JPS63151666A - Ｍｎ−Ｚｎ系酸化物磁性材料およびその製法 - 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Ｍｎ−Ｚｎ系酸化物磁性材料およびその製法に
関し、より詳細には低電力損失で高透磁率、高飽和磁束
密度を有するスイッチング電源用として用いられる磁性
材料に関する。

〔従来技術〕

従来から、磁性材料としてのマンガン−亜鉛系フェライ
トは、磁気ヘッドや各種通信機器、民生機器に対しては
コイル、トランス用磁芯として用いられており、最近に
至っては１０＝１００ＫＨｚの高周波電源用として使用
される傾向があり、性能の改善が要求されている。

トランス用磁芯として用いる場合、要求される特性とし
ては主として透磁率が高いこと、電力損失が小さいこと
および飽和磁束密度が高いこと等が挙げられるが、マン
ガン−亜鉛系フェライトは初１ｓｆｆｆ率および飽和磁
束密度が高いという反面、固有抵抗値が低いという欠点
を持っている。この抵抗値の改善としてＳｉＯ□等の各
種の微量添加物を配合することにより固有抵抗値を高く
し、高周波域での電力損失を小さくすることが知られて
いる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし乍ら、微量添加物の配合により磁気特性は改善さ
れるものの、焼成時、焼結体の内部および表面に異常粒
成長が発生し易くなる傾向にある。

この異常粒成長は中には肉眼で検出できる程の大きな粒
子径まで成長するが、この粒成長によって逆に透磁率、
飽和磁束密度が低下するとともに電力損失も大きくなり
、特性が劣化するという現象が生じる。よって高性能の
磁性材料を製造するに当たり、組成および焼成条件の改
善が切望されている。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者等は上記問題点に対し鋭意研究の結果、異常粒
成長を焼成時の雰囲気ガス中の酸素の導入時期を制御す
ることにより抑制することができることを確認し、且つ
特定の組成に調製することによって異常粒の発生を抑え
、高ａ　４ｆ’ｌ率、高飽和磁束密度及び低電力損失の
フェライトが得られることを知見した。

即ち、本発明はＦｅｚＯｔ　５０乃至５２ｍｏｌＬ　Ｍ
ｎ０３６乃至３９ｍｏｌＸ、　ＺｎＯ１０乃至１３ｍｏ
１％から成る基本組成原料を６００乃至９００℃の温度
で焼成した後微粉砕し、　　　・該微粉末に対しＣａＯ
を０．０５乃至０．１０重量％、Ｓｉｎｇをｏ、ｏｏｓ
乃至０．０１５重量％およびＡ１４０ｓを０．０１乃至
０．０３重量％添加して混合、粉砕、成形後、該成形物
を窒素ガスが導入された雰囲気で１２５０乃至１３００
℃の焼成温度で焼成するに際し、上記範囲の焼成温度に
保持する間に該雰囲気に該窒素ガス流量に対し３乃至１
０χの酸素ガスを導入することによって異常粒の少ない
透磁率が４５００以上、飽和磁束密度が５０００ガウス
以上、印加磁束密度２０００ガウス、周波数２５ＫＨｚ
　、温度９０℃における電力損失が８５ｍＷ／ｃＩ１１
！以下の優れた特性を有する磁性材料を得るものである
。

以下、本発明を詳述する。

本発明の磁性材料は基本成分として、酸化鉄、酸化マン
ガンおよび酸化亜鉛から成り、それらはＦｅｚＯ１換算
で５０乃至５２ｍｏ　１χ＋　ＭｎＯ換算で３６乃至３
９ｍ。

ｌχ、　ＺｎＯ換算で１０乃至１３ｍｏｌχ、の割合か
ら成るものである。この配合割合は磁性材料における高
透磁率、高飽和磁束密度を達成するうえで不可欠の要件
であってこれらを逸脱すると所望の特性が得られない。

また、この基本成分に対し、微量添加成分としてＣａＯ
＋　５ｉ０２およびＡｈＯ＊を配合するものであって、
それらの添加量はＣａＯが０．０５乃至０．１０重重量
、ＳｉＯ□が０．００５乃至０．０１５重量％、八１２
０．が０．０１乃至０．０３重量％である。この添加物
はいずれもＭｎＯ・ＺｎＯ・ＦｅｚＯ：＋の主成分に対
し、体積固有抵抗を上げ電力損失を下げる傾向にある。

よってＣａＯ＋ＳｉＯ□、Ａｌ□０．のいずれか１つで
も上記範囲を下回わると固有抵抗値が低くなり電力損失
は大きくなる傾向にある。Ｃａｂ、　Ａｌ　２０３が上
限を超えると磁気特性が劣化し、ＳｉＯ□が多過ぎると
焼結体中での粒成長が促進され、異常粒が発生する。

本発明の磁性材料の製法によれば、まずＦｅｚＯ＋粉末
、’ＭｎＯ粉末、ＺｎＯ粉末を、Ｆｅ２Ｏ３５０乃至５
２ｍ。

ｌχ、　Ｍｎ０３６乃至３９ｍｏｌＸ、ＺｎＯ１０乃至
１３ｍｏｌχとなる量で混合した混合粉末または共沈法
によって製造される上記組成からなる共沈原料を基本組
成原料とし、これを６００乃至９００℃の温度で焼成を
行う。

この仮焼によってフェライト化される。次に該仮焼物を
微粉砕しＣａＯ粉末、Ｓｉｎ、粉末、Ａ１．０−を粉末
を５ｉ０２が０．０１乃至０．０２５重量％、ＣａＯを
０．０５乃至０゜１０重量％、Ａｌ２Ｏ３を０．０１乃
至０．０２重量％添加して混合粉砕後、周囲の成形手段
、例えばプレス成形、鋳込み成形、押出し成形、インジ
ェクション成形等によって成形し本焼成を行う。

本発明の製法によれば本焼成は基本的には窒素−酸素の
混合雰囲気で１２５０乃至１３００℃の温度で行うもの
であるが、本発明者等の実験によれば、焼成時の異常粒
成長が特に雰囲気に大きく左右されることを見い出した
。本発明によれば、本焼成工程を焼成温度までの昇温過
程、焼成温度保持過程、徐冷過程に分け、全過程中窒素
を焼成炉内に導入するとともに焼成温度保持過程のみ酸
素を導入することを特徴とする。酸素の導入時期を昇温
過程にて行うと粒界が局所的に不安定となり、焼結体中
で異常粒が成長し易くなる。また除冷過程においても酸
素を導入すると焼結体の酸化が進行し、磁気特性が劣化
する。

焼成温度保持過程における窒素ガス中の酸素濃度は１乃
至１０体積２が望ましく、酸素濃度が１体積χより低い
と結晶粒径が大きくなるとともに電気抵抗が小さくなり
、１０体積χを超えるとＦｅ、Ｍｎイオンの価数の不安
定化が生じる。

なお、昇温過程における昇温速度は２５０乃至３５０”
Ｃ／ｈｒが望ましく、徐冷過程における冷却速度は１５
０乃至２５０℃／ｈｒが望ましい。

また、異常粒成長を促す他の要因としては焼成炉の成形
体における温度分布があげられる。即ち、成形体表面で
の温度分布が不均一であると表面に異常粒成長が発生し
易くなる。温度分布は雰囲気の流れ、特にガス流量に起
因することから、焼成炉内でのガス流量を小さくするこ
とが望ましい。

ガス流量が大きいと、外部からのガスの導入時焼結温度
まで達し得ないガスによって成形体表面に焼成温度より
低い箇所が発生するためである。特に望ましい流量は焼
成炉の単位体積（ｃｃ）当たりのガス流量（ｃｃ／ｗｉ
ｎ）で表わした時１．５０／ｍｉｎ以下である。

このようにして得られる磁性材料は異常粒成長が回避さ
れ、最終的には結晶粒子径が５乃至１５μｍの均一な組
織を有し、優れた磁気特性が得られる。

本発明を次の例で説明する。

〔実施例〕

基本組成としてＦｅ、０．粉末、　ＭｎＯ粉末、　Ｚｎ
Ｏ粉末をＦｅｚＱ３５０．８８ｍｏ１％、ＭｎＯ３Ｂ、
３２ｍｏＩＸ、ＺｎＯ１０．８０ｍｏｌχの組成にて調
合した後６５０〜８００℃で仮焼した。この仮焼物を粉
砕後添加成分として５ｉ０２粉末、Ａｈ（ｈ粉末、Ｃａ
　（ＯＨ）　ｚ粉末を第１表の組成となるように秤量し
て混合し粉砕した。この粉砕原料を造粒後成形し、第１
表で示す焼成条件にて焼成を行った。

なお・試料Ｎａｌ乃至１３はいずれも焼成温度に達した
段階で酸素ガスを導入し、焼成終了後、酸素ガスの導入
を止めた。

また、比較例として！１ｋＬ１４の試料では昇温過程か
ら保持過程まで酸素ガスの導入を行いｌ１ｈ１５の試料
では保持過程から徐冷過程まで行った。

得られた各試料に対しＢ−）１ループトレーサにより飽
和磁束密度、残留磁束密度、保磁力を測定した。またパ
ワーロス測定機により磁束密度２０００ガウス、周波数
２５ＫＨｚ　、　２５℃の条件で電力損失をＬＣＲメー
タにより周波数１００ＫＨｚ　、　１００℃の条件で透
磁率を測定した。また、アルキメデス法によりかさ比重
を測定した。

さらに、異常粒の検出として試料平面１　ｃｍ２に肉眼
で確認できる異常結晶組織粒の個数を数えた。

結果は第１表に示す。

〔以下余白〕

第１表から明らかなように添加成分であるＳｉｎ。

、ＡｔｔＯｚ＋ＣａＯの量が本発明の範囲外であるＮ１
６乃至１１の試料はいずれも透磁率が４５００を下回わ
り、電力損失も大きいものであった。これらの中でもＳ
ｉｎｇの量は異常結晶数に影響が太きく　５ｉｆｔの量
が０．０１５ｗｔχを超える隘１０の試料では焼結体の
内部および表面に多くの異常粒が検出された。

また、焼成条件において雰囲気中の０□の量が１０体積
χを超える患１２の試料は透磁率の低下が大きく異常粒
の発生も多く、１体積χを下回る徹１３の試料は保磁力
Ｈｃが大きく、電力損失も大きかった。

さらに、Ｏｔの導入を昇温過程から行ったｌ１ｈ１４の
試料は焼結性が悪く異常粒が多（、電力損失も大きいも
のであった。一方、０□の導入を徐冷過程まで行ったＮ
１１５の試料は透磁率が小さく、電力損失が大きいもの
であった。なお異常粒は全面に発生しており、測定でき
なかった。

これらの比較例に対して本発明の試料隘１乃至寛５は異
常粒の発生が優れた磁気特性を示し、透磁率４５００以
上、飽和磁束密度５０００ガウス以上、電力損失８５ｍ
ｗ／ｃｍ’以下の特性が得られた。

〔発明の効果〕

以上詳述した通り本発明はＭｎ−Ｚｎ系磁性材料におい
て添加剤としてＳｉＯ□、ＣａＯ，Ａ１ｚＯ＊を各々特
定の割合で用い、これを酸素の導入時期が制御された雰
囲気にて焼成することにより焼結体中の異常粒の発生を
抑制し、高透磁率、高飽和磁束密度を存し、低電力損失
の磁性材料を得ることができる。

それによって本発明の磁性材料は特に低電力損失が要求
される高周波電源用をはじめとしてあらゆる通信機器、
民生機器に対し有用なものである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｆｅ＿２Ｏ＿３５０乃至５２ｍｏｌ％、ＭｎＯ３
   ６乃至３９ｍｏｌ％およびＺｎＯ１０乃至１３ｍｏｌ％
   から成る基本組成に対し、ＣａＯを０．０５乃至０．１
   ０重量％、ＳｉＯ＿２を０．００５乃至０．０１５重量
   ％、Ａｌ＿２Ｏ＿３を０．０１乃至０．０２重量％の範
   囲で配合して成る磁性材料であって、該磁性材料の透磁
   率が４５００以上、飽和磁束密度が５０００ガウス以上
   で、周波数２５ＫＨｚ、印加密度２０００ガウス、９０
   ℃における電力損失が８５ｍＷ／ｃｍ＾３以下であるＭ
   ｎ−Ｚｎ系酸化物磁性材料。
2. （２）Ｆｅ＿２Ｏ＿３５０乃至５２ｍｏｌ％、ＭｎＯ３
   ６乃至３９ｍｏｌ％、ＺｎＯ１０乃至１３ｍｏｌ％から
   成る基本組成原料を６００乃至９００℃の温度で焼成し
   た後微粉砕し、該微粉末に対しＣａＯを０．０５乃至０
   ．１０重量％、、ＳｉＯ＿２を０．００５乃至０．０１
   ５重量％およびＡｌ＿２Ｏ＿３を０．０１乃至０．０３
   重量％添加して混合、粉砕、成形後、該成形物を窒素ガ
   スが導入された雰囲気で１２５０乃至１３００℃の焼成
   温度で焼成するに際し、上記範囲の焼成温度に保持する
   間に該雰囲気に該窒素ガス流量に対し１乃至１０体積％
   の酸素ガスを導入したことを特徴とするＭｎ−Ｚｎ系酸
   化物磁性材料の製法。