CN113470913A - 铁氧体烧结磁铁及旋转电机 - Google Patents
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Abstract
本发明得到一种铁氧体烧结磁铁，其具有高的剩余磁通密度(Br)及高的矫顽力(HcJ)，能够以更低成本进行制作。所述铁氧体烧结磁铁包含A、R、Fe及Co，并且具有能够表示成A1－xRx(Fe12－ yCoy)zO19(原子数比)的六方晶M型铁氧体。A为选自Sr、Ba及Pb中的1种以上。R为选自稀土元素中的1种以上。作为R，至少包含La。满足0.13≤x≤0.23、10.80≤(12－y)z≤12.10、0.13≤yz≤0.20。
Description
技术领域
本发明涉及铁氧体烧结磁铁及旋转电机。
背景技术
为了得到具有优异的磁特性(高剩余磁通密度Br、高矫顽力HcJ)的铁氧体烧结磁铁，已知一种六方晶M型铁氧体，使用至少包含Sr的Sr铁氧体。
专利文献1是关于上述的Sr铁氧体，公开了至少包含La作为稀土元素，且Fe的一部分取代为Co的Sr铁氧体的文献。通过使用包含La及Co作为必要元素的Sr铁氧体，能够得到具有高Br且高HcJ的铁氧体烧结磁铁。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许第3337990号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
本发明的目的在于，在Co量少的组成中，得到具有高Br及高HcJ的铁氧体烧结磁铁。
用于解决技术问题的技术方案
为了实现上述目的，本发明的铁氧体烧结磁铁包含A、R、Fe及Co，并且具有能够表示成A1－xRx(Fe12－yCoy)zO19(原子数比)的六方晶M型铁氧体，
A为选自Sr、Ba及Pb中的1种以上，
R为选自稀土元素中的1种以上，作为R，至少包含La，
满足0.13≤x≤0.23
10.80≤(12－y)z≤12.10
0.13≤yz≤0.20。
在将所述铁氧体烧结磁铁中所含的Ca换算成氧化物时，将CaO的含量设为Mc(质量％)，
也可以满足0.30≤Mc≤0.85。
在将所述铁氧体烧结磁铁中所含的Si换算成氧化物时，将SiO2的含量设为Ms(质量％)，
也可以满足0.35≤Ms≤0.60。
在将所述铁氧体烧结磁铁中所含的Ba换算成氧化物时，将BaO的含量设为Mb(质量％)，
也可以满足0≤Mb≤0.15。
在将所述铁氧体烧结磁铁中所含的Al换算成氧化物时，将Al2O3的含量设为Ma(质量％)，
也可以满足0≤Ma≤0.90。
在将所述铁氧体烧结磁铁中所含的Cr换算成氧化物时，将Cr2O3的含量设为Mr(质量％)，
也可以满足0≤Mr≤0.10。
本发明的旋转电机包含上述的铁氧体烧结磁铁。
具体实施方式
以下，基于实施方式对本发明进行说明。
本实施方式的铁氧体烧结磁铁包含A、R、Fe及Co，并且具有能够表示成A1－xRx(Fe12－yCoy)zO19(原子数比)的六方晶M型铁氧体。在本说明书中，有时将本实施方式的铁氧体烧结磁铁称为铁氧体烧结磁铁。A为选自锶(Sr)、钡(Ba)及铅(Pb)中的1种以上。R为选自稀土元素中的1种以上，作为R，至少包含镧(La)，x、(12－y)z及yz满足以下的式。
0.13≤x≤0.23
10.80≤(12－y)z≤12.10
0.13≤yz≤0.20
铁氧体烧结磁铁具有能够表示成A1－xRx(Fe12－yCoy)zO19(原子数比)的六方晶M型(六方晶磁铅石型)铁氧体。
具体而言，铁氧体烧结磁铁包含能够表示成A1－xRx(Fe12－yCoy)zO19(原子数比)的铁氧体颗粒。铁氧体颗粒为结晶颗粒，具有六方晶磁铅石型的结晶结构。铁氧体颗粒具有六方晶磁铅石型的结晶结构例如能够通过X射线结构衍射进行确认。
铁氧体烧结磁铁的钴(Co)的含量(yz)少。铁氧体烧结磁铁的剩余的Co少，因此，异相的生成被抑制，形成均匀的微细组织。由此，铁氧体烧结磁铁成为高Br且高HcJ。进而，铁氧体烧结磁铁的Co的含量(yz)少，因此，能够以低成本进行制作。
A为选自Sr、Ba及Pb中的1种以上。A中所占的Sr的含有比例可以为90at％以上，A也可以仅为Sr。A中所占的Ba的含有比例也可以为1at％以下。
R为选自稀土元素中的1种以上，作为R，至少包含La。R中所占的La的含有比例可以为90at％以上，R也可以仅为La。
铁氧体烧结磁铁也可以满足以下的式。
0.14≤x≤0.23
11.60≤(12－y)z≤12.10
0.13≤yz≤0.19
通过x、(12－y)z、及yz满足这些数式，Br及HcJ更容易提高。
在x过小的情况下，Br降低。在x过大的情况下，HcJ降低。另外，在满足0.14≤x≤0.23的情况下，制造稳定性容易提高。制造稳定性是指即使烧成温度变化，磁特性(特别是HcJ)的变化也小的性质。
在(12－y)z过小的情况下，HcJ降低。在(12－y)z过大的情况下，Br和/或HcJ降低。另外，在满足11.60≤(12－y)z≤12.10的情况下，制造稳定性容易提高。
在yz过小的情况下，HcJ降低。在yz过大的情况下，除Br降低外，成为高成本。另外，在yz满足0.13≤yz≤0.19的情况下，制造稳定性容易提高。
铁氧体烧结磁铁也可以包含钙(Ca)。在将铁氧体烧结磁铁中所含的Ca换算成氧化物时，将CaO的含量设为Mc(质量％)，
可以满足0.30≤Mc≤0.85，也可以满足0.33≤Mc≤0.78。
CaO的含量越少，Br越处于降低的趋势。CaO的含量越多，HcJ越处于降低的趋势。另外，在满足0.33≤Mc≤0.78的情况下，制造稳定性容易提高。
铁氧体烧结磁铁也可以包含硅(Si)。在将铁氧体烧结磁铁中所含的Si换算成氧化物时，将SiO2的含量设为Ms(质量％)，
可以满足0.35≤Ms≤0.60，也可以满足0.45≤Ms≤0.60。
SiO2的含量越少，HcJ越处于降低的趋势。SiO2的含量越多，Br越处于降低的趋势。另外，在满足0.45≤Ms≤0.60的情况下，制造稳定性容易提高。
铁氧体烧结磁铁也可以包含Ba。在将铁氧体烧结磁铁中所含的Ba换算成氧化物时，将BaO的含量设为Mb(质量％)，
可以满足0≤Mb≤0.15，也可以满足0.03≤Mb≤0.15，也可以满足0.08≤Mb≤0.15。
如果BaO的含量过多，则Br容易降低。另外，在满足0.08≤Mb≤0.15的情况下，制造稳定性容易提高。
此外，Ba作为A1－xRx(Fe12－yCoy)zO19的A可以包含于铁氧体烧结磁铁中，作为除A1－ xRx(Fe12－yCoy)zO19以外的Ba化合物或Ba单体也可以包含于铁氧体烧结磁铁中。
铁氧体烧结磁铁也可以包含铝(Al)。在将铁氧体烧结磁铁中所含的Al换算成氧化物时，将Al2O3的含量设为Ma(质量％)，
可以满足0≤Ma≤0.90，也可以满足0.05≤Ma≤0.90。
在Al2O3的含量过多的情况下，Br容易降低。
铁氧体烧结磁铁也可以包含铬(Cr)。在将铁氧体烧结磁铁中所含的Cr换算成氧化物时，将Cr2O3的含量设为Mr(质量％)，
可以满足0≤Mr≤0.10，也可以满足0.05≤Mr≤0.10。
如果Cr2O3的含量过多，则Br容易降低。
铁氧体烧结磁铁也可以包含锰(Mn)、镁(Mg)、铜(Cu)、镍(Ni)和/或锌(Zn)作为杂质。这些杂质的含量没有特别限制，但这些杂质也可以将铁氧体烧结磁铁整体设为100质量％，分别包含0.5质量％以下。另外，这些杂质也可以以合计包含0.7质量％以下。
铁氧体烧结磁铁还可以包含除上述的元素以外的元素，具体而言，包含A、R、Fe、Co、氧(O)、Ca、Si、Al、Cr、Mn、Mg、Cu、Ni及Zn以外的元素作为不可避免的杂质。不可避免的杂质也可以将铁氧体烧结磁铁整体设为100质量％，以合计包含3质量％以下。
以下，对Mc的算出方法进行说明。此外，Ms、Mb、Ma、Mr的算出方法也同样。
首先，通过本技术领域中的通常的方法测定铁氧体烧结磁铁中所含的Ca的含量。然后，将Ca的含量换算成氧化物(CaO)。关于铁氧体烧结磁铁中所含的O以外的上述的元素，具体而言，A、R、Fe、Co、Ca、Si、Ba、Al、Cr、Mn、Mg、Cu、Ni、Zn也同样测定含量，换算成氧化物。具体而言，换算成AO、R2O3、Fe2O3、Co3O4、CaO、SiO2、BaO、Al2O3、Cr2O3、MnO、MgO、CuO、NiO、ZnO。进而，关于不可避免的杂质也同样测定含量，适当换算成氧化物。
然后，通过将CaO的含量除以上述所有的氧化物的合计含量，能够算出Mc。
铁氧体烧结磁铁的密度没有特别限定。例如，通过阿基米德法测定的密度也可以为4.9g/cm3以上5.2g/cm3以下。通过密度在上述的范围内，特别是5.0g/cm3以上，Br容易变得良好。
以下，对本实施方式的铁氧体烧结磁铁的制造方法进行说明。
在以下的实施方式中，表示铁氧体烧结磁铁的制造方法的一例。在本实施方式中，铁氧体烧结磁铁能够经由配合工序、预烧工序、粉碎工序、成型工序及烧成工序进行制造。关于各工序，以下进行说明。
＜配合工序＞
在配合工序中，配合铁氧体烧结磁铁的原料，得到原料混合物。作为铁氧体烧结磁铁的原料，举出包含构成铁氧体烧结磁铁的原料的元素中的1种或2种以上的化合物(原料化合物)。原料化合物例如优选为粉末状。
作为原料化合物，举出各元素的氧化物、或通过烧成而成为氧化物的化合物(碳酸盐、氢氧化物、硝酸盐等)。例如能够例示SrCO3、BaCO3、PbCO3，La2O3、Fe2O3、Co3O4、CaCO3、SiO2、MgO、Al2O3、Cr2O3、MnO、MgO、NiO、CuO、ZnO等。原料化合物的粉末的平均粒径也可以为0.1μm～2.0μm左右。
配合例如将各原料称量成得到期望的铁氧体磁性材料的组成。然后，使用湿式磨碎机、球磨机等，能够进行0.1小时～20小时左右的混合、粉碎。此外，在该配合工序中，不需要混合全部的原料，也可以在后述的预烧后添加一部分。
＜预烧工序＞
在预烧工序中，对在配合工序中得到的原料混合物进行预烧。预烧例如能够在空气中等氧化性气氛中进行。预烧的温度优选为1100℃～1300℃的温度范围。预烧的时间能够设为1秒～10小时。
通过预烧得到的预烧体的一次粒径也可以为10μm以下。
＜粉碎工序＞
在粉碎工序中，对在预烧工序中成为颗粒状或块状的预烧体进行粉碎，制成粉末状。由此，后述的成型工序中的成型变得容易。在粉碎工序中，如前述，也可以添加在配合工序中未配合的原料(添加原料后)。粉碎工序例如也可以在将预烧体粉碎成粗的粉末(粗粉碎)后，将其更微细地粉碎(微粉碎)的2阶段的工序进行。
粗粉碎例如使用振动磨机等，进行至平均粒径成为0.5μm～10.0μm。在微粉碎中，对在粗粉碎中得到的粗粉碎材通过湿式磨碎机、球磨机、气流磨等进一步进行粉碎。
在微粉碎中，进行微粉碎，以使得到的微粉碎材的平均粒径优选成为0.08μm～1.00μm左右。微粉碎材的比表面积(例如通过BET法求出。)能够设为4m2/g～12m2/g左右。粉碎时间由于粉碎方法而不同，例如在湿式磨碎机的情况下，能够设为30分钟～20小时左右，在球磨机进行的湿式粉碎下，能够设为1小时～50小时左右。
在微粉碎工序中，在湿式法的情况下，作为分散介质，除水等水性溶剂外，能够使用甲苯、二甲苯等非水性溶剂。使用非水性溶剂的一方在后述的湿式成型时有得到高取向性的趋势。另一方面，在使用水等水性溶剂的情况下，在生产率的观点上是有利的。
另外，在微粉碎工序中，为了提高在烧成后得到的烧结体的取向度，例如也可以添加公知的多元醇及分散剂。
＜成型·烧成工序＞
在成型·烧成工序中，对在粉碎工序后得到的粉碎材(优选微粉碎材)进行成型，得到成型体，之后，烧成该成型体，得到烧结体。成型还能够通过干式成型、湿式成型或陶瓷注射成型(Ceramic Injection Molding(CIM))任一种方法进行。
在干式成型法中，例如，对干燥的磁性粉末一边进行加压成型一边施加磁场，形成成型体，然后，烧成成型体。通常，在干式成型法中，将干燥的磁性粉末在模具内进行加压成型，因此，有成型工序所需的时间短的优点。
在湿式成型法中，例如，将包含磁性粉末的浆料在磁场施加中进行加压成型，同时除去液体成分，形成成型体，然后，烧成成型体。在湿式成型法中，有通过成型时的磁场，磁性粉末容易取向，烧结磁铁的磁特性良好的优点。
另外，使用CIM的成型法是对将干燥的磁性粉末与粘接剂树脂一起进行加热混炼而形成的团粒(pellet)在施加有磁场的模具内进行注射成型，得到预备成型体，在对该预备成型体进行脱粘接剂处理后，进行烧成的方法。
以下，对湿式成型进行详细地说明。
(湿式成型·烧成)
在通过湿式成型法得到铁氧体烧结磁铁的情况下，通过以湿式进行上述的微粉碎工序，得到浆料。将该浆料浓缩成规定的浓度，得到湿式成型用浆料。能够使用湿式成型用浆料进行成型。
浆料的浓缩能够通过离心分离或压滤机等进行。湿式成型用浆料中的微粉碎剂的含量在湿式成型用浆料的总量中，能够设为30质量％～80质量％左右。
在浆料中，作为分散微粉碎材的分散介质，能够使用水。该情况下，在浆料中也可以添加葡萄糖酸、葡萄糖酸盐、山梨糖醇等表面活性剂。另外，作为分散介质，也可以使用非水性溶剂。作为非水性溶剂，能够使用甲苯或二甲苯等有机溶剂。在该情况下，能够添加油酸等表面活性剂。
此外，湿式成型用浆料也可以通过在微粉碎后的干燥状态的微粉碎材中添加分散介质等进行制备。
在湿式成型中，接着，对该湿式成型用浆料进行磁场中成型。该情况下，成型压力能够设为9.8MPa～98MPa(0.1ton/cm2～1.0ton/cm2)左右。施加磁场能够设为400kA/m～1600kA/m左右。另外，成型时的加压方向和磁场施加方向可以为同一方向，也可以为正交方向。
通过湿式成型得到的成型体的烧成能够在大气中等氧化性气氛中进行。烧成温度能够设为1050℃～1270℃。另外，烧成时间(保持成烧成温度的时间)能够设为0.5小时～3小时左右。然后，通过烧成，得到铁氧体烧结磁铁。
此外，在通过湿式成型得到成型体的情况下，在到达烧成温度前，能够以2.5℃/分钟左右的升温速度从室温加热至100℃左右。通过使成型体充分地干燥，能够抑制裂纹的产生。
进而，在添加了表面活性剂(分散剂)等的情况下，例如，在100℃～500℃左右的温度范围，通过以2.0℃/分钟左右的升温速度进行加热，能够充分地除去这些(脱脂处理)。此外，这些处理可以在烧成工序的初期进行，也可以在比烧成工序之前，分别进行。
以上，对铁氧体烧结磁铁的优选的制造方法进行了说明，但制造方法不限定于上述，制造条件等能够适当变更。
本发明的铁氧体烧结磁铁的形状没有限定。例如，铁氧体烧结磁铁能够具备具有各向异性的弧段形状、平板状、圆柱状、筒状等各种形状。根据本发明的铁氧体烧结磁铁，无论磁铁的形状，均维持高的HcJ，并且得到高的Br。
通过本发明得到的铁氧体烧结磁铁的用途没有特别限制，但例如能够用于旋转电机。另外，通过本发明得到的旋转电机具有上述的铁氧体烧结磁铁。此外，旋转电机的种类没有特别限制。例如，举出马达、及发电机等。
实施例
以下，通过实施例对发明进行更详细说明，但本发明不限定于这些实施例。
＜配合工序＞
作为起始原料，准备SrCO3、La2O3、Fe2O3、Co3O4、CaCO3、SiO2、BaCO3、Al2O3及Cr2O3，铁氧体烧结磁铁的最终的组成称量成表1～表9中记载的各试样的组成。
将上述起始原料中除La2O3及Co3O4以外的原料通过湿式磨碎机进行混合、粉碎，得到浆料状的原料混合物。
＜预烧工序＞
将该原料混合物在干燥后，在大气中，进行在1200℃下保持2小时的预烧处理，得到预烧体。
＜粉碎工序＞
将得到的预烧体通过棒磨机进行粗粉碎，得到粗粉碎材。接着，添加La2O3及Co3O4，通过湿式球磨机进行28小时微粉碎，得到浆料。将得到的浆料制成固体成分浓度调整成70～75质量％的湿式成型用浆料。
＜成型·烧成工序＞
接着，使用湿式磁场成型机，得到预备成型体。成型压力设为50MPa，施加磁场设为800kA/m。另外，成型时的加压方向和磁场施加方向设定为同一方向。在湿式成型中得到的预备成型体为圆板状，直径30mm、高度15mm。
将预备成型体在大气中，进行在最佳烧成温度下保持1小时的烧成，得到作为烧结体的铁氧体烧结磁铁。
以下，对本实施例的最佳烧成温度的确定方法进行说明。
首先，关于各实验例的组成，使烧成温度以每10℃变化直至1190～1230℃进行烧成，制作烧结体。即，基于各实验例，制作合计5个烧结体。然后，测定各烧结体的密度，将密度最高的烧结体的烧结温度设为最佳烧结温度。此外，烧结体的密度通过阿基米德法来测定。
对各铁氧体烧结磁铁进行荧光X射线定量分析，能够确认各铁氧体烧结磁铁分别成为表1～表9中所示的组成。
另外，通过X射线衍射测定确认了表1～表9的各铁氧体烧结磁铁具有六方晶M型结构。
＜磁特性(Br、HcJ)的测定＞
在各实验例中，在对以最佳烧结温度烧结而得到的各铁氧体烧结磁铁的上下面进行加工后，在25℃的大气气氛中，使用最大施加磁场1989kA/m的B－H示踪剂，测定磁特性。将结果示于表1～表9。
＜成本栏＞
在本实验例的成本栏中，关于作为高成本的原料的Co的含量(yz)，将yz≤0.20的情况设为合格，将yz＞0.20的情况设为不合格。
由表1～表9可知，x、(12－y)z、yz均为特定的范围内的各实施例中，Br及HcJ为良好，成本也优异。具体而言，全部实施例的Br均超过420mT，实施例2～6、8～18、20～40、41的Br超过435mT。另外，全部实施例的HcJ均超过330.0kA/m，实施例2～6、10～40的HcJ超过345kA/m。与此相对，在x、(12－y)z、yz任一个为特定的范围外的情况下，Br、HcJ和/或成本恶化。
在将CaO、SiO2、BaO、Al2O3和/或Cr2O3分别包含在优选的范围的情况下，成为表示磁特性更容易提高的结果。
Claims (7)
1.一种铁氧体烧结磁铁，其中，
所述铁氧体烧结磁铁包含A、R、Fe及Co，并且具有能够表示成以原子数比计为A1－xRx(Fe12－yCoy)zO19的六方晶M型铁氧体，其中，
A为选自Sr、Ba及Pb中的1种以上，
R为选自稀土元素中的1种以上，作为R，至少包含La，
满足0.13≤x≤0.23
10.80≤(12－y)z≤12.10
0.13≤yz≤0.20。
2.根据权利要求1所述的铁氧体烧结磁铁，其中，
在将所述铁氧体烧结磁铁中所含的Ca换算成氧化物时，将CaO的含量设为Mc质量％，
满足0.30≤Mc≤0.85。
3.根据权利要求1或2所述的铁氧体烧结磁铁，其中，
在将所述铁氧体烧结磁铁中所含的Si换算成氧化物时，将SiO2的含量设为Ms质量％，
满足0.35≤Ms≤0.60。
4.根据权利要求1或2所述的铁氧体烧结磁铁，其中，
在将所述铁氧体烧结磁铁中所含的Ba换算成氧化物时，将BaO的含量设为Mb质量％，
满足0≤Mb≤0.15。
5.根据权利要求1或2所述的铁氧体烧结磁铁，其中，
在将所述铁氧体烧结磁铁中所含的Al换算成氧化物时，将Al2O3的含量设为Ma质量％，
满足0≤Ma≤0.90。
6.根据权利要求1或2所述的铁氧体烧结磁铁，其中，
在将所述铁氧体烧结磁铁中所含的Cr换算成氧化物时，将Cr2O3的含量设为Mr质量％，
满足0≤Mr≤0.10。
7.一种旋转电机，其中，
所述旋转电机具有权利要求1～6中任一项所述的铁氧体烧结磁铁。
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