JPS63168007A - 高密度フエライトの製造方法 - 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、例えば磁気ヘッドのコア材として用いられる
高密度フェライトの製造方法に関するものである。

〔発明の概要〕

本発明は、熱間静水圧プレスにより高密度フェライトを
製造する際に使用するフェライト粉末（つめ粉と称され
る。）の焼成条件を選定することにより、 熱間静水圧プレス時のフェライト粉末の不用意な凝縮を
防止するとともに、無用な反応やクラック（ヒビや割れ
）の発生を抑制しようとするものである。

〔従来の技術〕

磁気ヘッドのコア材として用いられるフェライト材には
、加工性、耐摩耗性などの機械的性質及び磁気的性質に
優れていることが要求される。例えば、通常のフェライ
ト材の焼結体である多結晶フェライトは、数多くの気孔
を含んでおり、表面の結晶粒が脱落する危険性が高く、
テープに損傷を与えたり、ヘッドギャップ精度を悪くす
る等の問題が生じている。

そこで、気孔率を下げ緻密な高密度フェライトを製造す
る方法が各方面で検討され、従来から提案されている高
密度フェライトの製造方法として、例えば−軸方向から
加圧しつつ加熱してフェライト材を焼成するいわゆるホ
ットプレス法が知られている。

しかしながら、フェライト材のより一層の高密度化が進
められている現状では、さらに加圧力を増大させる必要
が生じており、実際には金型の機械的強度等の制約から
自ずと限度があること、また加圧力を増してもフェライ
ト材を収容した金型の壁面とフェライト材との摩擦力に
よってフェライト材の内部にまで均一な圧力が加わらな
いこと等から、その対応が難しくなっている。

そこで従来、極めて緻密な高密度フェライトを作成する
方法として、−次焼結の後、熱間静水圧プレスを施す（
いわゆるＨＩＰ処理）という方法が知られている。

この熱間静水圧プレスによる方法は、高圧ガス雰囲気中
でガス圧による高圧を加圧焼成物に対して周囲から加え
、等方からプレスするようにしたものであり、数千ｋｇ
　／　ｃＪから１万ｋｇ／Ｃｌ１１程度の高圧を加える
ことが可能であることから、非常に緻密な高密度フェラ
イトの作製が可能となる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、上述の熱間静水圧プレスにより高密度フェラ
イトを作製しようとする場合には、熱間静水圧プレス時
にフェライト焼結体をつめ粉と呼ばれるフェライト粉末
で包むことが重要なポイントとなっている。（例えば特
開昭５３−７６３９４号公報参照。） これは、フェライト焼結体を包むフェライト粉末が、Ｈ
Ｉ　Ｐ処理物の表面の極度の還元を防ぎ、クラックや異
相の発生を抑える役目を果たすからである。

しかしながら、従来はこのフェライト粉末の作成条件に
対する検討が不充分で、本発明者等が種々の検討を加え
た結果、例えばつめ粉として使用するフェライト粉末の
作成条件がＨＩＰ処理物と適合しないと、フェライ１４
５１末のＨＩＰ処理後の凝縮、ＨＩＰ処理物への反応、
あるいはＨＩＰ処理物へクランクを生じさせる等の不都
合が生ずることがわかった。これらの現象は、高密度フ
ェライトの磁気特性を劣化するので好ましいものではな
い。したがって、つめ粉として使用するフェライト粉末
の作成条件を確立させないと、高密度フェライトを製造
する上で大きな間Ｕとなる虞れがある。

そこで本発明は、かかる実情に香みて提案されたもので
あって、ＨＩＰ処理時のフェライト粉末の凝縮を防ぎ、
このフェライト粉末とＨＩ　Ｐ処理物との反応を防くと
ともに、ＨＩＰ処理物のクラックの発生を防止すること
を目的とし、これにより緻密で磁気特性１機械的特性に
優れた高密度フェライトを製造可能とすることを目的と
するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者等は上述の目的を達成せんものとフェライト粉
末の作成条件にさらに検討を加えた結果、特にフェライ
ト粉末の焼成温度及び焼成雰囲気が重要であるとの知見
を得るに至った。

本発明は前記の知見に基づいて完成されたものであって
、フェライト材を焼結してフェラ−（ト焼結体を得る工
程と、このフェライト焼結体の表面をフェライト粉末で
包んだ状態で前記フェライト焼結体に対して熱間静水圧
プレスを施す工程とをそれぞれ具備してなる高密度フェ
ライトの製造方法において、上記フェライト粉末の焼成
温度Ｔ１を１１００℃〜１５００℃とし、焼成時の雰囲
気を昇温時及び降温時には窒素雰囲気、焼成温度Ｔ１で
の焼成時には１％以上の酸素を含む雰囲気とするととも
に、上記熱間静水圧プレス時の温度Ｔ２を前記焼成温度
Ｔ１よりも低く設定することを特徴とするものである。

この方法によれば、高密度フェライトの製造歩留りを大
幅に向上させることができ、機械的強度。

精密加工性及び磁気特性に優れた高密度フェライトを提
供することができる。

本発明方法により高密度フェライトを製造するには、先
ずつめ粉となるフェライト粉末及び貰密度フェライトの
主体となるフェライト焼結体を作成する。

フェライト粉末は、ＭｎＯ，ＺｎＯ，Ｆｅｚｅｓ等の原
料を混合粉砕し、乾燥焼成した後、再び粉砕し１１分級
することにより作成する。

ここで、焼成時の温度条件、雰囲気が重要で、例えば焼
成温度Ｔ１は、１１００℃〜１５００℃の範囲で、しか
も後述の熱間静水圧プレス温度Ｔ２よりも高（設定する
必要がある。

かかる焼成温度条件とすることにより、フェライト粉末
の凝縮や表面層への反応、クランクの発生等が解消され
、後述の熱間静水圧プレス処理により９９．９％を越え
る高密度フェライトが得られる。

焼成時の雰囲気については、雰囲気中に１％以上の酸素
を含むことが好ましい。雰囲気中の酸素が１％未満であ
ると、表面層への反応が進み、クランクの発生が著しく
なる。ただし、第１図に示すように、所定の焼成温度Ｔ
１となるまでの昇温時（図中Ａで示す期間）及び焼成終
了後の降温時（図中Ｃで示す期間）には焼成雰囲気を窒
素ガスのみとし、所定の焼成温度Ｔ１での焼成時（図中
Ｂで示す期間）のみ酸素を含む雰囲気とすることが好ま
しい。昇温開始時から隆′ｌＪＬ終了時まで一貫して酸
素を含む雰囲気とすると、やはりフェライト粉末の凝縮
が発生する。

また、フェライト粉末の組成は問わないが、本発明者等
の実験によれば、Ｐｅｇ’３４０〜７０モル％。

ＺｎＯ０〜３０モル％、　ＭｎＯ１５〜４０モル％であ
れば同様な結果を示した。

一方、フェライト焼結体は、フェライト材を所定の焼結
温度Ｔ　３　（但し１０５０℃≦’ｒｔ）で−次焼結し
、結晶粒の粒成長を起こすことにより作成する。

また、このフェライト焼結体の密度は９０％以上とし、
次の熱間静水圧プレスに備える。

ここで上記焼結温度Ｔ、が１０５０℃未満であると、フ
ェライトの平衡酸素圧に現実的にできないため酸化気味
となってヘマタイトが析出する虞れがある。さらには、
フェライトの反応（スピネル化）が終了する温度が１０
５０〜１１００℃であるために、仮に焼結体ができても
スピネル化が不十分で、所定の磁気特性が得られない虞
れがある。グレイン（結晶粒子）の成長を充分なものと
するには、焼結温度Ｔ３を１２５０℃以上とすることが
好ましいが、粒成長を１５μｍ以下に抑え、加工性の改
善を図ろうとする場合には、上記焼結温度Ｔ、は１２５
０℃以下に抑えることが好ましい。

また、−次焼結に際し・では、焼結時の雰囲気の酸素分
圧を適切に選ぶ必要がある。酸素分圧が必要以上に高す
ぎると焼結時にα−Ｆｅ＊Ｏｉが析出し、酸素分圧が必
要以上に低ずぎて焼結後のフェライト焼結体中の酸素量
が少ないと、次の熱間静水圧プレス工程後においてフェ
ライトにクランクが入り易くなる。したがって、通常は
フェライトの組成、焼結温度に応じた平衡酸素圧に設定
する。特に、第１図のフェライト粉末の焼成工程と同様
、所定の焼結温度Ｔ、に達するまでの昇温時ならびに焼
結終了後の降温時には窒素雰囲気（窒素に限らず不活性
ガス雰囲気であれば良い。）とし、焼結温度Ｔ、での焼
成時にのみ温度Ｔ３に対応した平衡酸素圧濃度に設定す
れば、ウスタイト相やヘマタイト相の析出がほとんどな
く、極めて良好な焼結状態となる。

上述の一次焼結により得られたフェライト焼結体は、前
記のフェライト粉末により表面を包んだ状態（あるいは
フェライト粉末中に埋め込んだ状態）としたのち、熱間
静水圧プレスを施して高密度化する。熱間静水圧プレス
は、高圧ガス雰囲気中でガス圧による高圧を加圧焼成物
に対して周囲から加えるようにしたものであるが、本発
明ではこの熱間静水圧プレスを前記フェライト粉末の焼
成温度Ｔ１よりも低く、かつ前記−次焼結温度Ｔ。

よりも低く粒成長が実質的に起こらない温度Ｔ２（但し
、１０００℃≦Ｔ２≦１２５０℃）で行い、フェライト
焼結体を微細な結晶粒径のまま更に高密度化してその密
度を９９％以上とする。

熱間静水圧プレス時の温度Ｔ２は、実際には１０００℃
≦Ｔ２≦１２５０°Ｃ であり、焼結’／ｍ　１Ｅｌｊ　Ｔ　３　との関係では
、Ｔ２≦Ｔ：＋　　１００℃ であることが好ましい。

すなわち、温度Ｔ２を１２５０℃より低くすることによ
り、結晶粒の成長を実質的に起こすことがなく、温度Ｔ
３における焼結による結晶粒径を維持しつつプレスによ
り所定の密度のものとすることができる。熱間静水圧プ
レス時の温度Ｔ２が１２５０℃を越えると、フェライト
焼結体とフェライト粉末とが固相反応を起こして両者が
焼結し、処理後に除去し難くなる。また温度Ｔ２を温度
Ｔ３より５０℃以上低くすることにより、結晶粒の成長
を完全に抑え、従って結晶粒成長に基づく歪の蓄積を完
全に防止することができ、処理後にアニーリングを施す
必要がない。

但し、上記−次焼結温度Ｔ、を１２５０℃以下に抑え、
粒成長を１５μｍ以下に抑えようとする場合には、熱間
静水圧プレス時の温度Ｔ２は、１０００°Ｃ≦Ｔ２≦１
２００℃ｌ　Ｔｚ≦Ｔ３−５０℃とすることが好ましい
。

また、この熱間静水圧プレス時の圧力は３００気圧以上
であるのが望ましい。圧力を３００気圧以上とすれば、
フェライト焼結体の密度が９９％以上となるまで高密度
化することができる。この場合、プレス時の圧ノコと時
間との間には一定の関係があり、例えば圧力３００気圧
では１０時間、圧力５００気圧では４時間、圧力２００
０気圧では３０分とすれば良い。

なお、上記熱間静水圧プレスを行うに当たっては、−次
焼結によってフェライト焼結体の密度を９０％（Ｘ！密
度あるいは理論密度に対する実測密度の比）以上として
いるので、空孔が存在していてもそのフェライト焼結体
はほぼ閉孔状態となっており、このため直接高圧ガス中
に入れても表面から雰囲気ガスが浸入せず、従来のよう
に白金。

ニッケル又はガラス製の容器に真空封入することなく、
熱間静水圧プレスの高圧容器内に直接入れることができ
る。

以上の工程を経ることにより、緻密な高密度フェライト
を製造することができ、クランクやつめ粉のａ縮１表面
層への反応等がないことから、製造歩留りを大幅に向上
することができる。

〔作用〕

つめ粉となるフェライト粉末の焼成温度を、フェライト
化の終了する温度（１１００℃）以上で、なおかつ熱間
静水圧プレス処理温度よりも高く設定することにより、
熱間静水圧プレス処理時のフェライト粉末の凝縮が防止
され、さらにフェライト粉末の焼成雰囲気を制限するこ
とにより熱間静水圧プレス処理物のクランクの発生や表
面層への反応が抑制される。

〔実施例〕

以下、本発明をＭｎ−Ｚｎフェライトの製造に適用した
実施例について説明するが、本発明がこの実施例に限定
されるものでないことは言うまでもない。

ＦｅｚＯ＋　　５０モル％、　Ｚｎ０２５モル％、　Ｍ
ｎ０２５モル％を通常の湿式ボールミルにて混合粉砕し
、乾燥した後、所定のサイズのブロックにプレス成形し
た。

次いで、−次焼結として１２５０℃で平衡酸素圧を考慮
して約１０％の酸素を含む窒素雰囲気中にて２時間焼結
してフェライト焼結体を得た。なお、−次焼結に際して
は、昇温時及び降温時は窒素のみの雰囲気とし、１２５
０℃に達した時点で酸素を含む窒素雰囲気に変えた。

同様に、Ｆｅ２Ｏ：＋　５０モル％、　ＺｎＯ２５モル
％、　Ｍｎ０２５モル％を通常の湿式ボールミルにて混
合粉砕し、粉砕した状態で所定の焼成温度Ｔ、で焼成し
た後、１μｍ以上の大きな粒子を取り除いてフェライト
粉末とした。なお、フェライト粉末の焼成に際しても、
先のフェライト焼結体と同様、第１図に示す期間Ａ及び
期間Ｃは窒素のみの雰囲気とし、所定の焼成温度Ｔ１と
なった期間Ｂのみ所定の濃度Ｘの酸素を含む雰囲気とし
た。

次いで、このフェライト焼結体の表面を上記フェライト
粉末で包み、温度１１００℃、圧力１０００ｋｇ／ｃｄ
、アルゴンガス雰囲気中で３時間熱間静水圧プレスを行
った。

上述の方法に従い、焼成温度Ｔ１１焼成雰囲気中の酸素
濃度Ｘ、熱間静水圧プレス処理温度Ｔ２を変え、各種試
料を作成した。

フェライト粉末の焼成温度７１１焼成雰囲気中の酸素濃
度Ｘ及び熱間静水圧プレス処理温度Ｔ２と、得られたＨ
ＩＰ処理物での問題点を第１表に示した。

（以下余白） 第１表 その結果、ＴＩ≧Ｔ　ｚ　、　Ｔ　ｒ≧１１００℃、Ｘ
２１％を満足していれば、つめ粉の凝縮やクランクの発
生２表面への反応等の問題はなく　、９９．９％を越え
る高密度フェライトが得られた。これに対して、上記の
条件を外れる試料（試料ｌ、試料２．試料４、試料５）
では、つめ粉のａ縮やクランクの発生、処理物表面の反
応等が見られた。

そこで次に、フェライト粉末の焼成時の雰囲気中の酸素
濃度Ｘを変え、得られた高密度フェライトの磁気特性を
調べた。なお、フェライト粉末の焼成温度は１２００℃
とし、同様に第１図に示す期間Ａ及び期間Ｃは窒素のみ
の雰囲気とし、所定の焼成温度Ｔ、（ここでは１２００
℃）となった期間Ｂのみ所定の濃度Ｘの酸素を含む雰囲
気とした。

結果を第２表に示す。

（以下余白） この第２表より、フェライト粉末の焼成雰囲気中に酸素
を導入することにより磁気特性が向上することがわかる
。

さらに、フェライト粉末の焼成時の焼成方法の違いによ
る磁気特性の＋１′ｌ違を調べた。

すなわち、焼成に際して、焼成温度を１２００℃とし、
第１図に示す期間Ａ及び期間Ｃは窒素のみの雰囲気とし
、所定の焼成温度ＴＩ（ここでは１２００℃）となった
期間Ｂのみ所定の濃度Ｘ（ここでは１０％）の酸素を含
む雰囲気としたものをつめ粉Ａとし、同しく焼成温度を
１２００℃とし、第１図に示す期間Ａ−期間Ｃ（昇温時
から降温時）まで−貫して１０％の酸素を含む雰囲気と
したものをつめ粉Ｂとして、これらつめ粉を用いて得ら
れた高密度フェライトの磁気特性を調べた。

結果を第３表に示す。

（以下余白） その結果、昇温時から降温時まで一貫して酸素を含む雰
囲気としたフェライト粉末を使用した場合には、得られ
た高密度フェライトサンプルの表面にヘマタイトが発生
し、磁気特性の劣化が見られることが判明した。これに
対して、焼成雰囲気に所定の制限を加えたフェライト粉
末を用いた場合には、ヘマタイトの発生も見られず、磁
気特性の点でも問題のないものであった。

〔発明の効果〕

以上の説明からも明らかなように、本発明においては、
つめ粉として使用するフェライト粉末の焼成温度を１１
００℃以上、かつ熱間静水圧プレス処理温度以上とする
とともに、その焼成雰囲気に制限を加えているので、熱
間静水圧プレス後の処理物におけるクラックの発生や、
つめ粉のａ縮１表面層への反応等を抑えることができる
。

したがって、磁気特性に優れた高密度フェライトを歩留
り良く製造することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はフェライト粉末の焼成工程における温度変化を
示すダイアダラムである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 フェライト材を焼結してフェライト焼結体を得る工程と
   、このフェライト焼結体の表面をフェライト粉末で包ん
   だ状態で前記フェライト焼結体に対して熱間静水圧プレ
   スを施す工程とをそれぞれ具備してなる高密度フェライ
   トの製造方法において、 上記フェライト粉末の焼成温度Ｔ＿１を１１００℃〜１
   ５００℃とし、焼成時の雰囲気を昇温時及び降温時には
   窒素雰囲気、焼成温度Ｔ＿１での焼成時には１％以上の
   酸素を含む雰囲気とするとともに、上記熱間静水圧プレ
   ス時の温度Ｔ＿２を前記焼成温度Ｔ＿１よりも低く設定
   することを特徴とする高密度フェライトの製造方法。