JP2023027860A - Magnetic powder material and method for producing permanent magnet and magnetic powder material - Google Patents

Magnetic powder material and method for producing permanent magnet and magnetic powder material Download PDF

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英人 柳原
Hideto Yanagihara
幹雄 岸本
Mikio Kishimoto
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Abstract

To provide a method for producing a magnetic powder material having a high coercive force in a hexagonal ferrite by a simple method.SOLUTION: A method for producing a magnetic powder material executes: a step of mixing an alkaline solution with an aqueous solution in which ions of A and iron ions in proportions constituting hexagonal ferrite and lithium ions are dissolved to generate a coprecipitate when A is an element selected from Ba, Sr, and Pb; a step of adding a flux while the coprecipitate is in a suspension state; a heat treatment step of heating a flux-added coprecipitate to grow crystals; and a step of removing the flux from a heat-treated substance to obtain the magnetic powder material composed of hexagonal ferrite particles in which a part of iron is replaced with lithium.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、永久磁石の材料として使用可能な磁性粉末材料や永久磁石、磁性粉末材料の製造方法に関し、特に、バリウム(Ba)やストロンチウム(Sr)、鉛(Pb)などを基本構成元素とし、マグネトプラム型やフェロクスプレーナ型などの構造を有する六方晶フェライト粒子からなる磁性粉末材料、永久磁石、磁性粉末材料の製造方法に関する。 The present invention relates to a magnetic powder material that can be used as a material for a permanent magnet, a permanent magnet, and a method for producing a magnetic powder material. The present invention relates to a magnetic powder material composed of hexagonal ferrite particles having a structure such as a magnetoplum type or a ferrox planar type, a permanent magnet, and a method for producing a magnetic powder material.

永久磁石用の高性能磁性粉末材料としては、現状Nd-Fe-B系やSm-Co系の希土類元素を主構成元素に用いた磁性粉末が主流であることは周知であり、現在でも磁気特性向上に向けて精力的な検討が続けられている。しかしながらこれらNd-Fe-B系やSm-Co系磁石においては、希少元素である希土類元素を大量に使用することが大きな課題となっている。 As a high-performance magnetic powder material for permanent magnets, it is well known that magnetic powders using rare earth elements such as Nd--Fe--B and Sm--Co as main constituent elements are currently mainstream. Vigorous studies are ongoing for improvement. However, in these Nd--Fe--B and Sm--Co magnets, the use of a large amount of rare earth elements, which are rare elements, poses a serious problem.

一方、永久磁石用の磁性粉末材料として、上述したNd-Fe-B系やSm-Co系以外では、酸化鉄系の磁性粉末材料が大量に使用されている。この酸化鉄系の磁性粉末材料は、原料が安価であるため製造コストが低く、永久磁石としての性能は希土類系の磁石よりは劣るが、製造原価が安い特長を活かして現状最も多量に使用されている。
この酸化鉄系の磁性粉末材料を用いた酸化鉄系磁石において、現在最も多量に使用されている磁性粉末材料は、バリウムフェライトやストロンチウムフェライトなどの六方晶系フェライト磁性粉末である。この六方晶系フェライト磁性粉末は、永久磁石材料として古くから知られており、これまでに膨大な数の特許出願や論文報告がなされている。
On the other hand, as a magnetic powder material for permanent magnets, an iron oxide-based magnetic powder material is used in large quantities other than the above-mentioned Nd--Fe--B-based and Sm--Co-based magnetic powder materials. This iron oxide-based magnetic powder material has low manufacturing costs because the raw materials are inexpensive, and its performance as a permanent magnet is inferior to that of rare earth-based magnets. ing.
In iron oxide magnets using iron oxide magnetic powder materials, the most widely used magnetic powder materials at present are hexagonal ferrite magnetic powders such as barium ferrite and strontium ferrite. This hexagonal ferrite magnetic powder has been known as a permanent magnet material for a long time, and a huge number of patent applications and paper reports have been made so far.

また、この六方晶系フェライト磁性粉末の特性をさらに向上させるべく、置換元素や組成の検討も精力的になされている。例えばバリウムやストロンチウムさらには鉄の一部を他の元素で置換することに磁気特性を向上させ得ることが知られている(例えば特開平10-149910号公報、特開2000-323317号公報、特開2001-052912号公報)。中でもBaやSrの一部を希土類元素であるランタン(La)で置換し、さらに鉄の一部を遷移金属元素であるコバルトで置換すると保磁力や飽和磁化などの磁気特性が顕著に向上することが公知となっている(例えば特開2000-331813号公報、特開2001-068319号公報、特開2005-259751号公報、特開2005-268784号公報)。このようにバリウムやストロンチウム、鉄などの六方晶系フェライト磁性粉末を構成する主要元素の一部を他の元素で置換することは、この磁性粉末の磁気特性を向上させる手法として極めて有効である。 Further, in order to further improve the properties of this hexagonal ferrite magnetic powder, studies on substitution elements and compositions have been made vigorously. For example, it is known that magnetic properties can be improved by substituting barium, strontium, and part of iron with other elements (for example, JP-A-10-149910, JP-A-2000-323317, JP-A-2000-323317, and JP-A-2000-323317. Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2001-052912). In particular, substituting a portion of Ba or Sr with lanthanum (La), which is a rare earth element, and further substituting a portion of iron with cobalt, which is a transition metal element, significantly improves magnetic properties such as coercive force and saturation magnetization. is publicly known (for example, JP-A-2000-331813, JP-A-2001-068319, JP-A-2005-259751, JP-A-2005-268784). Replacing some of the main elements such as barium, strontium, and iron constituting the hexagonal ferrite magnetic powder with other elements is an extremely effective technique for improving the magnetic properties of the magnetic powder.

非特許文献1には、六方晶系フェライトとは結晶構造が異なるスピネルフェライト構造を有する酸化鉄磁性粉末において、磁性粉末中の陽イオンと陰イオンの電荷のバランスが化学的量論比から逸脱するように鉄の一部をコバルトやニッケル、リチウムなどの元素で置換する技術が記載されている。 Non-Patent Document 1 describes that in an iron oxide magnetic powder having a spinel ferrite structure with a crystal structure different from that of hexagonal ferrite, the charge balance of cations and anions in the magnetic powder deviates from the stoichiometric ratio. A technique for substituting a portion of iron with elements such as cobalt, nickel, and lithium is described as follows.

特開平10-149910号公報JP-A-10-149910 特開2000-323317号公報JP-A-2000-323317 特開2001-052912号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-052912 特開2000-331813号公報JP-A-2000-331813 特開2001-068319号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-068319 特開2005-259751号公報JP-A-2005-259751 特開2005-268784号公報)Japanese Patent Laid-Open No. 2005-268784)

M.Kishimoto,他2名、"Coercive force of Co-Ni-Li spinel ferrite particles synthesized through co-precipitation, hydrothermal treatment, and etching in hydrochloric acid",Japan.J.Appl.Phys,Vol.59(2020)085002.M. Kishimoto, et al., "Coercive force of Co-Ni-Li spinel ferrite particles synthesized through co-precipitation, hydrothermal treatment, and etching in hydrochloric acid", Japan. J. Appl. Phys, Vol. 59 (2020) 085002.

(従来技術の問題点)
特許文献1-7に記載されているように、バリウムフェライトやストロンチウムフェライトに代表される六方晶系フェライト磁性粉末は、コストパフォーマンスに優れた永久磁石用の材料として多量に使用され、さらなる改良がなされている。また改良の手段とて、バリウムやストロンチウム、鉄などの一部をコバルトやランタンなどの他元素で置換する手法が主流となっている。
磁気特性を向上させる上で元素置換を行う場合、例えば上述したバリウムやストロンチウム、鉄の一部をランタンやコバルトで置換する方法においては、目的とする特性を発現させるには、置換する元素を特定位置に正確に配置することが必要で、その制御に困難を伴うことが課題である。
(Problem of conventional technology)
As described in Patent Documents 1 to 7, hexagonal ferrite magnetic powders represented by barium ferrite and strontium ferrite are widely used as materials for permanent magnets with excellent cost performance, and further improvements have been made. ing. As a means of improvement, a method of substituting a part of barium, strontium, iron, etc. with other elements such as cobalt or lanthanum has become mainstream.
When element substitution is performed to improve magnetic properties, for example, in the above-described method of partially substituting barium, strontium, or iron with lanthanum or cobalt, in order to develop the desired properties, the element to be substituted must be specified. The problem is that it is necessary to place them in a precise position, and it is difficult to control them.

なお、非特許文献1には、六方晶系フェライトではなく、スピネルフェライトの酸化鉄磁性粉末において、鉄の一部をコバルトやニッケルリチウムなどで置換することで、保磁力を増大させる技術が記載されている。しかしながら、非特許文献1のスピネルフェライトの結晶構造は、比較的簡単な構造であり、200℃程度の加熱処理でLiを添加することが可能であるが、六方晶系フェライトは構造が複雑であり、スピネルフェライトの製造方法をそのまま六方晶系フェライトに適用しても、コバルトやニッケルリチウムなどで置換された磁性粉末をうることはできない問題がある。 Non-Patent Document 1 describes a technique for increasing the coercive force by substituting part of the iron with cobalt, nickel-lithium, or the like in iron oxide magnetic powder of spinel ferrite instead of hexagonal ferrite. ing. However, the crystal structure of the spinel ferrite of Non-Patent Document 1 is a relatively simple structure, and it is possible to add Li by heat treatment at about 200 ° C., but the structure of hexagonal ferrite is complicated. However, even if the manufacturing method of spinel ferrite is directly applied to hexagonal ferrite, there is a problem that it is impossible to obtain a magnetic powder substituted with cobalt, nickel-lithium, or the like.

本発明は、六方晶フェライトにおいて、簡易な方法で保磁力の高い磁性粉末材料を得ることを技術的課題とする。 A technical object of the present invention is to obtain a magnetic powder material having a high coercive force in a hexagonal ferrite by a simple method.

前記技術的課題を解決するために、請求項1に記載の発明の磁性粉末材料は、
AをBa,Sr,Pbのいずれかの元素とし、xを0.12以上1.8以下とした場合に、一般に化学式AFe12-xLix19で表される鉄の一部がリチウムで置換された六方晶フェライト粒子からなることを特徴とする。
In order to solve the technical problem, the magnetic powder material of the invention according to claim 1 is
When A is any element of Ba, Sr, and Pb, and x is 0.12 or more and 1.8 or less, a part of the iron generally represented by the chemical formula AFe 12-x Li x O 19 is lithium. It is characterized by comprising substituted hexagonal ferrite particles.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の磁性粉末材料において、
印加磁界1350kA/mで測定したときの保磁力が443~787kA/mであることを特徴とする。
The invention according to claim 2 is the magnetic powder material according to claim 1,
It is characterized by a coercive force of 443 to 787 kA/m when measured with an applied magnetic field of 1350 kA/m.

請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の磁性粉末材料において、
粒子が板状形状であることを特徴とする。
The invention according to claim 3 is the magnetic powder material according to claim 1 or 2,
The particles are characterized by having a plate-like shape.

請求項4に記載の発明は、請求項1ないし3のいずれかに記載の磁性粉末材料において、
結晶構造がマグネトプラム型あるいはフェロクスプレーナ型の六方晶フェライトである。
The invention according to claim 4 is the magnetic powder material according to any one of claims 1 to 3,
It is a hexagonal ferrite with a magnetoplum-type or ferrox-planar-type crystal structure.

請求項5に記載の発明は、請求項1ないし4のいずれかに記載の磁性粉末材料において、
磁界配向処理が施されたことを特徴とする。
The invention according to claim 5 is the magnetic powder material according to any one of claims 1 to 4,
It is characterized by being subjected to magnetic field orientation treatment.

前記技術的課題を解決するために、請求項6に記載の発明の永久磁石は、
請求項1ないし5のいずれかに記載の磁性粉末材料を使用したことを特徴とする。
In order to solve the technical problem, the permanent magnet of the invention according to claim 6 is
A magnetic powder material according to any one of claims 1 to 5 is used.

前記技術的課題を解決するために、請求項7に記載の発明の磁性粉末材料の製造方法は、
AをBa,Sr,Pbのいずれかの元素とした場合に、六方晶フェライトを構成する比率のAのイオンおよび鉄のイオンと、リチウムイオンとが溶けた水溶液に、アルカリ溶液を混合して、共沈物を作成する工程と、
共沈物が懸濁液の状態で融剤を添加する工程と、
融剤が添加された共沈物を加熱して結晶成長させる熱処理の工程と、
熱処理がされた後の物質から融剤を除去して、鉄の一部がリチウムで置換された六方晶フェライト粒子からなる磁性粉末材料を得る工程と、
を実行することを特徴とする。
In order to solve the technical problem, the method for producing a magnetic powder material of the invention according to claim 7 comprises:
When A is any element of Ba, Sr, and Pb, an alkaline solution is mixed with an aqueous solution in which ions of A and iron ions in proportions constituting hexagonal ferrite and lithium ions are dissolved, creating a coprecipitate;
adding a flux while the coprecipitate is in suspension;
a heat treatment step of heating the coprecipitate to which the flux has been added to grow crystals;
a step of removing the flux from the heat-treated material to obtain a magnetic powder material consisting of hexagonal ferrite particles in which a portion of the iron is replaced with lithium;
is characterized by executing

請求項8に記載の発明は、請求項7に記載の磁性粉末材料の製造方法において、
融点より0℃~200℃高い温度で前記熱処理の工程を行うことを特徴とする。
The invention according to claim 8 is the method for producing a magnetic powder material according to claim 7,
It is characterized in that the heat treatment step is performed at a temperature higher than the melting point by 0° C. to 200° C.

請求項1,6,7に記載の発明によれば、鉄の一部がリチウムに置換された六方晶フェライトを得ることができ、簡易な方法で保磁力の高い磁性粉末材料を得ることができる。
請求項2に記載の発明によれば、保磁力が443~787kA/mの磁性粉末材料を得ることができる。
請求項3に記載の発明によれば、板状の磁性粉末材料を得ることができ、磁化容易軸を一方向に揃えるための配向処理により、磁力の高い磁石を得やすくなる。
請求項4に記載の発明によれば、マグネトプラム型あるいはフェロクスプレーナ型などに代表される六方晶フェライトを得ることができる。
請求項5に記載の発明によれば、高い角形比の粉末材料を得ることができる。
請求項8に記載の発明によれば、融点より0℃~200℃高い温度の熱処理で、粒子サイズがより大きな磁性粉末材料を得ることができる。
According to the inventions of claims 1, 6, and 7, hexagonal ferrite in which a portion of iron is substituted with lithium can be obtained, and a magnetic powder material with high coercive force can be obtained by a simple method. .
According to the second aspect of the invention, a magnetic powder material having a coercive force of 443 to 787 kA/m can be obtained.
According to the third aspect of the invention, a plate-shaped magnetic powder material can be obtained, and the orientation treatment for aligning the axes of easy magnetization in one direction facilitates obtaining a magnet with high magnetic force.
According to the fourth aspect of the invention, hexagonal ferrite represented by magnetoplum type or ferrox planar type can be obtained.
According to the fifth aspect of the invention, a powder material with a high squareness ratio can be obtained.
According to the eighth aspect of the invention, a magnetic powder material having a larger particle size can be obtained by heat treatment at a temperature 0° C. to 200° C. higher than the melting point.

実施例1において、フラックス中熱処理を施す前のリチウム置換ストロンチウムフェライト粒子の前駆体となる粒子の透過型電子顕微鏡写真。1 is a transmission electron micrograph of particles that are precursors of lithium-substituted strontium ferrite particles before heat treatment in flux in Example 1. FIG. 実施例1において、融剤中熱処理を施したリチウム置換ストロンチウムフェライト粒子の透過型電子顕微鏡写真。1 is a transmission electron micrograph of lithium-substituted strontium ferrite particles subjected to heat treatment in a flux in Example 1. FIG. 実施例1において、融剤中熱処理を施したリチウム置換ストロンチウムフェライト粒子のX線回折図。2 is an X-ray diffraction diagram of lithium-substituted strontium ferrite particles subjected to heat treatment in a flux in Example 1. FIG. 実施例1において、融剤中熱処理を施したリチウム置換ストロンチウムフェライト粒子の磁化曲線。3 is a magnetization curve of lithium-substituted strontium ferrite particles subjected to heat treatment in a flux in Example 1. FIG. 実施例2において、融剤中熱処理を施したリチウム置換バリウムフェライト粒子の透過型電子顕微鏡写真。4 is a transmission electron micrograph of lithium-substituted barium ferrite particles subjected to heat treatment in a flux in Example 2. FIG.

次に図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。
なお、以下の図面を使用した説明において、理解の容易のために説明に必要な部材以外の図示は適宜省略されている。
Embodiments of the present invention will now be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the following embodiments.
It should be noted that in the following explanation using the drawings, illustration of members other than those necessary for the explanation is omitted as appropriate for ease of understanding.

本発明の磁性粉末材料は、鉄の一部がリチウムで置換されたバリウムフェライトやストロンチウムフェライトなどの六方晶フェライト粒子で、通常板状形状を有し、極めて大きな保磁力を有する磁性粉末材料であり、永久磁石用として最適な磁性粉末材料となる。 The magnetic powder material of the present invention is a hexagonal ferrite particle such as barium ferrite or strontium ferrite in which part of the iron is replaced with lithium, and generally has a plate-like shape and has an extremely large coercive force. , it becomes the optimum magnetic powder material for permanent magnets.

本発明の磁性粉末材料の製造方法であるが、基本的な方法として、六方晶フェライトの基本構成元素である鉄やバリウム、ストロンチウムに置換元素であるリチウムを含有する共沈物を作製し、水を含有した状態で臭化カリウム(KBr)など融剤を添加して溶解し、その後水を乾燥除去し、鉄やバリウム、ストロンチウム、リチウムなどの元素の共沈物と融剤の混合物を融剤(KBr)の融点以上の温度で加熱処理する。融剤(KBr)の融点まで昇温すると液相のKBr中に酸化物粒子が分散した状態となる。この処理(溶融塩処理、フラックス処理)により、鉄やバリウム、ストロンチウム、リチウムなどの元素の共沈物が液状の融剤中で六方晶フェライト粒子に結晶成長する。その後、室温まで温度を下げると、KBrは液体から固体となるが、KBrは水溶性であるため、水洗により融剤を除去することが可能である。このように融剤を除去することにより、鉄の一部がリチウムで置換された六方晶フェライト粒子を得ることができる。 As a basic method for producing the magnetic powder material of the present invention, a coprecipitate containing iron, barium, and strontium, which are basic constituent elements of hexagonal ferrite, and lithium, which is a substituting element, is prepared. is added to dissolve a flux such as potassium bromide (KBr) in a state containing the Heat treatment is performed at a temperature higher than the melting point of (KBr). When the temperature is raised to the melting point of the flux (KBr), the oxide particles are dispersed in the KBr in the liquid phase. By this treatment (molten salt treatment, flux treatment), coprecipitates of elements such as iron, barium, strontium, and lithium crystal grow into hexagonal ferrite particles in the liquid flux. After that, when the temperature is lowered to room temperature, KBr changes from a liquid to a solid, but since KBr is water-soluble, the flux can be removed by washing with water. By removing the flux in this way, it is possible to obtain hexagonal ferrite particles in which part of the iron is replaced with lithium.

このような六方晶フェライト粒子の結晶構造としては、マグネトプラム型やフェロクスプレーナ型など多くの異なる結晶構造が知られているが、特に限定されるものではなく、共沈物作製時の各金属イオンの組成比により、各種の結晶構造の六方晶フェライト粒子に対応できる。リチウムの置換量としては、Li/(Li+Fe)で表して、1~15モル%とすることが好ましい。リチウムの置換量が1モル%より少ない場合は、十分な保磁力向上の効果が得られにくい。一方、リチウムの置換量が15モル%より多いとFeをLiで完全に置換することが困難になり、その結果置換し切れないLiが酸化物となって残留し飽和磁化が低下し易くなる。したがってリチウムの置換量としては1~15モル%の範囲とすることが好ましい。
なお、AをBa,Sr,Pbのいずれかの元素とし、鉄の一部がリチウムで置換された六方晶フェライト粒子を化学式AFe12-xLix19で表した場合、リチウムが1~15モル%置換された状態は、xが0.12~1.8となることに相当する。
As the crystal structure of such hexagonal ferrite particles, many different crystal structures such as the magnetoplum type and the ferrox planer type are known. Depending on the composition ratio of ions, hexagonal ferrite particles with various crystal structures can be handled. The substitution amount of lithium is preferably 1 to 15 mol % expressed as Li/(Li+Fe). When the amount of lithium substituted is less than 1 mol %, it is difficult to obtain a sufficient effect of improving the coercive force. On the other hand, if the substitution amount of lithium is more than 15 mol %, it becomes difficult to completely substitute Li for Fe, and as a result, Li that cannot be completely substituted remains as an oxide, which tends to lower the saturation magnetization. Therefore, the substitution amount of lithium is preferably in the range of 1 to 15 mol %.
When A is any element of Ba, Sr, and Pb, and hexagonal ferrite particles in which iron is partially substituted with lithium are represented by the chemical formula AFe 12-x Li x O 19 , lithium is 1 to 15. The mol % substituted state corresponds to x being between 0.12 and 1.8.

またリチウムは、バリウムやストロンチウムなどのアルカリ土類金属の置換も可能であるが、高い保磁力を得るうえで鉄を置換することが最も効果的である。さらにリチウムと同時にコバルトやニッケルなど他の元素で置換することも可能である。このような場合でもリチウムは鉄が本来占有するサイトに存在する元素に対して上述した範囲で置換することが好ましい。 Lithium can replace alkaline earth metals such as barium and strontium, but it is most effective to replace iron in order to obtain a high coercive force. Furthermore, it is also possible to replace lithium with other elements such as cobalt and nickel at the same time. Even in such a case, it is preferable to substitute lithium within the above-mentioned range for the element existing at the site originally occupied by iron.

(製造方法の詳細な説明)
本発明の実施の形態の磁性粉末材料としてのリチウム置換六方晶フェライト粒子を作製するためにはバリウム、ストロンチウム、鉄などの基本構成元素とリチウムの水酸化物が出発物質となる。
まず、これらの元素イオン(Ba,Sr,Fe,Liイオン)を含有する水溶液に、これらのイオンを水酸化物とするために必要なモル数のアルカリ水溶液を加えてこれらのイオンの水酸化物を共沈物として作製する。なお、イオン源としては特に限定されるものではなく、これらの金属元素(Ba,Sr,Fe,Li)の塩化物、硝酸塩、硫酸塩などの金属塩が使用できる。
(Detailed description of manufacturing method)
In order to produce the lithium-substituted hexagonal ferrite particles as the magnetic powder material of the embodiment of the present invention, starting materials are basic constituent elements such as barium, strontium and iron, and hydroxides of lithium.
First, to an aqueous solution containing these element ions (Ba, Sr, Fe, Li ions), an alkaline aqueous solution with the number of moles required to convert these ions into hydroxides is added to produce hydroxides of these ions. is prepared as a coprecipitate. The ion source is not particularly limited, and metal salts such as chlorides, nitrates and sulfates of these metal elements (Ba, Sr, Fe, Li) can be used.

またアルカリの濃度としては、金属イオンの水酸化物を作るために必要なモル数の1.5~5倍モル等量とアルカリ過剰とすることが好ましい。アルカリ源としては特に限定されるものではなく、水酸化ナトリウムや水酸化カリウムなどが好ましいアルカリ源として使用できる。また六方晶フェライト粒子を構成した際に、鉄イオンは3価となるため、共沈物作製時の鉄イオンは3価イオンを使用することが好ましい。
また、リチウムイオンは通常1価であるが、これは本発明により初めて見出された重要な知見であり、磁性粉末中の陽イオンと陰イオンの電荷のバランスが化学的量論比から逸脱する目的において、できるだけ価数の小さい1価のリチウムは最適な置換元素となる。
The concentration of alkali is preferably 1.5 to 5 times the number of moles required to form the hydroxide of the metal ion, that is, excess alkali. The alkali source is not particularly limited, and sodium hydroxide, potassium hydroxide, and the like can be used as preferred alkali sources. In addition, since iron ions become trivalent when hexagonal ferrite particles are formed, it is preferable to use trivalent iron ions when preparing a coprecipitate.
Lithium ions are usually monovalent, but this is an important finding discovered for the first time by the present invention. For the purpose, monovalent lithium with the lowest possible valence is the optimum substitution element.

このようにして得た共沈物は、水洗によりアルカリ成分を除去した後、懸濁液の状態で融剤を添加して溶解する。このように懸濁液の状態で使用することが極めて重要で、一度乾燥させてしまうと粒子は強固に凝集してしまい、その後再分散することは極めて困難になる。その結果、次の工程である熱処理による結晶成長させると粒子サイズ分布の広い粒子となりやすいためである。融剤としては、例えばKBr,FK,NaCl,LiBr等が好ましいものとして使用できるが、これらの融剤は粒子を任意の大きさに結晶させる目的で使用するものであるため、これらの種類に限定されるものではなく、目的とする粒子サイズに応じて各種融剤が使用できる。 The thus-obtained coprecipitate is washed with water to remove alkaline components, and then dissolved in a suspension state by adding a flux. It is very important to use the suspension in this way. Once dried, the particles are strongly agglomerated, and it is extremely difficult to redisperse them. As a result, the grains tend to have a wide grain size distribution when crystals are grown by heat treatment in the next step. As the flux, for example, KBr, FK, NaCl, LiBr, etc. can be preferably used. However, since these fluxes are used for the purpose of crystallizing particles to an arbitrary size, they are limited to these types. Various fluxes can be used depending on the desired particle size.

次に、融剤が溶解された共沈物を加熱して結晶成長のための熱処理をする。結晶成長の度合いは、一般的に融剤中での加熱処理温度が高いほど大きくなり、目的とする粒子サイズに応じて、融点の異なる各種の融剤を選択することができる。この加熱処理温度は、融剤の融点以上の温度であり、融剤が熱で溶融して、融剤中で粒子が流動して粒子が会合して結晶成長する。加熱処理温度は、融点より0℃~200℃程度高い温度内に設定することが好ましい。融点に対する温度が高いほうが、結晶成長が促進され、サイズの大きな粒子が得られやすいため好ましいが、融点+200℃以上になると、加熱に必要なエネルギーが多く必要になるとともに、融剤そのものが変質する恐れがある。一方で、加熱処理温度が融点に近い(融点+0℃)場合は、流動性が不十分になる恐れがある。したがって、加熱処理温度は、融点+0℃~200℃が好ましく、特に、融点+100℃程度が好ましい。したがって、例えば融剤として臭化カリウム(KBr)を使用する場合には、その融点は734℃であるため、734~934℃程度の温度範囲で使用することが好ましい。 Next, the coprecipitate in which the flux is dissolved is heated for heat treatment for crystal growth. Generally, the higher the heat treatment temperature in the flux, the greater the degree of crystal growth, and various fluxes with different melting points can be selected according to the desired particle size. The temperature of this heat treatment is a temperature higher than the melting point of the flux, and the flux is melted by heat, the particles flow in the flux, and the particles coalesce to grow crystals. The heat treatment temperature is preferably set within a range of about 0° C. to 200° C. higher than the melting point. A higher temperature relative to the melting point is preferable because it promotes crystal growth and makes it easier to obtain large-sized particles. There is fear. On the other hand, if the heat treatment temperature is close to the melting point (melting point+0° C.), the fluidity may be insufficient. Therefore, the heat treatment temperature is preferably +0°C to 200°C, more preferably +100°C. Therefore, for example, when potassium bromide (KBr) is used as a flux, it is preferably used within a temperature range of about 734 to 934°C because its melting point is 734°C.

次に、融剤中熱処理により結晶成長させて得られた粒子は、水洗により融剤を除去する。例えば融剤にKBrを使用する場合、KBrは水に容易に溶解するため、坩堝ごと水に漬けてKBrを溶解した後、デカンテーションを繰り返すことで容易に除去することができる。 Next, the particles obtained by crystal growth by the heat treatment in the flux are washed with water to remove the flux. For example, when KBr is used as a flux, since KBr is easily dissolved in water, it can be easily removed by immersing the crucible in water to dissolve KBr and then repeating decantation.

次に、水洗により融剤を除去した後、残った粒子をろ過、乾燥して取り出す。この高温で融剤中熱処理を行うことにより、熱処理温度に応じて100~500nmの粒子サイズに結晶成長したリチウムなどの元素で置換された六方晶構造を有する粒子を得ることができる。このように融剤中で結晶された粒子は、その結晶構造を反映して、通常六角板状を有する。このような板状形状を有する粒子が得られることは、大きな保磁力が得られることと並行して本発明の極めて重要な特徴であり、本発明の製造法により初めて得られたものである。このような板状形状を有することは例えば永久磁石などで磁化容易軸を一方向に揃えるための配向処理を行う場合に極めて有用で、磁界による磁化容易軸の配向だけでなく、板状形状を有することによる機械的配向も加わるためである。 Next, after removing the flux by washing with water, the remaining particles are removed by filtering and drying. By performing the heat treatment in the flux at such a high temperature, it is possible to obtain particles having a hexagonal structure substituted with an element such as lithium grown to a particle size of 100 to 500 nm depending on the heat treatment temperature. The grains crystallized in the flux in this way usually have a hexagonal plate shape reflecting the crystal structure. The ability to obtain particles having such a plate-like shape is an extremely important feature of the present invention in parallel with obtaining a large coercive force, and was obtained for the first time by the production method of the present invention. Having such a plate-like shape is extremely useful, for example, when performing an orientation treatment for aligning the axis of easy magnetization in a permanent magnet or the like. This is because the mechanical orientation is also added by having.

(実施の形態の作用)
このようにして得られたリチウム置換した六方晶フェライト粒子は、印加磁界1350kA/m(17000Oe)で測定したときの保磁力としては443~787kA/m、磁化量としては58Am2/kg程度で、粒子サイズとしては100~500nmの範囲の通常板状形状の磁性粉末が得られ、高い保磁力と適度な飽和磁化を同時に有し、さらに磁界および機械配向に最適な形状と粒子サイズを有する永久磁石用として最適な磁性粉末材料となる。なお、実施の形態の作製方法では、保磁力が300~1000kA/m、磁化量が45~70Am2/kg、角形比が0.80~1.0程度の磁性粉末が得られることが期待される。
(Action of Embodiment)
The lithium-substituted hexagonal ferrite particles thus obtained have a coercive force of 443 to 787 kA/m and a magnetization of about 58 Am 2 /kg when measured in an applied magnetic field of 1350 kA/m (17000 Oe). A magnetic powder having a particle size in the range of 100 to 500 nm and having a generally plate-like shape is obtained. A permanent magnet having a high coercive force and moderate saturation magnetization at the same time, and having an optimal shape and particle size for magnetic field and mechanical orientation. It becomes the optimum magnetic powder material for use. In the production method of the embodiment, it is expected that a magnetic powder having a coercive force of 300 to 1000 kA/m, a magnetization amount of 45 to 70 Am 2 /kg, and a squareness ratio of about 0.80 to 1.0 can be obtained. be.

従来技術の製造方法で作製された磁性材料では、一般に保磁力は400kA/m以上を得るのは困難であったが、実施の形態の磁性材料では、保磁力400kA/m以上を容易に実現でき、従来に比べて、保磁力の高い磁性材料を得ることができる。特に、実施の形態では、共沈物に融剤を添加した後で熱処理を行うだけで、リチウムの置換を行うことができ、従来技術のランタンやコバルトで置換する方法のように、置換する元素を特定位置に正確に配置する制御の必要がない。よって、実施の形態では、容易に高保磁力の磁性材料を得ることができる。
また、実施の形態では、フラックス処理を行って、鉄の一部がリチウムで置換された六方晶フェライト粒子を得ている。非特許文献1に記載のスピネルフェライトでは、構造が簡単であるため、オートクレーブを使用して、200℃程度の加熱処理でLiを添加することが可能である。これに対して、実施の形態の六方晶フェライトでは、構造が複雑であるため、800℃程度の高温処理が不可欠となり、実施の形態のフラックス処理が必要となる。すなわち、実施の形態では、非特許文献1に記載の処理方法とは異なり、本願により初めて見出された処理方法であるフラックス処理を行うことにより、初めて鉄の一部がリチウムで置換された六方晶フェライト粒子を実現できたものである。
It was generally difficult to obtain a coercive force of 400 kA/m or more with a magnetic material produced by a conventional manufacturing method, but the magnetic material of the embodiment can easily achieve a coercive force of 400 kA/m or more. , it is possible to obtain a magnetic material having a higher coercive force than the conventional one. In particular, in the embodiment, the substitution of lithium can be performed only by performing heat treatment after adding the flux to the coprecipitate, and the element to be substituted can be There is no need for control to precisely place the to a specific position. Therefore, in the embodiment, a magnetic material with high coercive force can be easily obtained.
Further, in the embodiment, flux treatment is performed to obtain hexagonal ferrite particles in which part of iron is replaced with lithium. Since the spinel ferrite described in Non-Patent Document 1 has a simple structure, it is possible to add Li by heat treatment at about 200° C. using an autoclave. On the other hand, since the hexagonal ferrite of the embodiment has a complicated structure, a high temperature treatment of about 800° C. is indispensable, and the flux treatment of the embodiment is necessary. That is, in the embodiment, unlike the treatment method described in Non-Patent Document 1, by performing the flux treatment, which is a treatment method first discovered by the present application, for the first time, a hexagonal It was possible to realize crystal ferrite particles.

次に実施の形態の製造方法について詳細な製造方法(実施例)を説明するが、以下の実施例において磁性粉末の保磁力および飽和磁化は、試料振動型磁力計を使用して、室温で最大印加磁界1350kA/m(17000Oe)で測定したときの値を示す。
以下、本発明の実施例を記載してより具体的に説明するが、ここに記載した実施例だけに限定されるものではないことは言うまでもない。特に本実施例では、マグネトプラム型の六方晶フェライトを得るための組成を例に挙げてリチウム置換する方法について説明するが、この構造に限定さるものではないことは言うまでもない。また構成元素としては、六方晶フェライトを構成する基本元素であるストロンチウム、バリウム、鉄を用いた例を示したが、これらの元素だけでなくランタンやコバルトなどの置換元素にさらにリチウム置換することも可能であることは言うまでもない。
Next, a detailed manufacturing method (example) will be described with respect to the manufacturing method of the embodiment. Values are shown when measured with an applied magnetic field of 1350 kA/m (17000 Oe).
Hereinafter, the present invention will be described more specifically by describing examples, but it goes without saying that the present invention is not limited to the examples described here. In particular, in this example, the method of lithium replacement will be described by taking a composition for obtaining a magnetoplum-type hexagonal ferrite as an example, but it goes without saying that the structure is not limited to this. As the constituent elements, an example using strontium, barium, and iron, which are the basic elements that make up the hexagonal ferrite, was shown. It goes without saying that it is possible.

(実施例1)
<リチウム置換ストロンチウムフェライト粒子の作製例1>
1000mLのビーカーを使って、0.05モルの塩化ストロンチウム塩、0.57モルの塩化第二鉄塩、0.03モルの塩化リチウム塩を500gの水に溶解した。次に、2500mLのビーカーを使って、5.7モルの水酸化ナトリウムを1000gの水に溶解した。この塩化ストロンチウム、塩化第二鉄、塩化リチウムからなる水溶液を水酸化ナトリウムの水溶液に加えて10分間攪拌しストロンチウム、鉄、リチウムからなる共沈物を生成させた。
次にこの共沈物をデカンテーションにより中性になるまで水洗した。その後1時間程度放置して共沈物を沈殿させ、上澄み液を除去した後、融剤として1.8モルの臭化カリウムをこの懸濁液を加え、攪拌しながら臭化カリウムを溶解混合した。
(Example 1)
<Preparation example 1 of lithium-substituted strontium ferrite particles>
Using a 1000 mL beaker, 0.05 mol of strontium chloride salt, 0.57 mol of ferric chloride salt, 0.03 mol of lithium chloride salt were dissolved in 500 g of water. Next, 5.7 moles of sodium hydroxide was dissolved in 1000 g of water using a 2500 mL beaker. This aqueous solution of strontium chloride, ferric chloride and lithium chloride was added to an aqueous solution of sodium hydroxide and stirred for 10 minutes to form a coprecipitate of strontium, iron and lithium.
Next, this coprecipitate was washed with water by decantation until it became neutral. After that, the mixture was allowed to stand for about 1 hour to precipitate a coprecipitate, and after removing the supernatant liquid, 1.8 mol of potassium bromide was added as a flux to this suspension, and the potassium bromide was dissolved and mixed with stirring. .

次にこの混合物を金属バットに広げてオーブンに入れ、90℃で約1日間乾燥して、水分を除去した。この乾燥混合物を解砕した後、坩堝に入れ、マッフル炉を使って830℃で1時間加熱処理した。この融剤中熱処理により、共沈物粒子は六方晶構造を有するリチウムで置換されたストロンチウムフェライト粒子に結晶成長する。
最後にこの加熱処理物を坩堝ごと水に浸し、水洗により臭化カリウムを溶解除去して、リチウムで置換された粒子を取り出し、空気中で乾燥させてリチウム置換ストロンチウムフェライト粒子を得た。
このようにして得られた粒子は、透過型電子顕による粒子形状観察、X線回折による構造解析および試料振動型磁力計による磁気特性を調べた。
The mixture was then spread on a metal vat and placed in an oven and dried at 90°C for about 1 day to remove moisture. After pulverizing this dry mixture, it was placed in a crucible and heat-treated at 830° C. for 1 hour using a muffle furnace. By this heat treatment in the flux, the coprecipitate particles crystallize into lithium-substituted strontium ferrite particles having a hexagonal crystal structure.
Finally, the heat-treated product was immersed in water together with the crucible, and the potassium bromide was dissolved and removed by washing with water.
The particles thus obtained were subjected to particle shape observation by a transmission electron microscope, structural analysis by X-ray diffraction, and magnetic properties by a sample vibrating magnetometer.

図1に、ストロンチウム、鉄、リチウムの水酸化物からなる共沈物の透過型電子顕微鏡写真を示す。
図2に、この共沈物を融剤中熱処理を施し、結晶成長させたリチウム置換ストロンチウムフェライト粒子の透過型電子顕微鏡写真を示す。
図3に、このリチウム置換ストロンチウムフェライト粒子のX線回折図を示す。
図4に、このリチウム置換ストロンチウムフェライト粒子の磁化曲線を示す。
図1から、サイズが数ナノメートルの微細な粒子の集合体であることがわかる。
また、図2から、粒子サイズが100ナノメートル程度の概六角形の板状粒子から構成されていることがわかる。
図3に示すX線回折図の回折ピークは公知のマグネトプラム型の六方晶フェライトのピークと一致し、この粒子がマグネトプラム型の六方晶フェライトであることがわかる。
図4から、最大印加磁界1350kA/m(17000Oe)で測定したときの保磁力は468kA/m(5870Oe)で、1350kA/mでの磁化量は59.5Am2/kg(59.5emu/g)であった。また印加磁界1350kA/mにおける角形比(印加磁界ゼロでの磁化量/1350kA/mでの磁化量)は0.550であった。
FIG. 1 shows a transmission electron micrograph of a coprecipitate composed of hydroxides of strontium, iron and lithium.
FIG. 2 shows a transmission electron micrograph of lithium-substituted strontium ferrite particles obtained by subjecting this coprecipitate to heat treatment in a flux to allow crystal growth.
FIG. 3 shows an X-ray diffraction pattern of the lithium-substituted strontium ferrite particles.
FIG. 4 shows the magnetization curve of the lithium-substituted strontium ferrite particles.
From FIG. 1, it can be seen that it is an aggregate of fine particles with a size of several nanometers.
Further, from FIG. 2, it can be seen that the particles are composed of approximately hexagonal tabular particles with a particle size of about 100 nanometers.
The diffraction peaks in the X-ray diffraction diagram shown in FIG. 3 coincide with the peaks of known magnetoplum-type hexagonal ferrite, indicating that the particles are magnetoplum-type hexagonal ferrite.
From FIG. 4, the coercive force measured at the maximum applied magnetic field of 1350 kA/m (17000 Oe) is 468 kA/m (5870 Oe), and the magnetization at 1350 kA/m is 59.5 Am 2 /kg (59.5 emu/g). Met. The squareness ratio (magnetization amount at zero applied magnetic field/magnetization amount at 1350 kA/m) at an applied magnetic field of 1350 kA/m was 0.550.

このように高い保磁力が得られる原因については明らかではないが、既述したように3価の鉄の一部1価のリチウムイオンで置換することにより粒子中の陽イオンと陰イオンの電荷のバランスが化学的量論比から逸脱し、その結果粒子内に空孔や格子の欠陥のようなものが生成して、この欠陥が磁化反転を妨げるように作用し、保磁力が増大すると考察される。いずれにしても、このように価数のアンバランスの状態で保磁力が著しく増大する現象は本発明より初めて見出されたものである。 Although the reason why such a high coercive force is obtained is not clear, as described above, by substituting a portion of the trivalent iron with monovalent lithium ions, the charges of the cations and anions in the particles are reduced. It is considered that the balance deviates from the stoichiometric ratio, resulting in the formation of vacancies and lattice defects in the particles, which act to prevent magnetization reversal and increase the coercive force. be. In any case, the phenomenon that the coercive force remarkably increases in such an unbalanced state of valences was found for the first time in the present invention.

(実施例2)
<リチウム置換ストロンチウムフェライト粒子の作製例2>
実施例1におけるリチウム置換ストロンチウムフェライト粒子の作製において、0.57モルの塩化第二鉄塩を0.56モルに、塩化リチウム塩を0.03モルから0.04モルに変更した以外は実施例1と同様にして共沈物を作製し、融剤を加えて融剤中熱処理を行いリチウム置換ストロンチウムフェライト粒子を作製した。この粒子もほぼマグネトプラム型の六方晶フェライトであることをX線回折で確認した。また透過型電子顕微写真から粒子サイズは100ナノメートル程度の概六角形の板状粒子であることが分かった。磁気特性は、保磁力が485kA/m(6080Oe)で、1350kA/mでの磁化量は57.7Am2/kg(57.7emu/g)であった。また印加磁界1350kA/mにおける角形比(印加磁界ゼロでの磁化量/1350kA/mでの磁化量)は0.556であった。
(Example 2)
<Preparation example 2 of lithium-substituted strontium ferrite particles>
In the production of lithium-substituted strontium ferrite particles in Example 1, except that 0.57 mol of ferric chloride salt was changed to 0.56 mol and lithium chloride salt was changed from 0.03 mol to 0.04 mol. A coprecipitate was prepared in the same manner as in 1, a flux was added, heat treatment was performed in the flux, and lithium-substituted strontium ferrite particles were prepared. It was confirmed by X-ray diffraction that these particles were also substantially magnetoplum-type hexagonal ferrite. Further, it was found from the transmission electron micrograph that the particles were approximately hexagonal tabular particles with a particle size of about 100 nanometers. As for the magnetic properties, the coercive force was 485 kA/m (6080 Oe) and the magnetization amount at 1350 kA/m was 57.7 Am 2 /kg (57.7 emu/g). The squareness ratio (magnetization amount at zero applied magnetic field/magnetization amount at 1350 kA/m) at an applied magnetic field of 1350 kA/m was 0.556.

(実施例3)
<リチウム置換バリウムフェライト粒子の作製>
実施例1におけるリチウム置換ストロンチウムフェライト粒子の作製において、0.05モルの塩化ストロンチウム塩に替えて、0.05モルの塩化バリウム塩に変更した以外は実施例1と同様にして共沈物を作製し、融剤を加えて融剤中熱処理を行いリチウム置換バリウムフェライト粒子を作製した。この粒子もほぼマグネトプラム型の六方晶フェライトであることをX線回折で確認した。図5にこのリチウム置換バリウムフェライト粒子透過型電子顕微写真を示す。写真から粒子サイズは120ナノメートル程度の概六角形の板状粒子であることが分かる。
磁気特性は、保磁力が443kA/m(5550Oe)で、1350kA/mでの磁化量は59.0Am2/kg(59.0emu/g)であった。また印加磁界1350kA/mにおける角形比(印加磁界ゼロでの磁化量/1350kA/mでの磁化量)は0.545であった。
(Example 3)
<Preparation of lithium-substituted barium ferrite particles>
A coprecipitate was produced in the same manner as in Example 1, except that 0.05 mol of barium chloride was used instead of 0.05 mol of strontium chloride in the preparation of lithium-substituted strontium ferrite particles in Example 1. Then, a flux was added and heat treatment was performed in the flux to prepare lithium-substituted barium ferrite particles. It was confirmed by X-ray diffraction that these particles were also substantially magnetoplum-type hexagonal ferrite. FIG. 5 shows a transmission electron micrograph of the lithium-substituted barium ferrite particles. It can be seen from the photograph that the particles are approximately hexagonal tabular particles with a particle size of about 120 nanometers.
As for the magnetic properties, the coercive force was 443 kA/m (5550 Oe) and the magnetization amount at 1350 kA/m was 59.0 Am 2 /kg (59.0 emu/g). The squareness ratio (magnetization amount at zero applied magnetic field/magnetization amount at 1350 kA/m) at an applied magnetic field of 1350 kA/m was 0.545.

なおこれら実施例においては、2価のストロンチウムやバリウムなどのアルカリ土類元素と3価の鉄からなる六方晶フェライト磁石の基本組成において鉄の一部をリチウムで置換した例について示したが、例えばアルカリ土類元素の一部をランタンで、鉄の一部をコバルトで置換したものにさらに鉄の一部をリチウムで置換するなど複合的な置換を行うことも可能であることは言うまでもない。 In these examples, an example is shown in which a part of the iron is replaced with lithium in the basic composition of the hexagonal ferrite magnet composed of alkaline earth elements such as divalent strontium and barium and trivalent iron. Needless to say, it is possible to perform complex replacement such as replacing part of the alkaline earth elements with lanthanum, part of iron with cobalt, and further replacing part of iron with lithium.

(実施例4)
<リチウム置換ストロンチウムフェライト粒子の磁界配向処理>
実施例2において得られたリチウム置換ストロンチウムフェライト粒子に磁界配向処理を行った。方法としては、この粒子を1g、バインダーとして塩化ビニル系樹脂(MR-104、カネカ製)を0.3gと溶剤としてトルエン380gを容量100ccのジルコニア製のポットに入れ、そこに分散用のビーズとして直径0.1mmのジルコニア製ビーズを100g入れて、遊星ボールミルを使って5時間分散させて磁気塗料を作製した。
磁界配向は以下の手順で行った。この磁気塗料をガラス棒を使ってベースフイルム上にコーティングした。次にこのフイルムを400kA/mの磁界を発生させた電磁石のポールピースの中央付近に挿入し、約10分放置して自然乾燥させて磁気フイルムを作製した。この磁気フイルムの中央付近を1mm×1mm程度切り出し、磁気測定用のサンプルとした。この磁気フイルムの磁界配向方向の角形比(印加磁界ゼロでの磁化量/1350kA/mでの磁化量)は0.918であり、極めて高い配向性を確認した。またこの時の保磁力は787kA/m(9860Oe)であった。このような高い保磁力は、異方性の向きが揃ったことによる効果と、板状粒子が積層配向することにより板状粒子による反磁界による異方性が低下する影響が減少した結果によるものと考えられる。
(Example 4)
<Magnetic orientation treatment of lithium-substituted strontium ferrite particles>
The lithium-substituted strontium ferrite particles obtained in Example 2 were subjected to magnetic field orientation treatment. As a method, 1 g of this particle, 0.3 g of vinyl chloride resin (MR-104, manufactured by Kaneka) as a binder, and 380 g of toluene as a solvent are placed in a zirconia pot with a capacity of 100 cc, and dispersed as beads. 100 g of zirconia beads with a diameter of 0.1 mm were added and dispersed for 5 hours using a planetary ball mill to prepare a magnetic paint.
Magnetic field orientation was performed by the following procedure. The magnetic paint was coated onto the base film using a glass rod. Next, this film was inserted near the center of a pole piece of an electromagnet generating a magnetic field of 400 kA/m, left to stand for about 10 minutes, and naturally dried to prepare a magnetic film. A portion of about 1 mm×1 mm was cut out from the vicinity of the center of this magnetic film and used as a sample for magnetic measurement. The magnetic field orientation direction squareness ratio (magnetization amount at zero applied magnetic field/magnetization amount at 1350 kA/m) of this magnetic film was 0.918, confirming extremely high orientation. The coercive force at this time was 787 kA/m (9860 Oe). Such a high coercive force is due to the effect of aligning the anisotropy direction and the effect of reducing the anisotropy due to the demagnetizing field of the plate-like particles due to the laminated orientation of the plate-like particles. it is conceivable that.

以上述べたように、本発明のリチウム置換六方晶フェライト粒子は、鉄の一部をリチウムで置換することによる保磁力の著しい増大のみでなく、粒子の形状が板状であることに起因する優れた磁界配向性を示す。このような板状形状は融剤中で粒子を結晶成長させていることに起因するものであり、リチウムで置換することによる高い保磁力と同時に本発明の大きな特長の一つである。このような高い保磁力と配向性は、永久磁石として極めて有用である。 As described above, the lithium-substituted hexagonal ferrite particles of the present invention not only have a remarkable increase in coercive force due to the partial replacement of iron with lithium, but are also excellent due to the plate-like shape of the particles. magnetic field orientation. Such a plate-like shape results from the crystal growth of the particles in the flux, and is one of the major features of the present invention as well as the high coercive force due to substitution with lithium. Such high coercive force and orientation are extremely useful as permanent magnets.

(比較例1)
<リチウム置換しないストロンチウムフェライト粒子の作製>
比較例1では、実施例1においてリチウムを添加せず0.57モルの塩化第二鉄塩を0.57モルから0.60に変更した以外はすべて実施例1と同条件でストロンチウムフェライト粒子を作製した。即ちリチウムで置換することなく標準組成の六方晶フェライトであるストロンチウムフェライト粒子を作製した。
最大印加磁界1350kA/m(17000Oe)で測定したときのこの粒子の保磁力は376kA/m(4710Oe)で、1350kA/mでの磁化量は61.1Am2/kg(61.1emu/g)であった。また印加磁界1350kA/mにおける角形比(印加磁界ゼロでの磁化量/1350kA/mでの磁化量)は0.541であった。粒子サイズが120ナノメートル程度の板状粒子から構成されていることがわかった。
(Comparative example 1)
<Preparation of Strontium Ferrite Particles Not Substituted with Lithium>
In Comparative Example 1, strontium ferrite particles were prepared under the same conditions as in Example 1, except that lithium was not added and 0.57 mol of ferric chloride salt was changed from 0.57 mol to 0.60 mol. made. That is, strontium ferrite particles, which are hexagonal ferrite with a standard composition, were produced without substitution with lithium.
The coercivity of this particle when measured at a maximum applied magnetic field of 1350 kA/m (17000 Oe) was 376 kA/m (4710 Oe) and the magnetization at 1350 kA/m was 61.1 Am 2 /kg (61.1 emu/g). there were. The squareness ratio (magnetization amount at zero applied magnetic field/magnetization amount at 1350 kA/m) at an applied magnetic field of 1350 kA/m was 0.541. It was found to consist of plate-like particles with a particle size of about 120 nanometers.

(比較例2)
<リチウム置換しないバリウムフェライト粒子の作製>
比較例2では、実施例3においてリチウムを添加せず塩化第二鉄塩を0.57モルから0.60に変更した以外はすべて実施例3と同条件でバリウムフェライト粒子を作製した。即ちリチウムで置換することなく標準組成の六方晶フェライトであるバリウムフェライト粒子を作製した。
最大印加磁界1350kA/m(17000Oe)で測定したときのこの粒子の保磁力は362kA/m(4540Oe)で、1350kA/mでの磁化量は59.3Am2/kg(59.3emu/g)であった。また印加磁界1350kA/mにおける角形比(印加磁界ゼロでの磁化量/1350kA/mでの磁化量)は0.538であった。粒子サイズが150ナノメートル程度の板状粒子から構成されていることがわかった。
(Comparative example 2)
<Preparation of Barium Ferrite Particles Not Substituted with Lithium>
In Comparative Example 2, barium ferrite particles were produced under the same conditions as in Example 3, except that lithium was not added and the ferric chloride salt was changed from 0.57 mol to 0.60 mol. That is, barium ferrite particles, which are hexagonal ferrite with a standard composition, were produced without substitution with lithium.
The coercivity of this particle when measured at a maximum applied magnetic field of 1350 kA/m (17000 Oe) was 362 kA/m (4540 Oe) and the magnetization at 1350 kA/m was 59.3 Am 2 /kg (59.3 emu/g). there were. The squareness ratio (magnetization amount at zero applied magnetic field/magnetization amount at 1350 kA/m) at an applied magnetic field of 1350 kA/m was 0.538. It was found to consist of tabular particles with a particle size of about 150 nanometers.

次に、実施例と比較例の結果について説明する。実施例1と実施例2では、置換量の異なるリチウム置換ストロンチウムフェライト粒子について説明した。どちらの例もリチウム置換により、保磁力が大幅に増加することを確認した。リチウム置換量の多い実施例2では実施例1に比べて僅かに飽和磁化量は減少しているが、保磁力はより大きくなっている。 Next, the results of Examples and Comparative Examples will be described. In Examples 1 and 2, lithium-substituted strontium ferrite particles with different amounts of substitution were described. In both examples, it was confirmed that the coercive force was greatly increased by the lithium substitution. In Example 2, in which the amount of lithium substitution is large, the saturation magnetization amount is slightly decreased as compared with Example 1, but the coercive force is larger.

実施例3はリチウム置換バリウムフェライト粒子について説明したもので、実施例1,2のリチウム置換ストロンチウムフェライト粒子に比べて、保磁力と飽和磁化は若干低くなるが、六方晶フェライト粒子の鉄の一部をリチウムで置換することにより高い保磁力が得られる現象はストロンチウムフェライトでもバリウムフェライトでも同様であることを確認した。なお実施例では説明しなかったが、このようにリチウム置換による保磁力増大効果は、マグネトプラム型構造に限らずフェロクスプレーナ型など六方晶フェライト粒子全般に適用できる。
更に実施例4では、実施例2で得られたリチウム置換ストロンチウムフェライト粒子に磁界配向処理を施したもので、更に大幅に保磁力が増大することを確認した。このような磁界配向処理による保磁力の大幅な増大は、磁性粉末の磁化容易軸が一方向に揃うことによる効果と、本発明で得られた磁性粉末が板状形状を有していることにも起因している。即ち板状粒子が積層することにより、板状粒子の反磁界による異方性の低下が抑えられ、その結果更に異方性が増加し、保磁力が増大したと考えられる。
Example 3 describes the lithium-substituted barium ferrite particles. Compared with the lithium-substituted strontium ferrite particles of Examples 1 and 2, the coercive force and saturation magnetization are slightly lower, but part of the iron of the hexagonal ferrite particles It was confirmed that the phenomenon of obtaining high coercive force by replacing with lithium is the same for both strontium ferrite and barium ferrite. Although not explained in the examples, the coercive force increasing effect by lithium substitution can be applied not only to the magnetoplum type structure but also to all hexagonal ferrite particles such as the ferrox planar type.
Furthermore, in Example 4, the lithium-substituted strontium ferrite particles obtained in Example 2 were subjected to a magnetic field orientation treatment, and it was confirmed that the coercive force was further increased significantly. Such a large increase in coercive force due to the magnetic field orientation treatment is due to the effect of aligning the axis of easy magnetization of the magnetic powder in one direction and the plate-like shape of the magnetic powder obtained by the present invention. is also caused. That is, it is considered that the lamination of the plate-like particles suppresses the decrease in the anisotropy due to the demagnetizing field of the plate-like particles, and as a result, the anisotropy is further increased and the coercive force is increased.

一方比較例1と2では、リチウム置換を行わない標準的な六方晶フェライトであるストロンチウムフェライト粒子とバリウムフェライト粒子について説明した。これらの粒子では、リチウム置換を行っていないため、リチウム置換を行った実施例1~3の粒子に比べて、明らかに保磁力は小さい。 On the other hand, in Comparative Examples 1 and 2, strontium ferrite particles and barium ferrite particles, which are standard hexagonal ferrites without lithium replacement, were described. Since these particles were not subjected to lithium replacement, the coercive force was obviously smaller than the particles of Examples 1 to 3, which were subjected to lithium replacement.

以上説明したように、本実施例で得られた磁性粉末は、X線回折の結果からマグネトプラム型の六方晶フェライト粒子であり、電子顕微鏡観察の結果から概六角形の板状形状を有することが分かった。
この磁性粉末の粒子サイズは融剤中での熱処理条件に大いに依存し、一般的に熱処理温度が高くなるほど粒子サイズは大きくなり、100~500ナノメートルの範囲でコントロールできる。
また磁気特性としては、印加磁界1350kA/m(17000Oe)で測定したときの保磁力は通常リチウム置換量が多くなるほど大きくなり、400kA/m未満の比較例に比べて、443~787kA/mの範囲の保磁力の高い粉末が得られる。また、磁化量はリチウム置換量が多くなるほど減少する傾向を示し、57.7~59.5Am2/kgの範囲のものが得られ、比較例(59.3~61.1Am2/kg)と比較してもほとんど影響を受けない。また、本実施例の磁性粉末では、角形比が0.538~0.541程度であった比較例に比べて、実施例4のように配向処理を行うことで0.918と角形比が大きな粉末が得られる。角形比が大きくなると、磁化容易軸を一方向に揃いやすくなるため、角形比は0.8以上(0.8~1.0)であることが望ましい。
As described above, the magnetic powder obtained in this example was found to be magnetoplum-type hexagonal ferrite particles from the results of X-ray diffraction, and had an approximately hexagonal plate-like shape from the results of electron microscope observation. I found out.
The particle size of this magnetic powder greatly depends on the heat treatment conditions in the flux. In general, the higher the heat treatment temperature, the larger the particle size, which can be controlled within the range of 100 to 500 nanometers.
As for the magnetic properties, the coercive force when measured at an applied magnetic field of 1350 kA/m (17000 Oe) usually increases as the amount of lithium substitution increases, and is in the range of 443 to 787 kA/m compared to the comparative example of less than 400 kA/m. A powder with a high coercive force is obtained. Also, the magnetization amount tends to decrease as the amount of lithium substitution increases, and the magnetization amount is in the range of 57.7 to 59.5 Am 2 / kg. It has little effect on comparison. In addition, the magnetic powder of this example has a squareness ratio of 0.918, which is large due to the orientation treatment of Example 4, compared to the comparative example, which had a squareness ratio of about 0.538 to 0.541. A powder is obtained. As the squareness ratio increases, the axis of easy magnetization tends to align in one direction.

いずれにしても基本置換元素であるリチウムを使用することにより、高い保磁力を有する六方晶フェライト粒子を得ることができる。このように六方晶フェライト構造を有する磁性粉末の鉄の一部をリチウムで置換することにより保磁力が大幅に増加する現象は本発明により初めて見出されたものである。 In any case, hexagonal ferrite particles having a high coercive force can be obtained by using lithium as a basic substituting element. The phenomenon that the coercive force is significantly increased by substituting lithium for a portion of the iron in the magnetic powder having the hexagonal ferrite structure as described above was discovered for the first time by the present invention.

よって、本実施例の磁性粉末はリチウム置換した六方晶フェライト粒子であって、印加磁界1350kA/m(17000Oe)で測定したときの保磁力としては443~787kA/m、磁化量としては58Am2/kg程度で、粒子サイズとしては100~120nmの範囲の通常板状形状の磁性粉末であり、高い保磁力と適度な飽和磁化を有し、さらに磁界および機械配向に最適な形状と粒子サイズを有する永久磁石用として最適な磁性粉末材料となる。 Therefore, the magnetic powder of this example is lithium-substituted hexagonal ferrite particles, and has a coercive force of 443 to 787 kA/m and a magnetization amount of 58 Am 2 / when measured with an applied magnetic field of 1350 kA/m (17000 Oe). It is a magnetic powder of generally plate-like shape with a particle size of about 100 to 120 nm, having a high coercive force and moderate saturation magnetization, and having an optimal shape and particle size for magnetic field and mechanical orientation. It becomes the optimum magnetic powder material for permanent magnets.

以上のように、本実施例の磁性粉末は鉄の一部をリチウムで置換した六方晶フェライト粒子であって、印加磁界1350kA/m(17000Oe)で測定したときの保磁力としては443~787kA/m、飽和磁化としては58Am2/kg程度で、粒子サイズとしては100~120nmの範囲の通常板状形状の磁性粉末であり、高い保磁力と適度な飽和磁化を有し、さらに磁界および機械配向に最適な板状形状と粒子サイズを有する永久磁石用として最適な磁性粉末であり、その実用的価値は極めて大きい。 As described above, the magnetic powder of this example is a hexagonal ferrite particle in which a portion of iron is substituted with lithium, and has a coercive force of 443 to 787 kA/m when measured in an applied magnetic field of 1350 kA/m (17000 Oe). 58 Am 2 /kg as saturation magnetization, generally plate-shaped magnetic powder with particle size in the range of 100 to 120 nm, high coercive force and moderate saturation magnetization, magnetic field and mechanical orientation. It is the most suitable magnetic powder for permanent magnets, and its practical value is extremely high.

Claims (8)

AをBa,Sr,Pbのいずれかの元素とし、xを0.12以上1.8以下とした場合に、一般に化学式AFe12-xLix19で表される鉄の一部がリチウムで置換された六方晶フェライト粒子からなることを特徴とする磁性粉末材料。 When A is any element of Ba, Sr, and Pb, and x is 0.12 or more and 1.8 or less, a part of the iron generally represented by the chemical formula AFe 12-x Li x O 19 is lithium. A magnetic powder material comprising substituted hexagonal ferrite particles. 印加磁界1350kA/mで測定したときの保磁力が443~787kA/mであることを特徴とする請求項1に記載の磁性粉末材料。 2. The magnetic powder material according to claim 1, having a coercive force of 443 to 787 kA/m when measured with an applied magnetic field of 1350 kA/m. 粒子が板状形状であることを特徴とする請求項1または2に記載の磁性粉末材料。 3. The magnetic powder material according to claim 1, wherein the particles are plate-shaped. 結晶構造がマグネトプラム型あるいはフェロクスプレーナ型の六方晶フェライトである請求項1ないし3のいずれかに記載の磁性粉末材料。 4. The magnetic powder material according to any one of claims 1 to 3, which is a hexagonal ferrite having a magnetoplum-type or ferrox-planar-type crystal structure. 磁界配向処理が施されたことを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の磁性粉末材料。 5. The magnetic powder material according to any one of claims 1 to 4, wherein the magnetic powder material is magnetically oriented. 請求項1ないし5のいずれかに記載の磁性粉末材料を使用したことを特徴とする永久磁石。 A permanent magnet using the magnetic powder material according to any one of claims 1 to 5. AをBa,Sr,Pbのいずれかの元素とした場合に、六方晶フェライトを構成する比率のAのイオンおよび鉄のイオンと、リチウムイオンとが溶けた水溶液に、アルカリ溶液を混合して、共沈物を作成する工程と、
共沈物が懸濁液の状態で融剤を添加する工程と、
融剤が添加された共沈物を加熱して結晶成長させる熱処理の工程と、
熱処理がされた後の物質から融剤を除去して、鉄の一部がリチウムで置換された六方晶フェライト粒子からなる磁性粉末材料を得る工程と、
を実行することを特徴とする磁性粉末材料の製造方法。
When A is any element of Ba, Sr, and Pb, an alkaline solution is mixed with an aqueous solution in which ions of A and iron ions in proportions constituting hexagonal ferrite and lithium ions are dissolved, creating a coprecipitate;
adding a flux while the coprecipitate is in suspension;
a heat treatment step of heating the coprecipitate to which the flux has been added to grow crystals;
a step of removing the flux from the heat-treated material to obtain a magnetic powder material consisting of hexagonal ferrite particles in which a portion of the iron is replaced with lithium;
A method for producing a magnetic powder material, characterized by performing
融点より0℃~200℃高い温度で前記熱処理の工程を行うことを特徴とする請求項7に記載の磁性粉末材料の製造方法。 8. The method for producing a magnetic powder material according to claim 7, wherein the heat treatment step is performed at a temperature higher than the melting point by 0° C. to 200° C.
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