JP3945962B2 - フェライト化合物 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、異方性 Sr フェライト焼結磁石の主組成物であって、マグネトプランバイト型結晶構造を有するフェライト化合物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フェライト磁石はモーター、発電機等の回転機を含む種々の用途に使用されている。最近は特に自動車用回転機分野では小型・軽量化を目的とし、電気機器用回転機分野では高効率化を目的としてより高い磁気特性を有するフェライト磁石が求められている。従来ＳｒフェライトあるいはＢａフェライトの高性能焼結磁石は以下のようにして製造されていた。即ち、酸化鉄とＳｒまたはＢａの炭酸塩を混合後、仮焼処理によりフェライト化反応を終了させる。仮焼されたクリンカーを粗粉砕する。次に得られた粗粉砕粉を、焼結挙動を制御する添加物：ＳｉＯ_２、ＳｒＣＯ_３及びＣａＣＯ_３、さらには保磁力iHcを制御する添加物：Ａｌ_２Ｏ_３あるいはＣｒ_２Ｏ_３等とともに平均粒径値が0.7〜1.0μｍになるまで微粉砕する。微粉砕し、作製したスラリーを用いて磁場中で配向させながら湿式成形し成形体とする。成形体を焼成し、その後製品形状に加工する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような製造方法を前提とした場合、フェライト磁石の高性能化の方法は以下の５つに大きく分類されると考えられる。第１の方法は微粒化である。焼成体における結晶粒の大きさが、Ｍ（マグネトプランバイト）型Ｓｒフェライト磁石の臨界単磁区粒子径値である約0.9μｍに近いほど保磁力iHcは最大となるため、焼成時の結晶粒成長を見込んで、微粉砕平均粒径値を例えば0.7μｍ以下に微粒化すればよい。しかしながら本方法では、微粒化するほど湿式成形時の脱水特性が悪くなり、生産効率が落ちるという副作用を有する。第２の方法は焼成体の結晶粒の大きさをできるだけ均一にすることである。理想的には均一にしてその値を上記の臨界単磁区粒子径値約0.9μｍとすればよい。この値より大きな結晶粒も小さな結晶粒も保磁力iHcの低下につながるからである。この方式による具体的な高性能化の手段は微粉砕粉の粒径分布を改善することにあるが、工業的生産を前提とした場合にはボールミルあるいはアトライターなどの既存の粉砕機を用いざるを得ず、その改善程度には自ずから限界がある。また近年、化学的沈殿法により均一な粒子径を有するフェライト微粒子を作製する試みが公表されているが、工業的大量生産に適合する方式とはいえない。第３の方法は磁気的異方性を左右する結晶配向度を向上させることである。本方法における具体的手段としては、表面活性剤を微粉砕スラリーに添加してスラリー中のフェライト粒子の分散性を向上したり、配向時の磁場強度を強くすること等が挙げられる。第４の方法は焼成体の密度を向上させることである。Ｓｒフェライト焼成体の理論密度は5.15g/ccである。現在市場に供されているＳｒフェライト磁石の密度は概ね4.9〜5.0g/ccの範囲にあり、この値は対理論密度比で95〜97％に相当する。高密度化すれば残留磁束密度Brの向上が期待されるが、上記の現状値以上に密度を向上するにはHIP等の特殊な高密度化手段が必要である。しかしながらこのような特殊なプロセスの導入は製造原価の増加に結びつき、廉価磁石としてのフェライト磁石の特長を失わしめる可能性がある。第５の方法はフェライト磁石を構成する主組成物であるフェライト化合物自体の飽和磁化σｓを向上させることである。飽和磁化σｓの向上は直接的に残留磁束密度Brの向上へ結びつく可能性を有している。従来において生産されているフェライト化合物はＭ（マグネトプランバイト）型の結晶構造を有している。このＭ型より大きな飽和磁化を有するＷ型フェライトの検討も鋭意行われているものの、雰囲気制御の困難さのため量産化が実現されるには至っていない。このような状況の中で、上記第１〜第４の方法によりフェライト磁石の高性能化が図られ、代表特性；Br＝4100Ｇ、iHc＝4000Ｏｅを有する高性能フェライト磁石の製品化まで進んでいるのが現状である。しかしながら、ＳｒＯ・ｎＦｅ_２Ｏ_３（ｎはモル比）で表される化合物を主組成物とし、上記第１〜第４の方法でこれ以上の格段の高性能化を図ることは下記の理由により困難になっている。即ち第１の理由は上記第１〜第４の方法が生産性に対し副作用ともいうべき悪影響を有していたり、量産工程を考慮した場合の実現が困難な内容を含んでいるためである。第２の理由は磁気特性のうち、特に残留磁束密度Brが既に理論値に近いレベルに達しているためである。このことはＳｒフェライト焼結磁石のみならず、Ｓｒフェライト磁石粉末でも同様である。従って、本発明の課題は、上記第５の方法により、従来のフェライト磁石粉末に比べて高い飽和磁化または高い飽和磁化及び保磁力を有するフェライト磁石粉末を得るべく、飽和磁化σｓを向上させたフェライト化合物を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために、本発明者らはＳｒＯ・ｎＦｅ_２Ｏ_３（ｎはモル比）で表すことができる組成物のＳｒおよびＦｅ元素の一部を異種元素で置換する方法を見い出した。マグネトプランバイト型Ｓｒフェライトの磁性はＦｅイオンの磁気モーメントが担っており、この磁気モーメントがＦｅイオンサイトにより部分的に反平行方向に配列したフェリ磁性体の磁気構造を有している。この磁気構造において飽和磁化を向上させるには２つの方法がある。第１の方法は反平行方向に向いた磁気モーメントに対応するサイトのＦｅイオンを、Ｆｅイオンより小さな磁気モーメントを有するか非磁性の別種の元素で置換することである。第２の方法は平行方向に向いた磁気モーメントに対応するサイトのＦｅイオンを、Ｆｅイオンより大きな磁気モーメントを有する別種の元素で置換することである。本発明者らは以上を念頭におき、Ｆｅイオンを種々の元素で置換する検討を鋭意行った結果Ｍｎ、ＣｏまたはＮｉが飽和磁化を向上し、かつ磁気特性を改善する元素であり、中でもＣｏが有効であることを見い出した。しかしながら単純に前記元素を添加しただけでは十分な効果は得られない。なぜならば、Ｆｅイオンを別種の元素で置換しようとすると、イオン価数のバランスがくずれ異相が発生してしまうためである。この現象を回避するには、電荷補償を目的にＳｒサイトを別種の元素で置換すればよく、その目的のためにはＬａ、ＮｄまたはＰｒが有効であり、中でもＬａが特に有効であることを見い出し本発明をなしたものである。
【０００５】
即ち本発明のフェライト化合物は、異方性Srフェライト焼結磁石の主組成物であって、基本組成式が SrO ・ 6Fe ₂ O ₃ で表され、Srサイトの一部がLaで置換されているとともに、Feサイトの一部がCoで置換されており、マグネトプランバイト型結晶構造を有する。本発明のフェライト化合物は異方性Srフェライト焼結磁石の主組成物であるとともに、その原料となるフェライト磁石粉末の主組成物でもある。本発明のフェライト化合物を主組成物とする異方性Srフェライト焼結磁石及びフェライト磁石粉末は、従来のものに比べて高い飽和磁化または高い飽和磁化及び保磁力を有しており、有用なものである。
【０００６】
本発明のフェライト化合物を主組成物とし、原子比率で（Ｓｒ_１−ｘＬａ_ｘ）Ｏ・ｎ［（Ｆｅ_１−ｙＣｏ_ｙ）_２Ｏ_３］（0.05≦ｘ≦0.5、｛ｘ／（2.2ｎ）｝≦ｙ≦｛ｘ／（1.8n）｝及び5.7≦ｎ≦6.0）で表される組成を有するフェライト磁石粉末は、良好な磁気特性を有する。ｎが5.7未満では磁気特性の減少傾向が認められ、ｎが6.0を超えるとマグネトプランバイト相以外の異相（例えばα−Ｆｅ_２Ｏ_３）が生成して磁気特性が顕著に低下する。ｘは0.05以上、0.5以下とする。ｘが0.05未満では従来のフェライト磁石粉末よりも磁気特性を高めることが困難であり、0.5を超えると逆に磁気特性が低下する。ｙは、電荷バランスを理想的に満足する条件（ｘ＝２ｎｙ）のみならず、ｘ／（ｎｙ）が1.8〜2.2の範囲にあれば、従来のフェライト磁石粉末よりも磁気特性を高めることができる。従って、｛ｘ／（2.2ｎ）｝≦ｙ≦｛ｘ／（1.8n）｝がｙの望ましい範囲である。
【０００７】
本発明のフェライト化合物は、フェライト磁石粉末の標準製造工程（混合→仮焼→粉砕）の仮焼段階で実質的に形成される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を実施例により詳細に説明する。
（実施例１、参考例１〜11）
ＳｒＣＯ_３、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｒ元素の各酸化物及びＭ元素の各酸化物をそれぞれ用い、下記の化学式において、原子比率でｎ＝5.85、ｘ＝２ｎｙ、ｘ＝0.117になるように配合し、湿式にて混合した。その後、1200℃で２時間、大気中で仮焼した。
（Ｓｒ_１−ｘＲ_ｘ）Ｏ・ｎ［（Ｆｅ_１−ｙＭ_ｙ）_２Ｏ_３］
Ｒ元素としては、Ｓｒイオンと類似のイオン半径を有することを基準として、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄを選択した。またＭ元素としては、Ｆｅイオンと類似のイオン半径を有することを基準として、Ｔｉ、Ｖ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎを選択した。また比較例として、上記化学式において、ｎ＝5.85、ｘ＝ｙ＝０なる組成物に配合し、混合した以外は前記と同様にして仮焼した。仮焼粉をローラーミルで乾式粉砕を行い粗粉砕粉とした。次に、試料振動型磁力計により得られた粗粉砕粉の磁気特性を測定し、評価した。この測定は最大磁場強度12ｋＯｅで行い、１／Ｈ^２プロット（Ｈは印加磁場強度）により飽和磁化σｓを求めた。また保磁力Ｈｃを求めた。またＸ線回折により生成した相の同定を行った。結果を表１に示す。表１において、Ｍ相とはマグネトプランバイト型の結晶構造を有する相である。表１より、（Ｒ元素、Ｍ元素）の組み合わせで（Ｌａ、Ｍｎ）、（Ｌａ、Ｃｏ）及び（Ｌａ、Ｎｉ）をそれぞれ選択した実施例１の磁石粉末は比較例の磁石粉末に比べて高い飽和磁化σｓ及び良好な保磁力Ｈｃを有していることがわかる。
【０００９】
【表１】

【００１０】
（参考例12）
Ｒ元素としてＬａ、Ｍ元素としてＺｎをそれぞれ選択し、ＳｒＣＯ_３、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３及びＺｎＯを用い、下記に示す化学式において、原子比率でｎ＝5.85、ｘ＝２ｎｙ、ｘ＝０〜0.6になるように配合し、湿式にて混合した。その後、1200℃で２時間、大気中で仮焼した。
（Ｓｒ_１−ｘＬａ_ｘ）Ｏ・ｎ［（Ｆｅ_１−ｙＺｎ_ｙ）_２Ｏ_３］
その後は実施例１と同様にして粗粉砕粉を作製し、磁気特性を測定した。結果を図１に示す。図１よりＬａ_２Ｏ_３及びＺｎＯを同時に添加することにより、飽和磁化σｓが向上することがわかる。またＬａ含有量ｘが0.05以上でσｓ向上効果が認められ、0.5を超えると逆にσｓが減少することがわかる。従ってｘは、0.05以上、0.5以下が望ましく、さらに望ましくは0.07以上、0.4以下である。
（参考例 13）
Ｒ元素がＰｒまたはＮｄ、及びＭ元素がＭｎ、Ｃｏ、Ｎｉのいずれかの組み合わせとした以外は参考例12と同様にして評価した場合においても図１とほぼ同様の結果が得られた。またｎが5.7〜6.0の範囲では有意に差異は認められず、同様な効果が得られることを確認した。
【００１１】
（参考例14）
電荷補償と関連して、Ｒ元素とＭ元素の添加量比の許容範囲を求める検討を行った。Ｒ元素としてＬａ、Ｍ元素としてＺｎをそれぞれ選択し、ＳｒＣＯ_３、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３及びＺｎＯを用いて、下記に示す化学式において、原子比率でｎ＝5.85、ｙ＝0.83〜1.25ｘ10^−２、ｘ＝0.117 になるよう配合し、湿式にて混合した。その後、1200℃で２時間、大気中で仮焼した。
（Ｓｒ_１−ｘＬａ_ｘ）Ｏ・ｎ［（Ｆｅ_１−ｙＺｎ_ｙ）_２Ｏ_３］
以降は参考例３と同様にして粗粉砕粉を作製し、磁気特性を測定した。結果を表２に示す。表２より、電荷バランスが完全に満たされた条件、即ちｘ＝２ｎｙが成り立つ添加量比のみならず、ｘ／（ｎｙ）値が1.8から2.2の範囲にあれば、磁気特性の実質的な劣化は認められず、高い磁気特性が維持されることがわかる。 一方、ｘ／（ｎｙ）値が2.2を超えた場合あるいは1.8未満では磁気特性の顕著な減少が認められた。従って、ｘ／（ｎｙ）値の望ましい範囲は1.8以上、2.2以下であることがわかる。これをｙについて整理すると、ｙ値の望ましい範囲は下記の式で示される。
｛ｘ／（2.2n）｝≦ｙ≦｛ｘ／（1.8ｎ）｝
【００１２】
【表２】

【００１３】
以上に記述の如く、本発明によれば、従来に比べて高い磁気特性を有するフェライト磁石粉末及び異方性 Sr フェライト焼結磁石を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 xと飽和磁化σsとの相関の一例を示す図である。

Claims (1)

1. 異方性Srフェライト焼結磁石の主組成物であって、基本組成式が SrO ・ 6Fe ₂ O ₃ で表され、Srサイトの一部がLaで置換されているとともに、Feサイトの一部がCoで置換されており、マグネトプランバイト型結晶構造を有することを特徴とするフェライト化合物。

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