KR101245265B1

KR101245265B1 - 페라이트 자성 재료, 페라이트 자석, 페라이트 소결 자석

Info

Publication number: KR101245265B1
Application number: KR1020127016460A
Authority: KR
Inventors: 시게키 야나기다; 타카히로 모리; 히로유키 모리타; 노부히로 스토; 타츠야 카토; 요시히코 미나치
Original assignee: 티디케이가부시기가이샤
Priority date: 2010-03-17
Filing date: 2011-03-15
Publication date: 2013-03-19
Also published as: EP2511249B9; KR20130018341A; EP2511249B1; EP2511249A4; JP5120467B2; KR101613649B1; US8591760B2; US20140097378A1; CN102666431A; CN102666431B; US20120280167A1; WO2011115129A1; US9202613B2; EP2511249A1; KR20120086736A; JP2011213575A

Abstract

[과제] 높은 Br 및 HcJ이 유지되고, 또한 높은 Hk/HcJ를 가지는 영구 자석을 얻을 수 있는 페라이트 자성 재료, 그리고 그 페라이트 자성 재료로 이루어지는 페라이트 자석 및 페라이트 소결 자석을 제공하는 것. [해결 수단] 육방정 구조를 가지는 페라이트상으로 이루어지는 주상을 가지는 페라이트 자성 재료로서, Ca₁ _-w-x-yR_wSr_xBa_yFe_zM_m으로 나타내어지는 금속 원소의 조성을 가지고, 0.25＜W＜0.5, 0.01＜x＜0.35, 0.0001＜y＜0.013, y＜x, 8.7＜z＜9.9, 1.0＜w/m＜2.1, 0.017＜m/z＜0.055를 만족하고, 부성분으로서 적어도 Si 성분을 포함하고, 상기 페라이트 자성 재료 중의 상기 Si 성분의 SiO₂ 환산으로의 함유량 y1질량%를 Y축에 나타내고, 상기 z와 m의 합계량 x1을 X축에 나타냈을 때, x1과 y1의 관계가, 상기 X축 및 Y축을 가지는 X-Y 좌표에 있어서의 소정의 4개의 점으로 둘러싸이는 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 페라이트 자성 재료, 그리고 그 페라이트 자성 재료로 이루어지는 페라이트 자석 및 페라이트 소결 자석.

Description

페라이트 자성 재료, 페라이트 자석, 페라이트 소결 자석{FERRITE MAGNETIC MATERIAL, FERRITE MAGNET, FERRITE SINTERED MAGNET}

본 발명은 페라이트 자성 재료, 그리고 그 페라이트 자성 재료로 이루어지는 페라이트 자석 및 페라이트 소결 자석에 관한 것이다.

산화물로 이루어지는 영구 자석의 재료로서는, 육방정계의 M형(마그네토플럼바이트(magnetoplumbite)형) Sr 페라이트 또는 Ba 페라이트가 알려져 있다. 이들 페라이트로 이루어지는 페라이트 자성 재료는 페라이트 소결체나 본드 자석의 형태로 영구 자석으로서 제공되고 있다. 최근, 전자 부품의 소형화, 고성능화에 수반하여, 페라이트 자성 재료로 이루어지는 영구 자석에 대해서도 소형이면서 높은 자기 특성을 가질 것이 요구되고 있다.

영구 자석의 자기 특성의 지표로서는, 일반적으로, 잔류 자속 밀도(Br) 및 보자력(HcJ)이 이용되며, 이것들이 높을수록 높은 자기 특성을 가지고 있다고 평가된다. 종래, 영구 자석의 Br 및 HcJ을 향상시키는 관점에서, 페라이트 자성 재료에 소정의 원소를 함유시키는 등, 조성을 바꾸어 검토가 행해져 왔다.

예를 들어, 특허문헌 1에는, M형 Ca 페라이트에, La, Ba 및 Co를 적어도 함유시킴으로써, 높은 Br 및 HcJ을 가지는 페라이트 소결 자석을 얻을 수 있는 산화물 자성 재료가 개시되어 있다.

또한, 특허문헌 2에는, M형 Ca 페라이트에, La, Sr 및 Co를 함유시킴으로써, 높은 Br 및 HcJ을 가지는 페라이트 소결 자석을 얻을 수 있는 산화물 자성 재료가 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 3에는, M형 Sr 페라이트에, Sr, La 및 Co를 포함함으로써, 높은 Br 및 HcJ을 가지는 소결 자석이 개시되어 있다.

특허문헌 1: 일본 특허 제4078566호 공보 특허문헌 2: 국제 공개 제2007/077811호 팸플릿 특허문헌 3: 일본 특허 제3163279호 공보

상술한 바와 같이, Br 및 HcJ을 모두 양호하게 얻기 위해, 주 조성에 첨가하는 원소의 조합을 다양하게 바꾸는 시도가 이루어지고 있지만, 어떠한 첨가 원소의 조합이 높은 자기 특성을 부여하는지는 아직도 명확하지 않다.

또한, 영구 자석에는, 높은 Br 및 HcJ을 가지는 것에 더해, HcJ에 대한 자화(磁化)가 Br의 90%일 때의 자계(磁界)의 값(Hk)의 비율, 이른바 각형비(Hk/HcJ)도 높은 것이 바람직하다. Hk/HcJ가 높으면, 외부 자계나 온도 변화에 의한 감자(減磁)가 작아서, 안정된 자기 특성을 얻을 수 있게 된다.

따라서, 페라이트 자성 재료를 이용한 영구 자석에서는, 높은 Br 및 HcJ을 얻음과 함께, 뛰어난 Hk/HcJ를 얻을 수 있는 것이 바람직하다. 그렇지만, 어느 자기 특성이 향상되면 다른 자기 특성이 저하되는 등, 이와 같은 3개의 자기 특성을 가지는 영구 자석을 얻을 수 있는 페라이트 자성 재료를 얻는 것은 종래, 결코 용이한 것이 아니었다.

또한, Br를 높이기 위해서는, 페라이트상(相)을 구성하는 결정입자의 자화 용이축(M형 페라이트의 경우에는 c축 방향)의 방향을 일치시키는, 즉 자화 용이축의 배향성을 높여서, 이방성화(異方性化)를 도모하는 것이 효과적이다. 그러나, 배향성을 높여 가면, M형 페라이트에서는 자화 용이축과 수직 방향인 자화 곤란축 방향으로 결정입자가 성장하기 쉬운 경향이 있기 때문에, 자화 곤란축 방향의 평균 결정입자지름과 자화 용이축 방향의 평균 결정입자지름의 비로 나타내어지는 어스펙트비(aspect ratio)가 높아지기 쉽다. 어스펙트비가 높아지면, 결정입자 내에서 반자장(反磁場)의 영향을 받기 쉬워진다. 또한, 자화 곤란축 방향의 평균 결정입자지름이 커지는 것은, 단자구(單磁區) 입자(M형 페라이트의 경우, 약 1㎛)가 되는 결정입자수가 감소하는 것을 나타내고 있다. 이들 영향에 의해, HcJ이 저하되어, 높은 Br와의 양립을 도모하는 것이 곤란해진다.

이에, 본 발명은 이와 같은 사정에 착안하여 이루어진 것이며, 높은 Br 및 HcJ이 유지되고, 또한 높은 Hk/HcJ를 가지는 영구 자석을 얻을 수 있는 페라이트 자성 재료, 및 이 페라이트 자성 재료로 이루어지는 자석을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 페라이트 자성 재료는, 육방정 구조를 가지는 페라이트상으로 이루어지는 주상(主相)을 가지는 페라이트 자성 재료로서, 하기 식 (1)로 나타내어지는 금속 원소의 조성을 가지고,

Ca₁ _-w-x- _yR_wSr_xBa_yFe_zM_m (1)

단, 식 (1) 중, R은 희토류 원소(Y을 포함한다) 및 Bi로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소로서 La을 적어도 포함하고, M은 Co, Mn, Mg, Ni, Cu 및 Zn으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소로서 Co를 적어도 포함하고,

식 (1) 중, w, x, y, z 및 m은 하기 식 (2), (3), (4), (5), (6), (7) 및 (8)을 만족하고,

0.25＜w＜0.5 (2)

0.01＜x＜0.35 (3)

0.0001＜y＜0.013 (4)

y＜x (5)

8.7＜z＜9.9 (6)

1.0＜w/m＜2.1 (7)

0.017＜m/z＜0.055 (8)

부성분으로서 적어도 Si 성분을 포함하고,

상기 페라이트 자성 재료 중의 이 Si 성분의 SiO₂ 환산으로의 함유량 y1을 Y축에 나타내고,

상기 z와 m의 합계량 x1을 X축에 나타냈을 때,

x1과 y1의 관계가, 상기 X축 및 Y축을 가지는 X-Y 좌표에 있어서의 4개의 점 a(8.9, 1.2), b(8.3, 0.95), c(10.0, 0.35) 및 d(10.6, 0.6)로 둘러싸이는 범위 내에 있는 것을 특징으로 한다.

상기 본 발명의 페라이트 자성 재료는, 상기 식 (1)로 나타내어지고, 각 원소가 식 (2) 내지 (8)의 조건을 만족함과 함께, 부성분으로서 Si 성분을 더 함유하고,

상기 페라이트 자성 재료 중의 상기 Si 성분의 SiO₂ 환산으로의 비율 y1질량%를 Y축에 나타내고,

상기 z와 m의 합계량 x1을 X축에 나타냈을 때,

x1과 y1의 관계가, 상기 X축 및 Y축을 가지는 X-Y 좌표에 있어서의 4개의 점 a(8.9, 1.2), b(8.3, 0.95), c(10.0, 0.35) 및 d(10.6, 0.6)로 둘러싸이는 범위 내에 있음으로써, 높은 Br 및 HcJ을 가질 뿐만 아니라, 높은 Hk/HcJ를 가지는 페라이트 자석 또는 페라이트 소결 자석이 된다.

바람직하게는, 상기 페라이트 자석 또는 페라이트 소결 자석에 있어서, X선 회절 측정에 의해 구한 결정 배향도 Or(f)=∑(001)/∑(hkl)가 0.9 이상이다.

바람직하게는, 상기 페라이트 자석 또는 페라이트 소결 자석을 구성하는 결정입자를 c축 방향에 평행한 면으로 절단한 절단면에 있어서,

상기 각 결정입자의 단면의 중심(重心)을 통과하는 입경의 최대치와 최소치를 각각 구하고, 소정 수 이상의 결정입자에 있어서의 상기 입경의 최대치와 최소치의 평균을 각각 L(㎛), S(㎛)로 했을 때,

상기 L 및 S가, 하기 식 (9) 및 (10)을 만족한다.

L≤1.4 (9)

L/S≤2.4 (10)

도 1은 본원의 실시예의 각 시료에 대하여, 페라이트 자성 재료 중의 상기 Si 성분의 SiO₂ 환산으로의 함유량 y1질량%를 Y축에 나타내고, 상기 z와 m의 합계량 x1을 X축에 나타냈을 때, x1과 y1의 관계를 X축 및 Y축을 가지는 X-Y 좌표에 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 페라이트 소결 자석을 구성하는 결정입자의 결정입자지름 및 어스펙트비의 측정 방법을 설명하기 위한 결정입자의 단면도이다.
도 3의 (a)는 본 발명의 실시예에 따른 페라이트 소결 자석의 단면 SEM 사진이고, 도 3의 (b)는 본 발명의 비교예에 따른 페라이트 소결 자석의 단면 SEM 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 소결 자석의 제조 방법에 이용하는 자장 사출 성형기의 주요부 단면도이다.

이하, 본 발명의 실시 형태를 설명한다.

(페라이트 소결 자석)

본 발명의 일 실시 형태에 따른 페라이트 소결 자석을 구성하는 페라이트 자성 재료는, 육방정 구조를 가지는 페라이트상으로 이루어지는 주상을 가지는 것이다. 상기 페라이트상으로서는 마그네토플럼바이트형(M형) 페라이트(이하, ‘M형 페라이트’라고 한다.)가 바람직하다. 한편, 마그네토플럼바이트형(M형) 페라이트로 이루어지는 주상을 특히 ‘M상(相)’이라고 한다. 여기서 ‘페라이트상으로 이루어지는 주상’이란, 통상, 페라이트 소결 자석은 ‘주상(결정입자)’과 ‘입계 부분’으로 이루어지므로, 이 ‘주상’이 페라이트상인 것을 의미한다. 소결체에 차지하는 주상의 비율로서는, 바람직하게는 95체적% 이상이다.

페라이트 소결 자석을 구성하는 페라이트 자성 재료는, 전술한 바와 같이 소결체의 형태이며, 결정입자(주상)와 입계를 포함하는 구조를 가지고 있다. 이 소결체에 있어서의 결정입자의 평균 결정입자지름은 바람직하게는 1.4㎛ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.5~1.4㎛이다. 이와 같은 평균 결정입자지름을 가짐으로써, 높은 HcJ을 얻기 쉬워진다. 한편, 여기서 말한 평균 결정입자지름이란, M형 페라이트의 소결체에 있어서의 결정입자의, 자화 곤란축(a축) 방향의 입자경의 상가(相加)평균치를 말한다. 페라이트 자성 재료의 소결체의 결정입경은 주사형 전자현미경에 의해 측정할 수 있다.

본 실시 형태의 페라이트 자성 재료는, 하기 식 (1)로 나타내어지는 금속 원소의 조성을 가진다.

Ca₁ _-w-x- _yR_wSr_xBa_yFe_zM_m (1)

여기서, 식 (1) 중, R은 희토류 원소(Y을 포함한다) 및 Bi로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소로서 La을 적어도 포함하고, M은 Co, Mn, Mg, Ni, Cu 및 Zn으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소로서 Co를 적어도 포함한다.

식 (1) 중, w, x, y, z 및 m은, 각각, R, Sr, Ba, Fe 및 M의 원자 비율을 나타내고 있으며, 하기 식 (2), (3), (4), (5), (6), (7) 및 (8)을 모두 만족한다.

0.25＜w＜0.5 (2)

0.01＜x＜0.35 (3)

0.0001＜y＜0.013 (4)

y＜x (5)

8.7＜z＜9.9 (6)

1.0＜w/m＜2.1 (7)

0.017＜m/z＜0.055 (8)

또한, 페라이트 자성 재료는, 전술한 금속 원소의 조성 이외의 부성분으로서 적어도 Si 성분을 포함하고, 도 1에 나타내는 바와 같이, 상기 페라이트 자성 재료 중의 상기 Si 성분의 SiO₂ 환산으로의 함유량 y1질량%를 Y축에 나타내고, 상기 z와 m의 합계량 x1을 X축에 나타냈을 때, x1과 y1의 관계가, 상기 X축 및 Y축을 가지는 X-Y 좌표에 있어서의 4개의 점 a(8.9, 1.2), b(8.3, 0.95), c(10.0, 0.35) 및 d(10.6, 0.6)로 둘러싸이는 범위 내에 있다.

한편, 산소의 조성비는, 각 금속 원소의 조성비, 각 원소(이온)의 가수(價數)에 영향을 받으며, 결정 내에서 전기적 중성을 유지하도록 증감한다. 또한, 후술하는 소성 공정 시, 소성 분위기를 환원성 분위기로 하면 산소 결손이 생기는 경우도 있다.

이하, 전술한 페라이트 자성 재료의 조성에 대하여, 보다 상세하게 설명한다.

전술한 페라이트 자성 재료를 구성하는 금속 원소의 조성에 있어서의 Ca의 원자 비율(1-w-x-y)은 0.25를 넘고 0.59 미만인 것이 바람직하다. Ca의 원자 비율이 너무 작으면, 페라이트 자성 재료가 M형 페라이트가 되지 않는 경우가 있다.

또한, α-F₂O₃ 등의 비자성상의 비율이 증가하는 것 외에, R이 잉여가 되어 오쏘페라이트 등의 비자성의 이상(異相)이 생성되어, 자기 특성(특히 Br나 HcJ)이 저하되는 경향에 있다. 한편, Ca의 원자 비율이 너무 크면, M형 페라이트가 되지 않는 경우가 있는 것 외에, CaFeO₃ _-x 등의 비자성상이 많아져셔, 자기 특성이 저하될 우려가 있다.

본 실시 형태의 페라이트 소결 자석은, 후술하는 바와 같이 부성분으로서 SiO₂를 포함하는 것 외에, 다른 부성분을 더 포함하고 있어도 된다. 예를 들어, 먼저, 부성분으로서 Ca 성분을 포함하고 있어도 된다. 단, 본 실시 형태의 페라이트 소결 자석은 전술한 바와 같이 주상인 페라이트상을 구성하는 성분으로서 Ca을 포함한다. 따라서, 부성분으로서 Ca을 함유시켰을 경우, 예를 들어 소결체로부터 분석되는 Ca의 양은 주상 및 부성분의 총량이 된다. 즉, 부성분으로서 Ca 성분을 이용한 경우에는, 일반식 (1)에 있어서의 Ca의 원자 비율(1-w-x-y)은 부성분도 포함한 값이 된다. 원자 비율(1-w-x-y)의 범위는 소결 후에 분석된 조성에 근거하여 특정되는 것이므로, 부성분으로서 Ca 성분을 포함하는 경우와 포함하지 않는 경우에 모두 적용할 수 있다.

R로 나타내어지는 원소는 La을 적어도 포함하는 것 외에, La 이외로서는 희토류 원소(Y을 포함한다) 및 Bi로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종이 바람직하고, 희토류 원소로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종이 보다 바람직하다. 단, R로서는, La만 포함하는 것이 이방성 자계를 향상시키는 관점에서 특히 적합하다.

상기 페라이트 자성 재료를 구성하는 금속 원소의 조성 중의 R의 원자 비율(w)은 0.25를 넘고 0.5 미만이며, 이 범위이면, Br 및 HcJ 및 Hk/HcJ가 양호하게 얻어진다. R의 원자 비율이 너무 작으면, 페라이트 자성 재료에 있어서의 M의 고용량(固溶量)이 불충분해져서, Br 및 HcJ이 저하된다. 한편, 너무 크면, 오쏘페라이트 등의 비자성의 이상(異相)이 생겨서, Hk/HcJ가 낮아져 실용적인 자석을 얻는 것이 곤란해진다. 이와 같은 관점에서, R의 원자 비율은 0.3 이상 0.5 미만인 것이 바람직하고, 0.3~0.45인 것이 보다 바람직하다.

Sr의 원자 비율(x)은 0.01을 넘고 0.35 미만이며, 이 범위이면, 양호한 Br, HcJ 및 Hk/HcJ가 만족된다. Sr의 원자 비율이 너무 작으면, Ca 및/또는 La의 비율이 커져서, Hk/HcJ가 저하된다. 한편, Sr의 원자 비율이 너무 크면, Br 및 HcJ이 불충분해진다. 이와 같은 관점에서, Sr의 원자 비율은 0.05~0.25인 것이 바람직하고, 0.1~0.2인 것이 보다 바람직하다.

Ba의 원자 비율(y)은 0.0001을 넘고 0.013 미만이며, 이 범위이면, 양호한 Br, HcJ 및 Hk/HcJ가 만족된다. Ba의 원자 비율이 너무 작으면, 충분한 Hk/HcJ의 향상 효과를 얻을 수 없다. 한편, 너무 크면, Br 및 HcJ이 부적절하게 저하된다. 이와 같은 관점에서, Ba의 원자 비율은 0.0004~0.01인 것이 바람직하다.

또한, Sr의 원자 비율(x) 및 Ba의 원자 비율(y)은, y＜x의 관계를 만족한다. 이와 같이, Sr의 원자 비율이 Ba의 원자 비율보다 커지도록 함으로써, 양호한 Br에 더하여, 충분히 높은 Hk/HcJ를 얻기 쉬워진다.

Fe의 원자 비율(z)은 8.7을 넘고 9.9 미만이며, 이 범위이면, 양호한 Br, HcJ 및 Hk/HcJ가 만족된다. Fe의 원자 비율이 너무 작거나 너무 커도, Br 및 HcJ이 부적절하게 저하된다. Fe의 원자 비율은 8.8~9.6인 것이 바람직하다.

M으로 나타내어지는 원소는 Co를 적어도 포함하는 것 외에 Co 이외로서는 Mn, Mg, Ni, Cu 및 Zn으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종이 바람직하고, Mn, Ni 및 Zn으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종이 보다 바람직하다. 단, M으로서는, Co만 포함하는 것이 이방성 자계를 향상시키는 관점에서 특히 적합하다.

페라이트 자성 재료를 구성하는 금속 원소의 조성은, M의 원자 비율(m)에 대하여, 먼저, m/z가 0.017을 넘고 0.055 미만인 조건을 만족한다. 또한, w/m이 1.0을 넘고 2.1 미만인 조건을 만족한다. 이들 조건을 만족함으로써, 양호한 Br, HcJ 및 Hk/HcJ가 얻어진다. M의 원자 비율이 너무 작은 경우, 양호한 Br 및 HcJ을 얻지 못하고, 특히 Co의 비율이 너무 작으면 양호한 HcJ을 얻을 수 없다. 한편, M의 비율이 너무 큰 경우, Br 및 HcJ이 오히려 저하되는 경향에 있다.

이들 관점에서, m/z는 0.02~0.035인 것이 바람직하다. 또한, w/m은 1.2~1.9인 것이 바람직하고, 1.4~1.8인 것이 보다 바람직하다.

본 발명에 있어서의 페라이트 자성 재료는 전술한 금속 원소의 조성에 더하여 후술하는 부성분을 포함한다. 부성분은 페라이트 자성 재료의 주상과 입계의 어느 쪽에도 포함될 수 있다. 페라이트 자성 재료에 있어서, 전체 중 부성분 이외가 주조성이다. 충분한 자기 특성을 얻는 관점에서는 페라이트 자성 재료 중, 주상의 함유 비율은 90질량% 이상인 것이 바람직하고, 95~100질량%인 것이 보다 바람직하다.

본 실시 형태의 페라이트 자성 재료는, 부성분으로서 적어도 Si(규소) 성분을 포함한다. 여기서, Si 성분이란, Si 원자 그 자체나, Si를 포함하는 화합물(SiO₂ 등)을 모두 포함한다. Si를 포함하는 화합물로서는, Si를 함유하는 조성을 가지는 한 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 SiO₂, Na₂SiO₃, SiO₂·nH₂O 등을 들 수 있다. 페라이트 자성 재료는 Si 성분을 포함함으로써, 소결성이 양호해지고, 또한 소결체의 결정입경이 적당하게 조정되어, 양호하게 자기 특성이 제어된 페라이트 소결 자석이 된다. 그 결과, Br 및 HcJ을 양호하게 유지하면서 높은 Hk/HcJ를 얻는 것이 가능해진다.

본 실시 형태의 페라이트 자성 재료는, 도 1에 나타내는 바와 같이 상기 페라이트 자성 재료 중의 상기 Si 성분의 SiO₂ 환산으로의 비율 y1질량%를 Y축에 나타내고, 상기 z와 m의 합계량 x1을 X축에 나타냈을 때, x1과 y1의 관계가, 상기 X축 및 Y축을 가지는 X-Y 좌표에 있어서의 4개의 점 a(8.9, 1.2), b(8.3, 0.95), c(10.0, 0.35) 및 d(10.6, 0.6)로 둘러싸이는 범위 내에 있다.

x1과 y1, 즉 Si 성분의 비율과 z와 m의 합계량 y1의 관계가 이 영역 내임으로써, 양호한 Br, HcJ 및 Hk/HcJ가 얻어진다. Si 성분의 함유량이 너무 많으면, 비자성 성분인 Si 성분이 페라이트 소결 자석 중에 다량으로 포함되게 되기 때문에, 자기 특성(특히 Br)이 낮아지는 경향이 된다. 한편, Si 성분이 너무 적어도, 전술한 양호한 효과를 얻지 못하고, HcJ이 저하하는 경향이 된다.

본 발명의 페라이트 자성 재료에 있어서, Si 성분의 함유량은 모든 Si 성분의 합계이며, 바람직하게는 SiO₂로 환산하여 0.35~1.2질량%, 보다 바람직하게는 0.4~1.1질량%이다. Si 성분이 이와 같은 함유량이면, 높은 HcJ을 얻을 수 있다.

페라이트 자성 재료는 전술한 금속 원소의 조성, 및 적어도 Si 성분을 포함하는 부성분을 함유하고 있으며, 페라이트 자성 재료의 조성은 형광 X선 정량 분석에 의해 측정할 수 있다. 또한, 주상의 존재는 X선 회절이나 전자선 회절에 의해 확인할 수 있다.

본 실시 형태의 페라이트 자성 재료는, 부성분으로서 Si 성분 이외의 성분을 포함하고 있어도 된다. 그 밖의 부성분으로서는, 예를 들어 Al 및/또는 Cr을 가지고 있어도 된다. 이것들에 의해, 페라이트 소결 자석의 HcJ이 향상되는 경향에 있다. 양호한 HcJ의 향상 효과를 얻는 관점에서는 Al 및/또는 Cr의 함유량은 페라이트 자성 재료 전체에 대하여, Al₂O₃이나 Cr₂O₃으로 환산하여 합계로 0.1질량% 이상인 것이 바람직하다. 단, 이들 성분은 페라이트 소결 자석의 Br를 저하시키는 경우가 있으므로, 양호한 Br를 얻는 관점에서는 3질량% 이하로 하는 것이 바람직하다.

또한, 부성분으로서는, 붕소B를 예를 들어 B₂O₃로서 포함하고 있어도 된다. B를 포함함으로써, 페라이트 자성 재료를 얻을 때의 가소(假燒) 온도나, 페라이트 자성 재료로 이루어지는 소결체를 얻을 때의 소성 온도를 낮게 할 수 있어서, 페라이트 소결 자석이 높은 생산성으로 얻어지게 된다. 단, B가 너무 많으면 페라이트 소결 자석의 포화 자화가 저하되는 경우가 있기 때문에, B의 함유량은 페라이트 자성 재료 전체에 대하여, B₂O₃로서 0.5질량% 이하인 것이 바람직하다.

또한, 본 실시 형태의 페라이트 자성 재료는, 부성분으로서 Ga, Mg, Cu, Mn, Ni, Zn, In, Li, Ti, Zr, Ge, Sn, V, Nb, Ta, Sb, As, W, Mo 등을 산화물의 형태로 포함하고 있어도 된다. 이것들의 함유량은 각 원자의 화학량론 조성의 산화물로 환산하여 산화갈륨 5질량% 이하, 산화마그네슘 5질량% 이하, 산화구리 5질량% 이하, 산화망간 5질량% 이하, 산화니켈 5질량% 이하, 산화아연 5질량% 이하, 산화인듐 3질량% 이하, 산화리튬 1질량% 이하, 산화티타늄 3질량% 이하, 산화지르코늄 3질량% 이하, 산화게르마늄 3질량% 이하, 산화주석 3질량% 이하, 산화바나듐 3질량% 이하, 산화니오븀 3질량% 이하, 산화탄탈륨 3질량% 이하, 산화안티몬 3질량% 이하, 산화비소 3질량% 이하, 산화텅스텐 3질량% 이하, 산화몰리브덴 3질량% 이하인 것이 바람직하다. 단, 이것들을 복수 종류 조합하여 포함하는 경우에는, 자기 특성의 저하를 피하기 위해, 그 합계가 5질량% 이하가 되게 하는 것이 바람직하다.

본 실시 형태의 페라이트 자성 재료는, 부성분으로서 알칼리 금속 원소(Na, K, Rb 등)는 포함하지 않는 것이 바람직하다. 알칼리 금속 원소는 자석(1)의 포화 자화를 저하시키기 쉬운 경향에 있다. 단, 알칼리 금속 원소는, 예를 들어 페라이트 자성 재료를 얻기 위한 원료 중에 포함되어 있는 경우도 있으며, 이와 같이 불가피하게 포함되는 정도이면, 페라이트 자성 재료 중에 포함되어 있어도 된다. 자기 특성에 크게 영향을 주지 않는 알칼리 금속 원소의 함유량은 3질량% 이하이다.

(페라이트 소결 자석의 결정 배향도)

본 실시 형태에 따른 페라이트 소결 자석에 대하여, X선 회절(XRD) 측정에 의해 구한 결정 배향도 Or(f)=∑(00l)/∑(hkl)는 0.9 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.92 이상이다.

여기서, 결정 배향도 Or(f)의 측정 방법에 대하여 설명한다. 먼저, 예를 들어 원판(圓板) 혹은 원기둥상의 페라이트 소결 자석의 한 면을 평활하게 연마하고, 이 평활 연마면에 대해 XRD 측정을 행하여 회절 패턴을 얻어, 페라이트 소결 자석에 유래하는 회절 피크를 동정(同定)한다. 그리고, 이 회절 피크의 면지수(面指數)와 피크 강도로부터, 페라이트 소결 자석의 결정학적 배향도(X선 배향도)를 구한다.

한편, 본 발명에 있어서, 페라이트 소결 자석의 결정 배향도 Or(f)=∑I(00L)/∑I(hkL)로 하였으며, 이 식의 (00L)은 (004), (006) 등의 결정 구조에 있어서의 c면(c축에 수직인 면)을 총칭하는 표시이고, ∑I(00L)은 (00L)면에 귀속되는 모든 피크 강도의 합계를 나타낸다. 또한, (hkL)은 검출된 모든 회절 피크를 나타내고, ∑I(hkL)은 이들 피크 강도의 합계이다.

또한, (00L)로 나타내어지는 c면은 본 실시 형태의 페라이트 소결 자석에 있어서의 자화 용이축 방향에 수직인 면이다. (00L)면의 피크 강도의 합계가 높을수록, 즉 Or(f)=∑I(00L)/∑I(hkL)가 높을수록, 결정학적으로 자화 용이축이 일치되게 되어, Br가 향상된다.

(페라이트 소결 자석의 결정입자)

본 실시 형태에 따른 페라이트 소결 자석은, 도 2에 나타내는 바와 같이 단면이 타원상인 결정입자로 구성된다. 본 실시 형태에서는 상기 페라이트 소결 자석을 구성하는 결정입자를 c축 방향에 평행한 면으로 절단한 절단면에 있어서, 상기 각 결정입자의 단면의 중심을 통과하는 입경의 최대치와 최소치를 각각 구하고, 소정 수 이상의 결정입자의 평균을 각각 L(㎛), S(㎛)로 했을 때, 상기 L 및 S가 하기 식 (9) 및 (10)을 만족하는 것이 바람직하다.

L≤1.4 (9)

L/S≤2.4 (10)

L의 범위로서, 보다 바람직하게는 L≤1.37이고, 더 바람직하게는 0.6≤L≤1.37이다. 또한, L/S의 범위로서, 보다 바람직하게는 L/S≤2.35이고, 더 바람직하게는 1.7≤L/S≤2.35이다.

상기 L/S란, 이른바 어스펙트비로 불리는 파라미터이다. M형 페라이트에서는, 배향도가 높아지면, 자화 용이축(육방정 구조의 c축, 도 2에 있어서의 L의 방향)에 대하여 수직 방향의 자화 곤란축(육방정 구조의 a축, 도 2에 있어서의 S의 방향) 방향으로 결정입자가 성장하기 쉬운 경향이 있다. 이 때문에, 자화 곤란축 방향의 평균 결정입자지름과 자화 용이축 방향의 평균 결정입자지름의 비로 나타내어지는 어스펙트비가 높아지기 쉽다. 그리고, 어스펙트비가 높아지면, 결정입자 내에서 반자장의 영향을 받기 쉬워진다. 또한, 자화 곤란축 방향의 평균 결정입자지름이 커지는 것은, 단자구 입자(M형 페라이트의 경우, 약 1㎛)가 되는 결정입자수가 감소하는 것을 나타내고 있다. 이들 영향에 의해, HcJ이 저하되어, 높은 Br와의 양립을 도모하는 것이 곤란해진다.

그러나, 본 실시 형태의 페라이트 자성 재료에서는, 상기 식 (9) 및 (10)으로 나타내어지는 조건을 만족함으로써, 높은 Br와 HcJ을 유지할 수 있다.

이하, 상기 평균 최대 입경 L 및 상기 평균 최소 입경 S에 대하여, 도 2 및 도 3를 참조하면서 상세하게 설명한다. M형 페라이트는 전술한 바와 같이 c축 방향에 자화 용이축을 가진다. 이 때문에, 평균 최대 입경 L 및 평균 최소 입경 S를 측정하기 위하여, 먼저, 페라이트 소결 자석의 c축 방향에 평행한 단면을 잘라낸다. 이어서, 그 단면에 경면(鏡面) 연마 및 불화수소산에 의한 에칭 처리를 가한다. 에칭 처리에 의해 결정입계 부분이 제거되어, 결정입자를 관찰하기 쉬워진다. 이어서, 그 단면을 주사형 전자현미경(SEM)으로 관찰하고, c축 방향에 평행한 입자 단면상을 얻는다. 얻어진 단면상의 일 예를 도 3의 (a)에 나타낸다.

계속해서, 입자 단면상에 대하여 화상 해석 처리를 행하고, 각각의 결정입자에 대하여, 그 입자 단면의 중심을 통과하는 입경의 최대치 및 최소치를 각각 측정한다. 본 실시 형태에서는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 1개의 결정입자(20)의 입자 단면의 중심(J)을 통과하는 입경의 최대치인 최대 입경 l(㎛)과, 중심(J)을 통과하는 입경의 최소치인 최소 입경 s(㎛)를 각각 도출한다. 그리고, 결정입자의 소정 수에 대하여, 상기 최대 입경과 최소 입경의 상가평균치를 산출하고, 각각 평균 최대 입경 L 및 평균 최소 입경 S로 정의한다. 한편, 평균을 구하기 위한 결정입자의 소정 수로서는, 바람직하게는 500개 이상이다.

또한, 본 실시 형태에 있어서의 페라이트 자성 재료로 이루어지는 자석으로서는, 상기와 같은 페라이트 소결 자석으로 한정되지 않으며, 예를 들어 페라이트 자성 재료의 분말이 바인더에 의해 결합되어 이루어지는 본드 자석 등을 들 수 있다.

본드 자석의 경우, 전술한 바와 같은 페라이트 자성 재료의 조건은, 페라이트 자성 재료의 분말에서 만족되면 된다. 페라이트 자성 재료의 분말을 구성하고 있는 일차 입자의 평균 입경은 특별히 제한되지 않지만, 2㎛ 이하인 것이 바람직하고, 1.5㎛ 이하인 것이 보다 바람직하며, 0.1~1㎛인 것이 더 바람직하다. 이 평균 입경이 너무 크면, 분말 중의 다자구 입자의 비율이 높아져서, HcJ이 저하될 우려가 있다. 한편, 평균 입경이 너무 작으면, 열요란(熱擾亂, thermal disturbance)에 의해 자성이 저하되거나, 또한 자장 중에서 성형할 때의 배향성이나 성형성이 나빠진다.

바인더로서는, 니트릴고무(예를 들어 NBR 고무), 염소화 폴리에틸렌, 폴리아미드 수지(예를 들어 나일론 6, 나일론 12(이상, 등록상표)) 등을 들 수 있다.

(페라이트 소결 자석의 제조 방법)

이하의 실시 형태에서는, 페라이트 자성 재료로 이루어지는 페라이트 소결 자석의 제조 방법의 일 예를 나타낸다. 본 실시 형태에서는, 페라이트 소결 자석은 배합 공정, 가소 공정, 분쇄 공정, 성형 공정 및 소성 공정을 거쳐 제조할 수 있다. 또한, 분쇄 공정과 성형 공정 사이에 미분쇄(微粉碎) 슬러리(slurry)의 건조 공정, 혼련 공정이 포함되는 경우가 있고, 성형 공정과 소성 공정 사이에 탈지 공정이 포함되는 경우가 있다. 각 공정에 대하여, 이하에 설명한다.

<배합 공정>

배합 공정에서는 페라이트 자성 재료의 원료를 배합하여 원료 혼합물을 얻는다. 먼저, 페라이트 자성 재료의 원료로서는, 이를 구성하는 원소 중 1종 또는 2종 이상을 포함하는 화합물(원료 화합물)을 들 수 있다. 원료 화합물은, 예를 들어 분말상인 것이 적합하다. 원료 화합물로서는, 각 원소의 산화물, 또는 소성에 의해 산화물이 되는 화합물(탄산염, 수산화물, 질산염 등)을 들 수 있다. 예를 들어, SrCO₃, La(OH)₃, Fe₂O₃, BaCO₃, CaCO₃ 및 Co₃O₄ 등을 예시할 수 있다. 원료 화합물의 분말의 평균 입경은, 예를 들어, 균질한 배합을 가능하게 하는 관점에서 0.1~2.0㎛ 정도로 하는 것이 바람직하다.

또한, 페라이트 자성 재료에 있어서의 Si 성분의 원료로서는, SiO₂를 들 수 있지만, Si를 함유하는 화합물 등이면 특별히 제한되지 않는다. 또한, 원료 분말에는 필요에 따라서 그 밖의 부성분의 원료 화합물(원소 단체(單體), 산화물 등)을 배합해도 된다.

배합은, 예를 들어, 각 원료를, 원하는 페라이트 자성 재료의 조성이 얻어지도록 칭량하여 혼합한 후, 습식 애트라이터(attritor), 볼 밀 등을 이용하여 0.1~20시간 정도, 혼합, 분쇄 처리함으로써 행할 수 있다.

한편, 이 배합 공정에서는 모든 원료를 혼합할 필요는 없으며, 일부를 후술하는 가소 후에 첨가하도록 해도 된다. 예를 들어, 부성분인 Si의 원료(예를 들어 SiO₂)나, 금속 원소의 조성의 구성 원소인 Ca의 원료(예를 들어 CaCO₃)는 후술하는 가소 후, 분쇄(특히, 미분쇄) 공정에서 첨가해도 된다. 첨가 시기는 원하는 조성이나 자기 특성을 얻기 쉽게 조정하면 된다.

<가소 공정>

가소 공정에서는 배합 공정에서 얻어진 원료 분말을 가소한다. 가소는, 예를 들어, 공기 중 등의 산화성 분위기 중에서 행하는 것이 바람직하다. 가소 온도는 1100~1400℃의 온도 범위로 하는 것이 바람직하고, 1100~1300℃가 보다 바람직하며, 1150~1300℃가 더 바람직하다. 가소 시간은 1초간~10시간으로 할 수 있고, 1초간~5시간인 것이 바람직하다. 가소에 의해 얻어지는 가소체는 전술한 바와 같은 주상(M상)을 70% 이상 포함한다. 가소체의 일차 입자경은 바람직하게는 10㎛ 이하이고, 보다 바람직하게는 5㎛ 이하이며, 더 바람직하게는 2㎛ 이하이다.

<분쇄 공정>

분쇄 공정에서는 가소 공정에서 과립상이나 괴상(塊狀)이 된 가소체를 분쇄하여 다시 분말상으로 한다. 이에 의해, 후술하는 성형 공정에서의 성형이 용이해진다. 이 분쇄 공정에서는, 전술한 바와 같이, 배합 공정에서 배합하지 않았던 원료를 첨가해도 된다(원료의 후첨가). 분쇄 공정은, 예를 들어, 가소체를 굵은 분말이 되도록 분쇄(조분쇄(粗粉碎))한 후, 이것을 더욱 미세하게 분쇄하는(미분쇄), 2단계의 공정으로 행하여도 된다.

조분쇄는 예를 들어, 진동 밀 등을 이용하여 평균 입경이 0.5~5.0㎛가 될 때까지 행해진다. 미분쇄에서는 조분쇄로 얻어진 조분쇄재(粗粉碎材)를, 습식 애트라이터, 볼 밀, 제트 밀 등에 의해 더 분쇄한다. 미분쇄에서는 얻어진 미분쇄재의 평균 입경이 바람직하게는 0.08~2.0㎛, 보다 바람직하게는 0.1~1.0㎛, 더 바람직하게는 0.1~0.5㎛ 정도가 되도록 미분쇄를 행한다. 미분쇄재의 비표면적(예를 들어 BET법에 의해 구해진다)은 4~12㎡/g 정도로 하는 것이 바람직하다. 적합한 분쇄 시간은 분쇄 방법에 따라서 다르며, 예를 들어 습식 애트라이터의 경우, 30분간~20시간 정도가 바람직하고, 볼 밀에 의한 습식 분쇄에서는 10~50시간 정도가 바람직하다.

분쇄 공정에서 원료의 일부를 첨가하는 경우, 예를 들어 첨가는 미분쇄 시에 행할 수 있다. 본 실시 형태에서는 Si 성분인 SiO₂나, Ca 성분인 CaCO₃을 미분쇄 시에 첨가할 수 있지만, 이것들을 배합 공정이나 조분쇄 공정에서 첨가해도 된다.

미분쇄 공정에서는 습식법의 경우, 분산매로서 물 외에, 톨루엔, 크실렌 등의 비수계 용매를 이용할 수 있다. 비수계 용매를 이용하는 편이, 후술하는 습식 성형 시에 고배향성을 얻을 수 있는 경향이 있다. 한편, 수계 용매를 이용할 경우, 생산성의 관점에서 유리하다.

또한, 미분쇄 공정에서는 소성 후에 얻어지는 소결체의 배향도를 높이기 위하여, 예를 들어 일반식 C_n(OH)_nH_n+2로 나타내어지는 다가 알코올을 첨가해도 된다. 여기서, 다가 알코올로서는 일반식에 있어서 n이 4~100인 것이 바람직하고, 4~30인 것이 보다 바람직하며, 4~20인 것이 더 바람직하고, 4~12인 것이 한층 바람직하다. 다가 알코올로서는, 예를 들어 소르비톨을 들 수 있다. 또한, 2종류 이상의 다가 알코올을 병용해도 된다. 또한, 다가 알코올에 더해, 다른 공지된 분산제를 병용해도 된다.

다가 알코올을 첨가하는 경우, 그 첨가량은 첨가 대상물(예를 들어 조분쇄재)에 대하여, 0.05~5.0질량%인 것이 바람직하고, 0.1~3.0질량%인 것이 보다 바람직하며, 0.2~2.0질량%인 것이 더 바람직하다. 한편, 미분쇄 공정에서 첨가한 다가 알코올은 후술하는 소성 공정에서 열분해 제거된다.

단, 분쇄재(바람직하게는 미분쇄재)의 성형 방법으로서, 후술하는 CIM(Ceramic Injection Molding(세라믹 사출 성형), 즉, PIM(Powder Injection Molding), 분말 사출 성형의 일종) 성형을 이용하는 경우, 상기 소르비톨 등의 다가 알코올의 첨가는 미분쇄 슬러리 건조 시에 분말의 응집 발생이 현저해지거나, 바인더 수지 중으로의 분말의 분산이 나빠지는 등의 요인이 되어 바람직하지 않다. 이 경우, 분산제를 아무것도 첨가하지 않거나, 실란 커플링제 등의 동일 분자 내에 친수성기와 소수성(친유성)기를 가지는 분산제로 분말을 표면 처리해도 된다. 이 분산제의 첨가량은 첨가 대상물(예를 들어 조분쇄재)에 대하여 0.3~3.0질량%이면 된다. 이와 같은 분산제는 미분쇄 종료 후의 슬러리에 첨가하여 혼합하는 것이 바람직하지만, 이 예로 제한되지 않으며, 건조 후의 분말에 첨가하거나, 바인더 수지와의 혼련 공정에서 첨가되어도 된다.

<성형·소성 공정>

성형·소성 공정에서는 분쇄 공정 후에 얻어진 분쇄재(바람직하게는 미분쇄재)를 성형하여 성형체를 얻은 후, 이 성형체를 소성하여 소결체를 얻는다. 성형은 건식 성형, 습식 성형 또는 CIM 성형 중 어느 방법으로도 행할 수 있다. 건식 성형법에서는 예를 들어, 건조한 자성 분말을 가압 성형하면서 자장을 인가하여 성형체를 형성하고, 그 후에 성형체를 소성한다. 습식 성형법에서는 예를 들어, 자성 분말을 포함한 슬러리를 자장 인가 중에서 가압 성형하면서 액체 성분을 제거하여 성형체를 형성하고, 그 후에 성형체를 소성한다.

한편, 일반적으로, 건식 성형법에서는 건조된 자성 분말을 금형 내에서 가압 성형하므로 성형 공정에 요하는 시간이 짧다고 하는 이점을 가지지만, 성형 시의 자장에 의한 자성 분말의 배향도 향상이 곤란하여, 결과적으로 얻어지는 소결 자석의 자기 특성이 습식 성형법에 의해 얻어지는 소결 자석에 뒤떨어진다. 또한, 습식 성형법에서는 성형 시의 자장에 의해 자성 분말이 배향되기 쉬워서 소결 자석의 자기 특성이 양호하지만, 액체 성분을 제거하면서 가압을 행하기 때문에, 성형에 시간이 걸린다고 하는 과제가 있다.

또한, CIM 성형법은 건조시킨 자성 분말을 바인더 수지와 함께 가열혼련하여 형성한 펠릿(pellet)을, 자장이 인가된 금형 내에서 사출 성형하여 예비 성형체를 얻고, 이 예비 성형체를 탈바인더 처리한 후 소성하는 방법이다.

전술한 실시 형태에 따른 페라이트 자성 재료의 성형 방법은 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 CIM 성형, 습식 성형, 특히 바람직하게는 CIM 성형이다. 이하, CIM 성형과 습식 성형에 대하여 상세하게 설명한다.

(CIM 성형·소성)

CIM 성형법에 의해 페라이트 소결 자석을 얻는 경우에는, 습식 분쇄 후, 자성 분말을 포함하는 미분쇄 슬러리를 건조시킨다. 건조 온도는 바람직하게는 80~150℃, 더 바람직하게는 100~120℃이다. 또한, 건조 시간은 바람직하게는 1~40시간, 더 바람직하게는 5~25시간이다. 건조 후의 자성 분말의 일차 입자의 평균 입경은 바람직하게는 0.08~2㎛의 범위 내, 더 바람직하게는 0.1~1㎛의 범위 내이다.

건조 후의 자성 분말을 바인더 수지, 왁스류, 윤활제, 가소제, 승화성 화합물 등(이하 이것들을 ‘유기 성분’이라고 한다.)과 함께 혼련하여 펠레타이저(pelletizer) 등으로 펠릿으로 성형한다. 상기 유기 성분은 성형체 중에 바람직하게는 35~60체적%, 보다 바람직하게는 40~55체적% 포함된다. 혼련은 예를 들어 니더(kneader) 등으로 행하면 된다. 펠레타이저로서는, 예를 들어 2축 1축 압출기가 이용된다. 또한, 혼련 및 펠릿 성형은 사용하는 유기 성분의 용융 온도에 따라서 가열하면서 실시해도 된다.

바인더 수지로서는 열가소성 수지 등의 고분자 화합물이 이용되고, 열가소성 수지로서는, 예를 들어 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌초산비닐 공중합체, 어택틱(atactic) 폴리프로필렌, 아크릴폴리머, 폴리스티렌, 폴리아세탈 등이 이용된다.

왁스류로서는 카나우바(carnauba) 왁스, 몬탄(montan) 왁스, 밀랍 등의 천연 왁스 이외에, 파라핀 왁스, 우레탄화 왁스, 폴리에틸렌글리콜 등의 합성 왁스가 이용된다.

윤활제로서는 예를 들어 지방산 에스테르 등이 이용되고, 가소제로서는 예를 들어 프탈산 에스테르가 이용된다.

바인더 수지의 첨가량은 자성 분말 100질량%에 대하여, 바람직하게는 3~20질량%, 왁스류의 첨가량은 바람직하게는 3~20질량%, 윤활제의 첨가량은 바람직하게는 0.1~5질량%이다. 가소제의 첨가량은 바인더 수지 100질량%에 대하여, 바람직하게는 0.1~5질량%이다.

본 실시 형태에서는, 예를 들어 도 4에 나타내는 자장 사출 성형 장치(2)를 이용하여 상기 펠릿(10)을 금형(8) 내에 사출 성형한다. 금형(8)으로의 사출 전에 금형(8)이 닫혀져 내부에 캐비티(cavity)(12)가 형성되고, 금형(8)에는 자장이 인가된다. 한편, 펠릿(10)은 압출기(6)의 내부에서, 예를 들어 160~230℃로 가열 용융되어, 스크류에 의해 금형(8)의 캐비티(12) 내에 사출된다. 금형(8)의 온도는 20~80℃이다. 금형(8)으로의 인가 자장은 398~1592kA/m(5~20kOe) 정도로 하면 된다.

이어서, CIM 성형에 의해 얻어진 예비 성형체를 대기 중 또는 질소 중에서 100~600℃의 온도로 열처리해 탈바인더 처리를 행하여 성형체를 얻는다. 탈바인더 처리가 불충분하거나, 탈바인더 시의 승온 속도가 급격하면, 전술한 유기 성분의 급격한 휘발이나 분해 가스의 발생에 의해, 성형체나 소결체에 깨짐이나 균열(crack)이 생긴다. 따라서, 탈바인더 처리하는 유기 성분에 따라, 휘발되거나 분해되는 온도역의 승온 속도를, 예를 들어 0.01~1℃/분 정도의 느린 승온 속도로 적절히 조정하여 탈바인더 처리를 하면 된다. 반대로, 탈바인더 처리가 과잉하면, 성형체의 보형력이 부족하여 파편이 생기게 하므로, 열처리 온도나 온도 프로파일 제어가 필요하다. 또한, 유기 성분을 복수 종류 사용하고 있는 경우, 탈바인더 처리를 복수회로 나누어 실시해도 된다.

이어서, 소결 공정에 있어서, 탈바인더 처리한 성형체를, 예를 들어 대기 중에서 바람직하게는 1100~1250℃, 보다 바람직하게는 1160~1230℃의 온도에서 0.2~3시간 정도 소결하여 본 발명에 따른 페라이트 소결 자석을 얻는다. 온도가 지나치게 저온이거나 온도를 유지하는 시간이 너무 짧으면, 충분한 소결체 밀도를 얻을 수 없거나, 첨가되어 있는 원소의 반응이 불충분한 등의 원인에 의해, 원하는 자기 특성을 얻을 수 없다. 또한, 소성 온도가 지나치게 고온이거나 온도 유지 시간이 너무 길면, 결정입자가 이상(異常) 성장하거나, M형 페라이트 이외의 이상(異相)이 생성되는 등의 원인에 의해, 마찬가지로 원하는 자기 특성을 얻을 수 없다. 한편, 소성 공정은 전술한 탈바인더 공정과 연속으로 실시해도 되고, 일단 탈바인더 처리한 후에 실온까지 냉각하고 나서 소성을 실시해도 된다.

(습식 성형·소성)

습식 성형법에 의해 페라이트 소결 자석을 얻는 경우에는 예를 들어, 상술한 미분쇄 공정을 습식으로 행함으로써 슬러리를 얻은 후, 이 슬러리를 소정의 농도로 농축하여 습식 성형용 슬러리를 얻고, 이를 이용하여 성형을 행하는 것이 바람직하다. 슬러리의 농축은 원심분리나 필터 프레스 등에 의해 행할 수 있다. 습식 성형용 슬러리는 그 전량(全量) 중, 미분쇄재가 30~80질량% 정도를 차지하는 것이 바람직하다. 슬러리에 있어서, 미분쇄재를 분산하는 분산매로서는 물이 바람직하다. 이 경우, 슬러리에는 글루콘산, 글루콘산염, 소르비톨 등의 계면활성제를 첨가해도 된다. 또한, 분산매로서는 비수계 용매를 사용해도 된다. 비수계 용매로서는, 톨루엔이나 크실렌 등의 유기용매를 사용할 수 있다. 이 경우에는, 올레인산 등의 계면활성제를 첨가하는 것이 바람직하다. 한편, 습식 성형용 슬러리는 미분쇄 후의 건조 상태의 미분쇄재에 분산매 등을 첨가함으로써 조제해도 된다.

습식 성형에서는 이어서 이 습식 성형용 슬러리에 대하여 자장 중 성형을 행한다. 이 경우, 성형 압력은 9.8~49MPa(0.1~0.5ton/㎠) 정도인 것이 바람직하고, 인가 자장은 398~1592kA/m 정도로 하면 된다. 또한, 성형 시의 가압 방향과 자장 인가 방향은 동일 방향이어도 되고 직교 방향이어도 된다.

습식 성형에 의해 얻어진 성형체의 소성은 대기 중 등의 산화성 분위기 중에서 행할 수 있다. 소성 온도는 1050~1270℃인 것이 바람직하고, 1080~1240℃인 것이 보다 바람직하다. 또한, 소성 시간(소성 온도로 유지하는 시간)은 0.5~3시간 정도인 것이 바람직하다.

한편, 전술한 바와 같은 습식 성형으로 성형체를 얻은 경우, 이 성형체를 충분히 건조시키지 않은 채 소성을 행함으로써 급격히 가열하면, 분산매 등의 휘발이 격렬하게 생겨서 성형체에 균열이 발생할 가능성이 있다. 그래서, 이와 같은 불량을 피하는 관점에서, 전술한 소결 온도까지 도달시키기 전에, 예를 들어 실온으로부터 100℃ 정도까지 0.5℃/분 정도의 느린 승온 속도로 가열하여 성형체를 충분히 건조시킴으로써, 크랙의 발생을 억제하는 것이 바람직하다. 또한, 계면활성제(분산제) 등을 첨가했을 경우에는, 예를 들어 100~500℃ 정도의 온도 범위에서 2.5℃/분 정도의 승온 속도로 가열을 행함으로써, 이것들을 충분히 제거하는(탈지 처리) 것이 바람직하다. 한편, 이들 처리는 소성 공정의 최초에 행하여도 되고, 소성 공정보다 이전에 별도로 행해두어도 된다.

상술한 바와 같이, 페라이트 소결 자석의 적합한 제조 방법에 대하여 설명하였지만, 적어도 본 발명의 페라이트 자성 재료를 이용하는 한, 제조 방법은 상기로 한정되지 않으며, 조건 등은 적절히 변경할 수 있다.

또한, 자석으로서, 페라이트 소결 자석이 아니라 본드 자석을 제조하는 경우에는, 예를 들어 전술한 분쇄 공정까지 행한 후, 얻어진 분쇄물과 바인더를 혼합하고, 이것을 자장 중에서 성형함으로써, 본 발명의 페라이트 자성 재료의 분말을 포함하는 본드 자석을 얻을 수 있다. 혹은, 분쇄 공정에서 얻어진 슬러리를 건조한 페라이트 자성 재료 분말을, 예를 들어 1000~1200℃ 정도의 소결되지 않는 온도로 열처리한 후, 애토마이저(atomizer) 등으로 해쇄(解碎)하여 얻어진 자성 분말과 바인더를 혼합하여 본드 자석을 얻을 수 있다.

본 발명에 의해 얻어지는 자석은, 본 발명의 페라이트 자성 재료로 이루어지는 것인 한 형태는 한정되지 않는다. 예를 들어, 페라이트 자석은 이방성을 가지는 아크 세그먼트(arc segment) 형상, 평판상, 원기둥상 등, 다양한 형상을 가질 수 있다. 한편, 상기 아크 세그먼트 형상이란, 평판상인 것이 한 방향으로 원호상으로 만곡된 형상이다. 본 발명의 페라이트 자성 재료에 따르면, 자석의 형상에 관계없이 높은 Br 및 HcJ을 유지하면서 높은 Hk/HcJ를 얻을 수 있고, 특히 아크 세그먼트 형상의 자석이어도 높은 Br 및 HcJ을 유지하면서 높은 Hk/HcJ를 얻을 수 있다.

본 실시 형태에 있어서의 페라이트 자석은, 예를 들어 연료 펌프용, 파워 윈드우용, ABS(anti-lock·brake·system)용, 팬용, 와이퍼용, 파워 스티어링(power steering)용, 액티브 서스펜션(active suspension)용, 스타터(starter)용, 도어 록용, 전동 미러용 등의 자동차용 모터의 부재로서 사용할 수 있다.

또한, FDD 스핀들(spindle)용, VTR 캡스턴(capstan)용, VTR 회전 헤드용, VTR 릴용, VTR 로딩용, VTR 카메라 캡스턴용, VTR 카메라 회전 헤드용, VTR 카메라 줌용, VTR 카메라 포커스용, 라디오 카세트 등 캡스턴용, CD/DVD/MD 스핀들용, CD /DVD/MD 로딩용, CD/DVD 광픽업용 등의 OA/AV 기기용 모터의 부재로서 사용할 수 있다.

또한, 에어컨 컴프레서용, 냉동고 컴프레서용, 전동 공구 구동용, 드라이어 팬용, 전기 면도기(shaver) 구동용, 전동 칫솔용 등의 가전기기용 모터의 부재로서도 사용할 수 있다. 또한, 로보트축, 관절 구동용, 로보트 주(主)구동용, 공작기기 테이블 구동용, 공작기기 벨트 구동용 등의 FA 기기용 모터의 부재로서도 사용하는 것이 가능하다. 그 밖의 용도로서는, 오토바이용 발전기, 스피커·헤드폰용 마그넷, 마그네트론관, MRI용 자장 발생 장치, CD-ROM용 클램퍼, 디스트리뷰터(distributor)용 센서, ABS용 센서, 연료·오일 레벨 센서, 마그넷 래치(magnet latch), 아이솔레이터(isolator) 등의 부재를 들 수 있다. 혹은, 자기 기록 매체의 자성층을 증착법 또는 스퍼터링법 등으로 형성할 때의 타겟(펠릿)으로서도 이용할 수 있다.

실시예

이하, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1~6]

<배합 공정>

먼저, 출발 원료로서 페라이트 소결 자석을 구성하는 금속 원소의 화합물의 분말을 준비하였다. 출발 원료는 산화철(Fe₂O₃; 불순물로서 Mn, Cr, Al, Si, Cl을 포함한다), 수산화란탄(La(OH)₃), 탄산칼슘(CaCO₃), 탄산스트론튬(SrCO₃), 탄산바륨(BaCO₃), 산화코발트(Co₃O₄)를 준비하고, 표 1 내지 6에 기재된 각 시료의 조성이 되도록 칭량하였다. 또한, Si 성분 원료로서, 산화규소(SiO₂, 함수율: 약 20% 전후, 이후에도 동일 원료 사용)를 출발 원료의 총량에 대하여, 표 1 내지 6에 기재된 각 시료의 조성이 되도록 칭량하였다.

한편, 실시예 1(표 1)에서는 Sr의 비율(x)과 Ca의 비율(1-w-x-y)을, 실시예 2(표 2)에서는 La의 비율(w) 및 La/Co의 비(w/m)를, 실시예 3(표 3)에서는 Ba의 비율(y)을, 실시예 4(표 4)에서는 Co/Fe의 비(m/z)를, 실시예 5(표 5)에서는 Fe의 비율(z)을, 실시예 6(표 6)에서는 SiO₂의 함유량을 각각 변화시킨 시료를 제작하였다.

<가소 공정>

상기 출발 원료 및 SiO₂, 각각의 분말을 습식 애트라이터로 혼합, 분쇄하여 슬러리상의 원료 혼합물을 얻었다. 이 원료 혼합물을 건조 후, 대기 중, 1225℃에서 2시간 유지하는 가소 처리를 행하여 가소체를 얻었다.

<분쇄 공정>

얻어진 가소체를 소형 로트 진동 밀로 조분쇄하여 조분쇄재를 얻었다. 소성 후의 페라이트 소결 자석을 구성하는 금속 원소의 비율이 표 1 내지 6에 기재된 각 시료에 나타내는 값이 되도록, 얻어진 조분쇄재에 대하여, 산화철(Fe₂O₃; 불순물로서 Mn, Cr, Al, Si, Cl을 포함한다), 탄산칼슘(CaCO₃), 탄산스트론튬(SrCO₃), 산화코발트(Co₃O₄), 및 부성분으로서 산화규소(SiO₂)를 각각 적절히 첨가함과 함께 소르비톨을 0.45wt% 첨가하였다. 이어서, 습식 볼 밀로, BET법에 의해 구해지는 비표면적(SSA)이 8.0~9.0㎡/g이 되도록 미분쇄하여 슬러리를 얻었다. 얻어진 슬러리를 건조, 정립(整粒)하여 페라이트 재료 분말을 얻었다.

<성형·소성 공정>

성형은 CIM 성형에 의해 행하였다. 먼저, 전술한 실시 공정에서 얻어진 페라이트 재료 분말, PP(폴리프로필렌, 바인더 수지로서 사용), 파라핀 왁스, 아크릴 수지, 및 DOP(프탈산디옥틸, 가소제로서 첨가)를 준비하고, 이것들을 페라이트 재료 분말=87질량%, PP=5.1질량%, 파라핀 왁스=5.1질량%, 아크릴 수지=1질량%, DOP=2질량%가 되도록 칭량하였다. 이어서, 이것들을 가압 가열 니더를 이용하여 165℃에서 2.5hr 혼련하고, 혼련물(컴파운드(compound))을 펠레타이저로 펠릿상으로 성형하여, 도 4에 나타내는 펠릿(10)을 얻었다.

이어서, 도 4에 나타내는 자장 사출 성형 장치(2)를 이용하여 펠릿(10)을 금형(8) 내에 사출 성형하였다. 금형(8)으로의 사출 전에 금형(8)이 닫혀져 내부에 캐비티(12)가 형성되고, 금형(8)에는 자장이 인가되었다. 한편, 펠릿(10)은 압출기(6)의 내부에서 가열 용융되어, 스크류에 의해 금형(8)의 캐비티(12) 내에 사출되었다. 사출 온도는 185℃, 금형 온도는 40℃, 사출 시의 인가 자장은 1273kA/m로 하였다. 자장 사출 성형 공정에서 얻어진 예비 성형체는 원판상이며, 직경 30㎜, 두께 3㎜였다.

예비 성형체는 가습된 대기 분위기 중에서, 최고 도달 온도 230℃에서 총 50시간의 열처리를 실시하여 탈왁스 처리를 행하였다. 이 탈왁스 처리한 성형체를, 대기 중, 150~500℃를 완만하게 승온시켜 탈바인더 처리하고, 계속해서 대기 중, 1190~1230℃에서 1시간 유지하는 소성을 행하여 소결체인 페라이트 소결 자석을 얻었다.

[실시예 7]

실시예 7에서는, 성형 공정에서 성형체 중의 유기 성분의 체적 백분율을 표 7에 나타내는 값이 되도록 바꾼 것 이외에는 실시예 1 내지 6과 동일하게 하여 페라이트 소결체를 얻었다. 한편, 상기 유기 성분이란, PP(폴리프로필렌), 파라핀 왁스, 아크릴 수지, 및 DOP(프탈산디옥틸)의 합계이며, PP, 파라핀 왁스, 아크릴 수지, DOP의 혼합 비율은 성형체 중의 유기 성분 비율이 변화해도, 실시예 1에 나타내는 비율이 되도록 일정하게 하였다.

실시예 7에서는 성형체 중의 유기 성분의 체적 비율을 바꿈으로써, 소결 자석의 결정 배향도, 결정입자지름, 어스펙트비를 변화시켰다.

[실시예 8]

실시예 8에서는, 분쇄 공정에서 소르비톨을 첨가하지 않고, 페라이트 재료 분말(필러)을 실란 커플링제 처리한 것 이외에는 실시예 1 내지 6과 동일하게 하여 페라이트 소결 자석을 제작하고, 평가를 행하였다. 구체적으로는, 실시예 8에서는 조분쇄재에 소르비톨을 첨가하지 않고 미분쇄를 실시하고, 미분쇄 종료 후, 실란 커플링제(신에츠 실리콘(주) 제품 KBM-503, KBM-1003)를 조분쇄재에 대하여 1wt%, 미분쇄 슬러리 중에 첨가하고, 또한 습식 볼 밀로 0.5hr 혼합, 분산 처리를 행한 것 이외에는 실시예 1 내지 6과 동일하게 하여 페라이트 소결 자석을 얻었다.

[실시예 9]

실시예 9는, CIM 성형을 습식 성형으로 바꾼 것 이외에는 실시예 1 내지 6과 동일하게 하여 페라이트 소결 자석을 얻어, 평가를 행하였다. 즉, 실시예 9에서는 성형·소성 공정을 이하와 같이 행하였다.

먼저, 톨루엔을 분산매로 하여 미분쇄를 실시하여 미분쇄 슬러리를 얻었다. 미분쇄 시에 올레인산을 조분쇄재에 대하여 1.3wt% 첨가하였다. 얻어진 슬러리를 고형분 농도가 74~76질량%가 되도록 용매량을 조정하고, 이 슬러리를 습식 자장 성형기를 이용해 인가 자장을 1.2T로 하여 자장 중 성형하여 직경 30㎜, 높이 15㎜의 원기둥상 성형체를 제작하였다. 이어서, 얻어진 성형체를 대기 중, 실온에서 충분히 건조한 후, 대기 중, 1200~1230℃에서 1시간 유지하는 소성을 행하여 소결체인 페라이트 소결 자석을 얻었다.

실시예 1 내지 9의 각 페라이트 소결 자석에 대해 형광 X선 정량 분석을 행하여, 각 페라이트 소결 자석이 각각 표 1 내지 9에 나타내는 조성으로 되어 있음을 확인할 수 있었다.

<자기 특성(Br, HcJ, Hk)의 측정>

먼저, 실시예 1 내지 9의 각 시료에 대하여 아르키메데스법에 의해 밀도 측정을 행하였다.

이어서, 실시예 1 내지 9의 각 페라이트 소결 자석의 상하면을 가공한 후, 25℃의 대기 분위기 중에서, 최대 인가 자장 1989kA/m의 B-H 트레이서를 사용하여 자기 특성(잔류 자속 밀도 Br, 보자력 HcJ, 각형비 Hk/HcJ)을 측정하였다. 결과를 표 1 내지 9에 나타낸다. 여기서, Hk는 자기 히스테리시스 루프의 제2 상한(象限)에 있어서, 자속 밀도가 잔류 자속 밀도의 90%가 될 때의 외부 자계 강도이다.

<결정 배향도>

실시예 1의 시료 번호 1-4, 실시예 5의 시료 번호 5-5, 실시예 6 내지 9의 각 시료에 대하여 원판상의 페라이트 소결 자석의 한 면을 평활하게 연마하고, 이 평활 연마면에 대해 XRD(X선 회절) 측정을 행하여(X선원: CuKα), 페라이트 소결 자석에 유래하는 회절 피크를 동정하였다. 동정한 회절 피크의 면지수와 피크 강도로부터 소결 자석의 결정 배향도 Or(f)를 구하였다. 한편, 표 1의 시료 번호 1-4, 표 5의 시료 번호 5-4는 동일 시료이므로, 표 5의 시료 번호 5-4의 난(欄)에도 마찬가지로 결정 배향도를 나타낸다.

<결정입자지름, 어스펙트비>

각 페라이트 소결 자석에 대하여, 다음과 같이 하여 결정입자지름 및 어스펙트비를 구하였다.

먼저, 페라이트 소결 자석의 c축(자화 용이축) 방향에 평행인 단면을 잘라내고, 그 단면에 경면 연마하고, 불화수소산(농도 36%)에 의한 에칭 처리를 행하였다. 이어서, 에칭 처리면을 주사형 전자현미경(SEM)으로 관찰하여, 결정입자의 단면상을 얻었다. 시료 번호 1-4(또는 3-3, 4-4, 5-4, 7-8)의 SEM에 의한 단면상을 도 3의 (a), 시료 번호 7-1의 SEM에 의한 단면상을 도 3의 (b)에 각각 나타낸다.

그리고, SEM 관찰에 의해 얻어진 결정입자 단면상에 대하여 화상 해석 처리를 행하고, 각각의 결정입자에 대하여 도 2에 나타내는 바와 같이, 결정입자 단면의 중심(J)을 통과하는 입경의 최대치 l(㎛) 및 최소치 s(㎛)를 측정하였다. 이와 같은 기법으로 결정입자 500개에 대한 입경의 최대치 l 및 최소치 s를 구하고, 이들 최대치 l의 상가평균치(평균 최대 입경 L) 및 최소치 s의 상가평균치(평균 최소 입경 S)를 각각 산출하여, 평균 최대 입경 L과 평균 최소 입경 S로부터 어스펙트비 L/S를 구하였다. 구한 평균 최대 입경 L과 어스펙트비 L/S를 표 1 내지 9에 나타낸다. 한편, 표 1의 시료 번호 1-4, 표 5의 시료 번호 5-4는 동일 시료이므로, 표 5의 시료 번호 5-4의 난에도 마찬가지로 평균 최대 입경 L과 어스펙트비 L/S를 나타낸다.

실시예 1 내지 9의 각 시료의 조성, 자기 특성, 결정 배향도, 결정입자지름 및 어스펙트비를 정리하여 표 1 내지 9에 나타낸다.

표1 중, 시료 번호 1-1a, 1-2, 1-3, 1-4, 1-5, 1-6, 1-6a는 실시예이고, 시료 번호 1-1, 1-7, 1-8, 1-9는 비교예이다.
표 2 중, 시료 번호 2-1a, 2-2, 2-3, 2-4, 2-4a, 2-5는 실시예이고, 시료 번호 2-1, 2-6, 2-7, 2-8은 비교예이다.
표 3 중, 시료 번호 3-1, 3-1a, 3-2, 3-3, 3-4, 3-5, 3-6, 3-7, 3-8, 3-8a, 3-9는 실시예이고, 시료 번호 3-10, 3-11은 비교예이다.
표 4 중, 시료 번호 4-2a, 4-3, 4-4, 4-4a, 4-5는 실시예이고, 시료 번호 4-1, 4-2, 4-6, 4-7은 비교예이다.
표 5 중, 시료 번호 5-2s, 5-2a, 5-3, 5-4, 5-5, 5-5a, 5-6, 5-7a는 실시예이고, 시료 번호 5-1, 5-2, 5-7, 5-8, 5-9, 5-10은 비교예이다.
표 6 중, 시료 번호 6-1, 6-2, 6-3, 6-4, 6-6, 6-7, 6-8은 실시예이고, 시료 번호 6-5는 비교예이다.
표 7 중, 시료 번호 7-1, 7-2, 7-3, 7-4, 7-5, 7-6, 7-7, 7-8, 7-9, 7-10은 실시예이다.
표 8 중, 시료 번호 8-1, 8-2는 실시예이다.
표 9 중, 시료 번호 9-1, 9-2는 실시예이다.
표 1로부터, Sr의 비율(x)이 0.0003을 넘고 0.373 미만이고, Ca의 비율(1-w-x-y)이 0.229를 넘고 0.601 미만이면, Br 및 HcJ을 양호하게 유지하면서 높은 Hk/HcJ를 얻을 수 있음이 판명되었다. 표 1로부터 또한, Sr의 비율(x)이 0.05~0.25이고, Ca의 비율(1-w-x-y)이 0.354~0.551이면, Br 및 HcJ을 보다 양호하게 유지하면서 더 높은 Hk/HcJ를 얻을 수 있음이 판명되었다.

표 2로부터, La의 비율(w)이 0.180을 넘고 0.550 미만이고, La/Co(w/m)가 0.72를 넘고 2.20 미만이면, Br 및 HcJ을 양호하게 유지하면서 높은 Hk/HcJ를 얻을 수 있음이 판명되었다. 표 2로부터 또한, La의 비율(w)이 0.3 이상 0.5 미만이고, La/Co(w/m)가 1.2~1.9이면, Br 및 HcJ을 보다 양호하게 유지하면서 더 높은 Hk/HcJ를 얻을 수 있음이 판명되었다.

표 3으로부터, Ba의 비율(y)이 0.0001을 넘고 0.0150 미만이면, Br 및 HcJ을 양호하게 유지하면서 높은 Hk/HcJ를 얻을 수 있음이 판명되었다. 또한, Sr의 비율(x)이 Ba의 비율(y)보다 작은 샘플 3-11은, 특히 Br와 Hk/HcJ의 점에서 불충분함이 확인되었다. 표 3로부터 또한, Ba의 비율(y)이 0.0004~0.01이면, Br 및 HcJ을 보다 양호하게 유지하면서 더 높은 Hk/HcJ를 얻을 수 있음이 판명되었다.

표 4로부터, Co/Fe(m/z)가 0.012를 넘고 0.065 미만이면, Br 및 HcJ을 양호하게 유지하면서 높은 Hk/HcJ를 얻을 수 있음이 판명되었다. 표 4로부터 또한, Co/Fe(m/z)가 0.020~0.035이면, Br 및 HcJ을 보다 양호하게 유지하면서 더 높은 Hk/HcJ를 얻을 수 있음이 판명되었다.

표 5로부터, Fe의 비율(z)이 8.62를 넘고 9.97 미만이면, Br 및 HcJ을 양호하게 유지하면서 높은 Hk/HcJ를 얻을 수 있음이 판명되었다. 표 5로부터 또한, Fe의 비율(z)이 8.8~9.6이면, Br 및 HcJ을 보다 양호하게 유지하면서 더 높은 Hk/HcJ를 얻을 수 있음이 판명되었다.

표 6에 나타내는 바와 같이, 상기 페라이트 자성 재료 중의 상기 Si 성분의 SiO₂ 환산으로의 비율 y1질량%를 Y축에 나타내고, 상기 z와 m의 합계량 x1을 X축에 나타냈을 때, x1과 y1의 관계가, 상기 X축 및 Y축을 가지는 X-Y 좌표에 있어서의 4개의 점 a(8.9, 1.2), b(8.3, 0.95), c(10.0, 0.35) 및 d(10.6, 0.6)로 둘러싸이는 범위 내에 있으면, Br 및 HcJ을 양호하게 유지하면서 높은 Hk/HcJ를 얻을 수 있음이 판명되었다.

표 7로부터, 상기 페라이트 자성 재료에 있어서, X선 회절 측정에 의해 구한 결정 배향도 Or(f)=∑(001)/∑(hkl)가 0.78을 넘으면, Br 및 HcJ을 양호하게 유지하면서 높은 Hk/HcJ를 얻을 수 있음이 판명되었다.

또한, 표 7로부터, 상기 페라이트 자성 재료에 있어서, 평균 최대 입경 L이 1.47 미만 또는 L/S가 2.46 미만이면, 높은 HcJ을 얻을 수 있음을 확인할 수 있었다.

표 8로부터, 실란 커플링제 처리한 페라이트 자성 분말을 이용해도, Br 및 HcJ을 양호하게 유지하면서 높은 Hk/HcJ를 얻을 수 있음이 판명되었다.

표 9로부터, 습식 성형에 의해 얻어진 시료에서도, Br 및 HcJ을 양호하게 유지하면서 높은 Hk/HcJ를 얻을 수 있음이 판명되었다.

2…자장 사출 성형 장치
8…금형
10…펠릿
12…캐비티
20…결정입자

Claims

육방정 구조를 가지는 페라이트상으로 이루어지는 주상을 가지는 페라이트 자성 재료로서,
상기 페라이트 자성 재료를 구성하는 금속 원소의 조성은 하기 식 (1)로 나타내어지고,
Ca_1-w-x-yR_wSr_xBa_yFe_zM_m…(1)
단, 식 (1) 중, R은 희토류 원소(Y을 포함한다) 및 Bi로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소로서 La을 적어도 포함하고, M은 Co, Mn, Mg, Ni, Cu 및 Zn으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소로서 Co를 적어도 포함하고,
상기 식 (1) 중, w, x, y, z 및 m은 하기 식 (2), (3), (4), (5), (6), (7) 및 (8)을 만족하고,
0.25＜w＜0.5…(2)
0.01＜x＜0.35…(3)
0.0001＜y＜0.013…(4)
y＜x…(5)
8.7＜z＜9.9…(6)
1.0＜w/m＜2.1…(7)
0.017＜m/z＜0.055…(8)
부성분으로서 적어도 Si 성분을 포함하고,
상기 페라이트 자성 재료 중의 상기 Si 성분의 SiO₂ 환산으로의 함유량 y1질량%를 Y축에 나타내고,
상기 z와 m의 합계량 x1을 X축에 나타냈을 때,
x1과 y1의 관계가, 상기 X축 및 Y축을 가지는 X-Y 좌표에 있어서의 4개의 점 a(8.9, 1.2), b(8.3, 0.95), c(10.0, 0.35) 및 d(10.6, 0.6)로 둘러싸이는 범위 내에 있고,
상기 y1은 0.50 이상이고,
Br는 392.0mT 이상이고,
HcJ은 301.0kA/m 이상이고,
Hk/HcJ는 78.5% 이상인 것을 특징으로 하는 페라이트 자성 재료.
제1항에 기재된 페라이트 자성 재료로 이루어지는 페라이트 자석.
제2항에 있어서,
상기 페라이트 자석에 있어서, X선 회절 측정에 의해 구한 결정 배향도 Or(f)=∑(001)/∑(hkl)가 0.9 이상인 것을 특징으로 하는 페라이트 자석.
제2항에 있어서,
상기 페라이트 자석을 구성하는 결정입자를 c축 방향에 평행한 면으로 절단한 절단면에 있어서,
상기 각 결정입자의 단면의 중심을 통과하는 입경의 최대치와 최소치를 각각 구하고, 상기 결정입자들 중 적어도 일부에 있어서의 상기 입경의 최대치와 최소치의 평균을 각각 L(㎛), S(㎛)로 했을 때,
상기 L 및 S가, 하기 식 (9) 및 (10)을 만족하는 페라이트 자석.
L≤1.4…(9)
L/S≤2.4…(10)
제1항에 기재된 페라이트 자성 재료로 이루어지는 페라이트 소결 자석.
제5항에 있어서,
상기 페라이트 소결 자석에 있어서, X선 회절 측정에 의해 구한 결정 배향도 Or(f)=∑(001)/∑(hkl)가 0.9 이상인 것을 특징으로 하는 페라이트 소결 자석.
제5항에 있어서,
상기 페라이트 소결 자석을 구성하는 결정입자를 c축 방향에 평행한 면으로 절단한 절단면에 있어서,
상기 각 결정입자의 단면의 중심을 통과하는 입경의 최대치와 최소치를 각각 구하고, 상기 결정입자들 중 적어도 일부에 있어서의 상기 입경의 최대치와 최소치의 평균을 각각 L(㎛), S(㎛)로 했을 때,
상기 L 및 S가, 하기 식 (9) 및 (10)을 만족하는 페라이트 소결 자석.
L≤1.4…(9)
L/S≤2.4…(10)