KR930000140B1 - 수지에 의해 결합된 희토원소-철-붕소 자석 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

수지에 의해 결합된 희토원소-철-붕소 자석 및 그 제조방법

제1도는 본 발명의 플로우챠트.

제2도는 본 발명에 따른 자석에 대한 개념적인 부분 평면도.

제3도는 본 발명의 또 다른 구체적 실시예에 관한 플로우챠트를 나타낸다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 자석분말 2 : 수지

3 : 얇은층

본 발명은 수지에 의해 결합된 희토원소-철-붕소자석 및 그 제조방법에 관한 것이다.

RCo₅및 R₂Co₁₇(R은 적어도 하나의 이트륨원소 및 희토원소를 나타낸다.)와 같은 특히 희토원소 및 코발트를 함유하고 있는 희토원소 자석들은 이 기술분야에 공지된 것이다.

그러나 이들 영구자석들은 최대로 대략 30MGOe 정도의 에너지적(BH)max)을 갖는다.

그리고 그들은 비교적 고가인 코발트의 대량 사용을 필요로한다.

그러므로 최근에 희토원소-코발트 자석의 대용으로 비교적 값이 싼 희토원소-철-붕소 자석류가 고안되었다.

예를들면 희토원소-철-붕소 자석에 대하여 미국특허 제 4,597,938호, 미국특허제 4,601,875호, 미국특허 제4,664,724호에 설명되어있다.

이들은 네오디뮴(Nd), 철, 붕소의 구성요소들로 이루어져있다.

위 자석류는 30MGOe를 초과하는 (BH)max를 생성할수 있고 철의 사용으로 인한 비용의 절감으로 매우 바람직하다.

또한 자석분말이 수지와 결합되어 있는 수지본드형 자석은 다양한 모양으로 제조될수 있다는 점에서 바람직하다.

그러므로 수지에 의해 결합된 희토원소-철-붕소 자석이 요구되어진다.

소결자석은 총체적인 소결체로 자기적 성질을 나타낸다.

그러나 수지에 의해 결합된 자석은 분말의 각 입자가 우수한 자기적 성질을 가질것을 필요로 한다.

왜냐하면 수지에 의해 결합된 자석의 분말입자들은 오로지 수지에 의해서 결합되어 있기 때문이다.

그러므로 소결자석 기법은 단순히 수지에 이해 결합된 자석에는 응용될수 없다.

본 발명이 있기까지 수지에 의해 결합된 자석의 제조는 용융스피닝(melt-spinning)에 의하여 얻은 분말의 사용을 필요로 하였고 위의 용융스피닝은 예를들면 유럽 특허공보 제108474호, 제125752호 및 제144112호에 보고되어 있다.

용융스피닝에 의한 자석은 본래 등방성을 갖는다.

그러나 이방성 자기적 성질을 갖는 자석이 등방성의 자석보다 (BH)max가 크므로 더 바람직하다.

용융스피닝에 의하여 얻어진 분말이 사용될 때 수지에 의해 결합된 이방성 자석은 다음 단계들로 이루어지는 방법에 의해 제조된다 :

i)용융스피닝에 의한 분말의 생성, 여기서 분말은 등반성 자기적 성질을 갖는다 ;

ii)그 결과 생성된 분말을 원하는 형상으로 고온 가압 ;

iii)고온 가압체를 열가소변형 시킴으로써 부피가 큰이방성 물체를 생성 ;

iv)그 물체를 이방성 분말로 분쇄 ; 및

v)이방성 분말을 수지와 결합시킴.

용융스피닝방법은 그 자체가 복잡하다.

더우기 이방성 자석을 생성하기 위해 위의 ii) iii)과 같은 복잡한 단계가 또한 필요하다.

그러므로 용융스피닝방법을 대신하기 위하여 수지에 의해 결합된 자석을 생성하기 위한 쉬운 방법이 추구되었다.

예를들면 주조합금 또는 소결합금을 사용하는 방법이 일본특허출원 공개공보 제59-219904호 제 62-102504호에 보고되어 있다.

그러나 주조합금 또는 소결합금을 분쇄함으로써 얻어진 분말을 사용하는 것은 아직까지 수지에 의해 결합된 희토원소-철-붕소 자석에는 실용성이 없다.

이는 수지에 의해 결합된 자석의 생산에 사용되는 자석분말은 밀리미터 이하정도의 입자크기를 가져야 하기 때문이다.

그러나 주조합금 또는 소결합금의 경우 밀리미터 이하정도의 수준으로 분쇄되었을때는, Materials letters : vol4 No. 5, 6, 7 (1986)304에 보고된 바와 같이 보자력(保磁力)이 급격히 감소한다.

희토원소양이 증가된 소결합금을 사용하고, 소결합금의 분말을 시효처리 함으로써 보자력이 어느정도 개선될수 있다.

그러나 이 과정은 IEEE Trans Magn MAG-23 (1987)2512에 보고된 바와 같이 분말합체의 개개의 입자 및 합체의 결과 형성된 덩어리들이 다시 분쇄되어야 하는 단점이 있다.

위의 과정에 의한 분쇄가 다음에는 보자력을 다시 붕괘시키고 B-H 히스테리시스곡선의 각형성을 저하시킨다.

본 발명의 목적의 하나는 수지에 의해 결합된 우수한 자기적 성질을 지닌 희토원소-철-붕소 자석을 제공하는 것이다.

또 다른 목적은 용융스피닝을 사용하지 않고 수지에 의해 결합된 희토원소 -철-붕소자석을 쉽게 사용하지 않고 수지 및 희토원소-철과 결합된 이방성 자석을 쉽게 생산하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 의하면, 수지와 결합된 희토원소-철-붕소 자석을 생산하는 방법에 있어서 분말은 그 융해점 이하로 열처리되어진다.

그 분말은

1) a)이트륨 및 희투원소의 그룹에서 선택된 적어도 하나를 의미하는 R을 약 8-30 원자%, 붕소를 약 2-28 원자%, 철을 적어도 50원자% 함유하는 희토원소 -철-붕소 자석합금 분말과,

b)R, R의 산화물인 R-옥사이드, 기본적으로 R을 30원자%이상 함유하고 나머지가 실질적으로 철 또는 코발트중 적어도 어느 하나인 R-화합물로 구성된 그룹중 적어도 어느 하나와의 혼합물 또는

2) R을 약 8-30원자%

붕소를 약 2-28원자%

갈륨(Ga)을 약 0.1-13원자% 그리고 적어도 철을 50원자% 함유하는 희토원소 -철-붕소 자석합금 일수 있다.

그 결과 생성된 열처리된 분말은 이어서 수지와 결합된다.

본 발명은 그러한 방법에 의하여 제조될수 있는 자석도 또한 포함한다.

본 발명에 의하여 자기적 성질이 우수한 수지에 의해 결합된 희토원소-철-붕소 자석이 제조된다.

이하 본 발명에 대하여 상세히 기술하고자 한다.

희토원소-철-붕소자석 합금분말은 그것이 R, R-옥사이드, R-화합물과 함께 열처리를 받는다면, 높은 iHc와 같은 우수한 자기적 성질을 가질수 있다.

본 출원에서 R은 이트륨 및 희토원소중에서 선택된 적어도 하나이다.

특히 R-옥사이드의 경우가 효과적인데 그 이유는 희토원소-철-붕소합금 분말이 R-옥사이드와 함께 열처리될 때 희토원소-철-붕소 자석합금 분말의 합체가 억제되기 때문이다.

R 또는 R 화합물의 경우에는 iHc 및 B-H 히스테리시스 곡선의 각형성(角型性)을 개선 시키는데 효과적이다.

R 또는 R-화합물의 영향은 희토원소를 다량함유하는 분말의 표면을 덮음으로써 변형과 같은 단점을 교정하는 것으로 생각된다.

R-옥사이드도 R또는 R-화합물과 같은 작용을 할수 있다.

그러므로 R-옥사이드 보다 R 또는 R-화합물의 사용이 바람직하다.

R-화합물에 있어서 R의 함량의 최소한계는 30원자% 인데, 그 이유는 R의 함량이 최소한계이하인 경우 앞서 언급한 효과들이 만족스럽게 증명되지 않기 때문이다.

R-화합물의 나머지는 철 및 코발트중 적어도 어느 하나인 것이 바람직하다. R-화합물에 있어서 철과 코발트는 천이원소들, 알칼리토금속류, 알루미늄으로 대치될수 있다.

또한 R-화합물은 불순물은 함유할수 있다.

또한 R, R-옥사이드, R-화합물의 함량은 희토원소-철-붕소 자석합금 분말에 대해 중량비로 약 0.1%에서 30%까지가 바람직하다.

그 함량이 0.1%보다 적은 경우 R, R-옥사이드, R-화합물의 효과를 쉽게 얻을수 없으며, 그 함량이 30%를 초과할 경우 수지와 결합된 자석의 잔류자속밀도(Br)가 떨어질 가능성이 있다.

더 나아가서 R, R-옥사이드, R-화합물의 함량이 중량비로 약 1-20%의 범위가 보다 바람직하다.

또한 R-옥사이드을 중량비로 적어도 0.1% 함유하고 R또는 R-화합물을 중량비로 적어도 0.1%함유함이 바람직하다.

희토원소-철-붕소자석합금은 R을 약 8-30 원자%, 붕소를 약 2-28원자%, 철을 적어도 50원자% 함유한다.

R의 함량이 8원자%보다 적어지면 보자력(iHc)이 저하된다. 역으로 R의 함량이 30원자%를 초과하게 되면 잔류자속 밀도(Br)가 감소된다.

그러므로 위의 지정된 범위에서 어느쪽으로든지 편차가 (BH)max가 저하된다.

R의 함량은 약 12-20원자%의 범위가 바람직하다.

희토원소류중에서 네오디뮴(Nd), 프라세오디뮴(Pr)이 특히 (BH)max와 같은 자기적 성질을 높이는데 효과적이다.

자석합금은 적어도 네오디뮴 및 프라세오디뮴의 하나를 함유하는 것이 바람직하다.

네오디뮴과 프라세오디뮴의 함량은 적어도 70%이상 이어야 바람직하며 자석합금의 R함량의 100%이면 보다 더 바람직하다.

붕소의 함량이 2원자%보다 적어지면 B-H히스테리시스곡선의 각형성이 저하된다.

붕소의 함량이 28원자%를 초과하면 Br과 같은 자기적 성질이 저하된다.

보자력이 높아지기 위해서는 붕소의 함량이 적어도 5.5원자%일 것이 바람직하다.

붕소의 80원자%까지는 C, N, Si, P또는 Ge가 대용물로서 선택적으로 사용될수 있다.

희토원소-철 자석합금의 구성원소에는 위에서 언급한 R 그리고 붕소뿐만 아니라 철도 포함된다.

철의 함량은 적어도 50원자%이어야 한다.

철의 함량이 50원자%보다 작아지면 Br의 성질이 저하된다.

필요에 따라 선택적으로 알루미늄(Al)과 칼륨(Ga)이 철의 부분적 대용품으로서 사용될수 있다.

알루미늄과 갈륨과 같은 원소는 보자력을 높이는데 유효하다.

충분히 높은 iHc 값을 가진 자석을 생산하기 위해서는 알루미늄과 갈륨이 적어도 0.1원자%이어야 함이 바람직하다.

또한 적어도 0.2원자%이면 더욱 바람직하다.

그러나 알루미늄과 갈륨의 함량이 13원자%를 초과하면 Br의 급격한 하락이 일어난다.

더 나아가서 코발트는 필요에 따라 선택적으로 철의 부분적 대용품으로 사용될수 있다.

코발트는 분쇄로 인한 iHc의 하락을 방지하고, 퀴리(curie)온도를 상승시키며, 내식성을 높이는데 효과적이다.

코발트의 효과를 얻고자 하면 코발트의 함량이 적어도 0.1원자%임이 바람직하며 적어도 1.0원자%이며 더욱 바람직하다.

그러나 코발트의 함량이 50원자%를 초과하면(BH)max와 같은 자기적성질이 저하된다.

원자%의 관점에서 코바트의 함량이 철의 함량보다 적은 것이 바람직하다.

알루미늄 갈륨 그리고 코발트 뿐만 아니라 철의 일부가 Cr, Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, V, Mn, Mo, W, Cu, Ru, Rh, Re, Os, 및 Ir로 대치될수 있다.

이들 원소의 양은 30중량%까지 대치될수 있다.

이들 원소의 양이 30중량%를 초과하게 될 때에는 (BH)max와 같은 자기적 성질이 저하된다.

희토원소-철-붕소자석합금은 소결합금 또는 주조합금의 형태로 사용될수 있다.

본 발명에 있어서 합금분말이 열처리되는 방법이 중요하다.

희토원소-철-붕소자석 소결 합금의 분말과 R, R-옥사이드, R-화합물로 구성되는 그룹중 적어도 어느하나를 혼합함으로써 자석을 만드는 방법을 제1도와 관련하여 설명하고자 한다.

첫째, 10단계에서 희토원소-철-붕소 합금자석이 주조되어 12단계에서 볼 분쇄기로 분쇄된다.

용이한 형성 및 소결과, 동시에 자기적 성질의 개선을 위하여, 합금을 평균 입자직경 약 2㎛에서 10㎛정도의 범위로 미세하게 쪼개는 것이 바람직하다.

평균 입자직경이 10㎛를 초과하면 iHc가 충분하지 않은 상태로 떨어질수 있다.

평균입자직경이 2㎛보다 작으면 분쇄자체가 어려우며, Br과 같은 자기적 성질이 충분하지 않은 상태로 떨어질수 있다.

그 다음에 14단계에 있어서는 그 결과 생성된 미세한 분말이 원하는 모양으로 압축 성형된다.

압축성형과정은 예를들어, 종래의 소결자석의 생성에 있어서와 같이 15KOe 정도의 자장에 입자를 나란히 놓은 상태에서 이루어질수 있다.

압축성형과정이 자기적으로 정렬된 입자로 이루어진 경우, 소결 자석합금은 자기적으로 이방성을 갖는다.

수지와 결합된 이방성 자석의 생성에는 자기적으로 정렬시킨 입자의 압축성형과정이 필요하나 수지와 결합된 등방성 자석의 경우에는 압축성형과정이 자장없이도 이루어질수 있다.

계속해서 16단계에서 생성된 분말의 덩어리는 예를들어 약 0.5-5시간동안 약 1000-1200℃로 소결된다.

소결단계는, 합금의 산소함유물에 일어날수 있는 부가반응을 억제하기 위하여 진공상태 또는 Ar 또는 N₂가스와 같은 불활성 분위기하에 이루어질 수 있다.

소결합금은 보다 쉽게 열처리 되어진다.

열처리는 약 400-800℃로 약 0.1-10시간정도 처리되는 시효처리임이 바람직하다.

시효처리의 온도가 400℃보다 낮거나 800℃보다 높아지면 예를들어 iHc 또는 히스테리시스곡선의 각형성이 감소와 같은 손실이 발생한다.

소결합금이 어느정도의 알루미늄 또는 갈륨을 함유할 때 위의 시효처리는 더 효과적이다.

소결합금의 어느정도의 갈륨을 함유할 때 시효처리의 온도는 500℃에서 800℃의 범위가 바람직하다.

예를들면 약 450℃에서 1150℃의 범위에서의 예비시효 처리는 높은 iHc를 얻고자 함에 있어서 유효하다.

소결합금이 어느정도의 알루미늄 또는 갈륨을 함유할 때, 예비시효처리는 보다 효과적이다.

소결합금이 어느정도의 갈륨을 함유할 때 시효처리의 온도는 약 550℃에서 1150℃의 범위가 바람직하다.

위에서 언급한 열처리 과정은 생략될수 있다.

위에서 언급한 이방성 소결합금은 다음 단계에서 소결합금이 아닌 등방성합금으로 대치될수 있다.

계속하여, 소결합금으로 대치될 수 있다.

계속하여, 소결합금은 18단계에서 평균입자 직경이 약 10㎛-800㎛ 정도로 분쇄된다.

평균 입자직경이 10㎛ 보다작으면 iHc가 충분하지 않은 상태로 떨어질수 있다.

평균 입자직경이 800㎛를 초과하면 규정된 밀도를 가진 수지에 의해 결합된 영구자석은 쉽게 생성되지 않으며 Br은 충분하지 못한 상태로 감소할 수 있다.

그 결과 생성된 자석분말은 앞서 언급한 R, R-옥사이드 R-화합물과 20단계에서 혼합된다.

그 결과 생성된 혼합물은 22단계에서 적어도 0.1시간동안 약 300-1000℃의 온도 범위와 같은 자석분말의 융해점 보다 낮은 온도에서 열처리 되어진다.

특징적으로 열처리의 유익한 효과는 10시간이후에는 크게 증가하지 않는다.

R, R-옥사이드, R-화합물의 분말은 자석분말에 있어서 분말의 확산을 좋게하기 위하여 오로지 약 100㎛의 평균입자 직경을 갖는 것이 바람직하다.

위의 규정된 온도 범위로 부터의 편차는 iHc 및 B-H 히스테리시스곡선의 각형성과 같은 자기적 성질의 감소를 가져온다.

앞서 언급한 혼합물은 약 500㎛-1100℃의 온도범위내에서 3시간까지 예비열처리하는 것이 바람직하다.

이때 약 1시간정도 열처리하는 것이 특징적으로 iHc 값이 큰자석을 생성한다.

위에서 언급한 R, R-옥사이드, R-화합물을 효과는 희토원소-철-붕소자석합금이 어느 정도의 코발트를 함유할 때 우수하다.

생성된 자석분말은 에폭시수지 또는 폴리아미드 수지와 같은 수지와 24단계에서 혼합되며, 그 결과 생성된 혼합물은 원하는 모양으로 형성되어 수지에 의해 결합된 영구자석을 제조하게 된다.

이 형성단계는 배향을 위하여 자기장의 인가하에 이루어진다.

자기적 정렬은 이방성 자석의 경우에는 필요하나 등방성 자석의 경우에는 이 과정은 자기장 없이도 일어날수 있다.

앞서 언급한 방법에 따른, 수지에 의해 결합된 자석의 상태가 제2도에 나타나 있는데, 제2도는 개념적인 부분평면도를 나타낸다.

수지와 결합된 영구자석은 i) 수지(2)와 결합된 희토원소-철-붕소 자석 분말(1)과 ii) 자석분말(1)과 균일하게 혼합된 R, R-옥사이드, R-화합물의 그룹중 적어도 하나를 포함한다.

희토원소-철-붕소 자석분말은 R, R-옥사이드, R-화합물로 이루어지고 R을 다량 함유하는 얇은 층으로 덮여질 수 있다.

또한 B-H 히스테리시스곡선의 각형성 및 보자력과 같은 자기적 성질을 R을 다량함유하는 자석분말의 표면을 덮음으로써 변형과 같은 단점을 교정함으로써 개선될 수 있다.

대신에 어느정도의 갈륨을 함유하고 있는 희토원소-철-붕소 자석합금일 경우에는 소결합금을 분쇄한후 iHc가 저하되지 않는다.

그러므로 희토원소-철-붕소 자석합금이 어느정도의 갈륨을 포함할 때 다음 방법은 제3도에 나타난 것처럼 사용될수 있다.

첫째 26단계에서 R을 약 6-30원자%(여기에서 R은 이트륨 및 희토원소의 그룹에서 적어도 하나를 의미한다)붕소를 약 2-28원자%, 갈륨을 약 0.1-13원자% 그리고 철을 적어도 50원자% 함유하는 희토원소-철-붕소 자석합금이 분쇄된다.

28단계에서 제1도의 22단계와 비슷한 방법으로 분쇄된 합금이 열처리 된다.

30단계에서 그 결과 생성된 열처리된 분말은 수지에 의해 결합된다.

한편, 알루미늄 또는 갈륨을 어느 정도 함유하는 자석합금은 iHc가 보다 높은 수지에 의해 결합된 자석에 사용된다.

갈륨 또는 알루미늄의 효과는 자석합금이 어느정도의 코발트를 함유할 때 더 효과적이다.

[실시예 1-1]

먼저 결과로 생성된 혼합물이 Nd 의 함량이 15원자% Co의 함량이 16원자%, Al의 함량이 4원자%, B의 함량이 8원자% 그리고 Fe을 잔량으로 함유하도록 하는 비율로 구성원소인 Nd, Co, Al, B 그리고 Fe을 섞어서 희토원소-철-붕소주조합금 자석이 제조되었다.

그 결과 생성된 혼합물은 Ar 분위기중에서 물로 냉각된 동보트에서 아아크 (arc)용해 되었다.

이어서 그 결과 생성된 주조합금이 굵게 분쇄되었으며 다시 제트밀로 평균 입자직경이 약 3.0㎛로 미세하게 분쇄되었다.

그 결과 생성된 미세한 분말이 압축성형기에 채워지고 2tons/㎠의 압력 및 20KOe의 자기장인가하에서 압축성형 되었다.

생성된 덩어리는 1시간동안 1030℃에서 Ar 분위기 중에서 소결되어지며 급격히 상온으로 냉각되고 평균 입자직경 60㎛로 분쇄되어 자석분말이 제조되었다.

자석분말을 평균입자직경이 25㎛인 10중량%의 Dy₂O₃분말로 혼합되었다.

그 결과 생성된 혼합물은, 첫째 900℃에서 1시간 동안 그 다음 550℃에서 3시간동안의 2단계에서 결쳐 시효처리 되었다.

그 결과 생성된 혼합분말은 에폭시 수지와 혼합되고 20KOe의 자기장의 인가 및 12tons/㎠의 입력하에서 압축성형 되었다.

그리고 120℃에서 2시간동안 경화처리되어 수지에 의해 결합된 이방성 자석이 제조되었다.

[실시예 1-2]

실시예 1-1에 의하여 얻어진 시효처리된 혼합분말은 듀퐁 제품인 나일론 12와 혼합되었다.

그리고, 10KOe의 자기장의 인가 및 1200kg/㎠의 압력하에서 사출 성형되어 수지와 결합된 이방성 자석이 제조되었다.

[실시예 1-3]

실시예 1-1의 과정에 의하여 얻어진 자석분말은 25㎛의 평균입자직경을 가진 10중량%의 Nd₇₆Pr₂Fe₂₂분말로 혼합되었다.

그 결과 생성된 혼합물을 550℃에서 3시간동안 시효처리 되었다.

그 결과 생성된 혼합분말로 에폭시수지와 혼합되고 20KOe의 자기장의 인가 및 12tons/㎠의 압력하에서 압축성형 되었다.

그리고 나서 102℃에서 2시간동안 경화처리되어 수지와 결합된 이방성 자석이 제조되었다.

[실시예 1-4]

실시예 1-1의 과정에 의하여 얻어진 자석분말은 평균입자직경을 25㎛인 10중량%의 Nd₇₆Pr₂Fe₂₂분말로 혼합되었다.

그 결과 생성된 혼합물은, 첫째 900℃로 1시간동안, 그 다음은 550℃에서 3시간동안의 두 단계로 시효처리 되었다.

그 결과 생성된 혼합분말은 에폭시수지와 혼합되었으며, 20KOe의 자기장의 인가 및 12tons/㎠의 압력하에서 압축성형 되었고, 120℃에서 2시간동안 경화처리되어 수지에 의해 결합된 이방성 자석이 제조되었다.

[실시예 1-5]

실시예 1-3의 과정에 의하여 얻어진 시효처리된 혼합분말은 듀퐁 제품인 나일론 12와 혼합되었으며 10KOe의 자기장의 인가 및 1200kg/㎠의 압력하에서 사출성형되어 수지에 의해 결합된 이방성 자석이 제조되었다.

[실시예 1-6]

실시예 1-1의 과정에 의하여 얻어진 자석분말은 평균입자 직경이 25㎛인 5중량%의 Dy₂O₃분말과 평균 입자직경이 25㎛의 5중량%의 Nd₇₆Pr₂Fe₂₂분말로 혼합되었다.

그 결과 생성된 혼합물은 먼저 900℃에서 1시간동안, 다음에는 550℃에서 3시간동안의 두 단계로 시효처리 되었다.

그 결과 생성된 혼합물은 에폭시수지와 혼합되었고, 20KOe의 자기장의 인가 및 12tons/㎠의 압력하에서 압축성형 되었고, 그 후 2시간동안 120℃로 경화처리되어 수지에 의해 결합된 이방성 자석이 제조되었다.

[실시예 1-7]

실시예 1-6의 과정에 의하여 얻어진 시효처리된 분말은 듀퐁제품인 나일론 12와 혼합되었다.

그리고 10KOe의 자기장의 인가 및 1200kg/㎠의 압력하에서 사출성형되어 수지에 의해 결합된 이방성 자석이 제조되었다.

[비교실시예 1]

실시에 1-1의 과정에 의하여 얻어진 자석분말은 곧바로 550℃에서 3시간동안 시효처리되었다.

그 결과 생성된 시효처리된 분말은 에폭시수지와 혼합되고 20KOe의 자기장의 인가 및 12tons/㎠의 압력하에서 압축성형되고 120℃에서 2시간동안 경화 처리되어 수지에 의해 결합된 자석이 생성되었다.

실시예 1-1~1-7 그리고 비교실시예 1의 수지에 의해 결합된 자석들의 자기적성질에 대하여 시험하였다.

그 결과는 표 1에 나타나있다.

[표 1]

표 1에는 실시예 1-1, 1-2, 1-3, 1-4, 1-5, 1-6, 1-7의 수지에 의해 결합된 자석이 비교실시예 1보다 우수한 자기적 성질을 가진다는 것이 확실히 나타나 있다.

[실시예 2]

먼저 결과로 생성된 혼합물이 Nd 함유량이 13.5%, Co 함유량이 16원자%, Al 함유량이 2원자%, B함유량이 5.5원자% 그리고 나머지가 Fe이 되도록 하는 비율로 구성원소인 Nd, Co, Al, B 그리고 Fe을 혼합함으로써 희토원소-철-붕소 주조합금이 제조되었다.

그리고나서 그 결과 생성된 혼합물은 Ar 분위기중에서 물로 냉각된 동보트에서 아아크성형 되었다.

계속하여 그 결과 생성된 주조합금은 굵게 분쇄되고 제트 밀로 평균입자직경이 약 3.0um로 미세하게 분쇄되었다.

그 결과 생성된 미세한 분말은 압축성형기에 채워지고, 20KOe의 자기장의 인가 및 2tons/㎠의 압력하에서 압축성형 되었다.

형성된 덩어리는 Ar 분위기중에서 1060℃에서 1시간동안 소결되고, 상온으로 갑자기 냉각되고, 먼저 900℃에서 1시간동안 이어서 600℃에서 1시간동안으로 구성되는 두단계의 시효처리를 받았다.

그 결과 시효처리된 합금은 평균입자직경이 60㎛로 분쇄됨으로써 자석분말이 제조되었다.

자석분말은 평균입자직경이 25㎛인 4중량%의 Dy₂O₃분말로 혼합되었다.

그 결과 생성된 혼합물은 먼저 900℃에서 1시간동안 600℃에서 3시간동안의 두단계로의 시효처리를 받았다.

그 결과 생성된 혼합물은 에폭시수지와 혼합되었으며 20KOe의 자기장의 인가 및 12tons/㎠의 압력하에서 압축성형되고 그 다음 120℃에서 2시간동안 경화처리되어 수지에 의해 결합된 이방성 자석이 제조되었다.

[비교실시예 2]

실시예 2의 과정에 의하여 얻어진 자석분말은 곧바로 600℃에서 1시간동안의 시효처리를 받았다.

그 결과 생성된 시효처리된 분말은 에폭시수지와 혼합되고 20koe의 자기장의 인가 및 12tons/㎠의 압력하에서 압축성형되고, 그 다음 120℃에서 2시간 동안 경화처리되어 수지에 의해 결합된 자석이 제조되었다.

실시예 2 및 비교실시예 2의 수지와 결합된 자석의 자기적 성질이 시험 되었다.

그 결과는 표 2에 나타나있다.

[표 2]

실시예 2의 수지에 의해 결합된 자석이 비교실시예 2의 자석보다 우수한 자기적 성질을 가진다는 것이 표 2에 명백히 나타나있다.

[실시예 3-1~3-36]

표 3-표 5에 나타난 조성을 가진 소결합금은 실시예 1-1의 과정에 의하여 얻어진다.

그 다음에 그 각각이 60㎛의 평균입자직경으로 분쇄되어, 자석분말이 생성되었다.

자석분말은 평균입자직경이 25㎛인 여러가지의 R, R-옥사이드, R-화합물과 혼합되었다.

그 결과 생성된 혼합물은 2단계로 시효처리되었다.

그 결과 생성된 혼합물은 에폭시수지와 혼합되었고, 20koe의 자기장의 인가 및 8tons/㎠의 압력하에서 압축성형 되었고, 120℃에서 2시간동안 경화처리되었고, 그 결과로 수지에 의해 결합된 이방성 자석의 제조되었다.

실시예 3-1에서 3-36까지의 수지에 의해 결합된 자석이 자기적 성질이 시험되었다.

그 결과는 표 3-표 5에 나타나있다.

위 표에서 괄호안의 숫자는 도입된 R, R-옥사이드, R-화합물의 중량%로 표시된 양을 나타낸다.

전술한 보기에 있어서, R-옥사이드와 혼합되지 않은 경우에는 필요한 경우, 그 혼합물을 시효 처리된 후에 다시 분쇄되었다.

[표 3]

[표 4]

[표 5]

[실시예 4-1]

기본적으로 Nd이 14.5원자%, Co가 16원자%, Ga이 1원자%, B가 10.5원자%, 나머지가 Fe로 구성된 혼합물이 Ar분위기중에서 물로 냉각된 동보트에 아아크용해되었다.

그 결과 생성된 자석합금은 계속하여 Ar분위기중에서 굵게 분쇄되었고 제트 밀로 평균입자직경 3.0㎛로 미세하게 분쇄되었다.

그 결과 생성된 미세한 분말은 규정된 압축성형기에 채워지고, 20koe의 자기장의 인가 및 2tons/㎠의 압력하에서 압축성형되었다.

형성된 덩어리는 1060℃에서 1시간동안 Ar분위기중에서 소결되었다.

소결합금은 200㎛의 평균입자직경으로 분쇄되었다.

그리고 나서, 그 결과 생성된 분말은 진공상태에서, 600℃에서 5시간동안 시효처리되었고, 상온으로 급격히 냉각되었다.

그 결과 생성된 분말은 에폭시수지와 혼합되고 20koe의 자기장의 인가 및 12tons/㎠의 압력하에서 압축성형되었고, 다시 120℃에서 2시간동안 경화처리되어 수지에 의해 결합된 이방성 자석이 제조되었다.

[실시예 4-2]

600℃에서 시효처리하기 전에 900℃에서 1시간동안 예비시효처리 하는 과정을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 수지에 의해 결합된 자석이 제조되었다.

[실시예 4-3]

에폭시수지 대신에 열가소성 나일론 12가 사용되고, 혼합물이 압축성형되는 것 대신에 10koe의 자기장의 인가 및 1200kg/㎠의 압력하에서 사출성형 되는 것을 제외하고는 실시예 4-1과 같은 방법으로 수지에 의해 결합된 자석이 제조되었다.

실시예 4-1~4-3의 자석의 성질이 표 6에 나타나 있다.

[표 6]

실시예 4-1~4-3의 수지에 의해 결합된 자석이 우수한 자기적 성질을 가지고 있음이 표 6에 명확히 나타나있다.

[실시예 4-4]

기본적으로 Nd이 15.5원자%, Ga이 1원자%, B가 7.5원자%, 나머지 Fe로 구성된 혼합물이 Ar분위기에서 물로 냉각된 동보트에 아아크 용해되었다.

그 결과 생성된 자석합금은, 계속하여 Ar분위기중에서 굵게 분쇄되었고 제트밀로 약 3.0㎛의 평균입자 직경으로 미세하게 분쇄되었다.

그 결과 생성된 미세한 분말은 규정된 압축성형기에 채워지고 20koe의 자기장의 인가 및 2tons/㎠의 압력하에서 압축성형되었다.

형성된 덩어리는 Ar분위기중에서 1060℃에서 1시간동안 소결되었다.

소결된 합금은 평균입자직경이 200㎛로 분쇄되었다.

그 다음에 그 결과 생성된 분말은 진공하, 900℃에서 1시간으로 하는 첫단계 및 진공하 600℃에서 5시간 동안으로 하는 두번째 단계로 구성되는 시효처리를 받았다.

그 결과 생성된 에폭시수지와 혼합되었고 20koe의 자기장의 인가 및 12tons/㎠의 압력하에서 압축성형 되었고 150℃에서 2시간동안 경화처리되어 수지에 의해 ruf합된 이방성 자석이 제조되었다.

그 결과 형성된 수지에 의해 결합된 자석은 Br이 8.7KG, iHc가 11.2koe 그리고(BH)max가 16.7MGOe를 나타냈다.

[실시예 4-5]

기본적으로 Nd이 14.5원자%, Co가 16원자%, Ga이 1원자%, B가 8원자% 나머지가 철로구성되는 혼합물이 사용되는 점을 제외하고 실시예 4-4와 같은 방법으로 수지에 의해 결합된 자석이 생성되었다.

위에서 많은 실시예가 상세하게 기술되었지만 본 분야에서 통상의 지식을 지닌 자에게는 실질적으로 본 발명의 참신한 요지와 장점에서 벗어나지 않는 범위내에서 기술된 실시예의 많은 변형이 가능할 것이다.

따라서 그런 모든 변형들은 다음 특허청구의 범위에 의해 정해지는 바에 따라 본 발명의 범위내에 포함되어진다.

Claims (34)

1. (a) 다음 i)의 혼합물과 ii)의 희토원소-철-붕소자석합금중의 하나를 포함하는 분말을 그 융해점 이하로 열처리하는 단계 ; 및 i) ① 이트륨 및 희토원소들로 구성되는 그룹에서 선택된 적어도 하나인 8-30원자%의 R, 2-28원자%의 붕소 및 적어도 50원자%의 철을 함유하는 희토원소-철-붕소자석합금분말과, ② R, R의 산화물인 R-옥사이드 및 기본적으로 R을 30원자%이상 함유하고 나머지가 철과 코발트 중 적어도 어느 하나인 R-화합물로 구성되는 그룹중 적어도 어느 하나와의 혼합물; 및 ii) 8~30원자%의 R, 2~28원자%의 붕소, 0.1~1.3원자%의 갈륨 및 적어도 50원자%의 철을 함유하는 희토원소-철-붕소 자석합금 (b) 그 결과 생성된 열처리된 분말을 수지에 의해 결합시키는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 수지에 의해 결합된 희토원소-철-붕소자석의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 열처리단계가 300℃~1000℃의 온도범위에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 열처리 단계가 500℃~1100℃의 온도범위에서의 예비열처리 단계를 포함하고, 다시 300℃~1000℃의 온도의 범위에서 열처리되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제1항에 있어서, 희토원소-철-붕소자석합금이 코발트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제4항에 있어서, 희토원소-철-붕소 자석합금에서 코발트의 함량이 철의 함량보다 적은 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제1항에 있어서, 희토원소-철-붕소자석합금이 알루미늄과 갈륨중 적어도 어느 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 갈륨과 알루미늄의 함량이 0.1~13원자%의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제6항에 있어서, 희토원소-철-붕소자석합금이 코발트를 더 함유하는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제8항에 있어서, 희토원소-철-붕소자석합금에 코발트의 원자% 함량이 철보다 적은 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제1항에 있어서, 희토원소-철-붕소자석합금이 소결합금인 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제10항에 있어서, 상기 소결합금이 400~800℃의 온도범위에서 열처리된후에, 상기 분말로 분쇄되는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 열처리 단계가 450℃~1150℃의 온도범위에서 예비열처리되는 단계와, 다시 400~800℃ 온도의 범위에서 열처리되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
13. 제10항에 있어서, 소결합금이 자기적으로 이방성인것을 특징으로 하는 방법.
14. 제1항에 있어서, R, R-옥사이드, R-화합물의 함량이 희토원소-철-붕소자석합금 분말에 대하여 0.1~30중량%인 것을 특징으로 하는 방법.
15. 제1항에 있어서, 열처리과정을 거친 분말이 희토원소-철-붕소자석합금, R-옥사이드 및 R과 R-화합물로 구성된 그룹중 적어도 어느 하나와의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
16. i) 희토원소-철-붕소자석합금 및 ii) R이 이트륨 및 희토원소로 구성된 그룹중에서 선택된 적어도 하나인 R, R-옥사이드 및 자석분말과 균일하게 혼합된 R-화합물 중 적어도 하나의 혼합물을 융해점이하로 열처리한 결과 생성된 열처리된 분말과 상기 열처리 된 분말과 결합한 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 수지에 의해 결합된 희토원소-철-붕소자석.
17. 제16항에 있어서, 희토원소-철-붕소자석합금이 R을 8~30원자%, 붕소를 2~28원자% 그리고 철을 적어도 50원자%함유하는 것을 특징으로 하는 수지에 의해 결합된 희토원소-철-붕소자석.
18. 제17항에 있어서, 희토원소-철-붕소자석합금이 원자%로 철보다 적은 양의 코발트를 함유하는 것을 특징으로 하는 수지에 의해 결합된 희토원소-철-붕소자석.
19. 제18항에 있어서, 희토원소-철-붕소자석합금이 알루미늄 및 갈륨의 그룹중 적어도 어느 하나를 0.1~13원자%함유하는 것을 특징으로 하는 수지에 의해 결합된 희토원소-철-붕소자석.
20. (a) 다음 i)의 혼합물과 ii)의 희토원소-철-붕소자석합금중의 하나를 포함하는 분말을 그 융해점 이하로 열처리하는 단계 ; 및 i) ① 이트륨 및 희토원소들로 구성되는 그룹에서 선택된 적어도 하나인 8-30원자%의 R, 2-28원자%의 붕소 및 적어도 50원자%의 철을 함유하는 희토원소-철-붕소자석합금분말과, ② R, R의 산화물인 R-옥사이드 및 기본적으로 R을 30원자%이상 함유하고 나머지가 철과 코발트 중 적어도 어느 하나인 R-화합물로 구성되는 그룹중 적어도 어느 하나와의 혼합물; 및 ii) 8~30원자%의 R, 2~28원자%의 붕소, 0.1~13원자%의 갈륨 및 적어도 50원자%의 철을 함유하는 희토원소-철-붕소 자석합금. (b) 그 결과 생성된 열처리된 분말을 수지에 의해 결합시키는 단계에 의하여 제조되는 것을 특징으로 하는 수지에 의해 결합된 희토원소-철-붕소자석.
21. 제20항에 있어서, 상기 열처리단계가 300~1000℃온도의 범위에서 일어나는 것을 특징으로 하는 자석.
22. 제21항에 있어서, 상기 열처리단계가 500℃~1100℃온도범위에서 행해지는 예비열열처리 단계를 포함하고 다시 300℃~1000℃의 온도의 범위에서의 열처리 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자석.
23. 제20항에 있어서, 희토원소-철-붕소자석합금이 코발트를 포함하는 것을 특징으로 하는 자석.
24. 제23항에 있어서, 희토원소-철-붕소자석합금에서 코발트의 함량이 철의 함량보다 적은 것을 특징으로 하는 자석.
25. 제20항에 있어서, 희토원소-철-붕소자석합금이 알루미늄과 갈륨중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 자석.
26. 제25항에 있어서, 갈륨과 알루미늄의 함량이 0.1~13원자%의 범위내인 것을 특징으로 하는 자석.
27. 제25항에 있어서, 희토원소-철-붕소자석합금이 코발트를 포함하는 것을 특징으로 하는 자석.
28. 제27항에 있어서, 희토원소-철-붕소자석합금에서 원자%로서 코발트의 함량이 철의 함량보다 적은 것을 특징으로 하는 자석.
29. 제20항에 있어서, 희토원소-철-붕소자석합금이 소결합금인 것을 특징으로 하는 자석.
30. 제29항에 있어서, 상기 소결합금이 400℃~800℃온도의 범위에서 열처리된후에, 상기 분말로 분쇄되는 것을 특징으로 하는 자석.
31. 제20항에 있어서, 상기 열처리단계가 450℃~1150℃온도 범위에서 예비열처리되는 단계와, 다시 400℃~800℃ 온도 범위에서 열처리되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자석.
32. 제29항에 있어서, 소결합금이 자기적으로 이방성인 것을 특징으로 하는 자석.
33. 제20항에 있어서, R, R-옥사이드, R-화합물의 함량이 희토원소-철-붕소자석합금 분말에 대하여 0.1~30중량%인 것을 특징으로 하는 자석.
34. 제20항에 있어서, 상기 열처리단계를 거친 분말이 희토원소-철-붕소자석합금이의 분말, R-옥사이드 및 R과 R-화합물로 구성된 그룹중 적어도 어느 하나와의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 자석.

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