KR100603051B1 - 자성 금속 분말의 제조방법 및 자성 금속 분말 - Google Patents

Abstract

종래 존재하지 않았던 신규한 자성 금속 분말을 제공한다.

자성 금속 산화물 분말을 환원 가스로 되는 캐리어 가스에 의해 가열로에 공급한다. 가열로내의 온도는 자성 금속 산화물 분말의 환원 개시 온도 이상, 또한 해당 자성 금속의 융점 이상의 온도로 유지되고 있다. 자성 금속 산화물 분말은 환원 처리되고, 환원 처리에 의한 생성물인 자성 금속 입자는 그 후 용융하여 구형상의 용융물이 얻어진다. 용융물은 냉각 공정에서 재결정화되고, 구형상이며 단결정의 자성 금속 분말을 얻을 수 있다.

Description

자성 금속 분말의 제조방법 및 자성 금속 분말{METHOD FOR MANUFACTURING MAGNETIC METAL POWDER AND MAGNETIC METAL POWDER}

도 1은 본 발명에 따른 자성 금속 분말의 제조공정 개략을 설명하기 위한 도,

도 2는 본 발명에 따른 자성 금속 분말의 생성 과정을 설명하는 도,

도 3은 본 발명에 따른 자성 금속 분말의 생성 과정을 설명하는 도,

도 4는 본 발명에 따른 자성 금속 분말의 생성 과정을 설명하는 도,

도 5는 본 발명에 따른 자성 금속 분말의 생성 과정을 설명하는 도,

도 6은 본 발명에 따른 자성 금속 분말의 생성 과정을 설명하는 도,

도 7은 본 발명에 따른 자성 금속 분말의 생성 과정을 설명하는 도,

도 8은 실시예 1에 의해 얻어진 자성 금속 분말의 SEM 상을 나타내는 사진,

도 9는 실시예 1에 의해 얻어진 자성 금속 분말의 X선 회절 결과를 나타내는 차트,

도 10은 실시예 3에 의해 얻어진 자성 금속 분말의 SEM 상을 나타내는 사진 및

도 11은 실시예 3에 의해 얻어진 자성 금속 분말의 TEM 상을 나타내는 사진 이다.

본 발명은 자성 금속 분말 및 그 제조방법에 관한 것이다.

금속 분말의 제조방법을 그 출발 원료에 의해 분류할 수 있다. 즉, 금속 분말은 기체상, 액체상 및 고체상으로 제조할 수 있다. 그리고, 기체상으로부터 금속 분말을 제조하는 구체적인 방법으로서는 CVD(Chemical Vapor Deposition)법, 스퍼터링법, 진공증착법이 알려져 있다. 액체상으로부터의 금속 분말의 제조방법으로서는 공동침전법(coprecipitation), 가스 또는 물 아토마이제이션(atomization) 법, 스프레이법 및 분무 열분해법이 알려져 있다. 그리고, 고체상으로부터의 금속 분말의 제조방법으로서는 금속 덩어리를 분쇄기에 의해 적당한 크기로 분쇄하거나 또는 그 분쇄 분말에 소정의 처리를 실시하는 분쇄법이 알려져 있다.

그런데, 일렉트로닉스 분야에서의 각종 부품은 점점 고주파에서의 사용이 부득이하게 된다. 프린트 기판도 마찬가지이고, 또한 유전율이 높은 기판, 유전율이 낮은 기판, 자기 특성이 높은 기판, 전파를 흡수하는 기판 등, 각종 특성을 갖는 기판이 요구된다. 이와 같은 기판을 얻기 위해, 프린트 기판내에 고주파 특성이 좋은 자성 분말을 필요에 따라 기판을 구성하는 수지에 혼합, 분산시키는 것이 행해지고 있다. 자성 분말로서는 고주파용 페라이트 분말, 카르보닐철(carbonyl iron) 분말이 이용되고 있다. 또한, 프린트 기판 이외에 패키지 분야에 있어서 수지에 전파 흡수 재료로 이루어지는 분말을 혼합, 분산하거나, 도전성 페이스트의 분야에서는 전자회로, 저항, 콘덴서, IC 패키지 등의 부품을 제조하기 위한 후막 페이스트 중에 도전성 입자를 혼합, 분산하는 것이 행해지고 있다. 또한, 연자성 재료로서는 쵸크 코일 등의 전원용 코일 재료, 경자성 재료로서는 모터용의 코어 재료, 그 외에도 자기저항, 자기센서 등, 폭넓게 자성 분말이 이용되고 있다.

일본 공개특허공보 소62-1807호(특허공보 소63-31522호)에 후막 페이스트용의 금속 분말을 분무 열분해법으로 작성하는 발명이 개시되어 있다. 이 발명은 금속염을 포함하는 용액을 분무하여 액적으로 하고, 그 액적을 상기 금속염의 분해온도보다 높고, 또한 금속의 융점보다 높은 온도, 그러나 금속의 융점 이하의 온도에서 금속이 산화물을 형성하는 경우에는 그 산화물의 분해온도보다 높은 온도에서 가열하여, 상기 금속염을 열분해하여 생성한 금속 입자를 용융한다고 하는 것이다.

일본 공개특허공보 소62-1807호의 분무 열분해법에 따르면 구형상으로 결정성이 양호하지만, 고분산성의 금속 분말이 얻어진다. 구체적인 실시예로서 AgNO₃를 포함하는 용액을 사용하여 최대입자직경 1.7㎛, 최소입자직경 0.5㎛의 Ag 분말을 작성하는 예, AgNO₃ 및 Pd(NO₃)₂를 포함하는 용액을 사용하여 최대입자직경 2.5㎛, 최소입자직경 1.5㎛의 Ag-Pd 합금 분말을 작성하는 예 및 HAuCl₄를 포함하는 용액을 사용하여 최대입자직경 1.0㎛, 최소입자직경 0.5㎛의 Au 분말을 작성하는 예가 개 시되어 있다. 또한, 이들 분말은 결정성이 양호한 구형상의 분말인 것이 서술되어 있다.

이상과 같이 일본 공개특허공보 소62-1807호에 따르면 결정성이 우수한 0.5~2.5㎛ 정도의 입자직경을 갖는 구형상의 금속 분말을 얻을 수 있다. 이와 같은 성상(性狀)을 구비한 금속 분말은 도전성 페이스트로 하는데 적당하다.

그런데, 일본 공개특허공보 소62-1807호에 구체적으로 개시된 금속은 Ag, Ag-Pd 합금 및 Au이고, 자성 분말을 혼합, 분산하는 용도에 적합한 금속 분말, 특히 Fe 분말을 개시하고 있지 않다.

분무 열분해법에 의한 금속 분말의 제조방법을 개시하는 선행 기술로서는 상기의 일본 공개특허공보 소62-1807호 외에, 일본 공개특허공보 평8-170112호, 평10-102108호, 평10-330802호, 평11-80818호 및 평11-124602호가 있다. 이들 선행기술은 Fe 분말 또는 Fe 합금 분말의 제조 가능성을 시사하고 있지만, 실제로 Fe 분말 또는 Fe 합금 분말을 제조한 예는 발견되지 않는다. 즉, 분무 열분해법에 의해 제조할 수 있는 금속 분말은 그 종류에 큰 제약이 있다고 말할 수 있다.

Fe 분말 또는 Fe 합금 분말은 상술한 기체상으로부터의 제조방법 또는 고체상으로부터의 제조방법에 의해 얻을 수 있다는 것은 말할 것도 없다. 그러나, 기체상으로부터의 제조방법에 의한 금속 분말은 입자직경이 미소하고, 수지와 혼합하는 용도로는 적합하지 않다. 또한, 고체상으로부터의 제조방법에 의한 금속 분말은 분쇄기를 사용하기 때문에 분말의 형상을 구형으로 하는 것이 곤란함과 동시에, 입자도 분포가 나쁘다.

이상과 같이, 종래의 금속 분말의 제조방법에 따르면 수지와 혼합하는데 적당한 성상을 구비한 자성 금속 분말, 특히 Fe 분말 또는 Fe 합금 분말을 얻을 수 없었다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 금속 분말을 얻기 위해 적당한 제조방법을 제공하고, 덧붙여 종래 존재하지 않았던 신규한 자성 금속 분말을 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명자는 상기 과제를 해결하기 위해, 분무 열분해법이 대상으로 하는 금속의 종류에 제한이 있었던 것의 원인에 대하여 검토하였다. 분무 열분해법은 용액을 원료로 하고 있고, 열분해를 위한 고온 가열 공정에 있어서 본래 얻으려고 하는 금속과는 관계 없는 수분을 열분해하기 위해 열 에너지를 소비하여 버린다. 또한, 수증기가 발생함으로써 열분해, 전형적으로는 환원 처리를 행하는 분위기가 수증기 분위기로 된다. 이 수증기 분위기 중의 수분은 환원 작용을 저감시킨다. 따라서, 종래의 분무 열분해법에 의해서는 강한 환원이 필요한 물질을 출발 원료로 하는 금속 분말을 얻는 것이 불가능하였던 것이라고 추측된다. 일본 공개특허공보 소62-1807호에 개시된 Ag, Ag-Pd 합금 및 Au는 어느 것도 강한 환원력을 요하지 않고 얻을 수 있는 것이다.

본 발명자는 분무 열분해법과 같이 습식의 출발 원료를 사용하지 않고, 출발 원료로서 입자직경을 특정한 건조상태에 있는 화합물 분말에 열분해 처리를 실시함으로써, 종래에는 얻는 것이 불가능하였던 구형상의 단결정 Fe 분말의 제조에 성공하였다. 즉, 본 발명은 열분해에 의해 자성 금속을 생성하는 원료 분체를 캐리어 가스와 함께 소정의 가열처리 영역에 공급하는 원료 공급 공정과, 상기 가열처리 영역에 공급된 상기 원료 분체를 상기 원료 분체의 분해 온도 이상의 온도로 가열하는 가열처리 공정과, 열분해에 의해 얻어진 생성물을 냉각함으로써 상기 자성 금속 원소를 포함하는 자성 금속 분말을 얻는 냉각 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 자성 금속 분말의 제조방법이다.

본 발명에 따르면, 종래에는 얻을 수 없었던 구형상의 단결정 Fe 분말을 제조할 수 있다고 하는 이익 외에 건조상태에 있는 화합물 분말에 가열처리를 실시하기 때문에 가열 에너지가 종래의 분무 열분해법에 비해 적어지고, 수율이 높다고 하는 효과를 향유하는 것도 가능하다.

또한, 본 발명의 자성 금속 분말은 Fe의 단결정에 한정하는 것이 아니라, 다른 자성 금속 분말을 제조하는 것을 허용한다. 또한, 자성에 대해서도 연질 자성재에 한정되지 않고 경질 자성재에 대해서 적용하는 것도 가능하다.

본 발명에 있어서, 상기 캐리어 가스가 환원 가스를 포함하고, 상기 가열처리 공정에 있어서 상기 원료 분체를 환원함으로써 환원 생성물을 생성하고, 상기 냉각 공정에 의해 이 생성물을 냉각함으로써 자성 금속 분말을 얻을 수 있다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 가열처리 공정에 있어서 상기 환원 생성물로 이루어지는 용융물을 생성하고, 상기 냉각 공정에 있어서 상기 용융물을 재결정화시킴으로써 자성 금속 분말을 얻을 수도 있다. 또한 본 발명에 있어서, 상기 가열처리 공정에 있어서 상기 원료 분체의 용융물을 생성한 후에 상기 용융물을 환원 처리하고, 환원 처리된 상기 용융물을 상기 냉각 공정에 있어서 재결정시킴으로써 자성 금속 분말을 얻을 수도 있다. 즉, 본 발명에서는 고체상태의 원료 분체를 환원 처리한 후에 용융물을 생성하고, 이 용융물을 냉각 고체화하는 방법과, 고체상태의 원료 분체를 용융한 후에 용융상태를 유지하면서 환원 처리하고, 그런 후에 냉각 고체화하는 방법의 어느 하나를 채용할 수 있다. 이와 같이 일단 용융함으로써 얻어지는 자성 금속 분말을 용이하게 단결정으로 하는 것이 가능해진다.

본 발명에 있어서, 상기 원료 분체를 산화철 분말로 함으로써 순수한 철로 이루어지는 자성 분말을 얻을 수 있다.

그리고 또한 본 발명에 있어서 상기 자성 분말을 제조하는 과정에서 그 표면에 코팅층을 형성할 수 있다. 이 코팅층을 형성하기 위해 상기 원료 분체에 포함되는 상기 자성 금속보다도 환원력이 강한 원소를 구성요소로 하는 화합물로 이루어지는 분체를 상기 원료 분체와 함께 상기 소정의 가열처리 영역에 공급할 수 있다. 이 경우, 상기 자성 금속보다도 환원력이 강한 원소를 구성요소로 하는 화합물로 이루어지는 분체는 상기 원료 분체보다도 입자직경이 작은 것이 바람직하다. 또한, 상기 원료 분체가 상기 자성 금속보다도 환원력이 강한 원소를 구성요소로 하는 화합물을 포함하는 형태로 하는 것에 의해서도 상기 자성 분말을 제조하는 과정에서 그 표면에 코팅층을 형성할 수 있다. 이 코팅층의 형성에 대해서는 후술한 다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면 종래에서는 얻을 수 없었던 성상의 Fe 분말 또는 Fe 합금 분말을 얻을 수 있다. 즉, 본 발명에 따르면 Fe족 원소의 1종 또는 2종 이상을 포함하는 평균입자직경 0.1~100㎛의 산화물 분체를 가열처리 분위기 중에 공급하고, 상기 가열처리 분위기 중에서 상기 산화물 분체의 용융물을 생성하고, 상기 용융물을 냉각 고체화함으로써 Fe족 원소의 1종 또는 2종 이상으로 이루어지는 자성 금속 분말을 얻는 자성 금속 분말의 제조방법에 있어서, 상기 가열처리 분위기 중에 있어서 상기 용융물의 생성 전 또는 생성 후, 또한 냉각 고체화 전에 환원 처리를 실시하는 것을 특징으로 하는 자성 금속 분말의 제조방법이 제공된다.

본 발명의 자성 금속 분말은 평균입자직경을 0.1~20㎛로 할 수 있다. 이 입자직경은 적절하게는 0.5~10㎛, 보다 적절하게는 1~5㎛이다. 또한 본 발명에 따라 얻어지는 자성 금속 분말도 단결정으로 하는 것이 가능하기 때문에 우수한 자기 특성 및 고주파 특성을 얻는 것이 가능해진다.

이상의 자성 금속 분말의 제조방법에 있어서도 그 제조과정에 있어서 코팅층을 형성할 수 있다.

본 발명에 따라 얻어지는 분말은 Fe족 원소의 1종 또는 2종 이상을 포함하는 단결정이며, 평균입자직경이 0.1~20㎛인 구형상체라고 하는 종래에는 얻어지지 않은 신규한 자성 금속 분말로 된다. 본 발명의 자성 금속 분말에 있어서 바람직한 평균입자직경은 0.5~10㎛, 보다 바람직하게는 1~5㎛이다. 또한, 본 발명에 따른 자성 금속 분말은 포화자속밀도가 2.0T 이상으로 매우 우수한 자기특성을 얻을 수 있다.

본 발명의 자성 금속 분말은 해당 금속 단체로 구성할 수 있는데, 그 표면에 코팅층을 형성할 수 있다. 코팅층은 자성 금속 분말을 제조한 후에 형성할 수 있지만, 상술한 바와 같이 자성 금속 분말의 제조과정에서 형성할 수 있다. 그리고 그 경우, 상기 코팅층을 Fe보다도 친화력이 강한 원소를 구성요소로 하는 화합물로 구성할 수 있다. 코팅층을 형성함으로써 자성 금속 분말에 대하여 내산화성, 절연성, 비응집성을 부여할 수 있다.

(발명의 실시형태)

이하 본 발명의 실시형태를 설명한다.

먼저 본 발명에 따른 자성 금속 분말의 제조공정 개략을 도 1에 기초하여 설명한다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 제조방법은 원료 분체를 공급하는 분체 공급 공정, 공급되는 분체를 소정 온도로 가열하는 가열처리 공정, 가열처리에 의해 얻어진 생성물을 냉각하는 냉각 공정 및 후처리 공정으로 구성된다.

분체 공급 공정을 실시하는 구체적인 구성으로서, 도 1에는 캐리어 가스와 원료 분체를 별도 준비하고, 노즐(N)을 통하여 캐리어 가스와 함께 원료 분체를 가열처리 공정에 공급하는 형태를 기재하고 있다. 캐리어 가스로서는 가열처리 공정에 있어서 환원성 분위기를 형성할 수 있는 가스를 사용할 수 있다. 예를 들어, 수소 가스, 일산화탄소 가스, 암모니아 가스로 일컫는 공지의 환원능력을 갖는 가스를 사용할 수 있다. 이 중에서는 고온에서 환원력이 증가하는 수소 가스를 사용 하는 것이 바람직하다. 또한, 환원 가스는 불활성 가스와의 혼합 가스로서 공급하는 것도 가능하다. 혼합하는 불활성 가스로서는 질소 가스, Ar 가스 및 Ne 가스를 사용할 수 있다. 가열처리 공정에서의 NOx의 발생을 고려하면, Ar 가스 및 Ne 가스를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 캐리어 가스로서는 불활성 가스를 사용하고, 환원성 분위기를 형성해야 하는 영역에 있어서 환원 가스를 공급할 수도 있다. 원료 분체를 용융한 후에 생성된 용융물에 대하여 환원처리를 실시하는 경우에 적용할 수 있다.

환원 효율은 원료 분체의 열분해 온도, 크기, 단위체적당의 분체의 양, 열분해 영역의 캐리어 가스 속도(환원온도에서의 체류시간), 압력에 의존한다. 환원효율을 고려하면, 압력이 높을 수록 환원 조건으로서 바람직하지만, 분말의 포집을 고려하면 부압으로 하고, 대기압에 가까운 조건에서 작성하는 것이 보다 바람직하다. 캐리어 가스 중에서의 환원 가스의 농도는 원료 분체의 친화력, 형상, 사이즈, 환원 영역의 속도(환원온도에서의 체류시간), 캐리어 가스에 대한 단위체적 중의 분체량, 환원제에 대한 피환원가스의 환원반응정수, 압력에 의해 적절히 정해지면 좋다. 또한, 2종류의 원소에서의 환원력의 우열은 이른바 환원의 대상이 되는 원소에 대한 친화력의 크기의 차로 되고, 목적 금속의 화합물과 환원제가 반응했을 때 발생하는 표준 자유에너지 변화의 차이다. 이 크기에 의해 환원되는지 되지 않는지가 정해지게 된다.

원료 분체를 가열처리 공정에 공급하는 방법은 도 1에 기재된 방식에 한정되지 않는다. 예를 들어, 원료 분체에 대하여 환원 가스를 포함하는 압축 가스를 불 어 부착시킴으로써 캐리어 가스와 함께 원료 분체를 가열처리 공정에 공급하는 방식을 채용할 수 있다. 또한, 분산기를 이용한 공급, 분급기나 분쇄기의 출력을 이용하여 공급, 즉 분급 또는 분쇄하는 것으로 출력측에서 얻어지는 분말을 가열처리 공정에 들여보내는 것도 가능하다.

가열처리 공정은 가열로에서 실현된다. 가열방식으로서는 전기에 의한 가열, 가스의 연소열에 의한 가열 및 고주파 가열 등의 공지의 방식을 채용할 수 있다. 원료 분체는 캐리어 가스와 함께 가열로 내를 부유하는 상태에서 열분해, 구체적으로는 환원된다. 이 환원의 구체적인 내용에 대해서는 후술한다. 열분해 시의 원료 분체의 유속은 환원가스 농도, 포집효율, 열분해 온도에 따라서 적당하게 정해지게 되지만, 대략 0.05~10 m/s의 범위, 특히 0.1~5 m/s, 추가적으로는 0.5~2 m/s에서 선택하는 것이 바람직하다. 분말의 유속은 캐리어 가스의 유속을 제어함으로써 변경할 수 있다.

가열처리 공정에서 얻어진 생성물은 냉각 공정으로 이행된다. 구체적으로는 가열로 내에 냉각 존을 설치하거나, 또는 캐리어 가스와 함께 대기중에 배출함으로써 생성물을 냉각할 수 있다. 이 냉각은 방출냉각이어도 좋지만 냉각 매체를 사용하여 강제적으로 냉각할 수도 있다. 이 냉각 공정을 거침으로써 소망하는 자성 금속 분말을 얻는다.

냉각 공정 후에는 예를 들어 사이클론·백 필터(bag filter)에 의해 분말을 포집하는 한편, 캐리어 가스에 대해서는 적절한 배가스 처리를 행한 후에 배기시킨다.

본 발명에서의 원료 분체는 자기 특성을 구비하는 금속 원소를 포함한다. 그 종류는 한정되지 않지만, Fe를 포함하는 천이금속, 특히 Fe족 원소(Fe, Ni, Co)를 주체로 하고, 그 외에 반금속 원소(Si, P 등), 다른 천이금속 원소(Mn, Cu, Cr 등)를 함유할 수도 있다.

원료 분체는 열분해에 의해 소망의 금속(합금을 포함) 분말을 생성하는 것이면, 그 형태는 한정되지 않는다. 예를 들어 자성 금속의 산화물, 질화물, 붕화물, 유화물 등의 화합물 및 금속염, 스프레이법 등으로 제작한 과립분, 분쇄기에 의해 분쇄한 분쇄분이어도 좋다. 또한, 제작하고자 하는 조성비로서 혼합한 염을 포함하는 수용액을 사용한 용액 스프레이법에 의한 분말, 또한 압전소자, 2류체 노즐을 사용한 분무 열분해법에 의한 분말도 좋다. 또한, 본 발명에서 원료 분체로는 분말, 과립분, 분쇄분 등 그 형태에 관계없이 입자로 구성되는 각종 형태를 포함하고 있다. 예를 들어 최종적으로 Fe 분말을 얻는 경우에는 산화철 분말을 사용하는 것이 비용면에도 유리하다. 원료 분체의 크기는 0.1~100㎛의 범위에서 적절히 정해지면 좋다. 다만, 0.5~50㎛가 작성하는데 바람직하고, 1~2㎛이면 보다 바람직하다. 입자가 너무 작아지면, 큰 입자의 표면에 부착하는 경향으로 되어, 수지에 혼합하는데 부적절하고, 또한 입자직경이 커질 수록, 환원 조건, 단결정 입자의 작성 조건이 엄밀해지기 때문이다. 또한, 본 발명에 있어서 열분해라는 것은 열을 가함으로써 화합물이 2종 이상의 보다 간단한 물질로 변화하는 화학 반응을 말한다. 이 열분해는 열을 가하여 행하는 환원 반응을 포함하는 개념인 것은 말할 것도 없다.

본 발명에 있어서, 건조상태의 원료 분체를 사용하는 점이 종래의 분무 열분해법에 의한 금속 분말의 제조방법과 다른 특징 중 하나이다. 그것은 분무 열분해법에서 필연적으로 발생하는 대량의 수증기 성분이 환원 농도의 저하를 초래하고, 보다 환원물에 대한 친화력이 큰 금속 원소를 작성할 수 없는 원인이 되기 때문이다. 여기서, 건조상태라는 것은 원료 분체에 대하여 특별한 건조처리를 실시하는 것을 요구하는 것은 아니다. 종래의 분무 열분해법과 같은 용액 상태의 출발 원료, 슬러리 상태의 출발 원료와 같이 습식 상태의 분체를 포함하지 않는 것을 의미하고 있다.

다음에, 가열처리 공정 및 냉각 공정에서의 원료 분체의 변이를 도 2 및 도 3에 기초하여 설명한다. 또한, 설명의 편의상, 원료 분체를 자성 금속 산화물 분말로 한다. 또한, 도 2는 자성 금속 산화물을 환원한 후에 용융하고, 그런 후에 냉각 고체화하는 예를, 도 3은 자성 금속 산화물을 용융한 후에 환원하고, 그런 후에 냉각 고체화하는 예를 나타내고 있다.

도 2에 있어서, 자성 금속 산화물 분말은 환원 가스로 이루어지는 캐리어 가스와 함께 가열처리 공정에 공급된다. 여기서, 가열처리 공정의 가열온도를 T, 자성 금속 산화물의 환원온도를 Tr, 자성 금속의 융점을 Tm으로 하면, T＞Tm＞Tr의 관계에 있는 것으로 한다. 자성 금속 산화물 분말을 가열온도가 T로 관리된 가열처리 공정에 공급하면, 자성 금속 산화물 분말은 Tr에 달한 단계에서 환원처리가 종료하고, 융점이 높은 산화물에서 융점이 낮은 자성 금속 입자로 변화한다. 그 후, 자성 금속 입자에는 융점 Tm 이상의 열에너지가 부여되는 것으로 되기 때문에 각 입자는 용융한다. 용융한 복수의 입자가 결합하여 새로운 용융입자를 형성한다. 이 새로운 용융입자가 냉각 공정에 있어서 재결정을 이루어 단결정의 자성 금속 분말을 구성한다.

다음에, 도 3에 있어서, 불활성 가스로 이루어지는 캐리어 가스와 함께 자성 금속 산화물 분말을 가열처리 공정에 공급한다. 자성 금속 산화물은 먼저 가열처리 공정에 있어서 용융한다. 자성 금속 산화물이 용융한 후에 환원가스를 가열처리 공정에 공급함으로써 환원반응을 발생시킨다. 이 때 얻어지는 용융 생성물은 해당 자성 금속으로 이루어지는 용융물이다. 이 용융물은 냉각 공정에 있어서 융점에 달하면 재결정을 개시하고, 응고한 단계에서는 단결정으로 이루어지는 자성 금속 분말을 구성한다. 이 도 3의 예에서는 환원가스를 포함하지 않는 캐리어 가스를 사용함으로써 처음에 자성 금속 산화물 분말을 용융하고, 다음에 환원 가스를 공급하여 용융물에 환원반응을 발생시킨다.

도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명은 환원한 후에 용융하고, 그런 후에 냉각 고체화하는 형태, 용융한 후에 환원하고, 그런 후에 냉각 고체화하는 형태 중 어느 것도 채용할 수 있다. 그러나, 가열처리 온도 그 외의 조건에 의해서는 환원과 용융이 혼재하여 발생하는 경우도 있고, 양자를 명확히 구별할 수 없는 경우도 있다. 본 발명은 이와 같은 경우도 포함하고 있다.

본 발명의 특징 중 하나는 환원에 의해 얻어진 생성물인 입자에 그 입자의 융점 이상의 열에너지를 부여하여, 1회, 원료 분체의 결정성을 깨뜨리는 것이다. 원료 분체가 비정형의 한 덩어리의 파쇄분, 미립자가 응집한 형의 과립분이었다고 하여도 용융하게 되면 하나의 입자로 된 액적으로 된다. 액적으로 된 생성물은 표면장력에 의해 구형상체를 형성하고, 그 형태대로 냉각 공정을 거침으로써 재결정된 구형상의 자성 금속 분말을 얻을 수 있는 것이다. 이 금속 분말은 단결정임과 동시에 평균입자직경 0.1~20㎛의 범위로 할 수 있다.

이상에서는 원료 분체를 용융하여 단결정을 얻는 본 발명의 바람직한 태양에 대해서 설명하였다. 그러나, 본 발명은 그 태양에 한정되지 않고, 원료 분체를 용융하지 않고 자성 금속 분말을 얻을 수도 있다. 특히, 이 경우, 원료 분체가 비정형이면 얻어지는 자성 금속 분말도 비정형을 유지할 우려가 있고, 또한 단결정을 얻는 것도 불가능하게 된다. 또한, 환원 처리 과정에 있어서 분체 표면부터 우선적으로 환원이 이루어지고, 중공이 빈 상태에서 환원 처리가 종료할 우려도 있고, 게다가 결함이 많은 입자로 된다. 이것은 출발 원료가 과립분인 경우에도 동일하다고 말할 수 있다. 따라서, 성상이 우수한 자성 금속 분말을 얻기 위해서는 원료 분체를 1회 용융하는 것이 바람직한 것이다. 즉, 1회 용융함으로써 원료 분체 내의 불순물을 액적의 표면으로 몰아낼 수 있고, 원료 분체보다도 고순도이고, 또한 완전한 구형상의 단결정 금속 입자를 제조할 수 있다. 또한, 용융함으로써 복수 종류의 원소를 포함한 원료 분체를 사용한 경우에 합금화하는 것도 가능해진다. 특히, 이 경우, 원료 분체가 비정형이면 얻어지는 자성 금속 분말도 비정형을 유지하거나, 결함이 많은 분말이 제작될 우려가 있고, 또한 단결정을 얻는 것도 불가능하게 된다. 또한, 환원 처리 과정에 있어서 분체의 표면은 내부보다도 온도가 높아 분체 표면부터 우선적으로 용융, 환원이 이루어지기 때문에, 중공이 빈 상태에 서 환원 처리가 종료할 우려도 있다. 또한, 과립분의 경우에 있어서 자성 금속 분말은 합금 상태의 비율이 많은 (합금화가 진행된) 입자를 얻는 것이 곤란해진다. 합금화가 진행되지 않고 각각의 금속 입자의 비율이 많아지는 금속 혼합 입자로 된다. 이들도 환원 처리 과정에 있어서 분체 내부보다도 외부부터 환원, 용융이 개시되기 때문에 중공이 비거나 결함이 많은 입자 상태에서 환원 처리가 종료할 우려도 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 원료 분체가 수분을 그리 포함하지 않기 때문에 환원시의 수증기의 영향을 억제할 수 있고, 환원 가스의 환원 능력을 효율 좋게 활용하는 것이 가능해진다. 따라서, 수용액을 원료 분체로서 열분해하는 종래의 분무 열분해법보다도 저온에서, 게다가 단위 체적당의 분체 환원 처리량을 많게 하는 것이 가능해진다.

본 발명에서는 자성 금속 분말에 각종 기능을 강화 또는 부가하기 위해 그 주위에 코팅층을 형성할 수 있다. 이 코팅층은 자성 금속 분말을 얻은 후에 코팅층을 형성하기 위한 특별한 공정에 의해 얻을 수도 있지만, 본 발명에서는 자성 금속 분말의 제조 과정에서 코팅층을 형성하는 방법을 제안한다. 이 코팅층은 예를 들어 산화물의 경우에 있어서 환원의 대상이 되는 원소는 산소로 되기 때문에 보다 산소와의 친화력이 강한 원소를 구성요소로 하는 화합물로 이루어진다. 따라서, 환원의 대상이 되는 원소에 대한 친화력의 크기로 각각의 코팅 성분에 대한 환원 조건을 결정하게 된다. 그리고, 이 화합물로 이루어지는 코팅층을 형성하기 위해서는 몇 가지 방법을 채용할 수 있다. 이 방법은 코팅층을 구성하는 화합물을 어 느 형태로 공급하는가에 따라 구별할 수 있다.

제 1 방법은 코팅층을 구성하는 화합물을 자성 금속 분말을 얻기 위한 원료 분체와의 혼합물로서 공급하는 방법이다. 이 제 1 방법은 원료 분체와 코팅층을 구성하는 화합물로 이루어지는 분체와의 혼합 분체로서 공급하는 형태와, 상기 코팅층을 구성하는 화합물이 분산한 원료 분체로서 공급하는 형태로 구별할 수 있다. 또한, 전자는 2종류의 분말로 이루어지는 과립분의 형태를 포함한다. 제 2 방법은 자성 금속과 해당 자성 금속보다도 환원력이 강한 원소를 포함하는 복합화합물, 예를 들어 복합산화물로서 공급하는 방법이다. 각 방법에 대해서 도 4 ~ 도 6을 참조하면서 설명한다. 또한, 도 4 ~ 도 6은 환원한 후에 용융하는 형태에 대해서 설명하지만, 용융한 후에 환원하는 형태에 있어서 실시할 수 있는 것은 말할 것도 없다.

먼저, 제 1 방법 중에서 원료 분체와 코팅층을 구성하는 화합물로 이루어지는 분체와의 혼합 분체로서 공급하는 형태를 도 4에 기초하여 설명한다. 또한, 여기에서도 원료 분체로서 자성 금속 산화물 분말을 예로 한다.

자성 금속 산화물과 함께 해당 자성 금속보다도 환원의 대상이 되는 원소와의 친화력이 강한 원소를 구성요소로 하는 화합물로 이루어지는 분체(코팅 재료)를 공급한다. 이 화합물은 자성 금속 산화물이 환원되는 온도 영역에 있어서도 환원되기 곤란하다. 이 화합물의 종류는 특히 문제 없지만, 예들 들어 최종적으로 얻고 싶은 자성 금속보다도 산소와의 친화력이 강한 원소, 예를 들어 Fe에 대해서는 Si, Ti, Cr, Mn, Al, Nb, Ta, Ba, Ca, Mg, Sr 등의 산화물을 들 수 있다.

여기서, 가열처리 온도를 T, 자성 금속 산화물의 환원 온도를 Tr1, 코팅 재료의 환원 온도를 Tr2, 자성 금속의 융점을 Tm1, 코팅 재료의 융점을 Tm2라 하면, Tr2＞T＞Tm2＞Tm1＞Tr1의 조건을 만족하는 것으로 한다. 다만, 이 관계는 어디까지 일례이고, 본 발명이 다른 관계를 배제하는 것을 의미하는 것은 아니다. 예를 들어, Tr2＞Tm2＞T＞Tm1＞Tr1 또는 코팅 재료로 되는 화합물이나 해당 금속에 대한 용융온도, 환원온도가 반대이어도 본 발명을 실시할 수 있다. 또한, 조건식에서 T＞Tr2＞Tm2＞Tm1＞Tr1인 경우는, T가 Tr2의 근방인 경우, 작성 조건, 환원 조건에 따라 완전히 환원 반응이 진행하지 않은 경우에는 일부가 금속으로서 존재하거나 자성 금속에 용융하고, 그 외 환원되지 않은 화합물이 코팅 재료로 된다.

예를 들어 2원소가 하나의 입자 내에 존재하는 경우, 그 각각의 융점, 환원온도를 Tm1, Tr1, Tm2, Tr2로 한 경우, 조건식으로 T＞Tr2＞Tm2＞Tr1의 경우에 있어서, T＞Tr2가 성립하고, 2원소가 환원되는 것으로 되면, 서로의 원소 끼리는 용융하여 버리기 때문에 합금 입자를 작성할 수 있다. 2원소가 완전하게 환원되는 열에너지를 부여한 경우에는 구형상 합금 입자를 작성하는 것이 가능해진다. 합금의 정도, 결정성은 냉각속도에 의존하게 된다.

코팅 재료가 환원된 것으로 하여도 그 구성 원소가 각각 원소 단체까지 환원되지 않으면 코팅 재료로 될 수 있다.

가열처리 온도가 T로 관리된 가열처리 공정에 산화물 자성 금속 분말과 코팅 재료로 작성한 혼합 분체를 공급하면, Tr1에 있어서 자성 금속 산화물은 환원된다. 이 온도에서는 코팅 재료는 환원되지 않기 때문에 당초의 산화물의 형태를 유지한다. 그 후, 환원에 의한 생성물인 자성 금속에는 그 융점인 Tm1 이상의 온도 T로 가열되기 때문에 용융하지만, 코팅 재료는 그 융점 Tm2이 가열처리 온도 T보다 낮기 때문에 용융한다. 또한, 가열처리 온도 T가 코팅 재료의 환원온도 Tr2보다 낮기 때문에 코팅 재료는 환원되지 않는다. 대부분의 체적을 점유하는 비중이 큰 자성 금속이 용융하여 중심부에 모이는 한편, 비중이 작은 코팅 재료가 외주로 밀려난 하나의 액적을 형성한다. 용융하지 않은 코팅 재료가 표면으로 밀려나는 것은 액적 상태에 있는 자성 금속이 가열처리시에 느슨하게 하는 외부의 영향을 받아 자전을 일으키고, 그 원심력의 영향을 받기 때문인 것으로 생각된다. 그 후, 냉각 공정에 있어서 표면으로 코팅 재료를 밀어낸 상태에서 입자 내부로부터의 온도 저하에 의한 핵결정이 자성 금속에서 발생하고 재결정화가 행해진다. 환원되지 않은 코팅 재료는 자성 금속과 분리된 채 냉각된다. 그 후, 얻어지는 분말은 구형상이며 단결정의 자성 금속 입자의 주위에 산화물이 코팅된 형태로 된다. 원료분체와 함께 첨가되는 코팅 재료의 사이즈를 제어함으로써 코팅층을 균등한 막두께로 할 수 있다. 또한, 코팅층을 얻기 위해서는 코팅 재료의 공급량, 사이즈를 소정 범위로 하는 것이 중요하다. 코팅 재료의 량이 많아지면 자성 금속의 용융단계에서 자전이 없어질 우려가 있고, 또한 용융한 자성 금속이 중심에 모이기 어렵기 때문이다.

다음에, 제 1 방법 중에서 코팅층을 구성하는 화합물이 분산한 원료 분체로서 공급되는 형태를 도 5에 기초하여 설명한다.

도 5에 있어서, 원료 분체는 매트릭스를 자성 금속 산화물 분말로 하고, 그 분말 중에 코팅 재료가 분산한 형태를 갖고 있다. 이 형태의 전형적인 예로서 SiO₂를 불순물로서 함유하는 산화철(Fe₂O₃)을 들 수 있다.

환원 가스를 캐리어 가스로 하여 이 원료 분체를 가열처리 공정에 공급한다. 가열처리 공정에 있어서, 먼저 모재료를 구성하는 자성 금속 산화물이 환원된다. 이 때 자성 금속 산화물 중에 분산하여 있던 코팅 재료는 환원되지 않고 당초의 형태를 유지한다. 따라서, 환원 처리에 의해 코팅 재료가 분산한 자성 금속 입자가 형성된다.

다음에, 코팅 재료가 내부에 분산한 자성 금속 입자 중, 자성 금속의 부분이 용융한다. 자성 금속이 용융함으로써 전술한 예와 마찬가지로 코팅 재료는 용융 금속의 외주로 밀려난다. 그 후, 냉각 공정에 있어서 표면에 코팅 재료를 밀어낸 상태에서 입자 내부로부터의 온도 저하에 의한 핵결정이 자성 금속에서 발생하고 재결정화가 행해진다. 얻어지는 분말은 구형상이며 단결정의 자성 금속 입자의 주위에 산화물이 코팅된 형태로 된다.

다음에, 도 6에 기초하여 전술의 제 2 방법에 대해서 설명한다. 제 2의 방법은 자성 금속과 해당 자성 금속보다도 환원력이 강한 원소를 포함하는 복합화합물, 예를 들어 복합산화물로서 공급하는 방법이다. 이 산화물을 여기에서는 자성 금속 복합산화물이라고 부르고, 그 구체예로서 FeAl₂O₄를 드는 것으로 한다.

도 6에 있어서, 환원 가스를 캐리어 가스로 하여 원료 분체인 자성 금속 복합산화물을 가열처리 공정에 공급한다. 가열처리 공정에 있어서, 자성 금속 복합 산화물은 환원되고, 자성 금속과 산화물로 분해된다. FeAl₂O₄를 예로 하면, Fe와 Al₂O₃로 분해된다. Al₂O₃가 코팅 재료로 된다.

그 후, 자성 금속이 융점 이상의 온도에 도달하여 용융한다. 그렇게 하면, 역시 코팅 재료인 Al₂O₃가 외주로 밀려난다. 그런 후에, 냉각 공정에 있어서 표면에 코팅층을 밀어낸 상태에서 입자내부로부터의 온도 저하에 의한 핵결정이 자성 금속에서 발생하고 재결정화가 행해진다. 얻어진 분말은 구형상이며 단결정의 자성 금속 입자의 주위에 Al₂O₃가 코팅된 형태로 된다.

또한, 환원력을 약하게 한 조건으로 하면, 자성 금속인 Fe의 일부가 Al과 화합물(FeAl₂O₄)을 형성한 채로 분리되지 않고, 해당 화합물(FeAl₂O₃ )이 그대로 코팅 재료로 되는 경우도 있다.

이상 설명한 형태에서는 코팅 재료가 고체 상태를 유지한 예를 나타냈는데, 코팅층을 형성하는 과정에서 용융하고, 또한 자성 금속보다도 융점이 낮은 세라믹 재료나 유리질 재료를 코팅재료로서 사용할 수도 있다. 이 세라믹으로서는 티탄산바륨, 티탄산스트론튬, 페라이트 자성재료를 들 수 있다. 도 7에 기초하여 유리질 재료의 예를 설명한다. 또한, 유리질 재료가 해당 자성 금속보다도 환원력이 강한 원소를 구성요소로 하는 화합물로 이루어지는 것은 전술한 바와 같다.

캐리어 가스인 환원 가스와 함께 자성 금속 산화물과 유리질 재료로 이루어지는 코팅 재료를 공급한다. 여기서, 가열처리 온도를 T, 자성 금속 산화물의 환 원 온도를 Tr, 자성 금속의 융점을 Tm1, 코팅 재료의 융점을 Tm3로 하면, T＞Tm1＞Tr1＞Tm3의 조건을 만족하는 것으로 한다. 단, 이 관계는 어디까지나 일례이고, 본 발명이 다른 관계를 배제하는 것을 의미하는 것은 아니다.

가열처리 공정에 있어서, 먼저 융점이 낮은 유리질 재료가 Tm3에 있어서 용융하고, 이어서 Tr1에 있어서 자성 금속 산화물이 환원된다. 다음에, 환원에 의해 얻어진 자성 금속이 Tm1에 도달하면 용융한다. 이 단계에서는 자성 금속과 유리질 재료가 함께 용융하고 있다. 이 때, 코팅 재료인 유리질 재료는 용융한 상태를 유지하지만, 자성 금속보다도 비중이 작기 때문에 자연히 주위로 밀려난다. 그 후의 냉각 공정에 있어서, 용융 입자 내부로부터의 온도 저하 및 융점이 높은 자성 금속이 먼저 결정핵을 형성하고, 그것을 기점으로 하여 자성 금속의 재결정화가 행해진다. 용융 상태의 유리질 재료는 입자가 외부의 영향을 받아 자전을 하고 있기 때문에 원심력에 의해 표면을 균등하게 피복한다. 또한, 코팅 재료가 완전히 용융한다고 하여도 금속과 코팅 화합물의 물리적 특성에 의해 서로 고용(solid solution)하지 않고 분리한 상태를 유지할 수 있다고 생각된다. 자성 금속과 유리질 재료의 계면은 어떤 화학적 결합이 있는 것이라고 생각된다. 그 후, 온도의 저하와 함께 유리질 재료는 단결정 자성 금속의 표면에서 응고함으로써 균일한 코팅층을 갖는 자성 금속 분말을 얻을 수 있다.

이상의 유리질 재료에 의한 코팅층을 형성하는 방법에서는 자성 금속의 융점 이상의 열에너지를 부여하고 있지만, 이와 같은 열에너지를 부여하지 않고 유리질 재료로 이루어지는 코팅층을 갖는 자성 금속 분말을 제조할 수도 있다. 단, 이 자 성 금속 분말은 다결정체이고 또한 구형상을 얻을 수 없는 경우가 있다.

이 방법은 가열처리 온도를 T, 자성 금속 산화물의 환원 온도를 Tr, 자성 금속의 융점을 Tm1, 코팅 재료(유리질 재료)의 융점을 Tm3로 하면, Tm1＞T＞Tr1＞Tm3의 조건을 만족함으로써 실행할 수 있다. 이 경우, 가열처리 공정에 있어서 융점이 낮은 유리질 재료가 Tm3에서 용융한다. 이 때, 자성 금속 산화물 분말은 전체량의 대부분의 체적을 점유하고 있기 때문에 개개의 표면에서 반응, 응집하여 분체의 중심에 모인다. 한편, 용융한 유리질 재료는 내부에 모이지 않고, 응집 분체의 표면에 모인다. 그 후, 자성 금속 산화물이 Tr1에서 환원 반응이 종료하고, 다결정 금속 응집체를 형성한다. 이 응집체는 냉각 공정에 있어서 그 표면을 유리질 재료가 응고하는 것으로 코팅층을 갖는 다결정 자성 금속 분말을 형성한다. 이와 같이 코팅 성분으로서 자성 금속 산화물보다도 낮은 온도에서 용융하는 유리질 재료를 선택하면, 다결정 자성 금속의 주위에 코팅층을 형성한 분말을 얻을 수도 있다.

코팅층을 형성함으로써 자성 금속 분말로서의 절연성, 내산화성, 비응집성을 향상시킬 수 있다. 또한, 열에 의한 산화방지효과로서도 작용한다. 또한 알칼리 토류 금속을 첨가함으로써 열에 의한 산화방지효과를 한층 높이는 것도 가능하다. 또한, 이전에도 서술한 바와 같이 코팅층은 자성 금속 분말을 얻은 후에 형성하여도 좋다.

(실시예)

이하 본 발명을 구체적인 실시예에 기초하여 설명한다.

(실시예 1)

환원 가스로 되는 68% 수소 + 32% 질소의 혼합 가스를 캐리어 가스로 하여, 원료 분체인 평균입자직경 3㎛의 산화철(Fe₂O₃) 분말을 가열로에 공급하였다. 산화철(Fe₂O₃) 분말의 순도는 99.9%이다. 캐리어 가스의 유량은 31/min, 가열로내 온도(가열처리 온도)는 1650℃이다. 또한, 산화철(Fe₂0₃)의 융점은 1550℃, Fe의 융점은 1536℃이다.

얻어진 분말을 SEM(주사전자현미경)에 의해 관찰하였다. 그 결과를 도 8에 나타내는데, 얻어진 분말이 완전한 구형상인 것이 확인되었다.

또한, 얻어진 분말의 입자직경을 입자도 분포 측정장치(호리바제작소제 LA-920)에 의해 측정한 바, 입자도 분포가 0.5㎛~6㎛, 평균입자직경이 2.2㎛인 것이 확인되었다.

얻어진 분말에 대해서 X선 회절을 행하였다. 결과를 도 9에 나타내는데, Fe를 나타내는 피크만이 확인되었다. 또한, 전자선 투과회절을 실시한 바, 얻어진 분말이 Fe의 단결정체로 이루어지는 것이 확인되었다.

동일한 프로세스에 의해 얻어진 복수 종류의 분말의 자기 특성을 측정하였다. 결과를 표 1에 나타낸다. 2.0T 이상의 포화자속밀도(Bs)가 얻어지는 것이 가능하다는 것이 확인되었다.

(실시예 2)

환원 가스로 되는 4% 수소 + Ar의 혼합 가스를 캐리어 가스로 하여, 원료 분체인 평균입자직경 0.2㎛의 산화철(Fe₂O₃, 순도 99.7%)을 가열로에 공급하였다. 캐리어 가스의 유량은 21/min, 가열로내 온도(가열처리 온도)는 1600℃이다.

얻어진 분말을 SEM(주사전자현미경)에 의해 관찰한 결과, 완전한 구형상인 것이 확인되었다.

또한, 얻어진 분말의 입자직경을 입자도 분포 측정장치에 의해 측정한 바, 입자도 분포는 0.1㎛~1㎛인 것이 확인되었다. 원료 분체가 0.2㎛인 것에 대하여 1㎛ 정도의 큰 입자가 얻어지는 것은 원료 분체의 일부가 응집한 상태에서 용융하 고, 그 용융체가 냉각 공정에서 응고한 때문이라고 생각된다.

얻어진 분말에 대해서 X선 회절을 행한 바 Fe를 나타내는 피크 만이 확인되었다. 또한, 전자선 투과 회절을 행한 바, 얻어진 분말이 금속 단결정 Fe로 이루어지는 것이 확인되었다.

(실시예 3)

원료 분체로서 평균입자직경 0.1㎛의 산화철(Fe₂O₃, 순도 99.9%) 90중량%와 평균입자직경 0.3㎛의 SiO₂ 10중량%를 5% 희석한 바인더(PVA)와 함께 슬러리화하고, 스프레이 드라이어에서 입자도 분포가 0.5~20㎛인 과립분을 제작하였다. 그 과립분을 52% 수소 + Ar의 혼합 가스를 캐리어 가스로 하여 가열로에 공급함으로써 분말을 제작하였다. 캐리어 가스의 유량은 21/min, 가열로내 온도(가열처리 온도)는 1650℃이다. 또한, SiO₂의 융점은 1713℃이다.

얻어진 분말을 SEM(주사전자현미경)에 의해 관찰하였다. 그 결과를 도 10에 나타내는데, 얻어진 분말이 완전한 구형상인 것이 확인되었다.

또한, 얻어진 분말의 입자직경을 입자도 분포 측정장치에 의해 측정한 바, 입자도 분포가 1~8㎛, 평균입자직경 2.57㎛인 것이 확인되었다.

또한, 얻어진 분말을 TEM(투과전자현미경)에 의해 관찰하였다. TEM상을 도 11에 나타내는데, 표면에 코팅층이 형성되어 있는 것이 확인가능하다. 또한, 전자선 투과 회절의 결과로부터 분말의 중심부는 단결정의 Fe 입자, 코팅층이 아모퍼스(비정질) 상의 물질로 이루어지는 것이 확인되었다. 코팅층으로부터 Si 성분이 많이 검출된 것으로부터 코팅층은 아모퍼스 SiO₂로 구성되는 것이라고 판단된다.

얻어진 분말의 자기특성을 측정한 바, 포화자속밀도(Bs)가 1.85T인 것이 확인되었다. 이와 같이, 본 실시예에 따른 분말은 코팅층을 형성하여도 1.8T 이상의 우수한 특성을 갖고 있다.

(실시예 4)

원료 분체로서 평균입자직경 0.1㎛의 산화철(Fe₂O₃, 순도 99.9%)을 Fe로 80mol%와 실리카의 에어로질(aerosil)을 Si로 20mol%을 5% 희석한 바인더(PVA)와 함께 슬러리화하고, 스프레이 드라이어에서 입자도 분포 0.5~20㎛의 과립분을 작성하였다. 그 과립분을 수소 50% + 질소 50%의 혼합 가스를 캐리어 가스로 하여 가열로에 공급함으로써 분말을 제작하였다. 캐리어 가스의 유량은 21/min, 가열로내 온도(가열처리 온도)는 1650℃이다.

얻어진 분말은 SEM 관찰결과로부터 완전한 구형상인 것이 확인되었다. 또한, 입자도 분포 측정장치에 의해 입자도 분포가 0.9~8㎛인 것이 확인되었다. 또한, TEM 관찰에 의해 완전한 구형상인 입자의 표면에 코팅층이 형성되어 있는 것, 전자선 투과 회절의 결과로부터 분말 중심부는 단결정의 Fe 입자, 코팅층이 아모퍼스(비정질) 상의 물질로 이루어지는 것이 확인되었다. 코팅층으로부터 Si 성분이 많이 검출된 것으로부터 코팅층은 아모퍼스 SiO₂로 구성되는 것이라고 판단된다. 금속 자성재료인 Fe 단결정과 코팅 재료인 SiO2의 체적비는 Si 성분이 환원되지 않 고 코팅 재료가 모두 SiO₂로 형성되어 있는 것이라고 가정하면 거의 1:1로 된다.

얻어진 분말의 자기 특성을 측정하였다. 그 결과, 포화자속밀도(Bs)가 1.77T인 것이 확인되었다. 이와 같이 본 실시예에 따른 분말은 코팅층을 형성하여도 1.7T 이상의 우수한 특성을 갖고 있다.

(실시예 5)

평균입자직경 0.1㎛의 산화철(Fe₂O₃, 순도 99.9%)을 Fe로 90mol%와 알루미나(Al₂O₃)의 에어로질을 Al로 10mol%을 5% 희석한 바인더(PVA)와 함께 슬러리화하고, 스프레이 드라이어에서 입자도 분포 0.5~20㎛의 과립분을 작성하였다. 이 과립분을 50% 수소 + 50% 질소의 혼합 가스를 캐리어 가스로 하여 가열로에 공급하였다. 캐리어 가스의 유량은 21/min, 가열로내 온도(가열처리 온도)는 1650℃이다. 또한 Al₂O₃의 융점은 2050℃이다.

얻어진 분말은 SEM 관찰결과로부터 완전한 구형상인 것이 확인되었다. 또한, 입자도 분포 측정장치에 의해 입자도 분포가 0.8~8㎛, 평균입자직경이 2.6㎛인 것이 확인되었다. 게다가, 전자선 투과 회절의 결과로부터 분말의 중심부는 단결정의 Fe 입자, 코팅층이 아모퍼스(비정질) 상의 물질로 이루어지는 것이 확인되었다. 코팅층으로부터 Al 성분이 많이 검출된 것으로부터 코팅층은 아모퍼스 Al₂O₃로 구성되는 것이라고 판단된다.

(실시예 6)

평균입자직경 0.6㎛의 산화철(Fe₂O₃, 순도 99.7%)과 평균입자직경 0.7㎛의 산화니켈(NiO)을 mol비로 1대1이 되도록 칭량하고, 순수한 물과 분산제를 소량 첨가한 슬러리를 얻고, 이 슬러리를 12시간 동안 볼밀(ball mill)에서 혼합처리를 하였다. 혼합처리체에 대하여 건조 처리, 가 소성(1000℃에서 2시간)을 행하고, 니켈철산화물(NiFe₂O₄)과 산화니켈(NiO)의 혼합 벌크체를 작성하였다. 이 혼합 벌크체를 분쇄처리하는 것으로 평균입자직경 2㎛(입자도 분포가 0.2~5㎛)의 원료 분체를 작성하였다. 그 원료 분체를 50% 수소 + 50% 아르곤의 혼합 가스를 캐리어 가스로 하여 가열로에 공급하였다. 캐리어 가스의 유량은 21/min, 가열로내 온도(가열처리 온도)는 1650℃이다. 또한, Ni와 Fe가 mol비로 1대1인 합금의 융점은 1450℃이다.

얻어진 분말은 SEM 관찰결과로부터 완전한 구형상인 것이 확인되었다. 이 분말은 입자직경이 0.1㎛ 정도의 입자가 응집한 미립자 응집체와 5㎛ 정도인 비교적 큰 입자가 혼재한 형태를 이루고 있다. 또한, 큰 입자의 표면에 일부 미립자가 부착하는 형태도 관찰되었다. 게다가, X선 회절 결과로부터 Ni와 Fe가 mol비로 1대1의 합금인 피크가 확인되었다.

(실시예 7)

평균입자직경 0.1㎛의 산화철(Fe₂O₃, 순도 99.9%) 90중량%와 평균입자직경 0.3㎛의 SiO₂, B₂O₃ 및 Al₂O₃로 이루어지는 유리질 재료(일본 전자소자 주식회사제 GA-47)를 10중량%로 하고, 5% 희석한 바인더(PVA)와 함께 슬러리화하고, 스프레이 드라이어에서 입자직경 1~10㎛의 과립분으로 이루어지는 원료 분체를 작성하였다. 이 과립분을 50% 수소 + 50% 아르곤의 혼합 가스를 캐리어 가스로 하여 가열로에 공급하였다. 캐리어 가스의 유량은 21/min, 가열로내 온도(가열처리 온도)는 1600℃이다. 또한, 유리질 재료의 융점은 1500℃ 이하이다.

얻어진 분말은 SEM 관찰결과로부터 완전한 구형상인 것이 확인되었다. 또한, 입자도 분포계에 의해 입자도 분포가 0.8~10㎛인 것이 확인되었다. 게다가, TEM 관찰결과로부터 완전한 구형상인 입자 표면에 코팅층이 형성되어 있는 것이 확인되었다. 전자선 투과 회절에 따르면 얻어진 분말의 중심부는 단결정의 Fe 입자, 코팅층은 아모퍼스(비정질)이다. 또한, 코팅층으로부터 Al, Si 및 B가 검출된 것으로부터 유리질 재료로 이루어지는 코팅층이 형성되어 있는 것이라고 판단된다.

(실시예 8)

실리카(SiO₂)를 3.7wt% 포함하는 평균입자직경 3㎛의 산화철(Fe₂O₃) 분말을 환원 가스로 되는 50% 수소 + 50% 질소의 혼합 가스를 캐리어 가스로 하여 가열로에 공급하였다. 캐리어 가스의 유량은 31/min, 가열로내 온도(가열처리 온도)는 1650℃이다.

얻어진 분말을 SEM(주사전자현미경)에 의해 관찰한 결과, 얻어진 분말이 완전한 구형상인 것이 확인되었다.

또한, 얻어진 분말의 입자직경을 입자도 분포 측정장치에 의해 측정한 바, 평균입자직경 1.7㎛인 것이 확인되었다.

얻어진 분말에 대해서 X선 회절 및 전자선 투과 회절을 행한 바, 표면에 SiO₂가 형성된 Fe의 단결정으로 이루어지는 것이 확인되었다.

이 실시예 8에 있어서, SiO₂는 불순물로서 Fe₂O₃에 포함되어 있지만, 이와 같이 순도가 낮은 원료를 사용하여도 단결정의 Fe 분말을 제조할 수 있고, 게다가 그 제조 과정에서 표면에 코팅층을 형성할 수 있는 점은 본 발명의 현저한 효과를 시사하고 있다.

(실시예 9)

환원 가스로 되는 68% 수소 + 32% Ar의 혼합 가스를 캐리어 가스로 하여 평균입자직경 0.1㎛의 산화철(Fe₂O₃) 분말을 가열로에 공급하였다. 캐리어 가스의 유량은 31/min, 가열로내 온도(가열처리 온도)는 1500℃이다.

얻어진 분말의 입자직경을 입자도 분포 측정장치(호리바 제작소제 LA-920)에 의해 측정한 바, 0.2~5㎛의 입자도 분포를 나타내는 것이 확인되었다. 또한, 얻어진 분말에 대해서 X선 회절을 행한 결과, Fe의 피크 만이 확인되었다. 따라서, 가열로내에서 산화철(Fe₂O₃) 분말이 환원 처리된 것이라고 판단된다.

이 실시예 9에서는 가열로내 온도가 1500℃와 Fe의 융점(1536℃) 이하의 온도이기 때문에 환원에 의해 얻어진 생성물(Fe)은 용융하지 않는다. 따라서, 단결정이며 완전한 구형상인 분말을 얻을 수 없지만, 산화철(Fe₂O₃) 분말을 가열로에 공급한다고 하는 간단한 방법에 의해 자성 금속인 Fe 분말을 대량으로 제조할 수 있다고 하는 본 발명의 효과를 시사하는 것이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 0.1~20㎛의 입자직경을 갖는 구형상이며 또한 단결정의 자성 금속 분말을 얻을 수 있다. 게다가, 본 발명에 따르면 이와 같은 자성 금속 분말을, 원료 분체를 캐리어 가스에 의해 소정의 가열처리 영역에 공급한다고 하는 간단한 방법으로 대량으로 제조할 수 있다. 또한, 이 자성 금속 분말의 표면에 코팅층을 형성함으로써 자성 금속 분말에 대하여 각종 기능을 부여할 수 있다. 게다가, 본 발명에 따르면 코팅층을 특별한 공정을 부가하는 일 없이 형성할 수 있다.

Claims (14)

1. 열분해에 의해 자성 금속 분말을 형성하는 원료 분체를 캐리어 가스와 함께 소정의 가열처리 영역에 공급하는 분체 공급 공정과,

   상기 가열처리 영역에 공급된 상기 원료 분체를 상기 원료 분체의 분해온도 이상의 온도로 가열하는 가열처리 공정과,

   상기 가열처리 공정에서 얻어진 생성물을 냉각함으로써 자성 금속 분말을 얻는 냉각 공정을 구비하며,

   상기 원료 분체에 포함되는 상기 자성 금속보다도 환원력이 강한 원소를 구성요소로 하는 화합물로 이루어지는 분체를 상기 원료 분체와 함께 상기 소정의 가열처리 영역에 공급하고,

   상기 자성 금속 분말은 Fe족 원소의 1종 또는 2종 이상을 포함하되 Fe를 반드시 포함하는 것을 특징으로 하는 자성 금속 분말의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 캐리어 가스가 환원 가스를 포함하고,

   상기 가열처리 공정에 있어서 상기 원료 분체를 환원함으로써 환원 생성물을 생성하고,

   상기 냉각 공정에 의해 상기 환원 생성물을 냉각함으로써 자성 금속 분말을 얻는 것을 특징으로 하는 자성 금속 분말의 제조방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 가열처리 공정에 있어서 상기 환원 생성물로 이루어지는 용융물을 생성하고,

   상기 용융물을 상기 냉각 공정에 있어서 재결정화시킴으로써 자성 금속 분말 을 얻는 것을 특징으로 하는 자성 금속 분말의 제조방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 가열처리 공정에 있어서 상기 원료 분체의 용융물을 생성한 후에 상기 용융물을 환원 처리하고,

   환원 처리된 상기 용융물을 상기 냉각 공정에 있어서 재결정화시킴으로써 자성 금속 분말을 얻는 것을 특징으로 하는 자성 금속 분말의 제조방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 자성 금속 분말이 단결정인 것을 특징으로 하는 자성 금속 분말의 제조방법.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 원료 분체가 산화철 분말인 것을 특징으로 하는 자성 금속 분말의 제조방법.
7. 삭제
8. 열분해에 의해 자성 금속 분말을 형성하는 원료 분체를 캐리어 가스와 함께 소정의 가열처리 영역에 공급하는 분체 공급 공정과,

   상기 가열처리 영역에 공급된 상기 원료 분체를 상기 원료 분체의 분해온도 이상의 온도로 가열하는 가열처리 공정과,

   상기 가열처리 공정에서 얻어진 생성물을 냉각함으로써 자성 금속 분말을 얻는 냉각 공정을 구비하며,

   상기 자성 금속 분말은 Fe족 원소의 1종 또는 2종 이상을 포함하되 Fe를 반드시 포함하고,

   상기 원료 분체가 상기 자성 금속보다도 환원력이 강한 원소를 구성요소로 하는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 자성 금속 분말의 제조방법.
9. Fe족 원소의 1종 또는 2종 이상을 포함하고 평균입자직경 0.1~100㎛의 산화물 분체를 가열처리 분위기 중에 공급하고,

   상기 가열처리 분위기 중에서 상기 산화물 분체의 용융물을 생성하고,

   상기 용융물을 냉각 고체화함으로써 Fe족 원소의 1종 또는 2종 이상으로 이루어지는 자성 금속 분말을 얻는 자성 금속 분말의 제조방법에 있어서,

   상기 가열처리 분위기 중에 있어서, 상기 용융물의 생성 전 또는 상기 용융물의 생성 후, 또한 냉각 고체화 전에 환원 처리를 실시하는 것을 특징으로 하는 자성 금속 분말의 제조방법.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 자성 금속 분말의 평균입자직경이 0.1~20㎛인 것을 특징으로 하는 자성 금속 분말의 제조방법.
11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,

    상기 자성 금속 분말이 단결정인 것을 특징으로 하는 자성 금속 분말의 제조 방법.
12. 삭제
13. Fe족 원소의 1종 또는 2종 이상을 포함하는 단결정이며, 평균입자직경이 0.1~20㎛인 구형상체인 자성 금속 분말이고,

    상기 자성 금속 분말은 그 표면에 코팅층이 형성된 것을 특징으로 하는 자성 금속 분말.
14. 제 13 항에 있어서,

    상기 코팅층이 Fe보다도 산소와의 친화력이 강한 원소를 구성요소로 하는 화합물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자성 금속 분말.

Images