JP2552887B2 - リチウムフェライト微粒子粉末及びその製造法 - Google Patents

リチウムフェライト微粒子粉末及びその製造法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、BET比表面積値から算出した平均粒径が15
〜40nmであり、且つ、LiFe5O8組成を有した等方形状を
呈する単結晶粒子からなる強磁性リチウムフェライト微
粒子粉末及びその製造法に関するものである。
本発明に係る強磁性リチウムフェライト微粒子粉末の
主な用途は、記憶素子、コア用等ソフトフェライト焼結
体の原料粒子粉末である。
〔従来の技術〕
ソフトフェライト焼結体は、コンピュータの記憶素子
として、また、テープレコーダーや各種通信機器のコア
材として広く使用されている。
ソフトフェライト焼結体は、一般に、原料であるスピ
ネル型軟磁性であるソフトフェライト粒子粉末を一定の
型に圧縮成形し、この圧粉成形体を1000〜1300℃の高温
で加熱焼成することにより得られている。
近年、記憶密度の増大や情報処理スピードの向上とい
う面からコンピュータや各種通信機器の小型軽量化に対
する要求は、益々大きくなる傾向にあり、それに伴って
ソフトフェライト焼結体の高性能化、高品質化に対する
要求もとどまることがない。
即ち、ソフトフェライト焼結体としては、広範囲の温
度変化に対し、保磁力や磁化値等磁気特性の変動(以
下、温度安定性という。)が出来るだけ小さく、また、
摩耗や破損等の機械的強度の向上が要求される。
この事実は、例えば、特開昭50−45299号公報の「温
度変化を受けるような装置内にあって上記コアを使用し
なければならない場合、保磁力の温度係数が重要な性質
となる。一定組成のコアに対し保磁力は温度の上昇に伴
って低下し、その組成物の性質に基本的には依存して多
少急激な変化を示す。広い温度範囲に亘って記憶装置を
満足のいくよう動作させるためには、保磁力の変化をコ
アのスイッチングを行うために使用する電流パルスの振
幅を変えることによって、補償しなければならない。し
たがって、温度係数の小さなコアはメモリーの設計を一
層簡単にしかつ維持特性を改善することになる。」なる
記載及び例えば、特公昭48−10992号公報の「従来のコ
アの形状は材質の持つ固有強度によってある程度の大き
さに限定されてしまう欠点があった。したがってコア強
度(コアの機械的強度の意味)の高い材質のフェライト
を得ることができれば、必然的にコアの形状を小型化す
ることが可能となり、それによって電子装置を駆動させ
るに要する消費電力を低下せしめることができると共に
コアが使用されている装置の情報処理容量を増大される
ことができ処理スピードを一段と向上せしめることがで
きる。」なる記載の通りである。
前者の温度安定性について言えば、例えば、前出特開
昭50−45299号公報の「フェライトのうちでリチウムフ
ェライトは最も高いキュリー点(635℃)を持ってお
り、それから作ったメモリーコアは保磁力の温度係数が
かなり小さいものとなる。」なる記載及び特公昭48−10
993号公報の「従来から用いられているフェライトメモ
リーコアを材質的に大別すると次の二つの系列に区別す
ることができる。すなわち、一つはMn−Mg系フェライ
ト、他はLi系フェライトである。……温度特性は前者よ
りも後者の方がすぐれている。」なる記載の通り、リチ
ウムフェライト粒子粉末を用いて得られた焼結体が優れ
ている。
後者の機械的強度について言えば、焼結体組成が均一
且つ緻密であることが必要であり、その為には、用いる
原料フェライト粒子粉末は、その大きさが出来るだけ微
細であって、且つ、粒度が均斉であり、しかも等方形状
を呈する単結晶粒子であることが要求される。
この事実は、例えば、特公昭49−19076号公報の「高
性能の……フェライトコアを得るためには、その原料と
して……微細な単結晶……フェライト粒子よりなる粉末
を選択する必要がある。更にこの粉末は、各粒子の形状
がアイソトロピク(isotropic)(等方形状)であり互
いに強く結合し合っていない状態のものであることが要
求される。」なる記載の通りである。
周知の通り、強磁性リチウムフェライト粒子粉末は、
炭酸リチウム等のリチウム原料と酸化第二鉄等の鉄原料
とを混合してB2O3等の融剤の存在下又は不存在下におい
て600〜1200℃で加熱焼成した後、、粉砕することによ
り得られている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
微細であって、且つ、粒度が均斉であり、しかも等方
形状を呈する単結晶粒子である強磁性リチウムフェライ
ト粒子粉末は、現在最も要求されるところであるが、上
述した通りの公知方法による場合には、不定形の多結晶
粒子しか得られず、また、粉砕による微細化には限度が
あり、粉砕が進むに従って粒度が不均斉になるという問
題があった。このようなリチウムフェライト粒子粉末を
用いてフェライト焼結体を製造した場合には、加熱焼成
時に局部的に結晶粒子の異常成長を招いたり、組成のず
れが生じる為、均一且つ緻密な焼結体を得ることが出来
ない。
そこで、微細であって、且つ、粒度が均斉であり、し
かも等方形状を呈する単結晶粒子である強磁性リチウム
フェライト微粒子粉末を得る為の技術手段の確立が強く
要望されているのである。
〔問題を解決する為の手段〕
本発明者は、微細であって、且つ、粒度が均斉であ
り、しかも、LiFe5O8の組成を有した等方形状を呈する
単結晶粒子である強磁性リチウムフェライト微粒子粉末
を得るべく種々検討を重ねた結果、本発明に到達したの
である。
即ち、本発明は、BET比表面積値から算出した平均粒
径が15〜40nmであり、且つ、LiFe5O8の組成を有した等
方形状を呈する単結晶粒子からなる強磁性リチウムフェ
ライト微粒子粉末及び第二鉄塩とLiOHとからなる強アル
カリ性混合物を含むアルカリ性懸濁液を、LiOH濃度が0.
1〜2.5mol/であって、且つ、150〜320℃の温度範囲で
水熱処理することにより、BET比表面積値から算出した
平均粒径が15〜40nmであり、且つLiFe5O8の組成を有し
た等方形状を呈する単結晶微粒子を生成させることから
なる強磁性リチウムフェライト微粒子粉末の製造法であ
る。
〔作用〕
先ず、本発明において最も重要な点は、第二鉄塩とLi
OHとからなる強アルカリ性混合物を含むアルカリ性懸濁
液を、LiOH濃度が0.1〜2.5mol/であって且つ150〜320
℃の温度範囲で水熱処理して、BET比表面積値から算出
した平均粒径が15〜40nmであり、且つ、LiFe5O8の組成
を有した等方形状を呈する単結晶粒子を得る点である。
即ち、第二鉄塩とLiOHとからなる強アルカリ性混合物
を含むアルカリ性懸濁液を水熱処理する場合には、X線
回折による測定値で平均粒径が50nm程度のフェライト粒
子が容易に得られるが、この平均粒径値とは無関係にLi
不足の組成のフェライトが混在してくる。
本発明者は、数多くの実験結果に基づいて、第二鉄塩
とLiOHとからなる強アルカリ性混合物を含むアルカリ性
懸濁液を水熱処理して生成するフェライト粒子の内でBE
T比表面積値から算出した平均粒径が15nm以上の粒子の
組成はLiFe5O8であり、15nm未満の粒子にはLi不足の粒
子が混在していることを見出している。
本発明に係る強磁性リチウムフェライト微粒子粉末
は、保磁力75〜90 Oe、磁化値40〜60emu/gを有する。
尚、従来、アルカリ性懸濁液中からリチウムフェライ
ト粒子粉末を生成させるものとして、例えば、ブレタン
・オブ・ザ・インスチィチュート・フォー・ケミカルリ
サーチ、キョート・ユニバーシティ(Bulletin of th
e Institute for Chemical Research、Kyoto Univ
ersity)第58巻第2号(1980年)第193〜200頁及び社団
法人 粉体粉末治金協会 昭和61年度春季大会講演概要
集 第106〜107 頁の各文献に開示されている方法があ
るが、この方法は、鉄原料として硝酸第二鉄を用い、当
該硝酸第二鉄とLiOHとからなる混合物を含むアルカリ性
懸濁液中から15nm未満の強磁性リチウムフェライト微粒
子粉末を生成させるものであり、第二鉄塩とLiOHとから
なる強アルカリ性混合物を含むアルカリ性懸濁液中から
BET比表面積値から算出した平均粒径15〜40nmであり、
且つ、LiFe5O8の組成を有した等方形状を呈する単結晶
粒子を生成させる本発明とは相違するものである。
今、発明者が行った数多くの実験例から、その一部を
抽出して詳述すれば、以下の通りである。
先ず、本発明においては、液中からβ−LiFe5O8微粒
子を異相を生ずることなく100%生成させることができ
る。
この事実は、後出の実施例に示される通り、液中から
生成した強磁性リチウムフェライト微粒子粉末は、X線
回折の結果、β−LiFe5O8のピークのみが認められるこ
と及び組成比(Li/Fe)が0.2であることから明らかであ
り、更に、当該強磁性リチウムフェライト微粒子粉末を
900℃で加熱焼成した場合に得られる微粒子粉末は、X
線回折の結果、LiFe5O8のピークのみが認められヘマタ
イトのピークは認められなかったことからも明らかであ
る。
一方、前出文献に記載の方法による場合には、液中か
らβ−LiFe5O8を単相で生成させることは困難であり、
異相が認められる。
この事実は、後出比較例に示される通り、X線回折の
結果、β−LiFe5O8のピークが認められるが組成比(Li/
Fe)が0.2よりもずれていることから明らかであり、更
に、当該リチウムフェライト微粒子を900℃で加熱焼成
した後急冷した場合に得られる微粒子粉末は、X線回折
の結果、ヘマタイトとβ−LiFe5O8のピークが認められ
ることからも明らかである。
次に、強磁性リチウムフェライト粒子の生成領域につ
いて述べる。
前出文献に記載の方法による場合には、強磁性リチウ
ムフェライト微粒子粉末の生成領域がせまい。即ち、Li
OHの濃度が0.6モル程度の場合、温度が250℃程度まで上
昇すると強磁性リチウムフェライト微粒子中に非磁性の
LiFeO2微粒子が混在する。そして、非磁性のLiFe5O8
粒子は、LiOH濃度か大きくなる程低い温度で生成する傾
向にあり、LiOH濃度が2.5モル付近では140〜150℃の低
い温度でも非磁性のLiFeO2が混在してくる。
一方、本発明の方法による場合には、強磁性β−LiFe
5O8微粒子の生成領域が拡がり、LiOH濃度が0.1〜2.5mol
/であって、且つ、150〜320℃の温度範囲において強
磁性β−LiFe5O8微粒子が生成する。
次に、本発明実施にあたっての諸条件について述べ
る。
本発明における第二鉄塩としては、硫酸第二鉄、硝酸
第二鉄、塩化第二鉄が使用できる。
本発明におけるLiOH濃度は、0.1〜2.5mol/である。
0.1mol/未満の場合には、強磁性のβ−LiFe5O8微粒子
中にゲータイト粒子又はヘマタイト粒子が混在する。
2.5mol/を越える場合には、非磁性のα−LiFeO2
生成しやすくなり、また、高価なLiOHを必要以上に使用
することは経済的ではない。
本発明における水熱処理温度は150〜320℃である。15
0℃未満である場合には、強磁性のβ−LiFe5O8微粒子中
に異相が生成する。
320℃を越える場合にも、本発明の目的とするLiFe5O8
微粒子が得られるが、装置上の安全性を考慮した場合、
温度の上限は320℃である。
尚、本発明における水熱処理に際しては液中に硫酸塩
が存在していることが望ましいので、鉄原料としては硫
酸第二鉄が最適であり、他の第二鉄を鉄原料とする場合
には硫酸ナトリウムの如き硫酸根をもつ化合物を添加す
ることが望ましい。
〔実施例〕
次に、実施例並びに比較例により、本発明を説明す
る。
尚、以下の実施例並びに比較例における粒子の平均粒
径は、粒子が比重5の立方粒子からなっていると仮定し
てBET比表面積値から算出したものであり、組成比はア
ルゴン誘導プラズマ発光分光分析により測定した値で示
した。また、磁気特性は、「振動試料等磁力計 VSM−3
S−15」(東英工業(株)製)を用いて外部磁場を10KOe
までかけて測定した。また、X線回折図は、CoK2線源を
用いて測定した。
実施例1 Fe2(SO430.1mol/とLiOH1.2mol/(LiOH濃度は
0.6mol/に該当する。)とをオートクレーブ中に投入
した後、水を加えて総容積を20とした。
次いで、250℃まで加熱し、機械的に撹拌しつつこの
温度に4時間保持し、褐色沈澱粒子を生成させた。
室温にまで冷却した後、褐色沈澱粒子を過、水洗、
乾燥した。
得られた褐色粒子粉末は、BET比表面積値から算出し
た平均粒径31nmであって、図1に示す電子顕微鏡写真
(×50000)から明らかな通り、等方形状粒子であり、
また、図2のX線回折図に示される通り、β−LiFe5O8
のピークのみが認められ、且つ、組成比0.2であること
から、β−LiFe5O8のみが生成したことが認められる。
また、磁気特性は、保磁力が75.3 Oe、磁化値が53.8em
u/gであった。
実施例2〜4、比較例3〜4 第二鉄塩の量、LiOHの量及び濃度、硫酸根の濃度、水
熱処理の温度を種々変化させた以外は、実施例1と同様
にして褐色粒子粉末を得た。
この時の主要製造条件及び諸特性を表1に示す。
比較例3で得られた褐色粒子粉末は、X線回折の結果
β−LiFe5O8のピークのみが認められたが組成比が0.17
であることからβ−LiFe5以外に異相が生成しているこ
とが認められた。そして、この褐色微粒子粉末を900℃
で加熱焼成した後急冷することにより得られた微粒子粉
末は、X線回折の結果β−LiFeとヘマタイトのピークが
認められた。
また、比較例4で得られた褐色粒子粉末は、X線回折
の結果、β−LiFe5O8とα−LiFeO2のピークが認められ
た。
比較例1 鉄原料としてFe2(FO4の代わりにFe(NO3
用い、該Fe(No3の使用量を0.2mol/とした以外
は、実施例1と同様にして褐色粒子粉末を得た。この時
の主要製造条件を表1に示す。
得られた褐色粒子粉末は、図3に示すX線回折図に示
される通り、β−LiFe5O8とα−LiFeO2のピークが認め
られた。図中、ピークAはβ−LiFe5O8であり、ピーク
Bはα−LiFeO2である。
比較例2 水熱処理温度を120℃とした以外は実施例1と同様に
して褐色粒子粉末を得た。
この時の主要製造条件を表1に示す。
得られた褐色粒子粉末は、X線回折の結果、β−LiFe
5O8のピークのみが認められたが組成比が0.12であるこ
とからβ−LiFe5O8以上に異相が生成していることが認
められた。
そして、この褐色微粒子粉末を900℃で加熱焼成した
後、急冷することにより得られた微粒子粉末は、図4に
示すX線回折図に示す通り、β−LiFe5O8とヘマタイト
のピークが認められた。図4中ピークAはβ−LiFe
5O8、Cはヘマタイトである。
〔効 果〕 本発明に係る強磁性リチウムフェライト微粒子粉末
は、前出実施例に示した通り、BET比表面積値から算出
した平均粒径が15〜40nmであり、且つ、LiFe5O8の組成
を有した等方形状を呈する単結晶粒子からなるものであ
るから、記憶素子、コア用等ソフトフェライト焼結体の
原料粒子粉末として好適である。
また、本発明に係る強磁性リチウムフェライト微粒子
粉末を原料として圧縮成形し、この圧粉成形体を1000〜
1300℃好ましくは1000〜1200℃の高温で加熱焼成するこ
とによって得られたソフトフェライト焼結体は、温度安
定性に優れ、且つ、機械的強度も向上したものであるか
ら、現在、最も要求されているコンピュータ用記憶素子
や各種通信機器用のコアとして好適である。
【図面の簡単な説明】
図1及び図2は、それぞれ実施例1で得られたβ−LiFe
5O8微粒子粉末の電子顕微鏡写真(×50000)及びX線回
折図である。 図3は、比較例1で得られたα−LiFeO2微粒子とβ−Li
Fe5O8微粒子との混合粒子粉末のX線回折図であり、図
4は比較例2で得られた加熱焼成後のβ−LiFe5O8とヘ
マタイトの混合粒子粉末のX線回折図である。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】BET比表面積値から算出した平均粒径が15
    〜40nmであり、且つ、LiFe5O8の組成を有した等方形状
    を呈する単結晶粒子からなる強磁性リチウムフェライト
    微粒子粉末。
  2. 【請求項2】第二鉄塩とLiOHとからなる強アルカリ性混
    合物を含むアルカリ性懸濁液を、LiOH濃度が0.1〜2.5mo
    l/であって、且つ、150〜320℃の温度範囲で水熱処理
    することにより、BET比表面積値から算出した平均粒径
    が15〜40nmであり、且つLiFe5O8の組成を有した等方形
    状を呈する単結晶粒子を生成させることを特徴とする強
    磁性リチウムフェライト微粒子粉末の製造法。
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