(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス形成元素を含む化合物であって少なくとも１種類以上の酸化物ゾルを含む化合物と、水溶性のＮｉ2+・還元剤錯体化合物との混合溶液を、得られるガラス質膜の融点以上の温度に加熱されたＮ2雰囲気中に噴霧し、熱分解することを特徴とする、表面の少なくとも一部にガラス質膜を有するＮｉ金属粉末の製造方法。
【請求項２】
前記Ｎｉ2+・還元剤錯体化合物は、ヒドロキシアセトンとヒドラジンとを反応させてケトンヒドラゾンを得た後、該ケトンヒドラゾンとＮｉ化合物の水溶液とを反応させて水溶液として得ることを特徴とする、請求項１に記載のＮｉ金属粉末の製造方法。
【請求項３】
前記酸化物ゾルは、該酸化物の平均粒子径が３０ｎｍ以下であって、２価および３価のアルコールのうちの少なくとも１種を溶媒として含むことを特徴とする、請求項１または２に記載のＮｉ金属粉末の製造方法。
【請求項４】
前記Ｎ2雰囲気温度は、前記ガラス質膜の融点よりも３０℃以上高い温度であることを特徴とする、請求項１、２または３に記載のＮｉ金属粉末の製造方法。
【請求項５】
Ｎｉ金属粉末と有機ビヒクルとを含有する導電性ペーストであって、前記Ｎｉ金属粉末は、請求項１から４のいずれかに記載の製造方法により製造されたものであることを特徴とする、導電性ペースト。
【請求項６】
セラミックと、該セラミックに形成された導体とを備えたセラミック電子部品であって、前記導体が、請求項５に記載の導電性ペーストを焼成して得られたものを含むことを特徴とする、セラミック電子部品。
【請求項７】
複数の積層された誘電体セラミック層と、該誘電体セラミック層の特定の界面に沿って形成された内部電極と、該内部電極に電気的に接続された外部電極とを備えて積層コンデンサが構成されており、かつ、前記内部電極は、請求項５に記載の導電性ペーストを焼成して得られたものであることを特徴とする、セラミック電子部品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｎｉ金属粉末の表面の少なくとも一部がガラス質膜で被覆された球形状のＮｉ金属粉末の製造方法に関する。また、得られたＮｉ金属粉末を用いた導電性ペーストおよびセラミック電子部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
積層コンデンサなどのセラミック電子部品の電極材料としては、コストダウンを目的として、Ｎｉなどの卑金属が多く用いられるようになってきている。
【０００３】
ところで、例えば積層コンデンサの場合、その積層数がますます増加し、５００〜６００層に及ぶまでになっている。このため、セラミック層の薄層化がますます進み、それにともなってＮｉ内部電極層についてもさらに薄層化が要求されている。
【０００４】
しかしながら、Ｎｉ内部電極層の薄層化のために、単に微細なＮｉ粉末を用いるのみでは、焼成時にＮｉ粉末の焼結が進みすぎて、網目状の導体となって導体の抵抗値上昇や導通不良を引き起こしたり、Ｎｉ粉末の凝集によって導体層の厚みがばらつくという不都合が起こるという問題点がある。Ｎｉ内部電極層を薄層化するには、Ｎｉ粉末をより微細にし、かつ分散性のよいものにして、焼成時にできるだけ空隙が生じにくくすると共に、セラミック層との焼結収縮挙動を一致させることが必要である。
【０００５】
従来、セラミック層との焼結収縮挙動を一致させる、すなわちセラミック層の焼結開始温度までＮｉ粉末の焼結を抑制するために、ＺｒＯ2、ＢａＯ、ＴｉＯ2、Ｆｅ2Ｏ3などの金属酸化物粒子を添加したり、これらの酸化物を生成する前駆体化合物をＮｉ粉末表面に被覆したりする方法が行われれてきている。しかしながら、これらの酸化物は不良導体であり、多量に添加すると導電性が低下するという欠点を有している。
【０００６】
このような問題点を解決する方法として、特開平１０−３３０８０２号公報には、ペースト中のＮｉ金属粉末の保存中および焼成中の酸化を防止すること、またペーストの焼結の抑制や促進、接着性の向上などの調節を目的として、ＮｉＣｌ2、Ｎｉ（ＮＯ3）2などの熱分解性金属化合物と、Ｂａ（ＮＯ3）2やＨ3ＢＯ3などのガラス質を生成する酸化物前駆体との混合溶液を、微細な液滴にして、加熱分解して、表面の少なくとも一部にガラス質膜を有するＮｉ金属粉末の製造方法が開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平１０−３３０８０２号公報に開示された従来の方法の場合、ＮｉＣｌ2、Ｎｉ（ＮＯ3）2などは、加熱分解によりＮｉ0にならずＮｉＯになってしまうので、還元性ガス例えばＨ2ガスを送り込み強制的に還元してＮｉ0にする必要があった。ところが、Ｈ2ガスは可燃ガスであり、燃焼・爆発を起こす危険性があるため、Ｎｉ粉末の製造に際しては防爆装置を備えた高価な設備が必要であるとともに、取り扱いに十分な注意が必要であるという問題点を有していた。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、上記問題点を解決して、表面の少なくとも一部がガラス質酸化物層で被覆されたＮｉ金属粉末を、容易にかつ安価に製造する方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の表面の少なくとも一部にガラス質膜を有するＮｉ金属粉末の製造方法は、ガラス形成元素を含む化合物であって少なくとも１種類以上の酸化物ゾルを含む化合物と、水溶性のＮｉ2+・還元剤錯体化合物との混合溶液を、得られるガラス質膜の融点以上の温度に加熱されたＮ2雰囲気中に噴霧し、熱分解することを特徴とする。
【００１０】
そして、前記Ｎｉ2+・還元剤錯体化合物は、ヒドロキシアセトンとヒドラジンとを反応させてケトンヒドラゾンを得た後、該ケトンヒドラゾンとＮｉ化合物の水溶液とを反応させて水溶液として得ることを特徴とする。
【００１１】
また、前記酸化物ゾルは、該酸化物の平均粒子径が３０ｎｍ以下であって、２価および３価のアルコールのうちの少なくとも１種を溶媒として含むことを特徴とする。
【００１２】
また、前記Ｎ2雰囲気温度は、前記ガラス質膜の融点よりも３０℃以上高い温度であることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の導電性ペーストは、Ｎｉ金属粉末と有機ビヒクルとを含有する導電性ペーストであって、前記Ｎｉ金属粉末は、上述の製造方法により製造されたものであることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明のセラミック電子部品は、セラミックと、該セラミックに形成された導体とを備えたセラミック電子部品であって、前記導体が、上述の導電性ペーストを焼成して得られたものを含むことを特徴とする。
【００１５】
さらに、本発明のセラミック電子部品は、複数の積層された誘電体セラミック層と、該誘電体セラミック層の特定の界面に沿って形成された内部電極と、該内部電極に電気的に接続された外部電極とを備えて積層コンデンサが構成されており、かつ、前記内部電極は、上述の導電性ペーストを焼成して得られたものであることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明のＮｉ金属粉末の製造方法は、ガラス形成元素を含む化合物であって少なくとも１種類以上の酸化物ゾルを含む化合物と、水溶性のＮｉ2+・還元剤錯体化合物との混合溶液を、得られるガラス質膜の融点以上の温度に加熱されたＮ2雰囲気中に噴霧し、熱分解する方法である。そして、前記Ｎｉ2+・還元剤錯体化合物は、ヒドロキシアセトンとヒドラジンとを反応させてケトンヒドラゾンを得た後、該ケトンヒドラゾンとＮｉ化合物の水溶液とを反応させて水溶液として得る。
【００１７】
このような製造方法により、表面の少なくとも一部にガラス質膜を有する、球形状でかつ耐酸化性に優れたＮｉ金属粉末を容易に得ることができる。
【００１８】
なお、ガラス質膜はＮｉ金属粉末の表面を完全に被覆した形でも、またＮｉ金属粉末の表面および／または表面近傍の一部に偏析した形でもよい。Ｎｉ金属粉末同士の接触を妨げて焼結を抑制するためには、表面全体を被覆したものが最も効果的であるが、必ずしも全面を被覆していなくても、用途、焼成雰囲気、要求特性により必要に応じて有効量のガラスが表面に存在していればよい。
【００１９】
また、Ｎｉ2+・還元剤錯体化合物の熱分解で得られるＮｉ金属粉末の粒子径は１μｍ以下程度であるので、ガラス形成元素を含む化合物である酸化物ゾルの粒子径としては、合成されるNi金属粉末の粒子径の１／３０以下の３０ｎｍ以下が好ましい。
【００２０】
また、ＳｉＯ2ゾルの溶媒としては、２価または３価のアルコールが好ましく、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ジプロピレングリコール、トリグリコール、テトラエチレングリコール、ブタンジオール−１、４−ヘキシレングリコール、オクチレングリコール、１，２，３−プロピルトリオールなどを適宜用いることができる。
【００２１】
通常市販されているＳｉＯ2ゾルの有機溶媒としては、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、ｉ−プロパノール、エチルセルソルブ、ｎ−ブタノールなどが用いられている。しかしながら、これらのＳｉＯ2ゾルは、弱酸性から弱アルカリ性溶液中に添加分散させると、凝集して分散性が低下する。これに対して、２価または３価のアルコールをＳｉＯ2ゾルの溶媒として用いた場合には、弱酸性から弱アルカリ性溶液中に添加分散させても凝集は起こらず、高分散状態を保つ。したがって、非常に微細な液滴を噴霧熱分解させる場合にも、ガラスを構成する元素が均一に混合されているため組成ずれが起こりにくく、微細な球形状のガラス粉末を得ることができる。
【００２２】
また、酸化物以外のガラス形成元素を含む化合物としては、水に溶解する化合物、例えば硝酸塩、酢酸塩、塩化物、硫酸塩、蟻酸塩などを適宜用いることができる。
【００２３】
また、混合溶液を噴霧するＮｉ雰囲気温度は、安定してガラス質膜を得るために、得られるガラス質膜の融点よりも３０℃以上の高温が好ましい。
【００２４】
さらに、ガラス形成元素を含む混合溶液を噴霧する方式としては、超音波振動方式、静電霧化方式、２〜３流体ノズル方式などがあり、これらを適宜用いることができる。なかでも超音波振動方式や静電霧化方式は、より細かい液滴に霧化することができ、より細かい粉末を得ることができるため好ましい。
【００２５】
ところで、ニッケルイオン（Ｎｉ2+）と還元剤であるヒドラジンとを直接反応させて得られるＮｉ2+・還元剤錯体化合物（Ｎｉ−ヒドラジン錯体化合物）は、水に対して不溶性であり、溶液タイプのＮｉ前駆体溶液を調整することは不可能である。このため、Ｎｉの分散が不均一となる。
【００２６】
本発明においては、ヒドロキシアセトンとヒドラジンとを反応させて得られるケトンヒドラゾン（ヒドロキシアセトン−ヒドラゾン）とＮｉ2+を反応させて、水溶性のＮｉ前駆体溶液であるＮｉ2+・還元剤錯体化合物（Ｎｉ−ヒドロキシアセトン−ヒドラゾン錯体化合物）を得ている。これにより、Ｎｉの原子レベルでの均一分散を達成している。
【００２７】
また、本発明の方法では、生成したＮｉ2+・還元剤錯体化合物（Ｎｉ−ヒドロキシアセトン−ヒドラゾン錯体化合物）を加熱するため、Ｎｉ−ヒドラジンの熱分解よる還元の場合と同じく、Ｎｉ2+を還元してＮｉ0にすることができる。このため、強制還元のために、例えばＨ2ガスなどの還元性ガスを送り込む必要がない。したがって、本発明の方法の場合、Ｎｉ（ＮＯ3）2やＮｉＣｌ2などを直接熱分解するときのようにＮｉ0にならずにＮｉＯになるという反応は起こらず、強制還元ガスを供給することなく直接Ｎｉ0を得ることが可能である。
【００２８】
また、Ｎｉ0は酸化されやすく酸素が介在するとすぐに酸化されてＮｉＯとなる性質があるため、ＮｉＯへの酸化を防ぐために噴霧雰囲気を非酸化性雰囲気のＮ2ガス中とし、Ｎｉ0→Ｎｉ2+〔Ｎｉ（metal）→NiO〕への酸化反応を抑制している。
【００２９】
次に、本発明の導電性ペーストは、上記の製造方法で得られたＮｉ金属粉末を有機ビヒクル中に分散させることにより得られる。なお、有機ビヒクルは、通常、樹脂および溶剤を主成分とし、それ以外に必要に応じて、分散剤、可塑剤、消泡材、静電気防止剤などを所定量含む。
【００３０】
そして、樹脂としては、セルロース系樹脂、アクリル系樹脂、ブチラール系樹脂、アルキッド系樹脂などが挙げられ、これらを単独あるいは混合して用いることができる。また、溶剤としては、たとえば、テルピネオール、グリコール類、セロソルブ類、酢酸エステル類などが挙げられるが、特に限定されるものではない。樹脂の種類、塗布方法などとの兼ね合いで、適宜選択して用いることができる。
【００３１】
次に、本発明のセラミック電子部品は、セラミックと、上記の導電性ペーストの焼成により形成された導体とを含むものであり、例えば、積層セラミックコンデンサ、セラミック多層回路基板、セラミックコンデンサ、セラミック共振器、セラミックアクチュエータなどがある。
【００３２】
図１は本発明のセラミック電子部品の一例を示す積層セラミックコンデンサの断面図であり、図２は図１に示す積層セラミックコンデンサの積層体２の分解斜視図である。
【００３３】
図１および２を参照して、積層セラミックコンデンサ１は、複数の積層された誘電体セラミック層３および４と、積層方向における中間部に位置する誘電体セラミック層４間の特定の界面に沿いかつ積層体２の積層方向に互いに重なり合った状態で形成された複数の内部電極５および６とを含む、直方体形状の積層体２を備えている。この内部電極５および６が、本発明の導電性ペーストを焼成して形成されている。
【００３４】
そして、積層体２の外表面上であって、その各端部には、第１および第２の外部電極７および８がそれぞれ形成されている。外部電極７および８は、それぞれ、内部電極５および６のうちの特定のものに電気的に接続されるもので、第１の外部電極７に電気的に接続される内部電極５と第２の外部電極８に電気的に接続される内部電極６とは、交互に積層方向に配置されている。
【００３５】
なお、外部電極７および８の各上には、ニッケル、銅などからなる第１のめっき層９が形成され、さらにその上には、はんだ、錫などからなる第２のめっき層１０が形成されてもよい。
【００３６】
次に、この積層セラミックコンデンサ１の製造方法について、製造工程順に説明する。
【００３７】
まず、例えば、チタン酸バリウムを主成分とした非還元性の誘電体セラミック原料粉末を用意し、これに有機バインダを加えてスラリー化し、このスラリーをシート状に成形して、誘電体セラミック層３および４のためのセラミックグリーンシートを得る。
【００３８】
次に、中間部に位置する誘電体セラミック層４となるセラミックグリーンシートの各一方の主面上に、ニッケルを導電成分とする内部電極５および６を形成する。これら内部電極５および６は、本発明の導電性ペーストを用いて、スクリーン印刷法などの印刷法で形成される。
【００３９】
次に、内部電極５または６を形成した誘電体セラミック層４のためのセラミックグリーンシートを、必要枚数積層するとともに、図２に示すように、これらセラミックグリーンシートを、外層部に位置する、内部電極が形成されていない誘電体セラミック層３のためのセラミックグリーンシートによって挟んだ状態とし、これらを圧着することによって、生の積層体を得る。
【００４０】
その後、この生の積層体を、所定の非酸化性雰囲気中で所定の温度にて焼成し、積層体２を得る。
【００４１】
次に、積層体２の両端面上に、内部電極５および６の特定のものと電気的に接続されるように、外部電極７および８を形成する。この外部電極７および８の材料としては、内部電極５および６と同じ材料、すなわちニッケルを使用することができるが、それ以外に、銀、パラジウム、銀−パラジウム合金なども使用可能である。また、これら金属粉末に、Ｂ2Ｏ3−ＳｉＯ2−ＢａＯ系ガラス、Ｌｉ2Ｏ−ＳｉＯ2−ＢａＯ系ガラスなどのガラスフリットを添加したものが使用される。これら外部電極材料については、積層セラミックコンデンサ１の用途、使用場所などを考慮して適当な材料が選択される。
【００４２】
また、外部電極７および８は、典型的には、材料となる金属粉末ペーストを、焼成により得た積層体に塗布して、焼付けることによって形成されるが、焼成前に塗布して、積層体２を得るための焼成と同時に焼付けることによって形成してもよい。
【００４３】
その後、外部電極７および８の上に、ニッケル、銅などのめっきを施し、第１のめっき層９を形成する。最後に、この第１のめっき層９の上に、はんだ、錫などの第２のめっき層１０を形成し、積層セラミックコンデンサ１を完成させる。
【００４４】
【実施例】
以下、ガラス形成元素としてＳｉ、Ｂａ、Ｂ、Ｌｉを含むガラス質膜を表面に有する、本発明のＮｉ金属粉末の製造方法の実施例を示す。
【００４５】
まず、水溶性のＮｉ2+・還元剤錯体化合物の溶液（溶液Ａ）を調整した。すなわち、表１に示すように、まず、ヒドロキシアセトンと還元剤としてのヒドラジンとを用意し、ヒドロキシアセトン：ヒドラジン＝１：１（モル比）の比率で反応させて、ヒドロキシアセトン−ヒドラゾン（ケトンヒドラゾン）を合成した。次に、Ｎｉ化合物としての酢酸ニッケル｛Ｎｉ（ＯＡｃ）2｝を用意し、Ｎｉ：ヒドロキシアセトン−ヒドラゾン（ケトンヒドラゾン）＝１：２．２５（モル比）になるように調合し、反応させて、Ｎ2+−ヒドロキシアセトン−ヒドラゾン錯体化合物（Ｎｉ2+・還元剤錯体化合物）の水溶液を調整した。当溶液中のＮｉ量は１１７．４２ｇ／１０００ｍｌである。
【００４６】
【表１】
0004310904.tif 000002
【００４７】
次に、ガラス形成元素を含む化合物の溶液（溶液Ｂ）を調整した。すなわち、表２に示すように、まず、Ｓｉ源としてエチレングリコールを溶媒としたＳｉＯ2ゾルを用意した。また、Ｌｉ源としてＬｉ2ＣＯ3を、Ｂａ源としてＢａＣＯ3を、Ｂ源としてＢ2Ｏ3をそれぞれ用意した。次いで、Ｓｉ：Ｌｉ：Ｂａ：Ｂ＝１．０：１．０：１．５：１．５（原子モル比）なるように、ＳｉＯ2ゾル、ＢａＣＯ3、Ｂ2Ｏ3、Ｌｉ2ＣＯ3を正確に秤量し分取した。その後、林檎酸をＳｉ、Ｂａ、Ｂ、Ｌｉと反応するのに必要な当量の１．２５倍量の当量数を正確に秤量し分取して加え、さらに純水を加えてスターラ上で攪拌しながら溶解して、ガラス形成元素を含む化合物の溶液を調製した。なお、使用したＳｉＯ2ゾル溶液中のＳｉＯ2含有量は２０ｗｔ％であった。また、調製した溶液Ｂ中のガラス形成元素を含む化合物の酸化物換算量は、６９．９５ｇ／１０００ｍｌである。
【００４８】
【表２】
0004310904.tif 000003
【００４９】
次に、表３に示すように、Ｎｉ金属に対するガラス形成元素を含む化合物量を酸化物に換算して０．１〜２０ｗｔ％になるように、溶液Ａおよび溶液Ｂを混合した。その後、この混合溶液を、８５０℃に加温したＮ2雰囲気中に超音波振動方式で噴霧して、熱分解を行ない表面に膜を有するＮｉ金属粉末を得た。
【００５０】
【表３】
0004310904.tif 000004
【００５１】
得られたＮｉ金属粉末について、Ｘ線回折（ＸＲＤ）分析を行なったところ、Ｎｉのみが検出された。また、発光分光分析を行なったところ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｂａ、ＢおよびＬｉの５元素が検出された。以上のことは、得られたＮｉ金属粉末は、ＳｉＯ2、Ｂ2Ｏ3、ＢａＯ、Ｌｉ2Ｏから構成されたガラス質膜で表面が被覆された粉末であることを示している。
【００５２】
次に、得られたＮｉ金属粉末の熱重量分析を大気中で行なって、酸化開始温度を測定した。酸化開始温度は、重量増加率が２％（完全にＮｉＯになる重量増加率の約１／１０）となる温度とした。結果を表４に示す。
【００５３】
【表４】
0004310904.tif 000005
【００５４】
表４から明らかなように、ガラス質膜をＮｉ金属粉末表面に被覆することで、Ｎｉ金属粉末の耐酸化性を向上させることができる。Ｎｉ粉末製造時の混合溶液中のガラス形成元素を含む化合物量を酸化物に換算量して２０ｗｔ％とすることにより、ガラス質膜を被覆しない場合と比較して、酸化開始温度が２１０℃も高くなる。
【００５５】
次に、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で、得られたＮｉ金属粉末の形状および粒子径を観察した。結果を表５に示す。
【００５６】
【表５】
0004310904.tif 000006
【００５７】
表５から明らかなように、得られるＮｉ金属粉末の形状は、ガラス質膜の被覆の有無に関係なくすべて球形状になっている。また、Ｎｉ金属粉末の粒子径は、ガラス質膜の被覆量（ガラス形成化合物の酸化物換算濃度）が増加していくと、わずかに粒子径が増加する傾向が見られるが、大幅な増加はなく、ガラス質膜はＮｉ金属粉末の粒子径にほとんど影響を与えない。
【００５８】
以上のとおり、本発明の方法によれば、表面の少なくとも一部にガラス質膜を有する、球形状でかつ耐酸化性に優れたＮｉ金属粉末を容易に得ることができる。
【００５９】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明の金属粉末の製造方法によれば、表面の少なくとも一部にガラス質膜を有する、球形状でかつ耐酸化性に優れたＮｉ金属粉末を容易にかつ安価に得ることができる。
【００６０】
本発明の方法によれば、Ｎｉ金属粉末を前もって準備する必要がなく、Ｎｉ2+とガラス質膜を構成する金属イオンがあれば、１工程で表面にガラス質膜を有するＮｉ金属粉末を得ることができる。また、Ｎｉ金属粉末の製造に際して、Ｈ2ガスなどの可燃ガスを用いないため、燃焼・爆発を起こす危険性がなく、防爆装置を備えた高価な設備を必要としない。
【００６１】
本発明方法で得られるＮｉ金属粉末は、低温域での焼結が抑制され、セラミックの焼結開始温度付近まで焼結を遅らせることが可能となり、過焼結を防止できる。このため、このＮｉ金属粉末を導体材料とした導電性ペーストを用いることにより、焼成時にＮｉ粉末の焼結が進みすぎて、網目状の導体となって導体の抵抗値上昇や導通不良を引き起こしたり、Ｎｉ粉末の凝集によって導体層の厚みがばらつくということが抑えられるとともに、導体層とセラミック層の同時焼成時の収縮の不一致に起因するデラミネーションが防止され、薄くかつ導電性に優れたＮｉ導体を形成することができる。
【００６２】
したがって、この導電性ペーストを用いることにより、積層コンデンサなどのセラミック電子部品の導体層をより薄くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のセラミック電子部品の一例を示す積層セラミックコンデンサの断面図である。
【図２】図１に示す積層セラミックコンデンサの積層体２の分解斜視図である。
【符号の説明】
１      積層セラミックコンデンサ
２      積層体
３、４  誘電体セラミック層
５、６  内部電極
７、８  外部電極
９、１０  めっき層
【図１】
0004310904.tif 000007
【図２】
0004310904.tif 000008