KR100870690B1 - 페라이트 자석의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 조성식 M1-XRXFe12-yTyO19에 따른 페라이트 타입의 영구 자석을 제조하는 방법에 관한 것으로, a) 각각 원소 M, Fe, R 및 T와 관련한 원재료 MPM, MPF, MPR 및 MPT의 혼합물(MP)을 형성하는 단계로서, 원소 Fe에 관련한 것〔통상적으로 산화철(Fe2O3)〕인 원재료 MPF와 원재료 MPM은 소위 메인 원재료를 나타내고, 원재료 MPR 및 MPT는 소위 치환 원재료 MPS를 나타내는 것인 단계와, b) 클링커(B)를 형성하도록 상기 혼합물을 배소하는 단계와, c) 상기 클링커를 습윤 연마하는 단계와, d) 예정된 형상의 취급이 용이한 이방성 압분체(D)를 형성하도록 상기 입자를 오리엔테이션 자기장에서 농축 및 압축하는 단계와, e) 소결 요소(E)를 얻도록 상기 이방성 압분체(D)를 소결하는 단계를 포함한다. 또한, 본 발명의 방법은, 상기 a) 단계의 혼합물(MP)에서, 통상적으로 비표면적 측정기(BET)를 이용하여 측정하였을 때 적어도 하나의 치환 원재료(MPR 또는 MPT)의 입자 사이즈(GS; ㎡/g), 구체적으로는 치환 원재료 MPR 또는 MPT에 대하여 각각 GR 또는 GT로서 지칭되는 입자 사이즈가 상기 메인 원재료(MPF)에 대한 상기 치환 원재료(MPS)의 중량 %S 및 메인 원재료(MPF)의 입자 사이즈(GF)에 따라 선택되는 것을 특징으로 한다. 이러한 방식으로, 높은 각형비 및 전체 성능 지수가 우수한 자석이 얻어진다.

Description

페라이트 자석의 제조 방법{METHOD FOR THE PRODUCTION OF FERRITE MAGNETS}
본 발명은 영구 자석의 분야에 관한 것으로, 보다 구체적으로 말하면, 마그네토플럼바이트 상(magnetoplumbite phase)을 포함하는 페라이트 타입 자석에 관한 것이다.
본 발명은 조성식 MFe12O19〔여기서, M은 Sr, Ba 등과 등가의 것〕에 따른 마그네토플럼바이트 상을 기초로 하는 페라이트 타입 영구 자석에 관한 것이며, 상기 원소 M은 희토류 또는 비스무트로부터 선택된 원소 R에 의해 부분적으로 치환되며, 원소 Fe는 하나 이상의 전이 금속 T에 의해 부분적으로 치환된다.
이러한 자석은 일본 출원 J10-149910, 유럽 출원 EP-0 905 718 또는 국제 출원 WO99/34379에 개시된 바와 같이 높은 자기적 성질을 나타내는 것으로 이미 알려져 있다.
이들 출원에서는, 주로 란탄(La)이 원소 R로서, 코발트(Co)가 원소 T로서 사용된다.
이러한 자석을 제조하는 방법은
a) 분산물(dispersion)을 형성하는 습식 공정 또는 과립(granules)을 형성하 는 건식 공정 중 어느 하나를 이용하여 원재료의 혼합물을 형성하는 단계와,
b) 분산물 또는 과립 형태의 상기 혼합물을 배소로(roasting furnace) 내로 도입하여, 원하는 마그네토플럼바이트 상을 포함하는 클링커(clinker)를 형성하도록 혼합물을 대략 1250℃에서 배소하는 배소 단계와,
c) 대략 70%의 건조 추출물을 함유하는 페이스트 형태로 미립자 사이즈가 대략 1 ㎛인 입자의 수용성 분산물을 얻을 때까지 클링커를 습윤 연마하는 단계와,
d) 87%의 건조 추출물을 함유하는 이방성의 압분체(green compact)를 얻도록 30 내지 50 MPa의 압력하에서 대략 1 Tesla의 오리엔테이션 자기장(orientation magnetic field)에서 페이스트를 농축 및 압축하는 단계와,
e) 잔류 수분을 건조 및 제거한 후에, 압분체를 소결시키는 단계와,
f) 최종 기계 가공을 행하여 예정된 형상의 자석을 얻는 단계
를 포함한다.
특정의 최종 자기적 성질을 개선시키는 것을 목적으로 하는 제조 방법 또는 이 방법을 이용해 얻은 자석의 품질/비용 비율을 개시하고 있는 본원 출원인의 프랑스 출원 번호 99 08886 및 99 15093이 또한 알려져 있다.
자석의 매우 다양한 용례에 따르면, 자석은 통상적으로 잔류 자속 밀도(Br; 단위 mT), 자기 결정 이방성 자력(Ha; 단위 kA/m), 보자력(HcJ; 단위 kA/m), hK = Hk/HcJ에 의해 제공되는 각형비(squareness; 단위 %), 적용 가능한 경우 통상적으로 Br + 0.5ㆍHcJ로 취해지는 성능 지수(IP)로부터 선택된 비성질(specific property)을 위하여 높은 성능을 가져야 한다.
이것은, 특히 낮은 재료비 및 경제적인 제조 방법에 의하여 합리적인 제조 비용을 유지하면서, 특히 각형비가 매우 높은 동시에 잔류 자속 밀도(Br) 및 보자력(HcJ)이 높은 값을 나타내는 자석을 필요로 하는 용례의 경우에 특히 적용된다.
본 발명은 이들 모든 목적을 동시에 달성할 수 있는 자석을 제조하는 방법과, 이 방법을 이용하여 얻은 자석에 관한 것이다.
조성식 M1-XRXFe12-yTyO19〔여기서, Fe 및 M(= Ba, Sr, Ca, Pb)은 메인 원소를 나타내고, R(Bi 또는 희토류 원소)과 T(= Mn, Co, Ni, Zn)는 치환 원소를 나타내며, x 및 y는 통상적으로 0.05 내지 0.5 사이에 있음〕에 따른 마그네토플럼바이트 상을 포함하는 페라이트 타입의 영구 자석을 제조하는 본 발명에 따른 방법에 있어서,
a) 혼합 수단, 통상적으로 배치 모드(batch mode)로 작동하는 혼합기에서, 각각 원소 M, Fe, R 및 T와 관련한 원재료 MPM, MPF, MPR 및 MPT의 혼합물(MP)을 PM, PF, PR 및 PT로 각각 지칭되는 입자(P)로 이루어지는 산화물, 탄산염 또는 수산화물 분말의 형태로 형성하는 단계로서, 원소 Fe에 관련한 것〔통상적으로 산화철(Fe2O3)〕인 원재료 MPF와 원재료 MPM은 소위 메인 원재료를 나타내고, 원재료 MPR 및 MPT는 소위 치환 원재료(MPS)를 나타내는 것인 단계와,
b) 조성식 M1-XRXFe12-yTyO19에 따른 마그네토플럼바이트 상을 기초로 클링커(B)를 형성하도록 상기 혼합물을 배소로에서 배소하는 단계와,
c) 1.2 ㎛ 미만의 평균 미립자 사이즈를 갖는 분리된 미세 입자의 균질한 분산물(C)을 얻도록 통상적으로 수용성 매체의 분산 용기에서 상기 클링커를 습윤 연마하는 단계와,
d) 예정된 형상의 취급이 용이한 이방성 압분체(D)를 형성하도록 상기 입자를 오리엔테이션 자기장에서 농축 및 압축하는 단계와,
e) 소결 요소(E)를 얻도록 상기 이방성 압분체(D)를 소결하는 단계와,
f) 필요한 경우에, 통상적으로 기계 가공에 의하여 상기 소결 요소(E)를 최종 성형하는 단계를 포함한다.
이 방법은, 상기 a) 단계의 혼합물(MP)에 있어서, 통상적으로 비표면적 측정기(BET)를 이용하여 측정하였을 때 치환 원재료(MPR 또는 MPT) 중 적어도 하나의 입자 사이즈(GS; ㎡/g), 구체적으로는 치환 원재료 MPR 또는 MPT에 대하여 각각 GR 또는 GT로서 지칭되는 입자 사이즈가 상기 페라이트의 조성식 M1-XRXFe12-yTyO19를 고려하여 상기 메인 원재료(MPF)에 대한 상기 치환 원재료(MPS)의 중량 %S 및 메인 원재료(MPF)의 입자 사이즈(GF)에 따라 선택되어, 통계적으로 또는 이상적으로 페라이트의 조성과는 관계없이, 입자(PF)에 대하여 예정된 비율의 입자(PR 또는 PT)를 포함하는 혼합물(MP)을 얻는 것을 특징으로 한다.
이러한 방식으로, 연구를 계속하여, 본원의 출원인은 메인 원재료(MPF)를 형성하는 산화철의 입자 사이즈(GF) 및 페라이트의 조성식 M1-XRXFe12-yTyO19에서 치환 지수 x 및 y에 따라 변하는 페라이트의 조성 모두와 관련하여 해당 치환 원재료의 상대 입자 사이즈(GR 및/또는 GT)의 중요성을 인식하였다.
페라이트의 최종 성질이 일반적으로 분리 상태로 취한 구성물 사이의 전체 중량비 뿐만 아니라, 입자 스케일로 취한 구성물의 환경에 의존할 수 있는 것으로 추정하였다.
이 분야를 연구하고, 산화철과 관련하여 치환 원재료의 입자 사이즈를 변경함으로써, 본원의 출원인은 성질의 예상치 못한 변동, 특히 비율 hK = Hk/HcJ (단위 %)에 의해 제공되는 각형비와 관련하여 예상치 못한 변동을 관찰하였는데, 여기서, Hk와 HcJ의 단위는 kAㆍm-1이고, Hk는 H(Br-10%) 인데, 즉 필드는, 빈번하게 발생되며 비율 hK에 대하여 훨씬 높은 값을 유도할 수 있지만, 종래의 기술에 따른 자석으로 얻어진 이미 높은 값을 고려하여 수치값을 억제하는 경향이 있는 0.95 Br이 아닌 0.9 Br의 자속 밀도(magnetic induction)에 상응한다.
이러한 방식으로, 본원의 출원인은 그다지 변형되지 않은 제조 방법 및 페라이트 자석의 최종 성질 모두와 관련하여 다른 모든 것은 동일하고 비율 hk가 현저하게 증가하는 것을 관찰하였다. 실제로, 테스트가 증명하는 바와 같이, 본 발명에 따른 방법에 의해 높은 hk 비율값을 얻을 수 있을 뿐 아니라, 실제로 특히 관심이 있는 보자력(HcJ) 및 자속 밀도(Br)에 대해서 얻어진 높은 레벨을 유지할 수 있다 는 것이 특히 주목된다.
도 1은 상이한 테스트 1 내지 4와 관련하여 입자 사이즈 GR를 X축으로 하고 입자 사이즈 GT(단위 ㎡/g)를 Y축으로 한 다이어그램이고,
도 2는 상이한 테스트 1 내지 4에 따라 얻은 자석에 대한 각형비를 기록한 것이고,
도 3은 상이한 테스트 1 내지 4의 자석에 대하여 Hk = H(Br-10%; kAㆍm-1)의 변동, 즉 필드가 자기 소거 곡선상에서 0.9 Br인 자속 밀도에 상응하는 것을 도시하며,
도 4는 상이한 테스트 1 내지 4의 자석의 각형비(hK)에 대한 원소 R=La 및 T=Co의 상대적인 영향을 도시하고 있다.
본 발명에 따른 방법에서, 치환 원재료(MPS)의 상기 입자 사이즈(GS), 즉 치환 원재료(MPR, MPT)에 대한 입자 사이즈(GR, GT)는 바람직하게는 이론적인 입자 사이즈 GSTH = KSㆍGF (또는 치환 원소 R에 대하여 GRTH = KR ㆍGF 및 치환 원소 T에 대하여 GTTH = KTㆍGF)에 따라 선택될 수 있으며, 여기서 GF는 메인 원재료(MPF), 즉 산화철의 입자 사이즈를 지칭하고, 상수 KS는 (100/%S)⅓ㆍ(dF/dS) ⅔이고, 여기서 dF 및 dS 는 메인 원재료(MPF)의 비질량(specific mass)과, 치환 원재료(MPS)의 비질량을 각각 지칭하거나, 상기 메인 또는 치환 원재료가 페라이트 형성 온도로 가열될 때 화학 반응을 일으키는 경우에는 이들의 변형물의 비질량을 지칭한다. 이것은 La(OH)3가 원소 La의 소스로서 사용되는 경우이다〔2La(OH)3 ⇒ La2O3 + 3H2O ; 온도는 380℃〕. 고려되는 dS의 값은 La(OH)3의 값이 아닌 La2O3의 값이다.
Co 탄산염이 원소 Co의 소스로서 사용되는 경우에도 동일하게 적용된다.
따라서, 해당 치환 원재료에 각각에 대하여 상수 KS가 존재한다. 실행한 테스트의 경우에는, 다음의 파라미터가 선택된다.
- MPR = La2O3
- MPT = CO3O4
- x = y = 0.2
따라서, K에 대하여, %S와 파라미터 dF 및 dS를 고려하면, K의 값은 다음과 같다.
치환 원재료 MPR = La2O3에 대한 KR = 2.53
GRTH = 2.53 GF
치환 원재료 MPT = CO3O4에 대한 KT = 3.38
GTTH = 3.39 GF
이것은 조건 GR 〉GRTH = 2.53 GF 및 조건 GT 〉GTTH = 3.38 GF에 의해 동시에 정해지는 사각형에 의해 도 1에 도시된 바와 같은 바람직한 도메인(A)를 정한다.
또한, 단일의 조건 GR 〉2.53 GF에 의해 정해지며 테스트 2 및 3이 위치되는 도메인 A+B+C의 세트 또는 단일의 조건 GT 〉3.38 GF에 의해 정해지며 테스트 2 및 4가 위치되는 도메인 A+D+G의 세트와 같은 다른 바람직한 서브 도메인이 정해진다.
본 발명에 따르면, 하나 이상의 치환 원재료(MPS)의 입자 사이즈는 적어도 0.7 GSTH 이거나, 또는 적어도 0.8 GSTH 또는 0.9 GSTH 이거나, 바람직하게는 적어도 GSTH 일 수 있다.
상기 입자 사이즈(GS)는 치환 원재료(MPR)의 입자 사이즈(GR)와 대응할 수 있다. 이러한 방식으로, 도 1에 있어서, 이미 설명한 바와 같이, 도메인 A+B+C의 세트는 단일의 조건 GR 〉GRTH = 2.53 GF에 의해 정해지는 반면에, 도메인 D+E+F의 세트는 단일의 조건 0.7 GRTH 〈 GR 〈GRTH에 의해 정해진다.
마찬가지로, 제2의 치환 원재료의 경우에, 상기 입자 사이즈(GS)는 치환 원재료(MPT)의 입자 사이즈(GT)와 대응할 수 있다. 이러한 방식으로, 도 1에 있어서, 이미 설명한 바와 같이, 도메인 A+D+G의 세트는 단일의 조건 GT 〉 GRTH = 3.38 GF에 의해 정해지는 반면에, 도메인 B+E+H의 세트는 단일의 조건 0.7 GTTH 〈 GT 〈GTTH에 의해 정해진다.
바람직하게는, 상기 입자 사이즈(GS)는 치환 원재료(MPR)의 입자 사이즈(GR) 및 치환 원재료(MPT)의 입자 사이즈(GT)와 동시에 대응할 수 있다. 이는 바람직한 도메인, 즉 도 1의 도메인 A와, 서브 도메인 B, D 및 E를 정하며, 이 경우에 하나 이상의 치환 원재료는 0.7 GR또는 TTH〈 GR 및/또는 GS 〈 GR 또는 TTH로 된다.
본 발명에 따르면, 원재료(MPF)의 입자 사이즈(GF)는 1 내지 10 ㎡/g의 사이에 있을 수 있다.
삭제
본 발명에 따른 방법은 청구항 1 내지 8 중 어느 하나에 따른 임의의 페라이트 제조에 적용될 수 있으며, 여기서 원소 R 및 원소 T에 대한 x 및 y의 값은 각각 0.05 내지 0.5, 바람직하게는 0.10 내지 0.25의 범위로 있을 수 있다.
바람직한 방법에 따르면, 원소 R은 La와 등가의 것으로 선택될 수 있고, 원소 T는 Co와 등가의 것으로 선택될 수 있다. 이 경우에, 상수 K는 치환 원소 T(코발트와 등가의 것)에 대하여 3.38로 될 수 있고, 상수 K는 치환 원소 T(란탄과 등가의 것)에 대하여 2.53으로 될 수 있다.
본 발명은 또한 본 발명에 따른 제조 방법을 이용하여 얻은 페라이트 자석에 관한 것이다.
예로서 증명되는 바와 같이 상기 자석은 다음의 성능을 포함한다.
a) 성능 지수(IP = Br + 0.5 HcJ)(여기서, Br의 단위는 mT이고, HcJ의 단위는 kA ㆍm-1 임)는 적어도 580, 바람직하게는 590 이상, 적어도 595이다.
b) 자기 소거 곡선의 각형비(hK = Hk/HcJ ; 단위 %)〔여기서, Hk 및 HcJ의 단위는 kA ㆍm-1 이고, Hk는 H(Br-10%) 임〕는 적어도 0.89, 바람직하게는 0.90 이상 또는 0.92 이상이다.
실시예
Ⅰ - 원재료
비표면적 GF가 3.65 ㎡/g 이고 비질량 dF가 5.24 gㆍcm-3인 원재료 MPF 로, 즉 산화철(Fe2O3) 분말로서 Sr 페라이트를 제조하였다.
원재료(MPM)로서, 원소 Sr의 소스, 즉 비면적이 1.38 ㎡/g인 분말 형태의 스트론튬 탄산염(SrCO3)을 또한 사용하였다.
조성식 Sr0.8La0.2Fe12-0.2Co0.2O19에 따른 페라이트에 대하여 이들 원재료를 이용하여 테스트 번호 1 내지 4로 지칭하는 4번의 제조 테스트를 실행하였다.
원재료 MPR 및 MPT로서는, 원소 La 및 Co의 각각의 소스, 즉 La2O3 및 Co3O4를 2개의 비표면적 레벨로 사용하였다.
테스트 번호 MPR = La2O3** MPT = Co3O4
1.07 ㎡/g 14.22 ㎡/g * 0.96 ㎡/g 16.67 ㎡/g *
번호 1*** x x
번호 2 x x
번호 3 x x
번호 4 x x
* 상응하게 낮은 비표면적의 생성물을 습윤 연마함으로써 얻은 것임.
** 이 산화물은 습윤 연마 중에 부분적으로 수산화물로 변형되고, 이는 배소 단계의 온도 상승 중에 대략 400 ℃에서 산화물로 변형됨.
*** 테스트 1은 종래 기술에 속하는 테스트로 고려됨.
이들 비표면적의 값은 출원인이 개발한 추정을 고려한 "임계(critical)" 값과 관련하여 결정되도록 선택하였다.
원재료의 성질과 제조된 페라이트의 조성을 고려하여, 원재료 MPR 및 MPT에 대하여 다음의 원소가 제공된다.
- MPR = La2O3 에 대하여, 비질량 dR은 6.51 gㆍcm-3이고, %R은 3.458이다. 따라서, (100/%R)⅓ㆍ(dF/dR)⅔ 인 상수 K는 대략 2.53이고, 따라서 원소 MPR에 대한 "임계" 비표면적 값(GRTH)은 산화철의 비표면적을 고려하면 2.53 ×3.65 = 9.29 ㎡/g 이다.
- 마찬가지로, MPT = Co3O4에 대하여, 비질량 dT는 6.07 gㆍcm -3이고, %T는 1.704이다. 따라서, 상수 KT는 대략 3.38 이다. 그러므로, 원소 MPT에 대한 "임계" 비표면적 값(GTTH)은 산화철의 비표면적을 고려하면 3.38 ×3.65 = 12.33 ㎡/g 이다.
그러므로, 4번의 테스트 번호 1 내지 4는 전술한 "임계" 값에 대한 비표면적의 값에 의존하여 "-" 및 "+" 사인의 조합을 이용하여 이하의 표에 제시될 수 있다.
테스트 번호 MPR = La(OH)3(⇒La2O3) MPT = Co3O4
1.07 ㎡/g = "-" 14.22 ㎡/g = "+" 0.96 ㎡/g = "-" 16.67 ㎡/g = "+"
번호 1 - -
번호 2 + +
번호 3 + -
번호 4 - +
Ⅱ - 페라이트 자석의 제조
모든 테스트에 대하여 동일한 제조 방법은,
a) 균질한 혼합물을 얻도록 습윤 상(相)에서 2시간동안 혼합하는 단계와,
b) 형성된 혼합물을 분리시키고 건조한 후에, 페라이트 클링커를 형성하도록 노(爐)에서 2시간동안 1250℃에서 혼합물을 배소시키는 단계와.
c) 첨가물(1 중량%의 CaSiO3와 0.94 중량%의 SrCO3)을 이용하여 클링커를 두 단계로 미세하게 연마하는 단계로서, 제1 단계 중에는 6 ㎜ 비드로 9 시간동안 습윤 연마를 실행하고, 제2 단계 중에는 3.2 ㎜ 비드로 7 시간동안 습윤 연마를 실행하는 것인 단계와,
d) 연마된 클링커 입자를 40 MPa의 압력과, 0.8 Tesla의 오리엔테이션 자기장에서 압축하고, 이러한 방식으로, 추가 12 중량%를 포함하며 80℃에서 오븐 건조되는 원통형 블록을 얻는 단계와,
e) 비율(hK = Hk/HcJ ; 단위 %)에 의하여 제공되는 각형비를 비교할 수 있도록 하기 위하여, 대략 일정한 Pe = Br/μoHcJ를 얻도록 선택된 1190℃ 내지 1200℃ 사이의 온도에서 최종 소결하는 단계를 포함한다.
테스트 번호 소결 온도 Br(mT) HcJ (kAㆍm-1) Pe
1 1191 413 363 0.91
2 1194 414 366 0.90
3 1197 411 364 0.90
4 1197 413 365 0.90
Ⅲ - 얻은 결과
Ⅲ-1 얻은 클링커의 특징
테스트 번호 비질량 d (g/cm-3) 잔류 자속 밀도 Br (mT) 보자력 HcJ (kAㆍm-1) 비율 Br/d 연마된 클링커의 사이즈 Fi(㎛)
1 2.77 127 351 45.8 0.621
2 2.79 126 339 45.16 0.600
3 2.79 126 333 45.16 0.595
4 2.79 128 357 45.9 0.600
얻은 클링커의 자기적 성질 및 물리적 성질이 매우 유사하다는 것을 알 수 있을 것이다.
Ⅲ-2 자석 성질
얻은 페라이트 자석 각각에 대하여 자기소거 곡선(도 2 참조)을 도시하고, Hk = H (Br-10%)를 측정할 수 있게 하여, hK = Hk/HcJ를 계산하였다. 또한, 잔류 자속 밀도(Br) 및 이방성 보자력(HcJ)을 측정할 수 있어서, IP = Br + 0.5 HcJ로 되도록 효율의 복합 지수를 계산할 수 있게 되었다.
테스트 번호 Br(mT) HcJ(kAㆍm-1) IP Hk(kAㆍm-1) hK(%)
1(La-Co-) 413 363 595 312 0.86
2(La+Co+) 414 366 597 340 0.93
3(La+Co-) 411 364 593 335 0.92
4(La-Co+) 413 365 595 325 0.89
도 3은 Y축을 Hk의 값(kAㆍm-1)으로 하고 X축을 상이한 테스트 1 내지 4로 한 도면으로, 상기 테스트 1 내지 4와 관련해서는 한 테스트에서 다음 테스트로 Hk가 증가하는 순서로 간격을 두고 있다.
원소 La 및 CO와 각각 관련한 원재료 MPR 및 MPT의 입자 사이즈의 각각의 영향을 보기 위하여, 도 4는 Y축을 hK의 평균값으로 하고 X축을 "로우(low)" 또는 "-", 그리고 "하이(high)" 또는 "+"의 함수에 따른 입자 사이즈로 한 것을 나타내며, "화이트" 사각형은 MPT와 관련한 것이고, "블랙" 다이아몬드는 MPR과 관련한 것이다.
예컨대, 원소 La와 관련한 "MPR"로 지칭되는 곡선은 Y축이 0.875이고 X축이 "-"인 하점("블랙" 다이아몬드)을 통과하는데, 이는 양 테스트(즉, 테스트 1 및 테스트 2)에 대한 hK의 평균이 (0.86 + 0.89)/2, 즉 0.875인 "로우" 입자 사이즈를 나타내기 때문이다.
요약하면, 기호적으로 다음과 같이 쓸 수 있다. La- ⇒ hK = 0.875
마찬가지로 : La+ ⇒ hK = 0.925
Co- ⇒ hK = 0.89
Co+ ⇒ hK = 0.91
본원 출원인의 예상에 따르면, 원소 Co의 입자 사이즈와 관련하여 원소 La에 대한 원재료 입자 사이즈의 우세한 영향은 두 원소(Co 및 La) 사이의 사이즈 및 원자량의 차이에 의해 설명될 수 있다. 페라이트 합성을 위해 요구되는 상이한 화학 원소의 확산율을 고려하는 경우에 설명된 결과를 얻을 수 있다. 즉, 미립자 사이즈의 영향은 화학 원소의 원자량 및 사이즈가 증가함에 따라 증가될 수 있어서, 보다 작은 고유 확산(intrinsic diffusion)이 보다 작은 미립자 사이즈에 의해 어느 정도 보상된다.
그러나, 다른 자기적 성질은 실질적으로 변경되지 않은 상태로 유지하면서 단지 자기소거 곡선의 각형비(hK) 만이 본 발명에 따른 수단에 의해 변형되는 이유는 명확하게 확립되어 있지 않다.
따라서, 본 발명에 따르면, 도 1에 도시된 바와 같이 원재료 MPR(원소 La) 및 MPT(원소 Co)에 대하여 비표면적 GR 및 GT의 다이어그램에 상이한 도메인을 정하는 것이 가능하다.
GRTH = 2.53ㆍGF = 9.29 ㎡/g와 동일한 X축과, 0.7 GRTH와 동일한 X축은 원소 R = La와 관련하여 상이한 도메인을 정한다.
마찬가지로, GTTH = 3.38ㆍGF = 12.33 ㎡/g와 동일한 Y축과, 0.7 GTTH와 동일한 Y축은 원소 T = Co와 관련하여 상이한 도메인을 정한다.
본 발명의 바람직한 도메인은 2가지 조건, 즉 GT 〉GTTH 및 GR 〉GRTH 에 의해 정해지며 도 1의 상부 우측의 해칭선의 사각형에 해당하는 도메인 A이고, 본 발명에서 제외된 도메인은 2가지 조건, 즉 GT〈 0.7ㆍGTTH 및 GR〈 0.7 ㆍG TTH에 의해 정해지며 도 1의 하부 좌측에 "화이트" 사각형에 해당하는 도메인이다.
이들 두 "바람직한" 도메인과 "배제된" 도메인 사이에는 도 1의 도메인 B 내지 H로 지칭되는 상이한 중간 도메인이 있다. 그러나, 원소 T = Co에 대한 원소 R = La의 입자 사이즈의 우세한 영향을 고려하면, 테스트 3의 도메인 C가 테스트 4의 도메인 G보다 바람직하다.
본 발명은 다음의 장점을 제공한다.
- 첫째, 본 발명은 모든 페라이트 타입 자석에 적용될 수 있다.
- 둘째, 본 발명에 따른 수단이 hK를 0.86에서 0.93으로, 즉 8% 증가시킬 수 있으므로, 본 발명은 hK의 값을 현저하게 증가시킬 수 있으며, 이는 실용적인 관점에서 매우 중요한 것이다. 실제로, 이로 인하여, 모터의 자기 스템에서의 자기 흐름(magnetic flow)을 증가시킬 수 있으며, 특히 본 발명에 따른 자석을 포함하는 DC 모터의 "토크-속도" 특징을 매우 현저하게 증가시킬 수 있다.
- 마지막으로, 본 발명은 동일한 자기적 성질 및 다양한 kK 값을 제공하는 소정 범위의 자석을 얻을 수 있으며, 이는 특정 용례에서 매우 유리할 수도 있다.

Claims (14)

  1. 조성식 M1-XRXFe12-yTyO19〔여기서, Fe 및 M(= Ba, Sr, Ca, Pb)은 메인 원소를 나타내고, R(Bi 또는 희토류 원소)과 T(= Mn, Co, Ni, Zn)는 치환 원소를 나타내며, x 및 y는 통상적으로 0.05 내지 0.5 사이에 있음〕에 따른 마그네토플럼바이트 상을 포함하는 페라이트 타입의 영구 자석을 제조하는 방법으로서,
    a) 혼합 수단, 통상적으로 배치 모드(batch mode)로 작동하는 혼합기에서, 각각 원소 M, Fe, R 및 T와 관련한 원재료 MPM, MPF, MPR 및 MPT의 혼합물(MP)을 PM, PF, PR 및 PT로 각각 지칭되는 입자(P)로 이루어지는 산화물, 탄산염 또는 수산화물 분말의 형태로 형성하는 단계로서, 원소 Fe에 관련한 것〔통상적으로 산화철(Fe2O3)〕인 원재료 MPF와 원재료 MPM은 소위 메인 원재료를 나타내고, 원재료 MPR 및 MPT는 소위 치환 원재료(MPS)를 나타내는 것인 단계와,
    b) 조성식 M1-XRXFe12-yTyO19에 따른 마그네토플럼바이트 상을 기초로 클링커(B)를 형성하도록 상기 혼합물을 배소로(roasting furnace)에서 배소하는 단계와,
    c) 1.2 ㎛ 미만의 평균 미립자 사이즈를 갖는 분리된 미세 입자의 균질한 분산물(C)을 얻도록 통상적으로 수용성 매체의 분산 용기에서 상기 클링커를 습윤 연마하는 단계와,
    d) 예정된 형상의 취급이 용이한 이방성 압분체(D)를 형성하도록 상기 입자를 오리엔테이션 자기장에서 농축 및 압축하는 단계와,
    e) 상기 이방성 압분체(D)를 소결하여 소결 요소(E)를 얻는 단계
    를 포함하며,
    상기 a) 단계의 혼합물(MP)에 있어서, 비표면적 측정기(BET)를 이용하여 측정하였을 때 치환 원재료 MPR 또는 MPT 중 적어도 하나의 입자 사이즈 GS (㎡/g), 구체적으로는 치환 원재료 MPR 또는 MPT에 대하여 각각 GR 또는 GT로서 지칭되는 입자 사이즈는, 상기 페라이트의 조성식 M1-XRXFe12-yTyO19를 고려하여 상기 메인 원재료 MPF에 대한 상기 치환 원재료 MPS의 중량 %S 및 메인 원재료 MPF의 입자 사이즈 GF에 따라 선택되어, 통계적으로 또는 이상적으로 페라이트의 조성과는 관계없이, 입자(PF)에 대하여 동일한 비율의 입자(PR 또는 PT)를 포함하는 혼합물(MP)을 얻고,
    치환 원재료 MPS의 상기 입자 사이즈 GS는 이론적인 입자 사이즈 GSTH = KㆍGF〔여기서, GF는 메인 원재료 MPF의 입자 사이즈를 지칭하고, 상수 K는 (100/%S)⅓ㆍ(dF/dS)⅔이고, 여기서 dF 및 dS는 각각 메인 원재료 MPF의 비질량(specific mass)과 치환 원재료 MPS의 비질량을 지칭함〕에 따라 선택될 수 있으며,
    하나 이상의 치환 원재료 MPS의 입자 사이즈 GS는 적어도 0.7 GSTH인 것인 페라이트 타입의 영구 자석을 제조하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 하나 이상의 치환 원재료 MPS의 입자 사이즈 GS는 적어도 0.8 GSTH인 것인 페라이트 타입의 영구 자석을 제조하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 하나 이상의 치환 원재료 MPS의 입자 사이즈 GS는 적어도 0.9 GSTH인 것인 페라이트 타입의 영구 자석을 제조하는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 하나 이상의 치환 원재료 MPS의 입자 사이즈 GS는 적어도 GSTH와 동일한 것인 페라이트 타입의 영구 자석을 제조하는 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입자 사이즈 GS는 치환 원재료 MPR의 입자 사이즈 GR과 대응하는 것인 페라이트 타입의 영구 자석을 제조하는 방법.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입자 사이즈 GS는 치환 원재료 MPT의 입자 사이즈 GT와 대응하는 것인 페라이트 타입의 영구 자석을 제조하는 방법.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입자 사이즈 GS는 치환 원재료 MPR의 입자 사이즈 GR 및 치환 원재료 MPT의 입자 사이즈 GT와 대응하는 것인 페라이트 타입의 영구 자석을 제조하는 방법.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 원재료 MPF의 입자 사이즈 GF는 1 내지 10 ㎡/g의 사이에 있는 것인 페라이트 타입의 영구 자석을 제조하는 방법.
  9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 원소 R 및 원소 T에 대한 x 및 y의 값은 각각 0.05 내지 0.5 사이에 있는 것인 페라이트 타입의 영구 자석을 제조하는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 원소 R은 La와 등가의 것으로 선택되고, 원소 T는 Co와 등가의 것으로 선택되는 것인 페라이트 타입의 영구 자석을 제조하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 상수 K는 상기 치환 원소 T가 코발트와 등가의 것으로 되는 때에 3.38이고, 상기 상수 K는 치환 원소 R이 란탄과 등가의 것으로 되는 때에 2.53인 것인 페라이트 타입의 영구 자석을 제조하는 방법.
  12. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 제조 방법을 이용하여 얻은 페라이트 자석으로서,
    a) 성능 지수(IP = Br + 0.5 HcJ)(여기서, Br의 단위는 mT이고, HcJ의 단위는 kA ㆍm-1 임)는 580 이상이며,
    b) 자기 소거 곡선의 각형비(hK = Hk/HcJ; 단위 %)〔여기서, Hk 및 HcJ의 단위는 kA ㆍm-1 이고, Hk는 H(Br-10%) 임〕는 0.89 이상인 것인 페라이트 자석.
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