JPH02241006A - フェライト磁性体の製造方法 - Google Patents

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】 産業上の利用分野 本発明は、高結晶性フェライト磁性粉末をガラス材で結
着固化してなる超低収縮率のフェライト磁性体の製造方
法に関するものであり、この種のフェライト磁性体は有
用な電子部品として利用される。

従来の技術 従来のフェライト磁性材料の製造方法は、主として粉末
冶金法、すなわち粉末成形と高温焼成の工程を必要とす
る焼結法がほとんどである。

フェライト磁性体を作る場合は、出発原料を所定の割合
で配合し、適当な条件で仮焼成して脱ガスおよびある程
度の固相反応を進めた後（これを仮焼粉という）、粉砕
、造粒、成形という工程を経て、その成形体を適切な雰
囲気中で前記の仮焼成温度より高温で本焼成することに
よって所望の磁気特性２機械的強度を有した多結晶質の
フェライト焼結体を得ている。

この多結晶質のフェライト焼結体の微細構造の模式図を
第３図に示す。第３図において、４は結晶粒、５は粒界
、６は粒界ボア、７は結晶粒４のボアである。

上記工程中の仮焼温度は所定配合比率の出発原料が固相
反応を始める７００〜１０００℃の間に設定され、焼結
を十分にさせる本焼成温度は仮焼粉の材料および組成さ
らには粒径、形状によって異なるが通常は１０００〜１
４００℃という高温である。この時の焼成雰囲気は求め
られる材料。

組成によって酸化性雰囲気か非酸化性雰囲気が選ばれる
。

このフェライト焼結法の欠点は、上記仮焼粉の成形体を
本焼成工程で焼結させると必らず寸法変化が生じるとい
うことである。つまり本焼成を終えると通常１０〜２０
％、大きい時にはそれ以上も収縮し、焼結晶の寸法精度
ならびに歩留りを悪くする。従って、切削、研磨等の機
械加工である後処理が必要となってくる。

上述した焼結過程での収縮は次のような原因で起る。す
なわち、仮焼粉を単に加圧した成形体は通常粒径が２〜
５μｍ程度もしくはそれ以下の粉末を使用するために成
形密度が低く、つまり粉末どうしが接触しているものの
まだ空隙が多く、７００〜１０００℃以上の温度で加熱
すると仮焼粉間の接触部分で粒子を構成する原子の相互
拡散が生じて焼結現象が始まる。その結果、焼結の進行
度合とともに仮焼粉間の空隙が減少して行き、大きい時
には２０％も越えて収縮するのである。

従って、焼結をきっちりと均一にかつ成形体に熱衝撃を
受けないようにするには本焼成時の昇温降温を比較的緩
慢にすることが重要になって（る。この結果、本焼成工
程は普通少なくとも半日以上長い場合で２日になること
もある。

フェライト焼結法の欠点を改良する研究はこれまでにも
数多くなされてきた。そのうち焼結体の収縮問題に関し
ては収縮率を極力下げる方法や収縮率を一定に制御する
方法が種々検討されてきたが、いずれもフェライトの性
能、特性を確保しようとすればある程度の収縮が避けら
れないのが実状である。たとえば、特開昭５８−１３５
１３３号公報、特開昭５８−１３５６０６号公報に記載
されているように、フェライト仮焼粉とガラス粉末とを
混合した後に、フェライトの緻密化（焼結化）の進行す
る温度で焼成すると、この時添加しているガラス粉末が
フェライト粒子の周囲を覆うことでフェライトの緻密化
を一部抑えて低収縮率の焼結体を得ることができるとい
うものである。

しかし、この場合でも仮焼粉作製温度が後の成形体の本
焼成温度よりいずれも低いために、本焼成時には未だ直
接接触している仮焼粉間の相互拡散が生じるので成形体
の収縮現象は避は難（実際にはまだ数％の収縮が起きて
いた。

発明が解決しようとする課題 以上述べてきたように、従来のフェライト焼結体では所
望の性能を得ようとして焼結を進めれば進める程収縮は
大きくなり、逆に収縮を抑えれば性能が確保できなくて
両立し難い。しかし、フェライト焼結体は電子部品、デ
バイス材料として多用され、その性能および高寸法精度
が益々重要視されている。

本発明の目的は上述した従来技術の欠点を解消し、はと
んど収縮性のないかつ磁気特性に優れたガラス結着型で
超低収縮率のフェライト磁性体とそれを安価に製造でき
る方法を提供するものである。

課題を解決するための手段 上記課題を解決するために本発明のフェライト磁性体の
製造方法は、高温焼成で十分にフェライト化が進んだ高
結晶性フェライト磁性粉末とこの焼成温度より低い軟化
点をもつガラス粉末とを混合、造成した混合物を加圧成
形しなから磁成粒子間に介在するガラス粉末を上記高結
晶性フェライト磁性粉末の焼成温度以下の加熱処理で軟
化溶融させて高結晶性フェライト磁性粉末をガラス材で
結着させた後、上記フェライト耐酸粉末の焼成温度以下
で焼成する方法としたものである。

作用 使用するフェライト磁性粉末自体を高温焼成により既に
完全に近いところまで結晶化を進めているので、後のよ
り低温の成形体加熱処理では、高結晶性フェライト磁性
粉末間の焼結がほとんど起らず、高結晶性フェライト磁
性粉末間に混在するガラス粉末を単に溶融して高結晶性
フェライト磁性粉末を結着させるだけである。

つまり従来から焼結体を作るのに使われる加圧焼成法は
、通常空隙率の低減（高密度化）や焼成温度を下げるた
めに焼結を促進する効果を期待するのに対し、本発明の
作用効果はまず、磁性粉末に介在するガラス粉末が溶融
している温度状態のもとで加圧し磁性粒子間の空隙を大
幅に減少させた高密度の成形体を得た後、これを次に上
記高結晶性フェライトの作製温度以下で加熱処理するた
め、その結果、成形体中の空隙率が加熱処理前後であま
り変化しないから、金型成形寸法に近い高寸法精度でか
つ磁気特性にも優れた新規なフェライト磁性体が得られ
る。

また、従来のホットプレス装置では７００℃以上の高温
焼結であるために型材には通常金属が使えず、炭素、ア
ルミナ、ＳｉＣ等の型材を使用しなければならないが、
本発明の装置では成形時の作業温度が７００℃以下であ
るので従来どうりの金属の型材が使用でき、通常のプレ
ス機と変わらない簡便な装置となる。

さらに成形体の加熱処理は焼結性を期待するものではな
く、上述のようにガラス粉末が溶融して高結晶性フェラ
イト磁性粉末間に流れ結着効果ができればよいので基本
的には従来法の本焼成時間よりかなり短時間ですむ。こ
のために設備費や電気代が安くつき、製造方法も簡便で
あるので安価に製造できる。

また、軟質フェライトではそれ自身の渦電流損失を極力
減らす必要から高抵抗化が望まれるが、本発明によれば
比較的電気抵抗の低いＭｎ−Ｚｎ系フェライトであって
も溶融固化したガラス成分が高結晶性フェライト磁性粉
末を電気的に絶縁するので抵抗値が上り高周波特性を良
くするという利点も得られる。

実施例 以下本発明の実施例について説明する。

すなわち、本発明は第１図に示すように高結晶性フェラ
イト磁性粉末１を加圧下のもとてこの高結晶性フェライ
ト磁性粉末１の焼成温度以下で軟化溶融するガラス材２
で結着した構成とするものである。

具体的には、高結晶性フェライト磁性粉末１とガラス粉
末とをよく混合し、造粒した混合造粒物を加圧成型しな
がら、この成形体中の高結晶性フェライト磁性粉末１間
に混在する上記ガラス粉末を軟化溶融させることにより
、高結晶性フェライト磁性粉末１をガラス材２で単に結
着し固化した高密度磁性体をまず焼成以前に作成してお
き、次にこれを上記高結晶性フェライト磁性粉末の作製
温度以下で加熱処理したフェライト磁性体をいう。なお
、図中、３は高結晶性フェライト磁性粉末１中のボアを
示す。

ここで使用する高結晶性フェライト磁性粉末１は高温焼
成によって十分にフェライト反応化したものであって、
通常は１０００℃以上で焼成したものが好ましい。

軟質フェライト磁性体を得たい場合は、高結晶性フェラ
イト磁性粉末工の抗磁力Ｈが小さい程良いので、磁性粒
子のサイズは大きい程好ましいが、一方、高結晶性フェ
ライト磁性粉末１の充填密度が下がるので実際には１０
０〜２００μｍ径までが適している。硬質フェライト磁
性体を得る場合は、高結晶性フェライト磁性粉末１の抗
磁力Ｈ〜を上げてエネルギー積を増大させるために単磁
区粒子になる程の磁性微粒子が好ましい。

次に高結晶性フェライト磁性粉末１を結着するガラス粉
末の軟化温度は高結晶性フェライト磁性粉末１の焼成温
度以下であれば良いが、ガラス粉末が十分に溶融し、磁
性粉末１間の空隙に素早く浸透する温度が最適である。

つまりこのガラス粉末の溶融状態の時に加圧するのでフ
ェライト磁性粉末１が一層詰まって高充填状態を実現−
する。また、本発明によるフェライト磁性体の応用を考
えると耐熱性の観点から下限は３００℃以上であること
が望ましい。

通常、粉末冶金法によって作成される焼結型磁性体の焼
成開始温度は約７００’Ｃ程度から、また金属金型の実
用温度は７００℃ぐらいまでが限界とされるので、本発
明による磁性体作成時のガラス結着作業温度はこの温度
以下でなければならず、ここで使用されるガラス粉末は
６５０℃以下で軟化し液相となるものが好ましい。

高結晶性フェライト磁性粉末１に加えるガラス粉末の量
は０．３〜３０重量％が良（，０，３％より少いと高結
晶性フェライト磁性粉末工の結着効果が小さく機械的強
度が確保できない。一方、３０％より多いガラス量では
、結着力は十分に強くなるが非磁性量が増すためにフェ
ライト磁性体とじての磁気特性が著しく悪化してよろし
くない。

高結晶性フェライト磁性粉末１とガラス材２の混合成形
体の加熱処理は、ガラス材２のより一層の溶融浸透を主
な目的とするものであるから、熱処理の保持時間および
昇降温に要する時間を含めて３時間以下でも可能である
。

熱処理温度は基本的にはガラスの軟化温度より上であれ
ば良いが、高結晶性フェライト磁性粉末１の焼成温度に
近（なるに従って特に８００℃以上になるとガラス材２
の結着効果が増し、低収縮性であるにもかかわらず磁気
特性も優れるという好ましい結果が得られた。

また、本発明のフェライト磁性体を作成する時の雰囲気
としては、磁性粉末１がフェライトのような磁性酸化物
である場合は、酸化性、非酸化性雰囲気のいずれでも行
える。

以下、具体的な実施例について説明する。

（実施例１〜７） Ｆｅ２０３５０．Ｎｉ０１８．Ｚｎ０３２ｍｏｅ％より
なる出発混合造粒粉を１３２０℃、６時間焼成したもの
を粉砕し、粒径５０〜１００μｍのＮｉ−Ｚｎ軟質フェ
ライト本焼粉を準備した。この粉末をＸ線解析した結果
、軟質フェライト特有の鋭いスピネル構造回折線が得ら
れ結晶性の非常に高い磁性粉であることを確認した。

上記高結晶性フェライト磁性粉末に対して軟化点（Ｔｄ
）３７０’Ｃ１平均粒径１μｍの無アルカリホウ硅酸鉛
系ガラス粉末を各々０．５．１，３゜５　、１０　、３
０　、４０　ｗ　ｔ　％ずつ加えテｆｔ＋＆、？ｊｔ粒
した後、この混合造粒粉末をステライト製金型に所定量
充填し、温度４２０℃、加圧３　ｔ　／　ｃｄ、２分間
の空気中ホットプレスを行って内径７ＩＩＩｌφ、外径
１２ｍｇｔφ厚さ３■のガラス含有量が各々異なるガラ
ス結着型リング状成形品を作製した。次に、この各成形
品を電気炉内に設置し、１２００℃。

６０分間空気中で加熱処理しガラス結着型のリング状フ
ェライトコアを得た。

上記実施例１〜７の試料の材料特性を第１表に示した。

（比較例１） 実施例１で用いたＮｉ−Ｚｎ系フェライト粉末をガラス
粉末なしで造粒、成形し実施例１と同様に内径７ｍφ、
外径１２ｍφ、厚さ３＋ｍのリング状成形品を作成した
。この成形品を高温用電気炉内に設置し、１２００℃、
１時間空気中で焼成した後、炉冷してＮｉ−Ｚｎ系フェ
ライト焼結型リングコアを得た。この時磁性体の初透磁
率は低い値であった。

（比較例２〉 実施例１で用いたのと同一のＮｉ−Ｚｎ系フェライト粉
末に同一の無アルカリ鉛系ガラス粉末を５ｗｔ％加えて
混合、造粒した後、３ｔ／ｃ−の圧力で内径７ＩＩＩＩ
ｌφ、外径１２ＩＩＩ１１φ、厚さ３醜のリング状成形
品を作成した。この成形品を電気炉内に設置し、空気中
１２００℃、１時間保持した後、炉冷しガラス結着型リ
ング状コアを得た。この方法によって得た磁性体の模式
図を第２図に示す。

比較例１，２それぞれの材料特性を第１表に示した。

（実施例８） 実施例１で用いたのと同一の磁性粉末に対して軟化温度
６５０℃、平均粒径１μｍの無アルカリ鉛系ガラス粉末
を５　ｗ　ｔ％加えて良（混合、造粒した後、この混合
造粒粉をステライト製金型に所定量充填し、温度７００
℃、加圧３　ｔ　／　ＣＪ、２分間の空気中ホットプレ
スを行って内径７Ｍφ、外径１２−１厚さ３ＩＩＩＩｌ
のガラス結着型リング状コアを作成し、実施例１と同様
の温度１２ｏＯ℃で、１時間焼成を行い実施例８とした
。この試料の特性を第１表に示した。

上記ホットプレス温度を８００℃にした場合は、ステラ
イト製金型が変形し試料が取り出せなかった。

（実施例９〜１３） 実施例１で用いた同一のフェライト本焼粉に対して同一
のガラス粉末を５　ｗ　ｔ％を加えて混合。

造粒した後、この混合造粒粉末をステライト製金型に所
定量充填し、温度４２０℃、加圧３ｔ／ｃｄ、２分間の
空気中ホットプレスを行って内径７ｗａφ、外径１２Ｉ
ｉＩＩＩφ、厚さ３ｍのガラス結着型リング状成形品を
５個作成した。

この各成形品を１個ずつ電気炉内に設置し、１３００℃
、１０００℃、８００℃、６００℃。

４５０℃１、それぞれの温度で６０分間空気中で処理加
熱してガラス結着型リング状フェライトコアを得た。

上記実施例９〜１３の試料の材料特性を第２表に示した
。

（以　　下　　余　　白　　） （実施例１４〜２２） Ｆｅ２０３４８．Ｎｉ０１３．Ｚｎ０３４．ＣｕＯ５ｍ
ｏ１％よりなる出発混合造粒粉を１３２０℃。

６時間焼成したものを粉砕し、実施例１と同様に平均粒
径が７０μｍのＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系軟質フェライト本焼
粉を準備した。この粉末をＸ線解析した結果、軟質フェ
ライト特有の鋭いスピネル構造回折線が得られ結晶性の
非常に高い磁性粉であることを確認した。

上記高結晶性フェライト磁性粉末に対して軟化点（Ｔｄ
）３７０℃、平均粒径１μｍの無アルカリホウケイ酸鉛
系ガラス粉末を各々０．１，０゜３．０．５，１，３，
５，１０，３０．４０ｗｔ％ずつ加えて混合、造粒した
後、この混合造粒粉末をステライト製金型に所定量充填
し、温度４２０℃。

加′圧３ｔｏｎ／ｃｄ、２分間の空気中ホットプレスを
行って内径７謹φ、外径１２−φ、厚さ３閣のガラス含
有量が各々異なるリング状成形品を作製した。

この各成形品を電気炉内に個々に設置し、１２００℃。

６０分間空気中で加熱処理しガラス結着型のリング状フ
ェライトコアを得た。

上記実施例１４〜２２の試料の材料特性を第３表に示し
た。

（以　下　余　白） 実施例１４で用いたＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト粉末
をガラス粉末なしで造粒、成形し実施例１４と同様に内
径７ＩＩｍφ、外径１２ｎｍφ、厚さ３ｎｍのリング状
成形品を作成した。この成形品を高温用電気炉内に個々
に設置し、１２００℃、１時間空気中で焼成した後、炉
冷してＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結型リングコア
を得た。

（比較例４） 実施例１４で用いたのと同一のＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェ
ライト粉末に同一の無アルカリ鉛系ガラス粉末を５　ｗ
　ｔ％加えて混合、造粒した後、３ｔｏｎ／ｃＪの圧力
で内径７ＩＩＩＩｌφ、外径１２ｗφ、厚さ３ＩＩｌｌ
のリング状成形品を作製した。この成形品を高温電気炉
内に個々に設置し、１２００℃、１時間空気中で焼成し
た後、炉冷してガラス結着型リング状コアを得た。

比較例３，４それぞれの材料特性を第３表に示した。

なお、上記実施例、比較例においては、初透磁率の測定
は、ＪＩＳ規格（Ｃ２５６１）に準じ、まず前述のリン
グ状フェライトコアに絶縁テープを一層巻いた後、各々
に線径０．２６１ｍφの絶縁銅線を全周にわたって一層
巻いた試料を準備した。次にこの自己インダクタンスを
マクスウェルブリッジで測定磁界の強さが０．８（Ａ／
ｍ）以下にて測定し、これより周波数１　（ＭＨｚ）で
の初透磁率を算出した。

また、飽和磁束密度は、各リングコアをＪＩＳ規格（Ｃ
２５６１）に準じ、自記磁束計法にて、１０（Ｏｅ）の
磁場での磁束密度を測定した。

さらに、収縮率は熱処理前のリング状成形品と熱処理後
のリング状°フェライトコアの外径寸法をそれぞれ測定
し、熱処理前後による寸法収縮率を算出した。引張強度
の測定は、ＪＩＳ規格（Ｃ２５６４）に準じ、リングコ
アに２本の細線をそれぞれ１回通し、うち１本を固定し
た後、残り１本を垂直方向に５閣／■以下の速度で引張
り、コアが破壊する瞬間の引張り荷重を測定して求めた
。

（実施例２３） ＢａＯｌｍｏｌ％、Ｆｅ２０３６ｍｏ　１％よりなる混
合造粒粉を１３００℃、２時間焼成したものを粉砕し、
平均粒径１μｍの結晶性に良いバリウムフェライト硬質
磁性材料を準備した。

このバリウムフェライト粉末に対し軟化点３７０℃、平
均粒径１μｍの無アルカリホウケイ酸鉛系ガラス粉末を
５ｗｔ％加えて混合、造粒した後、この混合造粒粉末を
ステライト製金型に所定量充填し、温度４２０℃、加圧
３　ｔ　／　ｃ！、２分間の空気中ホットプレスを行っ
て１０ｆｆＩＩＩｌφＸ７ｍｍ厚の円柱状成形体を作成
した。

次にこれを電気炉内に設置し、１２００℃、３０分間空
気中で加熱処理しガラス結着型バリウムフェライト磁石
を得た。この磁石は元の成形寸法からほとんど変化しな
かった。上記実施例２３の試料に関する特性を第４表に
示した。

発明の効果 以上のように本発明によれば、ガラス結着型高密度低収
縮率のフェライト磁性体は、寸法精度が良く、かつ磁気
特性に優れた磁性材料となりしかも安価に製造できると
いうことから、各種磁気応用製品に使われる有用な電子
部品、材料として優れた効果を奏しうるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるフェライト磁性体の微細構造の模
式図、第２図は比較例による常圧下での成形におけるフ
ェライ・ト磁性体の微細構造の模式図、第３図は従来の
代表的な焼結型フェライト磁性体の微細構造の模式図で
ある。 １・・・・・・高結晶性フェライト磁性粉末、２・・・
・・・ガラス材、３・・・・・・ボア。 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　ほか１名Ｉｌ　　囚 ４２　図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）高温焼成で十分にフェライト化が進んだ高結晶性
   フェライト磁性粉末とこの焼成温度より低い軟化点をも
   つガラス粉末とを混合、造粒した混合物を加圧成形しな
   がら磁性粉末間に介在するガラス粉末を上記フェライト
   磁性粉末の焼成温度以下の加熱処理で軟化溶融させて高
   結晶性フェライト磁性粉末をガラス材で結着した後、上
   記フェライト粉末の焼成温度以下で焼成するフェライト
   磁性体の製造方法。
2. （２）高結晶性フェライト磁性粉末とガラス粉末の混合
   物の加熱処理温度を８００℃以上で高結晶性フェライト
   磁性粉末の焼成温度以下とした請求項（１）記載のフェ
   ライト磁性体の製造方法。
3. （３）高結晶性フェライト磁性粉末として軟質磁性粉末
   を用いた請求項（１）記載のフェライト磁性体の製造方
   法。
4. （４）高結晶性フェライト磁性粉末として軟質磁性粉末
   を用いた請求項（１）記載のフェライト磁性体の製造方
   法。
5. （５）ガラス粉末としてその軟化温度が６５０℃以下で
   あるものを用いた請求項（１）記載のフェライト磁性体
   の製造方法。
6. （６）高結晶性フェライト磁性粉末に対するガラスの材
   料比率が０．３〜３０ｗｔ％である請求項（１）記載の
   フェライト磁性体の製造方法。