KR100375181B1 - 자석재료의 제조방법과 박대형상 자석재료와 자석분말 및본드자석 - Google Patents

Abstract

본 발명은 우수한 자기특성을 갖는 자석재료와 본드자석 및 그 제조방법을 제공하는 것으로서, 본 발명의 본드자석 제조방법은, 금속제 기부(51)의 외주에 세라믹스로 구성되는 표면층(52)을 갖는 냉각 롤(5)을 화살표(9A)방향으로 회전시키면서 자석재료의 용탕(6)을 노즐(3)로부터 토출하여 냉각 롤(5)의 표면층(52)에 충돌시켜 냉각고화하여 급냉 박대(急冷薄帶 ; 8)를 제조한다. 여기에서 용탕(6)을 냉각 롤(5)의 회전중심(54) 바로 위로부터 냉각 롤(5)의 꼭데기부로 향해 토출하여 충돌시킨 때, 자석재료가 냉각 롤(5) 표면층(52)의 표면, 즉 냉각 롤(5)의 둘레면(53)과 접촉하고 있는 시간이 0.5m초 이상이다.

Description

자석재료의 제조방법과 박대형상 자석재료와 자석분말 및 본드자석 {Method of manufacturing magnet material, ribbon-shaped magnet meterial, magnetic powder and bonded magnet}

본 발명은, 자석재료의 제조방법과 박대형상 자석재료와 자석분말 및 본드자석에 관한 것이다.

자석분말을 결합수지로 결합하여 이루어지는 본드자석은, 형상의 자유도가 넓다는 이점을 가지며, 모터나 각종 엑츄에이터에 이용되고 있다.

이와 같은 본드자석을 구성하는 자석재료는, 예를 들면 급냉 박대 제조장치를 이용한 급냉법에 의해 제조된다. 급냉 박대 제조장치가 단일의 냉각 롤을 구비한 것일 경우는, 단일 롤 법이라고 칭한다.

이 단일 롤 법에서는, 소정의 합금조성 자석재료를 가열, 용융하여 그 용탕을 노즐로부터 사출하며, 노즐에 대하여 회전하고 있는 냉각 롤의 둘레면에 충돌시켜, 해당 둘레면과 접촉시키는 것에 의해 급냉, 응고하여 박대 형상(리본형상)의 자석재료, 즉 급냉 박대를 연속적으로 형성한다. 그리고, 이 급냉 박대를 분쇄하여 자석분말로 하며, 이 자석분말로부터 본드자석을 제조한다.

단일 롤 법으로 이용되는 냉각 롤은, 일반적으로 동합금, 철합금 등으로 구성된 것이다. 또한, 내구성 향상을 위해 냉각 롤의 둘레면에 Cr도금 등의 금속 또는 합금의 표면층을 구비한 것도 알려져 있다.

그러나, 이와 같은 냉각 롤은, 어느 것도 그 둘레면이 열전도성이 높은 금속으로 구성되어 있기 때문에 얻어지는 급냉 박대는 냉각속도의 차로 인해 그 롤면(냉각 롤의 둘레면과 접촉하는 측의 면)과 자유면(롤면과 반대측의 면)에서 조직차(결정입자 직경차)가 크게되며, 그 때문에, 이것을 분쇄하여 자석분말로 하였을 때, 각 자석분말 마다의 자기특성에 불균형이 발생한다. 따라서, 이와 같은 자석분말로부터 본드자석을 제조한 경우에 만족한 자기특성이 얻어지지 않는다.

본 발명의 목적은, 자기특성이 우수하며, 신뢰성이 높은 자석을 제공할 수 있는 자석재료의 제조방법과 박대형상 자석재료와 자석분말 및 본드자석을 제공하는데 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 외주에 세라믹스로 구성되는 표면층을 갖는 냉각 롤을 회전하면서, 자석재료의 용탕을 노즐로부터 토출하여 상기 냉각 롤의 상기 표면층에 충돌시켜, 냉각고화하여 박대형상의 자석재료를 제조하는 자석재료의 제조방법에 있어서,

상기 자석재료의 용탕을 상기 냉각 롤의 회전중심의 바로 위에서 상기 냉각 롤의 꼭데기부로 향해 토출하여 충돌시킨 때, 자석재료가 상기 냉각 롤의 상기 표면층과 접촉하고 있는 시간이 0.5m초 이상인 것을 특징으로 한다.

이것에 의해, 자기특성이 우수하며, 내열성, 내식성 등에 우수한 자석을 제공할 수 있는 자석재료를 제조할 수 있다.

바람직하게는, 상기 표면층의 두께가 0.5 내지 50㎛이다.

이것에 의해 냉각 롤의 둘레면인 표면 층과의 접촉면(=롤면)부근과, 롤면과 반대측의 면(=자유면)부근에서의 결정입자 직경의 차가 적게되며 그 결과, 특히 우수한 자기특성을 갖는 자석재료를 제조할 수 있다.

또한, 상기 냉각 롤의 반경이 50 내지 500mm이다.

이것에 의해, 제조장치의 대형화를 초래하는 일없이 높은 자기특성을 갖는 자석재료를 제조할 수 있다.

또한, 바람직하게는, 상기 롤은, 주속도(周速度`) 5 내지 60m/초로 회전하도록 구성되어 있다.

이것에 의해, 결정입자 직경을 적당하게 미세화할 수 있으며, 특히 우수한 자기특성을 갖는 자석재료를 제조할 수 있다.

또한, 상기 표면 층의 표면 거칠기(Ra)가 0.03 내지 8㎛이다.

이것에 의해, 용탕과 냉각 롤의 둘레면 인 표면 층과의 접촉성이 좋게 되며, 특히 우수한 자기특성을 갖는 자석재료를 제조할 수 있다.

또한, 얻어진 박대형상 자석재료의 두께가 10 내지 50㎛이다.

이것에 의해, 자기특성의 불균형이 작게되어 전체로서의 자기특성이 우수한 자석재료를 제조할 수 있다.

또한, 상기 자석재료는, 희토류 원소와 천이금속과 보론(boron)을 포함하는 합금이다.

이것에 의해, 특히 우수한 자기특성을 갖는 자석재료를 제조할 수 있다.

본 발명의 다른 특징은, 외주에 세라믹스로 구성되는 표면층을 갖는 냉각 롤을 회전하면서, 자석재료의 용탕을 노즐로부터 토출하고, 상기 냉각 롤의 상기 표면층에 충돌시켜, 냉각고화하는 것에 의해 제조된 박대형상 자석재료를 분쇄하여 얻어지는 자석분말에 있어서,

상기 자석재료의 용탕을 상기 냉각 롤의 회전중심 바로 위에서 상기 냉각 롤의 꼭데기부로 향해 토출하여 충돌시킨 때, 자석재료가 상기 냉각 롤의 상기 표면층과 접촉하고 있는 시간이 0.5m초 이상인 것을 특징으로 한다.

이것에 의해, 자기특성이 우수하며, 내열성, 내식성 등에 우수한 자석을 제공할 수 있는 자석분말을 제공할 수 있다.

이 경우, 바람직하게 자석분말은, 희토류 원소와 천이금속과 보론을 포함하는 합금이다. 이것에 의해 자기특성이 더욱 향상된다.

또한, 자석분말은, 그 제조과정에서, 또는 제조 후 적어도 1회 열처리가 시행된 것이다.

이것에 의해, 조직이 균질화 되거나, 분쇄에 의해 도입된 불균형의 영향이 제거되어 자기특성이 더욱 향상된다.

또한, 자석분말은, 평균 결정입자 직경이 500nm이하의 단상조직 또는 복합조직을 갖고 있다.

이것에 의해, 자기특성 특히, 보자력, 히스테리시스곡선에서의 각형성이 향상된다.

또한, 바람직하게는, 자석분말의 평균입자 직경이 0.5 내지 150㎛이다.

이것에 의해, 자기특성을 특히 우수한 것으로 할 수 있다. 또한, 본드자석의 제조에 이용된 경우, 자석분말의 함유량(함유율)이 높고, 자기특성에 우수한 본드자석이 얻어진다.

본 발명의 또다른 특징은, 외주에 세라믹스로 구성되는 표면층을 갖는 냉각 롤을 회전하면서 자석재료의 용탕을 노즐로부터 토출하고, 상기 냉각 롤의 상기 표면층에 충돌시켜, 냉각고화하여 박대형상 자석재료를 제조하며, 상기 박대형상 자석재료를 분쇄하는 것에 의해 얻어진 자석분말을 결합재로 결합하여 이루어지는 본드자석에 있어서,

상기 자석재료의 용탕을 상기 냉각 롤의 회전중심 바로 위에서 상기 냉각 롤의 꼭데기부로 향해 토출하여 충돌시킨 때, 자석재료가 상기 냉각 롤의 상기 표면층과 접촉하고 있는 시간이 0.5m초 이상인 것을 특징으로 한다.

이것에 의해, 자기특성이 우수하고, 내열성, 내식성 등에 우수한 본드 자석을 제공할 수 있다.

이 경우, 바람직하게는, 상기 자석분말은, 희토류 원소와 천이금속과 보론(boron)을 포함하는 합금이다. 이것에 의해, 자기특성이 더욱 향상된다.

또한, 바람직하게는, 상기 자석분말의 함유량이 75 내지 99.5wt%이다. 이것에 의해, 높은 자기특성과, 제조시 우수한 성형 성을 양립할 수 있다.

또한, 바람직하게는, 보자력(H_cJ)이 320 내지 900kA/m이다.

이것에 의해, 충분한 착자 자장이 얻어지지 않는 경우에도 양호한 착자가 가능하게 되며, 충분한 자속밀도가 얻어진다.

또한, 바람직하게는, 자기에너지적(BH)max가 60kJ/㎥이상이다.

이것에 의해, 높은 자기특성을 갖는 자석이 얻어지며, 이것을 예를 들면, 모터용으로 이용한 경우에 충분한 토크가 얻어지는 등, 고성능인 모터를 제공할 수 있다.

본 발명의 상술 또는 다른 목적과 구성 및 효과는 도면을 참조하여 행하는 이하의 실시예의 설명으로부터 보다 명확하게 알 수 있다.

도 1은 본 발명의 박대형상 자석재료를 제조하는 장치(급냉 박대(急冷薄帶) 제조장치)의 구성예를 도시한 사시도.

도 2는 도 1에 도시한 장치에서 냉각 롤과 노즐과의 위치관계를 도시하는 측면도.

도 3은 도 1에 도시한 장치에서 용탕의 냉각 롤 으로의 충돌부위 부근의 상태를 도시하는 단면 측면도.

도 4는 실시예 1 및 비교예 1에서 본드자석의 감자곡선을 도시하는 J-H도.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

1 : 급냉 박대 제조장치 2 : 통체

3 : 노즐 4 : 코일

5 : 냉각 롤 6 : 용탕

7 : 패들 8 : 급냉 박대

51 : 기부 52 : 표면층

53 : 둘레면 54 : 회전중심

이하, 본 발명의 자석재료의 제조방법과 박대형상 자석재료와 자석분말 및 본드자석의 실시예에 관하여 상세히 설명한다.

[자석재료의 금속조성]

먼저, 자석재료의 금속조성에 관하여 설명한다.

본 발명에 있어서의 박대형상 자석재료나 자석분말로서는, 우수한 자기특성을 갖는 것이 바람직하지만, 이와 같은 것으로서는, R(단, R은 Y를 포함하는 희토류 원소중 적어도 1종)을 포함하는 합금, 특히 R과 TM(단, TM은 천이금속중 적어도 1종)과 B(보론)등을 포함하는 합금을 열거할 수 있으며, 다음의 [1] 내지 [4]의 조성을 갖는 합금이 바람직하다.

[1] Sm을 주로 하는 희토류 원소와, Co를 주로 하는 천이금속을 기본 성분으로 하는 것(이하, Sm-Co계 합금이라고 칭함).

[2] R과 Fe를 주로 하는 천이금속(TM)과, B를 기본성분으로 하는 것(이하, R-TM-B계 합금이라고 칭함).

[3] Sm을 주로 하는 희토류 원소와, Fe를 주로 하는 천이금속과, N을 주로 하는 격자간 원소를 기본성분으로 하는 것(이하, Sm-Fe-N계 합금이라고 칭함).

[4] R과 Fe등의 천이금속을 기본성분으로 하며, 소프트 자성상과 하드 자성 상이 상(相) 인접하여 존재하는 복합조직(특히, 나노콤포지트 조직이라고 불리는 것이 있다)을 갖는 것.

Sm-Co계 합금의 대표적인 것으로서는, SmCo₅, Sm₂TM₁₇(단, TM은, 천이금속)을 열거할 수 있다.

R-TM-B계 합금의 대표적인 것으로서는, Nd-Fe-B계 합금, Pt-Fe-B계 합금, Nd-Pr-Fe-B계 합금, Nd-Dy-Fe-B계 합금, Ce-Nd-Fe-B계 합금, Ce-Pr-Nd-Fe-B계 합금, 이것들에 있어서 Fe의 일부를 Co, Ni 등 다른 천이금속으로 치환한 것 등이 열거된다.

Sm-Fe-N계 합금의 대표적인 것으로서는, Sm₂Fe₁₇합금을 질화하여 제작한 Sm₂Fe₁₇N₃, TbCu₇형상을 주상으로 하는 Sm-Zr-Fe-Co-N계 합금이 열거된다.

상기 희토류 원소로서는, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu 미시메탈(misch metal)을 열거할 수 있으며, 이것들을 1종 또는 2종이상 포함할 수 있다. 또한, 상기 천이금속으로서는, Fe, Co, Ni 등이 열거되며,이것들을 1종 또는 2종 이상 포함할 수 있다.

또한, 보자력, 자기 에너지적 등의 자기특성을 향상시키기 위해, 또는 내열성, 내식성을 향상시키기 위해 자석재료중에는, 필요에 따라서 Al, Cu, Ga, Si, Ti, V, Ta, Zr, Nb, Mo, Hf, Ag, Zn, P, Ge 등을 함유하는 것도 가능하다.

상기 복합조직(나노 콤포지트 조직)은, 소프트 자성 상과 하드 자성 상을 가지며, 각 상의 두께나 입자직경이 나노미터 수준(예를 들어 1 내지 100nm)으로 존재하고 있다. 그리고, 소프트 자성상과 하드 자성 상이 상 인접하여 자기적인 교환 상호작용을 발생한다.

소프트 자성상의 자화는, 외부자계의 작용에 의해 용이하게 그 방향을 바꾸기 때문에, 하드 자성 상에 혼재하면, 계 전체의 자화곡선은 B-H도(J-H도)의 제 2상현으로 단이 있는 「뱀형 곡선」으로 된다. 그러나, 소프트 자성상의 치수가 수 10nm이하로 충분히 작은 경우에는, 소프트 자성체의 자화가 주위의 하드 자성체의 자화와의 결합에 의해 매우 강하게 구속되어 계 전체가 하드 자성체로서 활동하게 된다.

이와 같은 복합조직(나노 콤포지트 조직)을 갖는 자석은, 주로 이하에 열거하는 특징 1) 내지 5)를 가지고 있다.

1) B-H도(J-H도)의 제 2상현에서, 자화가 가역 적으로 스프링백한다(이 의미로서「스프링 자석」이라고도 칭함).

2) 착자성이 좋으며, 비교적 낮은 자장으로 착자 할 수 있다.

3) 자기특성의 온도 의존성이 하드 자성 상 단독의 경우와 비교하여 작다.

4) 자기특성의 경시변화가 작다.

5) 미세 분쇄하여도 자기특성이 열화되지 않는다.

앞에서 서술한 R-TM-B계 합금에 있어서, 하드 자성 상 및 소프트 자성 상은, 예를 들면 다음과 같은 것으로 된다.

하드 자성 상 : R₂TM₁₄B계(TM은, Fe 또는 Fe와 Co), 또는 R₂TM₁₄BQ계(Q는, Al, Cu, Ga, Si, Ti, V, Ta, Zr, Nb, Mo, Hf, Ag, Zn, P, Ge 등에서 적어도 1종)

소프트 자성 상 : TM(특히 α-Fe, α-(Fe, Co)), 또는 TM과 Q와의 합금 상

또한, 본 발명에 있어서, 자석재료의 금속조성이나 조직의 구성은, 상술한 것에 한정되지 않는 것은 당연하다.

[박대형상 자석재료의 제조]

이어서, 본 발명의 자석재료의 제조방법 및 박대형상 자석재료에 관하여 설명한다.

용융된 자석재료(합금)를 급냉, 고화하는 것에 의해, 박대형상의 자석재료(급냉 박대 또는 리본이라고 칭함)를 제조한다. 이하, 그 방법의 한 예에 관하여 설명한다.

도 1은 단일 롤을 이용한 냉각법에 의해 박대형상 자석재료를 제조하는 장치(급냉 박대 제조장치)의 구성 예를 도시한 사시도, 도 2는 도 1에 도시한 장치에서의 냉각 롤의 측면도, 도 3은 도 1에 도시한 장치에 있어서의 용탕의 냉각 롤로의 충돌부위 부근의 상태를 도시하는 단면 측면도이다.

도 1에 도시하듯이, 급냉 박대 제조장치(1)는, 자석재료를 수납할 수 있는 통체(2)와, 해당 통체(2)에 대하여 도면중 화살표(9A)방향으로 회전하는 냉각 롤(5)을 구비하고 있다. 통체(2)의 하단에는, 자석재료(합금)의 용탕을 사출하는 노즐(오리피스)(3)이 형성되어 있다.

통체(2)의 구성재료로서는, 예를 들면, 석영이나, 알루미나, 마그네슘 등의 내열성 세라믹스가 열거된다. 노즐(3)의 개구형상으로서는, 예를 들면, 원형, 타원형, 슬릿형상 등을 열거할 수 있다.

또한, 통체(2)의 노즐(3)근방의 외주에는, 가열용 코일(4)이 배치되며, 이 코일(4)에 예를 들어 고주파를 인가하는 것에 의해, 통체(2)내를 가열(유도가열)하며, 통체(2)내의 자석재료를 용융상태로 한다.

또한, 가열수단은, 이와 같은 코일(4)에 한정되지 않고, 예를 들어, 카본히터를 이용할 수도 있다.

냉각 롤(5)은, 기부(51)와, 냉각 롤(5)의 둘레면(53)을 형성하는 표면층(52)으로 구성되어 있다.

기부(51)의 구성재료는, 예를 들면, 동 또는 동계합금, 철 또는 철계합금과 같은 비교적 열전도율이 높은 금속재료로 구성되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 표면층(52)은, 세라믹스로 구성되어 있다. 이것에 의해, 표면층(52)의 열전도율은, 기부(51)보다 낮게 된다.

표면층(52)을 구성하는 세라믹스로서는, 예를 들면, Al₂O₃, SiO₂, TiO₂, Ti₂O₃, ZrO₂, Y₂O₃, 티탄산 바륨, 티탄산 스트론튬 등의 산화물계 세라믹스, AlN, Si₃N₄, TiN, BN 등의 질화물계 세라믹스, 그라파이트, SiC, ZrC, Al₄C₃, CaC₂, WC 등의 탄화물 계의 세라믹스 또는, 이것들 중 2이상을 임의로 조합시킨 복합 세라믹스가 열거된다.

또한, 표면층(52)은, 도시와 같은 단층뿐만이 아닌, 예를 들어 조성이 다른 복수 층의 적층 체라도 좋다. 이 경우, 인접하는 층끼리는, 밀착성이 높은 것이 바람직하지만, 그 예로서는, 인접하는 층끼리 동일한 원소가 포함되는 것을 열거할 수 있다.

또한, 표면층(52)이 단층으로 구성되어 있는 경우에도, 그 조성은, 두께방향으로 균일한 것에 한정되지 않고, 예를 들면, 함유성분이 두께방향으로 차례로 변화하는 것(경사재료)이라도 좋다.

이와 같이, 세라믹스로 구성된 표면층(52)을 설치함으로써, 다음과 같은 이점이 있다.

냉각 롤(5)의 둘레면(53)이 금속에 비하여 열전도율이 작은 세라믹스로 구성되어 있기 때문에, 용탕(6)의(급냉 박대(8)의) 과냉각이 제어된다. 아울러서 세라믹스를 표면층의 재료로 하는 것으로서, 냉각 롤(5)의 둘레면(53)위에 용탕(6)이 충돌한 후 그것이 응고되고, 급냉 박대(8)로 되며, 둘레면(53)으로부터 떨어질 때까지의 시간(이하, 「둘레 면과의 접촉시간」이라고 칭함)이, 종래의 표면 층이 없는 롤이나 Cr도금 층을 설치한 냉각 롤과 비교하여 훨씬 길게된다. 종래의 냉각 롤에서는, 급냉 박대의 롤 둘레면과의 접촉시간이 짧기 때문에, 급냉 박대(8) 롤면은 과냉각 되는 한편, 자유면이 충분히 냉각되기 전에 급냉 박대(8)가 냉각 롤로부터 떨어지기 때문에 롤면측과 자유면측의 조직차, 즉, 자기특성의 불균형이 상당히 크게되었었다. 그것에 대하여, 본 발명과 같이 세라믹스로 구성되는 표면층(52)을 설치한 냉각 롤(5)을 이용하면, 상술과 같은 급냉 박대(8)의 롤면(81)의 과냉각이 제어됨과 함께, 둘레면(53)과의 접촉시간이 길게 되기 때문에, 자유면(82)은 적당한 결정입자 직경으로 되도록 충분히 냉각되며, 그 결과, 롤면(81)측과 자유면(82)측과의 조직 차가 작게된다. 따라서, 자기특성, 특히 각형성 및 보자력이 향상되며 그것에 따라서 최대 자기 에너지적도 높게되어 매우 우수한 자기특성을 얻을 수 있다.

표면층(52)의 두께(상기 적층체의 경우는 그 합계 두께)는, 표면층(52)을 구성하는 세라믹스의 종류, 조성 등에 의해, 특별히 한정되지 않지만, 통상, 0.5 내지 50㎛정도인 것이 바람직하며, 1 내지 20㎛정도인 것이 보다 바람직하다. 표면층(52)의 두께가 지나치게 얇으면, 급냉 박대(8)의 롤면(81)의 냉각능력이 높게되며, 후술하는 접촉시간이 비교적 긴 경우 등은, 롤면(81)측과 자유면(82)측에서의 결정입자 직경의 차를 충분히 작게 할 수 없다는 우려가 발생된다. 또한, 표면층(52)의 두께가 지나치게 두꺼우면, 사용회수가 많아진 때, 열적인 충격에 의해 표면층(52)에 크렉이나 박리가 발생할 우려가 있다. 특히, 표면층(52)의 두께가 극단적으로 두꺼우면, 냉각능력이 낮게되어 전체적으로 결정입자 직경이 조대화 하는경향을 나타내며, 자기특성의 충분한 향상이 얻어지지 않을 우려가 있다.

표면층(52)의 형성방법은, 특히 한정되지 않고, 예를 들면, 증착, 스퍼터링, 용사, 도금 등의 방법에 의해 형성할 수 있다.

또한, 표면층(52)의 표면, 즉 둘레면(53)의 표면 거칠기 등의 표면성상은, 용탕(6)에 대한 번짐성과 관련한다. 본 발명에 있어서, 둘레면(53)의 중심선 평균 거칠기(Ra)(단위:㎛)는, 표면층(52)을 구성하는 세라믹스의 종류, 조성 등으로도 특히 한정되지 않지만, 통상, 0.03 내지 8㎛정도이지만, 바람직하게는, 0.05 내지 3㎛정도인 것이 보다 바람직하다.

표면 거칠기(Ra)가 지나치게 작으면, 용탕(6)이 둘레면(53)에 충돌하여 형성되는 패들(탕 저류)(7)에 미끄럼이 발생할 우려가 있다. 이 미끄럼이 현저해지면, 둘레면(53)과 급냉 박대(8)와의 접촉이 불충분하게 되며, 결정입자가 조대화 하여 자기특성이 저하한다. 한편, Ra가 지나치게 크면, 둘레면(53)과 급냉 박대(8)와의 사이에 발생하는 틈이 크게되며, 후술하는 접촉시간이 비교적 짧으면, 전체적으로열 전달성이 나쁘게 되어 자기특성이 저하된다.

이와 같은 표면 거칠기를 얻기 위해서, 급냉 박대(8)의 제조에 우선하여, 둘레면(53)에 대하여 연마를 시행하여 평활하게 마무리하여 둘 수 있다.

냉각 롤(5)의 반경은, 특히 한정되지 않지만, 통상 50 내지 500mm정도가 바람직하며, 75 내지 250mm정도가 보다 바람직하다.

냉각 롤(5)의 반경이 지나치게 작으면, 냉각 롤 전체의 냉각능력이 낮게되며, 특히 연속 생산하는 경우, 시간의 경과와 함께 결정입자 직경의 조대화가 발생되어 높은 자기특성을 갖는 급냉 박대를 안정하게 얻는 것이 곤란하게 된다. 또한, 지나치게 크면, 냉각 롤 자체의 가공성이 나빠져, 경우에 따라서는 가공이 곤란하게 되며, 또한 장치의 대형화를 초래하게 된다.

이와 같은 급냉 박대 제조장치(1)는, 챔버(도시생략)내에 설치되어 해당 챔버내에 바람직하게는 불활성 가스나 그 밖의 분위기 가스가 충진된 상태에서 작동한다. 특히, 급냉 박대(8)의 산화를 방지하기 위해 분위기 가스는, 예를 들어, 알곤 가스, 헬륨가스, 질소가스 등의 불활성 가스인 것이 바람직하다.

통체(2)내 용탕(6)의 액면에는, 챔버의 내압보다 높은 소정의 압력이 걸려 있다. 용탕(6)은 이 통체(2)내 용탕(6)의 액면에 작용하는 압력과 챔버내의 분위기 가스의 압력과의 차이압에 의해 노즐(3)로부터 토출된다.

급냉 박대 제조장치(1)에서는, 통체(2)내에 전술한바와 같은 합금 조성의 자석재료를 넣으며, 코일(4)에 의해 가열하여 용융하고, 그 용탕(6)을 노즐(3)로부터 토출하면, 도 3에 도시하듯이 용탕(6)은 냉각 롤(5)의 둘레면(53)에 충돌하여 패들(탕 저류)(7)을 형성한 후, 회전하는 냉각 롤(5)의 둘레면(53)으로 끌려가며 급속으로 냉각되어 응고되며, 급냉 박대(8)가 연속적 또는 단속적으로 형성된다. 이와 같이 하여 형성된 급냉 박대(8)는, 도 2에 도시하듯이, 냉각 롤(5)이 예를 들면, 각도(θ)회전 한 점에서 급냉 박대(8)의 롤면(둘레면(53)과 접촉하는 면)(81)이 둘레면(53)으로부터 떨어져 화살표(9B)방향으로 진행(비행)한다. 또한, 도 3에서 용탕의 응고계면(71)을 점선으로 도시한다.

냉각 롤(5)의 주속도는, 합금 용탕의 조성, 표면층(52)의 구성재료(조성),둘레면(53)의 표면성상(특히, 둘레면(53)의 용탕(6)에 대한 번짐성)등에 의해 그 바람직한 범위가 다르지만, 자기특성 향상을 위해 통상, 5 내지 60m/초인 것이 바람직하며, 10 내지 45m/초인 것이 보다 바람직하다.

냉각 롤(5)의 주속도가 지나치게 늦으면, 급냉 박대(8)의 체적유량(단위시간당 토출되는 용탕(6)의 체적)에 의해서는, 급냉 박대(8)의 평균 두께(t)가 두껍게 되며, 결정입자 직경이 증대하는 경향을 나타내며, 반대로 냉각 롤(5)의 주속도가 지나치게 빠르면, 대부분이 비정질 조직으로 되어 어느 경우라도, 그 후에 열 처리를 시행하여도 자기특성의 충분한 향상이 도모되게 된다.

급냉 박대 제조장치(1)에 있어서, 도 2에 도시하듯이, 노즐(3)을 냉각 롤(5)의 회전중심(54)의 바로 위에 설치하며, 해당 노즐(3)로부터 용탕(6)을 냉각 롤(5)의 꼭데기부로 향해 토출하여 충돌시킨 때, 그 자석재료가 냉각 롤(5)의 둘레면(53)(조면층(52)의 표면)과 접촉하고 있는 시간, 즉, 전술한 둘레면(53)과의 접촉시간은, 0.5m초 이상이며, 바람직하게는, 0.5 내지 100m초 정도이며, 보다 바람직하게는 2 내지 30m초 정도이다. 이와 같이, 둘레면(53)과의 접촉시간을 비교적 길게 할 수 있는 것은, 둘레면(53)을 형성하는 표면층(52)을 세라믹스로 구성한 것 등으로 유래하는 것은 앞서 서술한바와 같다.

둘레면(53)과의 접촉시간이 0.5m초 미만이면, 급냉 박대(8)의 자유면(82)측의 냉각이 불충분한 가운데 급냉 박대(8)가 둘레면(53)으로부터 떨어지며 그 결과, 자유면(82)측의 결정입자가 조대화되며, 그 후에 열처리를 시행한다 하여도 충분한 자기특성이 얻어지지 않는다.

또한, 둘레면(53)과의 접촉시간이 충분히 길어도 좋지만 너무 길면 급냉 박대(8)와 둘레면(53)과의 밀착력이 증대하여 표면층(52)의 구성재료나 표면성상 등에 의해서는, 자석재료가 완전히 박리 되지 않고, 그 일부가 둘레면(53)위에 잔존하는 일이 있다. 따라서, 둘레면(53)과의 접촉시간의 상한은, 이와 같은 것이 발생하지 않는 시간으로 하면 바람직하다.

또한, 급냉 박대(8)를 실제로 제조하는 경우에는, 필히 노즐(3)을 냉각 롤(5)의 회전중심(54) 바로 위에 설치하지 않아도 좋으며, 예를 들면, 냉각 롤(5)의 위치는 동일하며, 노즐(3)을 도 2의 가운데 좌측 방향으로 약간 이동한 위치로 설치하며, 급냉 박대(8)의 제조를 행하여도 좋다. 이 경우에는, 도 2와 같이 용탕(6)이 둘레면(53)에 대하여 직각으로 충돌하는 일은 없으며, 용탕(6)이 냉각 롤(5)의 회전방향 후방 측으로부터 둘레면(53)에 대하여 소정의 각도로 비스듬하게 충돌하며, 그 후, 자석재료가 냉각 롤(5)의 꼭데기부를 거쳐 화살표(9B)방향으로 진행(비행)하기 때문에, 둘레면(53)과의 접촉시간은 도 2에 도시하는 경우에 비하여 길게된다.

이상과 같이 하여 얻어진 급냉 박대(8)는, 그 폭(w) 및 두께가 가능한한 균일한 것이 바람직하다. 이 경우, 급냉 박대(8)의 평균 두께(t)는, 10 내지 50㎛정도이지만, 바람직하게는 15 내지 40㎛정도인 것이 보다 좋다.

두께(t)가 지나치게 얇으면, 비정질 조직이 차지하는 비율이 많게되며, 그후에 열처리를 시행하여도 자기특성의 충분한 향상이 도모되지 않는다. 또한, 두께(t)가 지나치게 얇으면, 급냉 박대(8)의 기계적 강도가 저하하여 연속된 길이의 급냉 박대(8)가 얻어지기 어려우며 작은 조각(flake) 형상 또는 분말 형상으로 되고, 그 결과 냉각이 불균일하게 되어 자기특성의 불균형이 발생한다. 또한, 단위시간당 생산성도 저하된다.

또한, 두께(t)가 지나치게 두꺼우면, 열전대가 급냉 박대(8)내부의 열전도에 의해 지배되도록 이루어져 자유면(82)측의 결정입자 직경이 조대화하는 경향을 나타내기 때문에 자기특성의 충분한 향상이 도모되지 않는다.

또한, 얻어진 급냉 박대(8)에 대하여서는, 예를 들면 비정질조직(아몰화스 조직)의 재결정화의 촉진, 조직의 균질화 등을 목적으로 열처리를 시행할 수 있다. 이 열처리의 조건으로서는, 예를 들면 400 내지 900℃에서, 0.5 내지 300분 정도로 할 수 있다.

또한, 이 열처리는, 산화를 방지하기 위해 진공 또는 감압상태 아래(예를 들면, 1 X 10^-1내지 1 X 10^-6Torr), 또는 질소가스, 알곤 가스, 헬륨가스 등의 불활성 가스 내와 같은 비산화성 분위기 중에서 행하는 것이 바람직하다.

이상과 같이하여 얻어진 급냉 박대(8)(박대형상 자석재료)는, 미세결정 조직, 또는 미세결정이 비정질 조직 중에 포함되는 조직으로 이루어지며, 우수한 자기특성이 얻어진다.

또한, 상기에서는, 급냉법으로서 단일 롤법을 예로서 설명하였지만, 쌍 롤법을 채용하여도 좋다. 이와 같은 급냉법은, 금속조직(결정입자)을 미세화 할 수 있기 때문에, 본드자석의 자석특성, 특히 보자력 등을 향상시키는데 유효하다.

[자석분말의 제조]

이상과 같이 하여 제조된 급냉 박대(8)를 분쇄하는 것에 의해 본 발명의 자석분말이 얻어진다.

분쇄의 방법은, 특히 한정되지 않고 예를 들면, 볼밀, 진동밀, 젯트밀, 핀밀 등의 각종 분쇄장치, 파쇄장치를 이용하여 행할 수 있다. 이 경우, 분쇄는 산화를 방지하기 위해 진공 또는 감압상태 아래 (예를 들면, 1 X 10^-1내지 1 X 10^-6Torr), 또는 질소가스, 알곤 가스, 헬륨가스 등의 불활성 가스 내와 같은 비산화성 분위기 중에서 행할 수 있다.

자석분말의 평균입자 직경은, 특히 한정되지 않지만, 후술하는 본드자석(희토류 본드자석)을 제조하기 위한 경우, 자석분말의 산화방지와, 분쇄에 의한 자기특성 열화의 방지를 고려하여 0.5 내지 150㎛정도가 바람직하며, 1 내지 60㎛정도가 보다 바람직하다.

또한, 본드자석의 성형시 양호한 성형 성을 얻기 위해서, 자석분말의 입자 직경분포는 어느 정도 분산되어(불균형이 있다)있는 것이 바람직하다. 이것에 의해 얻어진 본드 자석의 공공율(空孔率)을 저감할 수 있으며, 그 결과 본드자석중의 자석분말의 함유량을 동일하게 한 경우에, 본드자석의 밀도나 기계적 강도를 보다 높게 할 수 있고, 자기특성을 보다 향상시킬 수 있다.

또한, 얻어진 자석분말에 대하여서는, 예를 들면, 분쇄에 의해 도입된 왜곡 영향의 제거, 결정입자 직경의 제어를 목적으로서 열처리를 시행하여도 좋다. 이열처리의 조건으로서는 예를들면, 350 내지 850℃에서, 0.5 내지 300분 정도로 할 수 있다.

또한, 이 열처리는, 산화를 방지하기 위해 진공, 또는, 감압상태 아래(예를 들면, 1 X 10^-1내지 1 X 10^-6Torr), 또는 질소가스, 알곤 가스, 헬륨가스 등의 불활성 가스 내와 같은 비산화성 분위기 중에서 행하는 것이 바람직하다.

이와 같은 자석분말을 이용하여 본드자석을 제조한 경우, 해당 자석분말은, 결합수지와의 결합성(결합수지의 번짐성)이 좋으며, 그 때문에 이 본드자석은 기계적 강도가 높고, 열 안정성(내열성), 내식성이 우수한 것으로 된다. 따라서, 해당 자석분말은 본드자석의 제조에 적합하며, 제조된 본드자석은 신뢰성이 높은 것으로 된다.

이상과 같은 자석분말은, 평균 결정입자 직경이 500nm이하인 것이 바람직하며, 200nm이하인 것이 보다 바람직하고, 10 내지 120nm정도가 더욱 바람직하다. 평균 결정입자 직경이 지나치게 크면, 우수한 자기특성, 특히 보자력 및 각형 성의 향상이 충분히 도모되지 않게 된다.

또한, 자석재료가 상기 [1] 내지 [3]과 같은 단상조직의 것인지, 상기 [4]와 같은 복합조직의 것인지에 관계없으며, 또한, 상기 급냉 박대(8)에 대한 열처리나 자석분말에 대한 열처리의 유무나 열처리 조건에 관계없이 평균 결정입자 직경은 상기 범위의 것으로 하는 것이 바람직하다.

[본드자석 및 그 제조]

이어서, 본 발명의 본드자석에 관하여 설명한다.

본 발명의 본드자석은, 앞서 상술한 자석분말을 결합수지와 같은 결합재(바인더)로 결합하여 이루어지는 것이다.

결합수지로서는, 열가소성 수지, 열 경화성 수지중 어느 것이라도 좋다.

열 가소성 수지로서는, 예를 들면, 폴리아미드(예, 나일론 6, 나일론 46, 나일론 66, 나일론 610, 나일론 612, 나일론 11, 나일론 12, 나일론 6-12, 나일론 6-66), 열 가소성 폴리이미드, 방향족 폴리에스텔 등의 액정 폴리마, 폴리페니렌옥시드, 폴리페니렌설파이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸 초산비닐 공중합체 등의 폴리오레핀, 변성 폴리오레핀, 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크리레이트, 폴리에틸렌테레휘타레이트, 폴리부틸렌테레휘타레이트 등의 폴리에스텔, 폴리에텔, 폴리에텔 에텔케톤, 폴리에텔이미드, 폴리아세탈 등 또는 이것들을 주로 하는 공중합체, 블랜드체, 폴리마아로이 등을 열거할 수 있으며, 이것들중 1종 또는 2종이상을 혼합하여 이용할 수 있다.

이들 중에서는, 성형 성이 특히 우수하며, 기계적 강도가 높기 때문에 폴리아미드, 내열성 향상의 점으로 액정 폴리마, 폴리페니렌설파이드를 주로 하는 것이 바람직하다. 또한, 이들의 열 가소성 수지는 자석분말과의 혼련성에도 우수하다.

이와 같은 열 가소성 수지는, 그 종류, 공중합화 등에 의해 예를 들면 성형 성을 중시한 것이나 내열성, 기계적 강도를 중시한 것과 같이 광범위한 선택이 가능하게 되는 이점이 있다.

한편, 열 경화성 수지로서는, 예를 들면, 비스페놀형, 노포락형, 나프탈렌계 등의 각종 에폭시수지, 페놀수지, 유리어수지, 멜라민수지, 폴리에스텔(불포화 폴리에스텔)수지, 폴리이미드 수지, 실리콘 수지, 폴리우레탄 수지 등을 열거할 수 있으며, 이것들 중 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 이용할 수 있다.

이들 중에서도, 성형성이 특히 우수하며, 기계적 강도가 높고, 내열성에 우수한 점으로, 에폭시수지, 페놀수지, 폴리이미드수지, 실리콘 수지가 바람직하며, 그 중에서 에폭시수지가 특히 바람직하다. 또한, 이들 열 경화성 수지는, 자석분말과의 혼련성, 혼련의 균일성에도 우수하다.

또한, 사용되는 열 경화성수지(미경화)는, 실온에서 액상의 것이나, 고형(분말형상)의 것이라도 좋다.

또한, 본 발명의 본드자석은, 등방성이라도 이방성이라도 좋지만, 제조를 쉽게 하기 위해서는 등방성인 것이 바람직하다.

이와 같은 본 발명의 본드 자석은, 예를 들면 다음과 같이하여 제조된다. 자석분말과 결합수지와 필요에 따라서 첨가제(산화방지제, 윤활제 등)를 포함하는 본드자석용 조성물(콤파운드)을 제조하며, 이 본드자석용 조성물을 이용하여 압축성형(프레스성형), 압출성형, 사출성형 등의 성형방법에 의해 자장 중 또는 무자장 중에서 원하는 자석형상으로 성형한다. 결합수지가 열 경화성 수지의 경우에는 성형후, 가열 등에 의해 그것을 경화한다.

여기에서, 상기 3종류의 성형방법중에서, 압출성형 및 사출성형(특히, 사출성형)은, 형상선택의 자유도가 넓고 생산성이 높은 등의 이점이 있지만, 이것들의성형방법에서는, 양호한 성형 성을 얻기 위해 성형기내에서 콤파운드의 충분한 유동성을 확보하지 않으면 안되기 때문에 압축성형에 비하여 자석분말의 함유량을 많게 하는 것, 즉, 본드자석을 고밀도화 할 수 없다. 그러나, 본 발명에서는 후술하듯이 높은 자속밀도가 얻어져 그로인해 본드자석을 고밀도화 하지 않아도 우수한 자기특성이 얻어지기 때문에, 압출성형, 사출성형에 의해 제조되는 본드자석에서도 그 이점을 얻을 수 있다.

본드자석중의 자석분말 함유량(함유율)은, 특히 한정되지 않고, 통상은 성형방법이나, 성형성과 높은 자기 특성과의 양립을 고려하여 결정된다. 구체적으로는, 75 내지 99.5wt%정도인 것이 바람직하지만, 85 내지 98wt%정도인 것이 보다 바람직하다.

특히, 본드자석이 압축성형에 의해 제조된 것인 경우에는, 자석분말의 함유량은, 90 내지 99.5wt%정도인 것이 바람직하지만, 93 내지 98.5wt%정도인 것이 보다 바람직하다.

또한, 본드자석이 압출성형 또는 사출성형에 의해 제조된 것인 경우에는, 자석분말의 함유량은, 75 내지 98wt%정도인 것이 바람직하며, 85 내지 97wt%정도인 것이 보다 바람직하다.

또한, 본 발명에서는, 탄성을 갖는 결합재로서 예를 들면, 천연 고무(NR), 이소프렌 고무(IR), 부타디엔 고무(BR, 1, 2-BR), 스틸렌 부타디엔 고무(SBR) 등의 부타디엔계 고무, 크로로플렌 고무(CR), 부타디엔 아크릴로 니트릴 고무(NBR) 등의 디엔계 특수고무, 브틸 고무(IIR), 에틸렌 프로필렌 고무(EPM, EPDM), 에틸렌-초산비닐 고무(EVA), 아크릴계 고무(ACM, ANM), 할로겐화 브틸렌 고무(X-IIR) 등의 오레핀계 고무, 우레탄 고무(AU, EU) 등의 우레탄계 고무, 히드린 고무(CO, ECO, GCO, EGCO) 등의 에텔계 고무, 다황화 고무(T)등의 폴리스루피드계 고무, 실리콘 고무(Q), 불소고무(FKM, FZ), 염소화 폴리에틸렌(CM)등의 각종 고무나, 스틸렌계, 폴리오레핀계, 폴리염화비닐계, 폴리우레탄계, 폴리에스텔계, 폴리아미드계, 폴리부타디엔계, 트랜스 폴리이소프렌계, 불소고무계, 염소화 폴리에틸렌계 등의 각종 열가소송 일러스토머(elastomer)를 이용하여 가요성(유연성)을 갖는 본드자석을 제작할 수 있다.

본드자석의 밀도(ρ)는, 그것에 포함되는 자석분말의 비중, 자석분말의 함유량, 공공율 등의 요인에 의해 결정된다. 본 발명의 본드자석에 있어서, 그 밀도(ρ)는 특히 한정되지 않지만, 결합재로서 전술한바와 같은 결합수지(열가소성수지, 열 경화성수지)를 이용한 본드자석의 경우에는, 5.0g/㎤이상인 것이 바람직하며, 5.5 내지 6.6g/㎤정도인 것이 보다 바람직하다. 또한, 가요성(유연성)을 갖는 본드자석의 경우에는, 5.0g/㎤미만이라도 좋다.

본 발명에서는, 자석분말의 자속밀도, 보자력이 비교적 크기 때문에 본드자석으로 성형한 경우에 자석분말의 함유량이 많은 경우는 물론이며, 함유량이 비교적 적은 경우에도 우수한 자기특성(특히, 고 자기 에너지적, 고 보자력)을 얻을 수 있다.

본 발명의 본드자석은, 보자력(H_cJ)이 320 내지 900kA/m정도인 것이 바람직하며, 380 내지 720kA/m 정도인 것이 보다 바람직하다. 보자력이 상기 하한치 미만에서는, 모터의 용도에 의해서는 역자장이 걸린 경우의 감자(減磁)가 현저하게 되며, 또한, 고온에서의 내열성이 열화된다. 또한, 보자력이 상기 상한 치를 넘으면, 착자성이 저하한다. 따라서, 보자력(H_cJ)을 상기 범위로 하는 것에 의해 본드자석(특히, 원통형상 자석)에 다극 착자 등을 하는 경우에 충분한 착자자장이 얻어지지 않을 때에도 양호한 착자가 가능하게 되며, 충분한 자속밀도가 얻어져 고성능인 본드자석 특히 모터용 본드자석을 제공할 수 있다.

본 발명의 본드자석은 자기 에너지적(BH)max가 60kJ/㎥이상인 것과, 65kJ/㎥이상인 것이 바람직하며, 70 내지 130kJ/㎥인 것이 보다 바람직하다. 자기 에너지적(BH)max가 60kJ/㎥미만이면, 모터용으로 이용한 경우, 그 종류, 구조에 의해서는 충분한 토크가 얻어지지 않는다.

본 발명의 본드자석의 형성, 치수 등에 한정되지 않고 예를 들면, 형상에 관해서는, 원주형상, 각주형상, 원통형상(링형상), 원호형상, 평판형상, 만곡판 형상 등의 어떠한 형상의 것이라도 가능하며, 그 크기에 있어서도 대형부터 초소형까지 여러 가지 크기의 것이 가능하다.

(실시예 1)

이하에 서술하는 방법으로 합금조성이 Nd_9.1Fe_balCo_8.5B_5.5Al_0.2의 급냉 박대를 얻었다.

우선, Nd, Fe, Co, B, Al의 각 원료를 계량하여, 고주파 유도용해로에서 Ar가스 분위기 내로 용해, 주조하여 모합금 인고트를 제조한 후, 이 인고트로부터 약 15g의 샘플을 얻었다.

도 1 내지 도 3에 도시하는 구성의 급냉 박대 제조장치를 준비하고, 저부에 노즐(원 구멍 오리피스:직경 0.6mm)을 설치한 석영관내에 상기 샘플을 넣었다.

냉각 롤(5)로서는 강제(鋼製) 기부(51)의 외주에, 스퍼터링에 의해 평균 두께 5㎛의 ZrC로 이루어지는 표면층(52)을 설치한 것(롤 반경 : 100mm)을 제조하며, 냉각 롤의 둘레면(53)을 표면연마 하는 것에 의해 표면 거칠기 Ra =0.5㎛로 마무리했다.

급냉 박대 제조장치(1)가 수납되어 있는 챔버내의 공기를 뺀후, 불활성 가스(Ar가스)를 도입하여 원하는 온도 및 압력의 분위기로 하였다.

그후, 석영관내의 인고트 샘플을 코일(4)로 고주파 유도 가열하여 용해하며, 또한, 냉각 롤의 주속도를 14 내지 25m/초, 용탕의 분사압(석영관의 내압과 분위기압과의 차이압)을 30kPa, 분위기 가스의 압력을 250Torr로하며, 용탕을 냉각 롤의 회전중심의 바로 위에서 냉각 롤의 꼭데기부의 둘레 면으로 향하여 분사하며, 급냉 박대를 연속적으로 제조하였다. 얻어진 급냉 박대의 평균 두께(t)는, 19 내지 33㎛ 이었다.

이때, 챔버에 설치된 관측 창을 통해 하이스피드 카메라에 의한 관찰을 행하며, 그 관찰결과로부터 용탕이 둘레면에 충돌한 후, 급냉 박대가 둘레 면으로부터 떨어질 때까지의 길이(접촉길이)를 구하며, 그 접촉길이와 냉각 롤의 주속도로부터급냉 박대의 둘레 면과의 접촉시간을 산출하였다.

그 결과, 냉각 롤의 주속도가 20m/초 일 때, 급냉 박대의 둘레 면과의 접촉시간은, 5.20m초 이었다.

(비교예 1)

냉각 롤(5)로서, 강제의 기부 외주에, 평균두께 50㎛의 Cr도금층을 설치하며 그 표면을 연마하는 것에 의해 표면 거칠기 Ra=0.5㎛로 주조한 것(롤 반경 : 120mm)을 이용한 이외는, 실시예 1과 동일하게 하여 급냉 박대를 제조하였다. 얻어진 급냉 박대의 평균 두께(t)는, 20 내지 35㎛이었다.

실시예 1과 동일한 방법으로 급냉 박대의 둘레 면과의 접촉시간을 산출한 결과, 냉각 롤의 주속도가 20m/초 일 때, 급냉 박대의 둘레 면과의 접촉시간은, 0.4m초 이었다.

이와 같이 실시예 1은, 급냉 박대의 둘레 면과의 접촉시간이 비교예 1의 약 13배로 상당히 긴 것이었다.

또한, 실시예 1 및 비교예 1에 있어서, 냉각 롤의 주속도를 변화시키면, 그것에 따라서 급냉 박대의 둘레 면과의 접촉시간도 변화하지만, 어느 쪽의 주속도에 있어서도 접촉시간의 비율은 상기 약 13배와 거의 동등(정확하게는, 10 내지 14배)하였다.

이어서, 실시예 1 및 비교예 1에 있어서 냉각 롤의 주속도를 여러 가지로 변화시켜 얻어진 급냉 박대에 Ar가스 분위기 중에서 680℃ X 300초의 열처리를 시행한 후, 이것들의 급냉 박대를 분쇄하여 자석분말을 얻었다. 자석분말의 평균입자 직경은, 50㎛ 이었다.

각 자석분말의 자기특성을 측정함과 함께, 평균 결정입자 직경을 조사하였다. 자기특성은, 진동시료형 자력계(VSM)를 이용하여 보자력(H_cJ) 및 최대자기 에너지적(BH)max를 측정하며, 평균 결정입자 직경은, 전자 현미경에 의한 조직관찰 결과로부터 측정하였다.

그 결과, 실시예 1의 경우, 가장 높은 자기특성(최대 자기에너지적)이 얻어진 자석분말은, 냉각 롤의 주속도 : 20m/초, 접촉시간 : 5.20m초로 제작한 것(평균 결정입자 직경 :40nm)에 대하여 비교예 1의 경우, 가장 높은 자기특성(최대 자기 에너지적)이 얻어진 자석분말은, 냉각 롤의 주속도 : 16m/초, 접촉시간 : 0.49m초로 제작된 것(평균 결정입자 직경: 200nm)이었다.

이어서, 이상과 같이 하여 얻어진 각 자석분말에 에폭시수지(결합수지)와, 소량의 히드라딘계 산화방지제를 혼합하여 그것들을 혼련하여 본드자석용 조성물(콤파운드)을 제작하였다. 이 때, 자석분말과 에폭시 수지와의 배합비율(중량비)은, 각 샘플에 관해서 거의 동등한 값으로 하였다.

이어서, 이 콤파운드를 분쇄하여 입자형상으로 하여 그 입자 형상을 계량하고, 프레스 장치의 금형 내에 충진하여 압력 7ton/㎠로 압축성형(부자장중)하여 성형체를 얻었다.

이형후, 175℃의 가열에 의해 에폭시수지를 경화시켜(큐어처리), 외경 18mm,내경 12mm X 높이 8mm의 링 형상의 등방성 본드자석을 얻었다.

각 본드자석중 자석분말의 함유량은, 어느 것도 98wt%이었다. 또한, 각 본드 자석의 밀도는 약 6.2g/㎤이었다.

이들의 본드자석에 관하여, 직류자기 자속계에서 최대 인가자장 2.0MA/m로 자기특성(보자력(H_cJ) 및 최대자기 에너지적(BH)max)을 측정하였다. 측정시의 온도는 23℃(실온)이었다.

실시예 1의 각 본드자석은, 보자력(HcJ)이 390 내지 490kA/m, 최대 자기 에너지적(BH)max이 95 내지 111kJ/㎥ 이었다.

비교예 1의 각 본드자석은, 보자력(H_cJ)이 240 내지 360kA/m, 최대 자기 에너지적(BH)max가 51 내지 69kJ/㎥ 이었다.

실시예 1 및 비교예 1에 있어서, 각각, 자기특성(최대 자기 에너지적)이 가장 우수한 본드자석을 선정하여 그것들의 본드자석의 감자곡선을 도 4(J-H 도 : 세로 축으로 자화(J), 가로축으로 자화계(H)를 도시한 도)에 도시하였다.

도 4에서도 알 수 있듯이, 실시예 1에 의한 본드자석은, 비교예 1과 비교하여 높은 자기특성(보자력, 최대자기 에너지적, 각형성)을 갖는 본드자석을 얻을 수 있다.

(실시예 2)

급냉 박대 제조장치(1)의 냉각 롤(5)로서, 강제의 기부(51)의 외주에 스퍼터링에 의해 하기표 1에 도시하는 구성재료, 두께, 표면 거칠기(Ra)의 표면층(52)을 설치한 냉각 롤(롤 반경 : 120mm)을 제조하였다. 또한, 샘플No.11 및 12는, 표면층(52)으로서 다른 조성의 세라믹스층(A층/B층)을 2층 적층한 것이다(A층이 표면층, B층이 기부(51)측).

이들의 냉각 롤을 주속도 19m/초로 회전하며, 실시예 1과 동일하게 하여 Nd_6.5Pr_1.8Dy_0.7Fe_balCo_7.8B_5.4Si_1.0Al_0.2로 표현되는 금속조성의 급냉 박대를 제조하였다. 얻어진 급냉 박대의 평균 두께(t) 및 급냉 박대의 둘레 면과의 접촉시간(산출방법은 실시예 1과 동일)을 각각 표 1에 도시한다.

이어서, 얻어진 각 급냉 박대에 대하여, Ar분위기 중에서 650℃X10분간의 열처리를 시행한 후, 평균입자 직경이 40㎛으로 되도록 분쇄하여 자석분말로 하였다.

얻어진 자석분말에 관하여 그 상 구성을 분석하기 위해 Cu-Kα를 이용하여 회절각 20°내지 60°로서 X선 회절을 행하였다. 회절 패턴으로부터 하드 자성상인 R₂(Fe·Co)₁₄B₁상과, 소프트 자성상인 α-(Fe, Co)상의 회절피크가 확인가능하며, 투과형 전자 현미경(TEM)에 의한 관찰결과로부터 샘플 No. 1 내지 12에 관해서는 어느 것도 복합조직(나노콤포지트 조직)을 형성하고 있는 것이 확인되었다.

또한, 실시예 1과 동일한 방법으로, 각 자석 분말의 평균 결정입자 직경을 조사하였다. 그 결과를 하기 표 1에 도시한다.

이어서, 이들의 자석분말을 이용하여 실시예 1과 동일 조건으로 본드자석을 제조하여 동일한 방법으로 이들 본드자석의 자기특성(보자력(H_cJ) 및 최대자기 에너지적(BH)max)을 측정하였다. 그 결과를 함께 표 1에 도시한다.

상기 표 1에서 알 수 있듯이, 실시예 2의 샘플 No. 1 내지 12는, 어느 것도, 냉각 롤의 둘레 면과의 접촉시간이 0.5m초 이상으로 길고, 적절한 스피드로 냉각이 이루어지므로 전체에 걸쳐서 결정입자 직경이 작으며, 그 결과, 우수한 자기특성(높은 보자력 및 최대 자기 에너지적)을 얻을 수 있었다.

(실시예 3)

본드자석을 압출성형에 의해 제조한 이외에는, 상기 실시예 1 및 2와 동일하게 하여 본 발명의 본드자석을 제조하며, 자기특성의 측정을 행한 바, 상기와 동일한 효과를 얻을 수 있었다.

(실시예 4)

본드자석을 사출성형에 의해 제조한 이외에는, 상기 실시예 1 및 2와 동일하게 하여 본 발명의 본드자석을 제조하며, 자기특성의 측정을 행한바, 상기와 동일한 효과를 얻을 수 있었다.

이상 서술한바와 같이, 본 발명에 의하면, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

얻어진 급냉 박대의 롤면측 자유면의 조직차, 특히 냉각속도의 차에 의한 결정입자 직경의 차를 작게 할 수 있으며, 그 결과, 우수한 자기특성을 갖는 자석재료, 자석분말을 얻을 수 있어서 그것에 의해 제조된 본드자석도 우수한 자기특성을 발휘한다.

특히, 냉각롤에 형성되는 표면층의 구성재료, 두께, 표면 거칠기, 냉각 롤의 반경, 주속도, 급냉 박대의 두께 등, 자석분말의 입자 직경(입도), 평균 결정입자 직경 등을 바람직한 범위로 설정하는 것에 의해 더욱 우수한 자기특성을 얻을 수 있다.

종래의 본드자석에 비하여, 보다 작은 체적의 본드자석으로 동등이상의 자기특성을 발휘할 수 있기 때문에 보다 소형으로 고성능의 모터 등을 제조하는 것이 가능하다.

고자기 특성이 얻어짐으로써, 본드자석 제조시, 고밀도화를 추구하지 않아도 충분히 만족할 수 있는 자기특성을 얻을 수 있으며, 그 결과, 성형성의 향상과 함께, 치수정도, 기계적 강도, 내식성, 내열성 등의 향상이 도모되며, 신뢰성이 높은 본드자석을 용이하게 제조하는 것이 가능하게 된다.

또한, 고밀도화를 요구하지 않으므로, 압축성형법과 비교하여 고밀도의 성형이 이루어지기 어려운 압출성형법이나 사출성형법에 의한 본드자석의 제조에도 적합하며, 그와 같은 성형방법으로 성형된 본드자석에도 전술한 것과 같은 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 본드자석의 성형방법의 선택의 폭, 더나아가서는 그것에 의한 형상선택의 자유도가 넓어진다.

이어서, 본 발명은, 상술한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 취지 중 여러 가지를 변화시키거나 개량이 가능하며 본 발명의 범위는 이하의 청구범위에 의해 정해진다.

Claims (20)

1. 외주에 세라믹스로 구성되는 표면층을 갖는 냉각 롤을 회전하면서, 자석재료의 용탕을 노즐로부터 토출하고, 상기 냉각 롤의 상기 표면층에 충돌시켜, 냉각고화(冷却固化)하여 박대(薄帶)형상의 자석재료를 제조하는 자석재료의 제조방법에 있어서,

   상기 자석재료의 용탕을 상기 냉각 롤의 회전중심의 바로 위로부터 상기 냉각 롤의 꼭데기부로 향해 토출하여 충돌시킨 때, 자석재료가 상기 냉각 롤의 상기 표면층과 접촉하고 있는 시간이 0.5m초 이상인 것을 특징으로 하는 자석재료의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 표면층의 두께가 0.5 내지 50㎛인 것을 특징으로 하는 자석재료의 제조방법.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 냉각 롤의 반경이 50 내지 500mm인 것을 특징으로 하는 자석재료의 제조방법.
4. 제 1항 내지 제 3항중 어느 한 항에 있어서,

   상기 롤은, 주속도(周速度) 5 내지 60m/초로 회전하는 것을 특징으로 하는 자석재료의 제조방법.
5. 제 1항 내지 제 3항중 어느 한 항에 있어서,

   상기 표면층의 표면 거칠기(Ra)가 0.03 내지 8㎛인 것을 특징으로 하는 자석재료의 제조방법.
6. 제 1항 내지 제 3항중 어느 한 항에 있어서,

   얻어진 박대형상 자석재료의 두께가 10 내지 50㎛인 것을 특징으로 하는 자석재료의 제조방법.
7. 제 1항 내지 제 3항중 어느 한 항에 있어서,

   상기 자석재료는, 희토류 원소와 천이금속과 보론과를 포함하는 합금인 것을 특징으로 하는 자석재료의 제조방법.
8. 외주에 세라믹스로 구성되는 표면층을 갖는 냉각 롤을 회전하면서, 자석재료의 용탕을 노즐로부터 토출하고, 상기 냉각 롤의 상기 표면층에 충돌시켜, 냉각고화하는 것에 의해 얻어지는 박대형상 자석재료에 있어서,

   상기 자석재료의 용탕을 상기 냉각 롤의 회전중심의 바로 위로부터 상기 냉각 롤의 꼭데기부로 향해 토출하여 충돌시킨 때, 자석재료가 상기 냉각 롤의 상기표면층과 접촉하고 있는 시간이 0.5m초 이상인 것을 특징으로 하는 박대형상 자석재료.
9. 제 8항에 있어서,

   두께가 10 내지 50㎛인 것을 특징으로 하는 박대형상 자석재료.
10. 제 8항 또는 제 9항에 있어서,

    박대형상 자석재료는, 희토류 원소와 천이금속과 보론과를 포함하는 합금인 것을 특징으로 하는 박대형상 자석재료.
11. 외주에 세라믹스로 구성되는 표면층을 갖는 냉각 롤을 회전하면서, 자석재료의 용탕을 노즐로부터 토출하고, 상기 냉각 롤의 상기 표면층에 충돌시켜, 냉각고화하는 것에 의해 제조된 박대형상 자석재료를 분쇄하여 얻어지는 자석분말에 있어서,

    상기 자석재료의 용탕을 상기 냉각 롤의 회전중심의 바로 위로부터 상기 냉각 롤의 꼭데기부로 향해 토출하여 충돌시킨 때, 자석재료가 상기 냉각 롤의 상기 표면층과 접촉하고 있는 시간이 0.5m초 이상인 것을 특징으로 하는 자석분말.
12. 제 11항에 있어서,

    자석분말은, 희토류 원소와 천이금속과 보론과를 포함하는 합금인 것을 특징으로 하는 자석분말.
13. 제 11항 또는 제 12항에 있어서,

    자석분말은, 그 제조과정에서, 또는 제조후 적어도 1회 열처리가 시행된 것을 특징으로 하는 자석분말.
14. 제 11항 또는 제 12항에 있어서,

    평균 결정입자 직경이 500nm이하의 단상조직 또는 복합조직을 갖는 것을 특징으로 하는 자석분말.
15. 제 11항 또는 제 12항에 있어서,

    평균 입자 직경이 0.5 내지 150㎛인 것을 특징으로 하는 자석분말.
16. 외주에 세라믹스로 구성되는 표면층을 갖는 냉각 롤을 회전하면서, 자석재료의 용탕을 노즐로부터 토출하고, 상기 냉각 롤의 상기 표면층에 충돌시켜, 냉각고화하여 박대형상 자석재료를 제조하며, 또한, 상기 박대형상 자석재료를 분쇄하는 것에 의해 얻어진 자석분말을 결합재로 결합하여 이루어지는 본드자석에 있어서,

    상기 자석재료의 용탕을 상기 냉각 롤의 회전중심의 바로 위로부터 상기 냉각 롤의 꼭데기부로 향해 토출하여 충돌시킨 때, 자석재료가 상기 냉각 롤의 상기 표면층과 접촉하고 있는 시간이 0.5m초 이상인 것을 특징으로 하는 본드자석.
17. 제 16항에 있어서,

    상기 자석분말은, 희토류 원소와 천이금속과 보론과를 포함하는 합금인 것을 특징으로 하는 본드자석.
18. 제 16항 또는 제 17항에 있어서,

    상기 자석분말의 함유량이 75 내지 99.5wt%인 것을 특징으로 하는 본드자석.
19. 제 16항 또는 제 17항에 있어서,

    보자력(H_cJ)이 320 내지 900kA/m인 것을 특징으로 하는 본드자석.
20. 제 16항 또는 제 17항에 있어서,

    자기 에너지적(BH)max가 60kJ/㎥이상인 것을 특징으로 하는 본드자석.