JP7561557B2 - 鉄系酸化物磁性粉およびその製造方法 - Google Patents
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Description
εタイプの鉄系酸化物磁性粉を磁気記録媒体に適用するにあたっては、単に平均粒子径を制御するだけではなく、粒子径が平均値からかけ離れた微細な粒子や粗大な粒子の存在割合ができるだけ少なくすることが望ましい。微細な粒子の存在は、たとえ当該磁性粉に占める体積割合が少なくても磁気記録媒体の電磁変換特性SNRにおけるノイズ増の要因となる。また、粗大な粒子は保磁力が高すぎて、磁気ヘッドにより書き込みができない粒子であり、その存在割合が多いと磁気記録密度の低下の要因となる。特許文献4に開示された製造方法により製造された置換金属元素を含むεタイプの鉄系酸化物磁性粉は、前記の微細粒子および粗大粒子の含有量が十分に低減されたものとは言えず、磁気記録媒体の高記録密度化のためにはいまだ問題点があった。
(1)透過電子顕微鏡で測定した平均粒子径が10nm以上20nm以下であり、粒子径が8nm以下の粒子の個数割合が5%以下、粒子径が20nm以上の粒子の個数割合が25%以下であり、透過電子顕微鏡で観察される粒子の平均円形度が0.955以上である、Feサイトの一部が他の金属元素で置換されたε酸化鉄の粒子からなる鉄系酸化物磁性粉が提供される。
(2)前記のFeサイトの一部が他の金属元素で置換されたε酸化鉄の粒子の透過電子顕微鏡で測定した粒子径の変動係数は、20%以上30%以下であることが好ましい。
(3)また、前記のFeサイトの一部を置換する金属元素は、Ga、CoおよびTiの1種または2種以上であることが好ましい。
(4)前記のFeサイトの一部を置換する金属元素がGa、Co、Ti、Ni、Mn、Cr、Nd、DyおよびGdの1種または2種以上であっても構わない。
(5)透過電子顕微鏡で測定した平均粒子径が10nm以上20nm以下であり、ε酸化鉄またはFeサイトの一部が他の金属元素で置換されたε酸化鉄の粒子からなる鉄系酸化物磁性粉の製造方法であって、
3価の鉄イオン、または、3価の鉄イオンおよび前記のFeサイトの一部を置換する金属元素のイオンを含む水溶液(以下、原料溶液と呼称する)と、前記の原料溶液を中和するためのアルカリ水溶液を調製する原料溶液調製工程と、
前記の原料溶液および前記のアルカリ水溶液のそれぞれを、反応系に連続的または間歇的に添加して混合し、反応系のpHを1.0以上3.0以下とする第一の中和工程と、
前記の第一の中和工程後の水溶液にヒドロキシカルボン酸を添加する工程と、
前記のヒドロキシカルボン酸を添加した水溶液にアルカリを添加してpHを7.0以上10.0以下まで中和し、オキシ水酸化鉄または置換金属元素含有オキシ水酸化鉄の析出物を含むスラリーを得る第二の中和工程と、
前記のオキシ水酸化鉄または置換金属元素含有オキシ水酸化鉄を含むスラリーに加水分解基を有するシリコン化合物を添加し、前記のオキシ水酸化鉄または置換金属元素含有オキシ水酸化鉄にシリコン化合物の加水分解生成物を被覆する工程と、
前記のシリコン化合物の加水分解生成物を被覆したオキシ水酸化鉄または置換金属元素含有オキシ水酸化鉄を加熱し、シリコン酸化物を被覆したε酸化鉄またはFeサイトの一部が他の金属元素で置換されたε酸化鉄とする工程と、
を含む、鉄系酸化物磁性粉の製造方法が提供される。
(6)前記の(5)項に記載の第一の中和工程は、3価の鉄イオンおよび前記のFeサイトの一部を置換する金属元素のイオンを含まない反応系に、前記の原料溶液、および、原料溶液に含まれている酸根の量の和に対して0.4当量以上0.9当量以下のアルカリを含む前記のアルカリ水溶液のそれぞれを、反応系に連続的または間歇的に添加して混合し、反応系のpHを1.0以上3.0以下とするものであることが好ましい。
(7)前記の(5)項に記載の第一の中和工程は、3価の鉄イオン、または、3価の鉄イオンおよび前記のFeサイトの一部を置換する金属元素のイオンを予め含む反応系に、前記の原料溶液および前記のアルカリ水溶液のそれぞれを連続的または間歇的に添加するに当たり、反応系に予め含まれる3価の鉄イオンおよびFeサイトの一部を置換する金属元素のイオンの量を、当該3価の鉄イオンおよびFeサイトの一部を置換する金属元素のイオンの量と反応系に添加される原料溶液に含まれる3価の鉄イオンおよびFeサイトの一部を置換する金属元素のイオンの量との和の50モル%以下とし、前記の原料溶液、および、原料溶液に含まれている酸根の量の和に対して0.4当量以上1.8当量以下のアルカリを含む前記のアルカリ水溶液のそれぞれを、反応系に連続的または間歇的に添加して混合し、反応系のpHを1.0以上3.0以下とするものであっても良い。
(8)前記の(6)項の第一の中和工程においては、前記原料溶液および前記アルカリ水溶液の添加速度を調整し、前記の原料溶液に含まれる酸根の積算添加量の合計に対する前記のアルカリ水溶液の添加量の積算量を、工程を通じて0.4当量以上0.9当量以下の範囲に維持することが好ましい。
(9)前記の(5)項の第一の中和工程においては、前記原料溶液および前記アルカリ水溶液を10min以上の時間をかけて添加することが好ましい。
(10)前記の(5)項の第二の中和工程で得られた、オキシ水酸化鉄または置換金属元素含有オキシ水酸化鉄を含むスラリーの動的光散乱式粒度分布測定装置により測定された平均径は300nm以下であることが好ましい。
(11)前記の(5)項の原料溶液に含まれる3価の鉄イオンの供給源としては、塩化鉄(III)を用いることが好ましい。
(12)前記の(6)項の原料溶液に含まれる酸根の積算添加量の合計に対するアルカリの積算添加量は、前記第一の中和工程を通して0.6当量以上0.9当量以下とすることが好ましい。
(13)前記の(7)項の原料溶液に含まれる酸根の積算添加量の合計に対するアルカリの積算添加量は、前記第一の中和工程を通して0.4当量以上1.8当量以下とすることが好ましい。
本発明により得られる鉄系酸化物磁性粉は、ε酸化鉄の粒子、または、Feサイトの一部が他の金属元素で置換されたε酸化鉄の粒子(以下、置換型ε酸化鉄粒子と呼ぶ場合がある。)からなるものである。当該磁性粉は、製造上不可避的な異相(例えば、α-Fe2O3のFeサイトの一部が他の金属元素で置換されたもの)を含む場合がある。当該磁性粉がFeサイトの一部が他の金属元素で置換されたε酸化鉄の粒子からなるものであることは、X線回折法(XRD)、高速電子回折法(HEED)等を用いて確認することが可能である。
一般式ε-CzFe2-zO3(ここでCはIn、Ga、Al、Cr、Nd、Dy、Gdから選択される1種以上の3価の金属元素)で表されるもの。
一般式ε-AxByFe2-x-yO3(ここでAはCo、Ni、Mn、Znから選択される1種以上の2価の金属元素、BはTi、Snから選択される1種以上の4価の金属元素)で表されるもの。
一般式ε-AxCzFe2-x-zO3(ここでAはCo、Ni、Mn、Znから選択される1種以上の2価の金属元素、CはIn、Ga、Al、Cr、Nd、Dy、Gdから選択される1種以上の3価の金属元素)で表されるもの。
一般式ε-ByCzFe2-y-zO3(ここでBはTi、Snから選択される1種以上の4価の金属元素、CはIn、Ga、Al、Cr、Nd、Dy、Gdから選択される1種以上の3価の金属元素)で表されるもの。
一般式ε-AxByCzFe2-x-y-zO3(ここでAはCo、Ni、Mn、Znから選択される1種以上の2価の金属元素、BはTi、Snから選択される1種以上の4価の金属元素、CはIn、Ga、Al、Cr、Nd、Dy、Gdから選択される1種以上の3価の金属元素)で表されるもの。
前記のFeサイトの一部を置換する金属元素は、磁気的特性と熱的安定性のバランスの観点から、Ga、CoおよびTiの1種または2種以上であることが好ましい。また、置換元素としてGa、CoおよびTiに加え、さらにNi、Mn、Cr、Nd、DyおよびGdの1種または2種以上を用いることができる。
本発明の鉄系酸化物磁性粉を構成するε酸化鉄粒子または置換型ε酸化鉄粒子は、透過電子顕微鏡で測定した平均粒子径(以下、TEM平均粒子径と呼ぶことがある。)が10nm以上20nm以下であることが好ましい。TEM平均粒子径が20nm以下であると、鉄系酸化物磁性粉を磁気記録媒体に用いた際の電磁変換特性を向上させることができる。TEM平均粒子径は、好ましくは17nm以下である。ε酸化鉄粒子または置換型ε酸化鉄粒子のTEM平均粒子径が小さくなると、磁気特性向上に寄与しない微細粒子の存在割合が増大し、磁性粉単位質量当たりの磁気特性が劣化するので、TEM平均粒子径は10nm以上であることが好ましい。
TEM粒子径が8nm以下のε酸化鉄粒子または置換型ε酸化鉄粒子は、保磁力が低いため、磁気記録媒体中に存在しても磁気記録に寄与しない粒子であり、逆に、磁気記録媒体の電磁変換特性においてノイズ成分の増加に繋がる可能性のある粒子である。したがって、ε酸化鉄粒子または置換型ε酸化鉄粒子において、TEM粒子径8nm以下粒子の個数割合はできるだけ少ないことが好ましい。 本発明の鉄系酸化物磁性粉は、TEM粒子径8nm以下粒子の個数割合が5%以下であるため、鉄系酸化物磁性粉を磁気記録媒体に用いた際の電磁変換特性におけるノイズ成分量を、従来の鉄系酸化物磁性粉を用いた場合よりも低減させることができる。
また、TEM平均粒子径が10nm以上20nm以下であるε酸化鉄粒子または置換型ε酸化鉄粒子からなる鉄系酸化物磁性粉において、TEM粒子径が20nm以上のε酸化鉄粒子または置換型ε酸化鉄粒子は、平均的な粒子径を持つ粒子よりも保磁力が大きいため、磁気記録媒体中に存在しても磁気ヘッドにより磁気記録を書き込むことができず、やはり磁気記録に寄与しない粒子なので、当該媒体の磁気記録密度の低下に繋がる可能性のある粒子である。そのため、この20nm以上粒子の個数割合も少ないことが好ましい。本発明の鉄系酸化物磁性粉は、TEM粒子径20nm以上粒子の個数割合が25%以下であるため、鉄系酸化物磁性粉を磁気記録媒体に用いた際の磁気記録密度を、従来の鉄系酸化物磁性粉を用いた場合よりも向上させることができる。
本発明においては、ε酸化鉄粒子または置換型ε酸化鉄粒子の粒子形状を、以下に定義する透過型電子顕微鏡で観察される粒子の平均円形度で評価する。円形度とは、ある粒子の形状がどれだけ真球に近いのかを評価する概念であり、その粒子の投影面積と4πの積を、その粒子の投影像の周囲長の2乗で除した数値を指し、0~1の値を取る。真円の場合には、円形度は1である。円形度の測定方法については後述するが、置換型ε酸化鉄粒子につき、円形度を測定する粒子の個数を増加し、その平均値を算出することにより、ε酸化鉄粒子または置換型ε酸化鉄粒子の真球からの変位を評価することができる。
本発明の鉄系酸化物磁性粉を構成するε酸化鉄粒子または置換型ε酸化鉄粒子は、透過電子顕微鏡で観察される粒子の平均円形度が0.955以上であることが好ましい。粒子の平均円形度が0.955以上であると、ε酸化鉄粒子または置換型ε酸化鉄粒子を外部磁場により配向させて磁気記録媒体を製造する際に、当該置換型ε酸化鉄粒子が配向しやすくなるので、結果として磁気記録媒体の磁気記録密度を向上させることができる。透過電子顕微鏡で観察される粒子の平均円形度は、0.96以上であることがより好ましい。
本発明の鉄系酸化物磁性粉の製造方法においては、ε酸化鉄粒子または置換型ε酸化鉄粒子の前駆体となる前駆体粒子が、従来の公知の製造方法により得られる前駆体粒子と比較して、粒子径が大きく、かつ分散性が良いものであることを特徴とする。本発明者等は、特許文献4に開示される前駆体粒子の生成工程においては、粒子径1nm以下の非常に微細な前駆体粒子が生成しており、その前駆体粒子同士が数十nmオーダーに凝集した状態でシリコン化合物を被覆した後に焼成工程に供され、結果として10~30nm程度の平均粒子径をもつ鉄系酸化物粒子が形成されていたと推定している。特許文献4に開示された製造方法においては、前駆体粒子の凝集の程度を任意に制御することは困難であり、結果的として粒子径の分布が広い鉄系酸化物磁性粉しか得られなかったものと考えられる。本発明の製造方法においては、前駆体粒子の製造方法を改良することにより、粒子径が大きくかつ分散性が良好な前駆体粒子が得られており、そのような前駆体を用いることにより、平均粒子径より微細な粒子や粗大な鉄系酸化物粒子の生成割合を減らし、かつ、粒子形状がより真球に近いε酸化鉄粒子または置換型ε酸化鉄粒子が得られるものと考えている。
本発明の鉄系酸化物磁性粉の製造方法においては、鉄系酸化物磁性粒子粉の出発物質として3価の鉄イオン、または、3価の鉄イオンおよび最終的にε酸化鉄粒子のFeサイトを置換する金属元素の金属イオンを含む酸性の水溶液(原料溶液)を用いる。なお、本明細書において酸性とは、pHが7以下であることを指す。これらの鉄イオンもしくは置換元素の金属イオンの供給源としては、入手の容易さおよび価格の面から、硝酸塩、硫酸塩、塩化物のような水溶性の無機酸塩を用いることができる。最終的にε酸化鉄粒子または置換型ε酸化鉄粒子を得るためには、前駆体としてβ-FeOOHを経由することが好ましく、前駆体の結晶構造としてβ-FeOOHを得るうえでハロゲンイオンが必要であるため、例示した鉄塩の中では塩化鉄(III)を用いることが好ましい。硝酸塩、硫酸塩を用いる場合には、塩酸、弗酸などを用いてハロゲンイオンを添加することにより、目的とする前駆体を得ることができる。
本発明の製造方法においては、原料溶液調製工程において、前記の原料溶液と後述する第一の中和工程において当該原料溶液の中和に使用するアルカリの水溶液とを予め調製しておく。原料溶液を中和するためのアルカリとしては、アルカリ金属またはアルカリ土類の水酸化物、アンモニア水、炭酸水素アンモニウムなどのアンモニウム塩のいずれであっても良いが、最終的に熱処理してε酸化鉄粒子または置換型ε酸化鉄粒子とした時に不純物が残りにくいアンモニア水や炭酸水素アンモニウムを用いることが好ましい。
本発明の鉄系酸化物磁性粉の製造方法において最も重要な技術的特徴は、第一の中和工程において、前工程で得られた原料溶液およびそれを中和するためのアルカリ水溶液を反応系にそれぞれ添加することである。なお、反応系については後述する。
従来の水溶液系を用いたε酸化鉄粒子または置換型ε酸化鉄粒子からなる鉄系酸化物磁性粉の製造方法においては、通常、反応に用いる原料溶液の全量にアルカリ水溶液を連続的に添加している。その場合、アルカリ水溶液の添加後反応系が均一混合状態になるまでにタイムラグが発生し、反応系内において金属イオンとOH-イオンの組成比に局所的な揺らぎが発生するため、中和反応により生成する前述の前駆体の発生頻度および粒径が局所的に変化し、前駆体粒子の凝集の程度を制御することが困難であったと推定される。
それに対し、本発明の製造方法における第一の中和工程においては、添加する原料溶液およびアルカリ水溶液の濃度、および、それらの反応系への添加速度を任意に変化させることができるため、反応系内において金属イオンとOH-イオンの組成比をより均一に制御することが可能となり、粒子径が大きくかつ分散性が良好な前駆体粒子が得られ、結果として粒子径分布の狭い鉄系酸化物磁性粉が得られことになる。
本明細書において、反応系とは、原料溶液とアルカリ水溶液が混合され、中和反応が起こる反応溶液を指す。
本発明の第一の実施形態においては、第一の中和工程は典型的には、3価の鉄イオンおよび前記のFeサイトの一部を置換する金属元素のイオンを含まない反応系である純水中に原料溶液とアルカリ水溶液とを同時に添加することによって開始される。その場合、最初期の反応系は純水であり、原料溶液およびアルカリ水溶液の添加開始後の反応系は、純水、原料溶液およびアルカリ水溶液が混合された反応溶液となる。
この製造方法の第一の実施形態においては、反応溶液を収容するための空の反応容器に、原料溶液とアルカリ水溶液とを同時に直接添加しても良い。その場合、反応系は原料溶液とアルカリ水溶液との混合溶液である。
本発明の製造方法の第二の実施形態において、最初期の反応系を3価の鉄イオン、または、3価の鉄イオンおよび前記のFeサイトの一部を置換する金属元素のイオンを含む酸性の金属塩溶液とし、この金属塩溶液中に原料溶液とアルカリとを同時に添加する。ここで、金属塩溶液に含まれる金属塩の種類としては、前述した原料溶液に含まれる金属塩の態様と同様とすればよい。この場合、最初期の反応系である金属塩溶液に含まれる金属イオン量は、その金属塩溶液中に含まれる金属イオン量および第一の中和工程において添加される原料溶液に含まれる金属イオン量の合計に対して50モル%以下とすることが好ましい。
この場合、当量は
[中和に用いたアルカリmol×アルカリ価数]/[(原料溶液に含まれる酸根mol×酸根の価数)の和]
で表すことができる。ここで、アルカリ価数とはアルカリ1molから化学量論的に生成されるOH-イオンのmol数であり、例えばNaOH、Ca(OH)2およびNH3のアルカリ価数はそれぞれ、1、2および1である。また酸根の価数とは酸根の陰イオンの価数のことであり、例えば塩化物Cl-、硝酸塩NO3 -および硫酸塩SO4 2-の酸根の価数はそれぞれ、1、1および2である。添加するアルカリが0.4当量未満では、原料溶液の中和によって生成するコロイドの量が少なくなってしまい、本発明の効果を得ることができないため好ましくない。添加するアルカリが0.9当量超えでは、得られるコロイド溶液の分散性が悪くなり、本発明の効果を得られないため好ましくない。中和後のpHが1.0未満では、原料溶液の中和によって生成するコロイドの量が少なくなってしまい、本発明の効果を得ることができないため好ましくない。中和後のpHが3.0を超えると、得られるコロイド溶液の分散性が悪くなり、本発明の効果を得られないのでやはり好ましくない。
なお、本明細書に記載のpHの値は、JIS Z8802に基づき、ガラス電極を用いて測定した。pH標準液は、測定するpH領域に応じた適切な緩衝液を用いて校正したpH計により測定した値をいう。また、本明細書に記載のpHは、温度補償電極により補償されたpH計の示す測定値を、反応温度条件下で直接読み取った値である。
本発明の製造方法の第一の中和工程においては、原料溶液およびアルカリ水溶液を反応系に連続的または間歇的に添加するので、酸根の積算添加量の合計1当量に対するアルカリの積算添加量当量数である「積算アルカリ添加当量」という概念を用いてそれぞれの添加速度を制御することが好ましい。積算アルカリ添加当量は
[中和に用いたアルカリmol積算量×アルカリ価数]/[(原料溶液に含まれる酸根mol積算量×酸根の価数)の和]
で表すことができる。
本発明の製造方法の第一の実施形態の第一の中和工程において、積算アルカリ添加当量が第一の中和工程を通して0.4当量以上0.9当量以下の範囲で維持されるように、原料溶液およびアルカリ水溶液の添加速度を調整することが好ましい。積算アルカリ添加当量は、第一の中和工程を通して0.6当量以上0.9当量以下とすることがより好ましい。
なお、厳密に考えると、原料溶液とアルカリ水溶液の添加開始時期が正確に合致しないと、反応開始の極初期において、前記の積算アルカリ添加当量が0.4当量以上0.9当量以下にならない場合があり得るが、その場合は、原料溶液とアルカリ水溶液の添加開始時期が完全に同一であったとみなす。
アルカリ水溶液のアルカリ濃度、言い換えると、アルカリ水溶液のpHも、同じ考えに基づき、適宜調整する。
本発明の製造方法の第一の中和工程においては、当該原料溶液および当該アルカリ水溶液を10min以上の時間をかけて反応系に添加し、混合する。
添加時間が10min未満であると、添加直後から一度に前駆体の核粒子が生成してしまい、核成長に使われるはずだったイオン分まで消費されるため前駆体のサイズが小さくなり、本発明の効果を得るうえで好ましくない。
また、添加時間を延ばすことによって、第一の中和工程で得られるコロイドの粒子径を制御することができるが、延ばしすぎると生産性が悪くなるので好ましくない。そのため、添加時間は10min以上480min以下が好ましく、60min以上300min以下がより好ましい。
本発明の製造方法においては、第一の中和処理時の処理温度は特に限定しないが、20℃以上60℃以下とすることが好ましい。
本発明の製造方法においては、前述した、第一の中和工程で得られたコロイド溶液にヒドロキシカルボン酸を添加する。ヒドロキシカルボン酸とは、分子内にOH基を有するカルボン酸であり、鉄イオンの錯化剤として作用する。ここで、ヒドロキシカルボン酸は、反応溶液中に溶解している3価の鉄イオンと錯体を形成し、次工程で第二の中和処理を行った際の鉄の水酸化物形成反応を遅延させ、結果として生成するオキシ水酸化鉄を含む前駆体微粒子の平均粒子径の分布を狭くする効果を有すると考えられる。なお、ヒドロキシカルボン酸は、置換元素の金属イオンとも一部錯体を形成するものと考えられる。ヒドロキシカルボン酸の種類および添加量としては、特許文献4の公知技術に従えばよい。
ヒドロキシカルボン酸には、グリコール酸、乳酸、各種のヒドロキシ酪酸、グリセリン酸、リンゴ酸、酒石酸、クエン酸、メバロン酸等、多種類のものが存在するが、錯化能力の観点から多価の脂肪族ヒドロキシカルボン酸が好ましく、価格および入手の容易さから酒石酸、クエン酸またはリンゴ酸がより好ましい。
また、ヒドロキシカルボン酸の添加量は、ヒドロキシカルボン酸の添加量は、3価の鉄イオンと置換金属元素Mのイオンを合わせた量に対するモル比(D/(Fe+M))が、0.125以上1.0以下であることが好ましい。
ヒドロキシカルボン酸は、前工程である第一の中和工程の反応温度を特に変化させることなく、機械的撹拌の状態で添加すればよい。反応溶液に固体で添加しても構わないが、反応の均一性を確保する観点からは、水溶液の状態で添加することが好ましい。
本発明の製造方法においては、前記のヒドロキシカルボン酸添加後の反応溶液にアルカリをさらに添加し、そのpH7.0以上10.0以下になるまで中和する。添加するアルカリについては、前記の第一の中和工程で用いたアルカリ水溶液を用いることができるが、アルカリ濃度を変化させた溶液を用いても構わない。本工程により、第一の中和工程にて生成したε酸化鉄粒子または置換型ε酸化鉄粒子の前駆体であるオキシ水酸化鉄の核が成長し最終的な前駆体粒子ができる。
本工程において、中和後pHを7.0以上10.0以下とすることで、3価の鉄および置換金属元素を中和した際に、反応液に3価の鉄および置換金属元素の溶存イオンを残留させずに固形物である置換金属元素含むオキシ水酸化鉄を得ることができる。もし中和後pHを7.0未満とした場合には、第一の中和工程にて完全に中和されなかった置換金属元素、例えばCoが液中にイオンとして残留して、回収される固形物での組成ずれが発生してしまい、また置換金属元素が無駄になってしまうため製造コストの観点からも好ましくない。また、中和後のpHが10.0を超えると、中和の効果が飽和し、また置換金属元素として例えばAl等の両性金属を用いた場合、pH7.0未満の場合と同様に液中へのイオン残留、組成ずれ、置換金属元素が無駄になるといった問題があるため、好ましくない。
本工程で得られるスラリーに含まれるオキシ水酸化鉄の粒子または置換金属元素含有オキシ水酸化鉄の粒子(前駆体粒子)は、動的光散乱式粒度分布測定装置により測定された平均径(以下でDLS平均径と呼ぶことがある。)が300nm以下であることが好ましく、100nm以下であることがより好ましく、70nm以下であることが一層好ましい。このようにDLS平均径が小さいことは前駆体粒子の分散性がよく、凝集度合いが低いことを意味しており、最終的に得られる鉄系酸化物磁性粉を構成する、ε酸化鉄粒子または置換型ε酸化鉄粒子について、粒子径が20nm以上等の粗大な粒子の個数割合を減少させるために有利となる。前駆体粒子を含むスラリーのDLS平均径の下限値については特に限定されないが、本発明の製造方法により20nm以上程度のものが得られる。
本発明の製造方法においては、前記までの工程で生成した前駆体のオキシ水酸化鉄は、DLS平均径としても小さく、高い分散性を有している。しかし前段までの工程でヒドロキシカルボン酸添加工程、中和工程を経るに従い、溶液中のイオン強度が高くなっている。イオン強度が高いままだと、この後のシリコン酸化物による被覆工程において凝集系となってしまうため好ましくない。そのため、前記工程より得られたスラリーを水洗することにより溶液中のイオン強度を下げ、分散状態にすることが好ましい。水洗の方法については、特に規定しないが、本工程での粒子分散性の維持、洗浄均一性、前後工程との繋がり、ハンドリング性などを考慮すると、スラリー状態のまま水洗処理する方法が好ましい。このようなことを考慮すると限外濾過膜、イオン交換膜による水洗が好ましい。限外濾過膜による洗浄の場合、膜は粒子が濾液側に抜けない分画分子量のものを使用し、洗浄終了は濾液の電気伝導率において200mS/m以下、より好ましくは100mS/m以下、さらに好ましくは30mS/m以下まで実施することが好ましい。残留イオンが多い場合は、後の加熱工程においてシリコン酸化物の融点が局所的に低下してしまうためε酸化鉄を得る際に焼結して粗大粒子が生成し易いといった問題がある。
本発明の製造方法においては、前記までの工程で生成した前駆体粒子はそのままの状態で熱処理を施しても置換型ε酸化鉄粒子に相変化しにくいので、熱処理に先立って前駆体粒子にシリコン酸化物被覆を施す。シリコン酸化物の被覆法としては、ゾル-ゲル法を適用することが好ましい。なお、ここでシリコン酸化物とは、化学量論組成のものだけではなく、後述するシラノール誘導体等の非量論組成のものも含む。
なお、シリコン酸化物の被覆についての具体的手法は、公知プロセスにおけるゾル-ゲル法と同様とすることができる。例えば、ゾル-ゲル法によるシリコン酸化物被覆の反応温度としては20℃以上60℃以下、反応時間としては1時間以上20時間以下程度である。シリコン酸化物による被覆処理の後、固液分離、乾燥処理を行い、加熱工程前試料となる。ここで、被覆処理の後、固液分離の前に水洗を行ってもよい。またここで、固液分離時には、凝集剤を添加し固液分離しても構わない。
本発明の製造方法においては、前記のシリコン酸化物で被覆した前駆体粒子を加熱処理してε酸化鉄粒子または置換型ε酸化鉄粒子を得る。加熱処理前に、洗浄、乾燥の工程を設けても良い。加熱処理は酸化雰囲気中で行われるが、酸化雰囲気としては大気雰囲気で構わない。加熱処理温度はシリコン酸化物の被覆量により変化するため一概ではないが、加熱は概ね700℃以上1300℃以下の範囲で行うことができる。加熱温度が低過ぎる場合には、異相もしくは相変態が十分でない化合物が混在し易くなる。上記の加熱温度の下限を700℃以上にすれば、本発明の目的である置換型ε酸化鉄粒子を選択的に安定して得ることができ、ひいては異相もしくは相変態が十分でない化合物の生成を抑制することができる。加熱温度が高いと熱力学安定相であるα-Fe2O3やα-Fe2O3の一部置換体が生成し易くなるので、好ましくは900℃以上1200℃以下、より好ましくは950℃以上1150℃以下で加熱処理を行う。熱処理時間は0.5時間以上10時間以下程度の範囲で調整可能であるが、2時間以上5時間以下の範囲で良好な結果が得られやすい。
以上の工程により、シリコン酸化物を被覆したε酸化鉄粒子または置換型ε酸化鉄粒子を得られるが、必要に応じて、アルカリ水溶液を用いて当該シリコン酸化物被覆を溶解除去しても良い。
本発明の製造法により得られた鉄系酸化物磁性粉のTEM観察は、以下の条件で行った。TEM観察には日本電子株式会社製JEM-1011を使用した。粒子観察については、倍率10,000倍、倍率100,000倍で撮影したTEM写真を用いた。(シリコン酸化物被覆を除去後のものを使用)。
-平均粒子径、粒度分布、円形度の測定-
TEM平均粒子径、粒度分布および円形度の評価にはデジタイズを使用した。画像処理ソフトウェアとして、Mac-View Ver.4.0を使用した。この画像処理ソフトウェアを使用した場合、ある粒子の粒子径は、その粒子に外接する長方形のうち、面積が最小となる長方形の長辺の長さとして算出される。また、ある粒子の円形度は、その粒子の面積と4πの積をその粒子の周囲長の2乗で除した値として算出される。個数については200個以上を測定した。
透過型電子顕微鏡写真上に映っている粒子のうち、測定する粒子の選定基準は次のとおりとした。
[1] 粒子の一部が写真の視野の外にはみだしている粒子は測定しない。
[2] 輪郭がはっきりしており、孤立して存在している粒子は測定する。
[3] 平均的な粒子形状から外れている場合でも、独立しており単独粒子として測定が可能な粒子は測定する。
[4] 粒子同士に重なりがあるが、両者の境界が明瞭で、粒子全体の形状も判断可能な粒子は、それぞれの粒子を単独粒子として測定する。
[5] 重なり合っている粒子で、境界がはっきりせず、粒子の全形も判らない粒子は、粒子の形状が判断できないものとして測定しない。
以上の基準で選定された粒子の粒子径の個数平均値を算出し、鉄酸化物磁性粉のTEM観察による平均粒子径とした。また、「選定された粒子の粒子径の標準偏差」を「選択された粒子の粒子径の個数平均値(=平均粒子径)」で除した値を算出して、鉄酸化物磁性粉のTEM観察による粒子径の変動係数とした。また、選定された粒子の円形度の個数平均値を算出し、鉄酸化物磁性粉のTEM観察による平均円形度とした。
本発明の製造法により得られた、オキシ水酸化鉄または置換金属元素含有オキシ水酸化鉄を含むスラリーの動的光散乱式粒度分布測定法によるDLS粒子径は、以下の条件で測定した。
動的光散乱式粒度分布測定装置としては大塚電子株式会社製(FPAR-1000K高感度仕様)を用い、ファイバープローブとしては希薄系プローブを使用した。測定条件は、測定時間(秒)180秒、繰返し回数1回、溶媒設定Waterにて実施した。解析モードはCumulant法とした。
得られたεタイプの鉄系酸化物磁性粉の組成分析を行った。組成分析にあたっては、アジレントテクノロジー製ICP-720ESを使用し、測定波長(nm)についてはFe;259.940nm、Ga;294.363nm、Co;230.786nm、Ti;336.122nm、Mn;257.610nm、Ni;231.604nm、Cr;267.716nm、Nd;406.108nm、Dy;353.171nm、Gd;342.246nmにて行った。なお、各金属元素の測定波長は、分析する鉄系酸化物磁性粉の組成に応じて、他元素のスペクトルの干渉がなく、検量線の直線性を得られる波長を選択するようにした。
得られたεタイプの鉄系酸化物磁性粉の磁気特性を以下の条件で測定した。
ε酸化鉄粒子またはFeサイトの一部が他の金属元素で置換されたε酸化鉄の粒子からなる鉄系酸化物磁性粉の場合には、磁気特性測定装置として振動試料型磁力計(VSM)(東英工業社製VSM-5)を用い、印加磁場1035kA/m(13kOe)、M測定レンジ0.005A・m2(5emu)、印加磁場変化速度15(kA/m・s)、時定数0.03秒、ウエイトタイム0.1秒で磁気特性を測定し、B-H曲線により、保磁力Hc、飽和磁化σs、SFDについて評価を行い、微分B-H曲線により、磁気記録に寄与しない低Hc成分評価を実施した。また、その場合、微分B-H曲線の0磁場における縦軸の切片をIL、高Hc側のピーク高さをIHとした。なお、SFDとは、高Hc側のピークの半値幅を保磁力Hcで割った値を指す。また、本測定、評価には東英工業社製付属ソフト(Ver.2.1)を使用した。微分B-H曲線の最大磁場での値をIHmaxとしたとき、IHmax/IHが0.2以下である場合には、以上の測定結果を用いた。IHmax/IHが0.2超である場合には、以下の手順で再測定を実施した。
印可磁場1035kA/m(13kOe)で測定した結果、IHmax/IHが0.2超である場合には、高温超電導型VSM(東英工業社製VSM-5HSC)を用い、印加磁場Hmax2387kA/m(30kOe)、M測定レンジ0.005A・m2(5emu)、印加磁場変化速度30kA/(m・s)、時定数0.03秒、ウエイトタイム0.1秒で磁気特性を測定した。その結果、IHmax/IHが0.2以下である場合には、以上の測定結果を用い、IHmax/IHが0.2超である場合には、さらに以下の手順で再々測定を実施した。
印可磁場1035kA/m(13kOe)および2387kA/m(30kOe)で測定した結果、IHmax/IHが0.2超である場合には、高温超電導型VSM(東英工業社製VSM-5HSC)を用い、印加磁場Hmax3979kA/m(50kOe)、M測定レンジ0.005A・m2(5emu)、印加磁場変化速度30kA/(m・s)、時定数0.03秒、ウエイトタイム0.1秒で磁気特性を測定した。その結果、IHmax/IHが0.2以下であることが確認されたので、この測定結果を用いた。
塩化物イオンを含む鉄原料として純度99質量%の塩化第二鉄(III)六水和物313.9g、置換元素の原料としてGa濃度9.4質量%、硝酸濃度24%の硝酸ガリウム(III)溶液195.1g、純度97質量%の硝酸コバルト(II)六水和物15.8g、Ti濃度16.5質量%、塩化物イオン濃度31質量%の塩化チタン(IV)溶液10.9g、および純水398.0gを混合して、原料溶液を調製した。この原料溶液中の金属イオンのモル比は、Fe:Ga:Co:Ti=1.530:0.350:0.070:0.050である。次に、5L反応槽にて、純水1500gを入れ、撹拌羽根により機械的に撹拌しながら液温を40℃に調節した。次に、撹拌を継続し、液温を40℃に保ちながら、この純水中に原料溶液と、アルカリ水溶液として6.4質量%のアンモニア水溶液とを同時に添加し、その後液温を40℃に保ちながら60分間撹拌することで、コロイド溶液を得た(手順1、第一の中和工程)。ここで、原料溶液は3.9g/minの添加速度で240分間かけて連続添加し、アンモニア水溶液は3.9g/minの添加速度で240分間かけて連続添加した。この原料溶液とアンモニア水溶液とを添加している間、原料溶液に含まれる酸根の積算添加量の合計に対するアルカリの積算添加量は、0.80当量である。得られたコロイド溶液のpHは、1.8であった。
次に、手順1で得られたコロイド溶液に、ヒドロキシカルボン酸として、クエン酸濃度20質量%のクエン酸溶液288.75gを、40℃の条件下で、60分間かけて連続添加した後(ヒドロキシカルボン酸添加工程)、22.4質量%のアンモニア水溶液を152.86g一挙添加した後、温度40℃の条件下、10分間撹拌しながら保持し、中間生成物である前駆体粒子のスラリーを得た(手順2、第二の中和工程)。アンモニア溶液152.86gを一挙添加した後のpHは、8.6であった。また、DLS平均径は39nmであった。手順2までで得られた置換元素を含むオキシ水酸化鉄結晶のTEM写真を図2に示す。
手順3で得られた洗浄後スラリーを、湿式微粒子化装置(スギノマシン株式会社製のスターバーストミニ、型式番号:HJP-25001)にて、φ0.1mmのノズルから加圧圧力245MPaにて噴出させる操作を10回繰り返した(手順4)。
その後、手順4で得られた洗浄後スラリーを506.1g分取し、撹拌しながら温度を40℃に調節し、22.1質量%アンモニア水溶液138.8gと2-プロパノール1171.3gを添加して5分間撹拌し、さらに加水分解基を持つシリコン化合物としてテトラエトキシシラン(TEOS)552.8gを35分で添加した。その後、液温を40℃に保ちながら、7時間そのまま撹拌し続け、シリコン化合物の加水分解生成物で被覆した。その後、得られた溶液を洗浄・固液分離し、ケーキとして回収した(手順5)。
手順6で得られたシリコン酸化物で被覆されたFeサイトの一部が他の金属元素で置換されたε酸化鉄の粉末を20質量%NaOH水溶液中で約60℃、24時間撹拌し、粒子表面のシリコン酸化物の除去処理を行うことで、Feサイトの一部が他の金属元素で置換されたε酸化鉄の粒子を含むスラリーを得た(手順7)。
得られた実施例1に係る鉄系酸化物磁性粉を純水中に超音波分散機を用いて分散させてスラリーを調製し、調製されたスラリーをグリッド上のコロジオン膜に滴下して付着させ、自然乾燥させた後にカーボン蒸着を施して、TEM観察に供した。TEM観察により200個の粒子について測定した結果、TEM平均粒子径は16.6nm、粒子径8nm以下粒子の個数割合は0.0%、粒子径20nm以上粒子の個数割合は14.9%、変動係数(CV値)は20%、粒子の平均円形度は0.972であった。図1に、本実施例において得られた鉄系酸化物磁性粉のTEM写真を示す。なお、TEM写真の右下に表示した白い横線で示す長さが100nmである。また、組成分析を行い、鉄および置換金属元素の合計量を2モルとした場合の各金属元素のモル組成比を算出した。以上の製造条件を表1および表2に、得られた鉄系酸化物磁性粉についての測定結果を表3、表4に示す(以下の実施例および比較例についても同様)。
原料溶液中の金属イオンのモル比を、Fe:Ga:Co:Ti=1.505:0.375:0.070:0.050となり、原料溶液中のFe、Ga、CoおよびTiの合計モル量が実施例1と同じになるように、塩化第二鉄(III)六水和物、硝酸Ga(III)溶液硝酸コバルト(II)六水和物、塩化チタン(IV)溶液の量を変更し、湿式微粒子化装置による処理を実施しなかった以外は、実施例1と同様の手順により、実施例2に係る鉄系酸化物磁性粉を得た。なお、得られたコロイド溶液のpHは、1.8であり、第二の中和工程においてアンモニア溶液を一挙添加した後のpHは8.6であった。また、洗浄後スラリーに含まれる前駆体粒子のDLS平均径は54nmであった。
この鉄系酸化物磁性粉の磁気特性を測定した結果、保磁力は191kA/m、飽和磁化は17.8Am2/kg、SFDは1.08、IL/IHの値は0.48であった。
また、この鉄系酸化物磁性粉を実施例1と同様の手順でTEM観察に供した結果、TEM平均粒子径は16.3nm、粒子径8nm以下粒子の個数割合は0.9%、粒子径20nm以上粒子の個数割合は14.9%、変動係数(CV値)は25%、粒子の平均円形度は0.970であった。
クエン酸溶液の添加量を216.6gとし、湿式微粒子化装置による処理を実施しなかった以外は、実施例1と同様の手順により、実施例3に係る鉄系酸化物磁性粉を得た。なお、得られたコロイド溶液のpHは、1.8であり、第二の中和工程においてアンモニア溶液を一挙添加した後のpHは8.5であった。また、洗浄後スラリーに含まれる前駆体粒子のDLS平均径は44nmであった。
この鉄系酸化物磁性粉の磁気特性を測定した結果、保磁力は154kA/m、飽和磁化は18.3Am2/kg、SFDは1.25、IL/IHの値は0.51であった。
また、この鉄系酸化物磁性粉を実施例1と同様の手順でTEM観察に供した結果、TEM平均粒子径は15.2nm、粒子径8nm以下粒子の個数割合は2.3%、粒子径20nm以上粒子の個数割合は7.7%、変動係数(CV値)は24%、粒子の平均円形度は0.968であった。
クエン酸溶液の添加量を433.2gとし、湿式微粒子化装置による処理を実施しなかった以外は、実施例1と同様の手順により、実施例4に係る鉄系酸化物磁性粉を得た。なお、得られたコロイド溶液のpHは、1.8であり、第二の中和工程においてアンモニア溶液を一挙添加した後のpHは8.1であった。また、洗浄後スラリーに含まれる前駆体粒子のDLS平均径は31nmであった。
この鉄系酸化物磁性粉の磁気特性を測定した結果、保磁力は185kA/m、飽和磁化は18.0Am2/kg、SFDは1.07、IL/IHの値は0.44であった。
また、この鉄系酸化物磁性粉を実施例1と同様の手順でTEM観察に供した結果、TEM平均粒子径は16.1nm、粒子径8nm以下粒子の個数割合は0.0%、粒子径20nm以上粒子の個数割合は17.0%、変動係数(CV値)は24%、粒子の平均円形度は0.967であった。
第一の中和工程で添加するアンモニア水溶液の濃度を6.9質量%とし、湿式微粒子化装置による処理を実施しなかった以外は、実施例1と同様の手順により、実施例4に係る鉄系酸化物磁性粉を得た。なお、この原料溶液とアンモニア水溶液とを添加している間、原料溶液に含まれる酸根の積算添加量の合計に対するアルカリの積算添加量の比は、0.85当量であり、得られたコロイド溶液のpHは、2.2であり、第二の中和工程においてアンモニア溶液を一挙添加した後のpHは9.0であった。また、洗浄後スラリーに含まれる前駆体粒子のDLS平均径は221nmであった。
この鉄系酸化物磁性粉の磁気特性を測定した結果、保磁力は182kA/m、飽和磁化は18.1Am2/kg、SFDは1.10、IL/IHの値は0.44であった。
また、この鉄系酸化物磁性粉を実施例1と同様の手順でTEM観察に供した結果、TEM平均粒子径は17.6nm、粒子径8nm以下粒子の個数割合は0.4%、粒子径20nm以上粒子の個数割合は23.6%、変動係数(CV値)は30%、粒子の平均円形度は0.965であった。
本例は、特許文献4における実施例1と同様の手順で実験を行った例である。
5L反応槽にて、純水3214.78gに、純度99.4%硝酸第二鉄(III)9水和物291.32g、Ga濃度10.1%の硝酸Ga(III)溶液80.18g、純度97%硝酸コバルト(II)6水和物6.58g、Ti濃度14.7%の硫酸チタン(IV)n水和物7.14gを大気雰囲気中、40℃の条件下で、撹拌羽根により機械的に撹拌しながら溶解した。この仕込み溶液中の金属イオンのモル比は、Fe:Ga:Co:Ti=1.635:0.265:0.050:0.050である。
大気雰囲気中、40℃で、撹拌羽根により機械的に撹拌しながら、21.2%のアンモニア溶液166.29gを一挙添加し、2時間撹拌を続けた。添加初期は茶色で濁った液であったが、2時間後には透明感のある茶色の反応液となり、そのpHは2.0であった(第一の中和工程)。
次にクエン酸濃度10質量%のクエン酸溶液252.66gを、40℃の条件下で、1時間かけて連続添加した後、10mass%のアンモニア溶液を200g一挙添加し、pHを8.5にした後、温度40℃の条件下、1時間撹拌しながら保持し、中間生成物である前駆体の置換元素を含むオキシ水酸化鉄の結晶を生成させた(手順11、第二の中和工程)。本比較例において得られた置換元素を含むオキシ水酸化鉄結晶をTEMで観察した結果を図3に示す。なお、TEM写真の右下に表示した白い横線で示す長さが100nmである。手順11で得られたスラリーに対して前駆体粒子のDLS平均径の測定に供したところ、許容測定範囲(~500nm)超の結果であり、DLS平均径を測定することができなかった。
手順12で得られた沈殿物を乾燥した後、その乾燥粉に対し、大気雰囲気の炉内で、1070℃で4時間の熱処理を施し、シリコン酸化物で被覆されたFeサイトの一部が他の金属元素で置換されたε酸化鉄の粉末を得た(手順13)。
この鉄系酸化物磁性粉の磁気特性を測定した結果、保磁力は313kA/m、飽和磁化は15.8Am2/kg、SFDは0.89、IL/IHの値は0.50であった。また、この鉄系酸化物磁性粉を実施例1と同様の手順でTEM観察に供した結果、TEM平均粒子径は16.6nm、粒子径8nm以下粒子の個数割合は5.8%、粒子径20nm以上粒子の個数割合は26.0%、変動係数(CV値)は40%、粒子の平均円形度は0.919であった。図4に、本比較例において得られた鉄系酸化物磁性粉のTEM写真を示す。なお、TEM写真の左に表示した白い横線で示す長さが50nmである。
本例は、特許文献4における実施例6と同様の手順で実験を行った例である。
第一の中和工程から第二の中和工程までの反応温度を20℃とし、クエン酸溶液の添加量を505.32gとし、乾燥粉の熱処理温度を1055℃とした以外は比較例1と同様の手順により比較例2に係る鉄系酸化物磁性粉を得た。なお、得られたコロイド溶液のpHは、2.0であり、第二の中和工程においてアンモニア溶液を一挙添加した後のpHは8.5であった。また、第二の中和工程で得られたスラリーに含まれる前駆体粒子のDLS平均径は許容測定範囲(~500nm)超の結果であり、DLS平均径を測定することができなかった。得られた磁性粉を、組成の化学分析、TEM観察、および磁気特性の測定等に供した。
この鉄系酸化物磁性粉の磁気特性を測定した結果、保磁力は390kA/m、飽和磁化は16.9Am2/kg、SFDは0.83、IL/IHの値は0.46であった。また、この鉄系酸化物磁性粉を実施例1と同様の手順でTEM観察に供した結果、TEM平均粒子径は16.3nm、粒子径8nm以下粒子の個数割合は4.0%、粒子径20nm以上粒子の個数割合は25.4%、変動係数(CV値)は37%、粒子の平均円形度は0.910であった。
5L反応槽にて、純水3214.8gに、純度99質量%の塩化第二鉄(III)六水和物345.3g、Ga濃度9.4質量%の硝酸Ga(III)溶液214.6g、純度97質量%の硝酸コバルト(II)六水和物17.4g、Ti濃度16.5質量%の塩化チタン(IV)溶液12.0gを大気雰囲気中、50℃の条件下で、撹拌羽根により機械的に撹拌しながら溶解した。この原料溶液中の金属イオンのモル比は、Fe:Ga:Co:Ti=1.530:0.350:0.070:0.050である。
大気雰囲気中、50℃で、撹拌羽根により機械的に撹拌しながら、21.2%のアンモニア溶液166.3gを一挙添加し、2時間撹拌を続けた。添加初期は茶色で濁った液であったが、2時間後には透明感のある茶色の反応液となり、そのpHは1.9であった。
次にクエン酸濃度10質量%のクエン酸溶液288.8gを、50℃の条件下で、1時間かけて連続添加した後、10mass%のアンモニア溶液を200g一挙添加し、pHを8.6にした後、温度50℃の条件下、1時間撹拌しながら保持し、中間生成物である前駆体の置換元素を含むオキシ水酸化鉄の結晶を生成させた。(手順21、第二の中和工程) 手順21で得られたスラリーに含まれる前駆体粒子のDLS平均径を測定したところ、そのDLS平均径は160nmであった。
手順22で得られた沈殿物を乾燥した後、その乾燥粉に対し、大気雰囲気の炉内で、1070℃で4時間の熱処理を施し、シリコン酸化物で被覆された鉄系酸化物磁性粒子粉を得た(手順23)。
この鉄系酸化物磁性粉の磁気特性を測定した結果、保磁力は242kA/m、飽和磁化は15.7Am2/kg、SFDは2.14、IL/IHの値は0.72であった。また、この鉄系酸化物磁性粉を実施例1と同様の手順でTEM観察に供した結果、TEM平均粒子径は14.5nm、粒子径8nm以下粒子の個数割合は7.1%、粒子径20nm以上粒子の個数割合は14.2%、変動係数(CV値)は35%、粒子の平均円形度は0.923であった。
アンモニア水溶液を7.8g/minの添加速度で連続添加した以外は、実施例1と同様の手順により第二の中和工程までを行うことで、前駆体スラリーを得た。なお、第一の中和工程において得られたコロイド溶液のpHは3.6であり、第二の中和工程においてアンモニア水溶液を一挙添加した後のpHは9.3であった。得られた前駆体スラリーをDLS平均径の測定に供したところ、許容測定範囲(~500nm)超の結果であり、DLS平均径を測定することができなかった。
前駆体スラリーのDLS平均径が非常に大きく、次工程以降を実施しても20nm以上粒子の個数割合が25%超と粒度分布が広い鉄系酸化物磁性粉が得られると予想されたため、第二の中和工程以後の操作は実施しなかった。
原料溶液として、Fe(III)濃度1.113mol/kg、塩化物イオン濃度3.338mol/kgの水溶液1013gを調整した。次に、5L反応槽に、Fe(III)濃度0.234mol/kg、塩化物イオン濃度0.703mol/kgの水溶液を1603g入れ、撹拌羽根により機械的に撹拌しながら液温を40℃に調節した。次に、撹拌を継続し、液温を40℃に保ちながら、この水溶液中に原料溶液と、3.337mol/kgのアンモニア水溶液とを同時に添加し、その後液温を40℃に保ちながら60分間撹拌することで、コロイド溶液を得た(手順1、第一の中和工程)。ここで、原料溶液は5.6g/minの添加速度で180分間かけて連続添加し、アンモニア水溶液は5.6g/minの添加速度で180分間かけて連続添加した。この原料溶液とアンモニア水溶液とを添加している間、原料溶液に含まれる酸根の積算添加量の合計に対するアルカリの積算添加量の比は、1.0当量である。得られたコロイド溶液のpHは、1.8であった。
次に、手順1で得られたコロイド溶液に、ヒドロキシカルボン酸として、クエン酸濃度1.041mol/kgのクエン酸溶液289gを、40℃の条件下で、60分間かけて連続添加した後(ヒドロキシカルボン酸添加工程)、12.864mol/kgのアンモニア溶液を189g一挙添加した後、温度40℃の条件下、10分間撹拌しながら保持し、中間生成物である前駆体のスラリーを得た(手順2、第二の中和工程)。アンモニア溶液189gを一挙添加した後のpHは、8.5であった。
その後、手順3で得られた洗浄後スラリーを868g分取して、950gになるよう純水を加え、撹拌しながら温度を40℃に調節し、21.92質量%アンモニア水溶液260gとエタノール1171gを添加して5分間撹拌し、さらに加水分解基を持つシリコン化合物としてテトラエトキシシラン(TEOS)1028gを35分で添加した。その後、液温を40℃に保ちながら、1時間そのまま撹拌し続け、シリコン化合物の加水分解生成物で被覆した。その後、得られた溶液を洗浄・固液分離し、ケーキとして回収した(手順4)。
手順5で得られたシリコン酸化物で被覆されたε酸化鉄の粉末を20質量%NaOH水溶液中で約60℃、24時間撹拌し、粒子表面のシリコン酸化物の除去処理を行うことで、ε酸化鉄の粒子を含むスラリーを得た(手順6)。
この鉄系酸化物磁性粉の磁気特性を測定した結果、保磁力は1236kA/m、飽和磁化は15.0Am2/kg、SFDは0.89、IL/IHの値は0.31であった。
また、この鉄系酸化物磁性粉を実施例1と同様の手順でTEM観察に供した結果、TEM平均粒子径は13.9nm、粒子径8nm以下粒子の個数割合は2.1%、粒子径20nm以上粒子の個数割合は4.2%、変動係数(CV値)は25%、粒子の平均円形度は0.958であった。
原料溶液として、Fe(III)濃度1.056mol/kg、Co(II)濃度0.066mol/kg、塩化物イオン濃度3.167mol/kg、硝酸イオン濃度0.133mol/kgの水溶液1019gを調整した。次に、5L反応槽に、Fe(III)濃度0.225mol/kg、塩化物イオン濃度0.674mol/kgの水溶液を1598g入れ、撹拌羽根により機械的に撹拌しながら液温を40℃に調節した。次に、撹拌を継続し、液温を40℃に保ちながら、この水溶液中に原料溶液と、3.267mol/kgのアンモニア水溶液とを同時に添加し、その後液温を40℃に保ちながら60分間撹拌することで、コロイド溶液を得た(手順1、第一の中和工程)。ここで、原料溶液は4.2g/minの添加速度で240分間かけて連続添加し、アンモニア水溶液は4.2g/minの添加速度で240分間かけて連続添加した。この原料溶液とアンモニア水溶液とを添加している間、原料溶液に含まれる酸根の積算添加量の合計に対するアルカリの積算添加量の比は、0.99当量である。得られたコロイド溶液のpHは、2.1であった。
次に、手順1で得られたコロイド溶液に、ヒドロキシカルボン酸として、クエン酸濃度1.041mol/kgのクエン酸溶液289gを、40℃の条件下で、60分間かけて連続添加した後(ヒドロキシカルボン酸添加工程)、12.347mol/kgのアンモニア溶液を194g一挙添加した後、温度40℃の条件下、10分間撹拌しながら保持し、中間生成物である前駆体のスラリーを得た(手順2、第二の中和工程)。アンモニア溶液194gを一挙添加した後のpHは、9.2であった。
その後、手順3で得られた洗浄後スラリーを894g分取して、950gになるよう純水を加え、撹拌しながら温度を40℃に調節し、21.04質量%アンモニア水溶液271gとエタノール1171gを添加して5分間撹拌し、さらに加水分解基を持つシリコン化合物としてテトラエトキシシラン(TEOS)1028gを35分で添加した。その後、液温を40℃に保ちながら、1時間そのまま撹拌し続け、シリコン化合物の加水分解生成物で被覆した。その後、得られた溶液を洗浄・固液分離し、ケーキとして回収した(手順4)。
手順5で得られたシリコン酸化物で被覆されたFeサイトの一部が他の金属元素で置換されたε酸化鉄の粉末を20質量%NaOH水溶液中で約60℃、24時間撹拌し、粒子表面のシリコン酸化物の除去処理を行うことで、Feサイトの一部が他の金属元素で置換されたε酸化鉄の粒子を含むスラリーを得た(手順6)。
この鉄系酸化物磁性粉の磁気特性を測定した結果、保磁力は706kA/m、飽和磁化は20.4Am2/kg、SFDは2.65、IL/IHの値は0.79であった。
また、この鉄系酸化物磁性粉を実施例1と同様の手順でTEM観察に供した結果、TEM平均粒子径は14.8nm、粒子径8nm以下粒子の個数割合は2.3%、粒子径20nm以上粒子の個数割合は10.6%、変動係数(CV値)は34%、粒子の平均円形度は0.967であった。
原料溶液として、Fe(III)濃度1.055mol/kg、Ti(IV)濃度0.066mol/kg、塩化物イオン濃度3.332mol/kgの水溶液1021gを調整した。次に、5L反応槽に、Fe(III)濃度0.225mol/kg、塩化物イオン濃度0.674mol/kgの水溶液を1598g入れ、撹拌羽根により機械的に撹拌しながら液温を40℃に調節した。次に、撹拌を継続し、液温を40℃に保ちながら、この水溶液中に原料溶液と、3.290mol/kgのアンモニア水溶液とを同時に添加し、その後液温を40℃に保ちながら60分間撹拌することで、コロイド溶液を得た(手順1、第一の中和工程)。ここで、原料溶液は4.3g/minの添加速度で240分間かけて連続添加し、アンモニア水溶液は4.3g/minの添加速度で240分間かけて連続添加した。この原料溶液とアンモニア水溶液とを添加している間、原料溶液に含まれる酸根の積算添加量の合計に対するアルカリの積算添加量の比は、0.99当量である。得られたコロイド溶液のpHは、1.8であった。
次に、手順1で得られたコロイド溶液に、ヒドロキシカルボン酸として、クエン酸濃度1.041mol/kgのクエン酸溶液289gを、40℃の条件下で、60分間かけて連続添加した後(ヒドロキシカルボン酸添加工程)、12.347mol/kgのアンモニア溶液を196g一挙添加した後、温度40℃の条件下、10分間撹拌しながら保持し、中間生成物である前駆体のスラリーを得た(手順2、第二の中和工程)。アンモニア溶液194gを一挙添加した後のpHは、9.1であった。
その後、手順3で得られた洗浄後スラリーを882g分取して、950gになるよう純水を加え、撹拌しながら温度を40℃に調節し、21.04質量%アンモニア水溶液271gとエタノール1171gを添加して5分間撹拌し、さらに加水分解基を持つシリコン化合物としてテトラエトキシシラン(TEOS)1028gを35分で添加した。その後、液温を40℃に保ちながら、1時間そのまま撹拌し続け、シリコン化合物の加水分解生成物で被覆した。その後、得られた溶液を洗浄・固液分離し、ケーキとして回収した(手順4)。
手順5で得られたシリコン酸化物で被覆されたFeサイトの一部が他の金属元素で置換されたε酸化鉄の粉末を20質量%NaOH水溶液中で約60℃、15時間撹拌し、粒子表面のシリコン酸化物の除去処理を行うことで、Feサイトの一部が他の金属元素で置換されたε酸化鉄の粒子を含むスラリーを得た(手順6)。
この鉄系酸化物磁性粉の磁気特性を測定した結果、保磁力は1318kA/m、飽和磁化は15.8Am2/kg、SFDは0.69、IL/IHの値は0.19であった。
また、この鉄系酸化物磁性粉を実施例1と同様の手順でTEM観察に供した結果、TEM平均粒子径は15.6nm、粒子径8nm以下粒子の個数割合は1.5%、粒子径20nm以上粒子の個数割合は12.9%、変動係数(CV値)は30%、粒子の平均円形度は0.973であった。
原料溶液として、Fe(III)濃度1.132mol/kg、Ga(III)濃度0.320mol/kg、塩化物イオン濃度3.549mol/kg、硝酸イオン濃度0.955mol/kgの水溶液822gを調整した。次に、5L反応槽に、Fe(III)濃度0.196mol/kg、塩化物イオン濃度0.614mol/kgの水溶液を1584g入れ、撹拌羽根により機械的に撹拌しながら液温を40℃に調節した。次に、撹拌を継続し、液温を40℃に保ちながら、この水溶液中に原料溶液と、2.275mol/kgのアンモニア水溶液とを同時に添加し、その後液温を40℃に保ちながら60分間撹拌することで、コロイド溶液を得た(手順1、第一の中和工程)。ここで、原料溶液は3.4g/minの添加速度で240分間かけて連続添加し、アンモニア水溶液は3.4g/minの添加速度で240分間かけて連続添加した。この原料溶液とアンモニア水溶液とを添加している間、原料溶液に含まれる酸根の積算添加量の合計に対するアルカリの積算添加量の比は、0.51当量である。得られたコロイド溶液のpHは、1.6であった。
次に、手順1で得られたコロイド溶液に、ヒドロキシカルボン酸として、クエン酸濃度1.041mol/kgのクエン酸溶液289gを、40℃の条件下で、60分間かけて連続添加した後(ヒドロキシカルボン酸添加工程)、14.707mol/kgのアンモニア溶液を283g一挙添加した後、温度40℃の条件下、10分間撹拌しながら保持し、中間生成物である前駆体のスラリーを得た(手順2、第二の中和工程)。アンモニア溶液283gを一挙添加した後のpHは、8.9であった。
その後、手順3で得られた洗浄後スラリーを1119g分取して、1150gになるよう純水を加え、撹拌しながら温度を40℃に調節し、25.06質量%アンモニア水溶液142gと2-プロパノール1406gを添加して5分間撹拌し、さらに加水分解基を持つシリコン化合物としてテトラエトキシシラン(TEOS)640gを35分で添加した。その後、液温を40℃に保ちながら、1時間そのまま撹拌し続け、シリコン化合物の加水分解生成物で被覆した。その後、得られた溶液を洗浄・固液分離し、ケーキとして回収した(手順4)。
手順5で得られたシリコン酸化物で被覆されたFeサイトの一部が他の金属元素で置換されたε酸化鉄の粉末を20質量%NaOH水溶液中で約60℃、14時間撹拌し、粒子表面のシリコン酸化物の除去処理を行うことで、Feサイトの一部が他の金属元素で置換されたε酸化鉄の粒子を含むスラリーを得た(手順6)。
この鉄系酸化物磁性粉の磁気特性を測定した結果、保磁力は655kA/m、飽和磁化は20.4Am2/kg、SFDは0.71、IL/IHの値は0.21であった。
また、この鉄系酸化物磁性粉を実施例1と同様の手順でTEM観察に供した結果、TEM平均粒子径は17.0nm、粒子径8nm以下粒子の個数割合は0.3%、粒子径20nm以上粒子の個数割合は24.2%、変動係数(CV値)は30%、粒子の平均円形度は0.958であった。
原料溶液として、Fe(III)濃度1.063mol/kg、Co(II)濃度0.033mol/kg、Ti(IV)濃度0.033mol/kg、塩化物イオン濃度3.274mol/kg、硝酸イオン濃度0.067mol/kgの水溶液1013gを調整した。次に、5L反応槽に、Fe(III)濃度0.225mol/kg、塩化物イオン濃度0.674mol/kgの水溶液を1598g入れ、撹拌羽根により機械的に撹拌しながら液温を40℃に調節した。次に、撹拌を継続し、液温を40℃に保ちながら、この水溶液中に原料溶液と、3.302mol/kgのアンモニア水溶液とを同時に添加し、その後液温を40℃に保ちながら60分間撹拌することで、コロイド溶液を得た(手順1、第一の中和工程)。ここで、原料溶液は4.2g/minの添加速度で240分間かけて連続添加し、アンモニア水溶液は4.2g/minの添加速度で240分間かけて連続添加した。この原料溶液とアンモニア水溶液とを添加している間、原料溶液に含まれる酸根の積算添加量の合計に対するアルカリの積算添加量の比は、0.99当量である。得られたコロイド溶液のpHは、2.0であった。
次に、手順1で得られたコロイド溶液に、ヒドロキシカルボン酸として、クエン酸濃度1.041mol/kgのクエン酸溶液289gを、40℃の条件下で、60分間かけて連続添加した後(ヒドロキシカルボン酸添加工程)、12.993mol/kgのアンモニア溶液を185g一挙添加した後、温度40℃の条件下、10分間撹拌しながら保持し、中間生成物である前駆体のスラリーを得た(手順2、第二の中和工程)。アンモニア溶液185gを一挙添加した後のpHは、8.9であった。
その後、手順3で得られた洗浄後スラリーを865g分取して、950gになるよう純水を加え、撹拌しながら温度を40℃に調節し、22.14質量%アンモニア水溶液258gとエタノール1171gを添加して5分間撹拌し、さらに加水分解基を持つシリコン化合物としてテトラエトキシシラン(TEOS)1028gを35分で添加した。その後、液温を40℃に保ちながら、1時間そのまま撹拌し続け、シリコン化合物の加水分解生成物で被覆した。その後、得られた溶液を洗浄・固液分離し、ケーキとして回収した(手順4)。
手順5で得られたシリコン酸化物で被覆されたFeサイトの一部が他の金属元素で置換されたε酸化鉄の粉末を20質量%NaOH水溶液中で約60℃、24時間撹拌し、粒子表面のシリコン酸化物の除去処理を行うことで、Feサイトの一部が他の金属元素で置換されたε酸化鉄の粒子を含むスラリーを得た(手順6)。
この鉄系酸化物磁性粉の磁気特性を測定した結果、保磁力は779kA/m、飽和磁化は15.8Am2/kg、SFDは0.70、IL/IHの値は0.20であった。
また、この鉄系酸化物磁性粉を実施例1と同様の手順でTEM観察に供した結果、TEM平均粒子径は16.2nm、粒子径8nm以下粒子の個数割合は0.8%、粒子径20nm以上粒子の個数割合は14.2%、変動係数(CV値)は24%、粒子の平均円形度は0.975であった。
原料溶液として、Fe(III)濃度0.921mol/kg、Ga(III)濃度0.321mol/kg、Co(II)濃度0.056mol/kg、塩化物イオン濃度0.551mol/kg、硝酸イオン濃度3.396mol/kgの水溶液936gを調整した。次に、5L反応槽に、Fe(III)濃度0.182mol/kg、塩化物イオン濃度0.547mol/kgの水溶液を1578g入れ、撹拌羽根により機械的に撹拌しながら液温を40℃に調節した。次に、撹拌を継続し、液温を40℃に保ちながら、この水溶液中に原料溶液と、3.651mol/kgのアンモニア水溶液とを同時に添加し、その後液温を40℃に保ちながら60分間撹拌することで、コロイド溶液を得た(手順1、第一の中和工程)。ここで、原料溶液は3.9g/minの添加速度で240分間かけて連続添加し、アンモニア水溶液は3.9g/minの添加速度で240分間かけて連続添加した。この原料溶液とアンモニア水溶液とを添加している間、原料溶液に含まれる酸根の積算添加量の合計に対するアルカリの積算添加量の比は、0.93当量である。得られたコロイド溶液のpHは、2.0であった。
次に、手順1で得られたコロイド溶液に、ヒドロキシカルボン酸として、クエン酸濃度1.041mol/kgのクエン酸溶液289gを、40℃の条件下で、60分間かけて連続添加した後(ヒドロキシカルボン酸添加工程)、12.553mol/kgのアンモニア溶液を196g一挙添加した後、温度40℃の条件下、10分間撹拌しながら保持し、中間生成物である前駆体のスラリーを得た(手順2、第二の中和工程)。アンモニア溶液196gを一挙添加した後のpHは、8.6であった。
その後、手順3で得られた洗浄後スラリーを1121g分取して、1150gになるよう純水を加え、撹拌しながら温度を40℃に調節し、21.39質量%アンモニア水溶液345gと2-プロパノール1406gを添加して5分間撹拌し、さらに加水分解基を持つシリコン化合物としてテトラエトキシシラン(TEOS)1327gを35分で添加した。その後、液温を40℃に保ちながら、1時間そのまま撹拌し続け、シリコン化合物の加水分解生成物で被覆した。その後、得られた溶液を洗浄・固液分離し、ケーキとして回収した(手順4)。
手順5で得られたシリコン酸化物で被覆されたFeサイトの一部が他の金属元素で置換されたε酸化鉄の粉末を20質量%NaOH水溶液中で約60℃、14時間撹拌し、粒子表面のシリコン酸化物の除去処理を行うことで、Feサイトの一部が他の金属元素で置換されたε酸化鉄の粒子を含むスラリーを得た(手順6)。
この鉄系酸化物磁性粉の磁気特性を測定した結果、保磁力は339kA/m、飽和磁化は16.4Am2/kg、SFDは1.05、IL/IHの値は0.49であった。
また、この鉄系酸化物磁性粉を実施例1と同様の手順でTEM観察に供した結果、TEM平均粒子径は15.0nm、粒子径8nm以下粒子の個数割合は2.0%、粒子径20nm以上粒子の個数割合は8.5%、変動係数(CV値)は22%、粒子の平均円形度は0.968であった。
原料溶液として、Fe(III)濃度1.009mol/kg、Ga(III)濃度0.294mol/kg、Ti(IV)濃度0.042mol/kg、塩化物イオン濃度3.270mol/kg、硝酸イオン濃度0.878mol/kgの水溶液894gを調整した。次に、5L反応槽に、Fe(III)濃度0.190mol/kg、塩化物イオン濃度0.596mol/kgの水溶液を1581g入れ、撹拌羽根により機械的に撹拌しながら液温を30℃に調節した。次に、撹拌を継続し、液温を30℃に保ちながら、この水溶液中に原料溶液と、4.423mol/kgのアンモニア水溶液とを同時に添加し、その後液温を30℃に保ちながら60分間撹拌することで、コロイド溶液を得た(手順1、第一の中和工程)。ここで、原料溶液は3.7g/minの添加速度で240分間かけて連続添加し、アンモニア水溶液は3.7g/minの添加速度で240分間かけて連続添加した。この原料溶液とアンモニア水溶液とを添加している間、原料溶液に含まれる酸根の積算添加量の合計に対するアルカリの積算添加量の比は、1.07当量である。得られたコロイド溶液のpHは、2.3であった。
次に、手順1で得られたコロイド溶液に、ヒドロキシカルボン酸として、クエン酸濃度1.041mol/kgのクエン酸溶液289gを、30℃の条件下で、60分間かけて連続添加した後(ヒドロキシカルボン酸添加工程)、14.707mol/kgのアンモニア溶液を139g一挙添加した後、温度30℃の条件下、10分間撹拌しながら保持し、中間生成物である前駆体のスラリーを得た(手順2、第二の中和工程)。アンモニア溶液139gを一挙添加した後のpHは、8.9であった。
その後、手順3で得られた洗浄後スラリーを1114g分取して、1150gになるよう純水を加え、撹拌しながら温度を30℃に調節し、25.06質量%アンモニア水溶液142gと2-プロパノール1406gを添加して5分間撹拌し、さらに加水分解基を持つシリコン化合物としてテトラエトキシシラン(TEOS)640gを35分で添加した。その後、液温を30℃に保ちながら、1時間そのまま撹拌し続け、シリコン化合物の加水分解生成物で被覆した。その後、得られた溶液を洗浄・固液分離し、ケーキとして回収した(手順4)。
手順5で得られたシリコン酸化物で被覆されたFeサイトの一部が他の金属元素で置換されたε酸化鉄の粉末を20質量%NaOH水溶液中で約60℃、14時間撹拌し、粒子表面のシリコン酸化物の除去処理を行うことで、Feサイトの一部が他の金属元素で置換されたε酸化鉄の粒子を含むスラリーを得た(手順6)。
この鉄系酸化物磁性粉の磁気特性を測定した結果、保磁力は485kA/m、飽和磁化は20.5Am2/kg、SFDは1.31、IL/IHの値は0.44であった。
また、この鉄系酸化物磁性粉を実施例1と同様の手順でTEM観察に供した結果、TEM平均粒子径は15.2nm、粒子径8nm以下粒子の個数割合は2.2%、粒子径20nm以上粒子の個数割合は14.0%、変動係数(CV値)は39%、粒子の平均円形度は0.955であった。
原料溶液として、Fe(III)濃度0.928mol/kg、Ga(III)濃度0.202mol/kg、Co(II)濃度0.038mol/kg、Ti(IV)濃度0.038mol/kg、Mn(II)濃度0.168mol/kg、塩化物イオン濃度2.880mol/kg、硝酸イオン濃度1.051mol/kgの原料溶液893gを調整した。次に、5L反応槽に、Fe(III)濃度0.175mol/kg、塩化物イオン濃度0.526mol/kgの水溶液を1575g入れ、撹拌羽根により機械的に撹拌しながら液温を40℃に調節した。次に、撹拌を継続し、液温を40℃に保ちながら、この水溶液中に原料溶液と、3.644mol/kgのアンモニア水溶液とを同時に添加し、その後液温を40℃に保ちながら60分間撹拌することで、コロイド溶液を得た(手順1、第一の中和工程)。ここで、原料溶液は3.7g/minの添加速度で240分間かけて連続添加し、アンモニア水溶液は3.7g/minの添加速度で240分間かけて連続添加した。この原料溶液とアンモニア水溶液とを添加している間、原料溶液に含まれる酸根の積算添加量の合計に対するアルカリの積算添加量の比は、0.93当量である。得られたコロイド溶液のpHは、2.1であった。
次に、手順1で得られたコロイド溶液に、ヒドロキシカルボン酸として、クエン酸濃度1.041mol/kgのクエン酸溶液260gを、40℃の条件下で、60分間かけて連続添加した後(ヒドロキシカルボン酸添加工程)、12.465mol/kgのアンモニア溶液を188g一挙添加した後、温度40℃の条件下、10分間撹拌しながら保持し、中間生成物である前駆体のスラリーを得た(手順2、第二の中和工程)。アンモニア溶液188gを一挙添加した後のpHは、8.7であった。
その後、手順3で得られた洗浄後スラリーを1107g分取して、1150gになるよう純水を加え、撹拌しながら温度を40℃に調節し、23.24質量%アンモニア水溶液153gと2-プロパノール1406gを添加して5分間撹拌し、さらに加水分解基を持つシリコン化合物としてテトラエトキシシラン(TEOS)640gを35分で添加した。その後、液温を40℃に保ちながら、1時間そのまま撹拌し続け、シリコン化合物の加水分解生成物で被覆した。その後、得られた溶液を洗浄・固液分離し、ケーキとして回収した(手順4)。
手順5で得られたシリコン酸化物で被覆されたFeサイトの一部が他の金属元素で置換されたε酸化鉄の粉末を20質量%NaOH水溶液中で約60℃、14時間撹拌し、粒子表面のシリコン酸化物の除去処理を行うことで、Feサイトの一部が他の金属元素で置換されたε酸化鉄の粒子を含むスラリーを得た(手順6)。
この鉄系酸化物磁性粉の磁気特性を測定した結果、保磁力は569kA/m、飽和磁化は18.3Am2/kg、SFDは0.75、IL/IHの値は0.21であった。
また、この鉄系酸化物磁性粉を実施例1と同様の手順でTEM観察に供した結果、TEM平均粒子径は16.8nm、粒子径8nm以下粒子の個数割合は0.4%、粒子径20nm以上粒子の個数割合は17.8%、変動係数(CV値)は24%、粒子の平均円形度は0.972であった。
原料溶液として、Fe(III)濃度0.993mol/kg、Ga(III)濃度0.235mol/kg、Co(II)濃度0.038mol/kg、Ni(II)濃度0.084mol/kg、塩化物イオン濃度2.980mol/kg、硝酸イオン濃度1.005mol/kgの水溶液893gを調整した。次に、5L反応槽に、Fe(III)濃度0.187mol/kg、塩化物イオン濃度0.561mol/kgの水溶液を1581g入れ、撹拌羽根により機械的に撹拌しながら液温を40℃に調節した。次に、撹拌を継続し、液温を40℃に保ちながら、この水溶液中に原料溶液と、3.734mol/kgのアンモニア水溶液とを同時に添加し、その後液温を40℃に保ちながら60分間撹拌することで、コロイド溶液を得た(手順1、第一の中和工程)。ここで、原料溶液は3.7g/minの添加速度で240分間かけて連続添加し、アンモニア水溶液は3.7g/minの添加速度で240分間かけて連続添加した。この原料溶液とアンモニア水溶液とを添加している間、原料溶液に含まれる酸根の積算添加量の合計に対するアルカリの積算添加量の比は、0.94当量である。得られたコロイド溶液のpHは、2.1であった。
次に、手順1で得られたコロイド溶液に、ヒドロキシカルボン酸として、クエン酸濃度1.041mol/kgのクエン酸溶液274gを、40℃の条件下で、60分間かけて連続添加した後(ヒドロキシカルボン酸添加工程)、12.465mol/kgのアンモニア溶液を193g一挙添加した後、温度40℃の条件下、10分間撹拌しながら保持し、中間生成物である前駆体のスラリーを得た(手順2、第二の中和工程)。アンモニア溶液188gを一挙添加した後のpHは、8.8であった。
その後、手順3で得られた洗浄後スラリーを1057g分取して、1150gになるよう純水を加え、撹拌しながら温度を40℃に調節し、21.24質量%アンモニア水溶液347gとエタノール1406gを添加して5分間撹拌し、さらに加水分解基を持つシリコン化合物としてテトラエトキシシラン(TEOS)1327gを35分で添加した。その後、液温を40℃に保ちながら、1時間そのまま撹拌し続け、シリコン化合物の加水分解生成物で被覆した。その後、得られた溶液を洗浄・固液分離し、ケーキとして回収した(手順4)。
手順5で得られたシリコン酸化物で被覆されたFeサイトの一部が他の金属元素で置換されたε酸化鉄の粉末を20質量%NaOH水溶液中で約60℃、14時間撹拌し、粒子表面のシリコン酸化物の除去処理を行うことで、Feサイトの一部が他の金属元素で置換されたε酸化鉄の粒子を含むスラリーを得た(手順6)。
この鉄系酸化物磁性粉の磁気特性を測定した結果、保磁力は394kA/m、飽和磁化は23.4Am2/kg、SFDは1.53、IL/IHの値は1.31であった。
また、この鉄系酸化物磁性粉を実施例1と同様の手順でTEM観察に供した結果、TEM平均粒子径は14.6nm、粒子径8nm以下粒子の個数割合は1.9%、粒子径20nm以上粒子の個数割合は7.0%、変動係数(CV値)は25%、粒子の平均円形度は0.967であった。
原料溶液として、Fe(III)濃度0.991mol/kg、Ga(III)濃度0.235mol/kg、Co(II)濃度0.038mol/kg、Cr(III)濃度0.084mol/kg、塩化物イオン濃度2.974mol/kg、硝酸イオン濃度1.087mol/kgの水溶液895gを調整した。次に、5L反応槽に、Fe(III)濃度0.187mol/kg、塩化物イオン濃度0.561mol/kgの水溶液を1581g入れ、撹拌羽根により機械的に撹拌しながら液温を40℃に調節した。次に、撹拌を継続し、液温を40℃に保ちながら、この水溶液中に原料溶液と、3.808mol/kgのアンモニア水溶液とを同時に添加し、その後液温を40℃に保ちながら60分間撹拌することで、コロイド溶液を得た(手順1、第一の中和工程)。ここで、原料溶液は3.7g/minの添加速度で240分間かけて連続添加し、アンモニア水溶液は3.7g/minの添加速度で240分間かけて連続添加した。この原料溶液とアンモニア水溶液とを添加している間、原料溶液に含まれる酸根の積算添加量の合計に対するアルカリの積算添加量の比は、0.94当量である。得られたコロイド溶液のpHは、2.0であった。
次に、手順1で得られたコロイド溶液に、ヒドロキシカルボン酸として、クエン酸濃度1.041mol/kgのクエン酸溶液289gを、40℃の条件下で、60分間かけて連続添加した後(ヒドロキシカルボン酸添加工程)、12.553mol/kgのアンモニア溶液を196g一挙添加した後、温度40℃の条件下、10分間撹拌しながら保持し、中間生成物である前駆体のスラリーを得た(手順2、第二の中和工程)。アンモニア溶液196gを一挙添加した後のpHは、8.5であった。
その後、手順3で得られた洗浄後スラリーを1084g分取して、1150gになるよう純水を加え、撹拌しながら温度を40℃に調節し、21.39質量%アンモニア水溶液345gとエタノール1406gを添加して5分間撹拌し、さらに加水分解基を持つシリコン化合物としてテトラエトキシシラン(TEOS)1327gを35分で添加した。その後、液温を40℃に保ちながら、1時間そのまま撹拌し続け、シリコン化合物の加水分解生成物で被覆した。その後、得られた溶液を洗浄・固液分離し、ケーキとして回収した(手順4)。
手順5で得られたシリコン酸化物で被覆されたFeサイトの一部が他の金属元素で置換されたε酸化鉄の粉末を20質量%NaOH水溶液中で約60℃、14時間撹拌し、粒子表面のシリコン酸化物の除去処理を行うことで、Feサイトの一部が他の金属元素で置換されたε酸化鉄の粒子を含むスラリーを得た(手順6)。
この鉄系酸化物磁性粉の磁気特性を測定した結果、保磁力は400kA/m、飽和磁化は15.3Am2/kg、SFDは2.28、IL/IHの値は0.76であった。
また、この鉄系酸化物磁性粉を実施例1と同様の手順でTEM観察に供した結果、TEM平均粒子径は14.9nm、粒子径8nm以下粒子の個数割合は0.5%、粒子径20nm以上粒子の個数割合は9.9%、変動係数(CV値)は28%、粒子の平均円形度は0.968であった。
原料溶液として、Fe(III)濃度1.024mol/kg、Ga(III)濃度0.235mol/kg、Co(II)濃度0.038mol/kg、Nd(III)濃度0.042mol/kg、塩化物イオン濃度3.072mol/kg、硝酸イオン濃度0.962mol/kgの水溶液894gを調整した。次に、5L反応槽に、Fe(III)濃度0.193mol/kg、塩化物イオン濃度0.578mol/kgの水溶液を1583g入れ、撹拌羽根により機械的に撹拌しながら液温を40℃に調節した。次に、撹拌を継続し、液温を40℃に保ちながら、この水溶液中に原料溶液と、3.793mol/kgのアンモニア水溶液とを同時に添加し、その後液温を40℃に保ちながら60分間撹拌することで、コロイド溶液を得た(手順1、第一の中和工程)。ここで、原料溶液は3.7g/minの添加速度で240分間かけて連続添加し、アンモニア水溶液は3.7g/minの添加速度で240分間かけて連続添加した。この原料溶液とアンモニア水溶液とを添加している間、原料溶液に含まれる酸根の積算添加量の合計に対するアルカリの積算添加量の比は、0.94当量である。得られたコロイド溶液のpHは、2.0であった。
次に、手順1で得られたコロイド溶液に、ヒドロキシカルボン酸として、クエン酸濃度1.041mol/kgのクエン酸溶液282gを、40℃の条件下で、60分間かけて連続添加した後(ヒドロキシカルボン酸添加工程)、12.465mol/kgのアンモニア溶液を196g一挙添加した後、温度40℃の条件下、10分間撹拌しながら保持し、中間生成物である前駆体のスラリーを得た(手順2、第二の中和工程)。アンモニア溶液196gを一挙添加した後のpHは、8.8であった。
その後、手順3で得られた洗浄後スラリーを1120g分取して、1150gになるよう純水を加え、撹拌しながら温度を40℃に調節し、21.24質量%アンモニア水溶液347gとエタノール1406gを添加して5分間撹拌し、さらに加水分解基を持つシリコン化合物としてテトラエトキシシラン(TEOS)1327gを35分で添加した。その後、液温を40℃に保ちながら、1時間そのまま撹拌し続け、シリコン化合物の加水分解生成物で被覆した。その後、得られた溶液を洗浄・固液分離し、ケーキとして回収した(手順4)。
手順5で得られたシリコン酸化物で被覆されたFeサイトの一部が他の金属元素で置換されたε酸化鉄の粉末を20質量%NaOH水溶液中で約60℃、24時間撹拌し、粒子表面のシリコン酸化物の除去処理を行うことで、Feサイトの一部が他の金属元素で置換されたε酸化鉄の粒子を含むスラリーを得た(手順6)。
この鉄系酸化物磁性粉の磁気特性を測定した結果、保磁力は415kA/m、飽和磁化は18.9Am2/kg、SFDは2.03、IL/IHの値は0.58であった。
また、この鉄系酸化物磁性粉を実施例1と同様の手順でTEM観察に供した結果、TEM平均粒子径は13.8nm、粒子径8nm以下粒子の個数割合は1.9%、粒子径20nm以上粒子の個数割合は6.7%、変動係数(CV値)は25%、粒子の平均円形度は0.966であった。
原料溶液として、Fe(III)濃度1.024mol/kg、Ga(III)濃度0.235mol/kg、Co(II)濃度0.038mol/kg、Dy(III)濃度0.042mol/kg、塩化物イオン濃度3.072mol/kg、硝酸イオン濃度0.962mol/kgの水溶液894gを調整した。次に、5L反応槽に、Fe(III)濃度0.193mol/kg、塩化物イオン濃度0.578mol/kgの水溶液を1583g入れ、撹拌羽根により機械的に撹拌しながら液温を40℃に調節した。次に、撹拌を継続し、液温を40℃に保ちながら、この水溶液中に原料溶液と、3.793mol/kgのアンモニア水溶液とを同時に添加し、その後液温を40℃に保ちながら60分間撹拌することで、コロイド溶液を得た(手順1、第一の中和工程)。ここで、原料溶液は3.7g/minの添加速度で240分間かけて連続添加し、アンモニア水溶液は3.7g/minの添加速度で240分間かけて連続添加した。この原料溶液とアンモニア水溶液とを添加している間、原料溶液に含まれる酸根の積算添加量の合計に対するアルカリの積算添加量の比は、0.94当量である。得られたコロイド溶液のpHは、2.1であった。
次に、手順1で得られたコロイド溶液に、ヒドロキシカルボン酸として、クエン酸濃度1.041mol/kgのクエン酸溶液282gを、40℃の条件下で、60分間かけて連続添加した後(ヒドロキシカルボン酸添加工程)、12.465mol/kgのアンモニア溶液を196g一挙添加した後、温度40℃の条件下、10分間撹拌しながら保持し、中間生成物である前駆体のスラリーを得た(手順2、第二の中和工程)。アンモニア溶液196gを一挙添加した後のpHは、8.8であった。
その後、手順3で得られた洗浄後スラリーを1097g分取して、1150gになるよう純水を加え、撹拌しながら温度を40℃に調節し、21.24質量%アンモニア水溶液347gとエタノール1406gを添加して5分間撹拌し、さらに加水分解基を持つシリコン化合物としてテトラエトキシシラン(TEOS)1327gを35分で添加した。その後、液温を40℃に保ちながら、1時間そのまま撹拌し続け、シリコン化合物の加水分解生成物で被覆した。その後、得られた溶液を洗浄・固液分離し、ケーキとして回収した(手順4)。
手順5で得られたシリコン酸化物で被覆されたFeサイトの一部が他の金属元素で置換されたε酸化鉄の粉末を20質量%NaOH水溶液中で約60℃、24時間撹拌し、粒子表面のシリコン酸化物の除去処理を行うことで、Feサイトの一部が他の金属元素で置換されたε酸化鉄の粒子を含むスラリーを得た(手順6)。
この鉄系酸化物磁性粉の磁気特性を測定した結果、保磁力は441kA/m、飽和磁化は19.0Am2/kg、SFDは1.97、IL/IHの値は0.55であった。
また、この鉄系酸化物磁性粉を実施例1と同様の手順でTEM観察に供した結果、TEM平均粒子径は13.9nm、粒子径8nm以下粒子の個数割合は3.0%、粒子径20nm以上粒子の個数割合は5.6%、変動係数(CV値)は25%、粒子の平均円形度は0.966であった。
原料溶液として、Fe(III)濃度1.024mol/kg、Ga(III)濃度0.235mol/kg、Co(II)濃度0.038mol/kg、Gd(III)濃度0.042mol/kg、塩化物イオン濃度3.072mol/kg、硝酸イオン濃度0.962mol/kgの水溶液894gを調整した。次に、5L反応槽に、Fe(III)濃度0.193mol/kg、塩化物イオン濃度0.578mol/kgの水溶液を1583g入れ、撹拌羽根により機械的に撹拌しながら液温を40℃に調節した。次に、撹拌を継続し、液温を40℃に保ちながら、この水溶液中に原料溶液と、3.793mol/kgのアンモニア水溶液とを同時に添加し、その後液温を40℃に保ちながら60分間撹拌することで、コロイド溶液を得た(手順1、第一の中和工程)。ここで、原料溶液は3.7g/minの添加速度で240分間かけて連続添加し、アンモニア水溶液は3.7g/minの添加速度で240分間かけて連続添加した。この原料溶液とアンモニア水溶液とを添加している間、原料溶液に含まれる酸根の積算添加量の合計に対するアルカリの積算添加量の比は、0.94当量である。得られたコロイド溶液のpHは、2.1であった。
次に、手順1で得られたコロイド溶液に、ヒドロキシカルボン酸として、クエン酸濃度1.041mol/kgのクエン酸溶液282gを、40℃の条件下で、60分間かけて連続添加した後(ヒドロキシカルボン酸添加工程)、12.465mol/kgのアンモニア溶液を196g一挙添加した後、温度40℃の条件下、10分間撹拌しながら保持し、中間生成物である前駆体のスラリーを得た(手順2、第二の中和工程)。アンモニア溶液196gを一挙添加した後のpHは、8.8であった。
その後、手順3で得られた洗浄後スラリーを1132g分取して、1150gになるよう純水を加え、撹拌しながら温度を40℃に調節し、21.24質量%アンモニア水溶液347gとエタノール1406gを添加して5分間撹拌し、さらに加水分解基を持つシリコン化合物としてテトラエトキシシラン(TEOS)1327gを35分で添加した。その後、液温を40℃に保ちながら、1時間そのまま撹拌し続け、シリコン化合物の加水分解生成物で被覆した。その後、得られた溶液を洗浄・固液分離し、ケーキとして回収した(手順4)。
手順5で得られたシリコン酸化物で被覆されたFeサイトの一部が他の金属元素で置換されたε酸化鉄の粉末を20質量%NaOH水溶液中で約60℃、24時間撹拌し、粒子表面のシリコン酸化物の除去処理を行うことで、Feサイトの一部が他の金属元素で置換されたε酸化鉄の粒子を含むスラリーを得た(手順6)。
この鉄系酸化物磁性粉の磁気特性を測定した結果、保磁力は426kA/m、飽和磁化は18.8Am2/kg、SFDは1.46、IL/IHの値は0.58であった。
また、この鉄系酸化物磁性粉を実施例1と同様の手順でTEM観察に供した結果、TEM平均粒子径は13.7nm、粒子径8nm以下粒子の個数割合は0.9%、粒子径20nm以上粒子の個数割合は2.7%、変動係数(CV値)は25%、粒子の平均円形度は0.966であった。
原料溶液として、Fe(III)濃度1.366mol/kg、Ga(III)濃度0.160mol/kg、Co(II)濃度0.036mol/kg、Ti(IV)濃度0.036mol/kg、塩化物イオン濃度4.190mol/kg、硝酸イオン濃度0.606mol/kgの水溶液941gを調整した。次に、5L反応槽に、純水を1500g入れ、撹拌羽根により機械的に撹拌しながら液温を40℃に調節した。次に、撹拌を継続し、液温を40℃に保ちながら、この純水中に原料溶液と、3.836mol/kgのアンモニア水溶液とを同時に添加し、その後液温を40℃に保ちながら60分間撹拌することで、コロイド溶液を得た(手順1、第一の中和工程)。ここで、原料溶液は3.9g/minの添加速度で240分間かけて連続添加し、アンモニア水溶液は3.9g/minの添加速度で240分間かけて連続添加した。この原料溶液とアンモニア水溶液とを添加している間、原料溶液に含まれる酸根の積算添加量の合計に対するアルカリの積算添加量の比は、0.80当量である。得られたコロイド溶液のpHは、1.9であった。
次に、手順1で得られたコロイド溶液に、ヒドロキシカルボン酸として、クエン酸濃度1.041mol/kgのクエン酸溶液289gを、40℃の条件下で、60分間かけて連続添加した後(ヒドロキシカルボン酸添加工程)、12.835mol/kgのアンモニア溶液を190g一挙添加した後、温度40℃の条件下、10分間撹拌しながら保持し、中間生成物である前駆体のスラリーを得た(手順2、第二の中和工程)。アンモニア溶液196gを一挙添加した後のpHは、8.6であった。
その後、手順3で得られた洗浄後スラリーを705g分取して、757gになるよう純水を加え、撹拌しながら温度を40℃に調節し、22.25質量%アンモニア水溶液207gと2-プロパノール945gを添加して5分間撹拌し、さらに加水分解基を持つシリコン化合物としてテトラエトキシシラン(TEOS)829gを35分で添加した。その後、液温を40℃に保ちながら、1時間そのまま撹拌し続け、シリコン化合物の加水分解生成物で被覆した。その後、得られた溶液を洗浄・固液分離し、ケーキとして回収した(手順4)。
手順5で得られたシリコン酸化物で被覆されたFeサイトの一部が他の金属元素で置換されたε酸化鉄の粉末を20質量%NaOH水溶液中で約60℃、24時間撹拌し、粒子表面のシリコン酸化物の除去処理を行うことで、Feサイトの一部が他の金属元素で置換されたε酸化鉄の粒子を含むスラリーを得た(手順6)。
この鉄系酸化物磁性粉の磁気特性を測定した結果、保磁力は313kA/m、飽和磁化は14.2Am2/kg、SFDは2.39、IL/IHの値は0.93であった。
また、この鉄系酸化物磁性粉を実施例1と同様の手順でTEM観察に供した結果、TEM平均粒子径は13.5nm、粒子径8nm以下粒子の個数割合は0.5%、粒子径20nm以上粒子の個数割合は15.1%、変動係数(CV値)は30%、粒子の平均円形度は0.959であった。
Claims (13)
- 透過電子顕微鏡で測定した平均粒子径が10nm以上20nm以下であり、粒子径が8nm以下の粒子の個数割合が5%以下、粒子径が20nm以上の粒子の個数割合が25%以下であり、透過電子顕微鏡で観察される粒子の平均円形度が0.955以上である、ε酸化鉄またはFeサイトの一部が他の金属元素で置換されたε酸化鉄の粒子からなる鉄系酸化物磁性粉。
- 前記のε酸化鉄またはFeサイトの一部が他の金属元素で置換されたε酸化鉄の粒子の透過電子顕微鏡で測定した粒子径の変動係数が20%以上30%以下である、請求項1に記載の鉄系酸化物磁性粉。
- 前記のFeサイトの一部を置換する金属元素がGa、CoおよびTiの1種または2種以上である、請求項1または2に記載の鉄系酸化物磁性粉。
- 前記のFeサイトの一部を置換する金属元素がGa、Co、Ti、Ni、Mn、Cr、Nd、DyおよびGdの1種または2種以上である、請求項1に記載の鉄系酸化物磁性粉。
- 透過電子顕微鏡で測定した平均粒子径が10nm以上20nm以下であり、ε酸化鉄またはFeサイトの一部が他の金属元素で置換されたε酸化鉄の粒子からなる鉄系酸化物磁性粉の製造方法であって、
3価の鉄イオン、または、3価の鉄イオンおよび前記のFeサイトの一部を置換する金属元素のイオンを含む水溶液(以下、原料溶液と呼称する)と、前記の原料溶液を中和するためのアルカリ水溶液を調製する原料溶液調製工程と、
前記の原料溶液および前記のアルカリ水溶液のそれぞれを、反応系に連続的または間歇的に添加して混合し、反応系のpHを1.0以上3.0以下とする第一の中和工程と、
前記の第一の中和工程後の水溶液にヒドロキシカルボン酸を添加する工程と、
前記のヒドロキシカルボン酸を添加した水溶液にアルカリを添加してpHを7.0以上10.0以下まで中和し、オキシ水酸化鉄または置換金属元素含有オキシ水酸化鉄の析出物を含むスラリーを得る第二の中和工程と、
前記のオキシ水酸化鉄または置換金属元素含有オキシ水酸化鉄を含むスラリーに加水分解基を有するシリコン化合物を添加し、前記のオキシ水酸化鉄または置換金属元素含有オキシ水酸化鉄にシリコン化合物の加水分解生成物を被覆する工程と、
前記のシリコン化合物の加水分解生成物を被覆したオキシ水酸化鉄または置換金属元素含有オキシ水酸化鉄を加熱し、シリコン酸化物を被覆したε酸化鉄またはFeサイトの一部が他の金属元素で置換されたε酸化鉄とする工程と、
を含む、請求項1に記載の鉄系酸化物磁性粉の製造方法。 - 前記の第一の中和工程が、3価の鉄イオンおよび前記のFeサイトの一部を置換する金属元素のイオンを含まない反応系に、前記の原料溶液、および、原料溶液に含まれている酸根の量の和に対して0.4当量以上0.9当量以下のアルカリを含む前記のアルカリ水溶液のそれぞれを、反応系に連続的または間歇的に添加して混合し、反応系のpHを1.0以上3.0以下とするものである、請求項5に記載の鉄系酸化物磁性粉の製造方法。
- 前記の第一の中和工程が、3価の鉄イオン、または、3価の鉄イオンおよび前記のFeサイトの一部を置換する金属元素のイオンを予め含む反応系に、前記の原料溶液および前記のアルカリ水溶液のそれぞれを連続的または間歇的に添加するに当たり、反応系に予め含まれる3価の鉄イオンおよびFeサイトの一部を置換する金属元素のイオンの量を、当該3価の鉄イオンおよびFeサイトの一部を置換する金属元素のイオンの量と反応系に添
加される原料溶液に含まれる3価の鉄イオンおよびFeサイトの一部を置換する金属元素のイオンの量との和の50モル%以下とし、前記の原料溶液、および、原料溶液に含まれている酸根の量の和に対して0.4当量以上1.8当量以下のアルカリを含む前記のアルカリ水溶液のそれぞれを、反応系に連続的または間歇的に添加して混合し、反応系のpHを1.0以上3.0以下とするものである、請求項4に記載の鉄系酸化物磁性粉の製造方法。 - 前記の第一の中和工程において、前記原料溶液および前記アルカリ水溶液の添加速度を調整し、前記の原料溶液に含まれている酸根の積算添加量の合計に対するアルカリの積算添加量を、工程を通じて0.4当量以上0.9当量以下の範囲に維持する、請求項6に記載の鉄系酸化物磁性粉の製造方法。
- 前記第一の中和工程において、前記原料溶液および前記アルカリ水溶液を10min以上の時間をかけて添加する、請求項5に記載の鉄系酸化物磁性粉の製造方法。
- 前記の第二の中和工程で得られたオキシ水酸化鉄または置換金属元素含有オキシ水酸化鉄を含むスラリーの動的光散乱式粒度分布測定装置により測定された平均径が300nm以下である、請求項5に記載の鉄系酸化物磁性粉の製造方法。
- 前記の原料溶液に含まれる3価の鉄イオンの供給源として、塩化鉄(III)を用いる、請求項5に記載の鉄系酸化物磁性粉の製造方法。
- 前記の原料溶液に含まれる酸根の積算添加量の合計に対するアルカリの積算添加量を、前記第一の中和工程を通して0.6当量以上0.9当量以下とする、請求項6に記載の鉄系酸化物磁性粉の製造方法。
- 前記の原料溶液に含まれる酸根の積算添加量の合計に対するアルカリの積算添加量を、前記第一の中和工程を通して0.4当量以上1.8当量以下とする、請求項7に記載の鉄系酸化物磁性粉の製造方法。
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