JP2001123206A - 希土類金属電極及び回転電極アトマイズ法により得られる希土類金属粉末 - Google Patents

希土類金属電極及び回転電極アトマイズ法により得られる希土類金属粉末

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JP2001123206A
JP2001123206A JP30180699A JP30180699A JP2001123206A JP 2001123206 A JP2001123206 A JP 2001123206A JP 30180699 A JP30180699 A JP 30180699A JP 30180699 A JP30180699 A JP 30180699A JP 2001123206 A JP2001123206 A JP 2001123206A
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JP
Japan
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rare earth
earth metal
electrode
metal powder
atomizing method
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JP30180699A
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Yuichi Makino
勇一 牧野
Masayuki Koide
正幸 小出
Takashi Tode
孝 戸出
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Shin Etsu Chemical Co Ltd
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Shin Etsu Chemical Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造された希土類金属粉末中に、非球状の巨
大粒子が混入することがなく、希土類金属粉末の歩留り
を向上させることができる希土類金属電極及び該電極を
用いた回転電極アトマイズ法により得られる希土類金属
粉末を提供することを目的とする。 【解決手段】 Fe,Co,Ni,Cu及びAlの総量
が5〜500ppmである希土類金属電極を、回転電極
アトマイズ用電極として使用する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、希土類金属電極及
び該電極を用いた回転電極アトマイズ法により得られる
希土類金属粉末に関する。
【0002】
【従来の技術】希土類金属粉末は、希土類焼結磁石の原
料、あるいは光磁気記録膜や磁歪薄膜を作製する際に使
用されるスパッタリングターゲットの原料として有用で
ある。希土類金属粉末の製造方法としては、回転電極ア
トマイズ法、ガスアトマイズ法、回転ディスクアトマイ
ズ法、機械粉砕法などが知られており、これらの方法に
よって、希土類金属粉末を高純度、高収率、低コストで
製造することが望まれている。しかしながら、ガスアト
マイズ法では、多量の高圧Arガスを必要とし、また、
るつぼ材から汚染が発生したり、るつぼの溶融金属を流
出させるノズルが閉塞したりするなどのトラブルが起り
やすいという問題がある。回転ディスクアトマイズ法に
ついても、ガスアトマイズ法と同様に、るつぼ材やディ
スクからの汚染が発生したり、るつぼのノズルが閉塞し
たりするなどの問題がある。機械粉砕法は、適用される
希土類金属の組成範囲が限定され、また、酸素などによ
る汚染が多いという問題がある。
【0003】一方、回転電極アトマイズ法には、るつぼ
材からの汚染や、るつぼのノズルの閉塞などといった問
題が無く、粒度が均一で、充填密度が高くて流動性のよ
い、清浄で球状の希土類金属粉末が得られる。そのた
め、希土類金属粉末の製造には、この回転電極アトマイ
ズ法が多く用いられている。回転電極アトマイズ法で希
土類金属粉末を製造するには、棒状の希土類金属電極を
高速で回転させ、タングステン等からなる電極の間に発
生させたアークやプラズマガスを、上記希土類金属電極
の先端部に吹き付けて加熱溶融し、溶融金属を遠心力で
切線方向に飛散させて粉末化させる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
回転電極アトマイズ法は、図2に示すように、希土類金
属電極1の回転中にその一部が小塊状となって脱落する
ため、製造された希土類金属粉末中に非球状の巨大粒子
7が混入するという事態が生じた。そのため、製造され
た希土類金属粉末を焼結磁石などの原料として使用する
には、巨大粒子を除去しなければならず、その除去作業
に手間がかかり、また、得られる希土類金属粉末の歩留
りが低下するという問題があった。
【0005】そこで、本発明は、製造された希土類金属
粉末中に、非球状の巨大粒子が混入することがなく、希
土類金属粉末の歩留りを向上させることができる希土類
金属電極及び該電極を用いた回転電極アトマイズ法によ
り得られる希土類金属粉末を提供することを目的とす
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決するために鋭意検討した結果、回転電極アトマイ
ズ法で使用する希土類金属電極に含まれる不純物のう
ち、特にFe,Co,Ni,Cu及びAlの総量と非球
状巨大粒子の発生とが関連しており、それらの不純物の
総量を所定量以下とすることにより、上記課題が解決さ
れることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわ
ち、本発明は、回転電極アトマイズ法に用いる希土類金
属電極であって、Fe,Co,Ni,Cu及びAlの総
量が5〜500ppm、特には10〜300ppmであ
ることを特徴とする希土類金属電極であり、これらの希
土類金属電極は、真空加熱蒸留することにより得られた
希土類ハロゲン化物及び還元剤を原料として製造され
る。このような希土類金属電極を用いると、希土類金属
結晶の粒界に偏析する不純物であるFe,Co,Ni,
Cu及びAlの総量が少ないため、低融点相の形成、及
び高熱伝導率部の形成が抑えられ、その結果、非球状巨
大粒子の発生が防止されるものと考えられる。また、別
の本発明は、上記記載の希土類金属電極を用いる回転電
極アトマイズ法により得られた希土類金属粉末である。
該法により、非球状巨大粒子の混入がなく、粒度が均一
で、充填密度が高くて流動性のよい、清浄で球状の希土
類金属粉末が得られる。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明を
詳細に説明する。図1は、本発明の希土類金属電極を用
いる回転電極アトマイズ法の概要を示した説明図であ
る。この回転電極アトマイズ法は、図1(a)に示すよ
うに、棒状の希土類金属電極1を電極回転モーター4に
セットした後、図1(b)に示すように、チャンバー3
内を真空引きした後、アルゴンなどの不活性雰囲気と
し、希土類金属電極1を回転数3000〜20000r
pmで回転させながら、希土類金属電極1の先端にプラ
ズマ、アーク等の熱源2から熱エネルギーを放射して、
希土類金属電極1の先端を溶融させて、遠心力で溶融粒
子6を切線方向に飛散させ、冷却固化した希土類金属粉
末を粉末回収容器5内に回収する。熱源2となるプラズ
マは、不活性ガス、例えば、ArガスやHeガスを電離
して発生させる。
【0008】上記法において、Fe,Co,Ni,Cu
及びAlの総量が5〜500ppm、特には10〜30
0ppmの希土類金属電極を用いる点が、本願発明の特
徴である。このような希土類金属電極を用いた回転電極
アトマイズ法で希土類金属粉末を製造することにより、
非球状巨大粒子や酸素等の不純物の含量が少なく、粉末
焼結に適した希土類金属粉末を、歩留りよく製造するこ
とができる。不純物であるFe,Co,Ni,Cu及び
Alの総量が500ppmを超えると非球状巨大粒子の
発生が多くなり、また、これら不純物の総量を5ppm
より少なくしても効果に違いは認められず、むしろ不純
物を低減するためのコストがかかるので、Fe,Co,
Ni,Cu及びAlの総量は5〜500ppmとし、特
には、10〜300ppmとすることが経済的観点から
望ましい。また、不純物の中でも、特にCuは結晶粒界
に高熱伝導率部を形成し、非球状巨大粒子の発生に対す
る影響が著しく大きいので、本願発明では、Cuの量を
300ppm以下とするのが好ましい。Cuが巨大粒子
の発生に対して与える影響が大きい理由は、Cuが比較
的熱伝導率が高いためであると考えられる。
【0009】本発明の希土類金属電極1を作製するに
は、希土類弗化物のような希土類ハロゲン化物を、金属
Caのようなアルカリ金属やアルカリ土類金属等の還元
剤で、温度850℃〜1400℃で金属熱還元して希土
類金属を製造し、この希土類金属を円柱状に鋳造して棒
状とし、旋盤等により機械加工して所定形状とすればよ
い。不純物であるFe,Co,Ni,Cu及びAlは、
原料である希土類ハロゲン化物、還元剤であるアルカリ
金属やアルカリ土類金属、フラックス等の還元補助材、
及び容器からの混入により、通常、総量で1000pp
mを超える。そこで、Fe,Co,Ni,Cu及びAl
の総量を500ppm以下とするために、各使用原料
(希土類ハロゲン化物/還元剤)を真空中でそれぞれ加
熱(800〜1200℃)、蒸留して、これら不純物を
低減させることが望ましい。特に、還元剤であるアルカ
リ金属やアルカリ土類金属には上記不純物が多く含まれ
るので、真空加熱蒸留したものを使用することが望まし
い。この真空加熱蒸留を行う場合は、真空度を133×
10-2Pa以下の高真空を維持することが必要で、13
3×10-2Pa以上の低真空下では、蒸留精製が十分に
進まず、また、残存する空気中の酸素により酸化物が生
成するようになる。
【0010】本発明の希土類金属粉末は、本発明の希土
類金属電極を用いた回転電極アトマイズ法により得ら
れ、該粉末の平均粒径は約100〜400μmである。
本発明が適用される希土類金属は、Y,La,Ce,P
r,Nd,Gd,Tb,Dy,Ho,Erからなる群よ
り選択される。
【0011】
【実施例】次に、本発明について実施例により、さらに
具体的に説明する。
【0012】(実施例1〜6)金属Caで、希土類弗化
物を還元して、希土類金属を製造する工程で、1.33
Paの真空下で蒸留精製した金属Ca(精製品)及び蒸
留精製していない金属Ca(通常品)、同様に蒸留精製
した希土類弗化物(精製品)及び蒸留精製していない希
土類弗化物(通常品)を原料に使用し、不純物量(F
e,Co,Ni,Cu及びAlの量)を低減した希土類
金属を製造し、該金属を鋳造、旋盤による機械加工を経
て、40φ×150Lmmの希土類金属電極を作製し
た。この希土類金属中の不純物量(Fe,Co,Ni,
Cu及びAlの量)をGD−MS(グロー放電質量分析
計)で測定した結果を表1に示す。上記希土類金属電極
を回転数18,000rpmで回転させ、Ar下でプラ
ズマを使った回転電極アトマイズ法(PREP)により
希土類金属粉末を製造した。この希土類金属粉末中に含
まれる1mm以上の大きさをもつ巨大粒子の割合を試験
ふるいで測定した。また、1mmの試験ふるいを通過し
たふるい下粉末について、マイクロトラックで粒度分布
測定を行い、粒径D<300μmの粉末の平均粒径
av、及び(D9 0−D10)/D50で粒度分布の均一性を
評価した。なお、粒度分布測定結果の重量基準分布累積
曲線で積算量が10,50,90wt%の各点の粒径を
それぞれD10、D50、D90と定義する。また、該合金粉
末を平滑なSUS板(0.4×0.4×0.01m)上
に静置し、SUS板の一辺を持ち上げ、すべての粉末が
板上から滑り落ちた時のSUS板の傾斜角を測定し、粉
末の流動性を評価した。これら3点の評価結果を表1に
併記する。
【0013】(比較例1〜4)蒸留精製しない通常のC
a、希土類弗化物を用いた以外は、実施例1〜6と同様
にPREPにより、希土類金属粉末を製造し、不純物、
巨大粒子の割合、粉末特性を実施例1〜6と同様に調
べ、その結果を表2に示す。
【0014】
【表1】
【0015】
【表2】
【0016】表1及び表2に示した結果より、不純物で
あるFe,Co,Ni,Cu及びAlの総量が500p
pmを超えると1mm以上の巨大粒子の割合が著しく増
加することが分かる。また、Fe,Co,Ni,Cu及
びAlの総量が300ppm以下では巨大粒子の割合は
3%以下であり、不純物の中でも特にCuの量が、巨大
粒子の発生に影響が大きいことが分かる。
【0017】
【発明の効果】本発明によれば、希土類金属粉末の製造
において、1mm以上の巨大粒子の発生を少なくするこ
とができ、巨大粒子を含まない、粒度が均一で、充填密
度が高くて流動性のよい、清浄で球状の希土類金属粉末
を高収率で製造することができるので、その工業的価値
は非常に大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の希土類金属電極を用いた回転電極アト
マイズ法の概略説明図であり、(a)は電極回転モータ
ーに回転電極をセットした工程、(b)はアトマイズ工
程を示す。
【図2】従来の回転電極アトマイズ法の概略説明図であ
る。
【符号の説明】
1 希土類金属電極 5 粉末回収容器 2 熱源 6 溶融粒子 3 チャンバー 7 巨大粒子 4 電極回転モーター
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 戸出 孝 福井県武生市北府2丁目1番5号 信越化 学工業株式会社磁性材料研究所内 Fターム(参考) 4K017 AA02 BA08 CA01 EF02 EF07 EH14 EK01 FA02 FA15 FB10 4K018 BA20 BB01 BC06 BD01

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 回転電極アトマイズ法に用いる希土類金
    属電極であって、Fe,Co,Ni,Cu及びAlの総
    量が5〜500ppmであることを特徴とする希土類金
    属電極。
  2. 【請求項2】 希土類ハロゲン化物及び還元剤を原料と
    する際、少なくとも原料の一部を真空加熱蒸留すること
    を特徴とする請求項1記載の希土類金属電極。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2記載の希土類金属電極を
    用いた回転電極アトマイズ法により得られる希土類金属
    粉末。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1739196A1 (en) * 2005-06-29 2007-01-03 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Rare earth metal member of high surface purity and making method
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