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JP2008169050A - Ceramic green sheet and manufacturing method thereof - Google Patents

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JP2008169050A
JP2008169050A JP2007001004A JP2007001004A JP2008169050A JP 2008169050 A JP2008169050 A JP 2008169050A JP 2007001004 A JP2007001004 A JP 2007001004A JP 2007001004 A JP2007001004 A JP 2007001004A JP 2008169050 A JP2008169050 A JP 2008169050A
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JP
Japan
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ceramic
green sheet
ceramic green
slurry
producing
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Application number
JP2007001004A
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Japanese (ja)
Inventor
Masaki Yasuoka
正喜 安岡
Yuji Hotta
裕司 堀田
Koji Watari
渡利  広司
Toshihiro Isobe
敏宏 磯部
Takashi Shirai
孝 白井
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Publication date
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Abstract

【課題】セラミックスグリーンシート及びその製造方法を提供する。
【解決手段】少なくとも有機結合剤、溶媒、界面活性剤/又は分散剤、及び原料セラミックスを含有するセラミックススラリーを用いてセラミックスグリーンシートを製造する方法において、溶媒として水系溶媒を使用し、前記原料セラミックスとして平均粒子径が大きくても100nmまでの原料セラミックスを用いて作製した均質な分散スラリーをテープ成形、乾燥してテープ成形体とすることを特徴とするセラミックスグリーンシートの製造方法、そのセラミックスグリーンシート及びセラミックスシート部材。
【効果】ナノサイズのセラミックス粉末を原料に用いた高品質セラミックスグリーンシート及び部材を提供することができる。
【選択図】図1
A ceramic green sheet and a method for manufacturing the same are provided.
In a method for producing a ceramic green sheet using a ceramic slurry containing at least an organic binder, a solvent, a surfactant / or dispersant, and a raw material ceramic, an aqueous solvent is used as the solvent, and the raw material ceramic is used. A method for producing a ceramic green sheet, characterized in that a homogeneous dispersed slurry produced using raw ceramics up to 100 nm even if the average particle size is large is tape-molded and dried to form a tape-molded body, and the ceramic green sheet And ceramic sheet members.
[Effect] A high-quality ceramic green sheet and member using nano-sized ceramic powder as a raw material can be provided.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、セラミックスグリーンシート及びその製造方法に関するものであり、更に詳しくは、少なくとも有機結合剤、溶媒、界面活性剤/又は分散剤、及び原料セラミックス粉末を含有するセラミックスグリーンシートであって、溶媒が水系であり、かつ前記原料セラミックスの平均粒子径が100nm以下であることを特徴とするセラミックスグリーンシート、及び上記セラミックスグリーンシートを効率よく作製することができるシート成形体の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a ceramic green sheet and a method for producing the same, and more particularly, a ceramic green sheet containing at least an organic binder, a solvent, a surfactant / or dispersant, and a raw ceramic powder, Is a water-based ceramic green sheet characterized in that the raw material ceramic has an average particle size of 100 nm or less, and a method for producing a sheet molded body capable of efficiently producing the ceramic green sheet. .

セラミックスや金属等の無機材料は、プラスティック等の有機材料と比較して、機械的強度や耐久性に優れることから、構造材料や電気・電子材料等、様々な用途で用いられている。そして、これらの無機材料は、各々の用途に適応する形状に形成された成形体(無機材料成形体)として用いられることが一般的である。   Inorganic materials such as ceramics and metals are superior in mechanical strength and durability compared to organic materials such as plastics, and are therefore used in various applications such as structural materials and electrical / electronic materials. And these inorganic materials are generally used as a molded object (inorganic material molded object) formed in the shape suitable for each use.

このような無機材料成形体の製造方法としては、先行技術文献には、例えば、骨材粒子(セラミックス粉末等)、分散媒(水等)、有機バインダー等を混合・混錬して、坏土を得、その坏土を押出成形等の方法により成形し、乾燥し、焼成することによりセラミックス焼結体を得る無機材料成形体の製造方法(高温焼結法)が開示されている(例えば、特許文献1参照)。   As a method for producing such an inorganic material molded body, the prior art document includes, for example, mixing and kneading aggregate particles (ceramic powder, etc.), dispersion medium (water, etc.), organic binder, etc. A method for producing an inorganic material molded body (high temperature sintering method) is disclosed in which a ceramic sintered body is obtained by molding the kneaded clay by a method such as extrusion molding, drying, and firing (for example, Patent Document 1).

また、骨材粒子(セラミックス粉末等)、分散媒(水等)、有機バインダー等を混合して、スラリー(スリップ)を得、そのスラリーを多孔体からなる吸水性の成形型に注型し、スラリーを乾燥・固化させた後、脱脂することにより、無機材料成形体を得る製造方法(鋳込み成形法(スリップキャスティング法))が開示されている(例えば、非特許文献1参照)。   Also, aggregate particles (ceramic powder, etc.), dispersion medium (water, etc.), organic binder, etc. are mixed to obtain a slurry (slip), and the slurry is poured into a water-absorbing mold composed of a porous body, A manufacturing method (a cast molding method (slip casting method)) for obtaining an inorganic material molded body by drying and solidifying a slurry and then degreasing is disclosed (for example, see Non-Patent Document 1).

他に、骨材粒子(セラミックス粉末等)、分散媒(水等)、有機バインダー等を混合して、スラリー(スリップ)を得、そのスラリーをキャリアフィルム上に薄く延ばし、スラリーを乾燥・固化させた後、無機材料成形体を得る製造方法(シート成形法(ドクターブレード法)、乾燥方法)が開示されている(非特許文献2、特許文献2−4、特許文献5−6参照)。   In addition, aggregate particles (ceramic powder, etc.), dispersion medium (water, etc.), organic binder, etc. are mixed to obtain a slurry (slip), the slurry is thinly spread on a carrier film, and the slurry is dried and solidified. Thereafter, a production method (sheet molding method (doctor blade method), drying method) for obtaining an inorganic material molded body is disclosed (see Non-Patent Document 2, Patent Document 2-4, and Patent Document 5-6).

上記シート成形法は、セラミックス粉末と有機成分からなる薄い成形体を連続的に得る方法(シート成形法(ドクターブレード法))であり、例えば、電子機器用セラミックス基板、LSI用セラミックパッケージ、多層セラミック回路基板、セラミックコンデンサ等に広く使用されている(例えば、非特許文献2参照)。   The sheet molding method is a method for continuously obtaining a thin molded body composed of ceramic powder and an organic component (sheet molding method (doctor blade method)), for example, a ceramic substrate for electronic equipment, a ceramic package for LSI, a multilayer ceramic. Widely used for circuit boards, ceramic capacitors, and the like (see, for example, Non-Patent Document 2).

近年、IT産業の発達により電子機器の小型化が進み、その結果、セラミックス基板材料の均質化、薄膜化が求められている。これらの要求に対応するには、セラミックスシート成形の際に用いる主原料である、セラミックス粉末の微細化、均質化が必要となる。しかし、セラミックス粉末の微細化は、表面積の増大に伴い、粒子間の凝集や充填性の低下を引き起こすという問題が生じている。   In recent years, with the development of the IT industry, electronic devices have been downsized, and as a result, there has been a demand for homogenization and thinning of ceramic substrate materials. In order to meet these demands, it is necessary to refine and homogenize the ceramic powder, which is the main raw material used in forming the ceramic sheet. However, the miniaturization of ceramic powder has caused a problem of causing aggregation between particles and a decrease in filling property with an increase in surface area.

シート成形などの湿式成形法の場合、前記のように、セラミックス原料を分散媒、有機バインダー等と混合したスラリーを、各種方法により成形、固化後、セラミックス材料成形体を得るが、原料粉末の微細化は、このスラリー調製を非常に困難にする。   In the case of a wet molding method such as sheet molding, as described above, a ceramic material molded body is obtained by molding and solidifying a slurry obtained by mixing a ceramic raw material with a dispersion medium, an organic binder, etc. by various methods. Chemistry makes this slurry preparation very difficult.

従来から用いられているボールミルなどのスラリー調製法により、1μm以下のセラミックス粉末を原料とする濃厚スラリーを作製しようすると、粒子の凝集に起因して、良好な高分散性濃厚スラリーを作製することは難しく、成形後のセラミックスグリーンシートには、密度ムラや不均一構造などの欠陥が生じていた。   When a concentrated slurry using a ceramic powder of 1 μm or less as a raw material is prepared by a conventionally used slurry preparation method such as a ball mill, it is possible to produce a good highly dispersible concentrated slurry due to particle aggregation. It was difficult, and defects such as uneven density and non-uniform structure occurred in the formed ceramic green sheet.

更に、メディア同士の衝突等により、メディアの摩耗粉が不純物として材料中に混入する。混入量は、多ければ1wt%にもなり、この様な不純物は焼結の妨げとなり、また、得られる製品の特性低下の原因となる。従来のスラリー作製方法は、主に、この媒体粉砕型が用いられるが、この他にも、撹拌型、摩粉型、及び超音波型等の作製方法がある。   Furthermore, media abrasion powder is mixed into the material as impurities due to collision between the media. The amount of incorporation is as high as 1 wt%, and such impurities interfere with sintering and cause deterioration of the properties of the product obtained. Conventional slurry preparation methods mainly use this medium pulverization type, but there are other preparation methods such as a stirring type, a powder type, and an ultrasonic type.

しかしながら、いずれの方法も、過剰なエネルギーによる原料粉末表面の損傷や再凝集等は避けられない問題であり、また、少なからず不純物の混入は発生するものであった。更に、従来のスラリー作製方法は、どれも、その処理に数時間から数日を必要とする等、経済的、環境的な面においても問題を有している。   However, in any of the methods, damage to the raw material powder surface or re-aggregation due to excessive energy is an unavoidable problem, and not a few impurities are mixed. Furthermore, all the conventional slurry preparation methods have problems in terms of economy and environment, such as requiring several hours to several days for the treatment.

一方、本発明において採用している湿式ジェットミルプロセスに関しては、これまでに幾つかの報告があるが、その適用分野は、主に、食品関係である(例えば、特許文献7参照)。また、セラミックス粉末や金属粉末等に適用した例もあるが(例えば、特許文献8参照)、どれも原料粉末を微細化することに主眼を置いたものであり、当技術分野では、湿式ジェットミルにより作製したスラリーを用いた成形方法、その成形体、及び焼結体には、何らの考慮も払われていないのが実情である。   On the other hand, regarding the wet jet mill process employed in the present invention, there have been some reports so far, but the application field is mainly related to food (for example, see Patent Document 7). In addition, there are examples applied to ceramic powder, metal powder, and the like (see, for example, Patent Document 8), but all of them are focused on refining the raw material powder. In fact, no consideration is given to the molding method using the slurry produced by the above, the molded body, and the sintered body.

現在、有機溶媒にセラミックスの粉末を分散させることによって、100nm程度の粒子までは比較的分散性の高いスラリーが得られ、セラミックスグリーンシートの作製が行われている。しかし、有機溶媒は、揮発性が高く、人体への影響など、作業環境を考慮すると、改善の余地を残すものである。しかし、水を溶媒として用いるには、その表面張力の大きさから、乾燥条件によっては、ひび割れや反りなどの欠陥が生じ、問題となる。   At present, by dispersing ceramic powder in an organic solvent, a slurry with relatively high dispersibility is obtained up to particles of about 100 nm, and ceramic green sheets are being produced. However, organic solvents have high volatility and leave room for improvement in consideration of the work environment such as effects on the human body. However, the use of water as a solvent is problematic because of the large surface tension, defects such as cracks and warpage occur depending on the drying conditions.

セラミックスグリーンシート作製の際、有機溶媒ではなく、水をセラミックス粒子の分散媒として用いることができれば、製造工程において、有機溶媒によって引き起こされる、人体への有害性や爆発性などへの配慮が非常に少なくてすむことから、より安全性の高い製造工程となることが考えられる。   When manufacturing ceramic green sheets, if water can be used as a dispersion medium for ceramic particles instead of organic solvent, consideration for the harmfulness to human body and explosiveness caused by organic solvent is very important in the manufacturing process. Since less is required, it can be considered to be a safer manufacturing process.

以上説明したように、現在のところ、100nm以下の微細なナノサイズのセラミックス粉末を原料に用い、溶媒に水を用いつつ、良好な高分散性濃厚スラリーを作製する方法、及びそのスラリーを用いて製造した、密度ムラ、そり、不均一構造などの欠陥が少ない、良好な品質のセラミックスグリーンシート、及びその製造方法は、未だ開示されておらず、そのようなセラミックスグリーンシートの製造方法及び製品を創出することが産業界から切望されている。   As described above, at present, a method for producing a good highly dispersible concentrated slurry while using water as a solvent using fine nano-sized ceramic powder of 100 nm or less as a raw material, and using the slurry A manufactured ceramic green sheet of good quality with few defects such as density unevenness, warpage, and non-uniform structure, and a manufacturing method thereof have not been disclosed yet, and a manufacturing method and a product of such a ceramic green sheet are not disclosed. Creation is eagerly desired by the industry.

特許第227039号公報Japanese Patent No. 227039 特開平5−319893号公報JP-A-5-319893 特開平7−315940号公報JP 7-315940 A 特開平8−118329号公報JP-A-8-118329 特開平5−329816号公報JP-A-5-329816 特開平7−294122号公報JP 7-294122 A 特開平11−113544号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-113544 特開平11−147714号公報JP-A-11-147714 社団法人日本セラミックス協会編、セラミックス工学ハンドブック、第2版、技報堂出版、2002年、p.176−178Edited by the Ceramic Society of Japan, Ceramics Engineering Handbook, 2nd edition, Gihodo Publishing, 2002, p. 176-178 社団法人日本セラミックス協会編、セラミックス工学ハンドブック、第2版、技報堂出版、2002年、p.187−189Edited by the Ceramic Society of Japan, Ceramics Engineering Handbook, 2nd edition, Gihodo Publishing, 2002, p. 187-189

このような状況の中で、本発明者らは、上記従来技術に鑑みて、ナノサイズのセラミックス粉末を原料に用い、有機溶媒を用いることなく、良好な高分散性濃厚スラリーを作製することが可能な新しいセラミックスシートの製造方法及びそのセラミックスシート製品を開発することを目標として鋭意研究を積み重ねた結果、スラリー調製を、少なくとも有機結合剤、溶媒、界面活性剤/又は分散剤、原料セラミックス粉からなる特定のスラリーを用いて行うことにより、所期の目的を達成し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。   Under such circumstances, in view of the above prior art, the present inventors can use nano-sized ceramic powder as a raw material and produce a good highly dispersible concentrated slurry without using an organic solvent. As a result of intensive research aimed at developing new ceramic sheet manufacturing methods and ceramic sheet products that are possible, slurry preparation is performed from at least organic binder, solvent, surfactant / dispersant, and raw ceramic powder. It has been found that the intended purpose can be achieved by using a specific slurry, and the present invention has been completed.

本発明は、上述のような従来技術の課題を解決するためになされたものであり、100nm以下の微細なナノサイズのセラミックス粉末を原料に用い、溶媒に水を用いつつ、良好な高分散性濃厚スラリーを作製する方法、及び、そのスラリーを用いて作製した、密度ムラ、そり、不均一構造などの欠陥が少ない、良好な品質のセラミックスグリーンシート、及びその製造方法を提供することを目的とするものである。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems of the prior art, and uses a fine nano-sized ceramic powder of 100 nm or less as a raw material, while using water as a solvent, and has good high dispersibility. It is an object of the present invention to provide a method for producing a concentrated slurry, a ceramic green sheet having a good quality with less defects such as density unevenness, warpage, and non-uniform structure, and a method for producing the same, produced using the slurry. To do.

上記課題を解決するための本発明は、以下の技術的手段から構成される。
(1)少なくとも有機結合剤、溶媒、界面活性剤/又は分散剤、及び原料セラミックスを含有するセラミックススラリーを用いてセラミックスグリーンシートを製造する方法において、溶媒として水系溶媒を使用し、前記原料セラミックスとして平均粒子径が大きくても100nmまでの原料セラミックスを用いて作製した均質な分散スラリーをテープ成形、乾燥してテープ成形体とすることを特徴とするセラミックスグリーンシートの製造方法。
(2)上記テープ成形体において、平均粒子径が大きくても100nmまでのセラミックス粉体が、0.5から10μmに凝集していることを特徴とする前記(1)に記載のセラミックスグリーンシートの製造方法。
(3)乾燥後のセラミックス粉体の充填率が、30%以上であることを特徴とする前記(1)又は(2)に記載のセラミックスグリーンシートの製造方法。
(4)シートの厚みが、厚くても1mmであることを特徴とする前記(1)から(3)のいずれかに記載のセラミックスグリーンシートの製造方法。
(5)セラミックス粒子の良好な分散状態を得るために、ジェットミルを用いて解砕することによって安定に分散状態を保持する均質な分散スラリーを作製することを特徴とする前記(1)に記載のセラミックスグリーンシートの製造方法。
(6)スラリー中に含まれる原料粉末の濃度が、10〜60vol%の範囲であることを特徴とする前記(5)に記載のセラミックスグリーンシートの製造方法。
(7)粘度が、高くても40mPa・sで、粘度の単位時間あたりの変化量が、多くても10mPa・s/hであるスラリーを作製することを特徴とする前記(5)に記載のセラミックスグリーンシートの製造方法。
(8)湿式ジェットミルによる処理圧力が、10MPaより高いことを特徴とする前記(5)に記載のセラミックスグリーンシートの製造方法。
(9)マイクロ波を用いて乾燥することにより、自然乾燥と同等な乾燥状態でかつ短時間で乾燥させることにより、テープ状のシート成形体を作製することを特徴とする前記(1)に記載のセラミックスグリーンシートの製造方法。
(10)微細なナノサイズのセラミックス粉末を原料に用いたセラミックスグリーンシートであって、1)セラミックス粉末の平均粒子径が大きくても100nmまでであり、2)セラミックス粉体が0.5から10μmに凝集しており、3)乾燥後のセラミックス粉体の充填率が少なくとも30%であり、4)シートの厚みが厚くても1mmまでであり、5)少なくとも有機結合剤、界面活性剤/又は分散剤を含有しており、6)そり及び不均一構造がなく、均一な密度を有している、ことを特徴とするセラミックスグリーンシート。
(11)前記(10)に記載のセラミックスグリーンシートからなり、原料粉末の量子サイズ効果を有することを特徴とするセラミックスシート部材。
The present invention for solving the above-described problems comprises the following technical means.
(1) In a method for producing a ceramic green sheet using a ceramic slurry containing at least an organic binder, a solvent, a surfactant / or dispersant, and a raw material ceramic, an aqueous solvent is used as the solvent, and the raw material ceramic A method for producing a ceramic green sheet, characterized in that a homogeneous dispersed slurry produced using a raw material ceramic having a mean particle size of up to 100 nm is tape-molded and dried to obtain a tape-molded body.
(2) The ceramic green sheet according to (1), wherein in the tape molded body, the ceramic powder having an average particle size of up to 100 nm is aggregated to 0.5 to 10 μm. Production method.
(3) The method for producing a ceramic green sheet according to (1) or (2) above, wherein a filling rate of the ceramic powder after drying is 30% or more.
(4) The method for producing a ceramic green sheet according to any one of (1) to (3), wherein the thickness of the sheet is 1 mm at most.
(5) In order to obtain a good dispersion state of the ceramic particles, a homogeneous dispersion slurry that stably maintains the dispersion state is prepared by crushing using a jet mill. Ceramic green sheet manufacturing method.
(6) The method for producing a ceramic green sheet according to (5), wherein the concentration of the raw material powder contained in the slurry is in the range of 10 to 60 vol%.
(7) A slurry having a viscosity of 40 mPa · s at most and a change amount of viscosity per unit time of 10 mPa · s / h at most is prepared. Manufacturing method of ceramic green sheet.
(8) The method for producing a ceramic green sheet according to (5) above, wherein the treatment pressure by the wet jet mill is higher than 10 MPa.
(9) The tape-like sheet molded body is produced by drying using a microwave in a short time in a dry state equivalent to natural drying. Ceramic green sheet manufacturing method.
(10) A ceramic green sheet using fine nano-sized ceramic powder as a raw material, 1) up to 100 nm even if the average particle size of the ceramic powder is large, 2) 0.5 to 10 μm of ceramic powder 3) Filling ratio of the ceramic powder after drying is at least 30%, 4) Even if the thickness of the sheet is thick, it is up to 1 mm, and 5) At least an organic binder, a surfactant / or 6) A ceramic green sheet characterized by containing a dispersant and having no uniform warp and non-uniform structure and a uniform density.
(11) A ceramic sheet member comprising the ceramic green sheet according to (10) and having a quantum size effect of a raw material powder.

次に、本発明について更に詳細に説明する。
本発明は、少なくとも有機結合剤、溶媒、界面活性剤/又は分散剤、及び原料セラミックスを含有するセラミックススラリーを用いてセラミックスグリーンシートを製造する方法において、溶媒として水系溶媒を使用し、前記原料セラミックスとして平均粒子径が大きくても100nmまでの原料セラミックスを用いて作製した均質な分散スラリーをテープ成形、乾燥してテープ成形体とすることを特徴とするものである。また、本発明は、微細なナノサイズのセラミックス粉末を原料に用いたセラミックスグリーンシートであって、セラミックス粉末の平均粒子径が大きくても100nmまでであり、セラミックス粉体が0.5から10μmに凝集しており、乾燥後のセラミックス粉体の充填率が少なくとも30%であり、シートの厚みが厚くても1mmまでであり、少なくとも有機結合剤、界面活性剤/又は分散剤を含有しており、そり及び不均一構造がなく、均一な密度を有している、ことを特徴とするものである。更に、本発明は、上記セラミックスグリーンシートからなるセラミックスシート部材であって、原料粉末の量子サイズ効果を有することを特徴とするものである。
Next, the present invention will be described in more detail.
The present invention relates to a method for producing a ceramic green sheet using a ceramic slurry containing at least an organic binder, a solvent, a surfactant / dispersant, and a raw ceramic, and using the aqueous ceramic as a solvent, the raw ceramic As described above, even if the average particle size is large, a homogeneous dispersion slurry prepared using raw ceramics up to 100 nm is tape-molded and dried to form a tape-molded body. The present invention also relates to a ceramic green sheet using fine nano-sized ceramic powder as a raw material, and the ceramic powder has an average particle size of at most 100 nm, and the ceramic powder has a thickness of 0.5 to 10 μm. It is agglomerated, the filling rate of the ceramic powder after drying is at least 30%, the sheet thickness is up to 1 mm, and contains at least an organic binder, surfactant / dispersant It has no uniform warp and non-uniform structure, and has a uniform density. Furthermore, the present invention is a ceramic sheet member made of the above ceramic green sheet, characterized by having a quantum size effect of the raw material powder.

次に、スラリーの製造について説明する。本発明は、湿式ジェットミルによる混合、解砕工程を有するスラリーの作製方法の点、また、湿式ジェットミルによる混合、解砕工程を経て、表面構造の損傷が無く、一次粒子にまで解砕された粒子を製造する点、更に、前記湿式ジェットミル処理工程として、耐圧容器内に密封状態で配置されたノズルへ、スラリーを高圧で圧送し、当該スラリーの対向流を相互に衝突・合流させる工程を採用してスラリーを製造する点、に特徴を有する。   Next, the production of the slurry will be described. The present invention is a method of preparing a slurry having a mixing and crushing process by a wet jet mill, and after the mixing and crushing process by a wet jet mill, the surface structure is not damaged and is pulverized to primary particles. In addition, as the wet jet mill treatment step, the slurry is pumped at a high pressure to a nozzle disposed in a sealed state in a pressure vessel, and the opposing flows of the slurry collide and merge with each other Is used to produce a slurry.

本発明において、粘度が40mPa・s以下で、粘度の単位時間あたりの変化量が10mPa・s/h以下であるスラリーを製造するには、湿式ジェットミルが使用される。湿式ジェットミルとしては、粉砕媒体を用いず、任意の方法で処理溶液を高速流とし、処理液同士及び/又は処理液と流路壁との衝突並びに高速流によって生じる乱流、剪断流、及びキャビテーション効果を有効に活用し、処理溶液中の被処理物を、混合、分散、及び解砕するタイプのものが好適に用いられる。   In the present invention, a wet jet mill is used to produce a slurry having a viscosity of 40 mPa · s or less and a change in viscosity per unit time of 10 mPa · s / h or less. The wet jet mill does not use a pulverization medium, and the processing solution is made to flow at high speed by an arbitrary method, and the turbulent flow, shear flow, A type that effectively utilizes the cavitation effect and mixes, disperses, and disintegrates the object to be processed in the processing solution is preferably used.

こうした湿式ジェットミルによる混合、分散、及び解砕の効果を、より効果的に発揮させる上で好ましい処理圧力は、10MPa程度以上、より好ましくは50MPa程度以上、更に好ましくは100MPa程度以上である。この湿式ジェットミル工程において、処理回数は特に制限されるものではなく、所望の特性を有するスラリーが得られるまで何回も処理を繰り返すことができるが、通常は、1〜10回の処理が行われる。   In order to more effectively exhibit the effects of mixing, dispersion, and crushing by such a wet jet mill, a preferable treatment pressure is about 10 MPa or more, more preferably about 50 MPa or more, and further preferably about 100 MPa or more. In this wet jet mill process, the number of treatments is not particularly limited, and the treatment can be repeated many times until a slurry having desired characteristics is obtained. Usually, the treatment is performed 1 to 10 times. Is called.

上述のように、本発明で用いられる湿式ジェットミルとは、任意の方法で高速流を発生させ、液体同士又は液体と流路壁との衝突を起こさせると共に、高速流によって生じる乱流、剪断及びキャビテーション効果等を有効に活用し、被処理物を微粒化して、乳化、分散、及び混合を促進する機能を備えた装置を総称するものである。   As described above, the wet jet mill used in the present invention generates a high-speed flow by an arbitrary method, causes collision between liquids or a liquid and a channel wall, and turbulent flow and shear generated by the high-speed flow. In addition, it is a collective term for apparatuses having a function of effectively emulsifying, dispersing, and mixing by effectively utilizing the cavitation effect and the like to atomize the object to be processed.

この様な湿式ジェットミルとしては、高圧ホモジナイザーがあり、具体的には、プランジャーポンプやロータリーポンプ等によって被処理液をノズルから噴射させ、固定板に高速で衝突させる方式と、噴射される被処理液同士を衝突させる方式がある。そして、被処理液が流路内を高速で通過し、あるいは衝突しながら通過する際に、乱流・剪断を受け、被処理流体中に含まれる分散質は、解砕されると共に、衝突直後に減圧解放されるときにキャビテーション効果が生じ、急激な放圧による衝撃を受けて被処理液中の分散質は著しく微粒化される。   As such a wet jet mill, there is a high-pressure homogenizer. Specifically, a liquid to be treated is sprayed from a nozzle by a plunger pump, a rotary pump, or the like and collides with a fixed plate at a high speed, and a target to be sprayed is used. There is a method of causing treatment liquids to collide with each other. When the liquid to be treated passes through the flow path at high speed or while colliding, the dispersoid contained in the fluid to be treated is subjected to turbulent flow and shearing and is crushed and immediately after the collision. When released under reduced pressure, a cavitation effect occurs, and the dispersoid in the liquid to be treated is remarkably atomized due to an impact caused by sudden pressure release.

上述の湿式ジェットミルとしては、好適には、例えば、「高圧ホモジナイザー」として市販されている、バルププレートによる高速噴射を利用したタイプ、スリット状に形成した流路内で高速衝突させるタイプ、90°位相させて連通せしめた夫々一文字の流路内で高速衝突を起こさせるタイプ、同一ノズル内で流体同士の衝突回数を複数回発生させるタイプ、対向するオリフィスから非球面構造の部屋へ噴出させて衝突させるタイプ、あるいは液相ジェット流を高速で衝突させるタイプ等が挙げられる。   As the above-mentioned wet jet mill, preferably, for example, a type using a high-speed jet by a valve plate, commercially available as a “high-pressure homogenizer”, a type that collides at high speed in a slit-shaped flow path, 90 ° A type that causes high-speed collisions within each single-character flow path that communicates in phase, a type that generates multiple collisions between fluids in the same nozzle, and a collision that occurs by jetting from a facing orifice to an aspherical structure room Or a type in which a liquid jet flow collides at high speed.

これらの湿式ジェットミルは、それぞれ装置タイプの特性により、混合、分散、及び解砕効果に多少の差を生じるが、前述したような、従来のメディア媒体型分散機をはじめとする分散装置を用いた場合に比べると、飛躍的に高い効率で安定なスラリーを得ることができる。従って、本発明で使用する湿式ジェットミルのタイプは、特に制限されないが、望ましくは高速の被処理スラリー同士を正面から衝突させる方式が最も好ましい。   These wet jet mills have some differences in mixing, dispersion, and crushing effects due to the characteristics of each device type. However, the above-mentioned wet jet mills use dispersion devices such as the conventional media-media type dispersers as described above. Compared with the case where it was, the stable slurry can be obtained with remarkably high efficiency. Therefore, the type of the wet jet mill used in the present invention is not particularly limited, but the method of causing high-speed slurry to collide from the front is desirably the most desirable.

上記のように、本発明は、メディア等の粉砕媒体を用いないスラリー作製方法を採用することにより、一次粒子径もしくは一次粒子径近くまで解砕された粒子を含有し、かつ低粘性・低再凝集性を有するスラリーを製造するものである。本発明のスラリー中には、ほぼ一次粒子に解砕され、分散前の表面状態が壊れることなく、元の結晶性及び表面構造を保有する粉体が含有されている。これらの特性に基づいて、粘性が低く、再凝集性を示さない、テープ成形に適したスラリーが形成される。   As described above, the present invention employs a slurry preparation method that does not use a pulverizing medium such as a medium, thereby containing particles pulverized to a primary particle size or close to the primary particle size, and having low viscosity and low re-use. A slurry having cohesiveness is produced. The slurry of the present invention contains a powder having the original crystallinity and surface structure that is crushed into primary particles and the surface state before dispersion is not broken. Based on these properties, a slurry suitable for tape molding is formed that has low viscosity and does not exhibit re-agglomeration.

本発明のスラリーは、好適には、粘度が40mPa・s以下で、粘度の単位時間あたりの変化量が10mPa・s/h以下である。スラリーの粘度が、40mPa・s以上になると、鋳込み時の粒子の再配列を阻害し、成形体の相対密度の低下を招くので好ましくない。また、粘度の単位時間あたりの変化量が10mPa・s/h以上となると、再凝集性が高くなり、成形体の相対密度の低下を引き起こすので好ましくない。   The slurry of the present invention preferably has a viscosity of 40 mPa · s or less and a change in viscosity per unit time of 10 mPa · s / h or less. When the viscosity of the slurry is 40 mPa · s or more, it is not preferable because the rearrangement of particles at the time of casting is hindered and the relative density of the molded body is lowered. In addition, when the amount of change in viscosity per unit time is 10 mPa · s / h or more, the reaggregation property is increased and the relative density of the molded body is lowered, which is not preferable.

本発明のスラリーは、好適には、湿式ジェットミル処理によって製造されるが、そのスラリー中では、粒子がほぼ一次粒子に解砕されて、分散前の表面状態が壊れることなく、元の結晶性及び表面状態が保存されているため、良好な粘性特性を示す。一方、メディア等の粉砕媒体を用いるスラリーの製造方法、例えば、ボールミルによる粉砕・分散処理で製造されたスラリーは、製造直後から、急激に粘度が上昇する。こうした粘度の上昇は、大きな重量を有するメディアの衝突により、原料粉末の結晶性及び表面構造が損傷を受け、表面エネルギーが増大したことにより粉末の再凝集が生じることに起因するものである。   The slurry of the present invention is preferably produced by wet jet milling, in which the particles are crushed to primary particles and the original crystallinity is maintained without breaking the surface state prior to dispersion. In addition, since the surface state is preserved, it exhibits good viscosity characteristics. On the other hand, in a slurry manufacturing method using a grinding medium such as a medium, for example, a slurry manufactured by a grinding / dispersing process using a ball mill, the viscosity rapidly increases immediately after the manufacturing. Such an increase in viscosity is caused by the re-aggregation of the powder due to the damage of the crystallinity and surface structure of the raw material powder due to the collision of the medium having a large weight and the increase of the surface energy.

スラリー中に含まれる原料粉末の好適な濃度は、10〜60vol%の範囲である。10vol%以下では、シート成形時の収縮が大きく、また、60vol%以上では、湿式ジェットミル処理が可能な流動性を有したスラリーの作製が行えず、どちらも好ましくない。好適には、原料粉末を、10〜50vol%の範囲で含有するスラリーが用いられる。また、スラリーは、セラミック粉体、溶媒、有機結合剤以外に本発明の効果を損なわない限り各種添加物を含んで良い。添加物の例としては、ポリエチレングリコール、ポリエーテル、炭酸アンモニウム、ポリカルボン酸塩、ポリアクリル酸塩などを挙げることができる。ポリエチレングリコールは、可塑剤としてスラリーの流動性を改善する効果がある。ポリエーテルは消泡剤として、炭酸アンモニウムは乾燥助剤として、スラリーや成形体中の気孔を除去する効果がある。ポリカルボン酸塩、ポリアクリル酸塩は分散剤として粉末と水の親和性を改質し、粉末と均質に分散する効果がある。   The suitable density | concentration of the raw material powder contained in a slurry is the range of 10-60 vol%. If it is 10 vol% or less, the shrinkage at the time of sheet molding is large, and if it is 60 vol% or more, a slurry having fluidity capable of wet jet milling cannot be produced, which is not preferable. Preferably, a slurry containing the raw material powder in the range of 10 to 50 vol% is used. The slurry may contain various additives other than the ceramic powder, the solvent, and the organic binder as long as the effects of the present invention are not impaired. Examples of the additive include polyethylene glycol, polyether, ammonium carbonate, polycarboxylate, polyacrylate and the like. Polyethylene glycol has the effect of improving the fluidity of the slurry as a plasticizer. Polyether is used as an antifoaming agent, and ammonium carbonate is used as a drying aid to remove pores in the slurry and molded body. Polycarboxylic acid salts and polyacrylic acid salts have the effect of modifying the affinity between powder and water as a dispersing agent and dispersing them uniformly with the powder.

「セラミックス粉末」の平均粒子径としては、1nm〜50μmの範囲内であることが望ましく、1nm〜1μmの範囲内であることがより好ましい。溶媒については、水系のものが好ましく、アルコール類、ケトン類、油類、及びアミン類等のように、従来から使用されているものも、本発明においてもそのまま使用することができるが、好適には、環境負荷の観点から、水系溶媒として、蒸留水、イオン交換水、水道水、工業用水等が使用される。   The average particle diameter of the “ceramic powder” is preferably in the range of 1 nm to 50 μm, and more preferably in the range of 1 nm to 1 μm. The solvent is preferably an aqueous solvent, and conventionally used solvents such as alcohols, ketones, oils, and amines can be used as they are in the present invention. From the viewpoint of environmental load, distilled water, ion exchange water, tap water, industrial water, etc. are used as the aqueous solvent.

次に、セラミックスグリーンシートの製造について説明すると、本発明で対象とするセラミックスとしては、例えば、酸化物、窒化物、炭化物、具体的には、例えば、酸化亜鉛、アルミナ等の酸化物セラミックス、窒化ケイ素等の非酸化物セラミックス、その他適宜のセラミックスが例示される。本発明は、セラミックスの種類を問わず、すべてのセラミックスの成形に適用できる。また、グリーンシートの製造方法は、通常の手法を採用することが可能であり、上記特定のセラミックススラリーを原料スラリーに使用して、グリーンシートの作製プロセスについては、常法に従ってグリーンシートを作製すればよく、特に制限されるものではない。グリーンシートの作製例を挙げるとすれば、ドクターブレード法、カレンダー法、ペーパーディッピング法などである。なかでもドクターブレード法が好ましく利用できる。   Next, the production of ceramic green sheets will be described. Examples of the ceramics targeted in the present invention include oxides, nitrides, carbides, specifically, oxide ceramics such as zinc oxide and alumina, and nitrides. Non-oxide ceramics such as silicon and other appropriate ceramics are exemplified. The present invention can be applied to molding of all ceramics regardless of the type of ceramics. In addition, a normal method can be adopted as a method for producing a green sheet, and the above-described specific ceramic slurry is used as a raw material slurry. There is no particular limitation. Examples of green sheet production include a doctor blade method, a calendar method, and a paper dipping method. Of these, the doctor blade method can be preferably used.

次に、作製したグリーンシートを乾燥するが、短時間でセラミックスグリーンシートを乾燥する手法として、マイクロ波を使用することが好まれる。本発明で用いるマイクロ波は、周波数300MHz〜30GHzのマイクロ波を1秒〜10時間照射し、好ましくは周波数2450MHzのマイクロ波を1秒〜1時間照射する。なお、マイクロ波について、各国政府が産業上使用可能な周波数を定めている場合には、これに従って使用する周波数を選択する必要がある。   Next, although the produced green sheet is dried, it is preferable to use a microwave as a technique for drying the ceramic green sheet in a short time. The microwave used in the present invention is irradiated with a microwave with a frequency of 300 MHz to 30 GHz for 1 second to 10 hours, preferably with a microwave with a frequency of 2450 MHz for 1 second to 1 hour. In the case of microwaves, when the governments of each country have determined frequencies that can be used industrially, it is necessary to select the frequencies to be used in accordance with the frequencies.

現在、わが国では、433.92MHz、2450MHz、5800MHz、24.125GHzの周波数を使用可能であり、これらの中から適当な周波数を適宜選択すればよい。諸外国では、これらの周波数以外の周波数、例えば、915MHz(米国)、896MHz(英国)、2375MHz(東欧、ロシア)を使用することができる場合もある。   Currently, in Japan, frequencies of 433.92 MHz, 2450 MHz, 5800 MHz, and 24.125 GHz can be used, and an appropriate frequency may be appropriately selected from these frequencies. In other countries, frequencies other than these frequencies, for example, 915 MHz (US), 896 MHz (UK), 2375 MHz (Eastern Europe, Russia) may be used.

以上、本発明のセラミックスグリーンシート及びその製造方法について具体的に説明したが、本発明は、100nm以下の微細なナノサイズのセラミックス粉末を原料に用い、溶媒に水を用いつつ、良好な高分散性濃厚スラリーを作製する方法、及び、そのスラリーを用い、密度ムラ、そり、不均一構造などの欠陥が少ない、良好な品質のセラミックスグリーンシートを作製するという技術思想に基づくセラミックスグリーンシート及びその製造方法を広く包含するものである。   The ceramic green sheet of the present invention and the method for producing the same have been specifically described above. The present invention uses a fine nano-sized ceramic powder of 100 nm or less as a raw material, and uses water as a solvent, while maintaining good high dispersion. Method for producing a high-density slurry, and a ceramic green sheet based on the technical idea of producing a good quality ceramic green sheet with less defects such as density unevenness, warpage, and non-uniform structure using the slurry, and its production Widely encompasses the method.

本発明は、セラミックスのナノサイズ粒子をジェットミルによって分散させることで溶媒にかかわらず均質な分散スラリーを作製することによって、非常に流動性が高く、歪みを緩和しやすいテープ成形用分散媒を供給することと、得られたテープ成形体にマイクロ波を照射することによって、自然乾燥と同様な乾燥状態を短期間で生じさせることによって、非常に均質で薄いテープ成形体を得ることを特徴とするものであり、セラミックスの製造プロセスにおける新規材料の創製と省エネルギー・工程時間の短縮に大きく貢献するものである。   The present invention provides a tape-forming dispersion medium that is extremely fluid and easy to relieve strain by producing a homogeneous dispersion slurry regardless of solvent by dispersing ceramic nano-sized particles with a jet mill. And producing a very uniform and thin tape molded article by irradiating the obtained tape molded article with microwaves to produce a dry state similar to natural drying in a short period of time. It greatly contributes to the creation of new materials, energy saving and shortening of process time in the ceramic manufacturing process.

本発明により、次のような効果が奏される。
(1)本発明により、100nm以下の微細なナノサイズのセラミックス粉末を原料に用い、溶媒に水を用いつつ、良好な高分散性濃厚スラリーを作製する方法を提供することができる。
(2)そのスラリーを用い、密度ムラ、そり、不均一構造などの欠陥が少ない、良好な品質のセラミックスグリーンシートを得ることができる。
(3)本発明のセラミックスグリーンシートの製造方法は、スラリー作製過程で、水系溶媒を使用することが可能であり、有機溶媒を使用する従来法と比べて、より安全性の高い製造プロセスを構築することが可能となる。
(4)本発明のセラミックスグリーンシートは、成形体の比表面積も非常に高く、そのため、光触媒効果や光散乱効果、ナノ構造効果等、成形体の比表面積の高さ、原料粉末の量子サイズ効果に起因した、性能の向上、様々な機能の発現が期待できるシート成形体としても好適に用いられる。
(5)本発明のセラミックスグリーンシートは、例えば、電子機器用セラミックス基板、LSI用セラミックパッケージ、多層セラミック回路基板、セラミックコンデンサ等、様々な用途で用いられる、セラミックスグリーンシート成形体として好適に用いられる。
(6)グリーンシートの乾燥にマイクロ波照射を適用することにより、従来、長時間を要していた乾燥工程を品質の向上効果と併せて大幅に時間短縮することが可能であり、全体の製造工程を省エネルギーで工程時間を短縮したものに代替することができる。
The present invention has the following effects.
(1) According to the present invention, it is possible to provide a method for producing a good highly dispersible concentrated slurry using fine nano-sized ceramic powder of 100 nm or less as a raw material and using water as a solvent.
(2) Using the slurry, it is possible to obtain a ceramic green sheet of good quality with few defects such as density unevenness, warpage and non-uniform structure.
(3) The ceramic green sheet manufacturing method of the present invention can use an aqueous solvent in the slurry preparation process, and builds a safer manufacturing process than the conventional method using an organic solvent. It becomes possible to do.
(4) The ceramic green sheet of the present invention also has a very high specific surface area of the molded body. Therefore, the high specific surface area of the molded body, such as the photocatalytic effect, light scattering effect, and nanostructure effect, the quantum size effect of the raw material powder Therefore, it is also suitably used as a sheet molded body that can be expected to improve performance and develop various functions.
(5) The ceramic green sheet of the present invention is suitably used as a ceramic green sheet molded body used in various applications such as a ceramic substrate for electronic equipment, a ceramic package for LSI, a multilayer ceramic circuit substrate, and a ceramic capacitor. .
(6) By applying microwave irradiation to the drying of the green sheet, it is possible to drastically reduce the time required for the drying process, which previously required a long time, together with the effect of improving the quality. The process can be replaced with one that saves energy and shortens the process time.

次に、実施例に基づいて本発明を具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。   EXAMPLES Next, although this invention is demonstrated concretely based on an Example, this invention is not limited at all by the following Examples.

セラミックス原料として、高純度アルミナ粉末(Nano Tek、シーアイ化成株式会社製、平均粒径(超音波減衰分光法):43nm 、真密度:3.6g/cm)50gに、蒸留水126gとポリアクリル酸アンモニウム(A−6114、東亜合成株式会社製)を4g添加し、混合した。得られたスラリーを湿式ジェットミル処理することで、スラリー中のアルミナ粉末の凝集を解砕し、分散させた。 As ceramic materials, high-purity alumina powder (Nano Tek, manufactured by CI Kasei Co., Ltd., average particle diameter (ultrasonic attenuation spectroscopy): 43 nm, true density: 3.6 g / cm 3 ), 50 g of distilled water and polyacrylic 4 g of ammonium acid (A-6114, manufactured by Toa Gosei Co., Ltd.) was added and mixed. The obtained slurry was subjected to wet jet mill treatment, whereby the aggregation of alumina powder in the slurry was crushed and dispersed.

(比較例1)
セラミックス原料として、高純度アルミナ粉末(Nano Tek、シーアイ化成株式会社製、平均粒径(超音波減衰分光法):43nm 、真密度:3.6g/cm)50gに、蒸留水126gとポリアクリル酸アンモニウム(A−6114、東亜合成株式会社製)を4g添加し、混合した。得られたスラリーをボールミル処理することで、スラリー中のアルミナ粉末の凝集を解砕し、分散させた。
(Comparative Example 1)
As ceramic materials, high-purity alumina powder (Nano Tek, manufactured by CI Kasei Co., Ltd., average particle diameter (ultrasonic attenuation spectroscopy): 43 nm, true density: 3.6 g / cm 3 ), 50 g of distilled water and polyacrylic 4 g of ammonium acid (A-6114, manufactured by Toa Gosei Co., Ltd.) was added and mixed. The obtained slurry was ball milled to break up and disperse the aggregation of alumina powder in the slurry.

(実施結果1)
前記実施例1、前記比較例1に示す処理後、各スラリーの解砕、分散具合について、粒度分布測定により粒子径を確認することで評価した。
(Implementation result 1)
After the treatment shown in Example 1 and Comparative Example 1, the pulverization and dispersion of each slurry were evaluated by confirming the particle size by particle size distribution measurement.

ボールミル処理とジェットミル処理とを行った後のスラリーの粒度分布を図1に示す。同じ原料を用いていることから、分散性が良い試料ほど積算粒子径は小さくなり、頻度分布も単一の山となる。図1(a)から、ジェットミルを用いて分散処理を行った試料の方が50%粒子径において小さい値を示している。また、図1(b)より、ボールミルを用いた場合においては、0.1μmから0.5μmまでの間に、0.05μmにピークを持つ山とは別の山が存在し、凝集粒子が存在していることが分かる。このことから、ジェットミルを用いて分散を行った方が、より分散性の高いスラリーが作製できることが確認された。   The particle size distribution of the slurry after the ball mill treatment and the jet mill treatment is shown in FIG. Since the same raw material is used, a sample with better dispersibility has a smaller integrated particle size and a single peak in frequency distribution. From FIG. 1A, the sample subjected to the dispersion treatment using a jet mill shows a smaller value at a 50% particle size. In addition, as shown in FIG. 1B, when a ball mill is used, there is a peak different from a peak at 0.05 μm between 0.1 μm and 0.5 μm, and there are aggregated particles. You can see that From this, it was confirmed that a slurry having higher dispersibility can be produced by dispersing using a jet mill.

湿式ジェットミル処理により分散させた試料に、ポリビニルアルコール(MP Biomedical社製、平均分子量22,000)25gとポリエチレングリコール(和光純薬工業株式会社製、平均分子量500)2g、消泡剤(デフォーマ470、サンノプコ社製)0.0125gを添加し、更に、混合し、ペーストを得た。得られたペーストを、キャリアフィルム上に幅5cm、厚さ1mmに塗布し、自然乾燥を行った。   In a sample dispersed by wet jet mill treatment, 25 g of polyvinyl alcohol (MP Biomedical, average molecular weight 22,000) and 2 g of polyethylene glycol (Wako Pure Chemical Industries, average molecular weight 500), an antifoaming agent (Deformer 470). 0.0125 g) (manufactured by San Nopco Co.) was added and further mixed to obtain a paste. The obtained paste was applied on a carrier film to a width of 5 cm and a thickness of 1 mm, followed by natural drying.

(比較例2)
ボールミル処理により分散させた試料に、ポリビニルアルコール(MP Biomedical社製、平均分子量22,000)25gとポリエチレングリコール(和光純薬工業株式会社製、平均分子量500)2g、消泡剤(デフォーマ470、サンノプコ社製)0.0125gを添加し、更に、混合し、ペーストを得た。得られたペーストを、キャリアフィルム上に幅5cm、厚さ1mmに塗布し、自然乾燥を行った。
(Comparative Example 2)
In a sample dispersed by ball milling, 25 g of polyvinyl alcohol (MP Biomedical, average molecular weight 22,000) and 2 g of polyethylene glycol (Wako Pure Chemical Industries, average molecular weight 500), an antifoaming agent (Deformer 470, Sannopco) (0.025 g) was added and further mixed to obtain a paste. The obtained paste was applied on a carrier film to a width of 5 cm and a thickness of 1 mm, followed by natural drying.

(実施結果2)
前記実施例2、前記比較例2に示す処理後、得られたセラミックスグリーンシートの外観及び微構造について、目視観察及び走査型電子顕微鏡(SEM)にて観察し、評価した。
(Result 2)
After the treatment shown in Example 2 and Comparative Example 2, the appearance and microstructure of the obtained ceramic green sheet were observed and evaluated by visual observation and a scanning electron microscope (SEM).

前記実施例2及び前記比較例2に示す分散法を用いて作製したセラミックスグリーンシートのSEM観察写真を図2に示す。(a)が、ボールミル処理を行った試料、(b)が、ジェットミル処理を行った試料である。ボールミル処理を行った試料では、白い矢印で示すように、粒子ではなく、添加した有機物の塊があちらこちらに認められる。一方、ジェットミル処理を行った試料では、この様な有機物の塊は認められず、粒子に対して、適切にコーティングされていることが分かる。   The SEM observation photograph of the ceramic green sheet produced using the dispersion method shown in Example 2 and Comparative Example 2 is shown in FIG. (A) is the sample which performed the ball mill process, (b) is the sample which performed the jet mill process. In the sample subjected to the ball mill treatment, as shown by the white arrow, not the particles but the lump of added organic matter is observed here and there. On the other hand, in the sample subjected to the jet mill treatment, such an organic lump is not recognized, and it can be seen that the particles are appropriately coated.

前記実施例2及び前記比較例2に示す分散法を用いて作製したセラミックスグリーンシートを自然乾燥した後の外観写真を図3に示す。(a)が、ボールミル処理を行った試料、(b)が、ジェットミル処理を行った試料である。ボールミル処理を行った試料では、乾燥後、写真のように、反り上がった。これは、スラリー中の粒子の解砕が不十分かつ分散性の低さから、試料内に密度ムラ、不均一構造があり、乾燥後欠陥が生じたものである。一方、ジェットミル処理を行った試料では、乾燥後も反りは見られず、良好なシート形状を示した。これらの結果から、ジェットミルを用いることによって、より均質なグリーンシートが作製できた。   FIG. 3 shows an external view photograph of the ceramic green sheet produced using the dispersion method shown in Example 2 and Comparative Example 2 after being air-dried. (A) is the sample which performed the ball mill process, (b) is the sample which performed the jet mill process. The sample subjected to the ball mill treatment warped up as shown in the photograph after drying. This is because the particles in the slurry are insufficiently disintegrated and the dispersibility is low, resulting in uneven density and non-uniform structure in the sample, resulting in defects after drying. On the other hand, the sample subjected to the jet mill treatment showed no warp even after drying and showed a good sheet shape. From these results, a more uniform green sheet could be produced by using a jet mill.

セラミックス原料として、高純度アルミナ粉末(Nano Tek、シーアイ化成株式会社製、平均粒径(超音波減衰分光法):43nm 、真密度:3.6g/cm)50gに、蒸留水126gとポリアクリル酸アンモニウム(A−6114、東亜合成株式会社製)を4g添加し、混合した。得られたスラリーを湿式ジェットミル処理することで、スラリー中のアルミナ粉末の凝集を解砕し、均一に分散させた。 As ceramic materials, high-purity alumina powder (Nano Tek, manufactured by CI Kasei Co., Ltd., average particle diameter (ultrasonic attenuation spectroscopy): 43 nm, true density: 3.6 g / cm 3 ), 50 g of distilled water and polyacrylic 4 g of ammonium acid (A-6114, manufactured by Toa Gosei Co., Ltd.) was added and mixed. The obtained slurry was wet-jet milled to break up the aggregation of the alumina powder in the slurry and uniformly disperse it.

続いて、ポリビニルアルコール(MP Biomedical社製、平均分子量22,000)25gとポリエチレングリコール(和光純薬工業株式会社製、平均分子量500)2g、消泡剤(デフォーマ470、サンノプコ社製)0.0125gを添加し、更に、混合し、ペーストを得た。このとき、ペーストの粘性は約1500mPa・sであった。   Subsequently, 25 g of polyvinyl alcohol (MP Biomedical, average molecular weight 22,000) and 2 g of polyethylene glycol (Wako Pure Chemical Industries, average molecular weight 500), 0.0125 g of antifoaming agent (Deformer 470, San Nopco) Was added and further mixed to obtain a paste. At this time, the viscosity of the paste was about 1500 mPa · s.

得られたペーストを、キャリアフィルム上に幅5cm、厚さ1mmに塗布し、2.45GHzマイクロ波乾燥炉内で、乾燥温度80℃、相対湿度40%下で急速乾燥を行った。   The obtained paste was applied on a carrier film to a width of 5 cm and a thickness of 1 mm, and then rapidly dried in a 2.45 GHz microwave drying oven at a drying temperature of 80 ° C. and a relative humidity of 40%.

(比較例3−1)
前記実施例3に示すペーストを、キャリアフィルム上に幅5cm、厚さ1mmに塗布し、自然乾燥を行った。
(Comparative Example 3-1)
The paste shown in Example 3 was applied on a carrier film to a width of 5 cm and a thickness of 1 mm, followed by natural drying.

(比較例3−2)
前記実施例3に示すペーストを、キャリアフィルム上に幅5cm、厚さ1mmに塗布し、恒温恒湿乾燥炉内で、乾燥温度80℃、相対湿度40%下で急速乾燥を行った。
(Comparative Example 3-2)
The paste shown in Example 3 was applied on a carrier film to a width of 5 cm and a thickness of 1 mm, and rapid drying was performed in a constant temperature and humidity drying oven at a drying temperature of 80 ° C. and a relative humidity of 40%.

前記実施例3において得られたセラミックスグリーンシートの外観を図4に示す。グリーンシートに割れは見られず、良好な外観であった。また、乾燥後の線収縮率は、キャリアフィルムに平行な方向で4%、垂直な方向で85%と高い異方性が確認された。また、乾燥後のグリーンシートの体積と重量からセラミック粉体の充填率を見積もったところ、約55%であった。   The appearance of the ceramic green sheet obtained in Example 3 is shown in FIG. The green sheet was not cracked and had a good appearance. Moreover, the linear shrinkage ratio after drying was confirmed to be as high as 4% in the direction parallel to the carrier film and 85% in the direction perpendicular to the carrier film. Further, when the filling rate of the ceramic powder was estimated from the volume and weight of the green sheet after drying, it was about 55%.

前記実施例3、前記比較例3−1、前記比較例3−2において得られたグリーンシートのSEM写真を図5,6に示す。図5は、消泡剤を添加せずに作製した試料、図6は、消泡剤を用いた試料である。図5より、どの乾燥法を用いても約2μmに凝集した粒子が高密度にパッキングしていることが分かった。ただし、消泡剤を用いていないため、肉眼で確認できる気孔が無数に存在し、多くの割れが存在した。   5 and 6 show SEM photographs of the green sheets obtained in Example 3, Comparative Example 3-1, and Comparative Example 3-2. FIG. 5 is a sample prepared without adding an antifoaming agent, and FIG. 6 is a sample using the antifoaming agent. From FIG. 5, it was found that the particles aggregated to about 2 μm were packed with high density by any drying method. However, since no antifoaming agent was used, there were innumerable pores that could be confirmed with the naked eye, and there were many cracks.

一方、消泡剤を用いた試料である図6を見ると、いずれの乾燥方法においても、約500nmに凝集した粒子が高密度にパッキングしていることが分かった。恒温恒湿乾燥炉で80℃にして乾燥したシートは、シート上部に約10μmのストレートな気孔が多数見られた。この気孔は、シート乾燥時に水気の通路として形成されたものと考えられる。一方、自然乾燥とマイクロ波乾燥では、割れや気孔が見られず、良好なシートであった。   On the other hand, when FIG. 6 which is a sample using an antifoaming agent was seen, in any drying method, it was found that particles aggregated at about 500 nm were packed with high density. In the sheet dried at 80 ° C. in a constant temperature and humidity drying furnace, many straight pores of about 10 μm were observed at the top of the sheet. These pores are considered to be formed as water passages when the sheet is dried. On the other hand, natural drying and microwave drying were good sheets with no cracks or pores.

以上詳述したように、本発明は、セラミックスグリーンシート及びその製造方法に係るものであり、本発明により、100nm以下の微細なナノサイズのセラミックス粉末を使用した、良好な高分散性のシート成形体を提供することができる。本発明のセラミックスグリーンシートは、例えば、電子機器用セラミックス基板、LSI用セラミックパッケージ、多層セラミック回路基板、セラミックコンデンサ等、様々な用途における、セラミックスグリーンシート成形体として好適に用いられる。   As described above in detail, the present invention relates to a ceramic green sheet and a method for producing the same, and according to the present invention, a highly highly dispersible sheet formed using a fine nano-sized ceramic powder of 100 nm or less. The body can be provided. The ceramic green sheet of the present invention is suitably used as a ceramic green sheet molded body in various applications such as a ceramic substrate for electronic equipment, a ceramic package for LSI, a multilayer ceramic circuit substrate, a ceramic capacitor, and the like.

更に、本発明のセラミックスグリーンシート及びその製造方法は、100nm以下の微細なナノサイズのセラミックス粉末を使用しているため、成形体の比表面積も非常に高く、そのため、光触媒効果や光散乱効果、ナノ構造効果等、成形体の比表面積の高さ、原料粉末の量子サイズ効果に起因した、性能の向上、様々な機能の発現が期待できるシート成形体としても好適に用いられる。   Furthermore, since the ceramic green sheet of the present invention and the method for producing the same use a fine nano-sized ceramic powder of 100 nm or less, the specific surface area of the molded body is also very high, so that the photocatalytic effect and the light scattering effect, It is also suitably used as a sheet molded body that can be expected to improve performance and develop various functions due to the high specific surface area of the molded body, such as the nanostructure effect, and the quantum size effect of the raw material powder.

ボールミル処理及び湿式ジェットミル処理により解砕、分散後のアルミナ粒子の粒子径分布を示す図である。It is a figure which shows the particle size distribution of the alumina particle after crushing and dispersion | distribution by a ball mill process and a wet jet mill process. ボールミル処理及び湿式ジェットミル処理により作製したセラミックスグリーンシートのSEM観察写真を示す図である。(a)ボールミル処理、(b)湿式ジェットミル処理。It is a figure which shows the SEM observation photograph of the ceramic green sheet produced by the ball mill process and the wet jet mill process. (A) Ball mill treatment, (b) Wet jet mill treatment. ボールミル処理及び湿式ジェットミル処理により作製したセラミックスグリーンシートの外観写真を示す図である。(a)ボールミル処理、(b)湿式ジェットミル処理。It is a figure which shows the external appearance photograph of the ceramic green sheet produced by the ball mill process and the wet jet mill process. (A) Ball mill treatment, (b) Wet jet mill treatment. 乾燥後のセラミックスグリーンシートの表面外観写真を示す図である。(a)消泡剤なし、(b)消泡剤あり。It is a figure which shows the surface external appearance photograph of the ceramic green sheet after drying. (A) No antifoaming agent, (b) With antifoaming agent. 乾燥後のセラミックスグリーンシートのSEM写真を示す図である(消泡剤無添加)。It is a figure which shows the SEM photograph of the ceramic green sheet after drying (no antifoamer addition). 乾燥後のセラミックスグリーンシートのSEM写真を示す図である(消泡剤添加)。It is a figure which shows the SEM photograph of the ceramic green sheet after drying (antifoamer addition).

Claims (11)

少なくとも有機結合剤、溶媒、界面活性剤/又は分散剤、及び原料セラミックスを含有するセラミックススラリーを用いてセラミックスグリーンシートを製造する方法において、溶媒として水系溶媒を使用し、前記原料セラミックスとして平均粒子径が大きくても100nmまでの原料セラミックスを用いて作製した均質な分散スラリーをテープ成形、乾燥してテープ成形体とすることを特徴とするセラミックスグリーンシートの製造方法。   In a method for producing a ceramic green sheet using a ceramic slurry containing at least an organic binder, a solvent, a surfactant / or dispersant, and a raw material ceramic, an aqueous solvent is used as the solvent, and the average particle size is used as the raw material ceramic. A method for producing a ceramic green sheet, characterized in that a homogeneous dispersion slurry produced using a raw material ceramic of up to 100 nm is tape-molded and dried to form a tape-molded body even if the size is large. 上記テープ成形体において、平均粒子径が大きくても100nmまでのセラミックス粉体が、0.5から10μmに凝集していることを特徴とする請求項1に記載のセラミックスグリーンシートの製造方法。   2. The method for producing a ceramic green sheet according to claim 1, wherein in the tape molded body, ceramic powders having a mean particle size of up to 100 nm are aggregated to 0.5 to 10 μm. 乾燥後のセラミックス粉体の充填率が、30%以上であることを特徴とする請求項1又は2に記載のセラミックスグリーンシートの製造方法。   The method for producing a ceramic green sheet according to claim 1 or 2, wherein a filling rate of the ceramic powder after drying is 30% or more. シートの厚みが、厚くても1mmであることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のセラミックスグリーンシートの製造方法。   The method for producing a ceramic green sheet according to any one of claims 1 to 3, wherein the thickness of the sheet is at most 1 mm. セラミックス粒子の良好な分散状態を得るために、ジェットミルを用いて解砕することによって安定に分散状態を保持する均質な分散スラリーを作製することを特徴とする請求項1に記載のセラミックスグリーンシートの製造方法。   2. The ceramic green sheet according to claim 1, wherein in order to obtain a good dispersion state of the ceramic particles, a homogeneous dispersion slurry that stably maintains the dispersion state is prepared by crushing using a jet mill. Manufacturing method. スラリー中に含まれる原料粉末の濃度が、10〜60vol%の範囲であることを特徴とする請求項5に記載のセラミックスグリーンシートの製造方法。   The method for producing a ceramic green sheet according to claim 5, wherein the concentration of the raw material powder contained in the slurry is in the range of 10 to 60 vol%. 粘度が、高くても40mPa・sで、粘度の単位時間あたりの変化量が、多くても10mPa・s/hであるスラリーを作製することを特徴とする請求項5に記載のセラミックスグリーンシートの製造方法。   The ceramic green sheet according to claim 5, wherein a slurry having a viscosity of at most 40 mPa · s and a change in viscosity per unit time of at most 10 mPa · s / h is prepared. Production method. 湿式ジェットミルによる処理圧力が、10MPaより高いことを特徴とする請求項5に記載のセラミックスグリーンシートの製造方法。   The method for producing a ceramic green sheet according to claim 5, wherein the treatment pressure by the wet jet mill is higher than 10 MPa. マイクロ波を用いて乾燥することにより、自然乾燥と同等な乾燥状態でかつ短時間で乾燥させることにより、テープ状のシート成形体を作製することを特徴とする請求項1に記載のセラミックスグリーンシートの製造方法。   The ceramic green sheet according to claim 1, wherein a tape-shaped sheet molded body is produced by drying using a microwave in a short time in a dry state equivalent to natural drying. Manufacturing method. 微細なナノサイズのセラミックス粉末を原料に用いたセラミックスグリーンシートであって、1)セラミックス粉末の平均粒子径が大きくても100nmまでであり、2)セラミックス粉体が0.5から10μmに凝集しており、3)乾燥後のセラミックス粉体の充填率が少なくとも30%であり、4)シートの厚みが厚くても1mmまでであり、5)少なくとも有機結合剤、界面活性剤/又は分散剤を含有しており、6)そり及び不均一構造がなく、均一な密度を有している、ことを特徴とするセラミックスグリーンシート。   A ceramic green sheet using fine nano-sized ceramic powder as a raw material, 1) up to 100 nm even if the average particle size of the ceramic powder is large, and 2) the ceramic powder aggregates from 0.5 to 10 μm. 3) Filling ratio of the ceramic powder after drying is at least 30%, 4) up to 1 mm even if the thickness of the sheet is thick, and 5) at least an organic binder, surfactant / dispersant. 6) A ceramic green sheet characterized by having no uniform warp and non-uniform structure and having a uniform density. 請求項10に記載のセラミックスグリーンシートからなり、原料粉末の量子サイズ効果を有することを特徴とするセラミックスシート部材。   A ceramic sheet member comprising the ceramic green sheet according to claim 10 and having a quantum size effect of a raw material powder.
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