KR20090051255A - 진공 증기 처리 장치 - Google Patents

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KR20090051255A
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큐조 나카무라
타케오 카토우
아쯔시 나카쯔카
이치로우 무카에
마사미 이토우
류 요시이즈미
요시노리 신가키
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가부시키가이샤 알박
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Abstract

처리실에 금속 증발 분위기를 형성하고, 이 금속 증기 분위기 중의 금속을 피처리물의 표면에 부착시키고, 그것에 더해, 피처리물 표면에 부착한 금속 원자를 그 결정립계 내에 확산시키는 처리를 실시하는 것에 적합한 진공 증기 처리 장치를 제공한다.
처리로(11)와, 이 처리로 내에 배치된 적어도 한 개의 처리상자(4)와, 이 처리상자의 주위를 둘러싸도록 처리로 내에 마련한 가열 수단(2)을 구비한다. 처리상자 내에 피처리물(S)과 금속 증발 재료(V)를 배치한 상태에서, 이 처리상자를 처리로에 수납한 후, 처리로 및 처리상자를 소정 압력까지 감압하여 유지하는 진공 배기 수단을 마련하고, 감압하에서 가열 수단을 작동시켜 피처리물을 소정 온도까지 온도 상승시키면서 금속 증발 재료를 증발시키고, 이 증발한 금속 원자를 피처리물 표면에 공급한다.

Description

진공 증기 처리 장치{VACUUM EVAPORATION PROCESSING EQUIPMENT}
본 발명은, 처리실 내에서 피처리물을 가열하면서 금속 증발 재료를 증발시키고, 이 증발한 금속 원자를 피처리물 표면에 부착 퇴적시켜 금속막을 형성하거나, 그것에 더하여, 피처리물이 결정 구조를 갖는 경우에는, 피처리물 표면으로의 부착과 동시에 금속 원자를 그 결정립계 내에 확산시키는 처리(진공 증기 처리)를 실시하는 것에 적합한 진공 증기 처리 장치에 관한 것이다.
이런 종류의 진공 증기 처리 장치는, 예를 들면, Nd-Fe-B계 소결자석의 자기 특성 향상을 위해 이용되며, 글래스 관으로 된 밀봉 용기와 전기로로 구성된 것이 알려져 있다. 이 진공 증기 처리 장치에서는, 밀봉 용기 내에 Nd-Fe-B계 소결자석 등의 피처리물과, Yb, Eu,Sm 중에서 선택된 희토류 금속인 금속 증발 재료를 혼합한 상태로 수납하고, 진공 펌프를 개입시켜 소정 압력으로 감압하여 밀봉한 후, 전기로에 수납하여 이 밀봉 용기를 회전시키면서 소정 온도(예를 들면 500℃)로 가열한다.
밀폐 용기가 소정 온도로 가열되면, 금속 증발 재료가 증발하여 밀폐 용기 내에 금속 증기 분위기가 형성되고, 이 금속 증기 분위기 중의 금속 원자가 대략 같은 온도까지 가열된 소결자석에 달라붙고, 또 부착한 금속 원자가 소결자석의 결 정립계상에 확산하는 것에 의해, 소결자석 표면 및 결정립계상에 금속 원자를 균일하게 소망량 도입하여 자화 및 보자력을 향상 또는 회복시키고 있다(특허 문헌 1 및 특허 문헌 2).
특허 문헌 1 : 일본 특허 공개 2002-105503호 공보(예를 들면, 도 1 및 도 2 참조)
특허 문헌 2 : 일본 특허 공개 2004-296973호 공보(예를 들면, 특허 청구의 범위 기재 참조)
그런데 종래, 전기로에서 이용되는 히터나 벽의 재료로서는, 가공 용이성이나 비용면을 고려하여 카본이 이용되는 것이 많은데, 카본은 진공하(예를 들면, 10-4Pa)에서는 그 승화점이 내려가는 것이 알려져 있다. 이것으로부터, 이런 종류의 전기로를 진공하에서 900℃ 이상의 온도로 가열할 필요가 있는 Dy나 Tb의 증발에 이용하면, 카본의 승화에 의해 로 내가 오염되거나 Dy나 Tb가 카본과 반응하여 히터 자체가 급속히 가늘어지는 것에 기인하여 도달 온도의 재현성이 나빠지는 등의 문제가 생긴다. 또, 예를 들면, 금속 증발 재료와 피처리물을 수납하는 밀폐 용기를 글래스관 등의 금속 증발 재료와 반응할 우려가 있는 재료로 구성하면, 증기 분위기 중의 금속 원자와 반응하여 그 표면에 반응 생성물을 형성하고, 나아가서는, 그 원자가 Dy나 Tb의 증기 분위기 중에 침입할 우려가 있음과 아울러, 금속 증발 재료의 회수도 곤란하게 된다.
여기서, 소결자석, 특히, 직방체 등 소정 형상의 것에 대해 상기 처리를 실시한 후, 보자력을 한층 향상시키려면, 계속해서 소정 압력 및 온도하에서 열처리를 실시하는 것이 바람직하다. 그러나 상기의 것에서는, 처리시에 밀폐 용기의 압력이 변하기 때문에, 처리 후에 소정 압력하에서 열처리를 행하려면, 일단 밀폐 용기를 전기로로부터 꺼내고 감압한 후 다시 전기로에 되돌리는 것이 필요하게 되어, 그 취급이 귀찮다. 또, 소결자석의 대략 전면에 걸쳐 금속 원자를 소망량 도입하려면, 밀폐 용기를 회전시키는 구동 기구가 필요하기 때문에, 장치 구성이 복잡하게 되어 고비용을 야기한다. 게다가 금속 증발 재료와 피처리물을 혼합한 상태로 배치하고 있기 때문에, 녹은 금속 증발 재료가 직접 피처리물에 부착하는 불편이 있다.
거기서, 상기점에 착안하여, 본 발명의 제1 목적은, 간단한 구조로 피처리물과 금속 증발 재료를 재현성 좋게 고온까지 가열할 수 있고, 또, 장치 내가 오염되지 않고, 증기 분위기를 형성했을 때, 다른 원자가 침입하는 것을 방지할 수 있는 진공 증기 처리 장치를 제공하는 것에 있다.
또, 본 발명의 제2 목적은, 처리실을 자유롭게 감압할 수 있고, 간단한 구조를 갖는 진공 증기 처리 장치를 제공하는 것에 있다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 진공 증기 처리 장치는, 처리로와, 이 처리로 내에 배치되는 적어도 1개의 처리상자와, 이 처리상자를 가열하는 가열 수단을 구비하고, 처리상자 내에 피처리물과 금속 증발 재료를 배치한 상태로 처리로 및 처리상자를 소정 압력까지 감압하는 진공 배기 수단을 마련하여 감압하에서 가열 수단을 작동시켜 피처리물을 소정 온도까지 온도 상승시켜 금속 증발 재료를 증발시키고, 이 증발한 금속 원자가 피처리물 표면에 공급되도록 구성한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 감압하에서 가열 수단을 작동시켜 처리상자를 가열하고, 처리상자 내의 금속 증발 재료가 소정 온도에 도달하면 증발을 개시한다. 그리고 이 증발한 금속 원자가 직접 또는 충돌을 반복하여 복수의 방향으로부터 피처리물로 이동해 부착 퇴적한다. 피처리물이 결정 구조를 가지는 경우에는, 금속 증발 재료와 대략 동일 온도까지 가열되어 있는 피처리물 표면에 부착한 금속 원자가 그 결정립계 내에 확산한다.
본 발명에 있어서는, 상기 처리상자는 상기 처리로 내 출입이 자유로우며, 상면이 개구된 상자부와 이 개구된 상면에 착탈이 자유롭게 장착되는 덮개부로 구성된 것으로, 진공 배기 수단을 작동시켜 상기 처리로를 감압하는데 따라 처리상자 내가 감압되는 구성을 채용하는 것이 좋다. 이것에 의하면, 처리로를 소정 압력에 도달할 때까지 진공 배기하여 감압하면, 처리실을 구성하는 처리상자의 내부공간이 처리로를 개입시켜 예를 들면 처리로보다 높은 압력으로 감압된다. 따라서, 간단한 구조로 처리실을 구성하는 처리상자 내를 소정 압력으로 자유롭게 감압할 수 있다.
또, 처리로 내에, 금속 증발 재료와 피처리물을 수납한 처리상자를 출입시켜 행하는 배치식으로 했기 때문에, 처리로 내에서 처리상자 내에 피처리물을 출입시키는 기구 등이 불필요하게 되어 장치 자체는 간단한 구조이다. 이 경우, 복수개의 처리상자를 처리로 내에 수납하여 동시 처리할 수 있도록 하면, 대량 생산에도 대응할 수 있다. 또, 처리로를 감압하는데 따라 내부 공간을 소정 압력으로 감압할 수 있기 때문에, 처리상자 감압용의 진공 배기 수단은 필요하지 않고, 게다가, 예를 들면 금속 증발 재료의 증발을 정지시킨 후, 처리상자를 일단 꺼내는 일 없이 그 내부를 소정 압력으로 한층 더 감압할 수 있다. 더욱이, 처리상자 자체도 간단한 구조로 할 수 있고, 게다가 덮개부를 떼면, 상부의 일면이 개구되므로, 처리상자에의 금속 증발 재료와 피처리물의 출입이 용이하게 된다.
또, 본 발명에 있어서는, 상기 가열 수단 및 처리상자를 금속 증발 재료와 반응하지 않는 재료 또는 적어도 표면에 금속 증발 재료와 반응하지 않는 재료를 안감막으로서 형성한 것으로 구성하면, 금속 증발 재료가 처리상자 등의 벽면에 부착해도 그 벽면과 반응하지 않기 때문에, 금속 증기 분위기를 형성했을 때에 다른 원자가 침입하는 것을 방지할 수 있고, 또, 그 벽면에 부착한 금속 증발 재료의 회수가 용이하게 되어, 특히 자원적으로 부족하고 안정 공급을 바랄 수 없는 Dy나 Tb가 금속 증발 재료일 때 특히 유효하게 된다.
상기 금속 증발 재료와 반응하지 않는 재료는 Mo로 하는 것이 바람직하다.
상기 가열 수단은, 처리상자의 주위를 둘러싸도록 마련한 단열재와 그 안쪽에 배치한 발열체를 구비하고, 이 단열재는 소정의 간격을 두고 복수개를 겹쳐 구성한 것이면 좋다. 이것에 의해, 처리상자의 벽면을 개입시켜 간접적으로 처리상자 내부를 가열하는 것에 의해 재현성 좋게 이 처리상자 내부를 대략 균등하게 가열할 수 있고, 게다가, 감압하에서 처리로 내에 마련한 가열 수단에 의해 처리상자를 가열하기 위해, 열효율이 커져 처리상자 내부의 온도 상승 속도를 빠르게 할 수 있다. 또, 적어도 처리로 내측의 단열재만을 상기 재료로 하면 좋기 때문에 저비용화를 꾀할 수 있다.
게다가, 본 발명에 있어서는, 상기 처리상자의 바닥면으로부터 소정 높이 위치에서 피처리물의 배치를 가능케 하는 받침부를 구비하고, 이 받침부는, 복수개의 선재를 배치하여 구성해 두면, 금속 증발 재료를 처리상자의 바닥면에 설치하는 것만으로 단순한 구조로 피처리물과 금속 증발 재료를 떨어뜨려 배치할 수 있다. 따라서, 피처리물이 소결자석이고 한편 금속 증발 재료가 희토류 금속일 때, 녹은 희토류 금속이 표면 Nd 리치상이 녹은 소결자석에 직접 부착하지 않는다. 또, 피처리물의 아래 쪽에 위치하는 금속 증발 재료로부터 증발한 금속 원자가 직접 또는 충돌을 반복하여 복수의 방향으로부터 피처리물의 대략 전면에 걸쳐 공급되기 때문에, 피처리물을 회전시키는 회전 기구 등은 불필요하고, 장치 구성을 간단하게 할 수 있어 저비용을 꾀할 수 있다.
한편으로, 피처리물과 금속 증발 재료를 떨어뜨려 배치하기 위해서 상기 처리상자 내에 금속 증발 재료의 수납을 가능케 하는 수납부를 설치해도 좋다. 이 경우, 수납부의 개구 면적에 따라 금속 증발 재료의 증발량을 조절할 수 있어 좋다.
덧붙여, 상기 수납부를 피처리물의 주위를 둘러싸도록 처리상자의 측벽에 마련해 두면 좋다.
한편, 상기 수납부를, 상기 처리상자 내에 배치한 피처리물들 사이에 위치시켜 마련해도 좋다.
상기 가열 수단은 복수의 연결통로를 갖고, 이 연결통로에 통하는 기체 통로가 가열 수단과 처리로의 내벽 사이에 마련되고, 이 기체 통로가 팬과 열교환기를 구비한 공냉 수단에 접속된 것이면, 고온으로 가열된 가열 수단 내측의 공간에 기체를 순환시켜 처리상자 내의 피처리물을 소망하는 냉각 속도로 냉각할 수 있어 좋다.
본 발명에 있어서는, 상기 피처리물이 철-붕소-희토류계의 소결자석이고, 상기 금속 증발 재료가 Dy, Tb 중 적어도 일종으로 된 것이면, Dy, Tb 증기 분위기의 Dy, Tb 금속 원자의 소결자석으로의 공급량을 조절하여 소결자석 표면에 금속 원자를 부착시키고, 이 부착한 금속 원자를 소결자석 표면에 금속 증발 재료로 된 박막이 형성되기 전에 소결자석의 결정립계상에 확산시키는 것이 적합하다.
이상 설명한 것처럼, 본 발명의 진공 증기 처리 장치는 간단한 구조로 저비용화가 도모되며, 피처리물과 금속 증발 재료를 재현성 좋게 고온까지 가열할 수 있고, 또, 장치 내가 오염되지 않고, 증기 분위기를 형성했을 때에 다른 원자가 침입하는 것을 방지할 수 있으며, 게다가, 적절하게 처리실 내를 소정 압력으로 감압할 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 진공 증기 처리 장치의 구성을 개략적으로 설명하는 사시도이다.
도 2는 도 1의 진공 증기 처리 장치의 구성을 설명하는 단면도이다.
도 3은 도 1의 진공 증기 처리 장치의 구성을 설명하는 정면도이다.
도 4는 처리상자를 설명하는 단면도이다.
도 5는 처리상자 내의 피처리물과 금속 증발 재료 배치의 변형예를 나타내는 단면도이다.
도 6은 처리상자 내의 피처리물과 금속 증발 재료 배치의 다른 변형예를 나타내는 단면도이다.
도 7은 처리상자 내의 피처리물과 금속 증발 재료 배치의 다른 변형예를 나타내는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 진공 증기 처리 장치를 이용하여 제작된 영구자석의 단면을 모식적으로 설명하는 도면이다.
도 9는 실시예 1에서 이용한 진공 증기 처리 장치의 구성을 모식적으로 설명하는 단면도이다.
도 10은 본 발명의 진공 증기 처리 장치를 이용하여 제작한 영구자석의 표면 확대 사진이다.
도 11은 실시예 1에서 제작한 영구자석의 자기 특성을 나타내는 표이다.
(부호의 설명)
1 진공 증기 처리 장치
11 처리로
2 가열 수단
21 단열재
22 발열체
3 받침 테이블
4 처리상자
40 처리실
41 상자부
42 덮개부
54 열교환기
55b 연결통로
56 기체 통로
S 피처리물
V 금속 증발 재료
도 1 내지 도 4를 참조하여 설명하면, 본 발명의 진공 증기 처리 장치(1)는, 처리실 내에서 피처리물을 가열하여 금속 증발 재료를 증발시키고, 이 증발한 금속 원자를 피처리물의 표면에 부착 퇴적시켜 금속막을 형성하거나, 그것에 더해, 피처리물이 결정 구조를 가지는 경우에는, 피처리물 표면으로의 부착과 동시에 금속 원자를 그 결정립계 내에 확산시키는 처리(진공 증기 처리)를 실시하는 것에 적합한 것으로, 예를 들면 Nd-Fe-B계 소결자석의 자기 특성 향상을 위해서 이용된다.
진공 증기 처리 장치(1)는 중공 원주 형상의 처리로(진공 챔버, 11)를 갖는다. 처리로(11)는, 그 긴 방향 양측에 있어서 바닥면에 설치된 2개의 다리부(12)로 지지되며, 측면에서 보아 원형의 일측면이 개구되어 있다. 이 개구면에는 돔 형상의 개폐문(13)이 개폐가 자유롭게 부착되고, 이 개폐문(13)이 닫히면, 그 내주면에 마련한 실링 수단(도시하지 않음)을 개입시켜 처리로(11) 내가 밀폐된다. 처리 로(11)의 외주면에는 접속관(14)이 설치되고 이 접속관(14)의 타단이 터보 분자 펌프, 크라이오 펌프 또는 확산 펌프 등의 진공 배기 수단(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 그리고 개폐문(13)이 닫힌 위치에서 진공 배기 수단을 작동시켜 처리로(11) 내를 소정 압력(예를 들면 1×10-5Pa)까지 감압하여 유지할 수 있다.
처리로(11) 내에는, 후술하는 처리상자의 주위를 둘러싸는 단열재(21)와 그 내측에 배치한 발열체(22)로 구성되는 가열 수단(2)이 설치되어 있다. 단열재(21)는, 처리로(11)에 동심으로 배치되어 측면에서 보아 원형의 일측면이 개구된 중공 원주 형상의 제1의 부분(21a)과, 개폐문(13)의 내면에 장착되어 개폐문(13)을 닫은 위치에서 제1의 부분(21a)의 개구면을 차지하는 제2의 부분(21b)으로 구성되고, 처리로(11) 내에 단열재(21)로 둘러싸인 공간(23)이 정의된다. 제1 및 제2의 각 부분(21a, 21b)의 내면은 반사면으로서 형성되어 있다. 발열체(22)는, 처리로(11)의 긴 방향을 따라 등간격으로 배열 설치된 복수개의 환상 필라멘트(22a)를 갖는 전기 히터이며, 각 필라멘트(22a)는, 제1의 부분(21a)의 내벽면에 반경 방향 내측을 향해 돌출시켜 형성한 복수개의 돌출편(22b)에 의해 지지되고 있다.
처리로(11)에는, 후술하는 받침 테이블의 지지를 가능하게 하는 지지 부재(15)가 설치되어 있다. 지지 부재(15)는 2열을 이루어 처리로(11)의 바닥면으로부터 단열재(21)를 관통하여 공간(23)까지 돌출시킨 8개의 지지봉(15a)과, 각 지지봉(15a) 중 긴 방향을 따라 서로 인접하는 2개의 것의 선단을 다리 연결하도록 마련한 4매의 지지판(15b)로 구성되고, 각 지지판(15b)이 바닥면에 평행이 되도록 설 계되어 있다.
지지판(15b) 상에 놓이는 받침대(3)는, 후술하는 처리상자 복수개가 놓일 수 있는 면적을 갖는 평판으로 구성되고 그 배치면에는 벌집 구조로 개구(31)가 설치되어 충분한 강도를 가지면서 처리상자를 그 전 둘레에서 가열할수 있도록 되어 있다. 이 경우, 받침 테이블(3)은, 도시하지 않은 공지의 구조를 갖는 반송 수단의 포크 형상의 반송부(T)를 개입시켜 처리로(11)에 출입이 자유롭다.
도 4에 나타내듯이, 받침 테이블(3)에 놓이는 처리상자(4)는 상면을 개구한 직방체 형상의 상자부(41)와, 개구한 상자부(41)의 상면에 착탈이 자유로운 덮개부(42)로 된 상자체이며, 이 처리상자(4) 내에는, 소망하는 진공 증기 처리에 따라 적당히 선택되는 금속 증발 재료(V)와 피처리물(S)이 배치된다. 덮개부(42) 바깥 둘레부에는 아래로 굴곡시킨 플랜지(42a)가 그 전 둘레에 걸쳐 형성되어 상자부(41)의 상면에 덮개부(42)를 장착하면, 플랜지(42a)가 상자부(41)의 외벽에 끼워맞춤하여(이 경우, 메탈 실 등의 진공 실은 설치하지 않음), 처리로(11)와 격리된 처리실(40)이 정의된다. 그리고 진공 배기 수단(11)을 개입시켜 처리로(11)를 소정 압력(예를 들면, 1×10-5Pa)까지 감압하면, 처리실(40)이 처리로(11)보다 대략 반 자리수 높은 압력(예를 들면, 5×10-4Pa)까지 감압된다. 이 때문에, 부가적인 진공 배기 수단은 필요하지 않고, 게다가 처리상자(4) 내를 적당히 소정의 진공압으로 감압할 수 있다. 즉, 예를 들면 금속 증발 재료(V)의 증발 정지 후에도, 가열상자(4)를 일단 꺼내는 일 없이 처리실(40)을 소정 압력으로 감압할 수 있다.
처리실(40)의 용적은, 금속 증발 재료(V)의 평균 자유 경로를 고려하여 증발한 금속 원자가 직접 또는 충돌을 반복하여 복수의 방향으로부터 소결자석(S)에 공급되도록 설정된다. 또, 상자부(41) 및 덮개부(42)의 벽면의 두께는, 후술하는 가열 수단에 의해 가열되었을 때, 열변형 하지 않도록 설정되어 있다. 또, 상자부(41) 에는, 바닥면으로부터 소정 높이 위치에 복수개의 선재(예를 들면, φ0.1~10㎜)를 격자 모양으로 배치한 받침부(41a)가 형성되고, 이 받침부(41a)에 복수개의 피처리물(S)이 함께 배치될 수 있다.
이것에 의해, 금속 증발 재료(V)를 상자부(41)의 바닥면에 설치하는 것만으로 피처리물(S)과 금속 증발 재료(V)가 떨어져 배치될 수 있고, 게다가, 피처리물(S)의 아래 쪽에 위치하는 금속 증발 재료(V)로부터 증발한 금속 원자가 직접 또는 충돌을 반복하여 복수의 방향으로부터 피처리물의 대략 전면에 걸쳐 공급되기 때문에, 처리상자(4)를 회전시키거나 할 필요는 없다. 또, 처리상자(4)를 상자부(41)와 덮개부(42)로 구성했기 때문에, 처리상자(4) 자체의 구조도 또한 간단하게 되고, 덮개부(41)를 떼면 상면이 개구되므로 상자부(41)에의 금속 증발 재료(V)와 피처리물(S)의 출입이 용이할 수 있다. 이 경우, 처리로(11) 내에 금속 증발 재료(V)와 피처리물(S)을 수납한 적어도 1개의 처리상자(4)를 출입시켜 실시하는 배치식으로 했기 때문에, 처리로(11) 내에서 처리상자(4)(즉, 상자부(41)) 내에 피처리물(S) 등을 출입시키는 기구 등이 불필요하게 되어 진공 증기 처리 장치(2) 자체를 간단한 구조로 할 수 있고, 게다가, 복수의 처리상자(4)를 수납 가능하게 하면, 대량의 피처리물(S)에 대해 동시 처리할 수 있기 때문에, 높은 생산성을 달성할 수 있다.
그런데 금속 증발 재료(V)가 Dy, Tb일 때, 처리상자(4)로서 일반의 진공 장치로 자주 이용되는 Al2O3을 이용하면, 증기 분위기 중의 Dy와 Al2O3가 반응하여 그 표면에 반응 생성물을 형성함과 아울러, Al 원자가 금속 증기 분위기 중에 침입할 우려가 있다. 또, Dy나 Tb를 증발시키려면 진공하에서 900℃ 이상의 온도로 가열할 필요가 있기 때문에, 종래의 전기로와 같이 카본을 이용한 것은 카본의 승화에 의해 로 내가 오염되거나, Dy, Tb나 Si 등의 금속 증발 재료(V)가 카본과 반응하거나 또는 피처리물(S)에서 나온 물이나 수소가 카본과 반응하여 급속히 히터 자체가 가늘어지는 것에 기인하여 도달 온도의 재현성이 나빠지는 등의 문제가 생긴다.
본 실시 형태에서는, 처리로(11) 내에 존재하는, 처리상자(4)를 구성하는 부품, 가열 수단(2)을 구성하는 단열재(21) 및 필라멘트(22a)와 지지 부재(15)를 포함하는 받침 테이블(3) 등의 전 부품을 Mo제로 한다. 이것에 의해, 처리상자(4)를 가열하여 이 처리상자(4) 내에서 금속 증발 재료(V)를 증발시켰을 때에 다른 원자가 침입하는 것을 방지할 수 있다. 한편, 처리상자(4)가 상자부(41)의 상면에 덮개부(42)를 장착한 구조(대략 밀폐 구조)이기 때문에, 증발한 원자의 일부가 상자부(41)와 덮개부(42)의 간격을 통해 외부에 유출할 우려가 있지만, 단열재(21)나 받침 테이블(3)도 Mo제이기 때문에 금속 증발 재료와 반응하지 않으므로, 단열재(21) 등에 부착한 금속 증발 재료(V)의 회수가 용이하게 되고, 특히 자원적으로 부족하고 안정 공급을 바랄 수 없는 Dy나 Tb가 금속 증발 재료일 때 특히 유효하게 된다.
더욱이, 필라멘트(22a)를 Mo제로 한 것에 의해, 처리실(40)을 1000℃ 이상의 고온으로 가열할 때에도, 도달 온도가 높은 재현성을 갖고, 처리로(11)를 감압한 후에 가열 수단(2)을 작동시켜 처리상자(4)를 가열하는 것에 의해 열효율이 커지는 것 및 처리상자(4)의 벽면을 개입시켜 간접적으로 처리실(40)을 가열하는 것이 서로 어울려 처리실(40) 내를 대략 균등하고 재현성 좋게 단시간에 가열할 수 있다.
덧붙여, 본 실시의 형태에서는, Mo로 구성부품을 제작했지만, 처리상자를 재현성 좋게 가열할 수 있고, 또한, 금속 증발 재료와 반응하지 않는 재료이면 좋고, 예를 들면, 스테인레스, V, Ta 또는 Mo, V, Ta 중 적어도 1종을 함유하는 합금(희토류 첨가형 Mo 합금, Ti 첨가형 Mo 합금 등을 포함한다)이나 CaO, Y2O3, 혹은 희토류 산화물로 제작해도 좋다. 또, 이들 재료를 다른 단열재의 표면에 안감막으로 하여 성막한 것으로 구성해도 좋다.
단열재(21)로서는, 복수매의 단열재를 소정의 간격을 두고 겹쳐 구성해도 좋다. 이 경우, 가장 안쪽에 위치하는 단열재만을 Mo제로 하면, 저비용화를 꾀할 수 있어 좋다. 게다가, 처리로(11)의 내벽에도 Mo제의 포일이나 Mo제의 방착판을 설치해 두면 좋다. 또, 본 실시의 형태에서는, 상자부(41)의 상면 개구에 덮개체(42)를 끼워 맞춤시키는 것에 대해서 설명했지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, 상자부(21)의 상면 개구를 Mo 포일로 덮도록 하여 처리로(11) 내에서 분리된 처리실(40)이 정의되도록 해도 좋다.
그런데 상기와 같이 진공 증기 처리 장치(1)를 구성했을 경우, 단열재(21)로 둘러싸인 공간(23)의 온도 저하 속도가 늦어, 처리를 끝낸 처리상자(4)를 꺼내는데 시간이 걸린다. 이 때문에, 처리로(11) 내에 공냉 수단을 마련했다. 이 공냉 수단은, 처리로(11)의 개폐문(13)과 배향하는 측에 돌출시켜 형성한 수납실(51) 내에 배치된 모터(52)와, 모터(52)의 회전축(52a)에 설치한 공지 구조의 팬(53)과, 팬(53)의 주위를 둘러싸면서 수납실(51)로부터 단열재(21)의 제1의 부분(21a)의 일측면 근방까지 연장하도록 존재하는 통체(54)로 구성되어 있다. 이 경우, 통체(54)의 벽면에 냉매(냉각수)를 순환할 수 있게 되어 있어 통체(54)가 열교환기로서 역할을 수행한다.
단열재(21)의 제1 및 제2의 부분(21a, 21b)에는 서로 대향시켜 복수개의 각형 개구(55a)가 형성됨과 아울러, 그 외주면에는 복수의 연결통로(55b)가 등간격으로 형성되어 있다. 각 연결통로(55b)는 처리로(11)의 내벽과 단열재(21) 사이에 배치된 기체 통로(56)에 연통하고 있고, 기체 통로(56)의 일단이 통체(54)에 접속하고, 기체 통로(56)의 타단은 개구되어 있다. 이것에 의해, 모터(52)를 작동시켜 팬(53)을 회전시키는 것에 의해 공간(23)에 기체를 순환시켜 처리상자(4)를 임의로 냉각할 수 있다.
이 때문에, 예를 들면, 고온에서 처리한 후에 피처리물(S)을 서냉하는 것에 의해 열처리하거나 소정 온도까지 급냉하여 피처리물(S)을 담금질 처리하는 것도 가능하게 된다. 단열재(21)에 각형 개구(55a)를 마련한 경우, 열효율이 나빠짐과 아울러 증발한 원자의 일부가 처리로(11) 내에 유출할 우려가 있다. 이 때문에, 각 형 개구(21c)에 각각 대향시키고 또한 근접시켜, 이 각형 개구(55a)보다 큰 면적을 갖는 리플렉터판(21c)을 마련했다. 리플렉터판(21c)도 또한 Mo제이며 내면에 반사층이 형성되어 있다.
또, 처리로(11)에는, Ar 등의 희가스의 도입을 가능케 하는 가스 도입 수단(6)이 설치되어 있다. 가스 도입 수단(6)은, 가스원에 연통하고, 매스플로우콘트롤러를 개입시켜 설치한 가스관(61)을 갖는다. 이 가스 도입 수단(6)은, 진공 증기 처리를 소정 시간 실시한 후, 처리로(11)에 소정량(예를 들면, 10KPa)의 Ar 가스를 도입하여 금속 증발 재료(V)의 증발을 정지시키기 위해서 이용된다. 금속 증발 재료(V)의 증발을 정지한 후, 진공 배기 수단을 개입시켜 처리로(11)를 감압하면, 처리실(40)이 처리로(11)보다 대략 반자리수 높은 압력까지 감압될 수 있다.
덧붙여, 본 실시의 형태에서는, 상자부(41)의 상면 개구에 덮개체(42)를 끼워맞춤하는 것에 대해서 설명했지만, 처리로(11)의 감압에 수반하여 처리실(40)이 감압되는 것이면, 이것에 한정되지 않고, 예를 들면, 상자부(41)의 상면 개구를 Mo포일로 가려 처리로(11)와 분리된 처리실(40)이 정의되도록 해도 좋다.
또, 본 실시의 형태에서는, 처리실(40) 내에 받침부(41a)를 마련한 것에 대해서 설명했지만, 피처리물(S)과 금속 증발 재료(V)가 처리실(40) 내에서 떨어져 배치되어 금속 증발 재료(V)가 피처리물(S)에 부착하는 것을 방지할 수 있고, 또, 피처리부(S) 표면의 대부분에 증발한 금속 원자를 공급할 수 있는 것이면, 이것에 한정되는 것은 아니고, 피처리물(S)은 상자부(41)의 바닥면에 배치해도 좋다. 또, 처리로(11) 내에 가열 수단(2)을 마련한 것에 대해서 설명했지만, 처리상자(4)를 소정 온도로 가열할 수 있는 것이면 좋고, 처리상자(4)의 외측에 가열 수단을 배치해도 좋다.
게다가, 도 5 내지 도 7에 나타내듯이, 금속 증발 재료(V)의 비표면적을 작게 하여 금속 증발 재료(V)의 증발량을 감소할 수 있도록, 처리상자(4) 내에 단면이 오목한 형상의 수납부(431, 432, 433)를 마련하고, 벌크상 또는 과립상의 금속 증발 재료(V)를 수납하도록 해도 좋다. 제1의 수납부(431)는 상자부(41)의 바닥면에 함께 설치되는 피처리물(S)의 주위에 위치하도록 처리상자(4)의 측벽에 대해 둘레 방향으로 등간격으로 적어도 2개 배치되어 있다(도 5 참조). 이 경우, 상자부(41)의 내벽 전체에 걸쳐 환상으로 형성해도 좋다. 또, 제2의 수납부(432)는, 상자부(41)의 바닥면에 소정의 간격을 두고 복수개 설치되고 그 주변에 피처리물(S)이 설치된다(도 6 참조). 게다가, 제3의 수납부(433)는, 덮개부(42)의 아래쪽 면에 걸려 있다(도 7 참조). 이 경우, 수납부(433)의 외주면에는 슬릿 형상의 개구(433a)가 설치되고, 이 개구(433a)를 통해 증발한 금속 원자가 피처리물(S)에 공급되도록 하면, 그 개구 면적에 따라 공급량을 조절할 수 있어 좋다.
다음에, 도 1 내지 도 4 및 도 8을 참조하여, 상기 진공 증기 처리 장치(1)를 이용한 진공 증기 처리에 의한 소결자석(5)의 자화 및 보자력의 향상을 설명한다. 피처리물인 Nd-Fe-B계의 소결자석(S)을 공지의 방법으로 다음과 같이 제작한다. 즉, Fe, B, Nd, Co를 소정의 조성비로 배합하여, 공지의 스트립 캐스팅법에 의해 0.05㎜~0.5㎜의 합금을 먼저 제작한다. 한편으로, 공지의 원심 주조법으로 5㎜ 정도 두께의 합금을 제작하도록 해도 좋다. 또, 배합시, Cu, Zr, Dy, Tb, Al이나 Ga를 소량 첨가해도 좋다. 그 다음에, 제작한 합금을 공지의 수소 분쇄 공정에 의해 일단 분쇄하고, 계속해서 제트밀 미분쇄 공정에 의해 미분쇄한다.
그 다음에, 자계 배향하여 금형으로 직방체나 원주 등 소정 형상으로 성형한 후, 소정의 조건하에서 소결시켜 상기 소결자석이 제작된다. 소결 후, 이 소결자석에 대해, 소정 온도(400℃~700℃의 범위) 하에서, 소정 시간(예를 들면, 2시간), 소결자석(S)의 스트레인을 제거하는 열처리를 실시하면, 진공 증기 처리를 실시했을 때, 자기 특성을 더 높일 수 있어 좋다.
또, 소결자석(S) 제작의 각 공정에 대해 조건을 각각 최적화하여, 소결자석(S)의 평균 결정 입경이 1㎛~5㎛의 범위, 또는 7㎛~20㎛의 범위가 되도록 하면 좋다. 평균 결정 입경을 7㎛ 이상으로 하면, 자계 성형시의 회전력이 커짐과 아울러 배향도가 좋고, 게다가, 결정립계의 표면적이 작아져 단시간에 Dy, Tb의 적어도 하나를 효율적으로 확산할 수 있어 높은 보자력을 갖는 영구자석(M)을 얻을 수 있다. 덧붙여, 평균 결정 입경이 25㎛를 초과하면, 하나의 결정 입자 중에 다른 결정 방위를 포함하는 입자의 비율이 극단적으로 많아져 배향도가 나빠지고, 그 결과, 영구자석의 최대 에너지적, 잔류 자속밀도, 보자력이 각각 저하한다.
한편, 평균 결정 입경을 5㎛ 미만으로 하면, 단일 자구 결정립의 비율이 높아지고, 그 결과, 매우 높은 보자력을 갖는 영구자석을 얻을 수 있다. 평균 결정 입경이 1㎛보다 작아지면, 결정립계가 미세하고 복잡하게 되므로 확산 공정을 실시하는데 필요한 시간이 극단적으로 길어져, 생산성이 나쁘다. 소결자석(S)으로는, 산소 함유량이 적을수록 Dy나 Tb의 결정립계상에의 확산 속도가 빨라지기 때문에, 소결자석(S) 자체의 산소 함유량이 3000 ppm 이하, 바람직하게는 2000 ppm 이하, 보다 바람직하게는 1000 ppm 이하이면 좋다.
금속 증발 재료(V)로서는, 주상의 결정 자기 이방성을 크게 향상시키는 Dy 및 Tb 중 적어도 하나를 함유하는 합금이 이용되고, 그때, 보자력을 한층 높이기 위해서, Nd, Pr, Al, Cu 및 Ga 등을 포함해도 좋다. 이 경우, 금속 증발 재료(V)는 소정의 혼합 비율로 배합하여, 예를 들면 아크 용해로를 이용하여 벌크상의 합금을 얻고, 후술하는 처리실에 배치하면 좋다.
다음에, 상자부(41)의 받침부(41a)에 상기 방법으로 제조한 소결자석(S)을 놓고 아울러 상자부(41)의 바닥면에 금속 증발 재료(V)인 Dy를 설치한다(이것에 의해, 처리실(40) 내에서 소결자석(S)과 금속 증발 재료(V)가 떨어져 배치된다). 이 상태로, 상자부(41)의 개구된 상면에 덮개부(42)를 장착한 후, 받침 테이블(3) 상에 놓고, 반송 수단을 작동시켜 포크 모양의 반송부(T)에 의해 받침 테이블(3)을 지지 부재(15)로 지지되는 소정 위치에 수납한다. 그리고 개폐문(13)을 닫으면, 처리로(11) 내가 밀폐되고, 처리로(11) 내에서 단열재(21)에 의해 주위가 둘러싸인 공간(23) 내에 처리상자(4)가 위치한다(도 1 및 도 2 참조).
그 다음에, 진공 배기 수단을 개입시켜 처리로(11)를 소정 압력(예를 들면, 1×10-5Pa)까지 진공 배기하여 감압하고(처리실(40)은 대략 반자리수 높은 압력까지 진공 배기된다), 처리실(40)이 소정 압력에 이르면, 가열 수단(2)을 작동시켜 처리상자(4)를 가열한다. 감압하에서 처리실(40) 내의 온도가 소정 온도에 이르면, 처 리실(40)의 바닥면에 설치한 Dy가 처리실(40)과 대략 동일 온도까지 가열되어 증발을 개시하고, 처리실(40) 내에 Dy 증기 분위기가 형성된다. Dy가 증발을 개시했을 경우, 소결자석(S)과 Dy를 떨어뜨려 배치했기 때문에, 녹은 Dy가 직접 소결자석(S)에 직접 부착하지 않는다. 그리고 Dy 증기 분위기 중의 Dy 원자가 직접 또는 충돌을 반복하여 복수의 방향으로부터 Dy와 대략 동일 온도까지 가열된 소결자석(S) 표면을 향해 공급되어 부착하고, 이 부착한 Dy가 소결자석(S)의 결정립계상에 확산되어 영구자석(M)을 얻을 수 있다.
진공 증기 처리에 즈음해서는, 더욱 자기 특성을 높이면서 생산 효율을 높이기 위해서, 소결자석(S) 표면에 박막이 형성되기 전에 소결자석의 결정립계상에 확산시켜 균일하게 널리 퍼지게 하는 것이 좋다. 이 때문에, 소결자석의 1~10 중량%의 비율로, 단위 체적 당 표면적(비표면적)이 작은 벌크상(대략 구형상)의 Dy를 처리실(40)의 바닥면에 배치하여, 일정 온도하에 있어서의 증발량을 감소시키는 것이 바람직하다. 그것에 더해, 가열 수단(3)을 제어하여 처리실(20) 내의 온도를 800℃~1050℃, 바람직하게는 900℃~1000℃ 범위로 설정하는 것이 바람직하다(예를 들어, 처리실 내 온도가 900℃~1000℃일 때, Dy의 포화 증기압은 약 1×10-2 ~ 1×10-1Pa이 된다).
처리실(40) 내의 온도(나아가서는, 소결자석(S)의 가열 온도)가 800℃보다 낮으면, 소결자석(S) 표면에 부착한 Dy 원자의 결정립계층에의 확산 속도가 늦어져, 소결자석(S) 표면에 박막이 형성되기 전에 소결자석의 결정립계상에 확산시켜 균일하게 퍼지게 할 수 없다. 한편, 1050℃를 초과하는 온도에서는, Dy의 증기압이 높아져 증기 분위기 중의 Dy 원자가 소결자석(S) 표면에 과잉으로 공급된다. 또, Dy가 결정립 내에 확산할 우려가 있고, Dy가 결정립 내에 확산하면, 결정립 내의 자화를 크게 내리기 때문에, 최대 에너지적 및 잔류 자속밀도가 한층 더 낮아진다.
또, 소결자석(S) 표면에 Dy의 박막이 형성되기 전에 Dy를 그 결정립계상에 확산시키기 위해서, 처리실(40)의 받침부(41a)에 설치한 소결자석(S)의 표면적의 총합에 대한 처리실(40)의 바닥면에 설치한 벌크상 Dy의 표면적의 총합의 비율이 1×10-4 ~ 2×103 범위가 되도록 설정한다. 1×10-4 ~ 2×103 범위 이외의 비율에서는 소결자석(S) 표면에 Dy나 Tb의 박막이 형성되는 경우가 있고, 또, 높은 자기 특성의 영구자석을 얻을 수 없다. 이 경우, 상기 비율이 1×10-3 에서 1×103 범위가 바람직하고, 또, 상기 비율이 1×10-2 에서 1×102 범위가 보다 바람직하다.
이것에 의해, 증기압을 낮게 함과 아울러 Dy의 증발량을 감소시키는 것에 의해 소결자석(S)으로의 Dy 원자의 공급량이 억제되는 것과, 소결자석(S)의 평균 결정 입경을 소정 범위로 고르게 하면서 소결자석(S)을 소정 온도 범위에서 가열하는 것에 의해 확산 속도가 빨리지는 것이 서로 어울려서, 소결자석(S) 표면에 부착한 Dy 원자를 소결자석(S) 표면에서 퇴적하여 Dy층(박막)을 형성하기 전에 소결자석(S)의 결정립계상에 효율적으로 확산시켜 균일하게 널리 퍼지게 할 수 있다(도 8 참조). 그 결과, 영구자석(M)의 표면이 열화하는 것이 방지되고, 또, 소결자석 표면에 가까운 영역의 입계 내에 Dy가 과잉으로 확산하는 것이 억제되어 결정립계상 에 Dy 리치상(Dy를 5~80% 범위에서 포함하는 상)을 갖는 자화 및 보자력이 효과적으로 향상된 고자기 특성을 갖고, 게다가, 마감 가공이 불필요한 생산성이 뛰어난 영구자석(M)을 얻을 수 있다.
그런데 상기 소결자석(S)을 제작한 후, 와이어 커팅 등에 의해 원하는 형상으로 가공하는 경우가 있다. 그때, 상기 가공에 의해, 소결자석 표면의 주상인 결정립에 크랙이 생겨 자기 특성이 현저하게 열화하는 경우가 있다. 그렇지만, 상기 진공 증기 처리를 실시하면, 표면 부근 결정립의 크랙 안쪽에 Dy 리치상이 형성되므로, 자화 및 보자력을 회복할 수 있다.
또, 종래의 네오디뮴 자석에서는 녹 방지 대책이 필요하기 때문에 Co를 첨가하고 있었지만, Nd와 비교하여 극히 높은 내식성, 내후성(耐候性)을 갖는 Dy의 리치상이 결정립계상에 존재하므로, Co를 이용함이 없이, 극히 강한 내식성, 내후성을 갖는 영구자석이 된다. 덧붙여, 소결자석의 표면에 부착한 Dy를 확산시키는 경우, 소결자석(S)의 결정립계에 Co를 함유하는 금속층 화합물이 없기 때문에, 소결자석(S) 표면에 부착한 Dy, Tb의 금속 원자는 더 효율적으로 확산된다.
마지막으로, 상기 처리를 소정 시간(예를 들면, 4~48시간)까지 실시한 후, 가열 수단(2)의 작동을 정지시킴과 함께, 가스 도입 수단(6)을 개입시켜 처리로(11) 내에 10KPa의 Ar 가스를 도입하여, 금속 증발 재료(V)의 증발을 정지시킴과 아울러, 모터(52)를 작동시켜 처리로(11) 내를 냉각하여 처리실(40) 내의 온도를 예를 들면 500℃까지 일단 내린다. 계속해서, 가열 수단(2)을 다시 작동시켜, 처리실(40) 내의 온도를 450℃~650℃의 범위로 설정하고, 보자력을 더욱 향상시키기 위 해서 열처리를 실시한다. 마지막으로, 대략 실온까지 급냉하고, 처리로(11)를 벤팅한 후, 개폐문(13)을 열어 반송수단에 의해 받침 테이블(3)을 꺼낸다.
덧붙여, 본 실시 형태에서는, 금속 증발 재료(V)로서 Dy를 이용하는 것을 예로 설명했지만, 최적 확산 속도를 빠르게 할 수 있는 소결자석(S)의 가열 온도 범위(900℃~1000℃ 범위)에서, 증기압이 낮은 Tb를 이용할 수 있고, 또는 Dy 및 Tb 중 적어도 하나를 함유하는 합금을 이용하여도 좋다. 금속 증발 재료(V)가 Tb인 경우, 증발실을 900℃~1150℃ 범위로 가열하면 좋다. 900℃보다 낮은 온도에서는, 소결자석(S) 표면에 Tb 원자를 공급할 수 있는 증기압에 이르지 못한다. 한편, 1150℃를 초과하는 온도에서는, Tb가 결정립 내에 과잉으로 확산해 버려, 최대 에너지적 및 잔류 자속밀도를 떨어뜨린다.
또, 본 실시의 형태에서는, 진공 증기 처리 장치(1)의 적용예로서 Nd-Fe-B계 소결자석의 자기 특성을 향상시키는 것에 대해서 설명했지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, 초경 재료, 경질 재료나 세라믹스 재료의 제작에 본 발명의 진공 증기 처리 장치(1)를 이용할 수 있다.
즉, 분말야금법으로 제작되는 초경 재료, 경질 재료나 세라믹스 재료는, 주상과 소결시에 액상이 되는 입계상(바인더상)으로 되고, 일반적으로, 이 액상은, 그 전량을 주상과 혼합한 상태로 분쇄하여 원료 분말로 하고, 공지의 성형법에 의해 원료 분말을 성형한 후, 소결하여 제작되지만, 상기 진공 증기 처리 장치(1)를 이용하여 제작하는 경우, 먼저, 주상만(이 경우, 일부에 액상 성분을 포함하는 것이어도 좋다)을 분쇄하여 원료 분말로 하고, 공지의 성형법에 의해 원료 분말을 성 형한 후, 상기 진공 증기 처리에 의해, 소결전, 소결시 또는 소결 후에 액상성분을 공급한다.
이것에 의하면, 성형한 주상에 대해 나중에 액상 성분을 공급하는 것으로, 주상과의 반응시간을 짧게 할 수 있고, 입계상에 고농도로 응집할 수 있는 등, 특수한 입계상 성분을 만들어 낼 수 있다. 그 결과, 기계적 강도, 특히, 높은 인성치를 갖는 초경 재료, 경질 재료나 세라믹스 재료를 제작하는 것이 가능하게 된다.
예를 들면, 평균 입경 0.5㎛의 SiC 분말과 C분말(카본 블랙)을 10:1 몰비로 혼합하여 원료 분말을 얻은 후, 이 원료 분말을 공지의 방법으로 성형하여 소정 형상의 성형체(주상)를 얻는다. 그리고 이 성형체를 피처리물(S)로 함과 아울러 금속 증발 재료(V)를 Si로 하여 처리상자(4) 내에 수납하고, 상자부(41)의 개구된 상면에 덮개부(42)를 장착한 후, 처리로(11) 내에서 가열 수단(2)에 의해 주위를 둘러싸는 소정 위치에 처리상자(4)를 설치한다.
그 다음에, 진공 배기 수단을 개입시켜 처리로(4)를 소정 압력(예를 들면, 1×10-5Pa)에 이를 때까지 진공 배기하여 감압하고(처리실(40)은 대략 반자리수 높은 압력까지 진공 배기된다), 처리로(4)가 소정 압력에 도달하면, 가열 수단(2)을 작동시켜 처리실(40)을 소정 온도(예를 들면, 1500℃~1600℃)로 가열한다. 감압하에서 처리실(40) 내의 온도가 소정 온도에 도달하면, 처리실(40)의 바닥면에 설치한 Si가 처리실(40)과 대략 동일 온도까지 가열되어 증발을 개시하여 처리실(40) 내에 Si 증기 분위기가 형성되고, 이 상태로 소정 시간(예를 들면, 2시간) 유지하면, 성 형체인 주상의 소결과 동시에 Si인 액상 성분이 공급되어 탄화규소 세라믹스가 제작된다.
상기에 의해 제작한 탄화규소 세라믹스는, 1400MPa을 넘는 절곡 강도를 갖고, 또한 그 파괴 인성치는 4 MPa·㎥이다. 이 경우, 평균 입경 0.5㎛의 Si을 SiC 분말과 C분말(카본 블랙)의 혼합 분말을 10:2의 몰비로 혼합하여 원료 분말을 얻은 후, 이 원료 분말을 공지의 방법으로 성형하고, 소결하여 얻은 것(절곡강도: 340 MPa, 파괴 인성치: 2.8 MPa·㎥)과 비교해서 높은 기계적 강도를 가지고 있었다. 덧붙여, 소정의 조건(1600℃, 2시간)하에서 성형체를 소결한 후, 진공 증기 처리 장치(1)를 이용하여, Si인 액상 재료의 성분을 공급하여 탄화규소 세라믹스를 얻어도, 상기와 동등한 기계적 강도를 얻을 수 있다.
(실시예 1)
Nd-Fe-B계의 소결자석으로서, 조성이 30Nd-1B-0.1Cu-2Co-밸런스Fe, 소결자석(S) 자체의 산소 함유량이 500 ppm 및 평균 결정 입경이 3㎛로, φ10×5㎜의 원주 형상으로 가공한 것을 이용했다. 이 경우, 소성자석(S)의 표면을 20㎛ 이하의 표면 거칠기를 갖도록 마무리 가공한 후, 아세톤을 이용하여 세정했다.
다음에, 도 9에 모식적으로 나타내듯이, 진공 배기 수단(10a)가 접속된 진공 챔버(10b)에 한 개의 처리상자(4)를 수납하고, 소정의 압력 및 온도하에서 처리상자(4)를 가열할 수 있도록 한 진공 증기 처리 장치(실험기, 10)를 이용해 상기 방법에 따라 소성자석(S) 표면에 Dy 원자를 부착시키고, 소성자석(S) 표면에 Dy의 박 막이 형성되기 전에 결정립계상에 확산시켜 영구자석(M)을 얻었다(진공 증기 처리). 이 경우, 처리실(40) 내의 받침부(41a)에 소결자석(S)을 놓음과 아울러, 금속 증발 재료로서 순도 99.9%의 Dy를 이용하여 1g의 총량으로 벌크상의 것을 처리실(40)의 바닥면에 배치했다.
그 다음에, 진공 배기 수단을 작동시켜 진공 챔버를 1×10-4Pa까지 일단 감압(처리실 내의 압력은 5×10-3Pa)함과 아울러, 가열 수단(2)에 의한 처리실(40)의 가열 온도를 975℃로 설정했다. 그리고 처리실(40)의 온도가 975℃에 도달한 후, 이 상태로 12시간, 상기 진공 증기 처리를 실시했다.
(비교예 1)
비교예 1로서 Mo 보드를 이용한 종래의 저항 가열식의 증착 장치(VFR-200M/알박 기공 주식회사제)를 이용하여 상기 실시예 1과 같은 소결자석(S)에 대해 성막 처리를 행했다. 이 경우, Mo 보드 상에 2g의 Dy를 설치하고, 진공 챔버를 1×10-4 P a까지 감압한 후, Mo 보드에 150 A의 전류를 흘려 30분간 성막 했다.
도 10은, 상기 처리를 실시하여 얻은 영구자석의 표면 상태를 나타내는 사진으로, (a)는 소결자석(S)(처리 전)의 표면 사진이다. 이것에 의하면, 상기 처리 전을 나타내는 소결자석(S)에서는, 결정립계상인 Nd 리치상의 공극이나 입자 분리 자취 등의 검은 부분이 보이지만, 비교예 1과 같이, 소결자석의 표면이 Dy층(박막)으로 덮이면, 검은 부분이 사라지는 것을 알 수 있다(도 10 (b) 참조). 이 경우, Dy 층의 막 두께를 측정했는데, 40㎛이었다. 그것에 대해, 실시예 1에서는, 처리 전을 나타내는 소결자석(S)과 같이, Nd 리치상의 공극이나 입자 분리 자취 등의 검은 부분이 보이고 있고, 처리 전의 소결자석의 표면과 대략 동일한 상태이며, 또, 중량의 변화가 있는 것으로부터, Dy층이 형성되기 전에 Dy가 결정립계상에 효율적으로 확산되고 있는 것을 알 수 있다(도 10 (c) 참조).
도 11은, 상기 조건으로 영구자석(M)을 얻었을 때의 자기 특성을 나타내는 표이다. 덧붙여, 비교예로서 처리 전의 소결자석(S)의 자기 특성을 나타낸다. 이것에 의하면, 진공 증기 처리 전의 소결자석(S)의 보자력이 11.3 kOe 이었던 것에 대해, 실시예 1에서는, 최대 에너지적이 49.9 MGOe이고, 잔류 자속밀도가 14.3 kG이며, 보자력이 23.1 kOe로, 보자력이 향상되는 것을 알 수 있다.

Claims (11)

  1. 처리로와, 이 처리로 내에 배치되는 적어도 1개의 처리상자와, 이 처리상자를 가열하는 가열 수단을 구비하고, 처리상자 내에 피처리물과 금속 증발 재료를 배치한 상태에서 처리로 및 처리상자를 소정 압력까지 감압하는 진공 배기 수단을 마련하고, 감압하에서 가열 수단을 작동시켜 피처리물을 소정 온도까지 온도 상승시켜 금속 증발 재료를 증발시키고, 이 증발한 금속 원자가 피처리물 표면에 공급되도록 구성한 것을 특징으로 하는 진공 증기 처리 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 처리상자는, 상기 처리로 내에 출입이 자유롭고, 상면이 개구된 상자부와, 이 개구된 상면에 착탈이 자유롭게 장착되는 덮개부로 구성된 것이고, 진공 배기 수단을 작동시켜 상기 처리로를 감압하는데 따라 처리상자 내가 감압되는 것을 특징으로 하는 진공 증기 처리 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 가열 수단 및 처리상자를 금속 증발 재료와 반응하지 않는 재료 또는 적어도 표면에 금속 증발 재료와 반응하지 않는 재료를 안감막으로서 형성한 것으로 구성한 것을 특징으로 하는 진공 증기 처리 장치.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 금속 증발 재료와 반응하지 않는 재료는 Mo인 것을 특징으로 하는 진공 증기 처리 장치.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4의 어느 한 항에 있어서, 상기 가열 수단은 처리상자의 주위를 둘러싸는 단열재와, 그 내측에 배치한 발열체로 구성되고, 이 단열재는 소정의 간격을 두고 복수매를 겹쳐 구성한 것을 특징으로 하는 진공 증기 처리 장치.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5의 어느 한 항에 있어서, 상기 처리상자의 바닥면으로부터 소정의 높이 위치에서 피처리물의 배치를 가능하게 하는 받침부를 구비하고, 이 받침부는 복수개의 선재를 배치하여 구성되는 것을 특징으로 하는 진공 증기 처리 장치.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6의 어느 한 항에 있어서, 상기 처리상자 내에 금속 증발 재료의 수납을 가능하게 하는 수납부를 마련한 것을 특징으로 하는 진공 증기 처리 장치.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 수납부를 피처리물의 주위를 둘러싸도록 처리상자의 측벽에 마련한 것을 특징으로 진공 증기 처리 장치.
  9. 청구항 7에 있어서, 상기 수납부를 상기 처리상자 내에 배치한 피처리물들 사이에 위치시켜 마련한 것을 특징으로 하는 진공 증기 처리 장치.
  10. 청구항 5 내지 청구항 9의 어느 한 항에 있어서, 상기 가열 수단은 복수의 연결통로를 갖고, 이 연결통로에 통하는 기체 통로가 가열 수단과 처리로의 내벽 사이에 설치되고, 이 기체 통로가 팬과 열교환기를 구비한 공냉 수단에 접속된 것을 특징으로 하는 진공 증기 처리 장치.
  11. 청구항 1 내지 청구항 10의 어느 한 항에 있어서, 상기 처리물이 철-붕소-희토류계의 소결자석이고, 상기 금속 증발 재료가 Dy, Tb 중 적어도 일종으로 된 것을 특징으로 하는 진공 증기 처리 장치.
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