JPH06162817A - 導電性微粒子及びその製造方法 - Google Patents
導電性微粒子及びその製造方法Info
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Abstract
損がない、(c)高強度、高硬度である、(d)凝集が
ないなどの利点を有する新規な導電性微粒子を提供す
る。 【構成】 金属酸化物からなる球形粒子と、この球形粒
子表面に形成された、部分還元酸化チタン及び/又は窒
化チタンを含む被覆層とを有することを特徴とする導電
性微粒子。
Description
能な導電性微粒子及びその製造方法に関する。
性微粒子としては樹脂ビーズの表面にニッケルや金など
の金属をメッキ処理したものがあったが、これらは次の
ような問題点を抱えていた。すなわち、 導電性微粒子の粒径精度はその母粒子である樹脂ビー
ズの粒径精度に大きく影響されるが、一般に樹脂ビーズ
の粒径精度は悪く、結果的に得られた導電性微粒子の粒
径精度も悪い。 メッキ工程中に母粒子である樹脂ビーズの凝集が多く
発生し、そのためメッキ後に得られた導電性微粒子を使
用する際に、その凝集部分が解砕されると、凝集部分が
メッキ不完全であるため導通不良を生じることがある。 樹脂ビーズの硬度及び強度が不足しているため、より
高強度・高硬度を求められる用途には樹脂ビーズを母粒
子とする導電性微粒子は使用できない。
属微粒子それ自体が用いられることもあるが、これらは
凝集しやすく、端子間の絶縁性を維持できないことが多
い。さらに、金属酸化物の微粒子にニッケル及び/又は
金等をメッキ処理した導電性微粒子も提案されている
が、これらも凝集しやすく、また母粒子と被覆金属との
接着性が悪いため、解砕や混練工程中に被覆金属部分が
脱落し、導電性が著しく低下することがある。
微粒子及びその製造方法の欠点を解消し、(a)粒径精
度に優れている、(b)電気欠損がない、(c)高強
度、高硬度である、(d)凝集がないなどの利点を有す
る新規な導電性微粒子及びその製造方法を提供すること
にある。
に、本発明の導電性微粒子は、金属酸化物からなる球形
粒子と、この球形粒子表面に形成された、部分還元酸化
チタン及び/又は窒化チタンを含む被覆層とを有するこ
とを特徴とする。
導電性微粒子の製造方法は、 (1)金属酸化物からなる球形粒子を中級アルコールを
主体とするアルコール系溶媒に分散して球形粒子の分散
液を得る工程; (2)前記分散液にアルカリ水溶液を添加して金属酸化
物球形粒子の表面を活性化処理する工程; (3)前記活性化処理後の分散液に、酸化チタンを形成
し得るチタン化合物を添加し、加水分解して、前記球形
粒子の表面に酸化チタン被覆層を形成する工程;および (4)前記酸化チタン被覆層を還元性及び/又は窒化雰
囲気下で焼成して、還元及び/又は窒化し、導電性を有
する部分還元酸化チタン及び/又は窒化チタンを含む被
覆層を形成する工程を含むことを特徴とする。
る。本発明の導電性微粒子は、金属酸化物からなる球形
粒子と、この球形粒子表面に形成された、部分還元酸化
チタン及び/又は窒化チタンを含む被覆層とを有するも
のである。本発明の導電性微粒子において、母粒子であ
る球形粒子を構成する材料は金属酸化物である。金属酸
化物としては、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニ
ア、酸化バリウム、酸化鉄、酸化コバルト、酸化クロ
ム、酸化バナジウム、酸化ハフニウム、酸化マグネシウ
ム、酸化ストロンチウムなど種々のものが挙げられる
が、特にシリカが好ましい。その理由は、シリカ微粒子
はシリコンアルコキシドをアンモニア水溶液中で加水分
解することにより得られ、粒径分布がシャープであり、
かつ強度、硬度が高いなどの特長を有しているからであ
る。金属酸化物からなる球形粒子の粒径は、導電性微粒
子の用途によって異なるが、一般に0.5〜30μmの
範囲である。
属酸化物からなる球形粒子の表面に部分還元酸化チタン
及び/又は窒化チタンを含む被覆層が形成されている。
被覆層を構成する酸化チタンは、二酸化チタン(TiO
2 )が部分的に還元された酸化チタンであり、TiOn
(1.5<n<2)によって示される。TiOn におけ
るnの値は、被覆層を導電性にする上からは小さい方が
良いが、後述するように、予め形成されたTiO2 層を
還元して化学量論的に酸素が不足しているTiOn 層を
形成する場合には、還元時間などの還元条件の関係でn
の値は、通常1.6〜1.9程度である。本発明者は、
nの数が1.6〜1.9でもTiOn 層は十分な導電性
を有することを確認している。
部分還元酸化チタンの代りに窒化チタンによって構成し
ても良く、また前記部分還元酸化チタンと窒化チタンと
によって構成しても良い。被覆層の膜厚は、導電性微粒
子に求められる導電性の程度、母粒子の金属酸化物球形
粒子との密着性、強度などを考慮して適宜決定される
が、通常は0.01〜1μmである。
属酸化物からなる球形粒子と、部分還元酸化チタン及び
/又は窒化チタンを含む被覆層とによって構成されてい
るため、後述の実施例によっても実証されるように、
(a)粒径精度に優れている、(b)電気欠損がない、
(c)高強度、高硬度である、(d)凝集がないなどの
利点を有する。
法で製造することが可能であるが、特に下記の工程を含
む本発明の導電性微粒子の製造方法によって製造するの
が好ましい。 (1)金属酸化物からなる球形粒子を中級アルコールを
主体とするアルコール系溶媒に分散して球形粒子の分散
液を得る工程; (2)前記分散液にアルカリ水溶液を添加して金属酸化
物球形粒子の表面を活性化処理する工程; (3)前記活性化処理後の分散液に、酸化チタンを形成
し得るチタン化合物を添加し、加水分解して、前記球形
粒子の表面に酸化チタン被覆層を形成する工程;および (4)前記酸化チタン被覆層を還元性及び/又は窒化雰
囲気下で焼成して、還元及び/又は窒化し、導電性を有
する部分還元酸化チタン及び/又は窒化チタンを含む被
覆層を形成する工程。
を中級アルコールを主体とするアルコール系溶媒に分散
して球形粒子の分散液を得る工程である。この工程
(1)において用いられる球形粒子は、一般に0.5〜
30μmの範囲の粒径を有するものが好ましい。また球
形粒子を構成する金属酸化物微粒子としては、シリカ、
チタニア、ジルコニア、酸化バリウム、酸化鉄、酸化コ
バルト、酸化クロム、酸化バナジウム、酸化ハフニウ
ム、酸化マグネシウム、酸化ストロンチウムなどの微粒
子が挙げられるが、粒径精度、強度、硬度の点でシリカ
微粒子を用いるのが特に好ましい。シリカ微粒子は、シ
リコンアルコキシドを水、アンモニアおよびアルコール
からなる反応液中において加水分解および重縮合させる
ことにより製造される。この段階の未焼成シリカ粒子
は、シラノール基が多く、かつ有機物、水、アンモニア
もかなり残存しており、強度、硬度も低い。この未焼成
シリカ粒子を500〜1200℃で焼成するとシラノー
ル基、有機物、水、アンモニアが殆んど残存しない焼成
シリカ粒子となり、強度、硬度が増加する。本発明の方
法においては、これら2種のシリカ微粒子のいずれも使
用できるが、異方導電膜の用途等に用いる場合には、強
度、硬度が未焼成シリカ粒子よりも高いなどの点から焼
成シリカ粒子を用いるのが特に好ましい。
ルコール系溶媒に分散させて球形粒子の分散液を得る
が、用いられるアルコール系溶媒は、ブタノール、ペン
タノール、ヘキサノール、ヘプタノール、オクタノー
ル、ノナノール、デカノールなどの炭素数4〜10の中
級アルコールに限定される。その理由は、これらの中級
アルコールを用いると、後記工程(3)において形成さ
れる酸化チタン被覆層の膜厚が厚くなることが明らかと
なっているからである。これらの中級アルコールは直鎖
のもの及び分岐のもののいずれでもよい。しかし、上記
の中級アルコールとともに、メタノール、エタノール、
プロパノールなどの低級アルコールもしくは親水性の有
機溶媒、例えばアセトニトリル、THF、DMF、DM
SO等を全アルコールに対して少量(例えば20vol
%未満)添加することもできる。
られた球形粒子の分散液にアルカリ水溶液を添加して金
属酸化物球形粒子の表面を活性化処理する工程である。
この活性化処理は、アルカリが金属酸化物球状粒子の表
面に作用することにより、同表面のシラノール基からの
プロトン脱離を促進するための処理であり、この活性化
処理を行なうことにより、後記の工程(3)において形
成される酸化チタン被覆層と金属酸化物球状粒子との密
着性、ひいては後記の工程(4)において形成される部
分還元酸化チタン及び/又は窒化チタンを含む被覆層と
金属酸化物球状粒子との密着性が向上し、被覆層の剥離
や割れが防止される。特に球状粒子としてシリカを用い
た場合、シリカ球状粒子と、その表面に形成される酸化
チタン層とは、シリカと酸化チタンとの収縮率の差が大
きいため、焼成処理により、被覆層の剥離や割れの問題
が懸念されたが、本発明の方法において活性化処理によ
り、これらの問題を解決したことは特筆すべきことであ
る。
液としては、アンモニア、アルカリ金属水酸化物、アル
カリ土類金属水酸化物、アルカリ金属塩、アルカリ土類
金属塩などのアルカリの水溶液が用いられるが、特にア
ンモニア水溶液を用いるのが好ましい。
た分散液に酸化チタンを形成し得るチタン化合物を添加
し、加水分解して、前記球形粒子の表面に式TiO2 で
示される酸化チタン(化学量論量のチタンと酸素からな
る酸化チタン)の被覆層を形成する工程である。この工
程(3)で用いられる、酸化チタンを形成し得るチタン
化合物としては、一般式 Ti(OR)4 又はTi(R′)n (OR)4-n (式中、RおよびR′はアルキル基、特に炭素数1〜5
のアルキル基であり、nは1〜3の整数である)で示さ
れるチタンアルコキシド、又はこれらの部分加水分解物
が挙げられる。RおよびR′の具体例は、メチル基、エ
チル基、直鎖又は分岐プロピル基、直鎖又は分岐ブチル
基、直鎖又は分岐ペンチル基である。分散液中に添加さ
れたこれらのチタン化合物は、いわゆるゾルゲル法によ
り加水分解され、球形粒子の表面に酸化チタン層が形成
される。形成される酸化チタン層の膜厚は、目的物の導
電性粒子において要求される導電性被覆層の膜厚に応じ
て適宜決定されるが、通常は0.01〜1μmである。
本発明の方法によれば、前述したように工程(1)にお
いてアルコール溶媒として、炭素数4〜10の中級アル
コールを用いることにより、酸化チタン層の膜厚を厚く
することができるという利点がある。
された酸化チタン被覆層を還元性及び/又は窒化雰囲気
で焼成して、還元及び/又は窒化し、部分還元酸化チタ
ン及び/又は窒化チタンを含む被覆層を形成する工程で
ある。この工程(4)において、還元性雰囲気は水素ガ
スなどの還元性ガスを用いることにより、また窒化雰囲
気は窒素ガスなどの窒化ガスを用いることにより達成さ
れる。また還元性及び窒化雰囲気は還元性ガスでもあ
り、窒化ガスでもあるアンモニアガスを用いることによ
り、又は水素ガスと窒素ガスとを併用することにより達
成される。焼成は、通常高温炉中で行なわれ、その温度
は通常800〜1,000℃の範囲である。この還元性
及び/又は窒化雰囲気での焼成処理により、酸化チタン
被覆層は、式TiOn (1.5<n<2)で示される部
分還元酸化チタン及び/又は窒化チタンとに転化され、
金属酸化物球状粒子の表面に導電性被覆層を有する導電
性微粒子が得られる。好ましいnの値は前述のように
1.6〜1.9である。
は、(i)粒径分布のシャープな金属酸化物微粒子を母
粒子として用い、その上に均一な導電性被覆層が設けら
れているので粒径精度に優れている、(ii)被覆層が導
電性に優れた部分還元酸化チタンと窒化チタンを含むの
で、導電性微粒子も導電性に優れ、電気欠損がない、(i
ii)金属酸化物球状粒子及び部分還元酸化チタン及び/
又は窒化チタンとを含む被覆層はいずれも高強度、高硬
度であるので、導電性微粒子も高強度、高硬度である、
(iv)単分散性に優れた金属酸化物球形粒子の表面に、
凝集を起すことなく導電性被覆層を形成することができ
るので、得られた導電性微粒子も凝集していない、
(v)金属酸化物球状粒子と被覆層との密着性に優れ、
被覆層の剥離や割れなどの問題がない等の顕著な利点を
有する。
07μmの単分散シリカ微粒子を用い、アルコール系溶
媒としてn−ブタノールを用いて、シリカ微粒子11.
46gをn−ブタノール140mlに添加し、30分間
超音波照射を行なってシリカ微粒子の分散液を得た。
0.5gを滴下混合し30℃で30分間撹拌することに
よりシリカ微粒子の表面を活性化処理した。
トラブトキシドを用い、このチタンテトラブトキシド
5.45gをn−ブタノール20mlに溶解した溶液を
前記工程(2)を経た分散液に10分かけて滴下混合
し、30℃で1時間撹拌した。その後、0.5%アンモ
ニア水8.14gを2−プロパノール20mlに溶解し
た溶液を30分かけて加えた後、反応系を60℃に昇温
して12時間撹拌して、チタンテトラブトキシドの加水
分解反応を終了させた。反応終了後、反応液を静置して
粒子を沈降させた後、デカンテーションにより上澄み液
を取り除いた。さらにメタノール、水の順でデカンテー
ションを繰り返した後、凍結乾燥を行なって、酸化チタ
ン(TiO2 )の被覆層を有するシリカ微粒子を得た。
英ガラス製のボートに入れ、これを石英チューブからな
る炉芯管内に設置し、窒素ガスによって炉芯管内の酸素
をパージした。次いで200℃/hrの昇温速度で昇温
し、500℃に達した時点で液化アンモニアボンベから
アンモニアガスを250ml/minの流速で導入しな
がら850℃まで昇温し、この温度で6時間保持し、還
元及び窒化処理を終了させ、部分還元酸化チタンと窒化
チタンからなる被覆層を形成し、かくして目的とする導
電性微粒子を得た。
カ微粒子の単分散性を維持していた。得られた導電性微
粒子について電導度を測定したところ、50.0S/c
mと殆んど金属と同様の導電性を示し、この導電性微粒
子を用いて異方導電膜を作製したところ、優れた異方導
電性を示した。
A)により、被覆層の組成を求めた。X線光電分光分析
の条件は以下のとおりである。 機種名 :アルバック・ファイ(株)製 ESCA−
5400 真空度 :3〜5×10-9Pa X線源 :MgKα(1253.6eV) 分析面積 :1.1mmφ 光電子取込み時間 :1.0〜10.0min/element スパッタリング処理 :なし パスエネルギー :178.95eV その結果、部分還元酸化チタンTiOn におけるnの平
均値は1.75であり、TiO1.75とTiNとが約70
%と約30%の割合で存在することが明らかとなった。
また被覆層の膜厚は、電子顕微鏡により被覆前後の粒径
を測定した結果0.05μmであることが明らかとなっ
た。
を顕微鏡(2500倍)観察した結果、被覆層の剥離や
割れは認められなかった。
用いたn−ブタノールの代りにt−アミルアルコール
(2−メチル−2−ブタノール)を用いた実施例であ
り、以下にその詳細を示す。
77μmの単分散シリカ微粒子を用い、中級アルコール
系溶媒としてt−アミルアルコールを用いて、シリカ微
粒子6.31gをt−アミルアルコール140mlに添
加し、30分間超音波照射を行なってシリカ微粒子の分
散液を得た。
0.30gを滴下混合し30℃で30分間撹拌すること
によりシリカ微粒子の表面を活性化処理した。
トラブトキシドを用い、このチタンテトラブトキシド
5.45gをt−アミルアルコール20mlに溶解した
溶液を前記工程(2)を経た分散液に10分かけて滴下
混合し、30℃で1時間撹拌した。その後、0.5%ア
ンモニア水8.34gを2−プロピルアルコール20m
lに溶解した溶液を30分かけて加えた後、反応系を6
0℃に昇温して12時間撹拌して、チタンテトラブトキ
シドの加水分解反応を終了させた。反応終了後、反応液
を静置して粒子を沈降させた後、デカンテーションによ
り上澄み液を取り除いた。さらにメタノール、水の順で
デカンテーションを繰り返した後、凍結乾燥を行なっ
て、酸化チタン(TiO2 )の被覆層を有するシリカ微
粒子を得た。
英ガラス製のボートに入れ、これを石英チューブからな
る炉芯管内に設置し、窒素ガスによって炉芯管内の酸素
をパージした。次いで200℃/hrの昇温速度で昇温
し、500℃に達した時点で液化アンモニアボンベから
アンモニアガスを250ml/minの流速で導入しな
がら850℃まで昇温し、この温度で4時間保持し、還
元及び窒化処理を終了させ、部分還元酸化チタンと窒化
チタンからなる被覆層を形成し、かくして目的とする導
電性微粒子を得た。
カ微粒子の単分散性を維持していた。得られた導電性微
粒子について電導度を測定したところ、50.0S/c
mと殆んど金属と同様の導電性を示し、この導電性微粒
子を用いて異方導電膜を作製したところ、優れた異方導
電性を示した。
A)により、被覆層の組成を求めたところ、実施例1と
ほぼ同様の結果が得られた。また被覆層の膜厚は、0.
05μmであった。さらに、本実施例で得られた導電性
微粒子を顕微鏡(2500倍)観察した結果、被覆層の
剥離や割れは認められなかった。
た中級アルコールに含まれないメタノールを用いた比較
例であり、以下にその詳細を示す。金属酸化物からなる
球状粒子として、平均粒子径が3.04μmの単分散シ
リカ微粒子を用い、アルコール系溶媒としてメタノール
を用いて、シリカ微粒子10.0gをメタノール100
gに添加し、10分間超音波照射を行なってシリカ微粒
子の分散液を得た。得られたシリカ微粒子の分散液に2
8%アンモニア水20gを添加混合した。
て、チタンテトライソプロポキシドを用い、このチタン
テトライソプロポキシド2.4gをメタノール70gに
溶解した溶液を、30℃に保った前記の分散液に添加混
合し、撹拌した。数時間撹拌後、反応液を静置して粒子
を沈降させた後、デカンテーションにより上澄み液を取
り除いた。さらにメタノール、水の順でデカンテーショ
ンを繰り返した後、凍結乾燥を行なって、酸化チタン
(TiO2 )の被覆層を有するシリカ微粒子を得た。
カ微粒子を石英ガラス製のボートに入れ、これを石英チ
ューブからなる炉芯管内に設置し、窒素ガスによって炉
芯管内の酸素をパージした。次いで200℃/hrの昇
温速度で昇温し、500℃に達した時点で液化アンモニ
アボンベからアンモニアガスを250ml/minの流
速で導入しながら850℃まで昇温し、この温度で6時
間保持し、還元及び窒化処理を終了させ、部分還元酸化
チタンと窒化チタンからなる被覆層を形成し、導電性微
粒子を得た。
カ微粒子の単分散性を維持していた。得られた導電性微
粒子について電導度を測定したところ、0.12S/c
mと低い値を示し、この導電性微粒子を用いて異方導電
膜を作製したところ、異方導電性を示したが不十分な性
能であった。また被覆層の膜厚は、0.0018μmと
極めて薄かった。
れた、酸化チタン(TiO2 )被覆層付き乾燥シリカ微
粒子を酸素雰囲気で焼成した。すなわち、酸化チタン被
覆層付きシリカ微粒子を石英ガラス製のボートに入れ、
これを石英チューブからなる炉芯管内に設置し、酸素雰
囲気で毎時200℃の昇温速度で800℃まで昇温して
この温度で4時間保持し、焼成を行った。得られた被覆
層付きシリカ微粒子の電導度を測定したところ、5.6
9×10-12 S/cmと絶縁性を示し異方導電膜を作製
することは不可能であった。
ている、(b)電気欠損がない、(c)高強度、高硬度
である、(d)凝集がないなどの利点を有する新規な導
電性微粒子及びその製造方法が提供された。
Claims (2)
- 【請求項1】 金属酸化物からなる球形粒子と、この球
形粒子表面に形成された、部分還元酸化チタン及び/又
は窒化チタンを含む被覆層とを有することを特徴とする
導電性微粒子。 - 【請求項2】 (1)金属酸化物からなる球形粒子を中
級アルコールを主体とするアルコール系溶媒に分散して
球形粒子の分散液を得る工程; (2)前記分散液にアルカリ水溶液を添加して金属酸化
物球形粒子の表面を活性化処理する工程; (3)前記活性化処理後の分散液に、酸化チタンを形成
し得るチタン化合物を添加し、加水分解して、前記球形
粒子の表面に酸化チタン被覆層を形成する工程;および (4)前記酸化チタン被覆層を還元性及び/又は窒化雰
囲気下で焼成して、還元及び/又は窒化し、導電性を有
する部分還元酸化チタン及び/又は窒化チタンを含む被
覆層を形成する工程を含むことを特徴とする導電性微粒
子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30725492A JP3350116B2 (ja) | 1992-11-17 | 1992-11-17 | 導電性微粒子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30725492A JP3350116B2 (ja) | 1992-11-17 | 1992-11-17 | 導電性微粒子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06162817A true JPH06162817A (ja) | 1994-06-10 |
| JP3350116B2 JP3350116B2 (ja) | 2002-11-25 |
Family
ID=17966893
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30725492A Expired - Fee Related JP3350116B2 (ja) | 1992-11-17 | 1992-11-17 | 導電性微粒子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3350116B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6013369A (en) * | 1994-11-21 | 2000-01-11 | Ube Nitto Kasei Co., Ltd. | Process for the production of titanium oxide coated particles |
| WO2002073632A1 (en) * | 2001-03-08 | 2002-09-19 | Naoi, Kenzo | Inorganic/organic complex nano-beads and method for manufacturing the same |
| JP2014172771A (ja) * | 2013-03-07 | 2014-09-22 | Ube Exsymo Co Ltd | 複合粒子及びその製造方法 |
-
1992
- 1992-11-17 JP JP30725492A patent/JP3350116B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| US6013369A (en) * | 1994-11-21 | 2000-01-11 | Ube Nitto Kasei Co., Ltd. | Process for the production of titanium oxide coated particles |
| US6194069B1 (en) | 1994-11-21 | 2001-02-27 | Ube Nitto Kasei Co., Ltd. | Process for the production of coated particles |
| WO2002073632A1 (en) * | 2001-03-08 | 2002-09-19 | Naoi, Kenzo | Inorganic/organic complex nano-beads and method for manufacturing the same |
| US7291392B2 (en) | 2001-03-08 | 2007-11-06 | Aoi Electronics Co., Ltd. | Inorganic/organic complex nano-beads and method for manufacturing the same |
| JP2014172771A (ja) * | 2013-03-07 | 2014-09-22 | Ube Exsymo Co Ltd | 複合粒子及びその製造方法 |
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