JP2020521316A - 焼結磁石の製造方法および焼結磁石 - Google Patents
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Abstract
本発明の一実施例による焼結磁石の製造方法は、還元拡散法によりＮｄＦｅＢ系粉末を製造する段階、前記ＮｄＦｅＢ系粉末と希土類水素化物粉末を混合する段階、前記混合物を６００℃〜８５０℃の温度で熱処理する段階、前記熱処理した混合物を１０００℃〜１１００℃の温度で焼結する段階を含み、前記希土類水素化物粉末は、ＮｄＨ２またはＮｄＨ２とＰｒＨ２の混合粉末である。
Description
［関連出願との相互引用］
本出願は、２０１７年１１月２８日付韓国特許出願第１０−２０１７−０１６０６２３号および２０１８年１１月６日付韓国特許出願第１０−２０１８−０１３５４４１号に基づいた優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示されたすべての内容は本明細書の一部として含まれている。
本出願は、２０１７年１１月２８日付韓国特許出願第１０−２０１７−０１６０６２３号および２０１８年１１月６日付韓国特許出願第１０−２０１８−０１３５４４１号に基づいた優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示されたすべての内容は本明細書の一部として含まれている。
本発明は、焼結磁石およびその製造方法に関する。より具体的には、還元拡散法により製造したＮｄＦｅＢ系合金粉末に焼結助剤として希土類水素化物を添加後に焼結して製造する焼結磁石の製造方法およびこのような方法により製造されたＮｄＦｅＢ系焼結磁石に関する。
ＮｄＦｅＢ系磁石は、希土類元素であるネオジム（Ｎｄ）および鉄、ホウ素（Ｂ）の化合物であるＮｄ２Ｆｅ１４Ｂの組成を有する永久磁石であり、１９８３年開発以来３０年間汎用永久磁石として使われてきた。このようなＮｄＦｅＢ系磁石は電子情報、自動車工業、医療機器、エネルギー、交通などの多様な分野で使われている。特に最近の軽量、小型化傾向に合わせて工作機器、電子情報機器、家電用電子製品、携帯電話、ロボット用モーター、風力発電機、自動車用小型モーターおよび駆動モーターなどの製品に使われている。
ＮｄＦｅＢ系磁石の一般的な製造としては、金属粉末冶金法に基づいたストリップ（Ｓｔｒｉｐ）／モールドキャスティング（ｍｏｌｄ ｃａｓｔｉｎｇ）またはメルトスピニング（ｍｅｌｔ ｓｐｉｎｎｉｎｇ）方法が知られている。先ず、ストリップ（Ｓｔｒｉｐ）／モールドキャスティング（ｍｏｌｄ ｃａｓｔｉｎｇ）方法の場合、ネオジム（Ｎｄ）、鉄（Ｆｅ）、ホウ素（Ｂ）等の金属を加熱によって溶融させてインゴットを製造し、結晶粒粒子を粗粉砕し、微細化工程によってマイクロ粒子を製造する工程である。これを繰り返して粉末を収得し、磁場下でのプレッシング（ｐｒｅｓｓｉｎｇ）および焼結（ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）過程を経て非等方性焼結磁石を製造する。
また、メルトスピニング（ｍｅｌｔ ｓｐｉｎｎｉｎｇ）方法では、金属元素を溶融させた後、速い速度で回転するホイール（ｗｈｅｅｌ）に注いで急冷し、ジェットミリング粉砕後、高分子にブレンドしてボンド磁石に形成するか、プレッシングして磁石に製造する。
しかし、このような方法では、いずれも粉砕過程が必須に求められ、粉砕過程で時間が長く必要とされ、粉砕後粉末の表面をコートする工程が求められる問題がある。
本発明は、固相還元拡散法により製造したＮｄＦｅＢ系合金粉末と希土類水素化物粉末を混合して熱処理することによって、ＮｄＦｅＢ系焼結磁石の主相分解を予防して緻密度が向上したＮｄＦｅＢ系焼結磁石を提供する。
このような課題を解決するために、本発明の実施例による焼結磁石の製造方法は、還元拡散法によりＮｄＦｅＢ系粉末を製造する段階、前記ＮｄＦｅＢ系粉末と希土類水素化物粉末を混合する段階、前記混合物を６００℃〜８５０℃の温度で熱処理する段階、前記熱処理した混合物を１０００℃〜１１００℃の温度で焼結する段階を含み、前記希土類水素化物粉末は、ＮｄＨ２またはＮｄＨ２とＰｒＨ２の混合粉末である。
前記ＮｄＨ２とＰｒＨ２の混合粉末において、ＮｄＨ２とＰｒＨ２混合重量比は、７５：２５〜８０：２０であり得る。前記熱処理した混合物を１０００℃〜１１００℃の温度で焼結する段階は、３０分〜４時間行われる。
前記ＮｄＦｅＢ系粉末と希土類水素化物粉末を混合する段階において、前記希土類水素化物粉末の含有量は、１〜２５重量％であり得る。
前記製造された焼結磁石の結晶粒の大きさは、１μｍ〜１０μｍであり得る。
前記混合物を６００℃〜８５０℃の温度で熱処理する段階において、希土類水素化物が希土類金属およびＨ２気体に分離され、Ｈ２気体が除去され得る。
前記ＮｄＦｅＢ系粉末と希土類水素化物粉末を混合する段階において、Ｃｕ粉末がさらに含まれ得る。
前記希土類水素化物と前記Ｃｕ粉末の含有量比は、７：３重量比であり得る。
前記還元拡散法によりＮｄＦｅＢ系粉末を製造する段階は、酸化ネオジム、ホウ素、鉄を混合して１次混合物を製造する段階、前記１次混合物にカルシウムを添加および混合して２次混合物を製造する段階、前記２次混合物を８００℃〜１１００℃の温度で加熱する段階を含み得る。
本発明の実施例による焼結磁石は、還元拡散法によりＮｄＦｅＢ系粉末を製造する段階、前記ＮｄＦｅＢ系粉末と希土類水素化物粉末を混合する段階、前記混合物を６００℃〜８５０℃の温度で熱処理する段階、前記熱処理した混合物を１０００℃〜１１００℃の温度で焼結する段階により製造され得る。
本発明の実施例による焼結磁石は、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂを含み、結晶粒の大きさが１μｍ〜１０μｍであり、添加する希土類水素化物の含有量が１重量％〜２５重量％であり得る。
以上のように、本実施例による焼結磁石の製造方法は、固相還元拡散法により製造したＮｄＦｅＢ系合金粉末と希土類水素化物粉末を混合して熱処理することによってＮｄＦｅＢ系合金粉末の主相分解を予防し、緻密度が向上したＮｄＦｅＢ系焼結磁石を製造することができる。
以下、本発明の実施例による焼結磁石の製造方法について詳細に説明する。本実施例による焼結磁石の製造方法は、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ焼結磁石の製造方法であり得る。すなわち、本実施例による焼結磁石の製造方法は、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ系焼結磁石の製造方法であり得る。Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ焼結磁石は、永久磁石でありネオジム磁石ともいう。
本発明による焼結磁石の製造方法は、還元拡散法によりＮｄＦｅＢ系粉末を製造する段階、前記ＮｄＦｅＢ系粉末と希土類水素化物粉末を混合する段階、前記混合物を６００℃〜８５０℃の温度で熱処理する段階、前記熱処理した混合物を１０００℃〜１１００℃の温度で焼結する段階を含む。
前記希土類水素化物粉末は、ＮｄＨ２またはＮｄＨ２とＰｒＨ２の混合粉末であり得る。
この時、前記熱処理した混合物を１０００℃〜１１００℃の温度で焼結する段階は、３０分〜４時間行われる。
本発明による焼結磁石の製造方法において、ＮｄＦｅＢ系粉末は還元拡散法によって形成される。したがって、別途の粗粉砕、水素破砕、ジェットミルのような粉砕工程や表面処理工程が求められない。また、還元拡散法によって製造されたＮｄＦｅＢ系粉末を希土類水素化物粉末（ＮｄＨ２粉末またはＮｄＨ２とＰｒＨ２の混合粉末）と混合して熱処理および焼結することによって、ＮｄＦｅＢ系粉末の粒界または主相粒の粒界にＮｄ−ｒｉｃｈ領域およびＮｄＯｘ相（Ｐｈａｓｅ）を形成する。この時、ｘは１〜４であり得る。したがって、本実施例により磁石粉末を焼結して焼結磁石を製造する場合、焼結工程中の主相粒子の分解を抑制することができる。
以下、各段階別により詳細に説明する。
先に、還元拡散法によりＮｄＦｅＢ系粉末を製造する段階について説明する。前記還元拡散法によりＮｄＦｅＢ系粉末を製造する段階は、酸化ネオジム、ホウ素、鉄を混合して１次混合物を製造する段階、前記１次混合物にカルシウムを添加および混合して２次混合物を製造する段階、前記２次混合物を８００℃〜１１００℃の温度で加熱する段階を含む。
前記製造方法は、酸化ネオジム、ホウ素、鉄のような原材料を混合し、８００℃〜１１００℃の温度での原材料の還元および拡散によってＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ合金粉末を形成する方法である。具体的には、酸化ネオジム、ホウ素、鉄の混合物において酸化ネオジム、ホウ素および鉄のモル比は、１：１４：１〜１．５：１４：１の間であり得る。酸化ネオジム、ホウ素および鉄はＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ金属粉末を製造するための原材料であり、前記モル比を満足したとき高い収率でＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ合金粉末を製造することができる。仮に、モル比が１：１４：１以下である場合、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ主相の組成歪みが生じる、およびＮｄ−ｒｉｃｈな粒界相が形成されない問題があり、前記モル比が１．５：１４：１以上である場合、Ｎｄ量の過多によって還元されたＮｄが残存し、後段処理過程で残ったＮｄがＮｄ（ＯＨ）３やＮｄＨ２に変わる問題があり得る。
前記混合物を８００℃〜１１００℃の温度で加熱する段階は、不活性ガスの雰囲気下で、１０分〜６時間行われ得る。加熱時間が１０分以下である場合、金属粉末が十分に合成されず、加熱時間が６時間以上である場合、金属粉末の大きさが粗大になり、１次粒子同士が固まる問題があり得る。
このように製造される金属粉末は、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂであり得る。また、製造された金属粉末の大きさは０．５μｍ〜１０μｍであり得る。また、一実施例により製造された金属粉末の大きさは０．５μｍ〜５μｍであり得る。
すなわち、８００℃〜１１００℃の温度での原材料の加熱によってＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ合金粉末が形成され、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ合金粉末はネオジム磁石であり、優れた磁性特性を示す。通常、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ合金粉末を形成するためには、原材料を１５００℃〜２０００℃の高温で溶融させた後急冷させて原材料の固まりを形成し、このような固まりに対して粗粉砕および水素破砕などを行い、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ合金粉末を収得する。
しかし、このような方法の場合、原材料を溶融するための高温の温度が必要であり、これを再び冷却後に粉砕しなければならない工程が求められ、工程時間が長くかつ複雑である。また、このように組粉砕したＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ合金粉末に対して、耐腐食性を強化して電気抵抗性などを向上させるために、別途の表面処理過程が求められる。
しかし、本実施例のように還元拡散法によってＮｄＦｅＢ系粉末を製造する場合、８００℃〜１１００℃の温度での原材料の還元および拡散によってＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ合金粉末を形成する。この段階で、合金粉末の大きさが数マイクロメーター単位で形成されるので、別途の粉砕工程は必要ない。より具体的には、本実施例により製造される金属粉末の大きさは０．５μｍ〜１０μｍであり得る。特に、原材料として使われる鉄粉末の大きさを調節して、製造される合金粉末の大きさを調節することができる。
ただし、このような還元拡散法により磁石粉末を製造する場合、前記製造過程で生成される副産物である酸化カルシウムが形成され、これを除去する工程が求められる。これを除去するために、製造された磁石粉末を蒸留水または塩基性水溶液などを用いて洗浄する。このような洗浄過程で製造した磁石粉末粒子が水溶液内の酸素に露出され、水溶液内に残存する酸素によって製造された磁石粉末粒子の表面酸化が行われ、表面に酸化物被膜が形成される。
このような酸化物被膜は、磁石粉末の焼結を難しくする。また、高い酸素含有量は、磁性粒子主相の分解を促進して永久磁石の物性を低下させる要因になる。したがって、高い酸素含有量を有する還元−拡散磁石粉末を用いて焼結磁石を製造することは難しい。
しかし、本発明の一実施例による製造方法は、還元拡散法により製造したＮｄＦｅＢ系粉末に、希土類水素化物粉末を混合して熱処理および焼結し、焼結磁石内部の粒界部または焼結磁性主相粒の粒界部領域にＮｄ−ｒｉｃｈ領域およびＮｄＯｘ相を形成することによって、製造される焼結磁石の焼結性を改善して主相分解を抑制する。すなわち、Ｎｄ−ｒｉｃｈな粒界相を有する高密度の焼結永久磁石を製造することができる。
次に、前記ＮｄＦｅＢ系粉末と希土類水素化物粉末を混合する。前記段階において、前記希土類水素化物粉末の含有量は１〜２５重量％であり得る。
前記希土類水素化物は、単一粉末を含み得、または互いに異なる粉末の混合であり得る。一例として、希土類水素化物はＮｄＨ２単独であり得る。または希土類水素化物は、ＮｄＨ２とＰｒＨ２の混合粉末であり得る。希土類水素化物がＮｄＨ２とＰｒＨ２の混合粉末である場合、ＮｄＨ２とＰｒＨ２の混合重量比は７５：２５〜８０：２０であり得る。
希土類水素化物粉末の含有量が１重量％未満の場合、液状焼結補助剤として粒子間に十分なぬれ性（ｗｅｔｔｉｎｇ）を付与できないため、焼結がうまく行われず、ＮｄＦｅＢ主相分解を抑制する役割を十分に果たせない問題があり得る。また、希土類水素化物粉末の含有量が２５重量％超である場合、焼結磁石でＮｄＦｅＢ主相の体積比が減少して残留磁化値が減少し、液相焼結によって粒子が過度に成長する問題があり得る。粒子の過成長によって結晶粒の大きさが大きくなる場合、磁化反転に弱いため、保磁力が減少する。
好ましくは希土類水素化物粉末の含有量は、３重量％〜１０重量％であり得る。
次に、前記混合物を６００℃〜８５０℃の温度で熱処理する。本段階において、希土類水素化物が希土類金属および水素気体に分離され、水素気体が除去される。すなわち、一例として希土類水素化物粉末がＮｄＨ２である場合、ＮｄＨ２がＮｄおよびＨ２気体に分離され、Ｈ２気体が除去される。すなわち、６００℃〜８５０℃での熱処理は、混合物における水素を除去する工程である。この時、熱処理は真空の雰囲気で行われ得る。
次に、前記熱処理した混合物を１０００℃〜１１００℃の温度で焼結する。この時、前記熱処理した混合物を１０００℃〜１１００℃の温度で焼結する段階は、３０分〜４時間行われる。このような焼結工程も真空の雰囲気で行われ得る。本焼結段階において、Ｎｄによる液状焼結が誘導される。すなわち、従来の還元拡散法により製造したＮｄＦｅＢ系粉末と添加された希土類水素化物（ＮｄＨ２）粉末との間でＮｄによる液状焼結が起き、焼結磁石内部の粒界部または焼結磁性主相粒の粒界部の領域にＮｄ−ｒｉｃｈ領域およびＮｄＯｘ相が形成される。このように形成されたＮｄ−ｒｉｃｈ領域やＮｄＯｘ相は、焼結磁石製造のための焼結工程で主相粒子の分解を防ぐ。したがって、安定的に焼結磁石を製造することができる。
製造された焼結磁石は、高密度を有し、結晶粒の大きさは１μｍ〜１０μｍであり得る。
以上のように、本発明の一実施例による焼結磁石は、還元拡散法により製造されたＮｄＦｅＢ系粉末を希土類水素化物粉末と混合して熱処理および焼結することによって、ＮｄＦｅＢ系粉末の粒界部または主相粒の粒界部にＮｄ−ｒｉｃｈ領域およびＮｄＯｘ相を形成する。このようなＮｄ−ｒｉｃｈ領域およびＮｄＯｘ相の形成により磁石粉末の焼結性を改善し、焼結工程中の主相粒子の分解を抑制することができる。
また、製造された焼結磁石の結晶粒の大きさは、１μｍ〜１０μｍであり得る。このような焼結磁石では、粉末の粒界部または主相粒の粒界部にＮｄ−ｒｉｃｈ領域またはＮｄＯｘ相が形成されている。したがって、磁石粉末を焼結して磁石を製造する場合、焼結磁石の内部で主相分解を予防することができる。
以下、本発明の一実施例による焼結磁石の製造方法について具体的な実施例により説明する。
実施例１：ＮｄＦｅＢ系磁石粉末の形成
Ｎｄ２Ｏ３ ３．２６７９ｇ、Ｂ ０．１０００ｇ、Ｆｅ ７．２３１６ｇ、Ｃａ １．７５１５９ｇを、粒子の粒度および大きさ制御のための金属フッ化物（ＣａＦ２，ＣｕＦ２）と均一に混合する。これを任意の形のステンレススチール容器に入れて圧搾した後、混合物を不活性ガス（Ａｒ，Ｈｅ）雰囲気、９５０℃で０．５〜６時間チューブ電気炉の中で反応させる。
Ｎｄ２Ｏ３ ３．２６７９ｇ、Ｂ ０．１０００ｇ、Ｆｅ ７．２３１６ｇ、Ｃａ １．７５１５９ｇを、粒子の粒度および大きさ制御のための金属フッ化物（ＣａＦ２，ＣｕＦ２）と均一に混合する。これを任意の形のステンレススチール容器に入れて圧搾した後、混合物を不活性ガス（Ａｒ，Ｈｅ）雰囲気、９５０℃で０．５〜６時間チューブ電気炉の中で反応させる。
次に、前記反応物をモルタルで粉砕して粒子分離過程を経て微細粉末にした後、還元副産物であるＣａ、ＣａＯを除去するために洗浄過程を行う。非水系洗浄のために、ＮＨ４ＮＯ３ ６．５ｇ〜７．０ｇを合成された粉末と均一に混ぜた後、〜２００ｍｌのメタノールに漬ける。効果的な洗浄のために、均質化および超音波洗浄を交互に１回あるいは２回繰り返し行う。残留ＣａＯとＮＨ４ＮＯ３の反応産物であるＣａ（ＮＯ）３を除去するために、同じ量のメタノールで前記洗浄過程を２回程度繰り返す。洗浄過程は、きれいなメタノールを得るまで繰り返す。最後にアセトンで洗浄した後、真空乾燥して洗浄を終えて単一相Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ粉末粒子を得る。
実施例２：ＮｄＨ ２ との混合および焼結
実施例１で提示した方法により製造したＮｄＦｅＢ系粉末粒子（Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ）８ｇに、質量比１０〜２５％のＮｄＨ２粉末を混合する。潤滑剤としてブタノールを添加して磁場成形後、真空焼結炉で脱脂工程を１５０℃で１時間、３００℃で１時間行った。次に、脱水素工程として６５０℃で１時間熱処理過程を行い、１０５０℃で１時間焼結した。
実施例１で提示した方法により製造したＮｄＦｅＢ系粉末粒子（Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ）８ｇに、質量比１０〜２５％のＮｄＨ２粉末を混合する。潤滑剤としてブタノールを添加して磁場成形後、真空焼結炉で脱脂工程を１５０℃で１時間、３００℃で１時間行った。次に、脱水素工程として６５０℃で１時間熱処理過程を行い、１０５０℃で１時間焼結した。
実施例３：１２．５重量％のＮｄＨ ２ を焼結補助剤として使用
前記実施例２でＮｄＨ２を１２．５％重量比で添加して焼結磁石を製造した。
前記実施例２でＮｄＨ２を１２．５％重量比で添加して焼結磁石を製造した。
比較例１：焼結補助剤を使わない
前記実施例１で製造したＮｄＦｅＢ系磁性粉末にＮｄＨ２を混合せず、潤滑剤としてブタノールを添加して磁場成形後、脱脂工程を１５０℃で１時間、３００℃で１時間行った。次に、真空焼結炉において６５０℃で１時間熱処理過程を行い、１０５０℃で１時間焼結した。
前記実施例１で製造したＮｄＦｅＢ系磁性粉末にＮｄＨ２を混合せず、潤滑剤としてブタノールを添加して磁場成形後、脱脂工程を１５０℃で１時間、３００℃で１時間行った。次に、真空焼結炉において６５０℃で１時間熱処理過程を行い、１０５０℃で１時間焼結した。
実施例４：ＮｄＨ ２ とＰｒＨ ２ の混合粉末を用いた混合および焼結
Ｎｄ２．０Ｆｅ１３ＢＧａ０．０１，０．０５Ａｌ０．０５Ｃｕ０．０５を製造するために、Ｎｄ２Ｏ３ ３３．２４ｇ、Ｂ １．０４ｇ、ＡｌＦ３ ０．４０ｇ、ＣｕＣｌ２ ０．６５ｇ、ＧａＦ３ ０．１２ｇをナルゲンボトルに入れてペイントシェーカーで３０分混合した後、ここにＦｅ ６９．９６ｇを入れてペイントシェーカーで３０分混合し、最後にＣａ １６．６５ｇを入れて管状ミキサーで１時間混合する。
Ｎｄ２．０Ｆｅ１３ＢＧａ０．０１，０．０５Ａｌ０．０５Ｃｕ０．０５を製造するために、Ｎｄ２Ｏ３ ３３．２４ｇ、Ｂ １．０４ｇ、ＡｌＦ３ ０．４０ｇ、ＣｕＣｌ２ ０．６５ｇ、ＧａＦ３ ０．１２ｇをナルゲンボトルに入れてペイントシェーカーで３０分混合した後、ここにＦｅ ６９．９６ｇを入れてペイントシェーカーで３０分混合し、最後にＣａ １６．６５ｇを入れて管状ミキサーで１時間混合する。
次に、内部がカーボンシートで囲まれたＳＵＳチューブに切り刻んで入れて、不活性ガス（Ａｒ，Ｈｅ）雰囲気、９５０℃で１０分間チューブ電気炉の中で反応させる。硝酸アンモニウムが溶けているエタノールに粉末を入れてホモジナイザーを用いて１０〜３０分間洗浄した後、ナルゲンボトルに洗浄した粉末とエタノール、ジルコニアボール（粉末に対して６倍の重量比）、硝酸アンモニウムを（初期洗浄時に使用した量に対して１／１０）を入れて２時間管状ミキサーで粉末粒子を粉砕した後、アセトンで洗浄して乾燥する。
前記方法で準備したＮｄ系粉末８ｇに重量比１０〜１２ｗｔ％の（Ｎｄ＋Ｐｒ）Ｈ２粉末（乾式またはヘキサンの雰囲気で粉砕したＮｄＨ２とＰｒＨ２が７５：２５または８０：２０で混合された粉末）を添加し、潤滑剤としてブタノール（またはステアリン酸亜鉛（Ｚｎ ｓｔｅａｒａｔｅ））を添加して磁場成形後に、真空焼結炉において１０３０℃で２時間焼結する。
実施例５：ＮｄＨ ２ の単一粉末を用いた混合および焼結
実施例４と同様の方法により準備したＮｄ系粉末８ｇに質量比１０％〜２５％のＮｄＨ２粉末を混合し、潤滑剤としてブタノールを添加して磁場成形後、真空焼結炉において１０５０℃で１時間焼結する。
実施例４と同様の方法により準備したＮｄ系粉末８ｇに質量比１０％〜２５％のＮｄＨ２粉末を混合し、潤滑剤としてブタノールを添加して磁場成形後、真空焼結炉において１０５０℃で１時間焼結する。
実施例６：ＮｄＨ ２ の含有量を異にして混合および焼結（３％）
Ｎｄ２．５Ｆｅ１３．３Ｂ１．１Ｃｕ０．０５Ａｌ０．１５を製造するために、Ｎｄ２Ｏ３ ３７．４８ｇ、Ｂ １．０６ｇ、Ｃｕ ０．２８ｇ、Ａｌ ０．３６ｇをナルゲンボトルに入れてペイントシェーカーで３０分混合した後、ここにＦｅ ６６．１７ｇを入れてペイントシェーカーで３０分混合し、最後にＣａ ２０．０８ｇを入れて管状ミキサーで１時間混合する。
Ｎｄ２．５Ｆｅ１３．３Ｂ１．１Ｃｕ０．０５Ａｌ０．１５を製造するために、Ｎｄ２Ｏ３ ３７．４８ｇ、Ｂ １．０６ｇ、Ｃｕ ０．２８ｇ、Ａｌ ０．３６ｇをナルゲンボトルに入れてペイントシェーカーで３０分混合した後、ここにＦｅ ６６．１７ｇを入れてペイントシェーカーで３０分混合し、最後にＣａ ２０．０８ｇを入れて管状ミキサーで１時間混合する。
次に、内部がカーボンシートで囲まれたＳＵＳチューブに切り刻んで入れて、不活性ガス（Ａｒ，Ｈｅ）雰囲気、９５０℃で１０分間チューブ電気炉の中で反応させる。硝酸アンモニウムが溶けているエタノールに粉末を入れてホモジナイザーを用いて１０〜３０分間洗浄した後、ナルゲンボトルに洗浄した粉末とエタノール、ジルコニアボール（粉末に対して６倍の重量比）、硝酸アンモニウムを（初期洗浄時に使用した量に対して１／１０）を入れて２時間管状ミキサーで粉末粒子を粉砕した後、アセトンで洗浄して乾燥する。
前記方法で準備したＮｄ系粉末８ｇに重量比３％のＮｄＨ２粉末を添加し、潤滑剤としてブタノールを添加して磁場成形後に、真空焼結炉において１０３０℃で２時間焼結する。
実施例７：ＮｄＨ ２ の含有量を異にして混合および焼結（５％）
実施例６と同様の方法によりＮｄ系粉末８ｇを準備する。前記方法で準備したＮｄ系粉末８ｇに重量比５％のＮｄＨ２粉末を添加し、潤滑剤としてブタノールを添加して磁場成形後に、真空焼結炉において１０３０℃で２時間焼結する。
実施例６と同様の方法によりＮｄ系粉末８ｇを準備する。前記方法で準備したＮｄ系粉末８ｇに重量比５％のＮｄＨ２粉末を添加し、潤滑剤としてブタノールを添加して磁場成形後に、真空焼結炉において１０３０℃で２時間焼結する。
評価例１
実施例３で製造した焼結磁石（オレンジ線）と、比較例１で製造した焼結磁石（黒線）のＸＲＤパターンを図１に示した。また、前記実施例３で製造した焼結磁石の走査電子顕微鏡イメージを図２に示した。
実施例３で製造した焼結磁石（オレンジ線）と、比較例１で製造した焼結磁石（黒線）のＸＲＤパターンを図１に示した。また、前記実施例３で製造した焼結磁石の走査電子顕微鏡イメージを図２に示した。
図１を参照すると、ＮｄＨ２を添加していない比較例１の場合（黒線）、ＮｄＦｅＢ主相の分解によるα−Ｆｅピークが示された。しかし、ＮｄＨ２が添加された実施例３の場合（オレンジ線）、主相の分解によるα−Ｆｅピークは示されなかった。すなわち、ＮｄＨ２添加によって、製造された焼結磁石のＮｄＦｅＢ相分解が抑制されたことが分かる。
図２を参照すると、実施例３によって製造された焼結磁石は、均一で高い密度で焼結されたことを確認することができる。
前記実施例２と比較例１により、一定含有量のＮｄＨ２の添加がＮｄＦｅＢ主相の分解を抑制して焼結性を付与して緻密度を向上させる効果を示すことがわかる。
評価例２
ＮｄＦｅＢ系磁石粉末とＮｄＨ２粉末の含有量比を異にし、ＸＲＤパターンおよび走査電子顕微鏡イメージを測定し、これを図３および図４に示した。
ＮｄＦｅＢ系磁石粉末とＮｄＨ２粉末の含有量比を異にし、ＸＲＤパターンおよび走査電子顕微鏡イメージを測定し、これを図３および図４に示した。
図３はＮｄＨ２が２５％含まれた場合のＸＲＤパターンおよび走査電子顕微鏡イメージである。図３を参照すると、ＮｄＨ２が２５％含まれた場合、α−Ｆｅピークが観測されないため主相の分解が抑制されることを確認することができ、走査電子顕微鏡イメージでも緻密な焼結磁石を形成することが分かる。
図４はＮｄＨ２の代わりにＮｄＨ２とＣｕが７：３で混合した粉末を用いた結果である。図４を参照すると、この場合にも図１および図３と同様にα−Ｆｅピークが観測されないことを確認することができる。すなわち、主相の分解が抑制されることを確認することができた。走査電子顕微鏡イメージから、ＮｄＨ２粉末を単独で用いる場合より結晶粒の大きさが大きく観察されることを確認することができ、これはＮｄ−Ｃｕ共融溶融合金を作りながらＮｄＦｅＢ粒子の焼結を促進することによって結晶粒粗大化が行われたと考えられる。
評価例２の結果により、本発明に記載の範囲内でＮｄＨ２の含有量を異にするかＣｕと混合して用いる場合にも、主相の分解を抑制して焼結性が改善することを確認することができた。
評価例３
実施例２で製造した焼結磁石の保磁力、残留磁化およびＢＨ ｍａｘを測定し、これを図５に示した。
実施例２で製造した焼結磁石の保磁力、残留磁化およびＢＨ ｍａｘを測定し、これを図５に示した。
ＮｄＦｅＢ系磁性粉末に１０重量％ＮｄＨ２を添加して焼結熱処理し、残留磁化値は１２．１１ｋＧ（キロガウス）、保磁力は１０．８１ｋＯｅ（キロエルステッド）、ＢＨｍａｘ値は３５．４８ＭＧＯｅ（メガガウスエルステッド）を示した。
評価例４
実施例４および実施例５で製造した焼結磁石のＢ−Ｈを測定し、これを下記表１および図６に示した。また、実施例４および実施例５により製造した焼結磁石のＸＲＤ結果を図７および図８に示した。図７は実施例４により製造した焼結磁石のＸＲＤ結果であり、図８は実施例５により製造した焼結磁石のＸＲＤ結果である。
実施例４および実施例５で製造した焼結磁石のＢ−Ｈを測定し、これを下記表１および図６に示した。また、実施例４および実施例５により製造した焼結磁石のＸＲＤ結果を図７および図８に示した。図７は実施例４により製造した焼結磁石のＸＲＤ結果であり、図８は実施例５により製造した焼結磁石のＸＲＤ結果である。
評価例５
実施例６および７により製造した焼結磁石のＢ−Ｈを測定し、これを下記表２および図９、１０に示した。図９は実施例６に該当し、図１０は実施例７に該当する。また、実施例６および実施例７により製造した焼結磁石のＸＲＤ結果を図１１および図１２に示した。図１１は実施例６により製造した焼結磁石のＸＲＤ結果であり、図１２は実施例７により製造した焼結磁石のＸＲＤ結果である。
実施例６および７により製造した焼結磁石のＢ−Ｈを測定し、これを下記表２および図９、１０に示した。図９は実施例６に該当し、図１０は実施例７に該当する。また、実施例６および実施例７により製造した焼結磁石のＸＲＤ結果を図１１および図１２に示した。図１１は実施例６により製造した焼結磁石のＸＲＤ結果であり、図１２は実施例７により製造した焼結磁石のＸＲＤ結果である。
これにより、本発明に記載の範囲内でＮｄＨ２の含有量を異にする場合にも優れた効果を有することを確認できた。
以上のように、本発明による焼結磁石の製造方法は、還元拡散法により製造されたＮｄＦｅＢ系粉末をＮｄＨ２粉末と混合して熱処理および焼結することによって、製造される磁石粉末の焼結性を改善し、焼結工程中の主相粒子の分解を抑制した。したがって、磁石粉末を焼結して磁石を製造する場合、磁石粉末の内部で主相分解を予防することができる。
以上、本発明の好ましい実施例について詳細に説明したが、本発明の権利範囲は、これに限定されるものではなく、次の特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を用いた当業者の多様な変形および改良形態も本発明の権利範囲に属する。
Claims (11)
- 還元拡散法によりＮｄＦｅＢ系粉末を製造する段階；
前記ＮｄＦｅＢ系粉末と希土類水素化物粉末を混合する段階；
前記混合物を６００℃〜８５０℃の温度で熱処理する段階；
前記熱処理した混合物を１０００℃〜１１００℃の温度で焼結する段階を含み、
前記希土類水素化物粉末は、ＮｄＨ２またはＮｄＨ２とＰｒＨ２の混合粉末である、焼結磁石の製造方法。 - 前記ＮｄＨ２とＰｒＨ２の混合粉末において、ＮｄＨ２とＰｒＨ２の混合重量比は７５：２５〜８０：２０である、請求項１に記載の焼結磁石の製造方法。
- 前記熱処理した混合物を１０００℃〜１１００℃の温度で焼結する段階は、３０分〜４時間行われる、請求項１または２に記載の焼結磁石の製造方法。
- 前記ＮｄＦｅＢ系粉末と希土類水素化物粉末を混合する段階において、
前記希土類水素化物粉末の含有量は、１〜２５重量％である、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の焼結磁石の製造方法。 - 前記製造された焼結磁石の結晶粒の大きさは、１μｍ〜１０μｍである、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の焼結磁石の製造方法。
- 前記混合物を６００℃〜８５０℃の温度で熱処理する段階において、
希土類水素化物が希土類金属とＨ２気体に分離され、Ｈ２気体が除去される、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の焼結磁石の製造方法。 - 前記ＮｄＦｅＢ系粉末と希土類水素化物粉末を混合する段階において、
Ｃｕ粉末がさらに含まれる、請求項１ないし６のいずれか一項に記載の焼結磁石の製造方法。 - 前記希土類水素化物粉末と前記Ｃｕ粉末の含有量比は、７：３重量比である、請求項７に記載の焼結磁石の製造方法。
- 前記還元拡散法によりＮｄＦｅＢ系粉末を製造する段階は、
酸化ネオジム、ホウ素、鉄を混合して１次混合物を製造する段階：
前記１次混合物にカルシウムを添加および混合して２次混合物を製造する段階；
前記２次混合物を８００℃〜１１００℃の温度で加熱する段階を含む、請求項１ないし８のいずれか一項に記載の焼結磁石の製造方法。 - 請求項１ないし９のいずれか一項に記載の製造方法で製造した焼結磁石。
- Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂを含み、
結晶粒の大きさが１μｍ〜１０μｍであり、
添加する希土類水素化物の含有量が１０重量％〜２５重量％である、焼結磁石。
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