JP7456279B2 - 軟磁性金属粉末及び電子部品 - Google Patents
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Description
[M]m-[M]aが、5.0原子%以下であってよい。
[M]aが、0原子%以上16.0原子%以下であってよく、[M]mが、0.4原子%以上21.0原子%以下であってよい。
[S]m-[S]aが、5.0原子%以下であってよい。
[S]aが、0原子%以上5.0原子%以下であってよく、[S]mが、0.2原子%以上10.0原子%以下であってよい。
本実施形態に係る軟磁性金属粉末は、複数の軟磁性金属粒子を含む。軟磁性金属粉末は、多数の軟磁性金属粒子の全体と言い換えられてよい。図1に示されるように、軟磁性金属粒子1は、金属粒子2と、金属粒子2を覆う酸化部3と、を含む。軟磁性金属粒子1は、金属粒子2及び酸化部3のみからなっていてよい。酸化部3は、酸化層と言い換えられてよい。酸化部3自体の電気抵抗(電気抵抗率)は金属粒子2自体の電気抵抗(電気抵抗率)よりも高い。換言すれば、酸化部3は電気的絶縁性を有している。複数の軟磁性金属粒子1同士が、電気的絶縁性を有する酸化部3を介して接触することに因り、軟磁性金属粒子1の導通が抑制され、軟磁性金属粉末の耐電圧が増加する。つまり、軟磁性金属粉末は、酸化部3の電気的絶縁性に起因する耐電圧を有している。酸化部3は、金属粒子2の一部又は全体を覆っていてよい。軟磁性金属粉末の耐電圧が増加し易いことから、酸化部3は金属粒子2の全体を覆うことが好ましい。酸化部3は、所々で途切れていてもよい。軟磁性金属粉末の耐電圧が増加し易いことから、軟磁性金属粉末に含まれる全ての軟磁性金属粒子1が、金属粒子2及び酸化部3を含むことが好ましい。ただし、軟磁性金属粉末の耐電圧が損なわれない限りにおいて、酸化部3を含まない少数の金属粒子が軟磁性金属粉末に含まれていてもよい。酸化部3の組成の詳細は後述される。
(Fe(1-(α+β))X1αX2β)(1-h)M’aBbPcSidCeSf (1)
0.020≦a≦0.140、
0.040≦a≦0.100、又は、
0.050≦a≦0.080、
を満たしてよい。
aが小さ過ぎる場合、軟磁性金属粉末の製造過程において、粒径が30nmよりも大きい粗大な結晶が金属粒子2中に析出し易く、微細なナノ結晶相が金属粒子2中に析出し難い。その結果、軟磁性金属粉末の保磁力が増加し易い。aが大き過ぎる場合、軟磁性金属粉末の飽和磁化が低下し易い。
0≦b≦0.20、
0<b≦0.20、
0.020≦b≦0.20、
0.020<b≦0.20、
0.025≦b≦0.20、
0.060≦b≦0.15、又は、
0.080≦b≦0.12、
を満たしてよい。
bが小さ過ぎる場合、軟磁性金属粉末の製造過程において、粒径が30nmよりも大きい粗大な結晶が金属粒子2中に析出し易く、微細なナノ結晶相が金属粒子2中に析出し難い。その結果、軟磁性金属粉末の保磁力が増加し易い。bが大き過ぎる場合、軟磁性金属粉末の飽和磁化が低下し易い。
0≦c≦0.15、
0<c≦0.15、
0.005≦c≦0.100、又は、
0.010≦c≦0.100、
を満たしてよい。
cが0.005≦c≦0.100を満たす場合、軟磁性金属粉末の電気抵抗率が増加し易く、保磁力が低下し易い。cが小さ過ぎる場合、保磁力が増加し易い。cが大き過ぎる場合、軟磁性金属粉末の飽和磁化が低下し易い。
0≦d≦0.175、
0≦d≦0.155、
0≦d≦0.150、
0≦d≦0.135、
0≦d≦0.100、
0≦d≦0.090、
0≦d≦0.060、
0.001≦d≦0.040、又は、
0.005≦d≦0.040、
を満たしてよい。
dが上記の範囲内である場合、軟磁性金属粉末の保磁力が低下し易い。dが大き過ぎる場合、軟磁性金属粉末の保磁力が増加し易い。
0≦e≦0.150、
0≦e≦0.080、
0≦e≦0.040、
0≦e≦0.035、
0≦e≦0.030、又は、
0.001≦e≦0.030、
を満たしてよい。
eが上記の範囲内である場合、軟磁性金属粉末の保磁力が低下し易い。eが大き過ぎる場合、軟磁性金属粉末の保磁力が増加し易い。
0≦f≦0.030、
0≦f≦0.010、
0<f≦0.010、
0.001≦f≦0.010、又は、
0.002≦f≦0.010、
を満たしてよい。
fが上記の範囲内である場合、軟磁性金属粉末の保磁力が低下し易い。fが大き過ぎる場合、軟磁性金属粉末の保磁力が増加し易い。fが0より大きい場合(fが0.001以上である場合)、各軟磁性金属粒子の球形度が高く、軟磁性金属粉末の圧縮成形によって作製される磁心の密度(充填率)が増加し易く、磁心の比透磁率が増加し易い。
0.690≦1-h≦0.95、又は
0.690≦1-h≦0.900、
を満たしてよい。
1-hが0.690≦1-h≦0.95を満たす場合、軟磁性金属粉末の製造過程において、粒径が30nmよりも大きい粗大な結晶が金属粒子2中に析出し難い。
0≦α(1-h)≦0.40、又は、
0.01≦α(1-h)≦0.40、
を満たしてよい。
0≦β(1-h)≦0.050、
0.001≦β(1-h)≦0.050、
0≦β(1-h)≦0.030、又は、
0.001≦β(1-h)≦0.030、
を満たしてよい。
本実施形態に係る軟磁性金属粉末は、ガスアトマイズ法によって製造することができる。ガスアトマイズ法の詳細は、以下の通りである。
本実施形態に係る電子部品は、上記の軟磁性金属粉末を含む。例えば、電子部品は、インダクタ、トランス、チョークコイル及びEMI(Electro Magnetic Interference)フィルタであってよい。これらの電子部品は、コイルと、コイルの内側に配置される磁心とを備えてよい。磁心は、上記の軟磁性金属粉末を含んでよい。例えば、磁心は、軟磁性金属粉末と、バインダと、を含んでよい。バインダは、軟磁性金属粉末に含まれる複数の軟磁性合金粒子同士を結着する。バインダは、例えば、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含んでよい。コイルの内側が軟磁性金属粉末及びバインダの混合物で満たされ、且つ、コイルの全体が軟磁性金属粉末及びバインダの混合物で覆われていてよい。電子部品は、磁気ヘッド又は電磁波シールドであってもよい。
複数種の原料を所定の比率で混合することにより、試料1~140其々の軟磁性金属粉末の金属原料が調製された。試料1~140其々の金属原料全体の組成は、下記化学式1で表される。下記化学式1中のhは、a+b+c+d+e+fに等しい。
(Fe(1-(α+β))X1αX2β)(1-h)M’aBbPcSidCeSf (1)
試料81~86其々の化学式1中の元素X1及びαは、下記表10に示される。試料81~86其々の化学式1中のβは、ゼロである。
試料87~118其々の化学式1中のαは、ゼロである。試料87~118其々の化学式1中の元素X2及びβは、下記表10又は表11に示される。
試料119~134其々の化学式1中の元素X1、元素X2、α及びβは、下記表12に示される。
試料1~16其々の化学式1中の1-hは、0.795であった。
試料1~16其々の化学式1中のaは、0.060であった。
試料1~16其々の化学式1中のbは、0.090であった。
試料1~16其々の化学式1中のcは、0.050であった。
試料1~16其々の化学式1中のfは、0.005であった。
試料137~140其々の化学式1中の1-hは、0.7750であった。
試料137~140其々の化学式1中のaは、0.060であった。
試料137~140其々の化学式1中のbは、0.090であった。
試料137~140其々の化学式1中のcは、0.050であった。
試料137~140其々の化学式1中のdは、0.020であった。
試料137~140其々の化学式1中のfは、0.005であった。
各試料の金属原料を用いたガスアトマイズ法によって、各試料の微粉末(金属微粒子)が作製された。ガスアトマイズ法では、上述された図3及び図4に示されるガスアトマイズ装置を用いた。ガスアトマイズ法の詳細は以下の通りであった。
以下の方法により、試料1~140其々の軟磁性金属粉末(未被覆粒子)が分析された。
試料137及び138其々の酸化部は、Fe、Si、B、Nb及びOから構成されていた。試料139及び140其々の酸化部は、Fe、Si、B、Nb、S及びOから構成されていた。
試料1~16、44~47、70~134、139及び140を除く他の全ての試料において、Sは検出されなかった。
なお、全実施例の[S]aは、0原子%以上3.5原子%以下である範囲内にあり、全実施例の[S]mは、0原子%以上7.0原子%以下である範囲内にあった。
試料1~5、137及び138の場合、20個の軟磁性金属粒子其々の金属粒子内において、元素M’の濃度が極大且つ最大であった。
試料6~102、107~122、124~130、132~136、139及び140の場合、20個の軟磁性金属粒子其々の酸化部内において、元素M’の濃度が極大且つ最大であった。
試料1~102、107~122、124~130、132~136、139及び140の場合、以下に記載の元素Mとは、元素M’と同じである。
試料103~106、123及び131の場合、20個の軟磁性金属粒子其々の酸化部内において、元素M’及びCrの濃度の合計が極大且つ最大であった。
試料103~106、123及び131の場合、以下に記載の元素Mとは、元素M’及びCrの全てを意味する。
試料6~136、139及び140其々の[M]m-[M]aが算出された。各試料の[M]m-[M]aは、下記表のΔ[M]の欄内に記載される。試料6~16其々の[M]m及び[M]aは、下記表1に示される。試料139及び140其々の[M]m及び[M]aは、下記表14に示される。[M]m及び[M]a其々の定義、測定方法及び算出方法は、上述の実施形態と同様である。
なお、全実施例の[M]aは、0原子%以上15.0原子%以下である範囲内にあり、全実施例の[M]mは、0原子%以上17.0原子%以下である範囲内にあった。
以下の方法により、試料1~140其々の軟磁性金属粉末(未被覆粒子)の飽和磁化が測定された。
以下の方法により、試料1~16及び137~140其々の軟磁性金属粉末(未被覆粒子)の耐電圧が測定された。
メカノケミカルコーティング法により、試料1~140其々の未被覆粒子(軟磁性金属粉末)の表面全体に被覆部が形成された。被覆部の原料としては、粉末ガラスが用いられた。つまり、試料1~140其々の未被覆粒子の酸化部全体が、ガラスからなる被覆部で覆われた。粉末ガラスの質量は、100質量部の未被覆粒子(軟磁性金属粉末)に対して0.5質量部であった。被覆部の厚みは、約50nmであった。
試料135の被覆部の形成に使用された粉末ガラスは、ビスマス酸塩系ガラスであった。ビスマス酸塩系ガラスの主成分は、Bi2O3‐ZnO‐B2O3‐SiO2と表される。ビスマス酸塩系ガラスにおけるBi2O3の含有量は、80質量%であった。ビスマス酸塩系ガラスにおけるZnOの含有量は、10質量%であった。ビスマス酸塩系ガラスにおけるB2O3の含有量は、5質量%であった。ビスマス酸塩系ガラスにおけるSiO2の含有量は、5質量%であった。
試料136の被覆部の形成に使用された粉末ガラスは、ホウケイ酸塩系ガラスであった。ホウケイ酸塩系ガラスの主成分は、BaO‐ZnO‐B2O3‐SiO2-Al2O3と表される。ホウケイ酸塩系ガラスにおけるBaOの含有量は、8質量%であった。ホウケイ酸塩系ガラスにおけるZnOの含有量は、23質量%であった。ホウケイ酸塩系ガラスにおけるB2O3の含有量は、19質量%であった。ホウケイ酸塩系ガラスにおけるSiO2の含有量は、16質量%であった。ホウケイ酸塩系ガラスにおけるAl2O3は、6質量%であった。ホウケイ酸塩系ガラスは、上記主成分以外の残部として、更に副成分を含んでいた。
後述の通り、試料135及び136其々の被覆粒子は、被覆部としてリン酸塩系ガラスを備える被覆粒子(実施例)と同様に、高いV2を有していた。
被覆部の形成後、試料1~140其々の軟磁性金属粉末(被覆粒子)の耐電圧V2が測定された。被覆粒子の耐電圧V2の測定方法は、未被覆粒子の耐電圧V1の測定方法と同じであった。試料1~140其々の軟磁性金属粉末(被覆粒子)の耐電圧V2(単位:V/mm)は、下記表に示される。V2は高いことが好ましい。
Claims (12)
- 複数の軟磁性金属粒子を含む軟磁性金属粉末であって、
前記軟磁性金属粒子が、金属粒子と、前記金属粒子を覆う酸化部と、を含み、
前記金属粒子が、少なくともFeを含み、
前記酸化部が、元素Mを含み、
前記元素Mが、Nb、Ta、W、Zr、Hf及びCrからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素であり、
前記金属粒子及び前記酸化部における前記元素Mの濃度の単位が、原子%であり、
前記金属粒子及び前記酸化部における前記元素Mの濃度が、前記酸化部において極大値を有し、
前記金属粒子における前記元素Mの濃度の平均値が、[M]aと表され、
前記酸化部における前記元素Mの濃度の極大値の平均値が、[M]mと表され、
[M]m-[M]aが、0.4原子%以上3.1原子%以下である、
軟磁性金属粉末。 - [M]aが、0原子%以上15.0原子%以下であり、
[M]mが、0.4原子%以上17.0原子%以下である、
請求項1に記載の軟磁性金属粉末。 - 複数の軟磁性金属粒子を含む軟磁性金属粉末であって、
前記軟磁性金属粒子が、金属粒子と、前記金属粒子を覆う酸化部と、を含み、
前記金属粒子が、少なくともFeを含み、
前記酸化部が、Sを含み、
前記金属粒子及び前記酸化部におけるSの濃度の単位が、原子%であり、
前記金属粒子及び前記酸化部におけるSの濃度が、前記酸化部において極大値を有し、
前記金属粒子におけるSの濃度の平均値が、[S]aと表され、
前記酸化部におけるSの濃度の極大値の平均値が、[S]mと表され、
[S]m-[S]aが、0.2原子%以上3.6原子%以下である、
軟磁性金属粉末。 - 前記酸化部が、Sを含み、
前記金属粒子及び前記酸化部におけるSの濃度の単位が、原子%であり、
前記金属粒子及び前記酸化部におけるSの濃度が、前記酸化部において極大値を有し、
前記金属粒子におけるSの濃度の平均値が、[S]aと表され、
前記酸化部におけるSの濃度の極大値の平均値が、[S]mと表され、
[S]m-[S]aが、0.2原子%以上3.6原子%以下である、
請求項1又は2に記載の軟磁性金属粉末。 - [S]aが、0原子%以上3.5原子%以下であり、
[S]mが、0.2原子%以上7.0原子%以下である、
請求項3又は4に記載の軟磁性金属粉末。 - 前記酸化部の厚みが、1.0nm以上20nm以下である、
請求項1~5のいずれか一項に記載の軟磁性金属粉末。 - 前記金属粒子の少なくとも一部が、非晶質相である、
請求項1~6のいずれか一項に記載の軟磁性金属粉末。 - 前記金属粒子の少なくとも一部が、ナノ結晶相である、
請求項1~7のいずれか一項に記載の軟磁性金属粉末。 - 前記軟磁性金属粒子が、前記酸化部を覆う被覆部を更に含む、
請求項1~8のいずれか一項に記載の軟磁性金属粉末。 - 前記被覆部が、ガラスを含む、
請求項9に記載の軟磁性金属粉末。 - 前記金属粒子及び前記酸化部の両方が、S及び元素Mのうち少なくとも一種の元素を含み、
前記元素Mが、Nb、Ta、W、Zr、Hf及びCrからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素である、
請求項1~10のいずれか一項に記載の軟磁性金属粉末。 - 請求項1~11のいずれか一項に記載の軟磁性金属粉末を含む電子部品。
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