KR100462694B1 - 리본형 자석재료, 자석분말 및 희토류 본드자석 - Google Patents

리본형 자석재료, 자석분말 및 희토류 본드자석 Download PDF

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Abstract

본 발명의 급냉리본 자석재료(급냉리본(8))는 희토류 원소와 전이 금속을 포함하는 합금의 용융물(6)을 노즐(3)로부터 사출하고, 냉각 롤(5)의 주위면(53)에 접촉시켜 급냉시켜서 수득되고, 그의 구성조직이 소프트 자성상과 하드 자성상을 갖는 복합 조직으로 이루어진다. 급냉리본(8)은 롤면(81) 부근에 있는 하드 자성상 및 소프트 자성상의 평균결정직경을 각각 D1h 및 D1s라 하고, 자유면(82) 부근에 있는 하드 자성상 및 소프트 자성상의 평균결정직경을 D2h 및 D2s라 할 때, 하기 수학식 1 및 2을 만족시키는 것이 바람직하고, 하기 수학식 3 및 4중 하나 이상을 만족시키는 것이 바람직하다:
수학식 1
수학식 2
수학식 3
수학식 4

Description

리본형 자석재료, 자석분말 및 희토류 본드자석{THIN STRIP MAGNET MATERIAL, MAGNETIC POWDER AND RARE EARTH BOND MAGNET}
자석분말을 결합수지에 결합시킴으로써 이루어지는 본드자석은 형상의 자유도가 광범위하다는 이점을 가지며, 모터 또는 각종 구동기(actuator)에 널리 이용되고 있다.
이러한 본드자석을 구성하는 자석재료는, 예컨대 급냉리본 제조장치를 사용하는 급냉법에 의해 제조된다. 급냉리본 제조장치는 단일 냉각 롤을 구비한 것인 경우에 단롤법이라고 지칭된다.
이 단롤법에서는 소정의 합금조성의 자석재료를 가열 용융시키고, 그 용융물을 노즐로부터 사출시키고, 노즐에 대하여 회전하고 있는 냉각 롤의 주위면에 충돌시켜 해당 주위면과 접촉시킴으로써 급냉 응고시켜서 리본형 자석재료, 즉 급냉리본을 연속적으로 형성한다. 그리고, 이 급냉리본을 분쇄하여 자석분말로 만들고, 이 자석분말을 사용하여 본드자석을 제조한다.
단롤법에 이용되는 냉각 롤은 일반적으로 동합금 또는 철합금 등으로 구성된것이다. 또한, 내구성 향상을 위해 냉각 롤의 주위면에 Cr 도금 등의 금속 또는 합금의 표면층을 구비한 것도 알려지고 있다.
그런데, 이러한 냉각 롤은 그 주위면이 높은 열전도성의 금속으로 구성되어 있기 때문에, 급냉리본의 롤면(냉각 롤의 주위면과 접촉되는 측면)과 자유면(롤면과 반대측 면)간에 냉각속도의 차이가 생겨서 이들 면에서 조직차이(결정입경 등의 차이)가 커진다. 이 때문에 급냉리본을 분쇄하여 자석분말로 만들었을 때, 각 자석분말의 자기 특성에 편차가 발생한다. 따라서, 이러한 자석분말을 사용하여 본드자석을 제조하는 경우 만족할만한 자기 특성이 얻어지지 않는다.
본 발명의 목적은 자기 특성이 우수하고 신뢰성이 높은 자석을 제공할 수 있는 리본형 자석재료, 자석분말 및 희토류 본드자석을 제공하는 것이다.
본 발명은 리본형 자석재료, 자석분말 및 희토류 본드자석에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 자석분말에서 나노컴포지트(nanocomposite)조직(매크로 조직)의 일례를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 자석분말에서 나노컴포지트 조직(매크로 조직)의 일례를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 자석분말에서 나노컴포지트 조직(매크로 조직)의 일례를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 4는 자석재료의 제조장치(급냉리본 제조장치)의 구성예를 나타낸 사시도이다.
도 5는 도 4에 예시된 장치에서 용융물이 냉각 롤에 충돌되는 부위의 상태를 나타내는 단면 측면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1…급냉리본 제조장치 2…본체
3…노즐 4…코일
5…냉각 롤 51…기부
52…표면층 53…주위면
6…용융물 7…패들
71…응고계면 8…급냉리본
81…롤면 82…자유면
9A…화살표 9B…화살표
10…소프트 자성상 11…하드 자성상
(1) 본 발명의 제 1 리본형 자석재료는, 희토류 원소와 전이 금속을 포함하는 합금의 용융물을 냉각체에 접촉시켜 수득되고, 그의 구성조직이 소프트 자성상과 하드 자성상을 갖는 복합조직으로 이루어지는 것으로서, 냉각체와 접촉되는 측면인 제 1 면 부근에 있는 상기 하드 자성상의 평균직경을 D1h라 하고, 제 1 면 부근에 있는 상기 소프트 자성상의 평균직경을 D1s라 하며, 제 1 면과 반대측 면인 제 2 면 부근에 있는 상기 하드 자성상의 평균직경을 D2h라 하고, 상기 제 2 면 부근에 있는 상기 소프트 자성상의 평균직경을 D2s라 할 때, 하기 수학식 1 및 2을 만족시킴을 특징으로 한다:
(2) 또한, 하기 수학식 3 및 4중 하나 이상을 만족시키는 것이 바람직하다.
(3) 본 발명의 제 2 리본형 자석재료는, 희토류 원소와 전이 금속을 포함하는 합금의 용융물을 냉각체에 접촉시켜 수득되고, 그의 구성조직이 소프트 자성상과 하드 자성상을 갖는 복합조직으로 이루어지는 것으로서, 상기 냉각체와 접촉되는 측면인 제 1 면 부근에 있는 상기 하드 자성상의 평균직경을 D1h라 하고, 제 1 면 부근에 있는 상기 소프트 자성상의 평균직경을 Dls라 하며, 제 1 면과 반대측 면인 제 2 면 부근에 있는 하드 자성상의 평균직경을 D2h라 하고, 상기 제 2 면 부근에 있는 소프트 자성상의 평균직경을 D2s라 할 때, 하기 수학식 3 및 4중 하나 이상을 만족시킴을 특징으로 한다:
수학식 3
수학식 4
(4) 상기 D1s 및 D2s중 하나 이상이 75nm 이하인 것이 바람직하다.
(5) 상기 D1h 및 D2h중 하나 이상이 75nm 이하인 것이 바람직하다.
(6) 상기 D1h, D2h, D1s 및 D2s가 X선 회절법에 의해 측정되어 구해지는 것이 바람직하다.
(7) 합금 재료중에 B(붕소)을 함유하는 것이 바람직하다.
(8) 합금 재료중에 Al(알루미늄)을 함유하는 것이 바람직하다.
(9) 합금 조성이 Rx(Fel-yC0y)100-x-z-wBzAlw(여기서, R는 1종 이상의 희토류 원소이고, x는 7.1 내지 9.9원자%이며, y는 0 내지 0.30이고, z는 4.6 내지6.8원자%이며, w는 0.02 내지 1.5원자%이다)로 표시되는 것이 바람직하다.
(10) 상기 R이 Nd 및/또는 Pr을 주성분으로 하는 희토류 원소인 것이 바람직하다.
(11) 상기 R이 Pr을 포함하고, 그 비율이 상기 R의 총량을 기준으로 5 내지 75%인 것이 바람직하다.
(12) 상기 R이 Dy를 포함하고, 그 비율이 상기 R의 총량을 기준으로 14% 이하인 것이 바람직하다.
(13) 상기 냉각체에 접촉 후에 열처리가 실시되는 것이 바람직하다.
(14) 상기 냉각체가 냉각 롤인 것이 바람직하다.
(15) 본 발명의 자석분말은 리본형 자석재료를 분쇄하여 수득된 것을 특징으로 한다.
(16) 상기 자석분말은 그 제조과정에서 또는 제조후에 1회 이상 열처리가 실시되는 것이 바람직하다.
(17) 상기 자석분말의 평균직경이 0.5 내지 150㎛인 것이 바람직하다.
(18) 본 발명의 희토류 본드자석은 상기 자석분말을 결합수지로 결합시켜 이루어진 것을 특징으로 한다.
(19) 상기 자석분말의 함량은 75 내지 95.5중량%인 것이 바람직하다.
(20) 보자력 HcJ가 320 내지 720kA/m인 것이 바람직하다.
(21) 자기 에너지곱 (BH)max가 60kJ/㎥ 이상인 것이 바람직하다.
(22) 불가역감자율(초기감자율)의 절대치가 5.7% 이하인 것이 바람직하다.
(23) 다극 착자되거나 예비 다극 착자되는 것이 바람직하다.
(24) 모터에 이용되는 것이 바람직하다.
이하에서는 본 발명의 리본형 자석재료, 자석분말 및 이를 사용한 희토류 본드자석의 실시 형태에 관해서 상세히 설명한다.
[자석재료의 금속조성]
우선, 본 발명에 따른 자석재료의 금속조성에 관해서 설명한다.
본 발명의 리본형(박편 형상) 자석재료 또는 자석분말로는 우수한 자기 특성을 갖는 것이 바람직하고, 그 예로서 R(여기서, R은 Y를 포함하는 희토류 원소 1종 이상이다)과 TM(여기서, TM은 전이 금속 1종 이상이다)을 포함하는 합금, 특히 R, TM 및 B(붕소)을 포함하는 합금을 들 수 있고, 하기 조성 [1] 내지 [3]의 조성이 바람직하다.
[1] Sm을 주성분으로 하는 희토류 원소 및 Co를 주성분으로 하는 전이 금속을 기본성분으로 하는 조성(이하, Sm-Co계 합금이라고 한다);
[2] R(여기서, R은 Y를 포함하는 희토류 원소 1종 이상), Fe를 주성분으로 하는 전이 금속(TM), 및 B를 기본성분으로 포함하는 조성(이하, R-TM-B계 합금이라고 한다);
[3] Sm을 주성분으로 하는 희토류 원소, Fe를 주성분으로 하는 전이 금속 및 N을 주성분으로 하는 격자간 원소를 기본성분으로 하는 조성(이하, Sm-Fe-N계 합금이라고 한다).
Sm-Co계 합금의 대표적인 예로는 SmCo5, Sm2TM17(여기서, TM은 전이 금속)을 들 수 있다.
R-Fe-B계 합금의 대표적인 예로는 Nd-Fe-B계 합금, Pr-Fe-B계 합금, Nd-Pr-Fe-B계 합금, Nd-Dy-Fe-B계 합금, Ce-Nd-Fe-B계 합금, Ce-Pr-Nd-Fe-B계 합금, 이들중 Fe의 일부를 Co 또는 Ni와 같은 다른 전이 금속으로 치환시킨 합금 등을 들 수있다.
Sm-Fe-N계 합금의 대표적인 예로는 Sm2Fe17합금을 질화시켜 제조된 Sm2Fe17N3, TbCu7형상을 주된 상으로 하는 Sm-Zr-Fe-Co-N계 합금을 들 수 있다.
상기 희토류 원소로는 Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, 미쉬(misch) 금속을 들 수 있고, 이들을 1종 또는 2종이상 포함할 수 있다. 또한, 상기 전이 금속의 예로는 Fe, Co, Ni 등을 들 수 있고, 이들을 1종 또는 2종 이상 포함할 수 있다.
이하, 자석재료의 보다 바람직한 금속조성에 관해서 설명한다.
본 발명에서는 특히 Rx(Fel-yC0y)100-x-z-wBzAlw(여기서, R은 1종 이상의 희토류 원소이고, x는 7.1 내지 9.9원자%이며, y는 0 내지 0.30이고, z는 4.6 내지 6.8원자%이며, w는 0.02 내지 1.5원자%이다)로 표시되는 합금조성이 바람직하다.
R(희토류 원소)로는 Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, 미쉬 금속을 들 수 있고, 이들을 1종 또는 2종 이상 포함할 수 있다.
R의 함량(함유율)은 7.1 내지 9.9원자%로 하는 것이 바람직하다. R이 7.1원자% 미만인 경우에는 충분한 보자력이 수득되지 않고, 예컨대 Al를 첨가하는 경우에도 보자력 향상이 적다. 한편, R이 9.9원자%를 초과하는 경우에는 자화 포텐셜이 내려가기 때문에 충분한 자속밀도가 수득되지 않는다.
여기에서, R은 Nd 및/또는 Pr를 주성분으로 하는 희토류 원소인 것이 바람직하다. 그 이유는, 이들 희토류 원소가 복합조직(특히 나노컴포지트 조직)을 구성하는 하드 자성상의 포화자화를 높이고, 자석으로서 양호한 보자력을 실현하는데 유효하기 때문이다.
또한, R은 Pr를 포함하고, 그 비율이 R의 총량을 기준으로 5 내지 75%인 것이 바람직하고, 20 내지 60%인 것이 보다 바람직하다. 이 범위로 포함하는 경우, 잔류자속밀도의 저하가 거의 발생하지 않으며, 보자력 및 각형성을 향상시킬 수 있다.
또한, R은 Dy를 포함하고, 그 비율이 R의 총량을 기준으로 14% 이하인 것이 바람직하다. 이 범위로 포함하는 경우, 잔류자속밀도가 크게 저하되지 않으면서 보자력을 향상시킬 수 있고, 이와 동시에 온도 특성(열적안정성)의 향상도 가능해진다.
Co는 Fe와 동일한 특성을 갖는 전이 금속이다. 상기 Co를 첨가하는 경우(Fe의 일부를 치환시킴에 의함), 퀴리 온도가 높아져서 온도 특성이 향상되지만, Fe에 대한 Co의 치환비율이 0.30를 넘으면 보자력, 자속밀도가 함께저하되는 경향을 나타낸다. Fe에 대한 Co의 치환비율이 0.05 내지 0.20의 범위인 경우에는 온도 특성의 향상 뿐만 아니라 자속밀도 자체도 향상되기때문에 더욱 바람직하다.
B(붕소)은 높은 자기 특성을 수득하는데 유효한 원소이며, 그의 바람직한 함량은 4.6 내지 6.8원자%이다. B가 4.6% 미만인 경우, B-H(J-H) 루프에 있어서 각형성이 불량해진다. 한편, B가 6.8%를 넘으면, 비자성상이 많아져서 자속밀도가 감소한다.
Al은 보자력 향상의 측면에서 유리한 원소이며, 특히 0.02 내지 1.5원자% 범위에서 보자력 향상의 효과가 현저히 나타난다. 또한, 이 범위에서는 보자력 향상에 따라 각형성 및 자기 에너지곱도 향상된다. 또한, 내열성 및 내식성 측면에서도 양호해진다. 단, 전술한 바와 같이, R이 7.1원자% 미만인 경우에는 Al 첨가에 의한 상기 효과가 대단히 적다. 또한, Al이 1.5원자%를 초과하면, 자화가 저하된다.
본 발명의 자석재료는 보자력, 자기에너지곱 등의 자기 특성을 향상시키기 위해서, 또는 내열성, 내식성을 향상시키기 위해서 자석재료에 필요에 따라 A1, Cu, Ga, Si, Ti, V, Ta, Zr, Nb, Mo, Hf, Ag, Zn, P, Ge 등을 함유할 수도 있다.
[복합조직]
또한, 자석재료는 소프트 자성상과 하드 자성상이 존재하는 조직(복합조직)으로 이루어진다.
이 복합조직(나노컴포지트조직)은 소프트 자성상(10)과 하드 자성상(11)이 예컨대 도 1, 도 2 또는 도 3에 예시된 바와 같은 패턴(모델)으로 존재하고, 각 상의 두께 또는 입경은 나노미터 수준(예컨대 1 내지 1OO㎚)이다. 그리고, 소프트 자성상(10)과 하드 자성상(11)은 서로 인접하여 자기적인 교환상호작용을 발생시킨다. 또한, 도 1 내지 도 3에 예시된 패턴은 일례이며, 이들에 한정되는 것이 아니며, 예컨대 도 2에 예시된 패턴에서 소프트 자성상(10)과 하드 자성상(11)이 반대로 되어 있을 수도 있다.
소프트 자성상의 자화는 외부자계의 작용에 의해 용이하게 그 방향을 바꾸기 때문에 하드 자성상에 혼재하는 경우에 시스템 전체의 자화 곡선은 B-H도의 제 2상현에서 단을 갖는 「뱀형 곡선」이 된다. 그러나, 소프트 자성상의 크기가 수십 ㎚ 이하로 충분히 작은 경우에는 소프트 자성체의 자화가 주변 하드 자성체의 자화와 결합하여 충분히 강하게 구속되어, 시스템 전체가 하드 자성체로서 행동하게 된다.
이러한 복합조직(나노컴포지트조직)을 갖는 자석은 주로 이하에 기재된 1) 내지 5)의 특징을 갖는다.
1) B-H 도(J-H 도)의 제 2 상현에서 자화가 가역적으로 스프링백한다(이러한 의미에서 「스프링자석」이라고 한다).
2) 착자성이 양호하여 비교적 낮은 자장에서 착자될 수 있다.
3) 자기 특성의 온도의존성이 하드 자성상 단독에 비해 적다.
4) 자기 특성의 경시 변화가 적다.
5) 미분쇄되는 경우에도 자기 특성이 열화되지 않는다.
전술한 R-TM-B계 합금에 있어서, 하드 자성상 및 소프트 자성상은 예컨대 하기 화합물로 이루어진다.
하드 자성상: R2TM14B계(TM은 Fe 또는 Fe와 Co), 또는 R2TM14BQ계(Q는 Al, Cu, Ga, Si, Ti, V, Ta, Zr, Nb, Mo, Hf, Ag, Zn, P, Ge로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상)
소프트 자성상: TM(특히, α-Fe, α-(Fe, Co)), TM과 Q의 합금상, 또는 TM과 B의 화합물상
[리본형 자석재료의 제조방법]
이하에서는 본 발명의 리본형 자석재료의 제조방법에 관해서 설명한다.
용융된 자석재료(합금)을 냉각체에 접촉시켜 급냉하고 고화하여서 리본형 자석재료(급냉리본 또는 리본이라고 불린다)를 제조한다. 이하에서는 상기 방법의 일례에 관해서 설명한다.
도 4는 단롤을 이용하는 급냉법으로 자석재료를 제조하는 장치(급냉리본 제조장치)의 구성예를 나타낸 사시도이고, 도 5는 도 4에 예시된 장치에 있어서 용융물이 냉각 롤에 충돌되는 부위의 상태를 나타내는 단면 측면도이다.
도 4에 나타낸 바와 같이 급냉리본 제조장치(1)는 자석재료를 수납할 수 있는 본체(2) 및 상기 본체(2)에 대하여 도면의 화살표 9A 방향으로 회전하는 냉각 롤(5)(냉각체)을 구비하고 있다. 본체(2)의 하단에는 자석재료(합금)의 용융물을 사출시키는 노즐(오리피스)(3)이 형성되어 있다.
또한, 본체(2)의 노즐(3) 근방의 외주에 가열용 코일(4)을 배치하고, 이 코일(4)에, 예를 들면 고주파를 인가하여서 본체(2) 내부를 가열(유도가열)하고, 본체(2)내부의 자석재료를 용융 상태로 만든다.
냉각 롤(5)은 기부(51)와 냉각 롤(5)의 주위면(53)을 형성하는 표면층(52)으로 구성되어 있다.
기부(51)의 구성재료는 표면층(52)과 동일한 재질에 의해 일체로 구성되거나, 또는 표면층(52)과는 다른 재질로 구성될 수 있다.
기부(51)의 구성재료는 특별히 한정되지 않지만, 표면층(52)의 열을 보다 빠르게 방산할 수 있도록, 예를 들면 동 또는 동계 합금같은 높은 열전도율의 금속재료로 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 표면층(52)은 열전도율이 기부(51)와 동등하거나 또는 기부(51)보다 낮은 재료로 구성되는 것이 바람직하다. 표면층(52)의 구체예로는 Cr 등의 금속박층 또는 금속산화물층, 또는 세라믹스를 들 수 있다.
세라믹스로는 예컨대, Al2O3, SiO2, TiO2, Ti2O3, ZrO2, Y2O3, 티탄산 바륨, 티탄산 스트론튬과 같은 산화물계 세라믹스, AlN, Si3N4, TiN, BN과 같은 질화물계 세라믹스, 그라파이트, SiC, ZrC, Al4C3, CaC2, WC와 같은 탄화물계 세라믹스, 또는 이들 둘 이상을 임의로 조합한 복합 세라믹스를 들 수 있다.
이러한 급냉리본 제조장치(1)는 챔버(도시하지 않음) 내부에 설치되어 상기 챔버내에서 바람직하게는 불활성 가스 또는 그 밖의 분위기 가스가 충전된 상태로 작동한다. 특히, 급냉리본(8)의 산화를 방지하기 위해서 분위기 가스는, 예컨대 아르곤 가스, 헬륨 가스, 질소 가스와 같은 불활성 가스인 것이 바람직하다.
급냉리본 제조장치(1)에서는 본체(2)내에 자석재료(합금)를 넣고, 코일(4)에 의해 가열용융하고, 상기 용융물(6)을 노즐(3)로부터 토출하고, 도 5에 예시된 바와 같이 용융물(6)이 냉각 롤(5)의 주위면(53)에 충돌하여 패들(용융물)(7)을 형성한 뒤, 회전하는 냉각 롤(5)의 주위면(53)으로 이끌려서 급속히 냉각 및 응고되어서 급냉리본(8)이 연속적으로 또는 단속적으로 형성된다. 이와 같이 형성된 급냉리본(8)은 이어서 그 롤면(81)이 주위면(53)으로부터 분리되어 도 4의 화살표 9B방향으로 진행한다. 또한, 도 5에서 용융물의 응고계면(71)을 점선으로 표시하였다.
냉각 롤(5)의 주속도는 합금 용융물의 조성, 주위면(53)의 용융물(6)에 대한 습윤성 등의 측면에서 바람직한 범위가 다르지만, 자기 특성 향상을 위해서는 보통 1 내지 60m/sec인 것이 바람직하고, 5 내지 40m/sec인 것이 보다 바람직하다. 냉각 롤(5)의 주속도가 너무 늦으면 급냉리본(8)의 부피유량(단위시간당에 토출되는 용융물의 부피)에 의해 급냉리본(8)의 두께(t)가 두껍게 되어 결정 입경이 증대하는 경향을 나타내고, 반대로 냉각 롤(5)의 주속도가 지나치게 빠르면 대부분이 비정질 조직으로 이루어지므로, 어느 경우에도 후속적인 열처리 실시에 의해 자기 특성이 향상되지 않는다.
또한, 수득된 급냉리본(8)에 대해서는 예컨대, 비정질 조직의 재결정화의 촉진, 조직의 균질화를 위해서 1회 이상 열처리를 실시할 수도 있다. 이러한 열처리의 조건은 예를 들면, 400 내지 900℃에서 0.5 내지 300분 정도일 수 있다.
또한, 이러한 열처리는 산화를 방지하기 위해서 진공 또는 감압 상태하(예컨대 1 x 1O-1내지 1 x 1 O-6Torr), 또는 질소 가스, 아르곤 가스 또는 헬륨 가스 등와 불활성 가스와 같은 비산화성 분위기중에서 실시하는 것이 바람직하다.
이상과 같은 제조방법에 의해 수득된 급냉리본(리본형 자석재료)(8)는 미세결정조직, 또는 미세결정이 무정질 조직중에 포함되어 이루어진 조직으로 되어 우수한 자기 특성이 얻어진다.
이와 같이 수득된 급냉리본(8)은 롤면(냉각체와 접촉되는 측의 제 1 면)(81) 부근에 있는 하드 자성상(주상)의 평균결정직경을 Dlh라 하고, 롤면(81) 부근에 있는 소프트 자성상의 평균결정직경을 D1s라 하며, 자유면(82) 부근에 있는 하드 자성상의 평균결정직경을 D2h라 하고, 자유면(82) 부근에 있는 소프트 자성상의 평균결정직경을 D2s라 할 때, 하기 수학식 1 및 2를 만족시키는 것이 바람직하다:
수학식 1
수학식 2
D1s / D1h ≤ 0.9인 경우, 롤면(81) 측에서 주상인 하드 자성상과의 결정입자간의 상호작용에 의해 소프트 자성상의 저자계에서의 자화반전이 억제되어, 우수한 자기 특성이 얻어진다.
또한, D2s / D2h ≤ 0.8인 경우, 자유면(82) 측에서 주상인 하드 자성상과의 결정입자간의 상호작용에 의해 소프트 자성상의 저자계에서의 자화반전이 억제되어 우수한 자기 특성이 얻어진다.
또한, 수학식 1 및 2 둘다를 만족시킴으로써 전체적으로 균일하고 우수한 자기 특성을 갖는 자석재료가 얻어진다. 보다 상세히 설명하면, 급냉리본(8)으로부터 자석분말을 제조하고, 또한 상기 자석분말을 사용하여 본드자석을 제조한 경우, 높은 자기에너지곱 (BH)max이 얻어지고, 또한 이력현상(hysteresis) 루프에서 각형성이 양호하여서, 그 결과 불가역감자율의 절대치가 작아지므로 자석 신뢰성이 향상된다.
여기에서, D1s / D1h의 상한치가 0.9인 반면, D2s / D2h의 상한치는 0.8이어서 서로 다르다. 그 이유는, 롤면(81)측에 비하여 자유면(82)측에서는 하드 자성상 및 소프트 자성상의 결정직경이 함께 커지는 경향을 나타내지만, 이러한 결정의 대형화 경향은 하드 자성상과 소프트 자성상에서 서로 상이함을 본 발명자가 발견하고, 그 결과 높은 자기 특성을 발휘할 수 있는 상한치를 반복 실험하여 구한 것이다.
따라서, D1s / Dlh의 상한치로서 보다 바람직한 값은 0.8이며, D2s / D2h의 상한치로서 보다 바람직한 값은 0.75이다. 이에 따라, 더욱 높은 자기 특성이 얻어진다.
또한, 하기 수학식 3 및 4중 하나 이상을 만족시키는 것이 바람직하고, 둘다를 만족시키는 것이 보다 바람직하다.
수학식 3
수학식 4
전술한 바와 같이, 롤면(81)측에 비해 자유면(82)측에서는 하드 자성상 및 소프트 자성상의 결정직경이 함께 커지는 경향을 나타내기 때문에 Dlh / D2h의 상한치 및 D1s / D2s의 상한치는 모두 1이 된다.
또한, D1h / D2h 또는 D1s / D2s가 0.5 이상인 경우, 롤면(81)과 자유면(82)에서 하드 자성상과 소프트 자성상의 결정직경의 차이가 적고, 그 결과 자기 특성이 균일하여 전체적으로 우수한 자기 특성이 얻어진다. 보다 상세히 설명하면, 급냉리본(8)으로부터 자석분말을 제조하고, 또한 상기 자석분말을 사용하여 본드자석을 제조한 경우, 높은 자기에너지곱(BH)max이 얻어지는 동시에 이력현상 루프에서 각형성이 양호하게 되어, 그 결과 불가역감자율의 절대치가 작아지기 때문에 자석 신뢰성도 또한 향상된다.
D1s 및 D2s 값은 특별히 한정되지 않지만, Dls 및 D2s중 하나 이상(바람직하게는 둘다)이 75nm 이하인 것이 바람직하고, 50nm 이하인 것이 보다 바람직하다. 이 범위에 있는 경우, 특히 잔류자속밀도 및 각형성이 향상된다.
또한, Dlh 및 D2h 값은 특별히 한정되지 않지만, D1h 및 D2h중 하나 이상(바람직하게는 둘다)이 75nm 이하인 것이 바람직하고, 50 nm 이하인 것이보다 바람직하다. 이 범위에 있는 경우, 특히 보자력 및 각형성이 향상된다.
또한, D1s, D1h, D2s 및 D2h의 측정방법은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 다음과 같은 X선 회절법으로 측정할 수 있다.
급냉리본(8)의 롤면(81)과 자유면(82) 각각에 있어서, X선 회절을 실시하여 하드 자성상의 회절 피크와 소프트 자성상의 회절 피크를 구한다. 또한, 하드 자성상의 특정한 회절면의 회절 피크와 소프트 자성상의 특정한 회절면의 회절 피크에 있어서, 회절각 2θ 및 반값폭 β을 구하고, 이들 θ 및 β를 하기 수학식 5에 대입하여, 결정직경(D)(D1s, D1h, D2s 및 D2h)를 구한다:
(여기서, λ= 0.154 nm)
상기 X선 회절법은 하드 자성상 및 소프트 자성상의 결정직경을 간단하고도 정확하게 구할 수 있다.
또한, 이상에서는 냉각체로서 냉각 롤을 사용하는 단롤법을 예로 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 예컨대 회전 디스크법, 용융-추출법같은 그 밖의 냉각체를 사용하는 제조방법에도 적용된다.
[자석분말의 제조방법]
이상과 같은 급냉리본(8)을 분쇄하여서 본 발명의 자석분말이 수득된다. 분쇄 방법은 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 볼-밀, 진동 밀, 제트 밀, 핀 밀 등의 각종 분쇄장치 또는 파쇄장치를 이용하여 실시할 수 있다. 이 경우, 분쇄는 산화를 방지하기 위해서 진공 또는 감압 상태하(예컨대 1 × 10-1내지 1 × 1O-6Torr), 또는 질소 가스, 아르곤 가스, 헬륨 가스 등의 불활성 가스와 같은 비산화성 분위기속에서 실시할 수 있다.
자석분말의 평균직경은 특별히 한정되지 않지만, 후술되는 등방성 희토류 본드자석을 제조하기 위한 경우, 자석분말의 산화방지 및 분쇄에 의한 자기 특성 열화 방지를 고려하여 0.5 내지 150㎛ 정도가 바람직하고, 0.5 내지 80㎛ 정도가 보다 바람직하고, 1 내지 50㎛ 정도가 더욱 바람직하다.
또한, 본드자석의 성형시 보다 양호한 성형성을 수득하기 위해서, 자석분말의 입경분포가 어느 정도 분산되는(편차가 있는) 것이 바람직하다. 이에 따라, 수득된 본드자석의 공극율을 저감할 수가 있고, 그 결과 본드자석중의 자석분말의 함량을 동일하게 하였을 때 본드자석의 밀도 또는 기계적 강도를 보다 높일 수 있어서 자기 특성을 더욱 향상시킬 수가 있다.
또한, 수득된 자석분말에 대하여는 예컨대, 분쇄에 의해 도입된 변형 영향의 제거, 결정직경의 제어를 목적으로 열처리를 실시할 수도 있다. 이러한 열처리 조건은 예컨대, 350 내지 850℃에서 0.5 내지 300분 정도일 수 있다.
또한, 상기 열처리는 산화를 방지하기 위해서 진공 또는 감압 상태하(예컨대 1 x 1O-1내지 1 x 1O-6Torr), 또는 질소 가스, 아르곤 가스, 헬륨 가스 등의 불활성 가스와 같은 비산화성 분위기속에서 실시하는 것이 바람직하다.
이상과 같은 자석분말을 사용하여 본드자석을 제조한 경우, 이와 같은 자석분말은 결합수지와의 결합성(결합수지의 습윤성)이 양호하기 때문에 이 본드자석은 기계적 강도가 높고, 열안정성(내열성) 및 내식성이 우수하다. 따라서, 상기 자석분말은 본드자석의 제조에 적합한다.
[본드자석 및 그의 제조방법]
이하에서는 본 발명의 희토류 본드자석(이하에서는 간단히 「본드자석」이라고 한다)에 관해서 설명한다.
본 발명의 본드자석은 전술한 자석분말을 결합수지로 결합시켜 이루어진 것이다. 결합수지(바인더)로는 열가소성수지 및 열경화성 수지중 임의의 것일 수 있다.
열가소성 수지로는 예를 들면, 폴리아미드(예: 나일론6, 나일론46, 나일론66, 나일론610, 나일론612, 나일론11, 나일론12, 나일론6-12, 나일론6-66), 열가소성 폴리이미드, 방향족 폴리에스테르와 같은 액정 폴리머, 폴리페닐렌 옥사이드, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-초산비닐공중합체와 같은 폴리올레핀, 변성폴리올레핀, 폴리카보네이트, 폴리메틸메타아크릴레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트와 같은 폴리에스테르, 폴리에테르, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르이미드, 폴리아세탈 등, 또는 이들을 주성분으로 하는 공중합체, 블렌드체, 폴리머 합금 등을 들 수 있고, 이들의 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
이들 중에서도 성형성이 특히 우수하고, 기계적 강도가 높은 측면에서 폴리아미드, 내열성 향상의 측면에서 액정폴리머, 폴리페닐렌술퍼이드를 주성분으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 이들 열가소성 수지는 자석분말과의 혼련성 측면에서도 우수하다.
이러한 열가소성 수지는 그 종류, 공중합화 등에 의해, 예컨대 성형성을 중시한 것 또는 내열성, 기계적 강도를 중시한 것과 같이 광범위한 선택이 가능하다는 이점이 있다.
한편, 열경화성 수지의 예로는 비스페놀형, 노볼락형, 나프탈렌계 등의 각종 에폭시 수지, 페놀 수지, 우레아 수지, 멜라민 수지, 폴리에스테르(불포화 폴리에스테르) 수지, 폴리이미드 수지, 실리콘 수지, 폴리우레탄 수지 등을 들 수 있고, 이들을 1종 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
이들 중에서도 성형성이 특히 뛰어나고 기계적 강도가 높으며 내열성이 우수하다는 측면에서 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리이미드 수지, 실리콘 수지가 바람직하고, 에폭시 수지가 특히 바람직하다. 또한, 이들의 열경화성 수지는 자석분말과의 혼련성 및 혼련 균일성 측면에서도 우수하다.
또한, 사용되는 열경화성 수지(미경화)는 실온에서 액상 또는 고형(분말상)일 수 있다.
이러한 본 발명의 본드자석은 예컨대 다음과 같이 제조된다. 자석분말, 결합수지, 및 필요시에 첨가제(산화방지제, 윤활제 등)를 포함하는 본드자석용 조성물(콤파운드)을 제조하고, 이 본드자석용 조성물을 사용하여 압축성형(프레스성형), 압출성형, 사출성형 등의 성형방법에 의해, 무자장 중에서 목적하는 자석 형상으로 성형한다. 결합수지가 열경화성 수지인 경우에는 성형후에 가열 등에 의해 경화한다.
여기에서, 상기 3종의 성형방법중에서 압출성형 및 사출성형(특히, 사출성형)은 형상 선택의 자유도가 넓고, 생산성이 높은 이점이 있지만, 상기 성형방법으로 양호한 성형성을 얻기 위해서는 성형기내에 있는 콤파운드의 충분한 유동성이 확보되어야 하므로 압축 성형에 비해 자석분말의 함량을 많게 할 수가 없어 본드자석을 고밀도화할 수 없다. 그러나, 본 발명에서는 후술하는 바와 같이 높은 자속밀도가 얻어지고, 그 결과 본드자석을 고밀도화하지 않더라도 뛰어난 자기 특성이 얻어지므로 압출성형 또는 사출성형에 의해 제조되는 본드자석도 상기 이점을 가질 수 있다.
본드자석중의 자석분말의 함량(함유율)은 특별히 한정되지 않으나, 일반적으로는 성형방법, 또는 성형성과 높은 자기 특성과의 양립성을 고려하여 결정된다. 구체적으로, 75 내지 99.5중량% 정도인 것이 바람직하고, 85 내지 97.5중량% 정도인 것이 보다 바람직하다.
특히, 본드자석이 압축성형에 의해 제조되는 경우, 자석분말의 함량은 90 내지 99.5중량% 정도인 것이 바람직하고, 93 내지 98.5중량% 정도인 것이 보다 바람직하다.
또한, 본드자석이 압출성형 또는 사출성형에 의해 제조되는 경우, 자석분말의 함량은 75 내지 98중량% 정도인 것이 바람직하고, 85 내지 97중량% 정도인 것이 보다 바람직하다.
본드자석의 밀도(ρ)는 포함되어 있는 자석분말의 비중, 자석분말의 함량 또는 공극률과 같은 요인에 의해 결정된다. 본 발명의 본드자석에 있어서, 밀도(ρ)는 특별히 한정되지 않지만, 5.3 내지 6.6g/㎤ 정도인 것이 바람직하고, 5.5 내지 6.4g/㎤ 정도인 것이 보다 바람직하다.
본 발명에서는 자석분말의 자속밀도 및 보자력이 크기 때문에, 본드자석으로 성형된 경우에 자석분말의 함량이 많은 경우는 물론이고, 함량이 비교적 적은 경우에도 우수한 자기 특성(특히, 높은 자기에너지곱, 높은 보자력)이 얻어진다.
본 발명의 본드자석의 형상, 치수 등은 특별히 한정되지 않으며, 예컨대, 형상에 대해서는 예컨대, 원주상, 각주상, 원통상(링상), 원호상, 평판상, 만곡판상과 같은 모든 형상이 가능하고, 그 크기도 대형으로부터 초소형까지 모든 크기가 가능하다. 특히, 소형화, 초소형화 자석에 유리하다는 것이 본 명세서에서 자주 언급되고 있다.
본 발명의 본드자석은 보자력(실온에서의 고유보자력) HcJ가 320 내지 720 kA/m 정도인 것이 바람직하고, 400 내지 640 kA/m 정도인 것이 보다 바람직하다. 보자력이 상기 하한치 미만인 경우에는 모터의 용도에 따라 반대자장이 걸렸을 때 감자가 현저하게 되고, 또한 고온에서의 내열성이 뒤떨어진다. 또한, 보자력이 상기 상한치를 넘으면 착자성이 저하된다. 따라서, 보자력 HcJ이 상기 범위인 경우에는 본드자석(특히, 원통상자석)에 다극 착자될 때 충분한 착자자장이 얻어질 수 있고, 양호한 착자가 가능해져서 충분한 자속밀도가 얻어지므로 고성능인 본드자석, 특히 모터용 본드자석을 제공할 수 있다.
본 발명의 본드자석은 자기에너지곱 (BH)max가 60 kJ/㎥ 이상인 것이 바람직하고, 65 kJ/㎥ 이상인 것이 보다 바람직하며, 70 내지 130 kJ/㎥인 것이 더욱 바람직하다. 자기에너지곱 (BH)max가 60 kJ/㎥ 미만인 경우에 모터용으로 사용하면, 그 종류 및 구조에 따라 충분한 토크가 수득되지 않는다.
본 발명의 본드자석은 불가역감자율(초기감자율)의 절대치가 5.7% 이하인 것이 바람직하고, 4.4% 이하인 것이 보다 바람직하며, 3.2% 이하인 것이 더욱 바람직하다. 이에 따라, 열적안정성(내열성)이 뛰어난 본드자석이 수득된다.
본 발명의 본드자석의 형상 및 치수는 특별히 한정되지 않으며, 형상에 관해서는 예컨대, 원주상, 각주상, 원통상(링상), 원호상, 평판상, 만곡판상 등의 모든 형상이 가능하고, 그 크기도 대형으로부터 초소형까지 모든 크기가 가능하다.
이러한 측면에서, 본 발명의 본드자석은 예비 다극 착자되거나 다극 착자되는 것이 바람직하다.
실시예 1
이하에 기재된 방법으로 합금조성이(Nd0.7Pr0.25Dy0.05)8.7FebalCo7.0B5.6Al0.5(이하, 「조성 A」라고 한다)의 급냉리본(리본형 자석재료)을 얻었다.
우선, Nd, Pr, Dy, Fe, Co, B, A 1의 각 원료를 칭량하여 모합금 잉곳을 부어 제조하고, 이 잉곳으로부터 약 15g의 샘플을 절단하였다.
도 4 및 도 5에 예시된 구성의 급냉리본 제조장치를 준비하고, 바닥부에 노즐(원형 오리피스: 직경 1O㎜)을 갖는 석영관내에 상기 샘플을 넣었다. 급냉리본 제조장치(1)가 수납되어 있는 챔버 내부를 탈기한 뒤, 불활성 가스(Ar 가스)를 도입하여 목적하는 온도 및 압력의 분위기로 만들었다.
냉각 롤(5)로는 동제의 기부(51) 외주에, 스퍼터링에 의해 평균 두께 8μm의Al2O3로 된 표면층(52)이 형성된 것(롤 반경: 100 mm)을 이용하였다.
그 후, 석영관 내부의 잉곳 샘플을 고주파 유도 가열에 의해 용해하고, 또한 용융물의 분사압(석영관의 내압과 분위기압간의 차이)을 40kPa으로 조정하고, 용융물을 냉각 롤의 주위면쪽으로 분사하여 급냉리본(평균 두께 t: 약 30㎛, 평균 폭 W: 약 2㎜)을 수득하였다.
이 때, 냉각 롤의 주속도를 10 내지 22m/sec의 범위에서 변화시키는 동시에, 챔버내의 분위기압을 13 내지 75kPa의 범위에서 변화시켜서 제1번 내지 제5번으로 이루어진 5종의 급냉리본 샘플을 제조하였다.
수득된 각 급냉리본의 롤면 및 자유면에 대하여 각각 편향계에 의한 X선 회절시험을 실시하였다. X선 타겟은 Cu로 하였다. 이 경우, 측정 X선 파장은 λ= 0.154㎚ 이었다. 측정시에는 모노클로미터를 이용하여 회절각 2θ = 20°내지 60°의 범위에서 X선 회절을 실시하였다.
측정 결과, 하드 자성상인 R2(Fe·Co)14B1형상과 소프트 자성상인 α-(Fe, Co) 형상의 회절 피크가 확인되고, 투과형 전자 현미경(TEM)에 의한 관찰 결과로부터 나노컴포지트조직(복합조직)을 형성하고 있는 것이 확인되었다.
수득된 X선 프로필로부터 백그라운드를 제거한 후, 하드 자성상(224) 의 회절면의 회절 피크와 소프트 자성상(110)의 회절면의 회절 피크에 대한 회절각 2θ 및 반값폭 β을 구하고, 이 θ 및 β을 상기 수학식 5에 대입하여 결정직경 D1s, D1h, D2s 및 D2h를 구하였다.
상기 값으로부터, D1s/D1h, D2s/D2h, Dlh/D2h 및 D1s/D2s를 구하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
표 1중에서 샘플 제1번 내지 제4번이 본 발명의 실시예이며, 샘플 제5번이 비교예이다. 또한, Dls, Dlh, D2s 및 D2h의 값은 샘플 제5번을 제외하고는 모두 50㎚ 이하이었다.
또한, 샘플 제1번 내지 제5번의 각 급냉리본에 대하여 진동시료형 자력계(VSM)에 의해 자기 특성(보자력 HcJ, 자기에너지곱(BH)max)을 측정하였다. 또한, 측정시에 반자계보정은 실시하지 않았다.
측정 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
급냉리본
샘플번호 D1s/D1h D2s/D2h D1h/D2h D1s/D2s HcJ[kA/m] (BH)max[kJ/㎥]
1 0.82 0.75 0.88 0.96 554.2 155.0
2 0.78 0.69 0.76 0.85 561.5 153.6
3 0.72 0.64 0.68 0.77 530.8 147.2
4 0.63 0.56 0.58 0.65 502.7 139.4
5 0.92 0.86 0.45 0.48 365.2 97.9
표 1로부터 명백해지는 바와 같이, 본 발명의 급냉리본인 샘플 제1번 내지 제4번은 모두 뛰어난 자기 특성(HcJ및(BH)max)을 발휘하는데 반해, 비교예인 샘플 제5번은 자기 특성이 뒤떨어진다.
실시예 2
샘플 제1번 내지 제5번의 각 급냉리본을 조분쇄한 뒤, Ar 가스 분위기속에서700℃ × 300sec로 열처리를 실시하여 조성 A의 자석분말을 수득하였다.
이후, 입도 조정을 위해 상기 자석분말을 분쇄기(라이가이 기계)에 의해 아르곤 가스중에서 분쇄하여 평균직경 40㎛의 자석분말로 만들었다.
상기 자석분말, 에폭시 수지(결합수지), 소량의 하이드라진계 산화방지제를 혼합 및 혼련하여 본드자석용 조성물(콤파운드)를 제조하였다.
이어서, 이 콤파운드를 분쇄하여 입상으로 만들고, 이 입상물을 칭량하여 프레스 장치의 금형내에 충전한 후, 압력 7ton/㎠으로 압축성형(무자장)하여서 성형체를 수득하였다.
이형 후에 가열에 의해 에폭시 수지를 경화시켜서(경화 처리), 지름 1O㎜ φ × 높이 7㎜ 원주상의 등방성 희토류 본드자석을 수득하였다. 각 본드자석에 있어서 자석분말의 함량은 98.0중량%, 밀도 ρ는 6.2g/㎤이었다.
수득된 5종의 본드자석을 100℃ × 1시간의 환경하에 유지시킨 뒤, 실온으로 복귀시켜서 불가역감자율(초기감자율)을 조사하였다. 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
수득된 5종의 본드자석을 자장강도 3.2 MA/m에서 펄스 착자시킨 뒤, 직류자기 자속계를 사용하여 최대 인가자장 2.0 MA/m에서 자기 특성(잔류자속밀도 Br, 보자력 HcJ, 자기에너지곱 (BH)max)을 측정하였다. 측정시의 온도는 23℃(실온)이었다. 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
또한, 각 본드자석을 100℃ × 1시간의 환경하에 유지시킨 뒤, 실온으로 복귀시켜서 불가역감자율(초기감자율)을 조사하였다. 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
본드자석
샘플번호 Br[T] HcJ[kA/m] (BH)max[kJ/㎥] 불가역감자율[%]
1 0.87 553.6 107.2 -2.7
2 0.85 560.2 106.3 -3.0
3 0.82 529.7 101.9 -3.9
4 0.79 501.9 96.5 -5.0
5 0.71 363.2 59.8 -5.9
표 2로부터 명백해진 바와 같이, 샘플 제1번 내지 제4번의 자석재료로부터 수득된 본드자석은 모두 뛰어난 자기 특성(Br, HcJ및 (BH)max)을 발휘하는 동시에, 불가역감자율의 절대치가 5.0% 이하로 낮고, 열적안정성(내열성)도 우수하였다.
이에 비하여, 비교예인 샘플 제5번의 자석재료로부터 수득된 본드자석은 자기 특성이 뒤떨어지고, 불가역감자율이 -5.9%로 그 절대치가 크며 열적안정성도 낮았다.
실시예 3
샘플 제1번 내지 제5번의 자석재료를 사용하여 실시예 2와 동일하게 처리하여서 외경 22㎜ φ × 내경 20㎜ φ × 높이 4㎜의 원통상(링상)의 등방성 희토류 본드자석을 제조하고, 수득된 각 본드자석을 8극에 다극착자하였다. 착자시에 착자 코일에 흐르는 전류값은 16kA이었다.
또한, 이 때에 착자율 90%을 달성하는데 요구되는 착자자계의 크기는 비교적작아서 착자성이 양호하였다.
이와 같이 하여 착자된 각 본드자석을 모터 자석으로 이용하고, CD-R0M용 스핀들 모터를 조립하였다.
각 CD-ROM용 스핀들 모터에 있어서, 모터를 1000rpm으로 회전시켰을 때 전선코일에 발생한 역기전압을 측정하였다. 그 결과, 샘플 제5번에 의한 본드자석을 사용한 모터는 전압이 0.80 V인데 반해, 샘플 제1번 내지 제4번에 의한 본드자석을 사용한 모터는 0.96V 및 20% 이상 높은 값이 얻어졌다.
그 결과, 본 발명의 본드자석을 이용하면 고 성능의 모터가 제조될 수 있음이 확인되었다.
본드자석을 압출성형하여 제조하는 것 이외에는 상기 실시예 1 내지 3과 동일한 방식으로 본 발명의 본드자석 및 모터를 제조하여 성능평가를 한 바, 상기와 동일한 결과가 얻어졌다.
본드자석을 사출성형하여 제조하는 것 이외에는 상기 실시예 1 내지 3과 동일한 방식으로 본 발명의 본드자석 및 모터를 제조하여 성능평가를 한 바, 상기와 동일한 결과가 얻어졌다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 의해 다음과 같은 효과가 얻어진다.
·자석재료가 소프트 자성상과 하드 자성상을 갖는 복합조직으로 구성되고, 또한 그 성상 및 특성이 균일하기 때문에 자화가 높고, 뛰어난 자기 특성을 발휘한다. 특히, 고유보자력과 각형성이 개선된다.
·불가역감자율의 절대치가 작고, 열적안정성(내열성)이 뛰어나다.
·높은 자속밀도가 얻어져서 등방성인 경우에도 고자기 특성을 갖는 본드자석이 얻어진다. 특히, 종래의 등방성 본드자석에 비해, 보다 작은 부피의 본드자석에서 동등 이상의 자기성능을 발휘할 수 있기 때문에, 보다 소형으로 고성능의 모터를 수득할 수 있다.
·또한, 높은 자속밀도가 얻어질 수 있으므로 본드자석의 제조시에 고 밀도화를 추구하지 않더라도 충분히 높은 자기 특성을 얻을 수 있고, 그 결과, 성형성 향상과 동시에 치수정밀도, 기계적 강도, 내식성, 열적 안정성 등의 향상이 달성되고, 신뢰성이 높은 본드자석을 용이하게 제조할 수 있다.
·착자성이 양호하기 때문에, 보다 낮은 착자자장에서 착자할 수가 있고, 특히 다극착자 등을 용이하고 확실하게 실시할 수 있으며, 또한 높은 자속밀도를 얻을 수 있다.
·고밀도화를 요구하지 않기 때문에, 압축성형법에 비해 고밀도의 성형이 곤란한 압출성형법 또는 사출성형법에 의한 본드자석의 제조에도 적합하고, 이러한 성형방법으로 성형된 본드자석에서도 전술한 바와 같은 효과가 얻어진다. 따라서, 본드자석의 성형방법의 선택의 폭, 또한 이에 따른 형상선택의 자유도가 넓어진다.
본 발명의 본드자석은 소형으로 고성능 모터에 적용할 수가 있다.

Claims (45)

  1. 희토류 원소와 전이 금속을 포함하는 합금의 용융물을 냉각체에 접촉시켜 수득되고, 그의 구성조직이 소프트 자성상과 하드 자성상을 갖는 복합 조직으로 이루어진 리본형 자석 재료에 있어서,
    상기 냉각체와 접촉되는 측면인 제 1 면 부근에 있는 상기 하드 자성상의 평균직경을 D1h라 하고, 상기 제 1 면 부근에 있는 상기 소프트 자성상의 평균직경을 D1s라 하며, 상기 제 1 면과 반대측 면인 제 2 면 부근에 있는 상기 하드 자성상의 평균직경을 D2h라 하고, 상기 제 2 면 부근에 있는 상기 소프트 자성상의 평균직경을 D2s라 할 때, 하기 수학식 1 및 2을 만족시킴을 특징으로 하는 리본형 자석 재료:
    수학식 1
    수학식 2
  2. 제 1 항에 있어서,
    하기 수학식 3 및 4중 하나 이상을 만족시키는 리본형 자석 재료:
    수학식 3
    수학식 4
  3. 희토류 원소와 전이 금속을 포함하는 합금의 용융물을 냉각체에 접촉시켜 수득되고, 그의 구성조직이 소프트 자성상과 하드 자성상을 갖는 복합 조직으로 이루어진 리본형 자석 재료에 있어서,
    상기 냉각체와 접촉되는 측면인 제 1 면 부근에 있는 상기 하드 자성상의 평균직경을 D1h라 하고, 상기 제 1 면 부근에 있는 상기 소프트 자성상의 평균직경을 D1s라 하며, 상기 제 1 면과 반대측 면인 제 2 면 부근에 있는 상기 하드 자성상의 평균직경을 D2h라 하고, 상기 제 2 면 부근에 있는 상기 소프트 자성상의 평균직경을 D2s라 할 때, 하기 수학식 3 및 4를 만족시킴을 특징으로 하는 리본형 자석 재료:
    수학식 3
    수학식 4
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 D1s 및 D2s중 하나 이상이 75㎚ 이하인 리본형 자석 재료.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 D1h 및 D2h중 하나 이상이 75㎚ 이하인 리본형 자석 재료.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 D1h, D2h, D1s 및 D2s가 X선 회절법에 의해 측정되어 구해지는 것인 리본형 자석 재료.
  7. 제 1 항에 있어서,
    합금 재료중에 B(붕소)를 함유하는 리본형 자석 재료.
  8. 제 1 항에 있어서,
    합금 재료중에 Al(알루미늄)를 함유하는 리본형 자석 재료.
  9. 제 1 항에 있어서,
    합금 조성이 Rx(Fe1-yCoy)100-x-z-wBzAlw(여기서, R은 1종 이상의 희토류 원소이고, x는 7.1 내지 9.9원자%이며, y는 0 내지 0.30이고, z는 4.6 내지 6.8원자%이며, w는 0.02 내지 1.5원자%이다)로 표시되는 리본형 자석 재료.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 R이 Nd 및/또는 Pr을 주성분으로 하는 희토류 원소인 리본형 자석 재료.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 R이 Pr을 포함하고, 그 비율이 상기 R의 총량을 기준으로 5 내지 75%인 리본형 자석 재료.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 R이 Dy를 포함하고, 그 비율이 상기 R의 총량을 기준으로 14% 이하인 리본형 자석 재료.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각체에 접촉 후에 열처리가 실시된 것인 리본형 자석 재료.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각체가 냉각 롤인 리본형 자석 재료.
  15. 제 1 항에 기재된 리본형 자석 재료를 분쇄하여 수득되는 자석 분말.
  16. 제 1 항에 있어서,
    제조 과정에서 또는 제조후에 1회 이상 열처리가 실시된 것인 자석 분말.
  17. 제 15 항에 있어서,
    평균 입경이 0.5 내지 150㎛인 자석 분말.
  18. 제 15 항에 따른 자석 분말을 결합 수지로 결합시켜 이루어진 희토류 본드 자석.
  19. 제 18 항에 있어서,
    자석분말의 함량이 75 내지 99.5중량%인 희토류 본드 자석.
  20. 제 15 항에 있어서,
    320 내지 720kA/m의 보자력(HcJ)을 갖는 희토류 본드 자석.
  21. 제 18 항에 있어서,
    60kJ/㎥의 자기 에너지곱 (BH)max를 갖는 희토류 본드 자석.
  22. 제 18 항에 있어서,
    5.7% 이하의 불가역감자율(초기감자율)의 절대치를 갖는 희토류 본드 자석.
  23. 제 18 항에 있어서,
    다극 착자되거나 예비 다극 착자된 희토류 본드 자석.
  24. 제 18 항에 있어서,
    모터에 이용되는 희토류 본드 자석.
  25. 제 3 항에 있어서,
    상기 D1s 및 D2s중 하나 이상이 75㎚ 이하인 리본형 자석 재료.
  26. 제 3 항에 있어서,
    상기 D1h 및 D2h중 하나 이상이 75㎚ 이하인 리본형 자석 재료.
  27. 제 3 항에 있어서,
    상기 D1h, D2h, D1s 및 D2s가 X선 회절법에 의해 측정되어 구해지는 것인 리본형 자석 재료.
  28. 제 3 항에 있어서,
    합금 재료중에 B(붕소)를 함유하는 리본형 자석 재료.
  29. 제 3 항에 있어서,
    합금 재료중에 Al(알루미늄)를 함유하는 리본형 자석 재료.
  30. 제 3 항에 있어서,
    합금 조성이 Rx(Fe1-yCoy)100-x-z-wBzAlw(여기서, R은 1종 이상의 희토류 원소이고, x는 7.1 내지 9.9원자%이며, y는 0 내지 0.30이고, z는 4.6 내지 6.8원자%이며, w는 0.02 내지 1.5원자%이다)로 표시되는 리본형 자석 재료.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 R이 Nd 및/또는 Pr을 주성분으로 하는 희토류 원소인 리본형 자석 재료.
  32. 제 30 항에 있어서,
    상기 R이 Pr을 포함하고, 그 비율이 상기 R의 총량을 기준으로 5 내지 75%인 리본형 자석 재료.
  33. 제 30 항에 있어서,
    상기 R이 Dy를 포함하고, 그 비율이 상기 R의 총량을 기준으로 14% 이하인 리본형 자석 재료.
  34. 제 3 항에 있어서,
    상기 냉각체에 접촉 후에 열처리가 실시된 것인 리본형 자석 재료.
  35. 제 3 항에 있어서,
    상기 냉각체가 냉각 롤인 리본형 자석 재료.
  36. 제 3 항에 기재된 리본형 자석 재료를 분쇄하여 수득되는 자석 분말.
  37. 제 3 항에 있어서,
    제조 과정에서 또는 제조후에 1회 이상 열처리가 실시된 것인 자석 분말.
  38. 제 36 항에 있어서,
    평균 입경이 0.5 내지 150㎛인 자석 분말.
  39. 제 36 항에 따른 자석 분말을 결합 수지로 결합시켜 이루어진 희토류 본드 자석.
  40. 제 39 항에 있어서,
    자석분말의 함량이 75 내지 99.5중량%인 희토류 본드 자석.
  41. 제 39 항에 있어서,
    320 내지 720kA/m의 보자력(HcJ)을 갖는 희토류 본드 자석.
  42. 제 39 항에 있어서,
    60kJ/㎥의 자기 에너지곱 (BH)max를 갖는 희토류 본드 자석.
  43. 제 39 항에 있어서,
    5.7% 이하의 불가역감자율(초기감자율)의 절대치를 갖는 희토류 본드 자석.
  44. 제 39 항에 있어서,
    다극 착자되거나 예비 다극 착자된 희토류 본드 자석.
  45. 제 39 항에 있어서,
    모터에 이용되는 희토류 본드 자석.
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