JP7509572B2 - 軟磁性金属粉末及び電子部品 - Google Patents
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Description
酸化部におけるCaの濃度の極大値の平均値が、10.0原子%以下であってよく、酸化部におけるMgの濃度の極大値の平均値が、2.0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は、自然酸化膜であってよい。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。
また、[Ca]が10.0原子%よりも大きい場合、V1は小さくなる。[Mg]が2.0原子%よりも大きい場合も、V1は小さくなる。[Ca]又は[Mg]が大き過ぎる場合、Ca及びMgのうち少なくとも一種の元素を含む酸化部3の形状が不均一になり、酸化部3が金属粒子2を均一に被覆し難いため、V1が小さくなる、と考えられる。
さらに、[Ca]が10.0原子%よりも大きい場合、V2及びΔVが小さくなる。[Mg]が2.0原子%よりも大きい場合も、V2及びΔVが小さくなる。[Ca]又は[Mg]が大き過ぎる場合、Ca及びMgのうち少なくとも一種の元素を含む酸化部3の形状が不均一になり、被覆部4が金属粒子2及び酸化部3を均一に被覆し難いため、V2及びΔVが小さくなる、と考えられる。
(Fe(1-(α+β))X1αX2β)(1-h)MaBbPcSidCeSf (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。
0.6844≦1-h≦0.9050、又は、
0.73≦1-h≦0.95、
を満たしてよい。
1-hが0.73≦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、ガスアトマイズ法又は水アトマイズ法によって製造することができる。軟磁性金属粒子1の金属粒子2中に非晶質相及びナノ結晶相のうち少なくともいずれかの相が形成され易いことから、軟磁性金属粉末はガスアトマイズ法によって製造されることが好ましい。ガスアトマイズ法及び水アトマイズ法其々の詳細は、以下の通りである。
ガスアトマイズ法は、金属原料を溶融して溶湯(molten metal)を形成し、高圧ガスを溶湯へ噴射して液滴を形成し、液滴を冷却水で急冷して軟磁性金属粉末を形成する。後述されるように、ガスアトマイズ法の後、軟磁性金属粉末の熱処理が更に実施されてよい。
上述のガスアトマイズ法の代わりに、水アトマイズ法によって軟磁性金属粉末が作製されてよい。水アトマイズ法では、ガスアトマイズ法と同様に、金属原料の溶融により、溶湯が形成される。溶湯の形成には、坩堝が用いられてよい。
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1~44及び193~206其々の軟磁性金属粉末の金属原料が調製された。試料1~44及び193~206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。試料1~44及び193~206のいずれの場合も、化学式1中のMは、Nbであった。試料1~44のいずれの場合も、化学式1中のα、β、d、e及びf其々は、ゼロであった。試料1~44其々の化学式1におけるa、b、c及び1-hは、下記の表1及び表2に示される値であった。試料193~206其々の化学式1におけるa、b、c、d、e及びf及び1-hは、下記の表11に示される値であった。
(Fe(1-(α+β))X1αX2β)(1-h)MaBbPcSidCeSf (1)
試料110~118其々の金属原料全体の組成は、元素Mの種類を除いて、試料59の金属原料全体の組成と同じであった。試料110~118其々の化学式1中の元素Mは、下記の表7に示される。
試料119~127其々の金属原料全体の組成は、元素Mの種類を除いて、試料57の金属原料全体の組成と同じであった。試料119~127其々の化学式1中の元素Mは、下記の表7に示される。
試料128~136其々の金属原料全体の組成は、元素Mの種類を除いて、試料63の金属原料全体の組成と同じであった。試料128~136其々の化学式1中の元素Mは、下記の表7に示される。
試料137~142其々の金属原料は、下記表8に示される元素X1を含んでいた。試料137~142其々の化学式1におけるα(1-h)は、下記表8に示される値であった。
試料143~174其々の金属原料は、下記の表8又は表9に示される元素X2を含んでいた。試料143~174其々の化学式1におけるβ(1-h)は、下記の表8又は表9に示される値に調整された。
試料175~190其々の金属原料は、下記表9に示される元素X1及び元素X2を含んでいた。試料175~190其々の化学式1におけるα(1-h)及びβ(1-h)は、下記表9に示される値であった。
以上の事項を除いて、試料137~190其々の金属原料全体の組成は、試料57の金属原料全体の組成と同じであった。
試料1~11、193、194及び201~203の場合、各試料の金属原料を用いたガスアトマイズ法によって、各試料の軟磁性金属粉末(未被覆粒子)が作製された。試料1~11、193、194及び201~203の作製では、後述される熱処理は実施されなかった。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1~206其々の軟磁性金属粉末(未被覆粒子)が分析された。
以下の方法により、試料1~206其々の軟磁性金属粉末(未被覆粒子)の保磁力及び飽和磁化が測定された。
以下の方法により、試料1~56及び193~206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1~206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1~206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191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192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191及び192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1~206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1~206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 (8)
- 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、
Fe、Si及びBからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素の酸化物と、
Mgと、
を含み、
前記金属粒子及び前記酸化部におけるMgの濃度は、前記酸化部において極大であり、
前記酸化部におけるMgの濃度の極大値の平均値が、0.2原子%以上2.0原子%以下である、
軟磁性金属粉末。 - 前記酸化部におけるMgの濃度は、前記酸化部の最表面の領域において極大である、
請求項1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又は2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1~3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1~4のいずれか一項に記載の軟磁性金属粉末。 - Ca及びMgのうち少なくとも一種の元素が、前記酸化部及び前記被覆部の界面に存在している、
請求項5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5又は6に記載の軟磁性金属粉末。 - 請求項1~7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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