JP7332856B2 - 異方性磁性粉末の製造方法および異方性磁性粉末 - Google Patents
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前記部分酸化物を、還元剤の存在下、920℃以上1200℃以下で熱処理することにより、合金粒子を得る工程、
前記合金粒子を窒化して窒化物を得る工程、
前記窒化物を洗浄して磁性粉末を得る工程、および、
前記磁性粉末を酸処理する工程を含み、
前記酸処理する工程において、磁性粉末100質量部に対する酸の量が、3.5質量部以上13.5質量部以下である。
レーザー回折式粒径分布測定装置を用いて乾式条件で測定した平均粒径が1.5μm以上7μm以下であり、下記式
スパン=(D90-D10)/D50
(ここで、D10、D50、D90は、粒度分布の積算値がそれぞれ10%、50%、90%に相当する粒径である。)
で定義されるスパンが1.6以下であり、Sm、Fe、N、Oを含み、Oの量が0.05質量%以上0.65質量%以下である。
沈殿工程では、強酸性の溶液にSm原料、Fe原料を溶解して、SmとFeを含む溶液を調製する。Sm2Fe17N3を主相として得る場合、SmおよびFeのモル比(Sm:Fe)は1.5:17~3.0:17が好ましく、2.0:17~2.5:17がより好ましい。La、W、Co、Ti、Sc、Y、Pr、Nd、Pm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Luなどの原料を上述した溶液に加えても良い。残留磁束密度の点で、Laを含むことが好ましい。保持力と角型比の点で、Wを含むことが好ましい。温度特性の点で、Coを含むことが好ましい。
酸化工程とは、沈殿工程で形成された沈殿物を焼成することにより、SmとFeとを含む酸化物を得る工程である。例えば、熱処理により沈殿物を酸化物に変換することができる。沈殿物を熱処理する場合、酸素の存在下で行われる必要があり、例えば、大気雰囲気下で行うことができる。また、酸素存在下で行われる必要があるため、沈殿物中の非金属部分に酸素原子を含むことが好ましい。
前処理工程とは、SmとFeを含む酸化物を、還元性ガス雰囲気下で熱処理することにより、酸化物の一部が還元された部分酸化物を得る工程である。
還元工程とは、前記部分酸化物を、還元剤の存在下、920℃以上1200℃以下で熱処理することにより、合金粒子を得る工程であり、例えば部分酸化物をカルシウム融体またはカルシウムの蒸気と接触することで還元が行われる。熱処理温度は、磁気特性の点より950℃以上1150℃以下が好ましく、980℃以上1100℃以下がより好ましく、特に、1000℃以上1090℃以下の第一温度で熱処理した後、第一温度よりも低い980℃以上1070℃以下の第二温度で熱処理することが好ましい。また、第一温度は、1010℃以上1080℃以下が好ましく、第二温度は、990℃以上1060℃以下が好ましい。第一温度と第二温度の温度差は、第二温度が第一温度よりも15℃以上60℃以下の範囲で低いことが好ましく、15℃以上30℃以下の範囲で低いことがより好ましい。第一温度による熱処理と第二温度による熱処理は連続で行っても良く、これらの熱処理間において、第二温度の温度範囲より低い熱処理温度での熱処理を含むこともできるが、生産性の点で、連続で行うことが好ましい。各熱処理時間は、還元反応をより均一に行う観点から、120分未満が好ましく、90分未満がより好ましく、熱処理時間の下限は10分以上が好ましく、30分以上がより好ましい。
窒化工程とは、還元工程で得られた合金粒子を窒化処理することにより、異方性の磁性粒子を得る工程である。上述の沈殿工程で得られる粒子状の沈殿物を用いていることから、還元工程にて多孔質塊状の合金粒子が得られる。これにより、粉砕処理を行うことなく直ちに窒素雰囲気中で熱処理して窒化することができるため、窒化を均一に行うことができる。
酸処理工程とは、洗浄した窒化物を、磁性粉末100質量部に対して3.5質量部以上13.5質量部以下の酸で処理する工程である。前述した窒化物の洗浄では、カルシウム成分を除去しているが、酸素をある程度含有するSmリッチ層が残存して保護層として機能するため酸化されて酸素濃度が増大することを抑制している。該酸処理工程では、このSmリッチ層を除去して、磁性粉末全体中の酸素濃度を低減する。また、本発明の製造方法では、粉砕等を行わないため、異方性磁性粉末の粒度分布が狭く、微粉を含まないため、酸素濃度の増加を抑制することが可能となる。
酸処理する工程の後に、更に脱水処理する工程を含むが好ましい。脱水処理によって、真空乾燥前の固形分中の水分値を低減させ、真空乾燥前の固形分が水分をより多く含むことにより生じる乾燥時の酸化の進行を抑制することができる。ここで、脱水処理は、圧力や遠心力を加えることで、これら処理前後における固形分中に含まれる水分値を低減する処理のことを意味し、単なるデカンテーションや濾過や乾燥は含まない。脱水処理方法は特に限定されないが、圧搾、遠心分離などが挙げられる。
スパン=(D90-D10)/D50
(ここで、D10、D50、D90は、粒度分布の積算値がそれぞれ10%、50%、90%に相当する粒径である。)
で定義されるスパンが1.6以下であり、Sm、Fe、N、Oを含み、Oの量が0.05質量%以上0.65質量%以下であることを特徴とする。
SmvFe(100-v―w-x-y-z)NwLaxWyCoz
(式中、3≦v≦30、5≦w≦15、0≦x≦0.3、0≦y≦2.5、0≦z≦2.5である。)
で表される。
スパン=(D90-D10)/D50
(ここで、D10、D50、D90は、粒度分布の積算値がそれぞれ10%、50%、90%に相当する粒径である。)
で計算されるスパンは1.6以下であるが、1.3以下が好ましい。1.6を超えると、大きな粒子が存在しており、磁気特性が低下する傾向がある。
酸素含有量、窒素含有量、粒度分布は、以下の方法で評価した。
酸素含有量は、非分散型赤外線吸収法(株式会社堀場製作所製のEMGA-820)により測定した。
窒素含有量は、熱伝導度法(株式会社堀場製作所製のEMGA-820)により測定した。
粒度分布は、レーザー回折式粒度分布測定装置(日本レーザー株式会社のHELOS&RODOS)により測定した。
水分量は、真空乾燥前後の重量の差により測定した。
純水2.0kgにFeSO4・7H2O 5.0kgを混合溶解した。さらにSm2O3 0.49kgと70%硫酸0.74kgとを加えてよく攪拌し、完全に溶解させた。次に、得られた溶液に純水を加え、最終的にFe濃度が0.726mol/l、Sm濃度が0.112mol/lとなるように調整し、SmFe硫酸溶液とした。
温度が40℃に保たれた純水20kg中に、調製したSmFe硫酸溶液全量を反応開始から70分間で攪拌しながら滴下し、同時に15%アンモニア液を滴下させ、pHを7~8に調整した。これにより、SmFe水酸化物を含むスラリーを得た。得られたスラリーをデカンテーションにより純水で洗浄した後、水酸化物を固液分離した。分離した水酸化物を100℃のオーブン中で10時間乾燥した。
沈殿工程で得られた水酸化物を大気中1000℃で1時間、焼成処理した。冷却後、原料粉末として赤色のSmFe酸化物を得た。
製造例1において、La2O3 0.035kgを加えたこと、酸化工程での大気中温度900℃に変更した以外は製造例1と同様に操作し、中粒径のSmFe酸化物を得た。
製造例1において、15%アンモニア液と同時に18%のタングステン酸アンモニウム0.14kgを滴下させたこと、酸化工程での焼成温度900℃に変更した以外は製造例1と同様に操作し、小粒径のSmFe酸化物を得た。
[前処理工程]
製造例1で得られたSmFe酸化物100gを、嵩厚10mmとなるように鋼製容器に入れた。容器を炉内に入れ、100Paまで減圧した後、水素ガスを導入しながら、前処理温度の850℃まで昇温し、そのまま15時間保持した。非分散赤外吸収法(ND-IR)(株式会社堀場製作所製のEMGA-820)により酸素濃度を測定したところ、5質量%であった。これにより、Smと結合している酸素は還元されず、Feと結合している酸素のうち、95%が還元される黒色の部分酸化物を得たことがわかった。
前処理工程で得られた部分酸化物60gと平均粒径約6mmの金属カルシウム19.2gとを混合して炉内に入れた。炉内を真空排気した後、アルゴンガス(Arガス)を導入した。1045℃の第一温度まで上昇させて、45分間保持し、その後、1000℃の第二温度に冷却して30分間保持することにより、Fe-Sm合金粒子を得た。
引き続き、炉内温度を100℃まで冷却した後、真空排気を行い、窒素ガスを導入しながら、温度を450℃まで上昇させて、そのまま23時間保持して、磁性粒子を含む塊状生成物を得た。
窒化工程で得られた塊状の生成物を純水3kgに投入し、30分間攪拌した。静置した後、デカンテーションにより上澄みを排水した。純水への投入、攪拌及びデカンテーションを10回繰り返した。次いで99.9%酢酸2.5gを投入して15分間攪拌した。静置した後、デカンテーションにより上澄みを排水した。純水への投入、攪拌及びデカンテーションを2回繰り返した。
水洗工程で得られた粉末100質量部に対して、塩化水素として4.3質量部となるように、6%塩酸水溶液を添加して、1分間、撹拌した。静置した後、デカンテーションにより上澄みを排水した。純水への投入、攪拌及びデカンテーションを2回繰り返した。固液分離した後80℃で真空乾燥を3時間行い、磁性粉末を得た。
表1に記載した酸使用量に変更した以外は、実施例1と同様に操作し、磁性粉末を作製した。
製造例2で作製したSmFe酸化物を使用したことおよび表2に記載した酸使用量に変更したこと以外は、実施例1と同様に操作し、大粒子径の磁性粉末を作製した。各実施例で得られた磁性粉末を用いて、上述した方法により酸素含有量、窒素含有量、粒度分布を測定した。評価結果を表2に示す。
製造例3で作製したSmFe酸化物を使用したことおよび表3に記載した酸使用量に変更したこと以外は、実施例1と同様に操作し、小粒子径の磁性粉末を作製した。各実施例および比較例で得られた磁性粉末を用いて、上述した方法により酸素含有量、窒素含有量、粒度分布を測定した。評価結果を表3に示す。
実施例5および7において、酸処理工程で得た固液分離後の固形分を、圧搾することにより脱水処理を行った後に、80℃で3時間、真空乾燥を行ったこと以外は、それぞれ実施例5および7と同様に操作し、磁性粉末を作製した。各実施例で得られた磁性粉末を用いて、上述した方法により、脱水処理後の固形分の水分量、得られた磁性粉末の酸素含有量、窒素含有量、粒度分布を測定した。評価結果を、実施例5および7で作製した磁性粉末の評価結果とともに、表4に示す。
Claims (6)
- SmとFeを含む酸化物を、還元性ガス雰囲気下で熱処理することにより、部分酸化物を得る前処理工程、
前記部分酸化物を、還元剤である金属カルシウムの存在下、920℃以上1200℃以下で熱処理することにより、合金粒子を得る工程、
前記合金粒子を窒化して窒化物を得る工程、
前記窒化物を、前記合金粒子を得る工程で使用したカルシウムを除去するために酸で洗浄して磁性粉末を得る工程、および、
前記磁性粉末を酸処理する工程を含み、
前記酸処理する工程において、磁性粉末100質量部に対する酸の量が、3.5質量部以上13.5質量部以下である異方性磁性粉末の製造方法。 - 前記合金粒子を得る工程において、1000℃以上1090℃以下の第一温度で熱処理した後、第一温度よりも低い980℃以上1070℃以下の第二温度で熱処理する請求項1記載の異方性磁性粉末の製造方法。
- 前記SmとFeを含む酸化物は、更にLa、WおよびCoからなる群から選ばれる1種以上の金属を含む請求項1または2に記載の異方性磁性粉末の製造方法。
- 前記酸処理で使用する酸が、塩化水素または硝酸である請求項1~3のいずれか1項に記載の異方性磁性粉末の製造方法。
- 前記酸処理する工程の後に、更に脱水処理する工程を含む請求項1~4のいずれか1項に記載の異方性磁性粉末の製造方法。
- レーザー回折式粒径分布測定装置を用いて乾式条件で測定した平均粒径が1.5μm以上7μm以下であり、下記式
スパン=(D90-D10)/D50
(ここで、D10、D50、D90は、粒度分布の積算値がそれぞれ10%、50%、90%に相当する粒径である。)
で定義されるスパンが1.6以下であり、Sm、Fe、N、Oを含み、Oの量が0.05質量%以上0.65質量%以下である異方性磁性粉末。
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