JP3109637B2

JP3109637B2 - 異方性針状磁性粉末およびそれを用いたボンド磁石

Info

Publication number: JP3109637B2
Application number: JP05310534A
Authority: JP
Inventors: 道也久米
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 1993-12-10
Filing date: 1993-12-10
Publication date: 2000-11-20
Anticipated expiration: 2015-11-20
Also published as: JPH07166203A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、永久磁石の原料となる
粉末とその製造方法に係り、特に強磁性を示す異方性の
針状磁性粉末とその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、希土類磁石と呼ばれる一連の永
久磁石では、原料となる金属間化合物の持つ高い結晶磁
気異方性に基づいて保磁力を発現させている。一方、ア
ルニコ磁石や塗布型の磁気記録媒体のように、針状の結
晶を特定の方向に配列させることにより保磁力を発現さ
せる形状磁気異方性の永久磁石もある。

【０００３】このように永久磁石の保磁力の発現要因に
は、希土類系の材料のように結晶性磁気異方性に基づく
ものと、その他の形状磁気異方性に基づくものとがあ
り、高い結晶磁気異方性を持つ希土類系の材料で、形状
磁気異方性を有する針状の粉末を得ることができれば、
その結果として、より高い磁気特性を持った永久磁石が
できると考えられる。しかしながら、一般に希土類系化
合物粉末の製法は、インゴットを粉砕することを基本と
しており、特定の形状の粉末とりわけ針状の粉末を得る
ことは不可能であった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従って本発明はこのよ
うな事情を鑑み、その目的とするところは、結晶性磁気
異方性に、さらに形状磁気異方性を付与した希土類系化
合物原料と、その製造方法を提供することにより、高い
磁気特性を有する永久磁石を実現することにある。

【０００５】

【発明を解決するための手段】本発明の針状磁性粉末
は、異方性を有する希土類系化合物の針状磁性粉末であ
って、一般式ＲＥ_X・Ｆｅ_100ーX-YＮ_Y（但し、ＲＥは、
希土類元素の中から選ばれた少なくとも一種の元素であ
り、Xは３原子％＜X＜３０原子％、Yは０．０１原子％
＜Y＜２５原子％の範囲にある。）で表され、その針状
磁性粉末の粒子一個の長さが０．０５〜１０μｍの範囲
にあり、幅が２．０μｍ以下である（但し、長さ＞幅）
ことを特徴とする。ただし前記針状粒子の形状は電子顕
微鏡あるいは顕微鏡観察の測定によるものとする。

【０００６】また上記針状磁性粉末を得る本発明の製造
方法は、針状粒子一個の長さが０．０５〜１０μｍの範
囲にあり、幅が２．０μｍ以下の形状を有する針状鉄粉
末と、希土類酸化物粉末と、還元剤とを所定の割合で混
合した混合物を、不活性ガス雰囲気中において加熱する
ことにより希土類と鉄とを合金化する第一の工程と、得
られた希土類鉄合金を、連続して窒素ガス雰囲気或いは
窒素を含む化合物のガス雰囲気中において加熱すること
により窒化する第二の工程と、得られた希土類鉄窒化物
から、還元剤の化合物を水あるいは弱酸で溶解して除去
する第三の工程よりなることを特徴とする。

【０００７】

【作用】まず第一の工程において、目的とする組成に応
じた割合で、原料として希土類酸化物粉末と、針状Ｆｅ
粉末、還元剤としてＣａ粉末とを混合する。針状Ｆｅ粉
末はＦｅ(ＯＨ)₂の懸濁液を酸化することでできる針状
のα−ＦｅＯＯＨ（ゲーサイト）を脱水、還元すること
により得られる。針状Ｆｅ粉は鉄を低真空で蒸発させる
方法でも得られるが、任意のサイズの粉末が得られる点
で前者の方法が優れている。還元剤としては例えばＣ
ａ、Ｍｇ、Ｓｒ等、容易に酸化される金属であって、そ
れが酸化物または窒化物となった際に第三の工程で容易
に除去できる還元剤を用いることができ、その中でも好
ましくＣａを用いる。ＣａＯ、ＣａＮは水と速やかに反
応し、水酸化カルシウムとなり、第三の工程において簡
単に除去することができる。希土類酸化物粉末は、特に
粒径、形状を限定するものではなく、０．１μｍ〜十数
μｍまでの通常の希土類酸化物粉末を用いることができ
る。

【０００８】また第一の工程において、針状鉄粉末に対
し３０原子％までの範囲にてＦｅ₂Ｏ₃又はＦｅ₃Ｏ₄等の
鉄酸化物で置換してよい。これらの酸化鉄が還元剤によ
り還元されるときの反応熱により、全体として均一な反
応を行わしめることができ、外部エネルギーの節約や収
率の向上につながる。還元剤の混合量については、希土
類酸化物を還元するに足る（自己発熱させるための鉄酸
化物を添加した場合、その鉄酸化物も還元するに足る）
ことが必要である。好適には、還元剤の混合量は、希土
類酸化物と、追加的に混合するＦｅ₂Ｏ₃又はＦｅ₃Ｏ₄等
の鉄酸化物との合計の酸素原子の当量に対し１．５倍程
度が望ましい。

【０００９】原料を混合した混合粉を真空排気が可能な
加熱容器中に配置する。加熱容器内を真空排気した後、
不活性ガスを通じながら、混合粉の針状鉄粉末と希土類
酸化物とを還元反応させて合金化する。不活性ガスには
Ａｒ、Ｎｅ等、使用する原料と反応しないガスであれば
どのようなものを用いてもよく、好ましくはＡｒを用い
る。また加熱条件は希土類酸化物と針状鉄粉末とが合金
化する温度であれば特に問わないが、６００℃から１２
００℃の範囲内、望ましくは８００℃から１２００℃の
範囲内で数時間、好適には２〜５時間程度加熱する。６
００℃より低い温度では酸化物の還元反応が進行しにく
く、１２００℃以上では希土類元素および還元剤の蒸発
が起きる傾向にあるため好ましくない。さらに混合粉、
即ち出発系にＦｅ₂Ｏ₃又はＦｅ₃Ｏ₄が適量入っている場
合、昇温途中で自己発熱し、効率的に均一な反応を行わ
しめることができるが、Ｆｅに対して３０原子％以上相
当のＦｅ₂Ｏ₃又はＦｅ₃Ｏ₄が混合されていると、極めて
大きな発熱により、爆発あるいは飛散が起きて好ましく
ない。

【００１０】次に第二の工程では、第一の工程で得られ
た希土類鉄合金を連続して窒素、または窒素を含む化合
物のガス雰囲気で加熱することにより、それを窒化物と
する。加熱温度は前記合金が窒化する温度であれば特に
限定するものではない。好適には第一の工程の加熱を止
め、引き続いて不活性ガス雰囲気中で２５０℃〜８００
℃の範囲内で、好ましくは３００℃〜６００℃の範囲内
の一定の温度まで冷却した後、この温度を一定に保持し
て、加熱容器を再び真空排気した後、窒素ガスを導入す
る手段を用いることができる。導入するガスは窒素に限
らず窒素原子を含むガス、例えば、アンモニア、ヒドラ
ジンでもよい。窒化の条件としては、大気圧以上の圧力
で窒素ガス等を通じながら数時間、好適には３から１０
時間程度加熱した後、加熱を停止し放冷することにより
前記合金を窒化することができる。

【００１１】次に第三の工程において、最初に添加した
還元剤が酸化物、または窒化物となっているため、この
酸化物、窒化物等の還元剤化合物を水あるいは酢酸等の
弱酸で水洗溶解することにより簡単に除去できる。得ら
れた反応生成物を水に投入することにより、反応生成物
が直ちに崩壊し、合金粉末と還元剤成分との分離が始ま
る。水中での撹拌、静置、上澄み液の除去を数回繰り返
し、最後に好ましく酢酸等の弱酸で処理することによ
り、還元剤成分の分離が完了する。このようにして得ら
れた合金粉末は粒径がシャープに揃うと共に流動性があ
る。

【００１２】本発明の方法において、第二の工程の窒化
処理が、第三の工程の水洗工程に先立ち行われているこ
とにより、第三の工程において酸素成分を含まない合金
粉末が得られることに役立つ。即ち、還元剤としてＣａ
を使用した場合、従来、反応生成物であるＣａＯは速や
かに水と反応してＣａ（ＯＨ）₂ になるが、未反応のＣ
ａは比較的緩慢に反応するので除去に手間取り、ひいて
は純度の低下をもたらす原因にもなっていたのに対し、
本発明によれば、窒化処理を行っているので、未反応の
Ｃａの大部分がＣａＮ等のカルシウムの窒化物になり、
このＣａＮ等のカルシウムの窒化物はＣａＯと同様に速
やかに水と反応するのでこの除去には極めて好都合であ
る。

【００１３】これにより、得られた異方性針状磁性粉末
ＲＥ_X・Ｆｅ100ー_X-YＮ_Yは、窒素が０．０１原子％より
多く２５原子％より少ない範囲で含まれている。窒化処
理の時間を少なくすることにより、窒素の含有量を０．
０１原子％より減少させることができるが、０．０１原
子％より少ないと、大気中での化学的安定性が得られ
ず、また、２５原子％より多いと、強磁性ではない希土
類の窒化物が生成し、これにより磁石特性を下げるので
好ましくない。

【００１４】また、希土類−遷移金属系粉末について言
えることであるが、希土類金属（ＲＥ）が３原子％より
少ないと、ほとんどがＦｅ分となり、実用上使用でき
ず、また、希土類金属が３０原子％より多いと、希土類
金属が析出し、大気中で不安定となり、不都合である。

【００１５】また針状粒子一個の長さが０．０５μｍを
下回ると酸化被膜等の影響により保磁力が発生せず、１
０μｍを越えると単磁区粒子径を上回りこれも保磁力が
発生しない。また針状粒子の幅が２．０μｍを越える
と、本発明の特徴である形状異方性による保磁力が有効
に発生せず、ランダムな粒子形状を持つものと同等の磁
気特性しか得られない。本発明においては、原料となる
Ｆｅ粒子の形状およびサイズがそのまま製品に受け継が
れる。このため原料となる針状のＦｅ粉は限定されたサ
イズ、すなわち長さ０．０５〜１０μｍ、幅２μｍ以下
を持つことが要求される。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の具体例について、従来と比較
しながら説明する。［実施例１］平均粒径１μｍのＳｍ₂Ｏ₃粉２６．８５ｇ
と、平均長さ約１．５μｍ、平均幅約０．１μｍの針状
Ｆｅ粉７３．１０ｇとを混合し、さらに粒状のＣａ１
３．８８ｇを加えて充分に混合する。Ｃａの当量はＳｍ
₂Ｏ₃中の酸素原子の当量に対し１．５倍である。混合物
を軟鋼製の坩堝に入れ、加熱容器中にセットする。加熱
容器内を１×１０^-2トル（Torr )以下まで真空排気した
後、アルゴンガスを導入し、大気圧で流通させる。

【００１７】加熱容器を加熱し１１５０℃になったらこ
の状態で５時間保持し続け、以後アルゴンガスを流通さ
せたままま冷却していく。５００℃になったらこの温度
に保持を開始し、アルゴンガスの流通を止めて直ちに加
熱容器内を真空排気する。加熱容器内が１×１０^-2トル
（Torr )以下まで真空排気された後、排気を止め、窒素
ガスを導入し、大気圧で窒素ガスが流通するようにし、
その後、５時間の熱処理を行ってから加熱を止めて放冷
する。

【００１８】得られた反応生成物は多孔質のブロック状
であって容易に坩堝から取り出すことができ、反応生成
物を３０００ｃｃのイオン交換水中に投入すると、直ち
に崩壊する。この時、反応生成物中のＣａＯと、ほとん
どをＣａＮ等のカルシウムの窒化物である未反応のＣａ
とが微細なＣａ（ＯＨ）₂ に変わる。このスラリーを１
０分間撹拌した後、１０分間静置し、微細なＣａ（Ｏ
Ｈ）₂ が浮遊している上澄み液を捨てる。ここで再度３
０００ｃｃのイオン交換水を加えて先と同様な操作を行
う。数回、この操作を繰り返した後、当初ｐＨ４．５に
調整された酢酸水溶液中で１５分間撹拌、静置して上澄
み液を捨てる。この後再度水洗いを数回行ってＣａ分の
除去が完了する。最後に、Ｃａ分を除去した合金粉末を
ヌッチェにてアルコール置換しながら水と分離し、分離
したケーキを８０℃で真空乾燥し、これにより、Ｓｍ−
Ｆｅ−Ｎ合金粉末を得る。

【００１９】こうして得られた合金粉末は９８．７ｇで
あり、平均長さ約１．５μｍ、平均幅約０．２μｍの針
状粒子であった。化学分析によれば、Ｓｍ２２．４％、
Ｆｅ７４．１％、Ｎ３．０５％、Ｃａ０．０７％及びＯ
（酸素原子）０．２２％であった。即ち、得られた合金
は一般式をＳｍ22.5Ｆｅ74.4Ｎ3.1 とするものであっ
た。また、出発原料のＳｍとＦｅからに基づく収率は９
９．０％であった。

【００２０】次に、得られた合金粉末を用いて以下の手
順にてボンド磁石を作製した。まず合金粉末に３ｗｔ％
のエポキシ樹脂を混合し、これを２０ｋＯｅの磁場を引
加しながら５ｔｏｎ／ｃｍ²の圧力で圧縮成形した。こ
の成形体を５０ｋＯｅのパルス磁場で着磁した後、ＶＳ
Ｍにて磁気特性を測定した。その結果、以下の優れた磁
気特性を有するボンド磁石ができた。Ｂｒ１１．０ｋＧ、ｂＨｃ８．８ｋＯｅ、（ＢＨ）ｍａｘ２７ＭＧＯｅ

【００２１】［実施例２］平均粒径１μｍのＳｍ₂Ｏ₃粉
２６．８５ｇと、平均長さ約２．０μｍ、平均幅約０．
０５μｍの針状Ｆｅ粉６９．４５ｇ、及び平均粒径０．
１μｍのＦｅ₂Ｏ₃粉３．４２ｇを混合する。これら原料
中のＦｅ原子のうち、Ｆｅ₂Ｏ₃に由来するものは５．０
原子％である。さらに粒状のＣａ１９．７７ｇを加えて
充分に混合する。Ｃａの当量はＳｍ₂Ｏ₃中及びＦｅ₂Ｏ₃
中の酸素原子の当量に対し１．５倍である。混合物を軟
鋼製の坩堝に入れ、加熱容器中にセットする。加熱容器
内を１×１０^-2トル（Torr )以下まで真空排気した後、
アルゴンガスを導入し、大気圧で流通させる。以後、実
施例１と全く同様の操作でアルゴンガスでの加熱処理、
窒素処理及び後処理を行ったが、初期の昇温中６２０℃
から急激な自己発熱が見られ、反応系の温度は瞬間的に
８７０℃に達する。

【００２２】得られたＳｍ−Ｆｅ−Ｎ合金粉末は９９．
６ｇであって、平均長さ約２．０μｍ、平均幅約０．１
μｍの針状粒子であった。化学分析によれば、Ｓｍ２
３．１％、Ｆｅ７３．３％、Ｎ２．９９％、Ｃａ０．０
９％及びＯ（酸素原子）０．１２％であった。即ち、得
られた合金は一般式をＳｍ23.2Ｆｅ73.7Ｎ3.1 とするも
のであった。また、出発原料のＳｍとＦｅからに基づく
収率は９９．８％であった。

【００２３】次に得られた合金粉末を用いて、実施例１
と同様にしてボンド磁石を作製した。磁気特性は以下の
通りであった。Ｂｒ１１．０ｋＧ、ｂＨｃ９．２ｋＯｅ、（ＢＨ）ｍａｘ２９ＭＧＯｅ

【００２４】［比較例１］実施例１で得られた合金と同
じ組成を持つ粉末を、ＳｍとＦｅを高周波溶解、熱処
理、粉砕、窒化などの工程を経て作製した。ただし、粉
末の形状は粉砕しているためランダムであり、平均粒径
は２．５μｍであった。この粉末から、実施例１と同様
にしてボンド磁石を作製した。磁気特性は以下の通りで
あった。Ｂｒ９．２ｋＧ、ｂＨｃ６．７ｋＯｅ、（ＢＨ）ｍａｘ１８ＭＧＯｅ

【００２５】

【発明の効果】本発明の方法で得られた磁性粉末は、異
方性を有する針状の希土類系合金粉末である。一定の形
状の針状粉末を使うことで、磁石中への粉末の充填率
が、磁場配向時の粉砕粉末に比べて上がるので残留磁化
が高くなる。また、形状異方性に基づいて保磁力も高く
なる。従って（ＢＨ）ｍａｘ値では、ボンド磁石として
は非常に高い２５ＭＧＯｅ以上の高性能磁石が得られ
る。

【００２６】また本発明による製造方法では、希土類金
属を原料とすることなく、一般に希土類金属より安価で
ある希土類酸化物を原料とすることができ、工業的に有
利な事も特筆すべき点である。さらに本発明の製造方法
によると、反応生成物を移動させることなく、１つの反
応容器内で反応雰囲気及び反応温度を変えることによ
り、還元拡散反応及び窒化処理を行うことができる。

【００２７】以上説明したように、本発明によれば、従
来無いタイプの形状異方性を有する強磁性粉末を提供す
る事ができる。この粉末を用いて作製したボンド磁石は
（ＢＨ）ｍａｘ２５ＭＧＯｅ以上の高特性を有する。し
かもその原料は、希土類金属に比べて安価な希土類酸化
物や、工業的に製造される鉄粉を用いている事などか
ら、この発明は産業上極めて有用である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＨ０１Ｆ 1/06 Ｈ０１Ｆ 1/06 Ａ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】異方性を有する針状磁性粉末であって、
一般式ＲＥ_X・Ｆｅ_100-X-YＮ_Y（但し、ＲＥは、希土類
元素の中から選ばれた少なくとも一種の元素であり、X
は３原子％＜X＜３０原子％、Yは０．０１原子％＜ｙ＜
２５原子％の範囲にある。）で表され、その針状磁性粉
末の粒子一個の長さが０．０５〜１０μｍの範囲にあ
り、幅が２．０μｍ以下である（但し、長さ＞幅）こと
を特徴とする異方性針状磁性粉末。
【請求項２】磁性粉末として、一般式ＲＥ _X ・Ｆｅ
_100-X-Y Ｎ _Y （但し、ＲＥは、希土類元素の中から選ばれ
た少なくとも一種の元素であり、Xは３原子％＜X＜３０
原子％、Yは０．０１原子％＜ｙ＜２５原子％の範囲に
ある。）で表され、その針状磁性粉末の粒子一個の長さ
が０．０５〜１０μｍの範囲にあり、幅が２．０μｍ以
下である（但し、長さ＞幅）ことを特徴とする異方性針
状磁性粉末を用い、（ＢＨ）max値が２５ＭＧＯｅ以上
であることを特徴とするボンド磁石。