JPWO2018179976A1 - 金属粉末の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
金属粉末、および式1に示される配位子を有する金属錯体を含む分散液と、酸またはアルカリを含む水とを混合することで、前記金属錯体から生成される酸化物によって前記金属粉末の表面の少なくとも一部を被覆することを特徴としている。
本実施形態に係る金属粉末の製造方法では、金属粉末の分散液と、酸またはアルカリを含む水とを混合する。ここで、金属粉末の分散液は、金属アルコキシドおよび錯化剤を含んでいる。これによって、金属アルコキシド、および該金属アルコキシドと錯化剤とから生成される金属錯体とを加水分解させることにより得られた酸化物にて金属粒子の表面の少なくとも一部を被覆する。
金属粉末とは、金属粒子の集合体のことであり、該金属粒子を構成する金属としては、ニッケル、銅、銀、アルミニウム、チタン、鉄、コバルト、タングステン、およびモリブデンなど、並びにこれら金属の合金が挙げられる。これらの中でも、金属粒子を構成する金属は、ニッケル、銅、および銀であることがより好ましい。これら金属粉末は、ペーストフィラー、チタン材の複合材、または触媒などの各種用途に好適に使用され、例えば、ニッケル、銅、および銀などは、ペーストフィラーに好適に使用される。金属粒子の平均粒径は特に限定されないが、好ましくは1μm以下、より好ましくは0.5μm以下、さらに好ましくは0.3μm以下、さらに好ましくは0.2μm以下、さらに好ましくは0.1μm以下である。このような平均粒径を有している金属粉末は、例えば気相還元法または液相還元法によって好適に製造することができる。このように平均粒径が1μm以下であるという、気相還元法または液相還元法によって製造された金属粒子の表面に酸化物を均一に被覆することができることも一態様に係る製造方法の利点の1つである。
分散液には、金属アルコキシドが含まれている。金属アルコキシドは、錯化剤によって加水分解することを抑制されつつも、酸化物を生成し、当該酸化物は、金属粒子の表面を被覆する。
M(OR3)P・・・(式2)
(ここで、Mは、Si、Ti、Zr、Al、La、Cr、およびBaからなる群から選択される1つの金属であり、R3は、炭素数1〜4の直鎖状アルキル基、および炭素数3〜4の分岐アルキル基であり、pは、Mの種類によって決まり、2〜4の整数である。)
錯化剤は、金属アルコキシドの金属部と金属錯体を形成することにより、該金属アルコキシドの加水分解速度を遅くする。これにより、金属アルコキシドおよび当該金属アルコキシドから生成される金属錯体によって生成される酸化物の粒子を細かくすることができる。よって、酸化物を均一に金属粒子の表面に付着させることができる。
金属錯体は、加水分解することによって酸化物を形成する金属錯体であって、より具体的には、金属錯体は、例えば、以下の式3または式4に示す構造を取り得る。
M1(OR3)qXr ・・・(式3)
(ここで、M1は、Si、Ti、Zrからなる群から選択される1つの金属であり、Xは、前記式1に示す配位子であり、qが0のとき、rは4であり、qが2のとき、rは2である。)
M2Xs ・・・(式4)
(ここで、M2は、Al、La、Cr、およびBaからなる群から選択される1つの金属であり、Xは、前記式1に示す配位子であり、sは、M2の種類によって決まり、2または3である。)
なお、上記式3または4に示すような金属錯体は、一例として、金属アルコキシドの金属部に錯化剤が配位することによって好適に生成される。また、一態様に係る製造方法では、上記式3または4に示すような金属錯体であれば、金属アルコキシドから金属錯体を生成することに代えて、予め他の方法によって製造された上記式3または4の金属錯体を分散液に配合してもよい。
金属粉末、および金属錯体の混合溶液に対し、酸またはアルカリを含む水を混合することで、金属化合物を加水分解させ酸化物を生じさせる。水は、酸またはアルカリにより、金属粉末の表面電荷が、金属化合物の加水分解により生じた酸化物の表面電荷と反対になるようにpHを調整されている。このようにpHを調整した水を、以下、pH調整水とも称する。金属粉末、および金属錯体の分散液に加えると、酸化物は金属粉末と表面電荷が反対にすることができ、これにより、酸化物を静電引力により金属粉末に均一に被覆することができる。
以下、酸化物被覆ニッケル粉末の製造例をもとに詳細に説明する。なお、本実施形態に係る金属粉末の製造方法によって被覆され得る金属粉末は、ニッケルに限定するものではない。
本発明の一態様により生成したニッケル粉末は、酸化物被膜の形状および厚み、化学状態、熱収縮率により品質を評価した。つぎにそれぞれの評価方法について説明する。
金属粉末の平均粒径は、走査型電子顕微鏡(日本電子株式会社製、商品名JSM−7800F)により金属粉末の粒子の写真を撮影し、その写真から粒子約1,000個の粒径を画像解析ソフト(株式会社マウンテック製、商品名MacView4.0)を使用して求め、その平均値を算出した。なお、粒径は粒子を包み込む最小円の直径とした。
得られた酸化物被覆ニッケル粉末をカーボン支持膜に振りかけ、走査型透過電子顕微鏡(STEM)によりニッケル粉末の写真を100万〜150万倍の倍率で数視野の撮影を行った。また、走査型透過電子顕微鏡に備え付けられているEDS(Energy Dispersive X-ray Spectrometry)検出器により元素マッピングを行った。
得られた酸化物被膜ニッケル粉末をインジウム板(厚み0.5mm)に固定し、光電子分光装置(サーモフィッシャーサイエンティフィック社製、k−alpha+)により、ニッケル、およびコーティング元素の測定を行った。
得られた酸化物被覆ニッケル粉末に対して3wt%のショウノウを加えた後、アセトンによりショウノウを溶かし、アセトンが蒸発するまで良くかき混ぜた。酸化物被覆ニッケル粉末とショウノウの混合粉末をφ5mm、高さ2mmのペレットに加圧成形した。
STEM−EDSマッピング像において、金属粒子の周上から元素が検出されなかった領域の弧の長さを測定し、以下の式で表面被覆率を計算した。
=(L0−L1)/L0×100
L0:金属粒子の周長さ
L1:金属粒子の周上において元素が検出されなかった領域の弧の長さ
まず、金属ニッケル粉末(平均粒径100nm)を、特開平10−219313号公報に記載された方法に準じて製造した。該金属ニッケル粉末にエタノールを加え、10wt%のスラリーにした。一方、該スラリーとは別に、上記スラリーに含まれる金属ニッケル粉末を100重量%としたときに、2重量%に相当する量のテトラエチルオルトシリケート(以下、TEOSとも称する)をエタノールに溶かした。さらに、錯化剤としてアセチルアセトンを、Si元素に対して2倍モルになるように加えた。金属ニッケル粉スラリーと、TEOSおよびアセチルアセトンのエタノール溶液とを混合し、1時間撹拌を行い、ニッケル粉末を含む分散液200mLを作製した。その後、アンモニア水でpHを8〜9に調整した水100mLを一時に加え、2時間撹拌した。その後、吸引濾過を行い、大気中で120℃1時間乾燥を行うことで目的とするSiO2被覆ニッケル粉を得た。実施例1で得られたニッケル粉末のSTEM写真およびSTEM−EDSマッピング像を図1に示す。また、表面被覆率、5%収縮温度を表1に示す。
金属アルコキシドとしてチタニウムテトライソプロポキシド、添加量を2wt%のSiO2の体積と同じになるようにした以外は実施例1と同様に処理を行い、TiO2被覆ニッケル粉末を得た。得られたニッケル粉末のSTEM写真およびSTEM−EDSマッピング像を図2に示す。また、表面被覆率、5%収縮温度を表1に示す。
金属アルコキシドとしてジルコニウムテトライソプロポキシド、添加量を2wt%のSiO2の体積と同じになるようにした以外は実施例1と同様に処理を行い、ZrO2被覆ニッケル粉末を得た。得られたニッケル粉末のSTEM写真およびSTEM−EDSマッピング像を図3に示す。また、表面被覆率、5%収縮温度を表1に示す。
金属アルコキシドとしてアルミニウムトリ−n−ブトキシド、添加量を2wt%のSiO2の体積と同じになるようにした以外は実施例1と同様に処理を行い、Al2O3被覆ニッケル粉末を得た。得られたニッケル粉末のSTEM写真およびSTEM−EDSマッピング像を図4に示す。また、表面被覆率、5%収縮温度を表1に示す。
金属アルコキシドとしてランタントリイソプロポキシド、有機溶剤として2−プロパノール、添加量を2wt%のSiO2の体積と同じになるようにした以外は実施例1と同様に処理を行い、La2O3被覆ニッケル粉末を得た。得られたニッケル粉末のSTEM写真およびSTEM−EDSマッピング像を図5に示す。また、表面被覆率、5%収縮温度を表1に示す。
アセチルアセトンを加えなかった以外は実施例2と同様の処理を行い、TiO2被膜ニッケル粉末を得た。得られたニッケル粉末のSTEM写真およびSTEM−EDSマッピング像を図6に示す。また、表面被覆率、及び5%収縮温度を表1に示す。
実施例1と同様に得た金属ニッケル粉末を、コーティング元素による被覆を行なわず、参考例として用いた。
Claims (5)
- 表面の少なくとも一部が酸化物に被覆された金属粉末を製造する製造方法であって、
金属粉末、および式1に示される配位子を有する金属錯体を含む分散液と、酸またはアルカリを含む水とを混合することで、前記金属錯体から生成される酸化物によって前記金属粉末の表面の少なくとも一部を被覆することを特徴とする金属粉末の製造方法。
- 前記分散液が、金属アルコキシドを含む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。
- 前記金属錯体を、前記金属アルコキシドと前記配位子である錯化剤とを混合することで生成する工程を含むことを特徴とする請求項2に記載の金属粉末の製造方法。
- 前記配位子がアセチルアセトンであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の金属粉末の製造方法。
- 前記酸化物による表面被覆率が80%以上であることを特徴とする金属粉末を製造する請求項1〜4のいずれか1項に記載の金属粉末の製造方法。
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