JPH01242494A

JPH01242494A - 単結晶フェライトの製造法

Info

Publication number: JPH01242494A
Application number: JP7069588A
Authority: JP
Inventors: Masato Osanawa; 長縄　昌人
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1988-03-24
Filing date: 1988-03-24
Publication date: 1989-09-27
Also published as: JPH0474317B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（技術分野）本発明は、単結晶フェライトの製造法に関するものであ
り、更に詳しくは、固相反応による単結晶フェライトの
製造法に関するものである。

（背景技術）従来の、原料の溶融した液相より単結晶を固化させつつ
育成するブリッジマン法に代わる、新しい単結晶フェラ
イトの製造手法として、本願出願人は、先に、特開昭５
５−１６２４９６号公報や特開昭５６−１５５１００号
公報等において、多結晶フェライト部材（母材）と単結
晶フェライト部材（種子）を接触させて加熱することに
より、固相反応によって、かかる単結晶フェライト部材
のフェライト単結晶を多結晶フェライト部材側に結晶成
長させて育成せしめ、目的とする単結晶フェライト体を
得る方法（固相反応法）を明らかにした。この固相反応
法によれば、得られる単結晶フェライト体は組成が均質
で、従って磁気特性が安定しており、また上記ブリッジ
マン法で得られる単結晶体に見られる如き白金粒等の析
出物（不純物）が存在せず、例えば磁気ヘッド用材料と
して優れたものとなる。

ところで、このような同相反応法による単結晶フェライ
トの製造手法は、接触せしめた多結晶フェライト母材と
種子単結晶とを単結晶成長温度以上に加熱せしめること
により実施されるものであるが、得られる単結晶フェラ
イト中には、気孔が密集して形成される「巣」や、多結
晶粒子が取り残されて、異なる結晶方位を与える「島状
構造ｊが多く残留しているところから、そのような「巣
」や「島状構造」を解消せしめるべく、育成された単結
晶フェライトを、その単結晶成長温度以上の、より高温
度に加熱せしめることが行なわれている。

しかしながら、単結晶フェライトの溶融温度との関係か
ら、かかる加熱操作を充分な高温度下において行なうこ
とが出来ず、そのために、単結晶フェライト中には、依
然として、成る程度の「巣」や「島状構造」が残留して
いるのである。

なお、ここで、「巣」とは、１〜１００μｍ程度の気孔
径の気孔が５個以上密集している部分を言い、また「島
状構造」とは、多結晶フェライト部材に種単結晶フェラ
イト部材を接合した後、フェライト単結晶を育成するに
際し、一部多結晶粒子が取り残され、種単結晶フェライ
ト部材とは異なった結晶方位となる、結晶粒子径が１０
μｍ程度以上のものを意味している。

而して、育成された単結晶フェライト中に残留する「巣
」は、かかる単結晶フェライトを磁気ヘッド用材料とし
て見た場合において、それが磁気ギャップ部に存在する
と、耐辛耗性の問題、及び加工中の欠は等の問題を惹き
起こすこととなり、それ故に、かかる「巣」は可及的に
少ない残留量とすることが望ましく、また「島状構造」
にあっても、それは種単結晶より育成した結晶方位とは
異なっているところから、磁気ギャップ部に存在すると
、磁気特性の変化や偏摩耗の問題を惹起し、ヘッド特性
を劣化させる原因と、もなるのであり、それ故に、その
残留量を可及的に低減させることが望まれているのであ
る。

（解決課題）ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景にして為さ
れたものであって、その解決すべき課題とするところは
、固相反応によって育成される単結晶フェライト中に残
留する「巣」及び「島状構造」を減少せしめて、高品質
な単結晶フェライトを得ることにある。

（解決手段）そして、本発明にあっては、かかる課題解決のために、
多結晶フェライト部材と単結晶フェライト部材とを接触
させて加熱することにより、該単結晶フェライト部材の
フェライト単結晶を多結晶フェライト部材方向に結晶成
長させて、フェライト単結晶を育成することからなる単
結晶フェライトの製造法において、該多結晶フェライト
部材に、ＳｎＯ□を０．１重量％以上固溶させた多結晶
フェライト材料を使用することを、その趣旨とするもの
である。

要するに、本発明は、単結晶化されるべき多結晶フェラ
イト部材を与えるフェライト原料の調整時に、酸化錫（
ＳｎＯ□）成分の所定量を配合せしめ、そしてその配合
物から、常法に従って焼結して得られる多結晶フェライ
ト材料を用いることにより、通常の固相反応による単結
晶化操作において、単結晶成長温度が低下し、従来の単
結晶フェライト育成物に比べて「巣」及び「島状構造」
が効果的に低減され得るとの知見に基づいて、完成され
たものである。

ところで、かかる本発明において、通常の固相反応手法
によって、単結晶化せしめられる多結晶フェライト材料
は、よく知られているように、酸化第二鉄（Ｆｅ２０３
）を主成分として、それが所定の割合で含まれるフェラ
イト組成を有するものであって、そのような組成を与え
るフェライト原料粉末混合物、例えばＭｎ−Ｚｎフェラ
イトにあっては、酸化鉄、酸化マンガン（炭酸マンガン
）及び酸化亜鉛からなる混合物が出発原料として用いら
れ、更に本発明に従って、５ｎＯｚ成分、即ち５ｎＯｚ
自体若しくはそれを生じる化合物乃至は物質の所定量が
配合せしめられ、そしてそのような原料混合物が、常法
に従って、仮焼せしめられた後、粉砕され、次いでブロ
ックの如き適当な形状に成形された成形体を焼成するこ
とにより、得られるものである。

このようにして得られた多結晶フェライト材料は、原料
混合物中に存在する５ｎＯｚ成分によって、その焼結多
結晶組織中にＳｎＯ□が固溶せしめられた形態を有する
ものとなり、後の単結晶化操作において、優れた効果を
もたらすこととなるが、そのような効果を充分に享受す
るためには、少なくとも０．１重量％以上、好ましくは
０．５重量％以上の割合でＳｎＯ□を固溶せしめる必要
がある。０．１重量％以上のＳｎＯ，の固溶により、従
来の単結晶フェライト育成材料に比べ、「巣」及び「島
状構造」を効果的に低減せしめ得て、有利には１／２以
下にまで減少させることが可能である。また、かかるＳ
ｎ○２の固溶量を増すことにより、育成単結晶フェライ
ト中の「巣」及び「島状構造」を有利に減少させること
が出来るが、３重量％を越えるようになると、その効果
は飽和するようになる。更に、かかるＳｎＯ□の余りに
も多量の固溶は、異相の析出を惹起し易くなるところか
ら、その上限は、−ｍに５重量％程度、好ましくは３重
量％程度とすることが望ましい。

また、このようにして得られる多結晶フェライト材料は
、よく知られているように、その単結晶化のために、一
般に、高温において不連続な結晶粒子成長を起こすフェ
ライトの多結晶体とされていることは、言うまでもない
ところである。より具体的には、この不連続な結晶粒子
成長を示す多結晶体とは、加熱温度が成る特定の温度に
到達すると、突発的に、一部の結晶粒子が周りの微細な
結晶粒子を合体し、周りの微細粒子の成長速度より極め
て大きな粒子成長速度で巨大な結晶粒子に成長するもの
であって、通常、フェライトの主成分の一つである酸化
鉄の原料に、スピネル構造を有する酸化鉄若しくはスピ
ネル構造の履歴を有する酸化鉄或いはそれらの混合物、
を、Ｆｅ２Ｏ３に換算して、少なくとも６０重量％以上
含有する酸化鉄を用いて、有利に形成されるものである
。

そして、このような多結晶フェライト材料に対する単結
晶フェライト部材（種子）を用いた単結晶化操作は、従
来と同様にして、実施されることとなる。

例えば、多結晶フェライト材料を単結晶化するための種
単結晶である単結晶フェライト部材は、少なくとも一部
が単結晶である、換言すればフェライト単結晶を少なく
とも一部に有するフェライト材料であって、全体が一つ
の単結晶にて形成されているものの他、部分的に単結晶
フェライト部分を有する多結晶・単結晶複合フェライト
材料も使用することが出来る。

また、かかる多結晶フェライト材料と単結晶フェライト
部材との接触は、該単結晶フェライト部材の単結晶面に
対する多結晶フェライト材料の当接によって行なわれ、
その際、相互の接触面は、相互の密着のために、何れも
、その接触に先立って、充分な鏡面研磨が施されること
となる。また、そのような接触に際しては、それらの接
触面に、フェライトを溶解する酸（例えば、塩酸、硝酸
、硫酸等）やフェライト成分を含んだ無機酸塩の水溶液
を介在せしめて、突き合わせ、それらフェライト材料を
仮接着させることが望ましいことも、従来と同様である
。

次いで、このように接触させた状態下において、多結晶
フェライト材料と単結晶フェライト部材とを加熱せしめ
ることにより、それらフェライト材料は、固相反応にて
直接に一体的に接合し、更にその後、多結晶フェライト
材料の単結晶化が行なわれるのである。即ち、よく知ら
れているように、多結晶フェライト材料の単結晶成長温
度よりも高い温度下において、しかし前記不連続粒成長
温度よりも成る程度低い温度で加熱することによって、
一体的に接合した単結晶フェライト部材側よりフェライ
ト単結晶が多結晶フェライト材料側に向って成長し、か
かる多結晶フェライト材料部分が単結晶化せしめられて
、単結晶フェライト部材のフェライト単結晶部分と一体
の大きな一つのフェライト単結晶が育成されるのである
。

なお、かかる多結晶フェライト材料と単結晶フェライト
部材との組合せ物（仮接着物）における単結晶の育成（
単結晶化操作）のために加熱は、一般に、加熱炉内にお
いて行なわれることとなるが、この加熱炉内の雰囲気も
従来と同様に、平衡酸素分圧の雰囲気となるように調整
されることとなる。

そして、本発明によれば、上記の如きフエライト単結晶
の育成操作において、単結晶化せしめられる多結晶フェ
ライト材料中に所定量のＳｎＯ□が固溶せしめられてい
ることによって、かかる多結晶フェライト材料の単結晶
成長温度が有利に低下せしめられ、以て有効な加熱処理
が施され得ること等から、育成フェライト単結晶中の「
巣Ｊ及び「島状構造」の残留割合を効果的に低減せしめ
得たのである。

（実施例）以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発
明の代表的な実施例を示すが、本発明が、そのような実
施例の記載によって、何等制限的に解釈されるものでな
いことは、言うまでもないところである。

なお、本発明は、上述した本発明の詳細な説明並びに以
下の実施例の他にも、各種の態様において実施され得る
ものであり、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、
当業者の知識に基づいて実施され得る種々なる態様のも
のが、何れも、本発明の範晴に属するものと、理解され
るべきである。

先ず、純度が９９．９％の炭酸マンガンを焙焼して得ら
れた酸化マンガンと、純度が９９．９％の酸化亜鉛と、
純度が９９．９％のマグネタイトを５５０°Ｃで焙焼し
て得られた酸化鉄を原料とし、その組成がＭｎＯ：２７
．５モル％、ＺｎＯ：１９．０モル％、Ｆ　ｅ　２０３
　　：　５３．５　モＪＬ／％となるように、それぞれ
の原料を秤量した。また、５ｎＳＯａを、ＳｎＯ２分と
して、下記第１表に示される０〜５重量％の範囲内の割
合において、それぞれ秤量し、先の３種類の原料と合わ
せて、ボールミルにて１５時間それぞれ湿式混合した。

次いで、この混合した粉末の各々を、１０５０°Ｃの温
度で、空気中において仮焼した後、粉砕し、従来と同様
にして成形せしめ、そしてその得られた成形物を、平衡
酸素分圧下において、１３００°Ｃ×８時間の条件で焼
成することにより、各種のＭｎ−Ｚｎ多結晶フェライト
材料を得た。

そして、この得られた各種の多結晶フェライト材料から
２５ｍｍＸ５ｍｍＸ５＋＋＋ｍの板をそれぞれ切り出し
、その２５ｍｎ＋×５＋ｎ＋ｎの一つの面を、ダイヤモ
ンド砥粒を用いて、平滑度：Ｒｍａｘが０．１μｍとな
るようにそれぞれ研磨した。

一方、上記の多結晶フェライト材料と同一組成の単結晶
フェライトから２５ｎｒｍｘ５ｍｍＸ１ｍｍの板を切り
出し、その２５ｍｍＸ５（財）の一つの面を、ダイヤモ
ンド砥粒を用いて、平滑度：Ｒヨ、Ｘが０．１μｍとな
るように研磨した。

次いで、前記多結晶フェライト材料の各々の鏡面研磨部
に、単結晶フェライトの鏡面研磨部を、それぞれ接触せ
しめて、窒素雰囲気下、３００°Ｃ／Ｈｒの昇温速度で
１１５０°Ｃまで昇温し、その後５容量％の酸素を含む
窒素雰囲気に代えて、１０分間温度保持した後、更に３
００°（：　／　Ｈｒの昇温速度で１３００°Ｃまで昇
温し、そして、昇温速度を２０　’Ｃ／　Ｈｒに代えて
１４２０°Ｃまで昇温した後、再び窒素雰囲気下で冷却
することにより、７種類の単結晶フェライト育成物を得
た。

そして、この単結晶フェライト育成物から１５ｍｍＸ　
３　ｍｍＸ　１　ｍｍの板を切り出し、その１５ｍｍＸ
１ｍｍの一つの面を、ダイヤモンド砥粒を用いて、平滑
度：Ｒ□８が０．１μｍとなるように研磨した後、顕微
鏡下にて「巣」を測定した。次に、それぞれの板を濃塩
酸にて５分間侵食処理した後、顕微鏡下にて「島状構造
」を測定した。

その結果、７種類の単結晶フェライト育成物中の「巣」
及び「島状構造」の数は、下記第１表の如くであり、Ｓ
ｎＯ２を０．５重量％以上添加して固溶せしめると、得
られた単結晶フェライト育成物中の「巣」及び「島状構
造」の数は、従来材に比べてｌ／２以下にまで減少する
ことが判った。

また、ＳｎＯ２を３重量％以上固溶せしめると、「巣」
及び「島状構造」は１／１０以下に減少するが、その固
溶量が５重量％になると、異相が析出することも判った
。

第　　　１　　　表一方、上記で用いた多結晶フェライト材料のそれぞれの
単結晶成長温度を確認するため、上記と同様に、それぞ
れの表面研磨部に単結晶フェライト鏡面研磨部を接触さ
せ、１３１０〜１３６０°Ｃの温度範囲で単結晶成長温
度を確認したところ、下記第２表の如くであり、５ｎＯ
ｚ添加量と共に、単結晶成長温度が低下することが判っ
た。

第　　　２　　　表この結果から、５ｎｏ２の添勇■量と共に、焼結性が良
くなることにより、単結晶成長温度が低下するものと推
定され、その減少した理由もこのためであると考えられ
た。また「島状構造」は、単結晶が成長する過程におい
て、多結晶中の粒子径の大きなものが残ったためであり
、従って、単結晶成長温度の低下に伴い、「島状構造」
も減少したと考えられた。

（発明の効果）以上の説明から明らかなように、本発明に従って、Ｓｎ
Ｏ□を少なくとも０．１重量％以上固溶せしめた多結晶
フェライト材料を用いて、固相反応手法にて、フェライ
ト単結晶の育成を図ることにより、従来に比べて、単結
晶成長温度が有利に低下せしめられ得、単結晶フェライ
ト育成物中に残留する「巣」及び「島状構造」を効果的
に減少せしめ得て、高品質な単結晶フェライトを提供す
ることが出来ることとなったのであり、そこに、本発明
の大きな工業的意義が存するのである。

Claims

【特許請求の範囲】

多結晶フェライト部材と単結晶フェライト部材とを接触
させて加熱することにより、該単結晶フェライト部材の
フェライト単結晶を多結晶フェライト部材方向に結晶成
長させて、フェライト単結晶を育成することからなる単
結晶フェライトの製造法において、該多結晶フェライト
部材に、ＳｎＯ＿２を０．１重量％以上固溶させた多結
晶フェライト材料を使用することを特徴とする単結晶フ
ェライトの製造法。