JP2005314743A - 磁性粉末 - Google Patents
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Abstract
【手段】 一般式RxT100−x−y−zNyMzで表され、結晶構造が単結晶のTh2Zn17である磁性粉末であって、前記M成分は、粉体内部の表面側に偏在していることを特徴とする(但し、RはYを含む希土類元素のうちの少なくとも一種、TはFeと遷移金属のうちの少なくとも一種、Mは300℃〜1200℃において標準ギブスエネルギーが−80kcal〜−300kcalの範囲である少なくとも一種の元素あるいはその酸化物であり、3<x<30、5<y<15、0.001<z<5である。)。
【選択図】 なし
Description
実施の形態1.
(磁性粉末)
本発明の磁性粉末は、一般式RxT100−x−y−zNyMzで表され、結晶構造が単結晶のTh2Zn17である磁性粉末であって、前記M成分が粉体内部の表面側に偏在していれば特に限定されない(但し、RはYを含む希土類元素のうちの少なくとも一種、TはFeと遷移金属のうちの少なくとも一種、Mは300℃〜1200℃において標準ギブスエネルギーが−80kcal〜−300kcalの範囲である少なくとも一種の元素あるいはその酸化物であり、3<x<30、5<y<15、0.001<z<5である。)。
本発明の磁性粉末は、粉末の内部の表面側に特定成分Mを有している。このような磁性粉末を得るには、母合金合成時、母合金とM成分と混合合金してしまうのではなく、母合金の周囲にM成分を均一に配置させることが重要である。そこで本願発明の磁性粉末の製造方法は、還元拡散法において、粉末内部の表面側にM成分を偏在させるために以下の工程を具備している。
本願発明の第一の工程は、RイオンおよびTイオンを含有する溶液中から粗原料を合成する工程において、これらの主成分を沈殿させた後に、M成分を沈殿させることを特徴とする。例えば、SmおよびFeがイオン化してなる反応タンク溶液中に、これらを共沈させることが可能な沈殿剤を添加してイオン溶解度を低下させることによりSm−Fe沈殿物を析出させる。次に、Sm−Fe沈殿物を反応タンク内にて攪拌しながらM成分を添加する。これにより図2(d)のごとく、粒子内部の表面側に高濃度の原料粉末が得られる。
本発明において、沈殿反応から得られる沈殿物を焼成してRおよびTの複合酸化物を生成するが、通常、沈殿物は焼成前に脱溶媒したものを焼成する。この工程において十分に脱溶媒しておくと、焼成が容易であるからである。また、沈殿物が高温度において溶媒への溶解度が大きくなるような場合、特に十分に脱溶媒しておく必要がある。沈殿物粉末が溶解して、粉末が凝集し、粒度分布、粉末径に悪影響を及ぼすからである。
本発明では、第三の工程の前処理として、予め上記複合酸化物粉末の一部を還元することもできる。この前処理還元工程では、上記複合酸化物粉末を、H2、CO、CH4等炭化水素ガスによる還元性ガスによる還元のような、通常の還元性ガスによる還元雰囲気下にて加熱することで、遷移金属と化合している酸素をH2OあるいはCOの形で徐々に除去することができる。この場合の加熱温度は300〜900℃の範囲に設定する。この範囲よりも低温では遷移金属酸化物の還元は起こりにくく、この範囲より高温では、還元は起こるが、酸化物粉末が高温により粉末成長と偏析を起こし、所望の粉末径から逸脱してしまうからである。従って、加熱温度は400〜800℃の範囲がより好ましい。また、水素を用いる場合、供される原料粉末は厚みを20mm以下に調整し、さらに反応炉内の露点を−10℃以下に調整する必要がある。これにより、M成分による凝集防止効果を維持することができる。
本発明の還元拡散工程では、特定部位に成分Mが含有されてなるRおよびTの複合酸化物粉末を、金属カルシウムと混合し、不活性ガス雰囲気もしくは真空中で加熱することにより、希土類酸化物をカルシウム融体もしくはその蒸気と接触させて還元拡散させる。
(原料調整工程)
まず、Fe−Sm硫酸溶液を形成する。純水3.3kgとFeSO4・7H2O8.37kgを混合溶解し、さらにSm2O30.812kgと70%硫酸1.24kgとを加えよく攪拌し、完全に溶解させる。次に、上記溶液に純水を加え、最終的にFeが0.726mol/l、Smが0.112mol/lとなるように調整する。これをFe−Sm硫酸溶液とする。
得られた酸化物3kgを、嵩厚15mmとなるように鋼製容器に入れる。容器を炉内に入れ、炉内を一定露点−25℃に保持してなる水素ガス雰囲気とする。その後、温度を700℃まで上昇させ、20時間保持する。これにより、Fe成分と結合している酸素のうち、95%が還元されてなる、黒色Fe-Sm-Al酸化物が得られる。
次に、上記黒色Fe−Sm−Al酸化物の酸素量に対し、2倍当量に相当する粒度が10mm以下である金属Ca粉末を添加する。真空排気を行った後、Arガスを導入し、1050℃まで温度を上昇させ、1〜2時間保持することにより、Fe−Sm−Al粉末を得る。ここで、本明細書における「粒度が10mm以下」とは、ステンレス製の線径1.5mm、目開きが10mm、織り方が綾織である金網を用いた振動篩い機によりその金網を通過したものを指す。
次に、100℃まで冷却した後、真空排気を行い、引き続き窒素ガスを導入しながら450℃まで温度上昇させ、20時間保持する。
得られた処理物(塊状)を純水中に投入、撹拌する。静止後、上澄みを排水する。以上のデカンテーションを8回繰り返す。
次に99.9%の酢酸水溶液を投入し、撹拌する。静止後、上澄みを排水する。得られたスラリーを固液分離し、真空乾燥にて乾燥する。このようにして得られた磁性粉末は、Sm9.20Fe77.29N12.39Al1.12で表される。
Al原料調整において、Al2(SO4)373.0g含有純水溶液の代わりに、TiOSO436.1g含有純水溶液を用いる以外は、実施例1と同様にしてSm9.30Fe77.72N12.46Ti0.52磁性粉末を形成する。
Al原料調整において、Al2(SO4)373.0g含有純水溶液の代わりに、MnSO431.7g含有純水溶液を用いる以外は、実施例1と同様にしてSm9.28Fe77.72N12.46Mn0.54磁性粉末を形成する。
原料調整において、Al2(SO4)373.0g含有純水溶液Fe-Sm水酸化物沈殿を有するスラリーに添加するAl成分として、Al(OH)3(無水として)コロイド溶液を33.3g用いる以外は、実施例1同様にしてSm−Fe−N−Al磁性粉末を形成する。
原料調整において、Fe-Sm水酸化物沈殿を有するスラリーに添加するAl成分として、Al2O3粉末21.8gを用い、高速煎断攪拌機で混合することによりFe−Sm−Al酸化物を得る以外は、実施例1同様にしてSm−Fe−N−Al磁性粉末を形成する。
水素還元工程において、炉内の露点を−50℃に保持する以外は、実施例1と実施例1同様にしてSm−Fe−N−Al磁性粉末を形成する。
還元拡散工程において、粒度が5mm以下である金属Ca粉末を添加する以外は、実施例1同様にしてSm−Fe−N−Al磁性粉末を形成する。
原料調整工程において、Fe−Sm硫酸溶液にAl2(SO4)373.0g含有純水溶液を攪拌しながら添加すると同時に、アンモニア液を滴下させ、難溶性の塩であるFe-Sm−Al水酸化物沈殿物を形成する以外は、実施例1と同様にしてSm−Fe−N−Al磁性粉末を形成する。
高周波溶解炉において、純度99.9%の金属サマリウム350g、純度99.99%の金属鉄1000g、純度99.99%の金属アルミニウム7gを、1800℃にて溶解する。次に、溶湯を水冷銅るつぼに注いでインゴットとする。次に、均質化を目的として、アルゴン気流中、1300℃にて20時間の焼鈍を行う。引き続きインゴットをジョークラッシャーで粉砕し、さらにボールミルにて平均粒子径2.5μmまで粉砕する。この微粒子を窒素気流中で、450℃にて10時間の窒化処理を行った。得られた合金の組成式はSm9.50Fe77.01N11.90Al1.59であり、実施例1とほぼ同じ組成を持った合金粉末が得られる。
実施例1においてAl成分を排除した上で、その他は同じ工程を経てSmFeN磁性粉末を形成する。その後ロッド型のアルミ製カソードを備えた回転型の真空容器中で、粉末をかくはんしながら、Al膜をスパッタリングで粉末表面に形成する。雰囲気ガスはAr、圧力は5Pa、放電電圧は直流2.0kV、放電電流は50mAである。得られた粉末のの組成式はSm9.25Fe77.68N12.45Al0.62である。ここで、本明細書における組成式は、化学分析によるものである。
水素還元工程において、炉内の露点を−5℃に保持する以外は、実施例1と同様にしてSm−Fe−N−Al磁性粉末を形成する。
1N塩酸水溶液1リットルに磁性粉末10gを投入する。予備実験として、一定時間ごとに粉末を一部すくい取り、この粒子径データを取得しておくと同時に、M成分のほか必要な元素分析をICPで行う。このデータをもとに、再度同じ系での分析を行う。すなわち粉末表面から所定の距離(本発明の場合は表面から30%、60%)までエッチングされた段階で溶液の分析を行う。こうしてM成分の粒子内の分布状態を測定する。
得られた磁性粉末を、パラフィンワックスと共に試料容器に詰め、ドライヤーにてパラフィンワックスを溶融させた後、16kA/mの配向磁場にてその磁化容易磁区を揃える。この磁場配向した試料を32kA/mの着磁磁場でパルス着磁し、最大磁場16kA/mのVSM(振動試料型磁力計)を用いて保磁力、角形比、および残留磁化を測定する。
得られた磁性粉末の所定量を容器に入れ、大気中にて300℃4時間加熱する。室温にて法令後、上記方法にて保磁力を測定し、加熱前後の保磁力の比を算出し、耐熱性αとする。この耐熱性αが大きいほど耐熱性に優れていることを意味する。
さらに、発火性を調査するため、磁性粉末5gを薄型ステンレストレーに乗せたまま、350℃の大気雰囲気のオーブンに入れる。その際発火するかどうかの確認を行う。
Claims (8)
- 一般式RxT100−x−y−zNyMzで表され、結晶構造が単結晶のTh2Zn17である磁性粉末であって、
前記M成分は、粉体内部の表面側に偏在していることを特徴とする磁性粉末。
(但し、RはYを含む希土類元素のうちの少なくとも一種、TはFeと遷移金属のうちの少なくとも一種、Mは300℃〜1200℃において標準ギブスエネルギーが−80kcal〜−300kcalの範囲である少なくとも一種の元素あるいはその酸化物であり、3<x<30、5<y<15、0.001<z<5である。) - 前記M成分は、磁性粉末断面の寸法において、表面を0、さらに中心点を1として規格化した際に、寸法0〜0.3範囲のM成分含量値が全M成分の50原子%以上100原子%以下である請求項1に記載の磁性粉末。
- 前記M成分は、寸法0.3〜0.6の範囲において10原子%以上30原子%未満10原子%以上30原子%未満、寸法0.6〜1.0の範囲で0原子%以上30原子%未満の範囲にあって、粉体内部の表面側から中央に向かって存在率が減少していることを特徴とする請求項2に記載の磁性粉末。
- 角形比Hkは、0.35≦Hk≦0.8であることを特徴とする請求項1乃至3に磁性粒子。
- 耐熱性αは、85%以上であることを特徴とする請求項1乃至4に記載の磁性粒子。
(但し、前記αは、磁性粒子を大気中150℃で1時間加熱し、室温まで放冷したときの保磁力の維持率を示す。) - 前記M成分は、Zr、Al、Ti、Si、B,V、Ta、Mn、Cr、Na、Zn、K、P、Mg、Li、Ceの群の少なくとも一種あるいはその酸化物である請求項1乃至5に記載の磁性粒子。
- 一般式RxT100−x−y−zNyMzで表されるTh2Zn17構造の磁性粒子の製造方法であって、
1)RイオンおよびTイオンを有する溶液に、不溶性の塩を生成することが可能な沈殿剤を添加した後に、続いてM成分を添加する第一の工程、
2)得られた沈殿物を焼成し、RおよびTの複合酸化物粉末を得る第二の工程と、
3)粒度が10mm以下の金属カルシウムにて還元拡散反応を行う第三の工程、
を有することを特徴とする磁性粉末の製造方法(但し、RはYを含む希土類元素のうちの少なくとも一種、TはFeと遷移金属のうちの少なくとも一種、Mは300℃〜1200℃において標準ギブスエネルギーが−80kcal〜−300kcalの範囲である少なくとも一種の元素あるいはその酸化物であり、3<x<30、5<y<15、0.001<z<5である。)。 - 前記第三の工程の前処理として、予め前記複合酸化物粉末を嵩厚20mm以下に積層し、露点が−10℃以下に調整されてなる炉内にて水素還元反応を行う
ことを特徴とする請求項7に記載の磁性粉末の製造方法。
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