DE60214083T2

DE60214083T2 - Herstellungsverfahren für magnetisches Metallpulver und magnetisches Metallpulver

Info

Publication number: DE60214083T2
Application number: DE60214083T
Authority: DE
Inventors: Minoru Chuo-ku Takaya; Yoshiaki Chuo-ku Akachi; Hisashi Chuo-ku Kobuke; Hiroyuki Chuo-ku Uematsu
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2001-05-30
Filing date: 2002-05-27
Publication date: 2007-03-15
Anticipated expiration: 2022-05-28
Also published as: US6827758B2; JP2002356708A; DE60214083D1; EP1263004A2; CN1387969A; US20050056347A1; KR100603051B1; EP1263004B1; CN1267221C; US20020189401A1; KR20020091778A; CA2387768A1; JP3772967B2; US7416795B2; TW539588B; EP1263004A3

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein magnetisches Metallpulver und sein Herstellungsverfahren.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Das Herstellungsverfahren von Metallpulver kann nach seinen Ausgangsrohmaterialien klassifiziert werden. In anderen Worten, Metallpulver kann aus der Gasphase, flüssigen Phase und festen Phase hergestellt werden. Bestimmte bekannte Verfahren zur Herstellung von Metallpulver aus der Gasphase sind das chemische Gasphasenabscheidungsverfahren (CVD), das Zerstäubungsverfahren und das Vakuumbedampfungsverfahren. Als Verfahren zur Herstellung von Metallpulver aus der flüssigen Phase sind das Mitfällungsverfahren, das Gas- oder Wasseratomisierungsverfahren, das Sprühverfahren und das Sprühpyrolyseverfahren bekannt. Zur Herstellung von Metallpulver aus der festen Phase gibt es das Pulverisierungsverfahren, das eine Zerreibmaschine zum Pulverisieren von Metallklumpen zu Partikeln von geeigneter Größe verwendet, oder die Anwendung eines vorgeschriebenen Verfahrens auf pulverisiertes Pulver.
Verschiedene auf dem Gebiet der Elektronik verwendete Teile werden immer öfter und weit verbreitet im Hochfrequenzbereich verwendet. Dasselbe kann über Leiterplatten gesagt werden. Substrate mit verschiedenen Eigenschaften werden großen Zulauf haben, wie z.B. solche mit hoher oder niedriger dielektrischer Konstante, ausgezeichneten magnetischen Eigenschaften oder solche, die Radiowellen absorbieren. Um diese Substrate zu erhalten, wird ein magnetisches Pulver mit ausgezeichneten Hochfrequenzeigenschaften gemischt und in Leiterplatten je nach Bedarf dispergiert. Einige der verwendeten magnetischen Pulver sind Ferrittpulver und Carbonyleisenpulver zur Hochfrequenzverwendung. Neben dem Bereich der Leiterplatten werden auch in der Klasse der Verpackungen Radiowellen-absorbierende Pulver gemischt und in einem Harz dispergiert. In dem Gebiet der Leitpasten werden leitende Partikel gemischt und in dicken filmartigen Pasten zur Herstellung von elektronischen Schaltungen, Widerständen, Kondensatoren und Baugruppen für integrierte Schaltkreise dispergiert. Darüber hinaus werden magnetische Pulver in weichen magnetischen Materialien weit verbreitet zur Herstellung von Spulenmaterialien für Netzanschlussgeräte wie Drosselspulen verwendet. Was magnetische Materialien betrifft, gibt es Kernmaterialien für Motoren. Magnetisches Pulver wird ebenso in magnetischen Widerständen und magnetischen Sensoren verwendet.
Eine Technologie zur Erzeugung von Metallpulver für dicke filmartige Pasten unter Verwendung des Sprühpyrolyseverfahrens ist bekannt. Diese Technologie bedingt das Sprühen einer metallsalzhaltigen Lösung zur Erzeugung flüssiger Tropfen und das Erwärmen der Tropfen bei einer Temperatur, die höher ist als die Zersetzungstemperatur des Metallsalzes und des Schmelzpunktes des Metalls, wenn aber das Metall bei einer Temperatur, die unterhalb seines Schmelzpunktes liegt und höher als die Zersetzungstemperatur des Oxids ist, ein Oxid bildet, um das Metallsalz thermisch zu lösen und die so erzeugten Metallpartikel zu schmelzen.
Gemäß dem Sprühpyrolyseverfahren ist das so gebildete Metallpulver kugelförmig mit ausgezeichneten Kristallisationseigenschaften und guten Dispergiermitteleigenschaften. Gemäß des Sprühpyrolyseverfahrens kann Ag-Pulver beispielsweise mit einer maximalen Partikelgröße von 1,7 μm und einer minimalen Partikelgröße von 0,5 μm unter Verwendung einer Lösung gebildet werden, die AgNO₃ enthält; Ag-Pd-Legierungspulver wird mit Partikelgrößen im Bereich von 2,5 μm (max.) bis 1,5 μm (min.) unter Verwendung einer Lösung gebildet, die AgNO₃ und Pd(NO₃)₂ enthält, und Au-Pulver wird mit Partikelgrößen im Bereich von 1,0 μm (max.) bis 0,5 μm (min.) unter Verwendung einer Lösung gebildet, die HAuCl₄ enthält. Auch diesen Pulvern wird nachgesagt, ausgezeichnete Kristallisationseigenschaften aufzuweisen.
Auf diese Weise kann Metallpulver mit Partikelgrößen im Bereich von 0,5 bis 2,5 μm und ausgezeichneten Kristallisationseigenschaften erhalten werden. Metallpulver mit diesen Eigenschaften ist als Leitpaste geeignet.
Die obigen Beispiele beziehen sich jedoch auf Ag, Ag-Pd-Legierung und Au aber nicht auf Metallpulver, insbesondere Fe-Pulver, das zur Verwendung von Mischungen und Dispersionen von magnetischen Pulvern geeignet ist.
Im Stand der Technik werden Verfahren zur Herstellung von Metallpulver unter Verwendung des Sprühpyrolyseverfahrens gelehrt und die Möglichkeit zur Herstellung von Fe-Pulver oder Fe-Legierungspulver vorgeschlagen. Jedoch ist uns bis jetzt kein Beispiel für eine wirkliche Herstellung von Fe-Pulver oder Fe-Legierungspulver untergekommen. Mit anderen Worten kann festgehalten werden, dass Metallpulver, das durch das Sprühpyrolyseverfahren hergestellt werden kann, beträchtliche Beschränkungen bezüglich des Typs des Metallpulvers auferlegt wurde.
Es ist zu beachten, dass Fe-Pulver oder Fe-Legierungspulver, wie oben erklärt, aus der Gasphase oder der festen Phase hergestellt werden kann. Jedoch ist die Partikelgröße von Metallpartikeln, die durch das Gasphaseherstellungsverfahren gebildet werden, sehr klein und daher zum Vermischen mit einem Harz ungeeignet. Auch Metallpulver, die durch Festphasenherstellungsverfahren gebildet werden, haben eine schlechte Partikelverteilung, und die Form der Pulverpartikel ist nicht kugelförmig, weil Zerreibmaschinen verwendet werden.
Daher waren magnetische Metallpulver, insbesondere Fe- oder Fe-Legierungspulver, die zum Mischen mit einem Harz geeignet sind, durch konventionelle Metallpulverherstellungsverfahren nicht erhältlich. JP 102-80013 A offenbart ein Verfahren gemäß der Präambel des vorliegenden Anspruchs 1.
US 36 07 451 offenbart ein magnetisches Metallpulver gemäß der Präambel des vorliegenden Anspruchs 14.
EP-A-1 059 134 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Metallpulvern, insbesondere Eisenpulver, durch thermische Reduktion von Übergangsmetall- oder Seltenerdmetalloxalaten oder -oxiden, die aus der Zersetzung von Übergangsmetall- oder Seltenerdmetalloxalaten, beispielsweise Eisenoxalaten oder aus Eisenoxalaten resultierenden Eisenoxiden, resultieren, wobei diese Oxalate oder Oxide aus Partikeln mit nadelartiger Morphologie mit einem durchschnittlichen Nadelform-Verhältnis (Länge/Durchmesser) zwischen 4 und 20 und einer Länge von 5 bis 10 μm bestehen. JP-A-05140620 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines ferromagnetischen Metallpulvers. Goethit wird mit einem Wärmebeständigkeit-verleihenden Mittel oberflächenbehandelt und dann wird eine Fettsäure, wie z.B. Caprylsäure, auf der Oberfläche adsorbiert. Das Goethit wird gebildet und getrocknet oder getrocknet, gebröckelt und gleichmäßig granuliert, und das Korn wird in einer inerten Stickstoffatmosphäre kalziniert, in der es in der Nähe einer Magneteisensteinzusammensetzung durch Reduktion der gasförmigen Komponenten, die aus der zersetzten Fettsäure stammen, reduziert wird. Danach werden die Körner bei etwa 350-550°C erhitzt und durch ein reduzierendes Gas, wie z.B. Wasserstoff, reduziert, um ferromagnetische Metallkörner zu erhalten. Yoshida et al., Übersetzung des Japan Institute of Metals, Vol. 22, Nr. 6 (1981), 371-378, offenbart eine Herstellung von ultrafeinen Eisenpartikeln unter Verwendung eines Radiofrequenzplasmas (RF). Ultrafeine Eisenpartikel mit einer statistischen mittleren Größe von etwa 10 nm wurden mittels Durchleiten von reinem Eisenpulver durch ein RF-Plasma hergestellt. Der Wachstumsprozess der Partikel fand in einem „Nebelzustand" statt, und ein Brownian Kollisions-Koaleszenzmechanismus beherrschte den Prozess. Die Partikel mit einer Größe von weniger als 60 nm konnten in Einkristalle der α-Phase transformiert werden, Einkristalle waren jedoch selten, wenn die Partikelgröße größer als 100 nm betrug.
Zusammenfassung der Erfindung:
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung von magnetischem Metallpulver gemäß Anspruch 1 und ein kugelförmiges magnetisches Metallpulver gemäß Anspruch 14 bereit. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den unabhängigen Ansprüchen definiert.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren zur Erzeugung von magnetischem Metallpulver, das zur Mischung mit einem Harz geeignet ist, und die Bereitstellung von neuem magnetischen Metallpulver, das bisher nicht verfügbar war.
Zur Lösung der oben beschriebenen Probleme haben die hiesigen Erfinder die Ursachen der Einschränkung der Typen von Metallpulvern untersucht, welche durch das Sprühpyrolyseverfahren hergestellt werden konnten. Das Sprühpyrolyseverfahren verwendet flüssige Lösungen als Rohmaterial und verbraucht thermische Energie zur Pyrolyse von dem gesuchten Zielmetall nicht-zugehörigem Wasser während eines Hochtemperaturverfahrensschrittes. Auch weil Wasserdampf gebildet wird, wird die Umgebung zur Durchführung der thermischen Pyrolyse oder typischerweise des Reduktionsverfahrens zu einer gasförmigen Atmosphäre. Die Feuchtigkeit in der Wasserdampfatmosphäre schwächt den Produktionsverlauf. Daher wird je nach dem konventionellen Sprühpyrolyseverfahren vermutet, das Metallpulver, welches sich Ausgangsmaterial bedient, das eine starke Reduktion erfordert, nicht erhalten werden konnte. Das oben erwähnte Ag und die Ag-Pd-Legierung von Au können ohne Notwendigkeit einer starken Reduktionskraft erhalten werden.
Die Erfinder waren bei der Herstellung eines kugelförmigen Einkristalleisenpulvers, das durch konventionelle Verfahren nicht erhältlich war, durch Durchführen einer Wärmebehandlung an trockenem Mischpulver mit bestimmten Partikelgrößen als Ausgangsrohmaterial ohne Verwendung von feuchtem Startmaterial wie im Falle des Sprühpyrolyseverfahrens erfolgreich.
Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform schließt ein Verfahren zur Herstellung von magnetischem Metallpulver ein Rohmaterialeinspeisungsschritt zum Einspeisen von rohem Pulver zur Bildung von magnetischem Metall durch Reduktion mit einem Trägergas in einen vorbestimmten Wärmebehandlungsbereich, einen Wärmebehandlungsschritt zum Erwärmen des rohen Pulvers bei einer Temperatur, die höher ist als die Reduktionstemperatur des rohen Pulvers, und einen Kühlungsschritt, in dem ein aus der Reduktion erhaltenes Produkt gekühlt wird, zur Bereitstellung eines magnetischen Metallpulvers einschließlich des magnetischen Metallelements ein.
Zusätzlich zu dem Vorzug, dass kugelförmige Einkristall-Fe-Pulver, die durch konventionelle Verfahren nicht erhältlich waren, durch die vorliegende Erfindung erhalten werden können, erfordert das Verfahren weniger Wärmeenergie als konventionelle Sprühpyrolyseverfahren, weil die Wärmebehandlung an trockenem Mischpulver durchgeführt wird und es ergibt sich der zusätzliche Vorteil einer hohen Erholungsgeschwindigkeit. Das erfindungsgemäß erhaltene magnetische Metallpulver ist nicht auf die Einkristallform von Fe beschränkt, sondern gestattet auch die Herstellung anderer magnetischen Metallpulver. Was die magnetischen Eigenschaften betrifft, so kann die vorliegende Erfindung sowohl weiche magnetische Materialen als auch harte Materialien herstellen.
Erfindungsgemäß schließt das Trägergas ein reduzierendes Gas ein, und ein magnetisches Metallpulver kann durch Reduzieren des Rohpulvers in dem Wärmebehandlungsschritt mit dem reduzierenden Gas und durch Abkühlen der reduzierten Substanz erhalten werden.
Erfindungsgemäß ist es möglich, ein magnetisches Metallpulver zunächst durch Erzeugen einer Schmelze aus der reduzierten Substanz in dem Wärmeverfahrensschritt und Rekristallisieren der Schmelze im Kühlungsverfahrensschritt zu erhalten.
Darüber hinaus ermöglicht die vorliegende Erfindung das Reduzieren der erzeugten Schmelze nach dem Schmelzen des Rohpulvers in dem Wärmeverfahrensschritt und das Erhalten eines magnetischen Metallpulvers durch Umkristallisieren der reduzierten Schmelze in dem Kühlungsverfahrensschritt. Mit anderen Worten ermöglicht die vorliegende Erfindung die Option zur Verwendung eines Verfahrens zur Bildung einer Schmelze aus dem Rohpulver und Kühlen und Verfestigen der Schmelze nach dem Reduzieren des Rohpulvers in fester Form, oder ein Verfahren zum Schmelzen des Rohpulvers in fester Form in einen geschmolzenen Zustand und Reduzieren der Schmelze, während diese in ihrem geschmolzenen Zustand gehalten wird und erst danach abgekühlt wird. Auf diese Weise, durch einmaliges Schmelzen des Rohpulvers, kann das erhaltene magnetische Metallpulver sofort in die Einkristallform übergehen.
In der vorliegenden Erfindung kann ein magnetisches Pulver aus reinem Eisen unter Verwendung eines Eisenoxidpulvers als Rohpulver erhalten werden.
Ebenso ermöglicht die vorliegende Erfindung in dem Herstellungsverfahren des magnetischen Pulvers die Bildung einer Beschichtungsschicht auf der Oberfläche des magnetischen Pulvers. Zur Bildung der Beschichtungsschicht kann das Rohpulver und ein Pulver, das aus einer Verbindung gebildet wird, die aus mindestens einem Element als Inhaltsstoff mit einer Reduktionskraft besteht, die stärker ist als die des in dem Rohpulver enthaltenen magnetischen Metalls, in den Wärmebehandlungsbereich eingespeist werden. In diesem Fall kann das Pulver, das aus einer Verbindung gebildet wird, die aus mindestens einem Element als Inhaltsstoff mit einer Reduktionskraft besteht, die stärker ist, als die des magnetischen Materials, Partikelgrößen aufweisen, die kleiner sind als die des Rohpulvers. Ferner kann das Rohpulver eine Verbindung enthalten, die aus mindestens einem Element als Inhaltsstoff mit einer stärkeren Reduktionskraft als die des magnetischen Metalls besteht, mit dem Ergebnis, dass eine Beschichtung auf der Oberfläche des Metallpulvers während des Herstellungsverfahrens des magnetischen Metallpulvers gebildet werden kann. Verfahren zur Bildung der Beschichtungsschicht sollen später erläutert werden.
Wie oben erläutert, stellt die vorliegende Erfindung Fe-Pulver oder Fe-Legierungspulver mit Eigenschaften bereit, die durch konventionelle Verfahren nicht erhältlich sind. Und zwar betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren, umfassend die Schritte des Einspeisens eines pulverförmigen Oxids aus mindestens einem Vertreter, der aus den Fe-Gruppenelementen ausgewählt ist, mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von etwa 0,1 bis 100 μm in eine Wärmebehandlungsatmosphäre, das Bilden einer Schmelze aus dem pulverförmigen Oxid in der Wärmebehandlungsatmosphäre und das Abkühlen und Verfestigen der Schmelze zur Bildung eines magnetischen Metallpulvers, das aus mindestens einem Vertreter der Fe-Gruppenelemente zusammengesetzt ist. In dem Herstellungsverfahren kann ein Reduktionsschritt in der Wärmebehandlungsatmosphäre durchgeführt werden, bevor die Schmelze gebildet wird oder nachdem die Schmelze gebildet, aber bevor sie abgekühlt und verfestigt wird.
Das erfindungsgemäße magnetische Metallpulver kann eine mittlere Partikelgröße im Bereich von etwa 0,1 bis 20 μm aufweisen. Die mittlere Partikelgröße kann vorzugsweise etwa 0,5 bis 10 μm oder besonders bevorzugt etwa 1 bis 5 μm betragen. Darüber hinaus können ausgezeichnete magnetische Eigenschaften und Hochfrequenzeigenschaften erhalten werden, da das erfindungsgemäß erhaltene magnetische Metallpulver in einer Einkristallform gebildet werden kann.
In dem oben beschriebenen Verfahren zur Herstellung von magnetischem Metallpulver ist es möglich, eine Beschichtungsschicht des Herstellungsverfahrens zu bilden.
Das durch das erfindungsgemäße Verfahren erhaltene Pulver ist ein Einkristallpulver, das aus Fe als Hauptinhaltstoff zusammengesetzt ist. Das durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellte Pulver ist ein neues magnetisches Metallmaterial in einer kugelförmigen Form mit einer mittleren Partikelgröße im Bereich von 0,1 bis 20 μm, das durch konventionelle Verfahren nicht erhältlich war. Eine bevorzugte mittlere Partikelgröße des erfindungsgemäß erhaltenen magnetischen Metallpulvers kann im Bereich von etwa 0,5 bis 10 μm liegen, und ist besonders bevorzugt etwa 1 bis 5 μm.
Ferner bietet das erfindungsgemäß erhaltene magnetische Metallpulver ausgezeichnete magnetische Eigenschaften von mehr als 2,0 T in gesättigter magnetischer Flussdichte.
Während das erfindungsgemäße magnetische Metallpulver ausschließlich aus dem Metall gebildet werden kann, ist es ebenso möglich, eine Beschichtungsschicht auf der Oberfläche des magnetischen Metallpulvers zu bilden. Die Beschichtungsschicht kann gebildet werden, nachdem das magnetische Metallpulver hergestellt wurde, sie kann jedoch auch während des Herstellungsverfahrens des magnetischen Metallpulvers gebildet werden, wie oben erläutert wurde. In diesem Fall kann die Beschichtungsschicht durch eine Verbindung gebildet werden, die aus mindestens einem Element als Inhaltsstoff mit einer größeren Affinität zu Sauerstoff als die des Eisens hergestellt wird. Durch die Bildung einer Beschichtungsschicht ist es möglich, dem magnetischen Metallpulver Säurebeständigkeits-, Isolierungs- und nicht-kohäsive Eigenschaften zu verleihen.
Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen ersichtlich, die beispielhaft verschiedene Merkmale erfindungsgemäßer Ausführungsformen illustrieren.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen:
1 zeigt ein Beispiel für ein Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Metallpulvers.
2 ist eine Darstellung zur Beschreibung eines Verfahrens zur Bildung eines magnetischen Metallpulvers gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform.
3 ist eine Darstellung zur Beschreibung eines Verfahrens zur Bildung eines magnetischen Metallpulvers gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform.
4 ist eine Darstellung zur Beschreibung eines Verfahrens zur Bildung eines magnetischen Metallpulvers gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform.
5 ist eine Darstellung zur Beschreibung eines Verfahrens zur Bildung eines magnetischen Metallpulvers gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform.
6 ist eine Darstellung zur Beschreibung eines Verfahrens zur Bildung eines magnetischen Metallpulvers gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform.
7 ist eine Darstellung zur Beschreibung eines Verfahrens zur Bildung eines magnetischen Metallpulvers gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform.
8 ist eine Fotografie einer SEM-Aufnahme von magnetischem Metallpulver, das gemäß einem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel erhalten wurde.
9 zeigt eine Kurve aus Ergebnissen einer Röntgenbeugungsanalyse, die an einem magnetischen Metallpulver durchgeführt wurde, das gemäß einem dritten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel erhalten wurde.
10 zeigt eine Fotografie einer SEM-Aufnahme eines magnetischen Metallpulvers, das gemäß einem dritten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel erhalten wurde.
11 zeigt eine Fotografie einer TEM-Aufnahme eines magnetischen Metallpulvers, das gemäß einem dritten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel erhalten wurde.
Erfindungsgemäße Ausführungsformen:
Erfindungsgemäße Ausführungsformen werden im Folgenden beschrieben.
Zunächst wird der Aufbau des Herstellungsverfahrens für magnetisches Metallpulver auf Grundlage der 1 erläutert. Wie in 1 gezeigt wird, schließt das Herstellungsverfahren einen Pulvereinspeisungsschritt zur Einspeisung eines Rohpulvers, einen Wärmebehandlungsschritt, in dem das Pulver zur Bildung eines Produkts bei einer vorbestimmten Temperatur erhitzt wird, und einen Kühlungsschritt, in dem das in dem Wärmebehandlungsschritt erhaltene Pulver gekühlt wird, ein. Zusätzlich dazu kann ein Nachverarbeitungsschritt durchgeführt werden.
1 zeigt ein Beispiel zur Realisierung einer Pulvereinspeisungsstufe, in der ein Trägergas und Rohmaterialpulver getrennt hergestellt werden. Das Rohmaterialpulver wird zusammen mit dem Trägergas durch eine Düse N in eine Wärmebehandlungsstufe befördert. In der Wärmebehandlungsstufe kann Gas, das eine reduzierende Atmosphäre bilden kann, als Trägergas verwendet werden. Beispielsweise können bekannte Gase mit einer Reduktionsfähigkeit wie z.B. Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Ammoniakgas verwendet werden. Innerhalb dieser Gruppe ist es wünschenswert, Wasserstoffgas zu verwenden, das seine Reduktionskraft bei höheren Temperaturen erhöht. Ferner kann das reduzierende Gas in einer Mischung mit einem inerten Gas eingespeist werden. Das beizumischende inerte Gas kann Stickstoffgas, Ar-Gas und Ne-Gas sein. Unter Betrachtung der Emission von NOx in der Wärmebehandlungsstufe ist es bevorzugt, dass Ar-Gas oder Ne-Gas oder beide verwendet werden können. Darüber hinaus kann ein inertes Gas als Trägergas verwendet werden, und ein reduzierendes Gas kann in dem Bereich mit der reduzierenden Atmosphäre eingespeist werden. Dies kann für den Reduktionsprozess für eine Schmelze angewendet werden, wenn das Rohmaterialpulver geschmolzen ist.
Die Reduktionswirksamkeit ist von der thermischen Pyrolysetemperatur des Rohpulvers, seiner Größe, der Menge des Rohpulvers pro Volumeneinheit, der Trägergasgeschwindigkeit (der Zeitspanne, in der das Pulver die Reduktionstemperatur aufweist) innerhalb der Pyrolyseumgebung und dem Druck abhängig. Was die Reduktionswirksamkeit betrifft, so werden die Reduktionsbedingungen verbessert, je höher der Druck ist. Im Hinblick auf das Sammeln des Pulvers ist es jedoch bevorzugt, einen negativen Druck anzulegen, so dass das Pulver unter Bedingungen gebildet wird, die näher an dem Atmosphärendruck liegen. Die Dichte des reduzierenden Gases in dem Trägergas kann in geeigneter Weise durch die Affinität des Rohmaterialpulvers, seine Form, Größe und der Geschwindigkeit (Zeitspanne, in der das Pulver die Reduktionstemperatur aufweist) innerhalb des Reduktionsbereichs, das Volumen des Pulvers pro Einheitsvolumen gegen das Trägergas, die Reduktionsreaktionskonstante des reduzierten Elements gegen das Reduktionsmittel und den Druck eingestellt werden. Die Stärke (höher oder niedriger) der Reduktionskraft zwischen den beiden Arten der Elemente erscheint als Differenz der Stärke der sog. Affinität zu den Elementen, die der Reduktion ausgesetzt sind, und sie ist eine Differenz der Veränderung der freien Standard-Energie, die bei einer Reaktion zwischen einem Reaktionsmittel und der Verbindung des Zielmetalls auftritt. Der Betrag der Differenz bestimmt, ob eine Reduktion stattfindet oder nicht.
Das Verfahren zur Einspeisung des Rohpulvers in die Wärmebehandlungsverfahrensstufe ist nicht auf das in 1 beschriebene Verfahren beschränkt. Beispielsweise ist es möglich, ein Verfahren zur Einspeisung des Rohpulvers in die Wärmebehandlungsstufe mit einem Trägergas durch Einblasen des komprimierten Gases, das ein reduzierendes Gas enthält, in das Rohpulver anzuwenden. Es ist außerdem möglich, das Rohpulver unter Verwendung einer Dispersionseinrichtung oder den Ausgang einer Siebeinrichtung oder Zerreibmaschine einzuspeisen. Mit anderen Worten kann das Pulver von der Ausspeiseseite der Siebmaschine oder der Zerreibmaschine zu der Wärmebehandlungsstufe befördert werden.
Das Wärmebehandlungsverfahren wird in einem Wärmeofen durchgeführt. Für das Erwärmungsverfahren können verfügbare bekannte Verfahren, wie z.B. Erwärmen durch Elektrizität, Verbrennungswärme aus Gas oder Erwärmen durch Hochfrequenzerwärmung, verwendet werden. Das Rohpulver wird in einem suspendierten Zustand oder Fließzustand in dem Wärmeofen zusammen mit dem Trägergas thermisch zersetzt, in anderen Worten reduziert. Eine genauere Beschreibung der Reduktion wird später gegeben. Die Fließgeschwindigkeit des Rohpulvers während der Pyrolyse wird durch die Temperatur des reduzierenden Gases, die Effizienz des Sammelns und die Temperatur der thermischen Pyrolyse bestimmt. Die Fließgeschwindigkeit kann in einem Bereich zwischen etwa 0,05 und 10 m/s, vorzugsweise im Bereich zwischen 0,1 und 5 m/s und besonders bevorzugt zwischen etwa 0,5 und 2 m/s, ausgewählt werden. Die Fließgeschwindigkeit des Pulvers kann durch Regulieren der Fließgeschwindigkeit des Trägergases verändert werden.
Das aus dem Wärmebehandlungsverfahren erhaltene Produkt wird zu einem Kühlungsabschnitt befördert. Beispielsweise kann eine Kühlzone innerhalb des Wärmeofens installiert sein, um das Produkt in der Kühlzone zu kühlen, oder das Produkt kann durch Ausspeisen mit dem Trägergas in die Atmosphäre gekühlt werden. Die Kühlung kann durch Ausführen des Pulvers an die Atmosphäre oder vorgegebenes Kühlen mit einem Kühlmedium durchgeführt werden. Das gewünschte magnetische Metallpulver wird mittels Durchleiten des Pulvers durch einen Kühlungsabschnitt erhalten.
Nach dem Kühlungsverfahren wird das Pulver unter Verwendung eines Zyklonschlauchfilters gesammelt. Das Trägergas wird abgetrennt, nachdem ein geeignetes Abgasverfahren durchgeführt wurde.
Das Rohpulver der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet Metallelemente, die magnetische Eigenschaften besitzen. Obwohl seine Art nicht beschränkt sind, sind dies Fe-haltige Übergangsmetalle, die insbesondere hauptsächlich Elemente der Fe-Gruppe (Fe, Ni, Co) umfassen und andere Halbmetallelemente (Si, P usw.) sowie andere Übergangsmetallelemente (Mn, Cu, Cr usw.) einschließen können.
Die Form des Rohpulvers ist nicht beschränkt, solange sie geeignet ist, das vorgeschriebene Metallpulver (einschließlich Legierungen) durch Pyrolyse zu erzeugen. Beispielsweise kann es eine Verbindung sein, wie z.B. Oxide, Nitride, Boride oder Sulfide eines magnetischen Metalls, Metallsalze, körniges Pulver, das in einem Sprühverfahren hergestellt wurde, oder pulverisiertes Pulver, das in Zerreibmaschinen hergestellt wurde. Andere Pulver, die verwendet werden können, sind solche aus dem Lösungssprühverfahren unter Verwendung einer wässrigen Lösung, die eine Mischung aus einem Salz in dem gewünschten Zusammensetzungsverhältnis erhält, oder Pulver, die in Sprühpyrolyseverfahren unter Verwendung piezoelektrischer Elemente und einer Düse für zwei Flüssigkeitstypen verwendet werden. Das erfindungsgemäße rohe Pulver umfasst verschiedene Konfigurationen, die aus Partikeln unabhängig von ihrer Form, wie z.B. Pulver, körniges Pulver und pulverisiertes Pulver, bestehen. Wenn Fe-Pulver beispielsweise letztendlich erhalten werden soll, ist es kostengünstig, Eisenoxidpulver zu verwenden. Die Partikelgröße des Rohpulvers kann im Bereich von etwa 0,1 bis 100 μm liegen. Es ist jedoch bevorzugt, dass das Pulver in einer Partikelgröße von etwa 0,5 bis 50 μm oder besonders bevorzugt zwischen etwa 1 und 20 μm gebildet wird. Wenn die Partikel des Pulvers zu klein sind, neigen sie dazu, sich an die Oberfläche der größeren Partikel anzulagern und sind zum Vermischen mit einem Harz ungeeignet. Wenn die Partikelgröße zu groß ist, werden die Reduktionsbedingungen und die Bedingungen zur Herstellung von Einkristallpartikeln andererseits zunehmend stringent. Pyrolyse gemäß der vorliegenden Erfindung bezeichnet eine chemische Reaktion, in der zwei oder mehrere Verbindungen zu einer einfachen Substanz umgesetzt werden, wenn Wärme zugeführt wird. Natürlich schließt dieses Pyrolysekonzept auch eine durch Zuführung von Wärme implementierte Reduktion ein.
Eine Eigenschaft, die sich von dem Metallpulverherstellungsverfahren durch das konventionelle Sprühpyrolyseverfahren unterscheidet, liegt in der Tatsache, dass das Rohpulver in der vorliegenden Erfindung im trockenen Zustand verwendet wird. Dies geschieht, weil eine große Menge an Wasserdampf, die unweigerlich im Sprühpyrolyseverfahren generiert wird, die Reduktionsdichte verringert, was es unmöglich macht, Metallelemente mit einer stärkeren Affinität in das reduzierte Subjekt zu überführen. Der hierin verwendete trockene Zustand erfordert kein spezielles Trocknungsverfahren für das Rohpulver. Dies bedeutet, dass Pulver in einem trockenen Zustand, wie z.B. in Form einer Aufschlämmung oder einer Lösung des Ausgangsrohmaterials wie im Falle des konventionellen Sprühpyrolyseverfahrens nicht eingeschlossen ist.
Als nächstes wird die Überführung des Rohpulvers in den Wärmebehandlungsschritt und Kühlungsschritt anhand der 2 und 3 erläutert. Zur Vereinfachung der Erläuterung wird das magnetische Metalloxidpulver als Rohpulver bezeichnet. Ferner zeigt 2 ein Beispiel, in dem das magnetische Metalloxid geschmolzen wird, nachdem es reduziert wurde und dann durch Kühlung verfestigt wird. 3 zeigt ein Beispiel, in dem magnetisches Metalloxid reduziert wird, nachdem es geschmolzen wurde und dann zur Verfestigung des Pulvers gekühlt wird.
In 2 wird das magnetische Metalloxidpulver zu dem Wärmebehandlungsschritt mit einem Trägergas befördert, das aus einem reduzierenden Gas besteht. Zu diesem Zeitpunkt besteht die Beziehung T > Tm > Tr, wobei die Erwärmungstemperatur in dem Wärmebehandlungsschritt als T, die Reduktionstemperatur des magnetischen Metalloxids als Tr und der Schmelzpunkt des magnetischen Metalls als Tm bezeichnet wird. Wenn das magnetische Metalloxidpulver in den Wärmebehandlungsschritt, dessen Erwärmungstemperatur bei T reguliert wird, eingespeist wird, wird das magnetische Metalloxidpulver seinen Reduktionsprozess beendet haben, wenn die Temperatur Tr erreicht, und sich von einem Oxid mit einem hohen Schmelzpunkt in magnetische Metallpartikel mit einem niedrigen Schmelzpunkt umwandeln. Nachfolgend werden die magnetischen Metallpartikel schmelzen, da thermische Energie zugeführt wird, die höher ist als der Schmelzpunkt Tm. Mehrere geschmolzene Partikel werden sich zur Bildung eines neuen geschmolzenen Partikels vereinen. Dieses neue geschmolzene Partikel wird in einem Kühlungsschritt rekristallisieren, um ein magnetisches Metallpulver in Einkristallform zu bilden.
Ferner zeigt 3, wie das magnetische Metalloxidpulver in den Wärmebehandlungsschritt mit einem Trägergas überführt wird, das aus einem inerten Gas besteht. Das magnetische Metalloxid schmilzt in dem Wärmebehandlungsschritt. Nachdem es geschmolzen ist, wird eine Reduktionsreaktion durch Einspeisen eines reduzierenden Gases in das Wärmebehandlungsverfahren herbeigeführt. Die zu diesem Zeitpunkt erhaltene geschmolzene Substanz ist eine Schmelze aus dem magnetischen Metall. Diese Schmelze beginnt zu rekristallisieren, wenn sie während des Kühlungsverfahrens den Schmelzpunkt erreicht hat, und in der Stufe, in der sie sich verfestigt, wird sie im Wesentlichen aus magnetischem Metallpulver in Einkristallform zusammengesetzt sein. In dem Beispiel gemäß 3 beginnt das magnetische Metalloxidpulver zu schmelzen, wenn das Trägergas, das kein reduzierendes Gas enthält, verwendet wird. Als nächstes wird das reduzierende Gas eingespeist, so dass eine Reduktionsreaktion der geschmolzenen Substanz herbeigeführt wird.
Wie in den 2 und 3 gezeigt wird, können zwei Arten des Verfestigungsverfahrens in der vorliegenden Erfindung verwendet werden: Eines von diesen beinhaltet, die Substanz zu kühlen und zu verfestigen, nachdem sie reduziert und dann geschmolzen wurde, und das andere beinhaltet, die Substanz zu kühlen und zu verfestigen, nachdem sie geschmolzen und dann reduziert wurde. In Abhängigkeit der Temperatur der Wärmebehandlung und anderen Bedingungen gibt es jedoch Fälle, in denen sich das Reduzieren und Schmelzen überschneiden, was es schwierig macht, die beiden voneinander zu unterscheiden. Die vorliegende Erfindung umfasst auch derartige Gegebenheiten.
Eine der Eigenschaften dieser Erfindung ist es, dass die Partikel, die ein durch das Reduktionsverfahren erzeugtes Produkt bilden, auf Temperaturen erwärmt werden, die höher sind als der Schmelzpunkt der Partikel und bei denen die Kristalle des Rohpulvers zerstören. Selbst wenn das Rohpulver eine Masse von unregelmäßig geformtem zerriebenem Pulver oder körnigem Pulver in Form von aneinanderhängenden feinen Partikeln ist, werden diese zu flüssigen Tropfen, sobald sie geschmolzen werden. Die zur Schmelze gewordenen flüssigen Tropfen bilden auf Grund der Oberflächenspannung kugelförmige Formen. Rekristallisiertes kugelförmiges magnetisches Metallpulver wird erhalten, indem die Tropfen durch ein Kühlverfahren geleitet werden. Dieses Metallpulver liegt in Einkristallform vor, und seine durchschnittliche Partikelgröße kann innerhalb eines Bereichs von etwa 0,1 bis 20 μm liegen.
Das obige war eine Erläuterung des erwünschten erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erhalten von Einkristallen durch Schmelzen des Rohpulvers. Es ist möglich, magnetisches Metallpulver ohne Schmelzen des Rohpulvers zu erhalten. In diesem Fall besteht aber die Möglichkeit, dass das magnetische Metallpulver seine unregelmäßige Form beibehält, wenn das Rohpulver unregelmäßig geformt ist, und es wird nicht möglich sein, Pulver in Form von Einkristallen zu erhalten. Darüber hinaus findet die Reduktion in dem Reduktionsverfahren zunächst an der Oberfläche des Pulvers statt, wodurch es möglich ist, dass das Reduktionsverfahren beendet ist, während die Partikel in einem hohlen Zustand hinterlassen werden, was zur Erzeugung vieler defekter Partikel führt. Das Gleiche kann gesagt werden, wenn das Ausgangsrohmaterial körniges Pulver ist. Es wird daher empfohlen, das Rohpulver zuerst zu schmelzen, um ein magnetisches Metallpulver mit ausgezeichneten Eigenschaften zu erhalten. D.h., indem das Rohmaterial zunächst geschmolzen wird, ist es möglich, die Verunreinigungen des Rohpulvers an die Oberfläche der flüssigen Tropfen zu treiben, wodurch die Herstellung von kugelförmigen Einkristallmetallpartikeln mit einem Reinheitsgrad, der höher ist als der des Rohpulvers, ermöglicht wird. Außerdem macht das Schmelzen des Rohmaterials es möglich, eine Legierung herzustellen, wenn das Rohpulver mehr als eine Art von Elementen enthält. In diesem Fall besteht allerdings die Möglichkeit, dass das magnetische Metallpulver seine unregelmäßige Form beibehält, wenn das Rohpulver unregelmäßig geformt ist, und es besteht die Möglichkeit, dass viele defekte Pulverpartikel entstehen und dass es unmöglich ist, ein Pulver in Form von Einkristallen zu erhalten. Darüber hinaus findet das Schmelzen und Reduzieren zunächst auf der Oberfläche des Pulvers statt, weil die Oberfläche eine höhere Temperatur aufweist als das Innere, was es möglich macht, dass das Reduktionsverfahren beendet ist, während Partikel in hohlem Zustand hinterlassen werden. Auch im Falle von körnigem Pulver wird es schwer sein, Partikel mit einem höheren Prozentanteil an Legierungsgehalt (d.h. hochlegierte Partikel) eines magnetischen Metallpulvers zu erhalten. Bei geringem Fortschreiten des Legierens werden gemischte Metallpartikel mit einem hohen Prozentanteil der entsprechenden Metallpartikel resultieren. Da dies ebenso zur Folge hat, dass das Reduzieren und Schmelzen während des Reduktionsverfahrens eher vom Äußeren der pulverförmigen Substanz als vom Inneren ausgehend beginnt, kann das Reduktionsverfahren mit vielen hohlen und defekten Partikeln enden.
Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, auf effektive Art und Weise die Reduktionskapazität des reduzierenden Gases auszunutzen, da die Wirkungen des Wasserdampfes während des Reduktionsverfahrens zurückgehalten werden können, weil das Rohpulver wenig Feuchtigkeit enthält. Im Vergleich zu dem konventionellen Sprühpyrolyseverfahren des thermischen Zersetzen des Rohpulvers als wässrige Lösung macht es die vorliegende Erfindung daher möglich, das Volumen des Reduktionsverfahrens des Pulvers als Einheitsvolumen bei einer geringeren Temperatur zu erhöhen.
Erfindungsgemäß ist es möglich, eine Beschichtungsschicht um das magnetische Metallpulver zu bilden, um verschiedene Eigenschaften zu stärken oder dem Pulver hinzuzufügen. Während diese Beschichtungsschicht durch ein spezielles Verfahren vor Bildung der Schicht nach Erhalt des magnetischen Metallpulvers erhalten werden kann, schlägt diese Erfindung ein Verfahren zur Bildung der Beschichtung während des Herstellungsverfahrens des magnetischen Metallpulvers vor. Diese Beschichtungsschicht kann beispielsweise aus einer Verbindung gebildet werden, die aus Elementen mit einer starken Affinität zu Sauerstoff besteht, weil Sauerstoff ein Zielelement der Reduktion im Falle von Oxiden sein wird. Daher werden die Reduktionsbedingungen, unter denen die Elemente der entsprechenden Beschichtung gebildet werden, durch die Affinität bezüglich der zur Reduktion ausgewählten Elemente bestimmt. Verschiedene Verfahren können verwendet werden, um die Beschichtungsschicht aus den Verbindungen zu bilden. Diese Verfahren können durch die Art und Weise unterschieden werden, in der die Verbindungen, welche die Beschichtungsschicht bilden, eingespeist werden.
Das erste Verfahren umfasst das Einspeisen einer Verbindung, das die Beschichtungsschicht als eine Mischung mit dem Rohpulver für das magnetische Metallpulver umfasst. Dieses Verfahren kann in zwei Typen unterteilt werden, wobei das erste das Einspeisen des Rohpulvers als eine Mischung mit dem Rohpulver der Verbindung umfassend die Beschichtungsschicht bedingt, und das zweite das Einspeisen des Rohpulvers mit der Verbindung einbezieht, die die in dem Rohmaterial dispergierte Beschichtungsschicht umfasst. Ersteres enthält eine körnige Pulverform, die zwei Arten von Pulvern umfasst. Das zweite Verfahren ist ein Verfahren zur Einspeisung einer Mischverbindung, wie z.B. ein Mischoxid einschließlich eines magnetischen Metalls und eines Elements, das eine Reduktionskraft aufweist, die stärker als die des magnetischen Metalls ist. 4–6 werden als Referenz zur Erläuterung der entsprechenden Verfahren verwendet. Zwar erläutern 4–6 die Art und Weise des Schmelzens des Rohpulvers nach der Reduktion, es gibt natürlich auch andere Wege, die Reduktion durchzuführen, nachdem das Material geschmolzen wurde.
Zunächst wird sich 4 bedient, um die Art und Weise des ersten Verfahrens zur Einspeisung einer Mischung des Pulvers, das das Rohmaterial und das Mischpulver, das die Beschichtungsschicht bildet, umfasst. In diesem Fall werden zwei magnetische Metalloxidpulver als Beispiele für das Rohpulver verwendet.
Was als magnetisches Metalloxid eingespeist wird, ist ein Mischpulver (Beschichtungsmaterial), das aus mindestens einem Element mit einer stärkeren Affinität zu dem ausgetauschten Element in dem Reduktionsverfahren für das magnetische Metallpulver aufweist. Diese Verbindung ist selbst in dem Temperaturbereich, in dem das magnetische Metalloxid reduziert wird, schwer zu reduzieren. Während es keine bestimmten Anforderungen an die Arten der Verbindung gibt, sind einige, die aufgeführt werden können, Oxide von Si, Ti, Cr, Mn, Al, Nb, Ta, Ba, Ca, Mg und Sr, die eine stärkere Affinität zu Sauerstoff aufweisen als die des letztendlich zu erhaltenden magnetischen Metalls, wie z.B. Fe. Zu diesem Zeitpunkt wird die Bedingung Tr2 > Tm2 > Tm1 > Tr1 erfüllt, wobei die Erwärmungstemperatur in dem Wärmebehandlungsverfahren als T, die Reduktionstemperatur des magnetischen Metalloxids als Tr1, die Reduktionstemperatur des Beschichtungsmaterials als Tr2, der Schmelzpunkt des magnetischen Materials als Tm1 und der Schmelzpunkt des Beschichtungsmaterials als Tm2 bezeichnet wird. Diese Beziehung ist jedoch nur ein Beispiel, was nicht bedeutet, dass die vorliegende Erfindung andere Beziehungen ausschließt. Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung in einer Ausführungsform enthalten sein, selbst wenn die Beziehung Tr2 > Tm2 > T > Tm1 > Tr1 gilt, oder selbst wenn die Schmelztemperatur und die Reduktionstemperatur der Verbindung, die das Beschichtungsmaterial ausbilden wird, oder des Metalls vertauscht sind. Wenn die Beziehung T > Tr2 > Tm2 > Tm1 > Tr2 gilt, und T in der Nähe von Tr2 liegt, werden ferner einige der Substanzen als Metall oder Schmelze in dem magnetischen Metall vorliegen, und die nicht reduzierten Verbindungen werden das Beschichtungsmaterial bilden, wenn die Reduktionsreaktion auf Grund der Bildungsbedingungen oder der Reduktionsbedingungen nicht vollständig fortschreitet.
Wenn beispielsweise zwei Elemente innerhalb eines Partikels existieren und der Schmelzpunkt und die Reduktionstemperatur jedes dieser Elemente Tm1, Tr1, Tm2 und Tr2 sind und die Bedingung T > Tr2 > Tm2 > Tr1 gilt, dann ist T größer als Tr2. Wenn zwei Elemente reduziert werden, kann ein Legierungspartikel gebildet werden, weil die Elemente miteinander verschmelzen. Wenn Wärmeenergie angewendet wird, die die beiden Elemente vollständig reduziert, ist es möglich, kugelförmige Legierungspartikel zu bilden. Der Legierungs- und Kristallisationsgrad wird abhängig von der Kühlgeschwindigkeit sein.
Selbst wenn das Beschichtungsmaterial reduziert wird und die Elemente, die die Beschichtung enthalten, nicht zu den entsprechenden Elementeinheiten reduziert werden, können diese Beschichtungsmaterial werden.
Wenn eine Mischung aus oxidiertem magnetischen Metallpulver und Beschichtungsmaterial in das Wärmebehandlungsverfahren bei einer bei T einregulierten Temperatur eingespeist werden, wird das magnetische Metalloxid bei Tr1 reduziert. Da das Beschichtungsmaterial bei dieser Temperatur nicht reduziert wird, wird der anfängliche Zustand des Oxids beibehalten. Nachfolgend schmilzt es, da das von der Reduktion herrührende magnetische Metall auf eine Temperatur T erhitzt wird, die höher ist als Tm1, also dem Schmelzpunkt des magnetischen Metalls. Jedoch wird das Beschichtungsmaterial schmelzen, weil sein Schmelzpunkt Tm2 niedriger ist als die Temperatur der Wärmebehandlung T. Da die Wärmebehandlungstemperatur T niedriger ist als die Reduktionstemperatur des Beschichtungsmaterials Tr2, wird auch das Beschichtungsmaterial nicht reduziert. Ein Partikel aus einem flüssigen Tropfen wird so gebildet, dass das magnetische Metall mit einer höheren spezifischen Dichte, das ein Großteil des Volumens einnimmt, schmilzt und sich im Mittelteil versammelt und währenddessen das Beschichtungsmaterial mit einer geringeren spezifischen Dichte in die äußere Umgebung gedrängt wird. Es wird vermutet, dass der Grund dafür, dass das ungeschmolzene Beschichtungsmaterial an die Oberfläche des Tropfens gedrängt wird, der ist, dass das magnetische Metall im Zustand des flüssigen Tropfens durch externe Faktoren so beeinflusst wird, dass eine langsame Rotation seiner Achse herbeigeführt wird und auf diese Weise durch seine Zentrifugalkraft beeinflusst wird. Nachfolgend findet eine Rekristallisation statt, sobald die Partikel in dem Kühlschritt beginnen, sich abzukühlen, wobei das Beschichtungsmaterial an die Oberfläche gedrängt wird und mit fallender Temperatur ein Kern von Kristallen in dem magnetischen Metall gebildet wird. Das nicht reduzierte Beschichtungsmaterial wird getrennt von dem magnetischen Metall abgekühlt. Danach nimmt das so erhaltene Pulver die Form von Einkristallen und kugelförmigen magnetischen Metallpartikeln ein, die jeweils ringsherum mit einem Oxid beschichtet sind. Durch Regulierung der Dicke des Beschichtungsmaterials, das zusammen mit dem Rohpulver hinzugefügt wird, kann die Beschichtungsschicht in gleichmäßiger Dicke gebildet werden. Für die erhaltene Beschichtungsschicht ist es wichtig, das Einspeisungsvolumen und die Dicke des Beschichtungsmaterials innerhalb der vorgeschriebenen Bereiche zu halten. Wenn das Volumen des Beschichtungsmaterials steigt, existiert die Möglichkeit, dass keine Rotation des magnetischen Materials in der Schmelzphase auftritt. Hierdurch wird es auch für das magnetische Metall schwierig sein, sich in der Mitte zu sammeln.
Als nächstes wird sich 5 bedient, um die Art und Weise des Einspeisens des Rohpulvers mit einer Verbindung, die die in dem Rohmaterial dispergierte Beschichtungsschicht bildet, in dem ersten Verfahren erläutert. In 5 weist das Rohpulver eine Matrix aus magnetischem Metalloxidpulver auf und liegt in einer Form vor, in der das Beschichtungsmaterial in dem Pulver dispergiert ist. Ein typisches Beispiel für diesen Modus ist Eisenoxid (Fe₂O₃), das SiO₂ als Verunreinigung enthält.
Das Rohpulver wird unter Verwendung eines reduzierenden Gases als Trägergas in den Wärmebehandlungsschritt eingespeist. Im Wärmebehandlungsschritt wird das magnetische Metalloxid, das das Muttermaterial umfasst, als erstes reduziert. An dieser Stelle wird das Beschichtungsmaterial, das in dem magnetischen Metalloxid dispergiert ist, nicht reduziert und behält seinen anfänglichen Zustand bei. Daher werden in dem Reduktionsverfahren magnetische Metallpartikel mit dispergiertem Beschichtungsmaterial gebildet. Als nächstes schmilzt der Anteil des magnetischen Metalls aus den magnetischen Metallpartikeln mit den darin dispergierten Beschichtungsmaterialien. Da das magnetische Metall schmilzt, wird das Beschichtungsmaterial zu der äußeren Peripherie des geschmolzenen Metalls gedrängt, genauso wie im Fall des oben geschilderten Beispiels. Nachfolgend findet Rekristallisation statt, sobald die Partikel mit Eintritt in den Kühlungsschritt beginnen sich abzukühlen, wobei das Beschichtungsmaterial an die Oberfläche gedrängt ist und sich mit sinkender Temperatur der Kern aus Kristallen in dem magnetischen Metall bildet. Das nicht reduzierte Beschichtungsmaterial wird getrennt von dem magnetischen Metall abgekühlt. Danach nimmt das so erhaltene Pulver die Form von Einkristallen und kugelförmigen magnetischen Metallpartikeln ein, die jeweils ringsherum mit einer Oxidschicht beschichtet sind.
Als nächstes wird das oben erwähnte zweite Verfahren unter Bezugnahme auf 6 erläutert. Das zweite Verfahren umfasst das Einspeisen einer zusammengesetzten Verbindung, die magnetisches Metall und ein Element mit einer Reduktionskraft einschließt, die stärker ist als die des magnetischen Metalls, z.B. ein Mischoxid. Dieses Oxid wird als ein magnetisches Mischmetalloxid bezeichnet, und ein bestimmtes Beispiel ist FeAl₂O₄.
6 zeigt ein magnetisches Mischmetalloxid, wobei das Rohpulver unter Verwendung eines reduzierenden Gases als Trägergas in den Wärmebehandlungsschritt eingespeist wird. In dem Wärmebehandlungsschritt wird das Mischmetalloxid reduziert und in magnetisches Metall und Oxid zersetzt. Im Falle von FeAl₂O₄ als ein Beispiel wird das Mischoxid in Fe und Al₂O₃ zersetzt. Al₂O₃ wird das Beschichtungsmaterial.
Nachfolgend steigt die Temperatur des magnetischen Materials über seinen Schmelzpunkt und bringt es zum Schmelzen. Dann wird das Beschichtungsmaterial Al₂O₃ an die äußere Peripherie abgestoßen. Im Kühlungsschritt bildet sich dann der kristalline Kern in dem magnetischen Metall, sobald die Temperatur abfällt und die Partikel mit dem Rekristallisationsprozess beginnen, wobei die Beschichtungsschicht an die Oberfläche gedrängt ist. Das so erhaltene Pulver wird zu einem kugelförmigen und einkristallartigen magnetischen Metallpartikel, das mit Al₂O₃ beschichtet ist.
Wenn die Bedingungen so eingestellt werden, dass die Reduktionskraft geschwächt wird, bildet ein Teil des Fe, des magnetischen Metalls, eine Verbindung (FeAl₂O₄) mit Al, und die Verbindung wird zum Beschichtungsmaterial.
Der oben beschriebene Modus zeigt ein Beispiel, in dem das Beschichtungsmaterial seinen festen Zustand beibehält. In dem Verfahren zur Bildung der Beschichtungsschicht ist es auch möglich, das Beschichtungsmaterial zu schmelzen und Keramiken und Glasmaterialien mit einem niedrigeren Schmelzpunkt als der des magnetischen Metalls als Beschichtungsmaterial zu verwenden. Diese Keramiken können entweder Bariumtitanat, Strontiumtitanat oder magnetisches Material vom Ferrittyp sein. Ein Beispiel für ein Glasmaterial wird unter Bezugnahme auf 7 erläutert. Darüber hinaus besteht das Glasmaterial, wie oben beschrieben, aus einer Verbindung, die ein Element mit einer stärkeren Reduktionskraft als die des magnetischen Metalls enthält.
Das Beschichtungsmaterial bestehend aus dem magnetischen Metalloxid und dem Glasmaterial wird unter Verwendung eines reduzierenden Gases als Trägergas eingespeist. Zu diesem Zeitpunkt wird die Bedingung T > Tm1 > Tr1 > Tm3 erfüllt, wobei die Erwärmungstemperatur in dem Wärmebehandlungsverfahren als T, die Reduktionstemperatur des magnetischen Metalloxids als Tr, der Schmelzpunkt des magnetischen Materials als Tm1 und der Schmelzpunkt des Beschichtungsmaterials als Tm3 bezeichnet wird. Dies ist jedoch nur ein Beispiel für die Beziehung, was nicht bedeutet, dass die vorliegende Erfindung andere Beziehungen ausschließt.
In dem Wärmebehandlungsschritt wird das Glasmaterial mit dem niedrigen Schmelzpunkt als erstes bei Tm3 geschmolzen. Als nächstes wird das magnetische Metalloxid bei Tr1 reduziert. Als nächstes wird das aus dem Reduktionsverfahren erhaltene magnetische Metall geschmolzen, wenn die Temperatur Tm1 erreicht. An dieser Stelle sind sowohl das magnetische Metall als auch das Glasmaterial geschmolzen. Zu diesem Zeitpunkt behält das Glasmaterial, d.h. das Beschichtungsmaterial, seinen geschmolzenen Zustand bei, es wird jedoch spontan an die Peripherie abgestoßen, weil seine spezifische Dichte geringer ist als die des magnetischen Metalls. In dem nachfolgenden Kühlungsschritt beginnt der Rekristallisationsprozess des magnetischen Metalls mit dem Temperaturabfall innerhalb der geschmolzenen Partikel, und das magnetische Metall mit einem höheren Schmelzpunkt bildet zuerst den kristallinen Kern. Sobald das geschmolzene Glasmaterial sich in einem Zustand der Rotation befindet, weil die Partikel durch externe Faktoren beeinflusst werden, beschichtet es mittels Zentrifugalkraft einheitlich die Oberfläche. Selbst wenn das Beschichtungsmaterial vollständig schmilzt, wird vermutet, dass das Metall und die Beschichtungsverbindung auf Grund ihrer physikalischen Eigenschaften nicht zu einer festen Lösung werden, sondern ihre gegensätzlichen Zustände getrennt voneinander beibehalten. Es wird vermutet, dass mehrere Arten von chemischer Bindung an der Grenzfläche zwischen dem magnetischen Metall und dem Glasmaterial vorliegen. Sobald die Temperatur sinkt, haftet das Glasmaterial nachfolgend an der Oberfläche des Einkristalls des magnetischen Metalls an, wobei eine gleichmäßige Beschichtungsschicht auf dem magnetischen Metallpulver entsteht.
In dem obigen Verfahren zur Bildung einer Beschichtungsschicht mit Glasmaterial wird dem magnetischen Metall thermische Energie zugeführt, die höher als der Schmelzpunkt ist. Es ist jedoch möglich, magnetisches Metallpulver mit einer Glasbeschichtungsschicht herzustellen, ohne diese Art von Wärmeenergie zuzuführen. Ein solches magnetisches Metallpulver ist jedoch ein polykristallines Pulver und in einigen Fällen nicht kugelförmig.
In diesem Verfahren kann das Verfahren durchgeführt werden, wenn die Bedingungen Tm1 > T > Tr1 > Tm3 erfüllt ist, wobei die Erwärmungstemperatur in dem Wärmebehandlungsverfahren als T, die Reduktionstemperatur des magnetischen Metalloxids als Tr, der Schmelzpunkt des magnetischen Materials als Tm1 und der Schmelzpunkt des Beschichtungsmaterials (Glasmaterial) als Tm3 bezeichnet wird. In diesem Fall schmilzt das Glasmaterial mit einem geringen Schmelzpunkt bei Tm3 während des Wärmebehandlungsverfahrens. An dieser Stelle besetzt das magnetische Metalloxidpulver einen großen Teil des gesamten Volumens, und daher findet eine Reaktion auf der Oberfläche der entsprechenden Partikel statt. Aus diesem Grund sammelt sich das Pulver und konzentriert sich in der Mitte des Pulvers. Andererseits sammelt sich das geschmolzene Glasmaterial nicht im Inneren sondern an der Oberfläche des kohäsiven Pulvers. Nachfolgend beendet das magnetische Metalloxid seine Reduktionsreaktion bei Tr1, um eine kohäsive Einheit aus polykristallinem Metall zu bilden. In dem Kühlungsverfahren bildet diese kohäsive Einheit ein polykristallines magnetisches Metallpulver, wobei die Beschichtungsschicht aus dem Glasmaterial auf der Oberfläche koaguliert. Wenn das Glasmaterial, das bei einer geringeren Temperatur als das magnetische Metalloxid schmilzt, als Beschichtungselement ausgewählt wird, ist es auf diese Weise möglich, polykristallines magnetisches Metall mit einer Beschichtungsschicht, die um das Pulver herum gebildet wird, zu erhalten.
Indem eine Beschichtungsschicht gebildet wird, können die Isolierungseigenschaft, die Säurebeständigkeit und das Nicht-Anhaften des magnetischen Metallpulvers erhöht werden. Die Beschichtungsschicht verleiht dem Pulver außerdem den Effekt, die Oxidation durch Wärme zu hemmen. Darüber hinaus ist es durch Zugabe von Erdalkalimetallen möglich, den Effekt der Hemmung der Oxidation durch Wärme weiter zu erhöhen. Des Weiteren kann die Beschichtungsschicht gebildet werden, nachdem das magnetische Metallpulver erhalten wird, wie bereits erläutert wurde.
Ausführungsbeispiele
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand von bestimmten Ausführungsbeispielen beschrieben.
Ausführungsbeispiel 1
Rohpulver, ein Eisenoxid-(Fe₂O₃)-Pulver mit einer mittleren Partikelgröße von 3 μm unter Verwendung einer Mischung aus 68% Wasserstoff und Stickstoff, die als reduzierendes Gas wirkt, wird als Trägergas in den Wärmeofen eingespeist. Der Reinheitsgrad des Eisenoxid-(Fe₂O₃)-Pulvers beträgt 99,9%. Das Durchflussvolumen des Trägergases betrug 3 l/min. Die Temperatur im Inneren des Ofens (Wärmebehandlungstemperatur) betrug 1650°C. Ferner betrug der Schmelzpunkt des Eisenoxids (Fe₂O₃) 1550°C und der Schmelzpunkt des Fe 1536°C.
Das so erhaltene Pulver wurde mit einem Rasterelektronenmikroskop (SEM) beobachtet. Die Ergebnisse werden in 8 dargestellt und es wurde nachgewiesen, dass das Pulver in kugelförmiger Form vorlag. Indem die Partikelgröße des Pulvers durch ein Partikelgrößenmessverteilungsgerät (LA-920, hergestellt durch Horiba Seisakusho) gemessen wurde, wurde ferner nachgewiesen, dass die Partikelgrößenverteilung 0,5 μm bis 6 μm betrug und die mittlere Partikelgröße 2,2 μm betrug. Das Pulver wurde einer Röntgenbeugung unterzogen. Die in 9 dargestellten Ergebnisse wiesen lediglich den Peak für Fe nach. Indem eine Elektronenbeugung durchgeführt wurde, wurde ferner nachgewiesen, dass das erhaltene Pulver aus Fe-Einkristallen bestand.
Die magnetischen Eigenschaften der verschiedenen Typen der durch ähnliche Verfahren erhaltenen Pulver wurden gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt. Es wurde nachgewiesen, dass eine gesättigte magnetische Flussdichte (BS) von mehr als 2,0 T erhalten werden konnte.
Tabelle 1
Ausführungsbeispiel 2
Rohpulver, Eisenoxid (Fe₂O₃, Reinheit 99,7%)-Pulver mit einer mittleren Partikelgröße von 0,2 μm wurden unter Verwendung einer Mischung von 4% Wasserstoff + Ar, die als reduzierendes Gas wirkt, als Trägergas in den Wärmeofen eingespeist. Das Durchflussvolumen des Trägergases betrug 2 l/min. Die Temperatur im Inneren des Ofens (Wärmebehandlungstemperatur) betrug 1600°C. Das so erhaltene Pulver wurde mit einem Rasterelektronenmikroskop (SEM) untersucht, und es wurde nachgewiesen, dass die Pulverpartikel in einer kugelförmigen Form vorlagen. Indem die Partikelgröße des Pulvers durch ein Partikelgrößenverteilungsmessgerät gemessen wurden, wurde außerdem nachgewiesen, dass die Partikelgrößenverteilung etwa 0,1 μm bis 1 μm betrug. Es wird vermutet, dass der Grund dafür, dass Partikel mit einer Partikelgröße von 1 μm aus einem Rohpulver von 0,2 μm erhalten wurden, weil ein Teil des Rohpulvers geschmolzen wurde, wobei das Pulver zusammenhing und sich die Schmelze während des Kühlungsverfahrens verfestigte.
Das Pulver wurde einer Röntgenbeugung unterzogen und lediglich der Peak für Fe wurde nachgewiesen. Indem eine Elektronenbeugung durchgeführt wurde, wurde ferner nachgewiesen, dass das erhaltene Pulver aus Fe-Einkristallen bestand.
Ausführungsbeispiel 3
Es wurde eine Aufschlämmung mit 90 Gew.-Anteilen Eisenoxid (Fe₂O₃, Reinheit 99,9%) mit einer mittleren Partikelgröße von 0,1 μm als Rohpulver und 10 Gew.-Anteilen SiO₂ mit einer mittleren Partikelgröße von 0,3 μm mit 6%-igem verdünntem Bindemittel (PVA) hergestellt. Danach wurde ein Sprühtrockner verwendet, um körniges Pulver mit einer Partikelgrößenverteilung im Bereich von 0,5 bis 20 μm zu erzeugen. Das Pulver wurde durch Einspeisen des körnigen Pulvers in den Wärmeofen mit einem Trägergas, das 52% Wasserstoff + Ar enthielt, erzeugt. Das Durchflussvolumen des Trägergases betrug 2 l/min, und die Ofentemperatur (Wärmebehandlungsmittel) betrug 1650°C. Der Schmelzpunkt des SiO₂ betrug 1713°C.
Das so erhaltene Pulver wurde mit einem Rasterelektronenmikroskop (SEM) untersucht. Die in 10 dargestellten Ergebnisse bestätigen, dass das Pulver in einer kugelförmigen Form vorlag. Indem die Partikelgröße des Pulvers mit einem Partikelgrößenverteilungsmessgerät gemessen wurde, wurde außerdem nachgewiesen, dass die Partikelgrößenverteilung im Bereich zwischen 1 und 8 μm lag, und die mittlere Partikelgröße 2,57 μm betrug.
Das Pulver wurde außerdem mit einem Transmissionselektronenmikroskop (TEM) untersucht. Die in 11 dargestellt TEM-Aufnahme bestätigt, dass eine Beschichtungsschicht auf der Oberfläche gebildet wurde. Darüber hinaus bestätigen die Ergebnisse einer Elektronenbeugung, dass der Mittelteil des Pulverpartikels aus einem Einkristall-Fe-Partikel bestand und sich eine Beschichtungsschicht aus amorpher Substanz zusammensetzte. Da eine beträchtliche Menge von Si-Elementen in der Beschichtungsschicht detektiert wurde, wurde angenommen, dass sich die Beschichtungsschicht aus amorphem SiO₂ zusammensetzte.
Indem die magnetischen Eigenschaften des so erhaltenen Pulvers gemessen wurden, wurde nachgewiesen, dass die gesättigte magnetische Flussdichte (Bs) 1,85 T betrug. Auf diese Weise wies das Pulver dieses Ausführungsbeispiels selbst mit einer Beschichtungsschicht ausgezeichnete Kenngrößen von mehr als 1,8 T auf.
Ausführungsbeispiel 4
Eine Rohpulveraufschlämmung wurde mit 90 Mol-% Fe in Form von Eisenoxid (Fe₂O₃, Reinheit 99,9%) mit einer mittleren Partikelgröße von 0,1 μm und 20 Mol-% Si in Form eines Aerosols aus Silica mit einem auf 5% verdünnten Bindungsmittel (PVA) hergestellt. Dann wurde ein Sprühtrockner verwendet, um körniges Pulver mit einer Partikelgrößenverteilung von etwa 0,5 bis 20 μm zu erzeugen. Das Pulver wurde durch Einspeisen des körnigen Pulvers in den Wärmeofen mit einem Trägergas, das eine Mischung aus 50% Wasserstoff + 50% Stickstoff enthielt, erzeugt. Das Durchflussvolumen des Trägergases betrug 2 l/min, und die Ofentemperatur (Wärmebehandlungstemperatur) betrug 1650°C. Aus den Ergebnissen der SEM-Untersuchung wurde nachgewiesen, dass das so erhaltene Pulver in einer kugelförmigen Form vorlag. Das Partikelgrößenverteilungsmessgerät wies nach, dass die Partikelgrößenverteilung etwa 0,9 bis 8 μm betrug. Ferner zeigte eine TEM-Untersuchung, dass eine Beschichtungsschicht auf der Oberfläche der kugelförmigen Partikel gebildet wurde, und die Ergebnisse einer Elektronenbeugung zeigten, dass der Mittelteil der Pulverpartikel ein Einkristall-Fe-Partikel war und dass die Beschichtungsschicht aus amorpher Substanz bestand. Da eine beträchtliche Menge von Si-Elementen in der Beschichtungsschicht detektiert wurde, wurde angenommen, dass sich die Beschichtungsschicht aus amorphem SiO₂ zusammensetzte.
Das Volumenverhältnis von Fe-Einkristallen, dem metallischen magnetischen Material, zu SiO₂, dem Beschichtungsmaterial, ist annähernd 1:1, wenn vermutet wird, dass das Beschichtungsmaterial gänzlich aus SiO₂ besteht, wobei keines der Si-Elemente reduziert wurde.
Die magnetischen Eigenschaften des so erhaltenen Pulvers wurden gemessen, als Ergebnis wurde festgestellt, dass die gesättigte magnetische Flussdichte 1,77 T betrug. Auf diese Weise wies das Pulver in diesem Ausführungsbeispiel ausgezeichnete Kenngrößen von mehr als 1,7 T auf, selbst wenn eine Beschichtungsschicht gebildet wurde.
Ausführungsbeispiel 5
Eine Rohpulveraufschlämmung wurde mit 90 Mol-% Fe in Form von Eisenoxid (Fe₂O₃, Reinheit 99,9%) mit einer mittleren Partikelgröße von 0,1 μm und 10 Mol-% Al in Form von einem Aluminiumoxid-(Al₂O₃)-Aerosol und einem auf 5% verdünntem Bindemittel (PVA) hergestellt. Danach wurde ein Sprühtrockner verwendet, um körniges Pulver mit einer Partikelgrößenverteilung von etwa 0,5 bis 20 μm zu erzeugen. Das Pulver wurde durch Einspeisen des körnigen Pulvers in den Wärmeofen mit einem Trägergas, das eine Mischung auf 50% Wasserstoff + 50% Stickstoff enthielt, erzeugt. Das Durchflussvolumen des Trägergases betrug 2 l/min, und die Ofentemperatur (Wärmebehandlungstemperatur) betrug 1650°C. Ferner betrug der Schmelzpunkt des Al₂O₃ 2050°C.
Anhand der Ergebnisse der SEM-Untersuchung wurde nachgewiesen, dass das so erhaltene Pulver in kugelförmiger Form vorlag. Das Partikelgrößenverteilungsmessgerät bestätigte, dass die Partikelgrößenverteilung etwa 0,8 bis 8 μm und die mittlere Partikelgröße etwa 2,6 μm betrug. Ferner zeigten die Ergebnisse der Elektronenbeugung, dass der Mittelteil des Pulverpartikels ein Fe-Einkristallpartikel war und dass die Beschichtungsschicht aus einer amorphen Substanz bestand. Da eine beträchtliche Menge der Al-Elemente in der Beschichtungsschicht detektiert wurde, wurde angenommen, dass sich die Beschichtungsschicht aus amorphem Al₂O₃ zusammensetzte.
Ausführungsbeispiel 6
Eine Aufschlämmung wurde hergestellt, nachdem Eisenoxid (Fe₂O₃, Reinheit 99,7%) mit einer mittleren Partikelgröße von etwa 0,6 μm und Nickeloxid (NiO) mit einer mittleren Partikelgröße von 0,7 μm eingewogen wurden, so dass das Molverhältnis 1:1 betrug, und diese mit reinem Wasser und einer kleinen Menge eines Dispergiermittels gemischt wurden.
Diese Aufschlämmung wurde für 12 Stunden in einer Kugelmühle gemischt. Die Mischung wurde getrocknet und für zwei Stunden bei 1000°C kalziniert, um eine gemischte Masse von Nickeleisenoxid (NiF₂O₄) und Nickeloxid (NiO) zu erzeugen. Das Grobpulver aus dieser gemischten Masse wurde durch Pulverisieren zu Partikeln mit einem mittleren Durchmesser von etwa 2 μm (einer Partikelgrößenverteilung von etwa 0,2 bis 5 μm) hergestellt. Das Rohpulver wurde unter Verwendung eines Trägergases, das aus einer Mischung von 50% Wasserstoff und 50% Argon bestand, in den Wärmeofen eingespeist. Das Durchflussvolumen des Trägergases betrug 2 l/min und die Ofentemperatur (Erwärmungstemperatur) betrug 1650°C. Der Schmelzpunkt der Legierung aus Ni und Fe, die bei einem Molverhältnis von 1:1 gebildet wurde, betrug 1450°C.
Es wurde mittels SEM-Untersuchung nachgewiesen, dass das so erhaltene Pulver in einer kugelförmigen Form vorlag. Dieses Pulver nimmt die Form einer Mischung eines Aggregats aus Feinpartikeln mit einer Partikelgröße von etwa 0,1 μm und relativ großen Partikeln von etwa 5 μm an. Es wurde ferner beobachtet, dass einige der Feinpartikel sich an der Oberfläche der größeren Partikel anlagerten. Es wurde nachgewiesen, dass die Partikelgröße zwischen etwa 0,2 und 5 μm betrug, wie unter Verwendung eines Partikelgrößenverteilungsmessgeräts gemessen wurde. Ferner wurde durch Röntgenbeugung nachgewiesen, dass ein Peak für eine Ni- und eine Fe-Legierung bei einem Molverhältnis von 1:1 vorhanden war.
Ausführungsbeispiel 7
Eine Rohpulveraufschlämmung wurde mit 90 Gew.-% Eisenoxid (Fe₂O₃, Reinheit 99,9%) mit einer mittleren Partikelgröße von etwa 0,1 μm und 10 Gew.-% Glasmaterial (GA-47, hergestellt durch Nippon Denshi Glass K.K.), das aus SiO₂, B₂O₃ und Al₂O₃ besteht, und einem auf 5% verdünnten Bindemittel (PVA) hergestellt. Dann wurde ein Sprühtrockner verwendet, um Rohpulver bestehend aus körnigem Pulver mit einer Partikelgröße von etwa 1 bis 10 μm zu erzeugen. Das körnige Pulver wurde in den Wärmeofen mit einem Trägergas, das eine Mischung aus 50% Wasserstoff + 50% Argon enthielt, eingespeist. Das Durchflussvolumen des Trägergases betrug 2 l/min, und die Ofentemperatur (Wärmebehandlungstemperatur) betrug 1600°C. Ferner betrug der Schmelzpunkt des Glasmaterials weniger als 1500°C. Es wurde anhand der Ergebnisse der SEM-Untersuchung nachgewiesen, dass das so erhaltene Pulver eine kugelförmige Form aufwies. Das Partikelgrößenverteilungsmessgerät bestätigte, dass die Partikelgrößenverteilung etwa 0,8 bis 10 μm betrug. Ferner wurde durch TEM-Untersuchung nachgewiesen, dass eine Beschichtungsschicht auf der Oberfläche der kugelförmigen Partikel gebildet wurde. Die Ergebnisse einer Elektronenbeugung zeigten, dass der Mittelteil des Pulverpartikels ein Fe-Einkristallpartikel war und dass die Beschichtungsschicht aus einer amorphen Substanz bestand. Da Mengen von Al-, Si- und B-Elementen in der Beschichtungsschicht detektiert wurden, wurde angenommen, dass sich die Beschichtungsschicht aus dem Glasmaterial zusammensetzt.
Ausführungsbeispiel 8
Eisenoxid-(Fe₂O₃)-Pulver mit einer mittleren Partikelgröße von etwa 3 μm, das 3,7 Gew.-% Silica (SiO₂) enthielt, wurde in den Wärmeofen mit einem Trägergas aus einer Mischung von 50% Wasserstoff + 50% Stickstoff, das das reduzierende Gas darstellte, eingespeist. Das Durchflussvolumen des Trägergases betrug 3 l/min und die Ofentemperatur (Wärmebehandlungstemperatur) betrug 1650°C.
Bei einer Untersuchung des so erhaltenen Pulvers mit einem Rasterelektronenmikroskop (SEM) wurde nachgewiesen, dass das Pulver in kugelförmiger Form vorlag. Indem die Partikelgröße des Pulvers mit einem Partikelgrößenverteilungsmessgerät gemessen wurde, wurde ferner nachgewiesen, dass die mittlere Partikelgröße etwa 1,7 μm betrug.
Eine Röntgenbeugung und eine Elektronenbeugung an dem so erhaltenen Pulver bestätigten, dass das Pulverpartikel ein Fe-Einkristallpartikel mit auf der Oberfläche gebildetem SiO₂ war.
In dem Ausführungsbeispiel 8 waren SiO₂ in dem Fe₂O₃ als Verunreinigung enthalten. Es ist jedoch auf diese Weise möglich, Fe-Einkristallpulver herzustellen, selbst wenn Rohmaterial von geringer Reinheit verwendet wird. Darüber hinaus bringt die Tatsache, dass eine Beschichtungsschicht während der Herstellungsstufe gebildet werden kann, die hervorragenden Wirkungen dieser Erfindung hervor.
Vergleichsbeispiel 9
Eisenoxid-(Fe₂O₃)-Pulver mit einer mittleren Partikelgröße von etwa 0,1 μm wurde in den Wärmeofen mit einem Trägergas aus einer Mischung von 68% Wasserstoff + Ar, welche zum Reduktionsgas wird, eingespeist. Das Durchflussvolumen des Trägergases betrug 3 l/min, und die Ofentemperatur (Wärmebehandlungstemperatur) betrug 1500°C.
Indem die Partikelgröße des so erhaltenen Pulvers mit einem Partikelgrößenverteilungsmessgerät (LA-920, hergestellt durch Horiba Seisakusho Co.) gemessen wurde, wurde nachgewiesen, dass die Partikelgrößenverteilung etwa 0,2 bis 5 μm betrug. Ferner wurde durch Durchführung einer Röntgenbeugung an dem Pulver lediglich der Peak für Fe nachgewiesen. Es konnte daher festgestellt werden, dass das Eisenoxid-(Fe₂O₃)-Pulver in dem Wärmeofen reduziert wurde.
Da die Ofentemperatur in Vergleichsbeispiel 9 1500°C betrug, was unterhalb des Schmelzpunktes (1536°C) des Fe lag, schmolz das durch die Reduktion erhaltene Produkt (Fe) nicht. Es hat daher den Anschein, dass große Mengen Fe-Pulver, magnetisches Metall, unter Verwendung eines einfachen Verfahrens des Einspeisens von Eisenoxid (Fe₂O₃) in dem Wärmeofen hergestellt werden kann, jedoch kein einkristallhaltiges und kugelförmiges Pulver erhalten werden konnte.
Wie oben erläutert, macht die Erfindung es möglich, kugelförmiges und einkristallhaltiges magnetisches Metallpulver mit einer Partikelgröße von etwa 0,1 bis 20 μm zu erhalten. Darüber hinaus ist es möglich, große Mengen an magnetischem Metallpulver unter Verwendung eines einfachen Verfahrens zur Einspeisung von Rohpulver mit einem Trägergas in die vorgeschriebene Wärmebehandlungsstufe herzustellen. Ferner ist es möglich, dem magnetischen Metallpulver verschiedene Arten von Eigenschaften durch Bildung einer Beschichtungsschicht auf der Oberfläche des magnetischen Metallpulvers zu verleihen. Darüber hinaus können Beschichtungsschichten erfindungsgemäß ohne ein zusätzliches spezielles Verfahren gebildet werden. Während sich die obige Beschreibung auf besondere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bezieht, ist es selbstverständlich, dass viele Modifikationen durchgeführt werden können, ohne aus ihrem Bereich zu fallen. Die beigefügten Patentansprüche sollen solche Modifikationen abdecken, die in den wahren erfindungsgemäßen Bereich fallen.
Die hierin offenbarten Ausführungsformen sind daher in jeglicher Hinsicht als erläuternd und nicht beschränkend anzusehen, wobei der Bereich der Erfindung eher durch die beigefügten Patentansprüche denn durch die vorangegangene Beschreibung angegeben wird, und alle Änderungen, die in den Bereich der Äquivalenz der Patentansprüche fallen, sollen daher hierin enthalten sein.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Metallpulvers, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: einen Pulvereinspeisungsschritt zur Einspeisung eines rohen Mischpulvers zur Bildung eines magnetischen Metallpulvers durch Reduktion in einen vorbestimmten Wärmebehandlungsbereich; einen Wärmebehandlungsschritt zum Erwärmen des rohen Mischpulvers bei einer Temperatur, die höher ist als die Reduktionstemperatur des rohen Mischpulvers; und einen Kühlungsschritt zum Kühlen eines Produkts aus dem rohen Mischpulver, das durch Reduktion erhalten wurde, um das magnetische Metallpulver bereitzustellen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Trägergas, das ein reduzierendes Gas einschließt, im Pulvereinspeisungsschritt verwendet wird, worin ein reduziertes Produkt durch Reduzieren des rohen Mischpulvers mit dem reduzierenden Gas im Erwärmungsschritt gebildet wird, eine Schmelze des reduzierten Produkts im Erwärmungsschritt gebildet wird und die Schmelze im Kühlungsschritt umkristallisiert und gekühlt wird, um ein magnetisches Metallpulver zu erhalten, oder worin eine Schmelze des rohen Mischpulvers im Erwärmungsschritt gebildet wird, die Schmelze reduziert wird und die reduzierte Schmelze im Kühlungsverfahrensschritt umkristallisiert wird, um ein magnetisches Metallpulver zu erhalten.
Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Metallpulvers gemäß Anspruch 1, worin das rohe Mischpulver ein Eisenoxidpulver ist.
Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Metallpulvers gemäß Anspruch 1, worin das rohe Mischpulver und ein Pulver, das aus einer Verbindung zusammengesetzt ist, die aus mindestens einem Element mit einer Reduktionskraft besteht, die stärker ist als die Reduktionskraft des magnetischen Metalls, das im rohen Mischpulver eingeschlossen ist, in den Wärmebehandlungsbereich eingespeist werden.
Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Metallpulvers gemäß Anspruch 1, worin das rohe Mischpulver eine Verbindung enthält, die aus mindestens einem Element mit einer Reduktionskraft besteht, die stärker ist als die Reduktionskraft des magnetischen Metalls.
Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Metallpulvers gemäß Anspruch 4, worin die Verbindung Partikel mit Partikelgrößen enthält, die kleiner sind als die Partikelgrößen der Partikel des rohen Mischpulvers.
Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Metallpulvers gemäß Anspruch 1, worin im Erwärmungsschritt und dem Kühlungsschritt eine Beschichtungsschicht auf der Oberfläche des magnetischen Metallpulvers gebildet wird.
Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Metallpulvers gemäß Anspruch 6, worin das magnetische Metallpulver aus Fe als Hauptbestandteil besteht und die Beschichtungsschicht durch eine Verbindung gebildet wird, die aus mindestens einem Element mit einer größeren Affinität zu Sauerstoff als zu Fe besteht.
Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Metallpulvers gemäß Anspruch 7, worin das magnetische Metallpulver aus Partikeln besteht, die jeweils mit einer Beschichtungsschicht aus der Verbindung beschichtet sind, und die Beschichtungsschicht durch eine Zentrifugalkraft gebildet wird, die durch Rotation jedes einzelnen der Partikel im Erwärmungsschritt verursacht wird.
Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Metallpulvers gemäß Anspruch 1, das die folgenden Schritte umfasst: Einspeisen eines pulverförmigen Oxids, das mindestens einen Vertreter enthält, der aus den Elementen der Fe-Gruppe ausgewählt ist, mit einer mittleren Partikelgröße von etwa 0,1 bis 100 μm in eine Wärmebehandlungsatmosphäre; Bilden einer Schmelze aus dem pulverförmigen Oxid in der Wärmebehandlungsatmosphäre; und Kühlen und Verfestigen der Schmelze, um ein magnetisches Metallpulver zu bilden, das im Wesentlichen aus mindestens einem Vertreter aus den Elementen der Fe-Gruppe besteht, worin ein Reduktionsschritt in der Wärmebehandlungsatmosphäre durchgeführt wird, bevor die Schmelze gebildet wird.
Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Metallpulvers gemäß Anspruch 1, das die folgenden Schritte umfasst: Einspeisen eines pulverförmigen Oxids, das mindestens einen Vertreter enthält, der aus den Elementen der Fe-Gruppe ausgewählt ist, mit einer mittleren Partikelgröße von etwa 0,1 bis 100 μm in eine Wärmebehandlungsatmosphäre; Bilden einer Schmelze aus dem pulverförmigen Oxid in der Wärmebehandlungsatmosphäre; und Kühlen und Verfestigen der Schmelze, um ein magnetisches Metallpulver zu bilden, das im Wesentlichen aus mindestens einem Vertreter aus den Elementen der Fe-Gruppe besteht, worin ein Reduktionsschritt in der Wärmebehandlungsatmosphäre durchgeführt wird, nachdem die Schmelze gebildet wird, aber bevor die Schmelze gekühlt und verfestigt wird.
Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Metallpulvers gemäß Anspruch 9 oder 10, worin das magnetische Metallpulver im Wesentlichen aus Partikeln mit einer mittleren Partikelgröße im Bereich von etwa 0,1 bis 20 μm besteht.
Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Metallpulvers gemäß mindestens einem der Ansprüche 1, 9 und 10, worin das magnetische Metallpulver im Wesentlichen aus Einkristallen besteht.
Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Metallpulvers gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12, worin das magnetische Metallpulver in einer Kugelform erhalten wird.
Magnetisches Metallpulver, das im Wesentlichen aus Einkristall-Fe-Partikeln besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Fe-Partikel kugelförmig sind und eine durchschnittliche Partikelgröße im Bereich von etwa 0,1 bis 20 μm aufweisen.
Magnetisches Metallpulver gemäß Anspruch 14, worin die Einkristall-Fe-Partikel jeweils mit einer Beschichtungsschicht beschichtet sind.
Magnetisches Metallpulver gemäß Anspruch 15, worin die Beschichtungsschicht durch eine Verbindung gebildet wird, die aus mindestens einem Element mit einer größeren Affinität zu Sauerstoff als zu Fe besteht.