは生成した金属の超微粒子の表面で気相化学反応が進行して粒子が成長してゆくと考えられる。このため、反応工程における雰囲気中の金属塩化物ガスの分圧や温度等の条件によって、生成する金属粉末の粒径が影響される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の製造装置では、蒸発室２０Ａで生成した金属塩化物ガス（上記具体例では塩化ニッケルガス）をキャリアガスによって蒸発室２０Ａから反応室２０Ｂに導入する形式を採っているので、次のような問題がある。
蒸発室２０Ａ内での金属塩化物ガスの分圧ならびに反応室２０Ｂへの金属塩化物ガスの供給量が安定せず反応室２０Ｂで生成する金属粉末の粒径を所望の範囲内に制御することが難しいと考えられる。このため、粒度分布が狭く高品質な金属粉末を安定的に製造する方法が望まれている。
本発明は、固体の金属塩化物を蒸発させて得た金属塩化物ガスを還元して金属超微粉を得る場合において、以下の点を目的とする。
１）金属塩化物ガスを反応部に安定して供給する装置を提供すること。
２）上記１）の装置を利用した金属超微粉の気相化学反応装置を提供すること。
３）上記２）の装置を用いた金属超微粉の製造方法を提供すること。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、固体状の金属塩化物を加熱蒸発させて金属塩化物ガスを生成させ、金属塩化物ガスおよび還元ガスを反応部に供給し、金属塩化物ガスと還元ガスとによる気相化学反応を起こさせて金属粉末を得る金属粉末の製造方法であって、反応部に貫通してなる供給管に不活性ガスを流通させ、不活性ガスの流通による負圧を利用して、供給管の途上に設けられた金属塩化物ガス導入部から金属塩化物ガスを吸引させ、不活性ガスに随伴された金属塩化物ガスを反応部に供給することを特徴としている。
【０００８】
この製造方法によれば、生成した金属塩化物ガスは、キャリアガスが反応部に流されている供給管に負圧を利用して導入され、キャリアガスによって供給管から反応部に供給される。供給管への金属塩化物ガスの導入量は、金属塩化物ガスの蒸発量およびキャリアガスの流量を一定とした場合、負圧の大きさによって定まる。したがって、この負圧の大きさを制御因子とすることにより反応部への金属塩化物ガスの供給量ならびに金属塩化物ガスの分圧を制御することができる。したがって、金属塩化物ガスの供給量ならびに分圧の制御が容易かつ高精度となり、ひいては反応部で生成する金属粉末の粒径を的確に制御することができる。
【０００９】
本発明の金属粉末の製造方法によって製造され得る金属超微粉は、ニッケル、ＣｕあるいはＡｇ等であり、これらの超微粉は導電ペーストフィラー、Ｔｉ材の接合材、さらには触媒等の各種用途に適している。これらの中でも、本発明は特にＮｉ超微粉の製造に好適である。
【００１０】
本発明におけるキャリアガスとしては、アルゴンガスや窒素ガス等の不活性ガスが好適に用いられるが、このキャリアガス中に還元ガスを混入してもよく、さらには、還元ガスをキャリアガスとして用いることもできる。
また、金属粉末を生成させる際に用いる還元ガスとしては、水素ガス、硫化水素ガス等の還元ガスを用いることができるが、生成した金属粉末への影響を考慮すると水素ガスが好適である。
さらに、本発明の金属塩化物は、塩化ニッケル、ＣｕＣｌ２等が挙げられる。
【００１１】
次に、本発明の金属粉末の製造装置は、上記本発明の金属粉末の製造方法を実施するにあたって好適なものであり、固体状の金属塩化物を加熱蒸発させて金属塩化物ガスを生成する蒸発部と、金属塩化物ガスと還元ガスとによる気相化学反応を起こさせて金属粉末を得る反応部と、キャリアガスを反応部に直接流通させ、かつ金属塩化物ガス導入部を有し、該導入部から導入した金属塩化物ガスをキャリアガスによって反応部に供給する供給管とを具備し、前記供給管における金属塩化物ガス導入部には、金属塩化物ガスを吸引するための負圧発生手段が設けられていることを特徴としている。
【００１２】
この製造装置によれば、蒸発部で生成した金属塩化物ガスは、負圧発生手段により発生する負圧で供給管に導入され、キャリアガスにより反応部に移送される。金属塩化物ガスは反応部で還元ガスと接触し、気相化学反応を起こして金属粉末となる。反応部への金属塩化物ガスの供給量ならびに金属塩化物ガスの分圧は、負圧発生手段により発生する負圧の大きさで制御され、これらの制御は、キャリアガスが供給管を経て反応部に直接流されているから、容易かつ高精度で行うことができる。このため本発明では、負圧発生手段によって発生する負圧の大きさが調整可能とされていることを好ましい形態としている。
【００１３】
本発明に係る負圧発生手段としては、供給管への金属塩化物ガス導入部として形成された導入口によって構成することが可能である。しかしながら、十分な負圧発生を図るために、その導入口に近接する供給管内部に、キャリアガスの流速を利用して負圧を発生させるベンチュリー機構を具備させることが好ましい。
【００１４】
また、本発明の製造装置では、装置の小型化ならびに単純化が達成される観点から、供給管が蒸発部を貫通していることを好ましい形態としている。この場合、供給管に設けられる金属塩化物ガス導入部を蒸発部内に配置することになる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
図１は、一実施形態に係る金属粉末の製造装置を示している。該装置は円筒状の縦型還元炉１を主体としており、還元炉１内は坩堝を構成する仕切り２によって上側の蒸発室（蒸発部）１Ａと下側の反応室（反応部）１Ｂとに分けられている。蒸発室１Ａおよび反応室１Ｂは、還元炉１の周囲に配置された加熱手段３Ａ，３Ｂにより、それぞれ所定の温度に加熱される。反応室１Ｂを構成する炉壁の上部には、還元ガスを反応室１Ｂに供給する還元ガス供給管４ａが接続されている。また、反応室１Ｂの下端部には、生成した金属超微粉を回収する回収管４ｂが設けられている。
【００１６】
還元炉１の上部には、金属塩化物ガスを反応室１Ｂに供給する供給管５が配置されている。この供給管５は、還元炉１の軸心にほぼ沿って還元炉１の頂部から蒸発室１Ａを貫通し反応室１Ｂの上部まで延びている。供給管５の下端部は、金属塩化物ガスを反応室１Ｂに吐出するノズル５ａとして構成される。
【００１７】
供給管５の蒸発室１Ａでの延在部分におけるほぼ中央部分には、図２（ａ）に示すように、供給管５の肉厚が内側に膨出してなるベンチュリー機構（負圧発生手段）６が構成されている。そして、このベンチュリー機構６のもっとも肉厚部分には、供給管５内と蒸発室１Ａとを連通する複数の金属塩化物ガス導入口７が、周方向に等間隔をおいて空けられている。
【００１８】
次いで、上記金属粉末の製造装置を用いてＮｉ超微粉を製造する一実施形態の具体例を説明する。
はじめに、蒸発室１Ａに固体状の塩化ニッケル（固体状の金属塩化物）を投入し、これを加熱手段３Ａにより加熱蒸発（昇華）させる。加熱手段３Ａによる塩化ニッケルの加熱蒸発温度は、９００℃前後が適当である。蒸発室１Ａにおいては、金属塩化物ガスである塩化ニッケルガスが連続的に発生する。一方、不活性ガス（アルゴンガスや窒素ガス）を供給管５に流して反応室１Ｂに圧送するとともに、還元ガスである水素ガスを還元ガス供給管４ａに流して反応室１Ｂに供給し、さらに、加熱手段３Ｂによって反応室１Ｂを所定の還元温度（１０００℃前後）に加熱する。
【００１９】
反応室１Ｂに向かって供給管５内を流れている不活性ガスは、ベンチュリー機構６を通過する際に負圧を発生する。この負圧発生により、蒸発室１Ａで生成した塩化ニッケルガスが金属塩化物ガス導入口７から供給管５内に吸引される。供給管５に導入された塩化ニッケルガスは、不活性ガスとともにノズル５ａから反応室１Ｂに吐出する。反応室１Ｂでは、不活性ガスに随伴された塩化ニッケルガスが水素ガスと気相化学反応を起こし、Ｎｉ超微粉が生成する。
【００２０】
生成したＮｉ超微粉は、不活性ガスや気相化学反応で副生した塩酸ガス等とともに反応室１Ｂの下部で冷却された後、次いで回収管４ｂより前記の混合ガスから分離回収される。分離回収されたＮｉ超微粉は、さらに洗浄乾燥工程を経た後、本願発明によるＮｉ超微粉が得られる。
【００２１】
本実施形態によれば、蒸発室１Ａで生成した金属塩化物ガス（上記具体例では塩化ニッケルガス）は、ベンチュリー機構６によって発生する負圧を利用して供給管５内に導入され、反応室１Ｂに供給される。供給管５への金属塩化物ガスの導入量は、金属塩化物ガスの蒸発量およびキャリアガスの流量を一定とした場合、ベンチュリー機構６で発生する負圧の大きさによって定まる。このように、ベンチュリー機構６による負圧の大きさを制御因子とすることにより、反応室１Ｂへの金属塩化物ガスの供給量ならびに金属塩化物ガスの分圧を制御することができる。したがって、金属塩化物ガスの供給量ならびに分圧の制御を容易に、かつ高精度で行うことが可能となる。その結果、反応室１Ｂで生成する金属粉末の粒径を的確に制御することができるとともに、粒径が例えば０．５μｍ以下のＮｉ超微粉を製造することができる。この場合、ベンチュリー機構６により発生する負圧は、肉厚や長さに伴う供給管５内の狭隘状態によって制御することができる。
【００２２】
また、上記製造装置においては、蒸発室１Ａと反応室１Ｂとが上下に隣接し、なおかつ供給管５が蒸発室１Ａを貫通しているので、装置の小型化ならびに単純化が達成される。
【００２３】
上記実施形態では、キャリアガスとして不活性ガスを用いているが、キャリアガス中に還元ガス（上記具体例では還元ガスである水素ガス）や、他のガス（上記具体例では塩素ガス）を混入してもよく、さらには、還元ガスをキャリアガスとして用いることもできる。
【００２４】
上記実施形態のベンチュリー機構６は、金属塩化物ガスを供給管５に導入するための負圧発生手段の一例であり、負圧発生手段としては、金属塩化物ガスを供給管５に導入可能であればいかなる形態であってもかまわない。図２（ｂ）〜（ｄ）は、ベンチュリー機構の変形例を示している。図２（ｂ）のベンチュリー機構は、金属塩化物ガス導入口７の上流側に設けた漏斗状の絞り部材１０により構成されている。また、図２（ｃ）のベンチュリー機構は、供給管５のノズル５ａを縮径して絞り、供給管５内に通した内管１１に金属塩化物ガス導入口７を連通させて構成されている。さらに、図２（ｄ）のベンチュリー機構は、絞り弁１２によりベンチュリー機構を構成している。この場合、絞り弁１２の開度によって負圧の大きさを調整し、金属塩化物ガスの導入量を任意に制御することができるようになっている。したがって、生成する金属粉末の粒径制御を容易に、かつ高精度で行うことができる。
【００２５】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明する。
図１に示す金属粉末の製造装置の蒸発室１Ａに、出発原料である固体の塩化ニッケルを投入し、加熱手段３Ａにより蒸発室１Ａを９００℃に加熱し、固体の塩化ニッケルを蒸発させて塩化ニッケルガスを発生させた。また、加熱手段３Ｂにより反応室１Ｂを１０００℃に加熱した。次いで、供給管５にアルゴンガスを流して反応室１Ｂに塩化ニッケルガスを０．３Ｎｌ／分で、また還元ガス供給管４ａから、３Ｎｌ／分の水素ガスを反応室１Ｂに供給し、反応室１ＢでＮｉ超微粉を連続的に生成させた。次いで、窒素ガスおよび反応で副生した塩酸蒸気およびＮｉ超微粉を回収管４ｂからオイルスクラバーに導き、Ｎｉ超微粉のみを分離回収した。次いで、回収したＮｉ超微粉をキシレンで洗浄後、水洗乾燥してＮｉ超微粉を得た。このＮｉ超微粉は、平均粒径が０．３μｍで、形状はほぼ均一な球状の粒子であり、きわめて高品質であった。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、固体状の金属塩化物を加熱蒸発させて生成した金属塩化物ガスを、キャリアガスが反応部に直接流されている供給管に負圧を利用して導入することにより反応部に供給するので、生成する金属粉末の粒径制御を容易に、かつ高精度で行うことができる。したがって、粒度分布が狭く高品質な金属粉末を安定して得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態に係る金属粉末の製造装置を示す縦断面図である。
【図２】  （ａ）は本発明の一実施形態に係るベンチュリー機構を示す縦断面図、（ｂ）〜（ｄ）はそれぞれベンチュリー機構の変形例を示す縦断面図である。
【図３】  従来の金属粉末の製造装置の従来例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１…還元炉、１Ａ…蒸発室（蒸発部）、１Ｂ…反応室（反応部）、
５…供給管、６…ベンチュリー機構（負圧発生手段）、
７…金属塩化物ガス導入口。
【図１】
0004295860.tif 000002
【図２】
0004295860.tif 000003
【図３】
0004295860.tif 000004