KR20010005684A - 본드 자석, 마그네트 롤 및 그 것들에 사용되는 페라이트 분말 및 그 것들의 제조 방법 - Google Patents

본드 자석, 마그네트 롤 및 그 것들에 사용되는 페라이트 분말 및 그 것들의 제조 방법 Download PDF

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타카시 타카미
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Abstract

일반식: (A1-XRX)Oㆍn〔(Fe1-yMy)2O3〕(원자 비율)
(A는 Sr 및/또는 Ba이고, R은 Y를 포함하는 희토류 원소의 1종 또는 2종 이상으로 La를 반드시 포함하고, M은 Co, Mn, Ni 및 Zn으로 이루어지는 군으로부터 선택된 최소한 1종이며, x, y및 n은 각각 하기 조건:
0.01≤x≤0.4,
〔x/2.6n)〕≤y≤〔x/1.6n)〕, 및
5≤n≤6
을 만족시키는 숫자이다.) 에 의해 표시되는 기본 조성을 가지는 실질적으로 마그네트 플럼바이트형 결정 구조를 가지고, Si + Ca의 합계가 0.2중량%이하로, Al + Cr의 합계가 0.13중량%이하이며, 또한 평균 입경이 0.9 내지 2 ㎛인 본드 자석용 페라이트 분말은, Si + Ca의 합계가 0.06중량%이하로, Al + Cr의 합계가 0.1중량%이하의 산화철로, A, R 및 M원소의 화합물을 혼합하여 가소함으로써 페라이트화시켜 얻어진 자기 등방성 페라이트를 분쇄후, 대기중에서 750 내지 950℃의 온도로 0.5 내지 3시간 열처리함으로써 제조된다.

Description

본드 자석, 마그네트 롤 및 그 것들에 사용되는 페라이트 분말 및 그 것들의 제조 방법{Bonded magnet, magnet roll and ferrite powder to be used for their preparation, and Method for producing the same}
주지한 바와 같이, 본드 자석은 소결 자석과 비교하여 경량이고 치수 정밀도가 좋고, 복잡한 형상품의 대량 생산에 적합한 장점을 구비하기 때문에, 각종 자석 응용 제품에 널리 사용되고 있다. 최근 자석 응용 제품의 소형 경량화가 급격하게 진전하여 페라이트계 본드 자석의 분야에 있어서도 소형 경량화의 요구에 적합한 보다 높은 Br(또는 높은 Br 및 높은 iHc)을 가지는 고성능재가 요망되고 있다.
종래의 Sr 및/또는 Ba 페라이트계 본드 자석은, 원자비에서 A0ㆍnFe2O3(단, A는 Sr 및/또는 Ba이고, n=5 내지 6이다)로 이루어진 조성을 가지고, 또한 마그네트 플럼바이트형 결정 구조를 가지는 Sr 및/또는 Ba 페라이트 분말을 열가소성 수지 또는 고무 등으로 이루어지는 바인더로 결착한 것이며, 가격이 저렴하다는 이점을 가진다. 그러나, 페라이트계 본드 자석은 바인더 성분에 의한 비자성부의 체적 증가분만큼, 소결 페라이트 자석과 비교하여 Br이나 최대 에너지 부피(BH)max가 낮다. 이러한 결점을 해소하기 위하여, 종래로부터 본드 자석을 구성하는 페라이트 분말을 배향시키기 위하여 인가하는 자장과 기계적 응력에 대한 배향성의 개선과 바인더 안으로의 페라이트 분말의 충진률의 향상에 관하여 막대한 검토가 이루어지고 있다. 그로 인해, 현재로서는 종래 조성의 페라이트 분말을 배합한 본드 자석의 자기 특성은 거의 상한에 도달한 것으로 생각된다.
고무 또는 플라스틱 재료로의 페라이트 분말의 배합 비율을 높여서 본드 자석의 자기 특성을 향상시키려면, 그 혼연물의 용융 점도가 현저하게 높게 되므로, 높은 용융 점도의 혼연물을 사용하여 실용적인 배향 자장 또는 기계적 응력을 인가하여도, 페라이트 분말이 양호하게 배향된 본드 자석을 얻는 것은 어렵다. 이러한 어려움은 사출 성형법을 채용한 경우에 현저하나, 압출 성형법 또는 압축 성형법을 채용한 경우에도 확인되었다. 페라이트계 본드 자석을 구성하는 페라이트 분말의 배향도를 높이기에는 고무 또는 플라스틱 재료로의 페라이트 분말의 충진률을 낮게 억제하면 좋으나 그만큼 자기 특성이 저하되고, 자석 응용 제품의 소형 경량화의 요구에 응할 수 없다.
이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기에는 본드 자석용 페라이트 분말 자체의 포화 자화(σs)또는 결정 자기 이방성 정수를 향상시키는 것이 유효하다. σs의 향상은 직접적으로 Br의 향상으로 연결된다. 또 결정 자기 이방성 정수의 향상은 보자력(Hc, 또는 iHc)의 향상으로 연결된다. 또한 상기 A0ㆍnFe2O3의 조성을 가지는 종래의 본드 자석용 페라이트 분말은 마그네트 플럼바이트형의 결정 구조를 가지고 있으나, 마그네트 플럼바이트형 결정 구조의 페라이트 분말보다 큰 σs를 가지는 W형 페라이트의 검토도 수행되고 있다. 그러나, 현재까지 분위기 제어의 어려움 때문에 W형 페라이트의 대량 생산에는 이르지 못하고 있다.
일본 특허공개 평9-115715호는, 일반식: A1-XBX(Fe12-yMy)zO19(단, A는 Sr, Ba, Ca 및 Pb로 이루어진 군으로부터 선택된 최소한 1종의 원소이며, R은 희토류 원소(Y를 포함한다) 및 Bi로부터 이루어진 군으로부터 선택된 최소한 1종의 원소로서 La를 반드시 함유하고, M은 Zn 및/또는 Cd이며, x, y 및 z는 몰비를 나타내고, 0.04≤x≤0.45, 0.04≤y≤0.45, 및 0.7≤z≤1.2의 조건을 만족시킨다)로 표시되는 육방정 마그네트 플럼바이트형 페라이트로 이루어지는 주요 상을 가지는 본드 자석용 페라이트 분말을 개시하고 있다.
그러나, 본 발명자 등의 예의 검토 결과, 후술하는 표 1과 같이 이러한 본드 자석용 페라이트 분말로부터 높은 Br과 함께 높은 iHc(예를 들면 3.5kOe 이상)를 가지는 본드 자석을 얻는 것은 어렵다는 것을 알았다.
따라서, 본 발명의 목적은, 대량 생산에 적합한 마그네트 플럼바이트형의 결정 구조를 가지고, 종래의 Sr 및/또는 Ba 페라이트계 본드 자석과 비교하여 높은 Br(또는 높은 Br 및 높은 iHc)을 가지는 고성능 본드 자석, 그것으로 이루어지는 마그네트 롤 및 그것들에 사용되는 페라이트 분말 및 그것들의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 광범위한 자석 응용품 분야, 예를 들면 각종 회전기, 정전 현상 방식의 프린터나 복사기 등에 사용되는 마그네트 롤, 음향용 스피커, 버저, 흡착 또는 자계 발생용 자석 등에 유용하고, 종래의 Sr 및/또는 Ba 페라이트계 본드 자석과 비교하여 높은 잔류 자속 밀도(Br) 또는 높은 잔류 자속 밀도(Br)와 높은 보자력(iHc)을 가지는 고성능 본드 자석 및 그것에 사용되는 페라이트 분말 및 그것들의 제조 방법에 관한 것이고, 또한 이러한 고성능 본드 자석으로 이루어지는 마그네트 롤 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 사용되는 가소 페라이트 거친 분말의 R원소량(x)과 포화 자화 σs및 보자력 Hc와의 관계의 일예를 도시하는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 페라이트 분말에 있어서의 평균 입경과 4kOe 인가시의 자화의 수치 σ4kOe와의 관계의 일예를 도시하는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 페라이트 분말에 있어서의 열처리 온도와 Br과의 관계의 일 예를 도시하는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 페라이트 분말에 있어서의 열처리 온도와 iHc와의 관계의 일 예를 도시하는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 라지알 이방성 마그네트 롤을 성형하는 장치의 일 예를 도시하는 단면도이다.
도 6은 도 5의 성형 장치의 배향용 금형의 상세한 구성을 도시하는 단면도이다.
도 7(a)는 본 발명의 원통형상 본드 자석을 넣은 마그네트 롤 장치를 도시하는 종단면도이다.
도 7(b)는 도 7(a)의 마그네트 롤 장치의 횡단면도이다.
도 8(a)는 성분 A를 사용하여 제조한 마그네트 롤용 원통형상 본드 자석의 표면 자속 밀도의 장척 분포를 도시하는 그래프이다.
도 8(b)는 성분 D를 사용하여 제조한 마그네트 롤용 원통형상 본드 자석의 표면 자속 밀도의 장척 분포를 도시하는 그래프이다.
본 발명자 등은, AOㆍnFe2O3(단, A는 Sr 및/또는 Ba이고, n=5 내지 6이다)로 표시되는 페라이트에 종래 시험되지 않았던 금속 화합물(예를 들면 La 산화물과 Co, Mn, Ni 및 Zn의 산화물의 1종 또는 2종 이상의 조합, 또는 La 산화물을 주체로 하여 Nd, Pr, Ce 등의 산화물을 포함하는 혼합 희토류 산화물과 Co및/또는 Zn의 산화물과의 조합 등)을 첨가함으로써, 상기 페라이트의 A및 Fe 원소의 일부가 첨가 금속 원소에 의해 치환되어, 종래의 Sr 및/또는 Ba페라이트 분말과 비교하여 높은 포화 자화 및 보자력을 가지는 마그네트 페라이트형 결정 구조의 본드 자석용 페라이트 분말을 얻을 수 있는 것에 착안하였다.
이러한 마그네트 페라이트형 결정 구조를 가지는 본드 자석용 페라이트 분말의 자성은 Fe 이온의 자기 모멘트가 담당하고 있고, 이러한 자기 모멘트가 Fe 이온 사이트에 의해 부분적으로 반평행 방향으로 배열된 페리 자성체의 자기 구조를 가진다. 이러한 자기 구조에서 포화 자화를 향상시키기 위해서는 2가지 방법이 있다. 제 1 방법은 반평행 방향으로 향한 자기 모멘트에 대응되는 사이트의 Fe 이온을 Fe이온보다 작은 자기 모멘트를 가지던가 또는 비자성의 다른 종류의 원소로 치환하는 것이다. 제 2 방법은 평행 방향으로 향한 자기 모멘트에 대응되는 사이트의 Fe이온을 Fe이온보다 큰 자기 모멘트를 가지는 다른 종류의 원소로 치환하는 것이다.
또한, 상기 자기 구조에서 결정 자기 이방성 정수를 증가시키기 위한 방법은 Fe이온을 결정 격자와의 상호 작용이 보다 강한 다른 종류의 원소로 치환하는 것이다. 구체적으로는 궤도각 운동량에 유래되는 자기 모멘트가 잔존하던가 또는 큰 원소로 치환하는 것이다.
이상의 발견을 염두에 두고, Fe이온을 여러 가지 금속 원소로 치환하기 위하여 여러 가지 금속 화합물(금속 산화물 등)을 첨가하는 것에 대해 예의 검토한 결과, Co, Mn, Ni 및 Zn이 본드 자석용 페라이트 분말의 자기 특성을 현저하게 개선하는 원소인 것을 알았다.
그러나, 단순하게 상기 원소를 가한 것 만으로는 충분한 자기 특성의 개선 효과는 얻을 수 없다. 왜냐하면, Fe이온을 다른 종류의 원소로 치환하려고 하면, 이온 가수의 밸런스가 무너져, 이상이 발생하기 때문이다. 이러한 현상을 피하기 위해서는 전하 보상을 목적으로 Sr 및/또는 Ba의 이온 사이트를 다른 종류의 원소로 치환할 필요가 있고, 그러기 위해서는 La, Nd, Pr, Ce 등의 1종 또는 2종 이상을 첨가하는 것이 유효하며, La가 특히 유효한 것을 알았다. 즉,La를 주로 하는 R원소 의 화합물과 Co, Mn, Ni 및 Zn의 1종 또는 2종으로 이루어지는 M원소의 화합물을 복합 첨가하여 제작한 페라이트 분말을 이용함으로써, 종래의 Sr 및/또는 Ba페라이트계 본드 자석과 비교하여 높은 Br(또는 높은 Br 및 높은 iHc)을 가지는 본드 자석을 얻을 수 있다는 것을 알았다. 더욱이, La를 주로 하는 R원소의 화합물과 Co화합물 및/또는 Zn화합물을 복합 첨가하여 제작한 페라이트 분말을 사용함으로써 얻어진 본드 자석은, 밸런스가 향상된 Br 및 iHc를 가지고, 특히 마그네트 롤에 최적인 것을 알았다.
더욱이, 발명자 등의 검토에 의해, 이러한 페라이트 주성분의 조성을 선택하는 것만으로는 본드 자석의 자기 특성의 개선이 불충분하다는 것을 알았다. 이것은 페라이트 분말로 이루어지는 본드 자석의 자기 특성이 페라이트 분말의 기본 조성뿐만 아니라 페라이트 분말중의 불순물(특히 Si, Ca, Al, Cr)의 양에도 크게 영향을 받기 때문이다.
일반적으로 페라이트화 반응에 의해 얻어진 자기 등방성의 페라이트를 단자구입경 또는 그것에 거의 상당하는 입경을 가지는 미세 분말로 분쇄한 후 열처리하면, 얻어지는 본드 자석용 페라이트 분말의 자기 특성이 개선된다. 본 발명자 등의 검토 결과, 상기 기본 조성으로 조정된 페라이트 자석 재료에 고유의 Br 포텐셜에 일치하는 높은 Br을 실현하기에는 소결 페라이트 자석으로 유용한 SiO2, CaO 등의 입계상 형성용 첨가물이나, Br을 현저하게 저하시키지만 iHc를 크게 향상시키는 작용을 가지는 Al2O3및/또는 Cr2O3의 함유량을 매우 억제할 필요가 있다는 것을 알았다.
페라이트 분말중의 불순물량에 영향을 주는 제 1 요인은, 산화철의 순도이다. 페라이트 분말의 주원료인 산화철에는, SiO2, Al2O3및 Cr2O3등의 불순물이 불가피하게 함유되어 있다. 이 불순물의 양을 될 수 있으면 적게 하는 것이 바람직하지만, 공업 생산상 필요 이상으로 고순도의 산화 철원료를 이용하는 것은 제조 비용의 상승을 초래하여 유익하지 못하다. 또한 산화철 이외의 원료로서는 순도 99%이상의 SrCO3, La2O3, Co산화물 등을 이용하는 것이 바람직하다.
페라이트 분말중의 불순물양에 영향을 주는 제 2 요인은, 페라이트화 반응에 의해 얻어진 자기 등방성의 페라이트 조성물을 단자구 입자경 또는 그것에 거의 상당하는 입경까지 미분쇄하는 공정에서 혼입되는 Si, Cr 및 Al 등이다. 본 발명자 등의 검토 결과, 페라이트 분말의 제조에 통상 사용되는 철광제의 볼밀포트 및 볼을 사용하는 경우에, 이들 불순물 함유량의 증가 경향이 인지되었다. 특히 공기 투과법(피셔 서브 시브사이더)에 의해 측정된 평균 입경에서 약 1.3㎛이하로 미분쇄하면, 분쇄 매체의 강구와 분쇄기의 분쇄실 내벽 등, 미분에 접한 부분의 마모가 현저하게 되며, 미분중에 Si, Cr 및 Al 성분이 혼입되는 것을 알았다. 이 혼입 정도는 분쇄분의 평균 입경을 1.1㎛이하로 하는 것이 더욱 현저한다.
공업 생산상, 아트라이터, 볼밀, 진동 볼밀 등의 범용 분쇄기를 사용하고, 또한 미분매체의 마모분이 미분쇄중에 혼입된 경우라도 세라믹 볼 등과 비교하여 자기 특성을 열화시키지 않는 강구를 사용하는 것이 바람직하다. 그 때문에, 분쇄실 내벽 및 분쇄 매체 등의 재질로서 실질적으로 Al를 포함하지 않는 철강 종류를 선택함으로써, 분쇄시에 Al, 그 외 기타 불순물의 혼입하는 것을 억제할 필요가 있다는 것을 알았다.
그러나, 공업 생산상의 제약으로부터 분쇄시에 Si 및 Cr성분이 혼입되는 것은 피할 수 없으므로, 페라이트 미분에 있어서의 Si등의 허용 함유량 및 미분쇄시에 혼입되는 Si 등의 양을 고려하여 다음과 같은 것을 얻었다. 즉, 본 발명의 본드 자석용 페라이트 분말에 적합한 산화철로서, (SiO2+ CaO)로 환산된 Si 및 Ca의 합계 함유량이 0.06중량%이하로, 또한 (Al2O3+ Cr2O3)로 환산된 Al및 Cr의 합계 함유량이 0.1중량%이하인 것을 사용할 때에 얻어지는 페라이트 분말의 불순물양은 SiO2로 환산된 Si함유량 및 CaO로 환산된 Ca함유량의 합계가 0.2중량% 이하이고, 또한 Al2O3로 환산된 Al함유량 및 Cr2O3로 환산된 Cr함유량의 합계가 0.13중량%이하이며, 그 결과, 종래의 페라이트 분말보다도 높은 Br을 실현할 수 있는 것을 알았다. 본 발명은 이러한 발견을 바탕으로 하여 완성된 것이다.
즉, 본 발명의 본드 자석용 페라이트 분말은, 일반식:
(A1-XRX)Oㆍn〔(Fe1-yMy)2O3〕(원자 비율)
(A는 Sr 및/또는 Ba이고, R은 Y를 포함하는 희토류 원소의 1종 또는 2종 이상으로 La를 반드시 포함하고, M은 Co, Mn, Ni 및 Zn으로 이루어지는 군으로부터 선택된 최소한 1종이며, x, y및 n은 각각 하기 조건:
0.01≤x≤0.4,
〔x/2.6n)〕≤y≤〔x/1.6n)〕, 및
5≤n≤6
을 만족시키는 숫자이다.) 에 의해 표시되는 기본 조성을 가지는 실질적으로 마그네트 플럼바이트형 결정 구조를 가지는 평균 입경이 0.9 내지 2㎛의 페라이트 분말로써, SiO2로 환산된 Si함유량 및 CaO로 환산된 Ca함유량의 합계가 0.2중량%이하이고, Al2O3로 환산된 Al함유량 및 Cr2O3로 환산된 Cr함유량의 합계가 0.13중량%이하인 것을 특징으로 한다.
또 본 발명의 본드 자석용 페라이트 분말의 제조 방법은 상기 기본 조성을 가지는 자기 등방성의 페라이트 조성물을 제조하고, 미분쇄한 후, 대기중에서 750 내지 950℃의 온도로 0.5 내지 3시간 열처리하는 것을 특징으로 한다.
산화철에 A원소를 포함하는 화합물, R원소를 포함하는 화합물 및 M원소를 포함하는 화합물을 혼합하고, 가소함으로써 고체 형상 반응시켜 상기 자기 등방성 페라이트 조성물을 제조하며, 평균 입경까지 건식 분쇄하고, 열처리 후에 액중 침전을 수행하여 해쇄 하며, 이어서 건조하는 것이 바람직하다. 추가적으로 산화철로서 철강재의 염산 세정 폐액을 분무 로우스팅(roasting)하여 얻어지는 산화철을 사용하는 것이 바람직하다.
페라이트 분말에 함유되는 SiO2로 환산된 함유량 및 CaO로 환산된 Ca함유량의 합계는 0.15중량% 이하가 바람직하고, Al2O3로 환산된 Al함유량 및 Cr2O3로 환산된 Cr함유량의 합계는 0.1 중량%이하가 바람직하다.
또 본 발명의 본드 자석용 이방성 조립량은, 일반식:
(A1-XRX)Oㆍn〔(Fe1-yMy)2O3〕(원자 비율)
(A는 Sr및/또는 Ba이고, R은 Y를 포함하는 희토류 원소의 1종 또는 2종 이상으로써 La를 반드시 포함하고, M은 Co, Mn, Ni 및 Zn으로 이루어지는 군으로부터 선택된 최소한 1종이며, x, y및 n은 각각 아래식 조건:
0.01≤x≤0.4,
〔x/(2.6n)〕≤y≤〔x/(1.6n), 및
5≤n≤6
을 만족하는 숫자이다.)에 의해 표시되는 기본 조성을 가지는 실질적으로 마그네트 플럼바이트형 결정 구조를 가지는 평균 입경이 2㎛ 이상 10㎛이하로써, SiO2로 환산된 Si함유량 및 CaO로 환산된 Ca함유량의 합계가 0.2중량%이하이며, Al2O3로 환산된 Al함유량 및 Cr2O3로 환산된 Cr함유량의 합계가 0.13중량%이하인 것을 특징으로 한다.
또 본 발명의 본드 자석용 이방성 조립분의 제조 방법은, 상기 기본 조성을 가지는 원료 혼합물을 가소함으로써 페라이트화시켜 얻어지는 자기 등방성 페라이트를 분쇄한 후, 자장중 성형하고, 2㎛ 이상 10㎛이하의 평균 입경으로 분쇄하며, 대기중에서 750 내지 950℃의 온도로 0.5 내지 3시간 열처리하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 본드 자석은, 상기 페라이트 분말 또는 그 이방성 조립분과 바인더로 이루어지고 라지알 이방성 또는 상이방성을 갖는다.
본 발명의 마그네트 롤은, 표면에 복수개의 자극을 가지고, 최소한 1개의 자극부가 일반식:
(A1-XRX)Oㆍn〔(Fe1-yMy)2O3〕(원자 비율)
(단, A는 Sr및/또는 Ba이고, R은 Y를 포함하는 희토류 원소의 1종 또는 2종 이상으로 La를 반드시 포함하고, M은 Co 및/또는 Zn이며, x, y 및 n은 각각 아래식 조건:
0.01≤x≤0.4,
〔x/(2.6n)〕≤y≤〔x/(1.6n), 및
5≤n≤6
을 만족하는 숫자이다.)에 의해 표시되는 기본 조성을 가짐과 동시에, 실질적으로 마그네트 플럼바이트형 결정 구조를 가지고, 평균 입경이 0.9 내지 2㎛의 페라이트 분말 또는 이방성 조립분 85 내지 95중량%와, 바인더 15 내지 5중량%로 이루어지는 본드 자석에 의해 형성되고, 상기 페라이트 분말중에 있어서 SiO2로 환산된 Si함유량 및 CaO로 환산된 Ca함유량의 합계가 0.2 중량%이하이고, Al2O3로 환산된 Al함유량 및 Cr2O3로 환산된 Cr함유량의 합계가 0.13중량%이하인 것을 특징으로 한다.
〔1〕페라이트 분말
본 발명의 페라이트 분말은, 아래 일반식:
(A1-XRX)Oㆍn〔(Fe1-yMy)2O3〕(원자 비율)
(단, A는 Sr및/또는 Ba이고, R은 Y를 포함하는 희토류 원소의 최소한 1종으로써 La를 반드시 포함하고, M은 Co, Mn, Ni 및 Zn으로 이루어지는 군으로 선택된 최소한 1종이며, x, y 및 n은 각각 아래 조건:
0.01≤x≤0.4,
〔x/(2.6n)〕≤y≤〔x/(1.6n)〕, 및
5≤n≤6
을 만족하는 숫자이다.)에 의해 표시되는 기본 조성을 가지는 실질적으로 마그네트 플럼바이트형 결정 구조를 가지고, 평균 입경이 0.9 내지 2㎛이다.
본드 자석용 페라이트 분말로서 양호한 자기 특성을 얻기에는, n의 수치는 5 내지 6으로 한다. n이 6을 초과하면, 마그네트 플럼바이트상 이외의 이상(예를 들면 α-Fe2O3)이 생성되고, 자기 특성이 저하된다. 또 n이 5미만인 경우에는 Br이 현저하게 저하된다.
x의 수치는 0.01≤x≤0.4,로 한다. 이러한 x의 범위에 있어서 본 발명에 의한 유익한 효과(Br, iHc의 향상)를 얻을 수 있으나, x가 0.4를 초과하면 Br및 iHc가 저하된다. 또, x가 0.01 미만으로는 첨가 효과가 인지되지 않는다.
R은 Y를 포함하는 희토류 원소의 1종 또는 2종이상이고, La가 필수이다. R원소로서 La와 Nd, Pr 및 Ce의 1종 또는 2종 이상을 포함하는 혼합 희토류 산화물을 이용해도 좋다. σs를 높이기 위해서, R에 차지하는 La의 비율을 바람직하게는 50%이상, 보다 바람직하게는 70원자%이상, 특히 바람직하게는 99원자%이상으로 하고, 로서 La만큼을 사용해도 좋다.
또 M으로서 Co, Ni, Mn 및 Zn의 어느 것이라도 좋으나, 높은 보자력을 얻기 위하여 Co가 특히 바람직하다. 추가적으로 M이 Co + Zn의 경우도 바람직하나, 본드 자석 특성으로서 iHc≥2.5kOe를 확보하기 위해서는 M에 차지하는 Co의 비율을 바람직하게는 5원자%이상 50원자%미만, 보다 바람직하게는 5 내지 30원자%로한다. M에 차지하는 Co의 비율이 5원자% 미만으로는 Co에 의한 iHc의 충분한 향상 효과를 얻을 수 없다. 또 M에 차지하는 Co의 비율이 90원자%를 초과하면 Zn에 의한 Br의 충분한 향상 효과를 얻을 수 없다.
전하 보상의 목적을 실현하기 위하여, y와 x의 사이에는 y=x/(2.0n)의 관계가 성립될 필요가 있으나, y가 x/(2.6n)이상, x/(1.6n)이하라면, 전하 보상에 의한 본 발명의 효과를 실질적으로 손상시키는 일은 없다. 본 발명에서는 y의 수치가 x/(2.0n)으로부터 벗어난 경우, Fe2+를 포함하는 것이 있으나, 어떠한 지장은 없다. 한편, x/ny 수치가 2.6을 초과한 경우 또는 1.6 미만인 경우에는 자기 특성의 현저한 감소가 인지된다. 따라서, x/ny의 범위는 1.6이상 2.6이하이다. 이들 y에 대해 정리하면, y의 범위는 아래의 식:
〔x/(2.6n)〕≤y≤〔x/(1.6n)〕
로 도시된다. 전형적인 예로서는 y의 바람직한 범위는 0.04이하이고, 특히 0.005 내지 0.03이다. 또한 R과 M원소의 함유량이 y=x/(2.0n)을 만족하는 범위라도, R및/또는 M원소의 일부가 입계 부근에서 고농도가 되지만, 어떠한 지장은 없다.
페라이트 분말중에 포함되는 불순물로서, SiO2로 환산된 Si함유량 및 CaO로 환산된 Ca함유량의 합계는 0.2중량%이고, Al2O3로 환산된 Al함유량 및 Cr2O3로 환산된 Cr함유량의 합계는 0.13중량%이하인 것이 필요한다. Si함유량 및 Ca함유량의 합계가 0.2중량%초이지만, Al함유량 및 Cr함유량의 합계가 0.13중량%초이면, 우수한 자기 특성을 가지는 본드 자석을 얻을 수 없다. 바람직한 Si함유량 및 Ca 함유량의 합계는 0.15중량%이하이고, Al함유량 및 Cr함유량의 합계는 0.1중량%이하이다. 단, 실용상의 관점에서 원료의 순도 및 볼밀 장치의 재질의 범위에는 한계가 있으므로, SiO2로 환산되었다.
Si함유량 및 CaO로 환산된 Ca함유량의 합계를 0.005중량% 이하로 하고, AlO3로 환산된 Al함유량 및 Cr2O3로 환산된 Cr함유량의 합계를 0.005중량%이하로 하는 것이 사실상 어려웠다.
본 발명의 본드 자석용 페라이트 분말은, 예를 들면, 고체 형상 반응법을 사용하여, 원료 분말의 혼합 →페라이트화(고체 형상 반응)때문에 가소→분쇄→열처리라는 공정에 의해 제조될 수 있다.
페라이트화 반응(고체 형상 반응)에 사용되는 산화철의 순도는 중요하고, Si함유량(SiO2로 환산)및 Ca 함유량(CaO로 환산)의 합계는 바람직하게는 0.06중량%이하, 보다 바람직하게는 0.05중량%이하, 특히 바람직하게는 0.04중량%이하이며, 또 Al함유량(Al2O3로 환산) 및 Cr함유량(Cr2O3로 환산)의 합계는 바람직하게는 0.1 중량%이하, 보다 바람직하게는 0.09중량%이하, 특히 바람직하게는 0.08중량%이하이다. 이 때문에, 고순도 산화철로서, 철강재의 염산 세정 폐액을 분무 로우스팅하여 얻어지는 리사이클 산화철을 이용하는 것이 바람직하다. 이러한 리사이클 산화철은 철광석→미분쇄→분급→자력선광의 공정을 거쳐 얻어지는 정제 철광석으로부터의 산화철과, 밀스케일 또는 스크랩을 처리한 황산철계 산화철과 비교하여 저분류물량이다.
R원소의 화합물로서, 예를 들면 La2O3등의 산화물, La(OH)3(수산화물), La2(CO3)3ㆍ8H2O(탄산염의 수화물), La(CH3CO2)3ㆍ1.5H2o, La2(C2O4)3ㆍ10H2o(유기산염)의 1종 또는 2종 이상을 이용할 수 있다. 또 혼합 희토류(La, Nd, Pr 및 Ce)의 산화물, 수산화물, 탄산염 및 유기산염의 1종 또는 2종 이상을 이용할 수 있다.
M원소의 화합물로서, 예를 들면 CoO, Co3O4등의 산화물, Co(OH)2, Co3O4ㆍm1H2O(수산화물, m1은 정수), CoCO3(탄산염), m2CoCO3ㆍm3Co(OH)2ㆍm4H2O(염기성 탄산 코발트, m2, m3, m4는 정의 수이다.)의 1종 또는 2종 이상을 이용할 수 있다. 또 Mn 또는 Nl의 산화물, 수산화물의 1종 또는 2종 이상을 사용할 수 있다. 또 Zn의 산화물, 수산화물, 탄산염의 1종 또는 2종 이상을 사용할 수도 있다.
가소 단계에서 목표 기본 조성이 되도록 원료 분말을 미리 혼합하는 것이 바람직하다. 혼합 공정에서 R원소 및 M원소의 화합물을 가하면, 가소와 열 처리의 2회의 가열 공정을 거치게 되어, 고체내 확산이 진행하여 보다 균질의 페라이트 조성을 얻을 수 있다.
혼합, 가소 및 분쇄에는, 소결 페라이트 자석과 거의 동일한 제조 조건을 채용할 수가 있다. 예를 들면 습식 혼합후, 대기중에서 1150 내지 1300℃로 1 내지 5시간 가열 유지하는 페라이트화 반응을 수행한다. 1150℃미만으로는 페라이트화가 불충분하며, 또 1300℃를 초과하면 가소체가 매우 단단하게 되어 분쇄 효율이 크게 저하된다. 분쇄 공정은 각각 조분쇄기 및 미분쇄기를 사용한 조분쇄 공정 및 미분쇄 공정을 조합하는 것이 바람직하다. 미분쇄에는 건식 또는 습식의 아트라이터, 볼밀, 진동 볼밀 등을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 사용하는 분쇄기에 있어서, Al, Si 및 Cr의 혼입을 억제하기 우해, 미분쇄말에 직접 접촉하는 분쇄실(분쇄통), 분쇄매체 등의 재질로서, 예를 들면 JIS G4104로 규정되는 SCr415, 420, 430, 435, 440, 445와 같은 크롬 철강재(Si:0.15 sowl 0.35중량%, Cr: 0.90 내지 1.20중량%)를 사용하는 것이 바람직하다. 또는 JIS G 4805로 규정되는 SUJ1, 2, 3의 고단소 크롬 축수 철강재(Si: 0.15 내지 0.70중량%, Cr:0.90 내지 1.60중량%)를 사용할 수도 있다.
미분의 평균 입경은 바람직하게는 0.8 내지 1.9㎛이고, 보다 바람직하게는 0.9 내지 1.4㎛이며, 특히 바람직하게는 0.95 내지 1.2㎛이다, 또한 페라이트 분말의 평균 입경은 공기 투과법(피셔 서브 시브사이더)에 의해 측정된 것이다.
열처리는 대기중에서 750 내지 950℃ X 0.5 내지 3시간의 가열 조건이 바람직하다. 750℃ X 0.5 시간 미만으로는 iHc를 높이는 것이 어려우며, 또 950℃ X 3시간을 초과하면 페라이트 분말 상호의 응집이 현저하게 되고, Br이 크게 저하된다. 바람직한 열처리 온도는 750 내지 900℃이다. 열처리에 의한 응집 대책으로서, 전동형 또는 유동층형의 열처리 장치를 이용하는 것이 바람직하다ㅣ.
열처리후의 페라이트 분말의 평균 입경은 상기 분말의 평균 입경에 대해 0.05 내지 0.1㎛ 정도 크게 된다. 따라서, 열처리후의 페라이트 분말의 평균 입경은 바람직하게는 0.9 내지 2㎛이고, 보다 바람직하게는 1.0 내지 1.5㎛이며, 특히 바람직하게는 1.05 내지 1.3㎛이다. 평균 입경이 0.9㎛이며, 특히 바람직하게는 1.05 내지 1.3㎛이다. 평균 입경이 0.9㎛ 미만으로는 혼연물로의 자분 충진성이 저하되고, 본드 자석의 밀도, Br 및 (BH)max가 크게 저하된다. 또 2㎛ 이상는 R=La, M=Co의 경우라도 iHc≥3.5kOe를 달성하는 것이 어렵다.
본 발명의 페라이트 분말을 제조할 때, 평균 입경을 0.85 내지 1.95㎛로 조정한 페라이트 미세 분말에 대해 Bi화합물을 Bi2O3환산으로 0.2 내지 0.6 중량% 첨가하여 혼합한 후, 대기중에서 Bi2O3의 융점 이상인 825 내지 950℃로 0.5 내지 3시간 열처리를 가함으로써, 변형을 제거하여 높은 자화 및 보자력을 부여할 수 있다. 열처리 조건이 825℃ X 0.5시간 미만으로는 Bi2O3의 액상화에 의한 응집 억제 효과가 불충분하며, iHc도 충분하지 않다. 또 950℃ X 3시간을 초과하면 iHc가 증대하지만, 상대적으로 Br이 저하된다. Bi화합물을 Bi2O3환산으로 0.2 내지 0.6중량% 첨가한 후 열처리함으로써, 무첨가의 경우와 비교하여 입자의 c축방향으로의 두께가 커져 원형을 띈 입자형태를 얻을 수 있는 경향이 인지된다. 원형을 띈 입자 형태는 바인더안으로의 분산성, 충진성, 자장 배향성의 향상을 위하여 바람직하다. Bi화합물의 첨가량이 0.2중량% 미만으로는 첨가 효과를 인지할 수 없고, 0.6중량%를 초과하면 첨가 효과가 포화된다.
〔2〕이방성 조립분
복사기와 프린터용의 마그네트 롤을 제조하기 위하여, 극이방성 또는 라지알 이방성을 부여한 길이 치수원통형상의 페라이트계 본드 자석을 제조하는 경우, 길이 치수형상을 반영하여 성형성이 좋은 성분가 요망된다. 이를 위해서는 성분에 배합되는 페라이트 분말의 평균 입경을 적절하게 크게하는 것이 바람직하다. 그러나 상기와 같이, 페라이트 분말의 평균 입경이 2㎛ 이상는, R=La로 또한 M=Co의 경우라도 iHc가 3.5kOe미만이 되며, 동시에 Br이 크게 저하되어 버린다. 그래서 예의 검토 결과, 본 발명의 페라이트 분말을 자화 방향을 구비한 채 복수 응집시킴으로써, 이방성 조립분으로 함으로써, 상기 문제점을 극복할 수 있다는 것을 발견하였다.
이방성 조립분은 예를 들면 원료분의 혼합→페라이트화(고체 상태 반응)를 위한 가소→분쇄→자장중 성형→해쇄→열처리→수중 해쇄라는 공정에 의해 제조될 수 있다. 이러한 경우에 사용되는 산화철의 순도는 상기 페라이트 분말의 경우와 동일하다.
가소된 페라이트를 바람직한 평균 입경으로는 0.9 내지 1.4㎛, 보다 바람직하게는 0.95 내지 1.35㎛, 특히 바람직하게는 1.0 내지 1.3㎛까지 미분쇄한다. 미분의 평균 입경이 0.9㎛미만으로는 이방성 조립분의 Br이 크게 저하된다. 또, 1.3㎛를 초과하면 Br 및 iHc가 저하된다. 계속해서, 습식 또는 건식 자장중 성형을 수행하여 성형체를 얻는다. 습식 또는 건식중 어느 경우라도, 자장중 성형은 실온에서 8 내지 15kOe의 자장을 인가하면서, 0.35 내지 0.45톤/cm2정도의 성형 압력으로 수행하는 것이 바람직하다. 이렇게 하여 얻어지는 이방성 성형체의 밀도는 2.6 내지 3.2g/cm3정도이다. 얻어진 성형체를 죠오크러쉬 등으로 해쇄후 체질(screening) 또는 풍력 분급하여 최종적으로 해쇄분의 평균 입경을 2㎛초 10㎛이하로 조정한다.
이렇게 하여 얻어진 이방성 조립분을 상기 페라이트 분말과 같은 조건으로 열처리한다. 열처리 분말의 응집을 녹이기 위하여, 물 등의 액체에 열처리 분말을 침전시키고, 필요에 따라 교반하면서 열처리에 의한 응집을 녹이는 것이 바람직하다. 얻어진 이방성 조립분은 자화 용이축 방향이 특정 방향으로 대략 갖춘 자기 이방성을 갖는다.
이방성 조립분의 평균 입경은 2㎛초 10㎛이하이고, 보다 바람직하게는 2.5 내지 5㎛이며, 특히 바람직하게는 3 내지 4㎛이다. 평균 입경이 2㎛이하로는, 상기 페라이트 분말에 대한 장점이 나오지 않는다. 10㎛를 초과하는 것은 Br의 저하 경향이 현저하게 인지되었다. 또한 이방성 조립분의 평균 입경은 니혼 덴시(주)제의 헤로스ㆍ로도스 입도 분포 측정 장치에 의해 측정된 것이다.
이방성 조립분은, 종래의 Sr및/또는 Ba 페라이트 분말보다도 높은 iHc 및 동등 이상의 Br을 가지고, 또한 평균 입경이 크므로 성분의 성형성이 개선된다. 그 때문에, 길이 치수 원형 형상의 페라이트계 본드 자석으로 한 경우, 이방성 조립하지 않는 페라이트 분말을 사용하였을 때와 비교하여 축방향의 표면 자속 밀도의 분산이 작게 된다는 잇점을 얻을 수 있다. 따라서, 이방성 조립분으로 이루어지는 길이 치수 원통형 본드 자석은, 번짐 없는 복사와 인쇄를 얻을 수 있는 복사기 또는 프린터용 마그네트 롤에 최적이다. 또 회전기 용도에도 유용하다.
〔3〕본드 자석
페라이트 분말 또는 그 이방성 조립분을 이용하여 예를 들면 표면 처리→반인더와의 혼연→성형이라는 공정을 거쳐, 본드 자석을 제작한다. 혼연전의 페라이트 분말 또는 그 이방성 조립분에 대해, 0.1 내지 1중량%의 시란계 캅플링제와 티타네이트계 캅플링제 등의 표면 처리제를 첨가후, 필요에 따라 대기중에 70 내지 150℃로 0.5 내지 3시간 유지하는 표면 처리를 함으로써, 본드 자석의 강도 및/또는 Br을 향상시킬 수 있다.
혼연은, 페라이트 분말 또는 그 이방성 조립분 85 내지 95중량부에 대해 바인더 15 내지 5중량부로 하는 것이 바람직하다. 바인더에는 통상 열가소성 수지, 열경화성 수지 또는 고무 재료를 사용한다. 열경화성 수지를 사용하는 경우는 성형후에 가열 경화 처리를 할 필요가 있다. 그외에, 페라이트 분말의 주석 온도 미만의 융점을 가지는 저융점 금속 또는 합금을 사용해도 좋다. 페라이트 분말의 배합 비율이 85중량%미만으로는 높은 Br을 얻기가 어려우며, 또 95중량%를 초과하면 충진성이 저하되고, 성형체에 미세한 보어가 다수 발생하여, 본드 자석의 밀도, Br 및 (BH)max가 저하된다. 상기 필수 성분 이외에 콘바인드중에 자분 분산제(예를 들면 페놀계), 골제(예를들면 왁크스류), 가소제(예를 들면 DDP, DBP 등)등을 단독 또는 복합으로 첨가하는 것이 바람직하다. 이들 첨가제의 첨가량은 합계 3중량%이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 1 내지 2중량%이다.
성형체는 배향용 자장 및/또는 기계적 응력의 유무에 따라 이방성 또는 등방성이 된다. 성형 수단으로서 사출 성형, 압축 성형 또는 압출 성형을 사용할 수 있다.
〔4〕 마그네트 롤
상기 본드 자석을 사용하는 바람직한 양태는 마그네트 롤이고, 마그네트 롤용 본드 자석에는 라지알 이방성 또는 극이방성을 부여한다. 마그네트 롤용 본드 자석 자체는 일체적일 필요는 없고, 최소한 1개의 자극부가 본 발명의 이방성 본드 자석에 의해 형성되면 좋다.
이하, 도 5및 도 6에 의해 라지알 이방성을 가지는 마그네틀 롤용 일체 원통형상 본드 자석을 제조하기 위한 장치의 구성을 설명한다. 도 5는 성형 장치의 전체 구성을 가지는 단면도이고, 도 6은 도 5의 성형 장치의 요부(배향용 금형)의 상세한 구성을 도시하는 단면도이다. 도 5에 있어서, 성형 장치를 구성하는 2축 혼연 타입의 압출기(6)는 일단측에 홉퍼(61)를 가지는 복수개로 분할된 바렐(62)과, 그 내부에 설치된 2개의 스크류(63)(도에서는 1개만을 도시한다.)와, 바렐(62)의 선단에 설치된 어뎁터(64)를 가진다. 어뎁터(64)의 토출구에는 배향용 금형(7)이 접속된다. 이러한 금형(7)은, 링 형상의 스페이서(71)와 맨드레스(72)와 양자 사이에 형성된 원통형상의 성형 공간(73)을 가짐과 동시에, 링 형상 스페이서(71)의 주위에 설치된 자장 발생 부재(74)를 가진다.
자장계 발생 부재(74)는, 강자성체로 이루어지는 원통형상 요크(75) (제 1 요크(75a)와 제 2 요크(75)로 이루어진다.)의 내부에, 성형 공간(73)을 둘러싸도록 소정의 간격으로 설치된 복수개의 코일(76)을 가진다. 자속 F는 도시한 바와 같이 요크(75)내를 흐른다.
성형 장치(6)를 사용하여 이상과 같이하여 라지알 이방성 본드 자석을 제조할 수 있다. 홉퍼(61)를 거쳐 바렐(62)내에 투입된 원료에, 한 쌍의 스크류(63)의 회전에 의해 전단력을 가함과 동시에, 150 내지 230℃의 온도로 가열 용융하면서 배향 금형(7)을 반송하고, 거기서 자장을 걸면서 소정의 단면적에 드로틀된 성형 공간내를 통과시킨다. 구체적인 자장 강도로서는 3 내지 6 KOe이면 좋다. 이러한 레벨의 배향 자장 강도의 라지알 이방성 또는 극이방성중에서 성형하면, 실용적으로 견딜수 있는 높은 자기 특성을 가지는 라지알 이방성 또는 극이방성의 본드 자석을 얻을 수 있다. 또한 자장 강도가 너무 저하되면 충분한 배향도를 얻을 수 없다.
라지알 이방성화된 성형체(11)를 금형으로부터 압출한 후, 소정의 길이 (L/D≥5이상)으로 절단하여 냉각 ㆍ고화 및 탈자한다. 이러한 성형체를 축(12)에 고정하여 도 7에 도시하는 마그네트 롤(1)을 얻는다. 또한 도면중, (2)는 슬립이고, (3a, 3b)는 각각 슬립(2)의 지지체이며, (4)는 축수이고, (5)는 실이다.
도 5 내지 7의 예에서는 일체형 원통형상 본드 자석을 도시하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 최소한 1개의 자극부가 본 발명의 이방성 본드 자석에 의해 형성되어 있으면 좋다. 예를 들면 엑세그먼트 형상의 라지알 이방성 또는 극이방성의 본드 자석을 성형하여 이것들을 원통 형상으로 접촉시킴도 가능하다. 추가적으로 마그네트 롤용 원통형상 영구 자석(예를 들면 등방성 페라이트 자석 또는 종래 조성의 페라이이트계 본드 자석)의 표면에 축방향 홈부를 형성하고, 홈부에 길이 치수 블럭 형상(예를 들면, 단면 U자형)의 본 발명의 이방성 본드 자석을 고정하여 자극을 구성해도 좋다.
본 발명의 마그네트 롤(1)에서는, 성형체에 라지알 이방성을 부여한 경우에 Br을 높일수 있음과 동시에, 착자에 의해 표면에 복수개의 자극을 형성할 수 있으므로, 임의의 자극 배열을 선택할 수 있다는 자유도도 있다.
본 발명을 이하의 실시예에 의해 더욱 상세히 설명하였으나, 본 발명은 그것을 실시예에 한정된 것은 아니다.
실시예 1, 비교예 1
고순도의 산화철(α-Fe2O3)로서, 철강재의 염산 세정 폐액을 분무 로우스팅하여 얻어지는 리사이클 산화철을 사용하였다. 그 조성을 표 1에 도시한다.
성분 함유량 (중량%)
Fe2O3 99.40
Cl 0.056
SO4 0.020
MnO 0.290
SiO2 0.010
CaO 0.018
Cr2O3 0.027
Al2O3 0.060
고순도의 산화철, 순도 99%이상의 SrCO3, R원소의 산화물 및 M원소의 산화물을 하기 기본 조성:
(Sr1-XRX)Oㆍn〔(Fe1-yMy)2O3〕(원자 비율)
(단, x=0.15, y=x/2n=0.0125, n=6.0o)가 되도록 배합하고, 습식 혼합한 후, 1200℃로 2시간 대기중에서 가소하였다. R원소로서, Sr이온과 유산한 이온 반경을 가지는 것을 기준으로 하여 La를 선택하였다. 또 M원소로서, Fe이온과 유산한 이온 반경을 가지는 것을 기준으로 하여, Ti, V, Mn, Co, Ni, Cu및 Zn을 선택하였다. 또 종래 재료로서, 상기 기본 조성에서 x=y=o, n=6.0으로한 페라이트(SrO ㆍ6Fe2O3)를 동일한 조건으로 가소하였다.
각 가소 페라이트 분말을 롤러밀로 건식 분쇄하고 얻어진 거친 분말(헤로스ㆍ로드스 입도 분포 측정 장치에 의한 평균 입경: 5 내지 10㎛)의 자기 특성을 시료 진동형 자력계(VSM)에 의해 20℃로 측정하였다. 측정 조건은 최대 자장 강도가 12KOe이고, σ-1/H2 프로트(σ:자화, H: 인가자계의 강함)에 의해 포화 자화 σs 및 Hc를 구하였다. 추가적으로 X선 회절에 의해 생성된 상(相)의 동일한 규정을 적용하였다. 측정 결과를 표 2에 도시한다.
예No. 견본No. R 원소 M원소(원자%) σs(emu/g) Hc(kOe) 생성 위상
1 La 100Mn 67.1 3.7 M상
실 2 La 50Mn + 50Co 66.8 3.9 M상
시 3 La 100Co 66.0 4.5 M상
예 4 La 100Ni 66.1 2.9 M상
1 5 La 50Ni + 50Co 65.9 3.5 M상
6 La 50Zn + 50Co 67.8 3.6 M상
7 La 100Zn 68.9 3.1 M상
비 11 La 100Ti 64.6 3.1 M상
교 12 La 50Ti + 50Co 62.1 0.8 M상
예 13 La 100V 59.0 6.4 M상
1 14 La 50V + 50Co 59.1 6.4 M상
15 La 100Cu 65.8 0.3 M상+ 이상
16 La 50Cu + 50 Co 65.1 1.2 M상+ 이상
21 La 없음 65.4 3.1 M상
표 2에 도시한 바와 같이, M원소로서 Cu를 포함하지 않는 경우는, 모두 마그네트 플럼바이트 위상(M상)의 X선 회절 피크만이 인지되었다. 추가적으로 표 2에서, 치환 원소로서 R=La, M=Mn, Mn + Co, Co, Ni, Ni+Co 또는 Zn + Co를 선택한 경우에, SrOㆍ6Fe2O3의 종래 거친 분말과 비교하여 높은 σs(또는 높은 σs및 Hc)를 가지고 있으며, 고성능의 본드 자석 재료가 될 수 있는 것을 알았다. 표 2의 실시예 1의 각 거친 분말에 필요에 따라 상기 조건으로 열처리를 한후, 각각을 소정의 비율로 바인더와 배합하고, 혼연하여 성분를 얻어 무자장에서 사출 성형, 압축 성형 또는 압출 성형하면, 등방성의 본드 자석을 얻을 수 있다.
추가적으로 상기에 관련된 검토로부터, R=La + Pr, La + Nd, La + Ce, La + Nd + Pr, La + Pr + Ce 또는 La + Nd + Pr + Ce의 조합이 채용가능하나, R원소에 차지하는 La의 함유 비율을 50원자%이상으로 하는 것이 SrOㆍ6Fe2O3의 종래 거친 분말과 비교하여 높은 σs를 얻기에는 필요하다는 것을 알았다.
실시예 2
A원소로서 Sr, R원소로서 La, M원소로서 Co를 각각 선택하고, 실시예 1에 사용한 것과 같은 순도의 SrCO3, 산화철, La2O3및 CoO를 아래식:
(Sr1-XLaX)Oㆍn〔(Fe1-yCoy)2O3〕(원자 비율)
(단, x=0 내지 0.6, y=x/2n= 0 내지 0.05, n=6.0)에 의해 표시되는 기본 조성이 되도록 배합하고, 습식 혼합한후, 1200℃로 2시간, 대기중에서 가소하였다. 그 후 실시예 1과 동일하게 하여 거친 분말을 제조하고, 자기 특성을 측정하였다. 측정 결과를 도 1에 도시한다.
도 1에서 La2O3및 CoO를 동시에 첨가함으로써, 0.01 ≤x≤0.4에 있어서 x=0와 비교하여 높은 보자력 Hc를 얻을 수 있는 것을 알았다. 또 포화 자화 σs도, x=0.01 내지 0,4의 경우 x=0의 경우와 비교하여 높은 것을 알았다. 따라서, x의 범위는, σs및 Hc의 높은 포텐셜을 구비하기 위해, 0.01≤x≤0.4이고, 0.05≤x≤0.4가 바람직하고, 0.07≤x≤0.4가 보다 바람직하다.
추가적으로 실시예 1에 사용한 것과 동일한 순도의 원료를 사용하여 제조한 페라이트 거친 분말로는, (Sr1-XRX)Oㆍn〔(Fe1-yCoy)2O3〕(원자 비율)로 표시되는 기본 조성을 가지고, (a) R원소가 50원자% La + 50원자% Pr, 50 원자% La + 50원자% Nd, 또는 50원자% La + 50원자% Ce임과 동시에, M원소가 Co인 경우, 또는 (b) R원소가 La인 동시에, M원소가 50원자% Co + 50원자% Zn, 50원자% Co + 50 원자% Mn, 또는 50원자% Co + 50원자% Ni의 경우에도 도 1에 도시한 것과 거의 동일한 경향이 인지되엇다.
본 발명의 페라이트 분말은, n수치가 5.0 내지 6.0에 있어서, 도 1과 거의 동일한 경향이 될 수 있다. 따라서, n수치가 5.0 내지 6.0에 있어서 R원소와 M원소의 복합 첨가에 의한 σs, Hc의 향상을 실현하는 것이 가능하다.
실시예 3
본 실시예에 있어서, 전하 보상과 관련되어 R원소와 M원소의 첨가량 비율의 허용 범위를 구하였다. A원소로서 Sr, R원소로서 La, M원소로서 Co를 각각 선택하여 실시예 1에 사용한 것과 동일한 순도의 SrCO3, 산화철, La2O3및 CoO를 아래식:
(Sr1-XLaX)Oㆍn〔(Fe1-yCoy)2O3〕(원자 비율)
(단, x=0.15, y=0.77 내지 1.43 X 10-2, n=0.6)에 의해 표시되는 기본 조성이 되도록 배합하고, 습식 혼합한 후, 1200℃로 2시간 대기중에서 가소하였다. 그 후 실시예 1과 동일하게 하여 거친 분말을 제조하고, 자기 특성을 측정하였다.
그 결과, 전하 밸런스가 완전하게 만족된 조건, 즉, x=2ny가 성립되는 첨가량 비율뿐만 아니라, x/ny수치가 1.6 내지 2.6의 범위에 있으면 종래의 Sr 및/또는 Ba페라이트계 본드 자석과 비교하여 높은 Br(또는 높은 Br및 높은 iHc)를 갖는 고성능 본드 자석을 얻을 수 있는 것을 알았다. 한편, x/ny수치가 2.6을 초과한 경우 또는 1.6미만의 경우에는 전하 밸런스의 무너짐과 상정되는 자기 특성의 열화가 인지되었다. 따라서, x/ny의 범위는 1.6이상 2.6이하이다. 이것을 y에 대해 정리하면, y의 범위는 아래식:
〔x/(2.6n)〕≤y≤〔x/(1.6n)〕
으로 도시된다.
실시예 4
R원소로서 La, M원소로서 Co를 각각 선택하고, 실시예 1 에 사용된것과 동일한 순도의 SrCO3, 산화철, La2O3 및 Co의 산화물을 아래식:
(Sr1-XLaX)Oㆍn〔(Fe1-yCoy)2O3〕(원자 비율)
(단, x=0.15, y=x/2n, n=5.85)에 의해 표시되는 기본 조성이 되도록 배합하고, 습식 혼합한 후, 1200℃로 2시간 대기중에서 가소하였다. 가소 분말을 로올밀로 건식 분쇄를 하여 거친 분말로 하였다.
얻어진 거친 분말 700g을 분쇄 매체의 철강구〔직경 6mm, SUJ3(C: 0.95 내지 1.10중량%, Si:0.40 내지 0.70중량%, Mn:0.90 내지 1.15중량%, Cr:0.90 내지 1.20중량%, P:0.025중량%이하, S:0.025중량% 이하)제〕10kg, 및 에틸 알코올(분쇄부느이 응집을 가하기 위해 소량 첨가하는 분쇄 조제)와 함께, 볼밀 분쇄용 포트(용량 10리틀, SUJ3제)에 넣어, 밀봉하였다. 또한 에틸 알코올의 초기 첨가량은 50cm3이고, 그 후 평균 입경 측정마다 10cm3씩 추가하였다. 주속 0.7m/초의 조건으로 볼밀에 의한 건식 분쇄를 수행하였다.
분쇄 시간을 변경함으로써, 평균 입경 0.7 내지 1.95㎛의 페라이트 미분을 얻었다. 얻어진 각 미분을 내열성 용기에 넣어, 대기와 동일한 분위기에 가열 유지한 전기로내에 세트하고, 830 ±2℃로 3시간 스트레이튼(straightening) 소둔용의 열처리를 한 후, 실온까지 냉각하였다. 열처리한 미세 분말을 수중에 투입하으로써 열치리시에 발생된 미분입자간의 응집을 녹인 후, 100℃로 가열하여 수분을 제거하고, 실온까지 냉각하였다. 계속해서 건조분의 해쇄를 위하여 150 메쉬의 체를 통과시킴으로써 평균 입경 0.8 내지 2.0㎛의 페라이트 분말을 얻었다. 평균 입경은 공기 투과법(피셔 서브 시브 사이더)에 의해 측정하였다.
상기 페라이트 분말 중 평균 입경 0.8 내지 1.6㎛의 것을 VSM의 홀더에 넣어 밀봉하고, VSM에 있어서 20℃로 4kOe의 평행 자장을 인가했을 때의 자화의 최대치(σ4kOe)를 측정하였다. 각 측정 분말의 평균 입경과 σ4kOe와의 상관을 도 2에 ○로 도시한다.
또 동일한 방법으로 얻어진 페라이트 분말에 대해, 평균 입경, 가소전의 Si 함유량에 대한 분쇄후의 Si함유량의 증분(ΔSiO2, SiO2로 환산), Cr2O3으로 환산된 증분(ΔCr2O3), (SiO2+ CaO)의 환산량 및 (Cr2O3+ Al2O3)의 환산량을 측정하였다. 결과를 표 3에 도시한다. 표 3으로부터 각 평균 입경의 본드 자석용 페라이트 분말은 모두, ΔSiO2가 0.018 내지 0.142중량%, ΔCr2O3가 0.002 내지 0.009중량%였다. 예를 들면 견본 No. 32의 경우, 미분쇄에 의한 ΔSiO2가 0.108중량%로, ΔCr2O3가 0.008중량%였다. 견본 No. 31 내지 33의 경우, ΔSiO2는 85%이상이 미분쇄시의 혼입분이였다. 다른 ΔSiO2는 조분쇄, 열처리후의 수중 침전, 체질를 통해 남은 찌꺼기 처리에 의한 혼입분이였다. 견본 No. 31 내지 36의 ΔCr2O3는 80%이상이 미분쇄시의 혼입이였다.
비교예 2
종래 재료로서, 실시예 1에 사용된 것과 동일한 순도의 SrCO3 및 산화철을 사용하여 SrOㆍ5.85Fe2O3의 기본 조성으로 함과 동시에, 미분쇄되는 페라이트 분말의 평균 입경을 0.75 내지 1.93㎛로 한 이외는 실시예 4와 동일하게 하여, 가소, 조분쇄, 미분쇄, 열처리, 수중 침전, 건조 및 150 메쉬 체질을 수행하고, 평균 입경 0.8 내지 2.0㎛의 페라이트 분말을 제조하였다. 이 중 평균 입경 0.82 내지 1.60㎛의 페라이트 분말에 대해, VSM의 홀더에 넣어 밀봉하고, VSM에 있어서 20℃로 4kOe의 평행 자장을 인가하였을 때의 자화의 최대치(σ4kOe) 를 측정하였다. 각 측정 분말의 평균 입경과 σ4kOe와의 상관을 도 2에 ●로 도시한다.
또, 동일한 방법에 의해 얻어진 페라이트 분말에 대해, 평균 입경, ΔSiO2, ΔCr2O3, (SiO2+ CaO) 및 (Cr2O3+ Al2O3)를 측정하였다. 결과를 표 3에 도시한다. 표 3에서 명백한 바와 같이, 거의 동일한 평균 입경을 서로 가지는 것들을 비교하면, 이들의 종래 조성의 페라이트 분말의 ΔSiO2, ΔCr2O3, (Sio2+ CaO) 및 (Cr2O3+ Al2O3)는 모두 실시예 4 (○로 도시한다.)와 동일하였다.
그러나, 도 2에서 명백한 바와 같이, 실시예 4 (○로 도시한다.)의 페라이트 분말은 비교예 2(●로 도시한다)와 비교하여, 평균 입경 0.8 내지 1.6㎛의 범위에 있어서, σ4kOe로 1 내지 2 emu/g정도 높게 되어 있고, 4kOe라는 실용성이 풍분한 인가 자장에 있어서 양호한 배향성을 도시하였다. 이제부터 동일한 규정의 불순물양이라하더라도 기본 조성의 요건을 만족시키지 않으면 높은 σ4kOe를 도시하지 않는 것을 알았다.
실시예 4 및 비교예 2의 페라이트 분말 90중량부와 에틸렌 에틸 아크릴 레이트 공중합체〔EEA, Mw=43,000, EA 함유량=41%, MB-870 (니혼 유니커(주)제〕7.7중량부와, 분산제(DH-37, 아데카아가스(주)제) 1.0중량부와, 골제(슬립팩스 E, 니혼 카세이(주)제) 0.5중량부를 믹서로 혼합하여 얻어진 혼합물을 150℃로 가열 혼연하고, 냉각 고화후, 직경 5mm이하의 입자로 분쇄하였다. 계속해서 실리콘오일〔KE968, 점도=100센티 스톡스(25℃), 표면 장력=20.8dyne/cm (25℃), 신월화학공업(주)제〕0.8 중량부를 첨하한 후, 150℃로 조립함으로써 성분를 제조하였다. 또한 혼연과 조립은 2축 혼연 압출기에 의해 수행되었다.
얻어진 각 성분를 사출 성형기에 투입하고, 사출 온도 200℃, 사출 압력 1000kgf/cm2의 조건에서 사출 성형기에 부속된 자기 회로 부착 금형의 캐비티(배향 자장 강도=4.0 ± 0.2kOe0)로 사출서형하고, 세로 20mm X 가로 20mm X 두께 10mm의 이방성 본드 자석을 얻었다. 얻어진 이방성 본드 자석의 자기 특성을 B-H 트레이너에 의해 20℃로 측정하였다. 결과를 표 3에 도시한다. 표 3으로부터 실시예 4의 페라이트 분말을 배합한 본드 자석의 우위성이 명백한다.
또 실시예 4 및 비교예 2의 평균 입경 1.05㎛의 페라이트 분말을 배합하여 얻어진 2종류의 성분를 사용하여 배향 자장 강도 10±0.2kOe로 한 이외는 상기와 동일하게 하여, 사출 성형에 의한 이방성 본드 자석을 성형하고, 자기 특성을 측정하였다. 그 결과, 실시예 4의 평균 입경 1.05㎛의 페라이트 분말을 배합한 본드 자석의 경우, Br=2,780G, 및 iHc=4,4700e이며, 비교예 2의 평균 입경 1.05㎛의 페라이트 분말을 배합한 본드 자석의 경우, Br=2,720G, 및 iHc=2,9000e였다. 이러한 인가 자장 강도 10kOe에 있어서도 본 발명의 본드 자석용 페라이트 분말의 우위성을 알 수 있다.
라지알 이방성 또는 극이방성의 페라이트계 본드 자석(예를 들면 착자에 의해 4 내지 24극의 대칭 또는 비대칭의 자극을 형성할 수있는 중실 원통 형상품 또는 링형상품 등)을 성형하는 경우, 10kOe이상의 강한 배향 자장 강도를 확보하는 것은 어렵다. 따라서, 바람직하게는 8kOe이하, 보다 바람직하게는 6kOe이하, 특히 바람직하게는 3 내지 6kOe의 대량 생산에 유리한 인가 자장에 감도 좋게 추종하여 배향되는 페라이트 분말이 바람직하다.
실시예 5
실시예 1에 사용한 것과 동일한 순도의 산화철, SrCO3, Fe2O3, La2O3, ZnO를 사용하여, (Sr0.883La0.117)0 ㆍ5.75〔(Fe0.99Co0.005Zn0.005)2O3〕(원자 비율)에 의해 표시되는 기본 조성으로 한 이외는, 실시예 4와 동일하게 하여 건식 볼밀에 의한 미분쇄까지를 수행하고, 평균 입경이 다른 5종류의 페라이트 미세 분말을 제조하였다. 각 페라이트 미세 분말 100중량부에 대해 0.4중량부의 산화 비스마스(Bi2O3)를 첨가후, 혼합하여 4종류의 혼합 분말을 얻었다. 계속해서 실시예 4와 동일하게 하여 열처리, 수중침전, 건조 및 150메쉬 체질을 수행하고, 평균 입경이 다른 5종류의 페라이트 자분을 얻었다. 표 4에 도시한 바와 같이, 각 페라이트 자분의 ΔSiO2, ΔCr2O3, (SiO2+ CaO) 및 (Cr2O3+ Al2O3)는 모두 표 3의 거의 동일한 평균 입경과 동등하였다.
비교예 3
비교를 위하여, SrOㆍ5.75Fe2O3에 의해 표시되는 기본 조성으로 한 이외는 실시예 5와 동일하게 하여, 평균 입경이 다른 5종류의 본드 자석용 페라이트 분말을 제조하였다. 각 페라이트 자분의 ΔSiO2, ΔCr2O3, (SiO2+ CaO) 및 (Cr2O3+ Al2O3)는 모두 표 3의 거의 동일한 평균 입경과 동등하였다.
표 4에 도시하는 실시예 5 및 비교예 3의 페라이트 분말의 각각을 적당한 양을 저울로 단 후, 각 칭량 분말마다 헨셜 믹서에 넣여, 교반하면서 각 페라이트 분말 100 중량부에 대해 0.25중량부의 아미노시란(KBM-603, 신월화학공업(주)제)를 첨가하고, 혼합한 후, 대기중에서 80℃로 3시간 가열하고, 실온까지 냉각하는 표면 처리를 수행하였다. 표면 처리된 각 페라이트 분말 90중량부와 12 나이론(P-3014U, 우부흥산(주)제) 9.6 중량부와 스테아린산 아미드(AP-1, 니혼가세(주)제) 0.4중량부를 배합하고 가열 가압형 니더에 의해 초기 설정 온도 230℃의 조건으로 가열 혼연후 페레타이징하여, 페렛 형상의 성분를 제조하였다.
실시예 5 및 비교예 3의 각 성분를 사출 성형기에 투입하고, 사출 온도 280℃, 사출 압력 100kgf/cm2의 조건으로 사출 성형기에 부속된 자기 회로 부탁 금형의 캐비티(배향 자장 강도=4.0±0.2kOe)로 사출 성형하고, 세로 20mm X 가로
20mm X 두께 10mm의 이방성 본드 자석을 얻었다. 각 본드 자서의 Br 및 iHc를 B-H트레이서에 의해 20℃로 측정하고 또, σ4kOe를 VSM에 의해 20℃에서 측정하였다. 측정 결과를 각 본드 자석에 배합한 페라이트 분말의 평균 입경과 함께 표 4에 도시한다.
표 4에 도시한 바와 같이, 본드 자석에 배합한 페라이트 분말의 거의 동일 평균 입경으로 측정한 경우, 실시예 5의 각 페라이트 분말을 배합한 이방성 본드 자석은 비교예 3의 각 페라이트 분말을 배합한 이방성 본드 자석과 비교하여, Br로 70 내지 130G, iHc로 280 내지 5000e 높은 것을 안다. 추가적으로 표 4 및 관련된 검토로부터, M에 차지하는 Co비율이 50 내지 90원자%로, 또한 평균 입경 1.0 내지 1.5㎛라면, Br ≥2.6kG로, 또한 iHc ≥2.7kOe가 되어 내열성의 용도에 제공될 수 있다. 특히 M에 차지하는 Co비율이 50 내지 90원자%로, 또한 평균 입경 1.0 내지 1.3㎛일 때에, Br≥2.65kG로 또한 iHc ≥3kOe를 실현할 수 있는 것을 알았다. 또 M에 차지하는 Co비율이 5원자%이상 동시에 50원자%미만으로, 평균 입경이 1.0 내지 1.5㎛이라면, Br≥2.65kG로 동시에 iHc≥2.5kOe로 함과 동시에, 내열성이 요구되는 용도로 사용 가능하다는 것을 알았다. 추가적으로 M에 차지하는 Co의 비율이 5 내지 30원자%로, 평균 입경이 1.0 내지 1.3㎛라면, Br≥2.7kG로 또한 iHc≥2.5kOe로 되는 것을 알았다.
다음으로, 표 4의 견본 No.52와 견본 No. 62의 페라이트 분말의 일정양을 VSM의 홀더내로 충진하여 밀봉하였다. 이러한 2종류의 홀더를 각각 VSM에 세트하여 20℃로 10kOe의 자장을 인가하였을 때의 자화의 최대치(σ10kOe)로서 71.0emu/g (No. 52)와 69.6emu/g(No.62)를 얻었다.
추가적으로 표 4의 견본 No. 52와 견본 No. 62의 페라이트 분말을 사용하여 제조한 2종류의 성분를 사용하여 배향 자장 강도 10 ±0.2kOe로 한 이외는 상기와 동일하게 하여, 이방성 본드 자석을 사출 성형하고, 자기 특성을 측정하였다. 그 결과, 견본 No. 52의 자분을 배합한 본드 자석의 Br=2830G, iHc=34400e이며, 견본 No.62의 자분을 배합한 본드 자석으로 Br=2740G, iHc=29000e를 얻을 수 있었다. 이와 같이 인가 자장 강도 10kOe에 있어서도 본 발명의 본드 자석용 페라이트 분말의 우위성을 알았다.
실시예 6
표 3의 견본 No. 33(실시예 4)의 페라이트 분말을 사용한 이외는 실시예 5와 동일 조건으로 실시예 6의 성분를 제조하였다. 또 표 4의 견본 No. 53 (실시예 5)의 성분 및 견본 No. 63 (비교예 3)의 성분를 준비하였다.
상기 3의 종류 성분의 각각을 사출 성형기에 투입하여 사출 온도 280℃, 사출 압력 1000kgf/cm2의 조건으로 사출 성형기에 부속된 자기 회로 부착 금형의 캐비티(라지알 배향 자장 강도=4.1 내지 4.1kOe)로 사출 성형하고, 외경 13.6mm X 내경 5mm X 두께 10mm의 회전기의 로이터용 라지알 이방성 본드 자석을 제작하였다.
얻으진 3종류의 로이터용 본드 자석의 자기 특성이 포화되는 조건으로 대칭 10극착자를 하고, 20℃로 표면 자속 밀도를 측정하였다. 얻어진 표면 자속 밀도 성형으로부터 각 자극의 표면 자속 밀도의 최대치를 구하고, 평균한 수치를 표 5에 도시한다
실시예 7
표 1의 고순도 리사이클 산화철에 SiO2, CaO, Al2O3및 Cr2O3를 소정량 첨가하여 페라이트 분말을 제조하고, 자기 특성을 평가하였다.
볼밀 분쇄용 포트의 재질 및 분쇄 매체의 철강구 재질을 모두 SUJ1(C:0.95 내지 1.10중량%, Si: 0.15 내지 0.35중량%, Mn:0.50중량% 이하, Cr: 0.90 내지 1.20중량%, P: 0.025 중량%이하, S:0.025중량%이하)제로 변경하고 또한 주속을 0.5m/초로하며, 추가적으로 열처리후의 수중 침전, 건조, 체질 처리를 크린룸내에서 수행한 이외는 실시예 4와 동일하게 하여, 평균 입자 1.05㎛의 페라이트 분말을 제조하였다. 실시예 4와 동일하게 하여 본드 자석을 제작하고, 그 자기 특성을 측정하였다. 결과를 표 6의 No. 71로 도시한다. 이러한 본드 자석용 페라이트 분말의 ΔSiO2=0.062중량%, 및 ΔCr2O3=0.006중량%이였다.
견본 No. 71의 건식 볼밀 미분쇄시에, 미량의 SiO2및 Cr2O3를 첨가하여 최종적으로 표 6에 도시하는 (SiO2+ CaO) 환산 함유량, 및 (Al2O3+ Cr2O3) 환산 함유량이 되도록 조정하여 평균 입경이 1.05 내지 1.06㎛의 페라이트 분말을 제조하였다. 각 페라이트 분말을 사용하여 얻어진 본드 자석에 대해, 상기와 동일하게 하여 자기 특성을 측정하였다. 결과를 표 6의 견본 No. 72 내지 75에 도시한다.
비교예 4
No. 71의 건식 볼밀 미분쇄시에, 미량의 SiO₂ 및 Cr2O3를 첨가하여 최종저긍로 표 6에 환산된 (SiO₂ + CaO)함유량, (Al2O3+ Cr2O3) 함유량이 되도록 조정한 평균 입경이 1.06㎛의 본드 자석용 페라이트 분말을 제조하고, 실시예 7과 동일하게 하여 본드 자석을 제조하여, 자기 특성을 측정하였다. 결과를 표 6의 견본 No. 81에 도시한다.
표 6에서 (SiO2+ CaO)수치가 0.2 중량%이하이고 또한(Al2O3+ Cr2O3)수치가 0.13중량%이하인 경우 (견본 No. 71 내지 75), 견본 No. 42보다도 높은 Br을 얻을 수 있는 것을 알았다. 특히 (SiO2+ CaO)수치가 0.15중량%이하이며, 또한 (Al2O3+ Cr2O3)수치가 0.1중량% 이하에서는 2700G이하를 얻을 수 있는 것을 알았다. 이에 대해 (SiO2+ CaO)수치가 0.2 중량%를 초과하는 견본 No. 81 및 (Al2O3+ Cr2O3)수치가 0.13중량%를 초과하는 견본 No. 82에서는 견본 No. 42보다도 Br이 낮았다.
표 3 및 표 6에 도시하는 ΔSiO2, ΔCr2O3, (SiO2+ CaO_) 및 (Al2O3+ Cr2O3)의 변동 거동과, 표 1에 도시하는 리사이클 산화철의 순도를 고려한 결과, 높은 Br을 얻기위해서는 사용하는 산화철에 함유되는 SiO2로 환산된 Si함유량 및 CaO로 환산된 Ca함유량의 합계는 바람직하게는 0.06중량%이하, 보다 바람직하게는 0.05중량%이하, 특히 바람직하네는 0.04중량%이하이며, Al2O3로 환산된 Al함유량 및 Cr2O3로 환산된 Cr함유량의 합계는 바람직하게는 0.1중량%이하, 보다 바람직하게 0.09중량%이하, 특히 바람직하게는 0.08중량%이하인 것을 알았다.
실시예 8, 비교예 5
실시예 5로 제조한 거친 분말을 이용하여, 습식 아트라이터에 의해 미분쇄를 수행하였다. 슬러리 농도는 아트라이터의 조쇄실에 투입된 페라이트 거친 분말의 중량 W₁(kg)과, 투입된 물의 중량 W₂(kg)로부터, 〔W1/(W1+ W2)〕 X 100(%)의 식에 의해 산출된 초기 슬러리 농도이다. 미분쇄후는 실시예 4와 동일하게 하여 표 7에 도시하는 평균 입경의 본드 자석용 페라이트 분말을 제조하여, 본드 자석 특성을 평가하였다. 20℃로 측정된 각 본드 자석의 Br 및 iHc를 표 7에 도시한다. 견본 No. 523의 아트라이터 미분쇄로는 슬러리 농도가 낮기 때문에 1.17㎛까지밖에 미립화할 수 없었다. 또한 초기 슬러리 농도가 66중량%이상으로는 평균 입경이 1.5㎛이하의 분쇄가 어려워 슬러리중에 거친 분말을 많이 함유하는 것을 알았다.
표 7에서, 습식 아트라이터 미분쇄시의 초기 슬러리 농도를 60 내지 65중량%로 하면, 거의 건식 볼밀 상당의 높은 Br을 얻을 수 있는 것을 알았다.
실시예 9, 비교예 6
실시예 4으로 얻어진 평균 입경 1㎛의 건식 볼밀 미분쇄분에 대해, 표 8에 도시하는 조건으로 열처리를 가한 이회 실시예 4와 동일하게 하여, 본드 자것용 페라이트 분말(평균 입경:1.05 내지 1.10㎛)를 제조하여 본드 자석 특성을 평가하였다. 결과를 표 8에 도시한다.
표 8에서, 열처리 조건은 750 내지 950℃ X 0.5 내지 3시간이 양호하다는 것을 알았다. 또한 750 내지 800℃로 3시간 초과하는 열처리를 수행하면, iHc의 포화 경향이 인지되었다. 또 1000℃ X 0.2시간 정도의 가열로도 응집이 인지되어, Br이 크게 저하된다.
실시예 10, 비교예 7
표 4의 견본 No. 52(실시예 5)의 페라이트 분말과 동일하고 열처리 후의 것을 표 9에 도시하는 조건으로 습식 해쇄하며, 계속해서 실시예 5와 동일하게 하여 평균 입경 1.05 내지 1.06㎛의 본드 자석용 페라이트 분말을 제조하여 자기 특성을 평가하였다. 결과를 표 9에 도시한다.
주: 이소프로필 알코올
표 9에서 열처리후의 수중 침전처리, 이소프로필 알코올중 침전 처리, 수중 침전 상태에서 핸셜 믹서에 의한 교반 처리(1분간), 또는 수중 침전 상태에서 아트라이터에 의한 분쇄처리(30초간)를 수행하면, Br이 개선되는 것을 알았다. 이러한 습식 해쇄 처리에 의한 ΔSiO2는 0.02중량% 미만이고, ΔCr2O3는 0.001중량% 미만이였다.
실시예 11, 비교예 8
페라이트 분말을 이용하여 복사기용의 마그네트 롤을 제조하기 위하여, 상기 조성의 성분 A 내지 E를 준비하였다.
A 내지 E의 성분 배합은 모두 본드 자석용 페라이트 분말 91.5 중량부, EEA(MB-870) 6.2중량부, 분산부(DH-37) 1중량부, 활제(스리퍽스E) 0.5중량부, 및 실리콘 오일 〔KF968, 신월화학공업(주)제〕0.8 중량부였다. 다른 조건은 실시예 4와 동일하게 하여 각 성분를 제조하였다.
(a) 성분 A
표 3의 견본 No. 33(실시예 4)의 자분을 EEA로 배합한 성분이다.
(b) 성분 B
표 2의 견본 No. 6의 La-Co-Zn계 거친 분말을 사용한 이외는 실시예 4의 조건에 따라 제조된 평균 입경 1.14㎛의 페라이트 분말을 배합한 EEA성분이다.
(c) 성분 C
표 2의 견본 No. 7의 La-Zn계 거친 분말을 습식 아트라이터(용매:물)에 의해 평균 입경 0.95㎛까지 미분쇄하였다. 얻어진 슬러리를 이용하여 12kOe의 자장중에서 습식 성형을 수행하고 성형체를 얻었다. 게속해서 건조후, 죠크러쉬로 해쇄하고 추가적으로 체질하여 평균 입경 2.5㎛의 성형체 분말을 얻었다. 다음으로, 830℃ X 3시간의 열처리를 가하고 이후는 실시예 1과 동일한 수중 침천, 건조, 체질에 의한 해쇄를 수행하여 이방성 조립분을 얻었다. 성분 C는 이러한 조립분을 배합한 EEA 성분이다.
(d) 성분 D
평균 입경 3㎛의 이방성 조립분을 함유하는 EEA 성분이다. 이러한 이방성 조립분은 이하의 방법에 의해 제조하였다. 우선 표 1의 견본 No. 3의 La-Co계 거친 분말을 습식 아트라이터(용매:물)에 의해 평균 입경 0.90㎛까지 미분쇄하였다. 얻어진 슬러리를 이용하여 10kOe의 자장중에서 습식 성형을 수행하고 성형체를 얻었다. 탈자후, 성형체를 대기중에서 100℃이하로 가열하여 수분을 제거하고 냉각하였다. 냉각체를 죠크러쉬에 의해 해쇄후, 체질하여, 평균 입경 2㎛초 15㎛이하로 조정한 분말을 제조하여 대기중에서 750 내지 1000℃ X 1시간의 열처리를 가했다. 이후, 실시예 4와 동일하게 하여 수중 침전, 건조, 체질에 의한 해쇄를 행하여 본 발명의 이방성 조립분을 얻었다.
얻어진 이방성 조립분중, 평균 입경 3㎛의 것의 자기 특성을 VSM에 의해 측정하였다. 측정은 우선 VSM홀더에 상기 각 이방성 조립분 및 왁스를 특정 비율로 또한 총중량이 일정하게 되도록 충전후 밀봉하여 VSM에 세트하였다. 그 후, 5kOe의 평행 자장을 인가하면서 가열하여 왁스를 녹이고 이어서 냉각하여 자분이 배향된 상태에서 왁스를 단단하게 하여 자분을 고정하였다. 이러한 상태로 실온에서 감자곡석을 그린 자분 100%로 보정한 Br, iHc를 구하였다. 그 결과를 도 3 및 도 4에 도시한다. 도 3 및 4로부터, 열처리 온도 750 내지 950℃의 조건을 선택하면, 3.5 내지 3.75kG의 Br 및 2.85 내지 4.75kOe의 iHc를 얻을 수 있었다. 또한 평균 입경이 10㎛ 이상는 도 3의 동일한 열처리 온도로 비교하여 약 5%이상의 Br의 저하가 인지되었다. 800℃ X 1시간의 열처리를 가한 평균 입경 3㎛의 이방성 조립분을 이용하여, EEA 성분를 제조하였다.
(e) 성분 E
표 3의 견본 No. 43의 자분을 배합한 비교예 2의 EEA 성분이다.
성분 A 내지 E의 각각을 도 5 및 도 6에 도시하는 성형 장치(6)에 투입하고, 그 선단 부분에 설치된 배향 금형(7)을 통과할 때에 이방화하였다. 얻어진 원통 형상 성형체를 냉각, 탈자하고 이어서 소정의 길이로 절단하였다. 이러한 통형상 일체형체 (외경 18mm, 내경 8mm, 길이 300mm)의 중앙 중간부에 축(12) (외경 8mm)를 고정한 후, 표면에 비대칭(4)극의 자극을 착자하고, 외경 20mm의 슬리브(20 (알루미늄 합금제)에 넣어, 도 7에 도시하는 라지알 이방성 본드 자석을 갖는 마그네트롤(1)을 조립하였다.
표 10에 슬리브(20의 장척 중앙의 표면이고 또한 N1극의 직상에서의 표면 자속 밀도(B0)의 측정 결과를 도시한다. 원통형상 이방성 본드 자것(11)의 외주면과 슬리브(2)의 외준면 사이의 갭은 1.0mm이다.
표 10에서, 성분 A 내지 D를 사용함으로써, 마드네트 롤(1)의 슬리브(2)상의 표면 자속 밀도가 향상되는 것을 알았다. 또한 성분 C, D는 성형성이 양호하며, 성형 효율(단위 시간당의 원통형상 본드 자석(11)의 성형갯수)이 성분 A, B, E대비로 5 내지 10% 향상하였다.
이어서, 성분 A를 이용하여 성형한 상기 원통형상 라지알 이방성 본드 자것으로부터 데스트피스를 절취하여 20℃로 자기 특성을 평가한 바, Br=3030G를 얻었다.
또한 상기 원통형상 본드 자석(11)은 외경 D=10 내지 60mm, 길이 L=200 내지 350mm, 및 L/D≥5의 원통형상으로 형성하는 것이 바람직하고, 또 소형의 복사기와 프린터의 용도에는 D=10 내지 30mm, 특히 D=10 내지 20mm로 L/D≥5의 소경으로 하는 것이 바람직하다.
다음에 성분 A 및 성분 D로 이루어지는 상기 원통형상 본드 자석의 외주면에 N1극을 따라, 축방향으로 표면 자속 밀도를 측정하였다. 결과를 각각 도 8(a), (b)에 도시한다. 도 8(a), (b)로부터 명백한 바와 같이, 성분 D로 이루어지는 원통형상 본드 자석은 성분 A로 이루어지는 원통형상 본드 자석보다도 축방향의 표면 자속 밀도의 분산이 작았다. 이것으로부터 이방성 조립분으로 하면, 얻어지는 본드 자석의 표면 자속 빌도의 균일성이 향상되는 것을 알았다.
또 상기 실시예는 라지알 이방성을 부여하는 경우를 기재하였으나, 극이방서을 부여하는 추출 성형 방식을 선택할 수 있다. 형상은 중공 원통형상에 한정되지 않고, 중실 원통형상품 이외의 임의의 형상품을 성형할 수 있다.
상기 실시예에서는 R원소와 M원소로 복합 치환된 Sr계 페라이트 분말의 경우를 기재하였으나, R원소와 M원소로 복합 치환된 Ba계 페라이트 분말에 있어서도 종래의 본드 자석용의 Sr 및/또는 Ba페라이트 분말과 비교하여 높은 Br(또는 높은 Br 및 높은 iHc)를 얻을 수 있음이 기대된다.
상기 실시예에서는 사출 성형, 압출 성형의 경우를 기재하였으나, 압축 성형을 이용하여도 높은 Br 및 (BH)max를 가지는 본드 자석을 얻을 수 있다.
상기 기본 조성으로 함과 동시에 Si, Ca, Al, Cr의 불순물의 양을 제어함으로써, 종래의 본드 자석용의 Sr 및/또는 Ba 페라이트 분말과 비교하여 높은 Br (또는 높은 Br 및 높은 iHc)를 가지는 고성능의 본드 자석용 페라이트 분말을 제공할 수 있다. 이러한 페라이트 분말로부터 형성되는 본드 자석은, 종래의 본드와 비교하여 높은 iHc 및 동등 이상의 Br을 가질 때에, 표면 자속 밀도의 분산을 저감할 수 있다는 잇점을 갖는다.
특히 본 발명의 본드 자석을 마그네트 롤로 이용하면, 소경이라도 라지알 이방성 또는 극이방성을 가지는 다극착자를 수행할 수 있을뿐만 아니라, 장척에 있어서의 자속 밀도의 분산을 억제 할 수 있다. 또 자장 성형하여도 양호한 수치 안정성을 갖는다.

Claims (21)

  1. 일반식: (A1-XRX)Oㆍn〔(Fe1-yMy)2O3〕(원자 비율)
    (A는 Sr 및/또는 Ba이고, R은 Y를 포함하는 희토류 원소의 1종 또는 2종 이상으로 La를 반드시 포함하고, M은 Co, Mn, Ni 및 Zn으로 이루어지는 군으로부터 선택된 최소한 1종이며, x, y및 n은 각각 하기 조건:
    0.01≤x≤0.4,
    〔x/2.6n)〕≤y≤〔x/1.6n)〕, 및
    5≤n≤6
    을 만족시키는 숫자이다.)에 의해 표시되는 기본 조성을 가지는 실질적으로 마그네트 플럼바이트형 결정 구조를 1가지는 본드 자석용 페라이트 분말이며, SiO2로 환산된 Si함유량 및 CaO로 환산된 Ca함유량의 합계가 0.2중량% 이하이고, Al2O3로 환산된 Al함유량 및 Cr2O3로 환산된 Cr함유량의 합계가 0.13중량%이하이며, 또한 평균 입경이 0.9 내지 2㎛인 본드 자석용 페라이트 분말을 제조하는 방법으로서, 가소에 의해 상기 기본 조성을 가지는 자기 등방성의 페라이트 조성물을 제조하여 미분쇄한 후, 대기중에서 750 내지 950℃의 온도로 0.5 내지 3시간 열처리하는 것을 특징으로 하는 본드 자석용 페라이트 분말의 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 열처리후에 액중 침전을 수행하여 해쇄하고, 이어서 건조하는 것을 특징으로 하는 본드 자석용 페라이트 분말의 제조 방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 산화철에 A원소를 포함하는 화합물, R원소를 포함하는 화합물 및 M원소를 포함하는 화합물을 혼합하여 가소함으로써 고상(solid Phase) 반응시켜, 상기 자기 등방성 페라이트 조성물을 제조하는 것을 특징으로 하는 본드 자석용 페라이트 분말의 제조 방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 산화철중의 Si함유량(SiO2로 환산) 및 Ca함유량 (CaO로 환산)의 합계가 0.06중량%이하이며, Al함유량(Al2O3로 환산) 및 Cr함유량(Cr2O3로 환산)의 합계가 0.1중량%이하인 것을 특징으로 하는 본드 자석용 페라이트 분말의 제조 방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 산화철로서 철강재의 염산 세정 폐액을 분무 로우스팅하여 얻어지는 산화철을 사용하는 것을 특징으로 하는 본드 자석용 페라이트 분말의 제조 방법.
  6. 제 1항 내지 5항중 어느 한 항에 있어서, 상기 미분쇄를 건식법 또는 슬러리 농도를 60체적% 이상으로 조정한 조건하에서의 습식법에 의해 수행하는 것을 특징으로 하는 본드 자석용 페라이트 분말의 제조 방법.
  7. 제 1항 내지 6항중 어느 한 항에 있어서, 상기 미분쇄의 전에 조분쇄를 수행하는 것을 특징으로 하는 본드 자석용 페라이트 분말의 제조 방법.
  8. 제 1항 내지 7항중 어느 한 항에 있어서, 상기 자기 등방성 페라이트분을 상기 평균 입경까지 건식 분쇄하여 열처리한 후에 수중 침전을 수행하는 것을 특징으로 하는 본드 자석용 페라이트 분말의 제조 방법.
  9. 제 1항 내지 8항중 어느 한 항에 있어서, 상기 열처리 온도가 750 내지 900℃인 것을 특징으로 하는 본드 자석용 페라이트 분말의 제조 방법.
  10. 제 1항 내지 9항중 어느 한 항에 있어서, 상기 페라이트 분말중에 있어서의 Si함유량(SiO2로 환산) 및 Ca함유량(CaO로 환산)의 합계가 0.15중량%이하이고, Al함유량(Al2O3로 환산) 및 Cr함유량(Cr2O3로 환산)의 합계가 0.1중량%이하인 것을 특징으로 하는 본드 자석용 페라이트 분말의 제조 방법.
  11. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 M원소가 Co및/또는 Zn인 것을 특징으로 하는 본드 자석용 페라이트 분말의 제조 방법.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 M원소가 Co및 Zn이고, Co의 비율이 5 내지 90원자%인 것을 특징으로 하는 본드 자석용 페라이트 분말의 제조 방법.
  13. 일반식: 일반식: (A1-XRX)Oㆍn〔(Fe1-yMy)2O3〕(원자 비율)
    (A는 Sr 및/또는 Ba이고, R은 Y를 포함하는 희토류 원소의 1종 또는 2종 이상으로 La를 반드시 포함하고, M은 Co, Mn, Ni 및 Zn으로 이루어지는 군으로부터 선택된 최소한 1종이며, x, y및 n은 각각 하기 조건:
    0.01≤x≤0.4,
    〔x/2.6n)〕≤y≤〔x/1.6n)〕, 및
    5≤n≤6
    을 만족시키는 숫자이다.) 에 의해 표시되는 기본 조성을 가지는 실질적으로 마그네트 플럼바이트형 결정 구조를 가지는 평균 입경이 0.9 내지 2㎛의 페라이트 분말로, SiO2로 환산된 Si함유량 및 CaO로 환산된 Ca함유량의 합계가 0.2중량%이하이며, Al2O3로 환산된 Al함유량 및 Cr2O3로 환산된 Cr함유량의 합계가 0.13중량%이하인 것을 특징으로 하는 본드 자석용 페라이트 분말.
  14. 제 13항에 있어서, 제 1항 내지 제 12항중 어느 한 항의 방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 본드 자석용 페라이트 분말.
  15. 제 13항 또는 제 14항에 있어서, 페라이트 분말과 바인더로 이루어지고, 라지알 이방성 또는 극이방성을 가지는 것을 특징으로 하는 본드 자석.
  16. 일반식: 일반식: (A1-XRX)Oㆍn〔(Fe1-yMy)2O3〕(원자 비율)
    (A는 Sr 및/또는 Ba이고, R은 Y를 포함하는 희토류 원소의 1종 또는 2종 이상으로 La를 반드시 포함하고, M은 Co, Mn, Ni 및 Zn으로 이루어지는 군으로부터 선택된 최소한 1종이며, x, y및 n은 각각 하기 조건:
    0.01≤x≤0.4,
    〔x/2.6n)〕≤y≤〔x/1.6n)〕, 및
    5≤n≤6
    을 만족시키는 숫자이다.)에 의해 표시되는 기본 조성을 가지는 실질적으로 마그네트 플럼바이트형 결정 구조를 가지는 평균 입경이 0.9 내지 2㎛의 페라이트 분말의 집합체로 이루어지는 본드 자석용 이방성 조립분으로, 평균 입경이 2㎛ 이상 10㎛이하이며, SiO2로 환산된 Si함유량 및 CaO로 환산된 Ca함유량의 합계가 0.2중량%이하이며, Al2O3로 환산된 Al함유량 및 Cr2O3로 환산된 Cr함유량의 합계가 0.13중량%이하인 것을 특징으로하는 본드 자석용 이방성 조립분.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 기본 조성을 가지는 원료 혼합물을 가소함으로써 페라이트화시켜, 얻어진 자기 등방성 페라이트를 분쇄한 후, 자장중 성형하여 2㎛ 이상 10㎛이하의 평균 입경으로 해쇄하고, 대기중에서 750 내지 950℃의 온도로 0.5 내지 3시간 열처리하는 것을 특징으로 하는 본드 자석용 이방성 조립분의 제조 방법.
  18. 제 17항에 있어서, 상기 열처리후에 액중 침전하여 열처리에 의한 응집을 녹이는 것을 특징으로 하는 본드 자석용 이방성 조립분의 제조 방법.
  19. 표면에 복수개의 자극을 가지고, 최소한 1개의 자극부가 일반식:
    (A1-XRX)Oㆍn〔(Fe1-yMy)2O3〕(원자 비율)
    (A는 Sr 및/또는 Ba이고, R은 Y를 포함하는 희토류 원소의 1종 또는 2종 이상으로 La를 반드시 포함하고, M은 Co 및/또는 Zn이고, x, y 및 n은 각각 하기 조건:
    0.01≤x≤0.4,
    〔x/2.6n)〕≤y≤〔x/1.6n)〕, 및
    5≤n≤6
    을 만족시키는 숫자이다.)에 의해 표시되는 기본 조성을 가짐과 동시에, 실질적으로 마그네트 플럼바이트형 결정 구조를 가지며, 평균 입경이 0.9 내지 2㎛의 페라이트 분말 85 내지 95중량%와, 바인더 15 내지 5중량%로 이루어지는 본드 자석에 의해 성형되고, 상기 페라이트 분말중에 있어서 SiO2로 환산된 Si함유량 및 CaO로 환산된 Ca함유량의 합계가 0.2중량%이하이며, Al2O3로 환산된 Al함유량 및 Cr2O3로 환산된 Cr함유량의 합계가 0.13중량% 이하인 것을 특징으로 하는 마그네트 롤.
  20. 표면에 복수개의 자극을 가지고, 최소한 1개의 자극부가, 일반식:
    (A1-XRX)Oㆍn〔(Fe1-yMy)2O3〕(원자 비율)
    (A는 Sr 및/또는 Ba이고, R은 Y를 포함하는 희토류 원소의 1종 또는 2종 이상으로 La를 반드시 포함하고, M은 Co 및/또는 Zn이고, x, y 및 n은 각각 하기 조건:
    0.01≤x≤0.4,
    〔x/2.6n)〕≤y≤〔x/1.6n)〕, 및
    5≤n≤6
    을 만족시키는 숫자이다.)에 의해 표시되는 기본 조성을 가짐과 동시에, 실질적으로 마그네트 플럼바이트형 결정 구조를 가지며, 평균 입경이 0.9 내지 2㎛의 페라이트 분말의 집합체로 이루어지는 평균 입경이 2㎛ 이상, 10㎛이하의 이방성 조립분 85 내지 95중량%와, 바인더 15 내지 5중량%으로 이루어지는 본드 자석에 의해 형성되며, 상기 페라이트 분말중에 있어서 SiO2로 환산된 Si함유량 및 CaO로 환산된 Ca함유량의 합계가 0.2중량%이하이며, Al2O3로 환산된 Al함유량 및 Cr2O3로 환산된 Cr함유량의 합계가 0.13중량%이하인 것을 특징으로 하는 마그네트 롤.
  21. 제 19항 또는 제 20항에 있어서, 상기 본드 자석은 일체형 원통형상을 하고 있고, 라지알 이방성이 부여되며, 복수개의 자극을 가지는 것을 특징으로 하는 마그네트 롤.
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