KR20110032208A - 소결 자석의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

계면활성제의 존재하에서 자성 분말을 습식 분쇄하는 공정과, 습식 분쇄된 자성 분말(20)을 건조시켜 계면활성제가 부착되어 있는 자성 분말(20)을 얻는 공정과, 건조시킨 자성 분말(20)을 바인더 수지와 함께 가열 혼련하여 펠릿을 형성하는 공정과, 펠릿을 용융시켜 자장이 인가된 금형 내에서 사출 성형해 예비 성형체를 얻는 공정과, 예비 성형체를 소성하는 공정을 갖는 소결 자석의 제조 방법.

Description

소결 자석의 제조 방법{METHOD FOR PRODUCING SINTERED MAGNET}

본 발명은 소결 자석의 제조 방법에 관한 것으로, 더 자세하게는 자기 특성이 뛰어난 소결 자석을 높은 생산성으로 제조할 수 있는 소결 자석의 제조 방법에 관한 것이다.

소결 자석의 제조 방법으로는 건식 성형법(예를 들어 일본 특허공개 2004-296849호 공보)과 습식 성형법(예를 들어 일본 특허 제3833861호 공보)이 알려져 있다. 건식 성형법에서는, 건조한 자성 분말을 가압 성형하면서 자장을 인가하여 예비 성형체를 형성한 후에 예비 성형체를 소성한다. 습식 성형법에서는, 자성 분말을 함유한 슬러리(slurry)를 가압 성형하면서 자장을 인가하여 액체 성분을 제거하고 예비 성형체를 형성한 후에 예비 성형체를 소성한다.

건식 성형법에서는, 건조한 자성 분말을 금형 내에서 가압 성형하므로 성형 공정에 필요로 하는 시간이 짧다는 이점을 갖지만, 성형시의 자장에 의한 자성 분말의 배향률 향상이 곤란하고, 결과적으로 얻어지는 소결 자석의 자기 특성이 습식 성형법에 의해 얻어지는 소결 자석보다 떨어진다. 또한, 습식 성형법에서는, 성형시의 자장에 의해 자성 분말이 배향하기 쉬워 소결 자석의 자기 특성이 양호하지 만, 액체 성분을 제거하면서 가압을 행하기 때문에 성형에 시간이 걸린다는 문제가 있다.

한편, 일본 특허 제3229435호 공보에 개시된 바와 같이, 자성 분말과 바인더 수지를 함유하는 혼련 펠릿을 자장이 인가된 금형 내에 사출하여 성형하는 방법도 제안되어 있다. 그러나, 이와 같이 자장이 인가된 금형 내에서 사출 성형하는 방법에서는, 혼련 펠릿을 형성할 때, 특히 미세한 입경의 자성 분말이 응집하여 불균일하게 분포하기 쉬워, 그 후의 사출 성형에서 자성 분말의 자장 배향이 양호하게 행해지지 않는 등의 문제가 있다.

본 발명은 이와 같은 실상을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 자기 특성이 뛰어난 소결 자석을 높은 생산성으로 제조할 수 있는 소결 자석의 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 소결 자석의 제조 방법은, 계면활성제의 존재하에서 자성 분말을 습식 분쇄하는 공정과, 습식 분쇄된 상기 자성 분말을 건조시켜 상기 계면활성제가 부착되어 있는 자성 분말을 얻는 공정과, 건조한 상기 자성 분말을 바인더 수지와 함께 가열 혼련하여 펠릿을 형성하는 공정과, 상기 펠릿을 용융시켜 자장이 인가된 금형 내에서 사출 성형하여 예비 성형체를 얻는 공정과, 상기 예비 성형체를 소성하는 공정을 갖는다.

상기 계면활성제는 습식 분쇄 전의 자성 분말에 직접 첨가되어도 되고, 습식 분쇄를 행하기 위한 슬러리에 첨가되어도 된다.

본 발명에 따르면, 계면활성제가 자성 분말의 입자와 바인더 수지의 사이에 개재됨으로써, 자성 분말의 입자 사이에 바인더 수지가 확실하게 들어간다. 이 때문에, 자성 분말을 바인더 수지와 함께 가열 혼련하여 펠릿화하여도 자성 분말의 분산 상태가 양호하게 유지되어, 사출 성형의 금형 내에서 자성 분말이 자장에 대응하여 균일하게 분산 유동하여 자장 배향이 양호하게 행해진다. 따라서, 최종적으로 얻어지는 소결 자석의 배향도가 향상한다.

또한, 본 발명에 따르면, 바인더 수지가 자성 분말 입자 사이에 개재된 상태로 예비 성형체가 되기 때문에, 자성 분말이 균등하게 분산된 예비 성형체를 얻을 수 있어, 그 예비 성형체를 소성하여 얻어지는 소결 자석의 자기 특성이 균일해진다.

또한, 본 발명에 따르면, 사출 성형시 용융한 바인더 수지를 반송 매체로 함으로써, 자성 분말 입자 사이의 응집을 방지할 뿐만 아니라 반송 경로 접촉면에의 입자의 부착을 방지하면서 자성 분말을 금형의 내부에 반송할 수 있다.

게다가, 금형 내에서의 자장에 의한 자성 분말의 배향시에는, 반송 매체를 제거할 필요가 없다. 이 때문에 본 발명에 따르면, 좁은 캐비티에 자성 분말을 균일하게 충전시킬 수 있을 뿐만 아니라 1 쇼트에 필요로 하는 시간이 짧아 생산성이 뛰어나다. 또한, 본 발명의 방법에서는, 반송 매체를 제거하기 위한 유로에 막힘이 생기지 않을 뿐만 아니라 탈기 처리 등의 문제가 생기지 않는다. 그 결과, 비교적 박형의 소결 자석을 높은 생산성으로 제조하는 것이 가능해진다.

참고로 종래의 습식 방법에서는, 특정 자장에서의 자성 분말의 가압 처리시에 반송 매체로서의 용매를 제거할 필요가 있으며, 그 용매를 순조롭게 제거하는 것이 쉽지 않았다. 이 때문에, 성형체에 균열(crack)이 발생하기 쉬울 뿐만 아니라 1 쇼트에 필요로 하는 시간이 길어 현저하게 생산성이 나쁘다는 문제가 있다.

또한, 종래의 건식 방법에서는, 특정 자장에서의 자성 분말의 가압 처리시에 반송 매체로서의 공기나 질소를 탈기할 필요가 있어 이를 위한 처리가 번잡할 뿐만 아니라, 건조한 자성 분말을 금형 내에서 가압 성형하므로 자성 분말 입자끼리가 응집된 채로 압축 성형되기 쉽다. 이 때문에, 금형에 자장을 인가하여도 응집된 자성 분말 입자 사이의 마찰이나 입자 간의 결합력 때문에, 입자의 자화 용이축이 제각각의 방향인 채로 성형되기 쉽다.

본 발명에 있어서, 상기 자성 분말은 페라이트 분말이고, 건조 후의 상기 자성 분말의 평균 입경은 0.03 내지 0.7㎛ 범위 내인 것이 바람직하다. 본 발명에 따르면, 평균 입경이 0.7㎛ 이하의 페라이트 분말이라도 페라이트 분말이 성형 전에 응집하는 것을 억제할 수 있어, 페라이트 분말이 금형의 캐비티 내에 균일하게 분산된 상태로 자장을 성형할 수 있다. 이 때문에, 높은 자기 특성을 갖는 페라이트 자석을 제조할 수 있다.

상기 계면활성제로는 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 일반식 C_n(OH)_nH_n+2로 표시되는 다가 알코올, 더 바람직하게는 소르비톨 및 마니톨 중 적어도 어느 하나를 포함한다. 이들 계면활성제를 이용함으로써 본 발명의 효과가 향상된다.

상기 계면활성제는 상기 자성 분말 100 중량부에 대해 0.05 내지 5 중량부 함유되는 것이 바람직하다. 이와 같은 범위로 계면활성제가 함유됨으로써 본 발명의 효과가 향상한다.

상기 자성 분말을 습식 분쇄하는 공정이 복수 개인 경우에는, 마지막에 습식 분쇄하는 공정에서 상기 계면활성제의 존재하에서 상기 자성 분말을 습식 분쇄하면 된다. 분쇄 공정의 최종 결과물로서 얻어지는 자성 분말이 습식 분쇄용 용매 중에 분산됨으로써, 분말 입자의 응집이 풀려 입자 간에 개재되는 용매가 계면활성제를 자성 입자 사이로 유도한다. 이 때문에, 가령 건조 후의 자성 분말이 재응집하여도, 자성 분말 입자 사이에는 계면활성제가 들어가게 된다. 그 결과, 재응집한 과립(자성 분말 입자의 집합체)이 후속 공정(혼련·성형)에서 자성 분말 입자로 분해되는 것에 공헌하여, 배향도를 향상시킬 수 있을 것으로 생각된다.

본 발명의 방법은 습식 분쇄시에 계면활성제를 첨가하지 않고 습식 분쇄하는 공정의 전에 상기 자성 분말을 건식 조(粗)분쇄하는 공정을 갖고, 상기 계면활성제는 건식 조분쇄하는 공정에서 첨가되는 것이 더 바람직하다.

습식 분쇄에 앞서 건식 조분쇄를 행하는 경우에 건식 조분쇄시에 계면활성제를 첨가하면, 조분쇄된 입자 표면에 계면활성제가 부착된 상태에서부터 습식 분쇄를 시작할 수 있다. 이 때문에, 습식 분쇄에서 계면활성제가 자성 입자 사이에 고르게 개재되기 쉬워져 배향도를 향상시킬 수 있다.

이하, 본 발명을 도면에 도시하는 실시 형태에 기초하여 설명한다.

우선, 도 1에 도시하는 자장 사출 성형 장치(2)에 대해 설명한다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 자장 사출 성형 장치(2)는 펠릿(10)이 투입되는 호퍼(4)를 갖는 압출기(6)와, 압출기(6)로부터 압출된 펠릿(10)의 용융물을 캐비티(12) 내에서 성형하기 위한 금형(8)을 갖는다. 이 자장 사출 성형 장치는 CIM(Ceramic Injection Molding) 성형을 이용한 성형 장치이다.

본 실시 형태에 따른 소결 자석의 제조 방법에서는, 우선, 자성 분말의 원료 분말을 준비한다. 자성 분말의 원료 분말로는, 특별히 한정되지 않지만, 페라이트가 이용되고, 특히 마그네토플럼바이트(magnetoplumbite)형의 M상(相), W상(相) 등의 육방정계 페라이트가 바람직하게 이용된다.

이와 같은 페라이트로는, 특히, MO·nFe₂O₃(M은 바람직하게는 Sr 및 Ba의 1종 이상, n=4.5 내지 6.5)인 것이 바람직하다. 이와 같은 페라이트에는 희토류 원소, Ca, Pb, Si, Al, Ga, Sn, Zn, In, Co, Ni, Ti, Cr, Mn, Cu, Ge, Nb, Zr 등이 더 함유되어도 된다.

특히, 이하의 A, R, Fe 및 M을 구성 원소로서 함유하는 육방정 마그네토플럼바이트형(M형) 페라이트를 주상(主相)으로 갖는 페라이트가 바람직하다. 단, A는 Sr, Ba, Ca 및 Pb로부터 선택되는 적어도 1종의 원소이고, R은 희토류 원소(Y를 포함한다) 및 Bi로부터 선택되는 적어도 1종의 원소이고, M은 Co 및/또는 Zn이다. 이들 A, R, Fe 및 M 각각의 금속 원소의 총계의 구성 비율은 전체 금속 원소량에 대해,

A: 1 내지 13 원자%,

R: 0.05 내지 10 원자%,

Fe: 80 내지 95 원자%,

M: 0.1 내지 5 원자%이다.

이 페라이트에서 R이 A 사이트에 존재한다고 하고 M이 Fe의 사이트에 존재한다고 한 경우에서의 페라이트의 조성식은, 하기 식 1과 같이 나타낼 수 있다. 한 편, x, y, z는 상기한 양으로부터 계산되는 값이다.

A_{1- x}R_x(Fe_{12 - y}M_y)_zO₁₉ … 식 1

이와 같은 이방성 페라이트의 원료 분말을 제조하려면, 페라이트 조성물 원료의 산화물, 또는 소성에 의해 산화물이 되는 화합물을 가소(假燒) 전에 혼합한 후 가소를 행한다. 가소는 대기 중에서, 예를 들면 1000 내지 1350℃에서 1초간 내지 10시간, 특히 M형의 Sr 페라이트의 미세 가소분을 얻을 때에는 1000 내지 1200℃에서 1초간 내지 3시간 정도 행하면 된다.

이와 같은 가소분은 실질적으로 마그네토플럼바이트형의 페라이트 구조를 갖는 과립상 입자로 구성되고, 그 일차 입자의 평균 입경은 0.1 내지 1㎛, 특히 0.1 내지 0.5㎛인 것이 바람직하다. 평균 입경은 주사형 전자현미경(SEM)에 의해 측정하면 되고, 그 변동 계수 CV는 80% 이하, 일반적으로 10 내지 70%인 것이 바람직하다. 또한, 포화 자화 σs는 65 내지 80 emu/g, 특히 M형 Sr 페라이트에서는 65 내지 71.5 emu/g, 보자력 HcJ는 2000 내지 8000 Oe, 특히 M형 Sr 페라이트에서는 4000 내지 8000 Oe인 것이 바람직하다.

이 실시 형태에서는, 이와 같이 하여 제조된 가소분을 필요에 따라 건식 조분쇄한 후 습식 분쇄를 1회 이상 행한다.

건식 조분쇄 공정에서는, 통상적으로 BET 비표면적이 2 내지 10배 정도가 될 때까지 분쇄한다. 분쇄 후의 평균 입경은 0.1 내지 1㎛ 정도, BET 비표면적은 4 내지 10 ㎡/g 정도인 것이 바람직하고, 입경의 CV는 80% 이하, 특히 10 내지 70%로 유지하는 것이 바람직하다. 분쇄 수단은 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 건식 진동밀, 건식 애트라이터(attritor)(매체 교반형 밀), 건식 볼밀 등을 사용할 수 있지만, 특히 건식 진동밀을 이용하는 것이 바람직하다. 분쇄 시간은 분쇄 수단에 따라 적절하게 결정하면 된다.

건식 조분쇄에는 가소체 입자에 결정 왜곡을 도입하여 보자력 HcB를 작게 하는 효과도 있다. 보자력 저하에 의해 입자의 응집이 억제되어 분산성이 향상한다. 또한 배향도도 향상한다. 입자에 도입된 결정 왜곡은 이후의 소결 공정에서 해방됨으로써 본래의 경자성으로 되돌아와 영구 자석이 된다.

건식 조분쇄 후, 가소체 입자와 물을 함유하는 분쇄용 슬러리를 조제하고, 이를 이용하여 습식 분쇄를 행한다. 분쇄용 슬러리 중의 가소체 입자의 함유량은 10 내지 70 중량% 정도인 것이 바람직하다. 습식 분쇄에 이용하는 분쇄 수단은 특별히 한정되지 않지만, 통상적으로 볼밀, 애트라이터, 진동밀 등을 이용하는 것이 바람직하다. 분쇄 시간은 분쇄 수단에 따라 적절하게 결정하면 된다.

본 실시 형태에서는 습식 분쇄시에 계면활성제를 첨가한다. 계면활성제로는 일반식 C_n(OH)_nH_n+2로 표시되는 다가 알코올을 이용하는 것이 바람직하다. 다가 알코올은 탄소수 n이 4 이상, 바람직하게는 4 내지 100, 보다 바람직하게는 4 내지 30, 한층 더 바람직하게는 4 내지 20, 가장 바람직하게는 4 내지 12이다.

다가 알코올의 상기 일반식은 골격이 모두 사슬이면서 또한 불포화 결합을 포함하지 않은 경우의 식이다. 다가 알코올 중의 수산기수, 수소수는 일반식으로 표시되는 수보다 다소 적어도 된다. 상기 다가 알코올은 포화라도 되고, 불포화 결합을 포함하고 있어도 된다. 기본 골격은 사슬이라도 고리라도 되지만, 사슬인 것이 바람직하다. 또한 수산기수가 탄소수 n의 50% 이상이면 본 발명의 효과는 실현되지만, 수산기수는 많은 편이 바람직하고, 수산기수와 탄소수가 일치하는 것이 가장 바람직하다.

본 발명에서 이용하는 계면활성제로는, 구체적으로는 n=6인 소르비톨, 마니톨이 바람직하다. 상기한 바람직한 계면활성제에 대해, 구조를 이하에 나타낸다.

본 발명에서 이용하는 계면활성제는, 분쇄에 의한 메카노케미컬(mechanochemical) 반응으로 그 구조가 변화할 가능성이 있다. 또한, 예를 들면, 가수 분해 반응 등에 의해, 이 실시 형태에서 이용하는 계면활성제와 동일한 유기 화합물을 생성하도록 하는 화합물, 예를 들면 에스테르 등을 첨가함으로써도 본 발명의 목적을 달성할 수 있을 가능성도 있다. 한편, 계면활성제는 2종 이상을 병용해도 된다. 이때 병용하는 계면활성제는 본 발명의 예시된 범위에 한정되지 않는 다.

계면활성제의 첨가량은 자성 분말 100 중량부에 대해, 바람직하게는 0.03 내지 5 중량부, 보다 바람직하게는 0.03 내지 3.0 중량부이다. 계면활성제의 첨가량이 너무 적으면 배향도의 향상이 불충분하게 되고, 계면활성제가 너무 많으면 성형체나 소결체에 균열이 발생하기 쉬워지는 경향이 있다.

계면활성제의 첨가 시기는 특별히 한정되지 않고, 건식 조분쇄시에 첨가해도 되고, 습식 분쇄시의 분쇄용 슬러리 조제시에 첨가해도 되며, 일부를 건식 조분쇄 시에 첨가하고 나머지를 습식 분쇄시에 첨가해도 된다. 혹은, 습식 분쇄 후에 교반 등에 의해 첨가해도 된다. 어떤 경우에도 후술하는 펠릿 중에 계면활성제가 존재하게 되므로, 본 발명의 효과는 실현된다.

단, 특히 습식 분쇄에 앞서 건식 조분쇄를 행하는 경우에, 계면활성제는 습식 분쇄시가 아니라 건식 조분쇄하는 공정에서 첨가되는 것이 바람직하다. 습식 분쇄에 앞서 건식 조분쇄를 행하는 경우에, 건식 조분쇄시에 계면활성제를 첨가하면, 조분쇄된 입자 표면에 계면활성제가 부착된 상태에서 습식 분쇄를 시작할 수 있다. 이 때문에, 습식 분쇄에서 계면활성제가 자성 입자 사이에 고르게 개재되기 쉬워져 배향도를 향상시킬 수 있다.

한편, 계면활성제를 여러 단계로 나누어 첨가하는 경우에는, 합계 첨가량이 상기한 바람직한 범위가 되도록 각 단계의 첨가량을 설정하면 되지만, 여러 단계 중 최종 습식 분쇄시에 계면활성제를 첨가하는 것이 바람직하다. 분쇄 공정의 최종 결과물로서 얻어지는 자성 분말이 습식 분쇄용의 용매 중에 분산됨으로써, 분말 입 자의 응집이 풀려 입자 사이에 개재되는 용매가 계면활성제를 자성 입자 사이로 유도한다. 이 때문에, 가령 건조 후의 자성 분말이 재응집하여도 자성 분말 입자 사이에는 계면활성제가 들어가게 된다. 그 결과, 재응집한 과립(자성 분말 입자의 집합체)이 후속 공정(혼련·성형)에서 자성 분말 입자로 분해되는 것에 공헌하여, 배향도를 향상시킬 수 있다고 생각된다.

습식 분쇄 후, 자성 분말을 건조시킨다. 건조 온도는 바람직하게는 80 내지 150℃, 한층 더 바람직하게는 100 내지 120℃이다. 또한, 건조 시간은 바람직하게는 60 내지 600분, 한층 더 바람직하게는 300 내지 600분이다.

건조 후의 자성 분말 입자의 평균 입경은, 바람직하게는 0.03 내지 0.7㎛의 범위 내, 한층 더 바람직하게는 0.1 내지 0.5㎛의 범위 내이다. 건조 후의 자성 분말에는 계면활성제가 부착되어 있다. 건조 후의 자성 분말에 계면활성제가 부착되어 있는 것은, 열중량·시차열 동시 분석(TG-DTA)에 의해 확인된다.

건조 후의 자성 분말을 바인더 수지, 왁스류, 윤활제, 가소제, 승화성 화합물 등과 함께 혼련하여 펠레타이저(pelletizer) 등으로 펠릿으로 성형한다. 혼련은, 예를 들어 니더(kneader) 등으로 행한다. 펠레타이저로는, 예를 들어 2축 1축 압출기가 이용된다.

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

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

윤활제로는, 예를 들어 지방산 에스테르 등이 이용되고, 가소제로는 프탈산 에스테르가 이용된다.

바인더 수지의 첨가량은 자성 분말 100 중량부에 대해, 바람직하게는 5 내지 20 중량부, 왁스류의 첨가량은 바람직하게는 5 내지 20 중량부, 윤활제의 첨가량은 바람직하게는 0.1 내지 5 중량부이다. 가소제의 첨가량은 바인더 수지 100 중량부에 대해, 바람직하게는 0.1 내지 5 중량부이다.

자성 분말 및 바인더 수지를 적어도 함유하는 본 실시 형태의 펠릿을 절단하여 그 절단면의 SEM 사진을 관찰하면, 자성 분말이 바인더 수지의 매트릭스 중에 균일하게 분산되어 있는 것이 확인되었다.

본 실시 형태에서는, 도 1에 도시하는 자장 사출 성형 장치(2)를 이용하여 이와 같은 펠릿(10)을 금형(8) 내에 사출 성형한다. 금형(8)으로의 사출 전에 금형(8)이 닫혀져 내부에 캐비티(12)가 형성되고, 금형(8)에는 자장이 인가된다. 한편, 펠릿(10)은 압출기(6)의 내부에서, 예를 들어 160 내지 230℃로 가열 용융되어, 스크류에 의해 금형(8)의 캐비티(12) 내에 사출된다. 금형(8)의 온도는 20 내지 80℃이다. 금형(8)으로의 인가 자장은 5 내지 15 kOe 정도로 하면 된다.

자장 사출 성형 공정 후의 예비 성형체를 대기 중 또는 질소 중에서 300 내지 600℃의 온도로 열처리하여 탈바인더 처리를 행한다. 계속해서 소결 공정에서 성형체를, 예를 들면 대기 중에서 바람직하게는 1100 내지 1250℃, 보다 바람직하 게는 1160 내지 1220℃의 온도에서 0.2 내지 3 시간 정도 소결하여 이방성 페라이트 자석을 얻는다.

한편, 본 발명에 의한 방법으로 제작한 성형체를 분쇄기(crusher) 등을 이용하여 해쇄하고, 체 등에 의해 평균 입경이 100 내지 700㎛ 정도가 되도록 분급하여 자장 배향 과립을 얻어, 이를 건식 자장 성형한 후 소결함으로써 소결 자석을 얻어도 된다.

본 실시 형태에 따른 소결 자석의 제조 방법에 의하면, 계면활성제가 자성 분말의 입자와 바인더 수지의 사이에 개재됨으로써 자성 분말의 입자 사이에 바인더 수지가 확실히 들어간다. 이 때문에, 자성 분말을 바인더 수지와 함께 가열 혼련하여 펠릿화하여도 자성 분말의 분산 상태가 양호하게 유지된다.

이와 같은 펠릿을 이용하여 자장 사출 성형을 행하면, 도 2a 및 도 2b에 나타내는 바와 같이, 금형 내에서 자성 분말(20)이 자장에 대응하여 균일하게 분산 유동하여 자장 방향 X에 따르는 자장 배향이 양호하게 행해진다. 즉, 본 실시 형태의 방법에서는, 습식 성형법과 달리 자장 배향을 흩뜨리는 압력이 작용하지 않기 때문에 배향도가 향상한다.

따라서, 최종적으로 얻어지는 소결 자석의 배향도가 향상한다. 한편, 자석의 배향도란, 포화 자화(Is)에 대한 잔류 자화(Ir)의 비(Ir/Is)이다. 자석의 배향도는, 도 2b에 나타내는 자장 사출 성형 후의 예비 성형체에서의 자성 분말(20)의 자장 배향 정도에 비례한다.

또한 본 실시 형태의 방법에서는, 바인더 수지가 자성 분말 입자 사이에 개 재된 상태로 예비 성형체가 되기 때문에, 자성 분말(20)이 균등하게 분산된 예비 성형체를 얻을 수 있어, 이 예비 성형체를 소성하여 얻어지는 소결 자석의 자기 특성이 균일하게 된다.

또한 본 실시 형태의 방법에서는, 사출 성형시, 용융한 바인더 수지를 반송 매체로 함으로써 자성 분말 입자 간의 응집을 방지할 뿐만 아니라 반송 경로 접촉면에의 입자의 부착을 방지하면서 자성 분말을 금형의 내부에 반송할 수 있다.

게다가, 도 1에 도시하는 금형(8) 내에서의 자장에 의한 자성 분말의 배향시에는 반송 매체를 제거할 필요가 없다. 이 때문에, 본 실시 형태의 방법에서는, 좁은 캐비티(12)에 자성 분말을 균일하게 충전시킬 수 있을 뿐만 아니라 1 쇼트에 필요로 하는 시간이 짧아 생산성이 뛰어나다. 또한 본 실시 형태의 방법에서는, 반송 매체를 제거하기 위한 유로에 막힘이 생기지 않을 뿐만 아니라 탈기 처리 등의 문제가 생기지 않는다. 그 결과, 비교적 박형의 소결 자석을 높은 생산성으로 제조하는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시 형태의 방법에서는, 분쇄 공정의 최종 결과물로서 얻어지는 자성 분말이 습식 분쇄용의 용매 중에 분산됨으로써 분말 입자의 응집이 풀려 입자 사이에 용매가 개재된다. 이 상태에서 계면활성제를 자성 분말에 부착시킴으로써, 가령 건조 후의 자성 분말이 재응집하여도 자성 분말 입자 사이에는 계면활성제가 들어가게 된다. 이 때문에 재응집한 과립(자성 분말 입자의 집합체)이 후속 공정(혼련·성형)에서 자성 분말 입자로 분해되기 쉬워진다.

또한, 본 실시 형태의 방법은, 특히 박형의 소결 자석을 제작하는 경우에 유 효하다. 박형의 소결 자석을 제조하려면 박형의 예비 성형체를 제작하면 되고, 예비 성형체가 박형이 되면, 탈바인더 처리가 용이하게 될 뿐만 아니라 사출 성형에 의한 성형 형상의 자유도가 증대한다.

한편, 본 발명은 전술한 실시 형태로 한정되는 것이 아니라 본 발명의 범위 내에서 여러 가지로 변경할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 더 상세하게 설명한다.

제1 실시예

목표 조성을 La_{0 .4}Ca_{0 .2}Sr_{0 .4}Co_{0 .3}Fe_{11 .3}O₁₉로 하고, 출발 원료로는 이하의 것을 이용하였다. Fe₂O₃ 분말(불순물로서 Mn, Cr, Si, Cl을 함유한다), SrCO₃ 분말(불순물로서 Ba, Ca를 함유한다), La(OH)₃ 분말, CaCO₃ 분말, CO₃O₄ 분말을 목표 조성이 되도록 준비하였다. 상기 출발 원료 및 첨가물을 습식 애트라이터로 분쇄한 후 건조·정립(整粒)하여, 이를 공기 중 1230℃에서 3 시간 소성하여 과립상의 가소체를 얻었다.

이 가소체를 진동밀에 의해 건식 조분쇄하였다. 계속해서, 분산매로서 물을, 분산제로서 소르비톨을 이용하고, 가소체 입자 100 중량부에 대한 소르비톨을 0.5 중량부, SiO₂를 0.6 중량부, CaC0₃을 1.4 중량부 첨가한 후, 이들과 상기 가소체 입자를 혼합하여 분쇄용 슬러리를 조제하였다. 이 분쇄용 슬러리를 이용하여 볼밀 중에서 습식 분쇄를 40 시간 행하였다. 습식 분쇄 후의 비표면적은 8.5 ㎡/g(평균 입경 0.5㎛)이었다.

습식 분쇄 후, 가소체 입자(자성 분말)를 100℃에서 10 시간 건조시켰다. 건조 후의 가소체 입자의 평균 입경을 SEM에 의해 조사한 결과 0.3㎛였다.

이 건조 후의 자성 분말을 바인더 수지, 왁스류, 윤활제, 가소제, 승화성 화합물 등과 함께 니더로 혼련하고 펠레타이저로 펠릿으로 성형하였다. 혼련은 150℃ 및 2 시간의 조건으로 행하였다.

바인더 수지로서 POM(폴리아세탈)을 이용하고, 왁스류로서 파라핀 왁스를 이용하고, 윤활제로서 지방산 에스테르를 이용하고, 가소제로는 프탈산 에스테르를 이용하였다.

바인더 수지의 첨가량은 자성 분말 100 중량부에 대해 7.5 중량부, 왁스류의 첨가량은 7.5 중량부, 윤활제의 첨가량은 바람직하게는 0.5 중량부이다. 가소제의 첨가량은 바인더 수지 100 중량부에 대해 바람직하게는 1 중량부였다.

자성 분말 및 바인더 수지를 적어도 함유하는 본 실시예의 펠릿을 절단하여 그 절단면의 SEM 사진을 관찰하면, 자성 분말이 바인더 수지의 매트릭스 중에 균일하게 분산되어 있는 것이 확인되었다. 본 실시예에 따른 방법으로 얻어진 자장 사출 성형 전의 펠릿 단면의 SEM 사진을 도 3에 나타낸다. 도 3에 나타내는 흰 콘트라스트 부분이 자성 분말이며, 균일하게 분산되어 있는 것이 확인되었다.

다음으로, 도 1에 도시하는 자장 사출 성형 장치(2)를 이용하여 펠릿(10)을 금형(8) 내에 사출 성형한다. 금형(8)으로의 사출 전에 금형(8)은 닫혀져 내부에 캐비티(12)가 형성되고, 금형(8)에는 자장이 인가된다. 한편, 펠릿(10)은 압출기(6)의 내부에서, 예를 들어 160℃로 가열 용융되어 스크류에 의해 금형(8)의 캐 비티(12) 내로 사출되었다. 금형(8)의 온도는 40℃였다. 자장 사출 성형 공정 후의 예비 성형체의 두께는 2㎜이고 원호 형상의 평판을 성형하였다.

성형체의 자기적 배향도(Ir/Is)는 성형체의 밀도에도 영향을 받기 때문에, 정확한 평가를 할 수 없다. 이 때문에, 평탄한 금형면에 대해 성형체의 X선 회절에 의한 측정을 행하여, 나타난 피크의 면 지수와 강도로부터 성형체의 결정학적인 배향도(X선 배향도)를 구하였다.

성형체의 X선 배향도는 소결체의 자기적 배향도의 값을 상당 정도 지배한다. 한편, 본 명세서에서는 X선 배향도로서 ∑I(00L)/∑I(hkL)를 이용하였다. (00L)은 (004)나 (006) 등의 c면을 총칭하는 표시이고, ∑I(00L)은 (00L)면의 모든 피크 강도의 합계이다. 또한, (hkL)은 검출된 모든 피크를 나타내고, ∑I(hkL)은 이들 강도의 합계이다. 따라서, ∑I(00L)/∑I(hkL)는 c면 배향의 정도를 나타낸다. 이 실시예에서의 ∑I(00L)/∑I(hkL)는 0.58이었다.

다음으로, 이 자장 사출 성형 공정 후의 예비 성형체를 대기중 500℃의 온도에서 48 시간 열처리하여 탈바인더 처리를 행하였다. 계속해서 소결 공정에서, 성형체를 예를 들면 대기중 1160℃의 온도에서 0.4 시간 소결하여 소결 페라이트 자석을 얻었다.

얻어진 소결 페라이트 자석의 잔류 자속 밀도 Br, 보자력 HcJ, 배향도 Ir/Is, 각형비 Hk/HcJ 및 소결 밀도를 측정하였다. 한편, Hk는 자기 히스테리시스루프의 제2 사분면에서 자속 밀도가 잔류 자속 밀도의 90%가 될 때의 외부 자계 강도이다. Hk가 낮으면 높은 에너지적을 얻을 수 없다. Hk/HcJ는 자석 성능의 지표가 되는 것으로서, 자기 히스테리시스루프의 제2 사분면에서의 돌출 정도를 나타낸다.

얻어진 소결 페라이트 자석의 잔류 자석 밀도 Br은 4600 G, 보자력 HcJ는 4900 Oe, 배향도 Ir/Is는 97.2%, 각형비 Hk/HcJ는 93.0%, 소결 밀도는 5.1 g/㎤였다.

제2 실시예

계면활성제로서 소르비톨 대신에 마니톨을 이용한 외에는 제1 실시예와 마찬가지로 하여 예비 성형체를 성형하고 소결 페라이트 자석을 제작하였다. 얻어진 예비 성형체의 X선 배향도 ∑I(00L)/∑I(hkL)는 0.57이었다.

또한, 얻어진 소결 페라이트 자석의 잔류 자속 밀도 Br은 4590 G, 보자력 HcJ는 4900 Oe, 배향도 Ir/Is는 97.1%, 각형비 Hk/HcJ는 92.8%, 소결 밀도는 5.1 g/㎤였다.

제3 실시예

계면활성제의 첨가량을 하기 표 1에 나타내는 바와 같이 변화시킨 외에는 제1 실시예와 마찬가지로 하여 예비 성형체를 성형하고 소결 페라이트 자석을 제작하였다.

얻어진 예비 성형체의 X선 배향도 ∑I(00L)/∑I(hkL), 소결 페라이트 자석의 잔류 자속 밀도 Br, 보자력 HcJ, 배향도 Ir/Is, 각형비 Hk/HcJ, 소결 밀도, 균열 발생률을 표 1에 나타내었다.

표 1에 나타낸 바와 같이, 자성 분말 100 중량부에 대해 계면활성제를 0.03 내지 5 중량부, 보다 바람직하게는 0.03 내지 3 중량부의 범위 내에서 첨가시킴으 로써, 균열이 적고 자기 특성이 향상하는 것을 확인할 수 있었다. 한편, 균열 발생률은 동일 조건으로 제작한 시료를 5개 준비하고, 균열이 육안으로 관찰된 시료의 개수를 전체 시료의 개수로 나눔으로써 산출하였다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 소결 자석의 제조 방법에 이용하는 자장 사출 성형기의 주요부 단면도이다.

도 2a는 자장 사출 성형하기 전의 자성 분말 상태를 나타내는 개략도이다.

도 2b는 자장 사출 성형한 후의 자성 분말의 배향 상태를 나타내는 개략도이다.

도 3은 자장 사출 성형하기 전의 펠릿의 단면 SEM 사진이다.

Claims (6)

1. 계면활성제의 존재하에서 자성 분말을 습식 분쇄하는 공정과,

   습식 분쇄된 상기 자성 분말을 건조시켜, 상기 계면활성제가 부착되어 있는 자성 분말을 얻는 공정과,

   건조시킨 상기 자성 분말을, 바인더 수지와 함께 가열 혼련하여 펠릿을 형성하는 공정과,

   상기 펠릿을 용융시켜, 자장이 인가된 금형 내에서 사출 성형하여 예비 성형체를 얻는 공정과,

   상기 예비 성형체를 소성하는 공정을 갖는 소결 자석의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 자성 분말이 페라이트 분말이며, 건조 후의 상기 자성 분말의 평균 입경이 0.03 내지 0.7㎛의 범위 내인 소결 자석의 제조 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 계면활성제가 소르비톨 및 마니톨 중 적어도 어느 하나를 포함하는 소결 자석의 제조 방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 계면활성제는 상기 자성 분말 100 중량부에 대해 0.05 내지 5 중량부 함유되는 소결 자석의 제조 방법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 자성 분말을 습식 분쇄하는 공정이 복수 개인 경우에는, 마지막에 습식 분쇄하는 공정에서 상기 계면활성제의 존재하에서 상기 자성 분말을 습식 분쇄하는 소결 자석의 제조 방법.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   습식 분쇄하는 공정의 전에 상기 자성 분말을 건식 조분쇄하는 공정을 갖고, 상기 계면활성제는 건식 조분쇄하는 공정에서 첨가되는 소결 자석의 제조 방법.

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