We investigated the effect of a surface oxide layer on the sintering behavior of submicron nickel powder compacts in an attempt to suppress the grain growth and to increase the sintering temperature. To find the optimal passivation condition for the formation of a uniform oxide layer on the powder, thermogravimetric analysis(TGA) was conducted at temperatures of 250, 300 and 350℃ in air. After passivation at 250℃ in air, a nickel oxide shell with a thickness of 4-5 nm was formed on nickel nanoparticles 200 nm in size. Powder characterization assessments were conducted before and after the oxidation process. The size and shape of the passivated powder were similar to those of the initial nickel powder. The grain growth in compacts of the passivated powder with the Ni/NiO core-shell structure was suppressed compared with that in compacts of pure nickel powder during sintering at temperatures of 750 and 1000℃ in a wet 99.93N2-0.07H2 atmosphere. When the sintering atmosphere was changed from a wet 99.93N2-0.07H2 and a wet 99.98N2-0.02H2 atmosphere to a wet N2 atmosphere, the average grain size decreased at the same sintering temperature. At 1000 and 1050℃, an addition of BaTiO3 powder 100 nm in size to the Ni/NiO core-shell powder compact suppressed the growth of Ni grains further. The passivation of Ni powder and the addition of oxide particles can thus suppress the grain growth of Ni. These results are applicable to the sintering of BaTiO3-based multi-layer ceramic capacitors with nickel electrodes.
본 연구에서는 표면산화층이 서브마이크론니켈의 소결거동에 미치는 영향에 대해 알아보았다. 니켈분말에 표면산화층을 형성시키기 위해 패시베이션 조건을 잡아 실험을 진행하였다. 산화층이 형성된 니켈분말이 기존의 순수 니켈분말과 비교했을 때 크기나 모양면에서 차이가 발생한다면 이는 또다른 소결거동에 영향을 미치는 변수로 작용할 수 있으므로 여러가지 분말특성평가를 진행하였으며, 그 결과 크기나 모양 면에서 별다른 차이점을 나타내지않았다. 산화층이 형성된 니켈분말 컴팩트를 이용해 750도, 1000도에서 30분,1시간, 2시간, 4시간, 8시간동안 소결을 하여 순수니켈분말 컴팩트와 비교한 결과 입자성장이 억제됨을 확인할 수 있었다. 또한 분위기를 변화시켜가며 산화니켈의 양을 유지 혹은 증가시켰더니 같은 소결 온도,시간에서 입자성장이 더욱 억제되는 것을 확인할 수 있었다. 마지막으로 BT공재를 산화층이 형성된 니켈분말에 첨가하여 각각 1000도, 1050도에서 30분, 1시간,2시간,4시간,8시간 소결한 결과 입자성장이 더욱 효과적으로 억제됨을 확인 할 수 있었다. 이러한 결과들은 적층세라믹콘덴서의 니켈의 전극끊김현상을 개선시키는 하나의 해결책으로 응용될 수 있을 것이다.
