持续以贵金属材料开拓先进领域 | 田中贵金属

TANAKA的企业努力

持续以贵金属材料开拓先进领域

(2009年 夏)

各种电子仪器及汽车,乃至於水或空气的净化装置等─这些全都会使用到贵金属。不断率先开发、制造这类贵金属材料的即为田中贵金属集团。有着124年的历史,以此自豪的田中贵金属集团完全与日本先进工业产品的历史同步。早已於过去致力於环保、能源领域的田中贵金属集团,今后也将以「新能源」、「资源循环」、「环保材料的开发」、「环境净化」等四大支柱,为扩大贵金属的应用领域做出一番贡献。

田中贵金属集团与尖端工业领域

「贵金属至今仍是经常用於先进工业产品的材料。同时也获得特性安定、可靠性高、容易使用的正面评价」。田中贵金属集团创立於1885年,至今已经有124年的历史。田中贵金属工业董事技术开发部门部长─田中秀昌如此强调贵金属材料的先进性。
说到田中贵金属集团,一般都是联想到金交易的公司,但仔细观察田中贵金属集团所涵盖的事业领域,俨然就像是一部日本先进工业领域的发展史(图1)。

图1 田中贵金属集团所开拓的贵金属材料之应用市场的普及
田中 秀昌 田中贵金属工业 董事 技术开发部门部长

充斥在生活周遭的贵金属

初创立时原本只是货币兑换商,后来开始回收用於当时的先进工业产品——电灯泡之灯丝用电极的Pt(白金),因而从货币兑换商转型,之后,在日本优先着手量产灯丝用的Pt电极之细线加工。战后,即1955年时,将当时电信局的CORSS BAR交换机接点材料国产化,并开始生产。利用在接点上使用Pd(钯)的技术,逐渐和其他竞争公司做出了区隔。
1964年,首次将使用於半导体晶粒的Au(金)线国产化,为之后半导体技术的发展做出了贡献。现在,田中贵金属集团的Au线之市占率为世界之首。
截至目前为止,田中贵金属集团仍致力於贵金属应用领域的扩大。除了用於生活周遭的电子机器中之半导体的贵金属外,还有用来连接液晶显示器用驱动IC的Au、用於汽车排气净化触媒的Pt、Pd、Rh(铑)。
持续提供贵金属材料给先进工业领域的田中贵金属集团,早已於过去致力於倍受瞩目的新能源、环境领域。(1)新能源、(2)资源循环、(3)环保材料的开发、(4)环境净化(图2)为田中贵金属集团在环境相关事业上的四大支柱,在此就为大家具体介绍田中贵金属发展的相关事业内容。

图2. 田中贵金属集团的环境、能源事业的四大支柱

燃料电池及太阳能电池的采用

首先,「新能源」中第一列举的是燃料电池。燃料电池是所谓水的电气分解的逆反应,将反应所产生的电流取至外部利用的电池。燃料电池的用途非常广泛,从行动电话等行动装置到汽车、家庭用电源专用的类型皆适用。
燃料电池有许多种类,现在正朝实用化演进的则是,将Pt使用於触媒的质子交换膜燃料电池。目前正开始在部分行动装置上进行实用化,期望未来市场能扩大至汽车用燃料电池。田中贵金属集团从20多年以前便开始进行这项技术,「现在,田中贵金属集团在全球燃料电池用Pt触媒的市占率约占了六成以上」(田中董事谈)。
再来是与新能源相关,且在全球市场上急速扩大的太阳能电池,其也是贵金属的应用市场。太阳能电池的受光面的电极所使用的是Ag(银)膏材。
另外,在太阳能电池领域中,对於因低成本制造方法而受到瞩目的染料敏化太阳能电池来说,贵金属是相当有用的。染料敏化太阳能电池的发电方式有如植物之光合作用般,使用色素进行发电。而被使用於该色素的是Ru(钌)错合物染料。虽然目前仍在进行替代材料的研究,但特性稳定的Ru依然有利。

贵金属衍生出其他材料

除此之外,与其说是新能源,不如说是节约能源会比较恰当,功率半导体的需求正在发展。功率半导体掌握着机器节约能源化及控制性的关键。通常,半导体晶粒的连接是采用Au线,但大电流流动的功率半导体则比较适合采用Al(铝)线。虽然Al并不是贵金属,但为了让高容量的电流通过,田中贵金属集团仍利用细线技术将Al制成条状化产品。
甚至,以次世代功率半导体持续进行研究的SiC(碳化矽)半导体专用方面,Al线也能产生效用。SiC是可高温动作的元件,所以Al线是不可欠缺的材料。
田中贵金属集团只要认为可替代贵金属的材料具有发展性,就会像这样进行研究,并加以商品化。
在更进一步的能源相关领域中,田中贵金属集团也致力於发展超导电用基材。该集团认为「在接合技术上呈现对产品制造的坚持,制造超导电用基材的全新技术更被视为未来的重要接合技术」(田中董事)。现在,我们正在开发钇(Y)类的超导电用基材。虽然这种基材并不属於贵金属,但由於研究开发初期也曾使用过Ag类材料,所以才会采取这方面的研究。我们期待能透过这项开发,诞生未来的全新技术。

再利用是创业的原点

接着,来看看「资源循环」的部分吧!现今,以资源再利用为目标的循环型社会受到瞩目,而对於贵金属材料制造商来说,有效利用废弃物更是最基本的常识。基本上,田中贵金属集团的「创业原点即为回收‧再利用」(田中董事)。
若要列举一项田中贵金属集团再利用的案例,那就是使用於汽车用排气净化触媒等的Pt。进行Pt再利用的日本PGM公司,是本集团与同和矿业、小坂制链共同出资、设立并进行相关事业的公司。
另外,对於购买贵金属的机械制造商及元件制造商等顾客,我们也有提供再利用的服务(图3)。不光是回收生产途中的不良品,进行电镀、溅镀时,沾黏於装置周边的残渣等也进行回收。自顾客那里回收的贵金属原料会进行精算手续(「贵金属原料收购」、「归还」、「以贵金属制品交货」等弹性的细算方法)等措施。
这种贵金属回收、再利用的方法会因贵金属材料制造商而有所不同。该系统也是各家公司所独自拥有的专业知识。能够回收多少贵金属,不仅能左右贵金属公司的收益性,也会影响到该公司的信用。
田中贵金属集团受到全球金属市场上最具权威的伦敦贵金属交易市场的注册认证机关「伦敦贵金属交易协会」(LBMA)认证,为金银的公认审核员。公认审核员在全球仅有5家公司,而在亚洲地区则只有本集团。从此点即可证明,除了在金银市场上的品质保证之外,本集团的分析、检查技术也有着世界最高水准。

图3. 提供给顾客的贵金属再利用系统

去除有害物质并提升性能

在第三项「环保材料」方面,从集团工厂的制造生产线及材料开发的阶段开始去除有害物质,并开发不会对环境造成负担的材料是非常重要的事情。
以接合材料来说,我们要求不使用Pb(铅)材料的实用化,将Au-Sn(锡)等接合材料商品化,作为行动电话的液晶元件用。今后,将朝焊料替换的用途方面持续拓展。
在开关电路的继电器方面,我们拥有去除有害物质并提升性能的实绩。继电器被广泛使用於家电到汽车用材料。在继电器开合部的铆钉型接点材料方面,为了使特性提升,我们曾经添加了Cd(镉),但为了对应环境问题,现在已经开发出即使不添加Cd,仍旧能展现出更高特性的材料。田中贵金属集团的铆钉型接点在汽车用继电器市场上,占了全球市占率的5成以上。

对空气、水等环境净化做出贡献

在第四项「环境净化」方面,我们致力於开发能去除对人体、环境有害物质,并兼具环保功能的材料。
在再利用部分曾介绍过的汽车排气气体净化系统就是对环境净化有所贡献的一项案例。
另外,挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds, VOC)氧化触媒也有利於环境净化。在汽车、家电产品等方面的马达及继电器所使用的漆包线的制造工程中,会产生含有VOC的排放气体。使用了Pt、Pd等材料的触媒能够在VOC气体的净化、除臭上发挥威力。
另一方面,贵金属对於水质改善、防止污染也有所贡献。可以用来去除附着在发电厂进水口的海洋生物,或用於硷离子净水器的钛Pt电极。这些技术的开发已超过15年以上。

推行奈米微粒子的应用

虽然与环境净化并没有直接关系,田中贵金属集团的贵金属也有利於各种医疗用诊断产品。
在制作高纯度贵金属的过程中,田中贵金属集团拥有制作均匀性高的奈米粒子的专业知识。贵金属的奈米粒子中,由数十到数百的原子集合而成的团簇,可以将直径控制在15nm至30nm,因此被导入生物制剂制程,并作为病毒套组使用。
 甚至,抗癌药、禽流感(H5N1型)的诊断药等,在医疗诊断领域上也使用着贵金属奈米粒子。
在无限扩大贵金属材料之应用的同时,由於贵金属的材料成本相当高,所以必须经常面临业界研究替代材料、与替代材料竞争的宿命。因此,田中贵金属集团一直在使用量减少方面下功夫,同时持续开拓全新的先进领域市场。

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