TW202320090A - 鐵基燒結體製造用之混合物、鐵基燒結體及鐵基燒結體之製造方法 - Google Patents

Abstract

本發明課題係獲得一種高磁特性及高機械特性的鐵基燒結體。 解決手段為，鐵基燒結體製造用之混合物係包含：鐵基軟磁性粉末，係表面經磷酸系被膜被覆，且前述磷酸系被膜的表面經聚矽氧樹脂被膜被覆者；硬脂酸醯胺；及無機固體潤滑劑。鐵基燒結體之製造方法係包含：成形步驟，係將前述鐵基燒結體製造用之混合物成形；及熱處理步驟，係將前述成形步驟中所得之成形體於水蒸氣中進行熱處理。鐵基燒結體係具有鐵基軟磁性粉末與氧化鐵，該鐵基軟磁性粉末係形成有磷酸系被膜且於其上形成有聚矽氧樹脂被膜，該氧化鐵係存在於鐵基軟磁性粉末間之晶界。氧化鐵係存在於晶界的50%以上。

Description

鐵基燒結體製造用之混合物、鐵基燒結體及鐵基燒結體之製造方法

本發明係有關於一種鐵基燒結體製造用之混合物、鐵基燒結體及鐵基燒結體之製造方法。

專利文獻1及專利文獻2中記載一種使用於馬達的轉子或定子的芯等電磁零件之壓粉磁心。專利文獻1及專利文獻2所記載之壓粉磁心其磁特性優良且機械強度高。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2017-4992號公報 [專利文獻2]日本專利第4801734號

[發明所欲解決之課題]

近年來，較以往更加要求電磁零件所使用之材料的高性能化。

本發明目的在於提供一種可製造與習知壓粉磁心相比，磁特性及機械特性更高之鐵基燒結體的混合物。又，本發明其他目的在於提供一種相較於習知壓粉磁心，磁特性及機械特性更高的鐵基燒結體及其製造方法。 [解決課題之手段]

本說明書所記載之鐵基燒結體製造用之混合物係包含：鐵基軟磁性粉末，係表面經磷酸系被膜被覆，且前述磷酸系被膜的表面經聚矽氧樹脂被膜被覆者；硬脂酸醯胺；及無機固體潤滑劑。

本說明書所記載之鐵基燒結體係藉由將上述之鐵基燒結體製造用之混合物的成形體於水蒸氣中進行熱處理而得之鐵基燒結體，其具有鐵基軟磁性粉末與氧化鐵，該鐵基軟磁性粉末係表面形成有磷酸系被膜，且前述磷酸系被膜的表面形成有聚矽氧樹脂被膜者，該氧化鐵係存在於前述鐵基軟磁性粉末間之晶界。前述氧化鐵係存在於前述晶界的58%以上。

本說明書所記載之鐵基燒結體之製造方法係包含：成形步驟，係將包含鐵基軟磁性粉末、硬脂酸醯胺及無機固體潤滑劑的混合物成形，其中該鐵基軟磁性粉末係表面經磷酸系被膜被覆，且前述磷酸系被膜的表面經聚矽氧樹脂被膜被覆者；及熱處理步驟，係將前述成形步驟中所得之成形體於水蒸氣中進行熱處理。 [發明之效果]

透過使用上述鐵基燒結體製造用之混合物，可製造磁特性及機械特性高於習知壓粉磁心的鐵基燒結體。又，可提供一種磁特性及機械特性高於習知壓粉磁心的鐵基燒結體。根據上述鐵基燒結體之製造方法，可製造磁特性及機械特性高於習知壓粉磁心的鐵基燒結體。

[實施發明之形態]

以下就本發明較佳實施形態加以說明。

[鐵基燒結體製造用之混合物] 本發明之鐵基燒結體製造用之混合物係包含：鐵基軟磁性粉末，係表面經磷酸系被膜(以下有稱為「磷酸被膜」)被覆，且前述磷酸系被膜的表面經聚矽氧樹脂被膜被覆者；硬脂酸醯胺；及無機固體潤滑劑。

[鐵基軟磁性粉末] 鐵基軟磁性粉末為強磁性體之鐵基粉末，具體而言可舉出純鐵粉、鐵基合金粉末(例如Fe-Al合金、Fe-Si合金、鐵矽鋁合金、波莫合金等)及鐵基非晶粉末等。此等鐵基軟磁性粉末可藉由例如霧化法使熔融鐵(或熔融鐵合金)形成微粒子後予以還原，接著予以粉碎等而製造。鐵基軟磁性粉末只要是原理上使用於一般粉末冶金的粒度，則與粒度分布無關。例如，通常可含有更多的大粒度之鐵基軟磁性粉末(例如250μm以上600μm以下)。此時，可壓低至既定的鐵損，並提升成形為成形體時的壓縮性。

[磷酸系被膜] 鐵基軟磁性粉末的表面形成有磷酸系被膜。可藉由磷酸系被膜對鐵基軟磁性粉末賦予電絕緣性。藉此，可抑制渦電流。又，磷酸系被膜由於對鐵基軟磁性粉末的浸潤性良好，藉由將磷酸系被膜形成於鐵基軟磁性粉末的表面，可將鐵基軟磁性粉末的表面，以具絕緣性之磷酸系被膜均勻地被覆。

磷酸系被膜為使用含P(磷)化合物所形成的玻璃狀被膜，其組成不特別限定。例如，較佳為使用除上述P以外，進一步含有Na(鈉)及S(硫)的至少1種之化合物所形成的玻璃狀被膜。這是因為，此等元素在熱處理時(後述之退火時或水蒸氣熱處理時)可抑制氧與Fe形成半導體，得以抑制比電阻降低之故。上述化合物更佳為含Na及S之化合物。

上述元素的含有率，以形成有磷酸系被膜且於其上形成有聚矽氧樹脂被膜之鐵基軟磁性粉末100質量%中的量計，係以P為0.005~1質量%、Na為0.002~0.6質量%、S為0.001~0.2質量%為宜。磷酸系被膜中除P以外所含之元素為Na及S中的Na，為S，或為Na及S時，均較佳分別設於此範圍內。

上述元素當中，P係經由氧與鐵基軟磁性粉末表面形成化學鍵。從而，當P量未達0.005質量%時，鐵基軟磁性粉末表面與磷酸系被膜的化學鍵量不足，有無法形成強固的被膜之虞，而有不合宜之傾向。另一方面，P量超過1質量%時，未參與化學鍵結的P未反應而直接殘留，反而有使鍵結強度降低之虞，而有不合宜之傾向。

上述元素中的Na及S係具有在熱處理時(後述之退火時或水蒸氣熱處理時)抑制Fe(鐵)與氧形成半導體，而抑制比電阻降低之作用的元素。藉由複合添加Na及S，可最大限度地發揮其效果。

上述磷酸系被膜中亦可進一步含有Mg(鎂)及/或B(硼)。此等元素的含有率，以形成有磷酸系被膜且於其上形成有聚矽氧樹脂被膜之鐵基軟磁性粉末100質量%中的量計，Mg宜為0.001~0.5質量%，B宜為0.001~0.5質量%。上述磷酸系被膜中亦可進一步含有選自由Co(鈷)、Cs(銫)及Al(鋁)所成群組的至少1種。

上述磷酸系被膜的膜厚較佳為1~250nm左右。膜厚薄於1nm時，無法展現絕緣效果。另一方面，膜厚超過250nm時，絕緣效果達飽和，且由成形體的高密度化而言亦不理想。更佳之膜厚為50~100nm。

[磷酸系被膜之形成方法] 於鐵基軟磁性粉末的表面形成磷酸系被膜之方法不特別限定。例如，藉由將水及/或有機溶劑所構成之溶媒中溶有含P化合物的溶液與鐵基軟磁性粉末混合後，視需求使前述溶媒蒸發，可於鐵基軟磁性粉末的表面形成磷酸系被膜。

上述溶媒可舉出水、醇或酮等親水性有機溶劑及此等之混合物。又，上述溶媒中亦可添加周知之界面活性劑。

上述含P化合物可舉出例如正磷酸(H ₃PO ₄)。又，為使上述磷酸系被膜含有C _O等元素，可使用例如C _O3(PO ₄) ₂(C _O及P源)、C _O3(PO ₄) ₂・8H ₂O(C _O及P源)、Na ₂HPO ₄(P及Na源)、NaH ₂PO ₄(P及Na源)、NaH ₂PO ₄・nH ₂O(P及Na源)、Al(H ₂PO ₄) ₃(P及Al源)、Cs ₂SO ₄(Cs及S源)、H ₂SO ₄(S源)、MgO(Mg源)、H ₃BO ₃(B源)等化合物。此等當中，若使用NaH ₂PO ₄(磷酸二氫鈉鹽)作為P源或Na源，則所得之成形體的密度、強度及比電阻均衡地良好。

含P化合物對鐵基軟磁性粉末的添加量，只要調整成待形成之磷酸系被膜的組成成為上述範圍即可。例如，可藉由將含有：固體含量調製成0.01~10質量%左右的含P化合物或視需求欲含於被膜之元素的化合物的溶液，相對於鐵基軟磁性粉末100質量份添加1~10質量份左右，並以周知之混合機、球磨機、捏合機、V型混合機、造粒機等混合機予以混合，而使待形成之磷酸系被膜的組成成為上述範圍內。

又，亦可視需求在上述混合步驟後，於大氣中、減壓下或真空下以150~250℃加以乾燥。於乾燥後，可使其通過孔徑200~500μm左右的篩網。藉由經過上述步驟，可得到形成有磷酸系被膜的鐵基軟磁性粉末。

[聚矽氧樹脂被膜] 本發明之鐵基軟磁性粉末中，係於上述磷酸系被膜上形成有聚矽氧樹脂被膜。聚矽氧樹脂被膜係具有耐熱性優良的Si-O鍵，且熱穩定性優良的絕緣膜。又，於後述之混合物的成形時，透過聚矽氧樹脂被膜所含之聚矽氧樹脂發生交聯、硬化反應，鐵基軟磁性粉末彼此即強固地結合。藉此，可獲得高強度之成形體。於磷酸系被膜上可形成一層聚矽氧樹脂被膜，亦可形成二層以上之聚矽氧樹脂被膜。

形成於鐵基軟磁性粉末表面的磷酸系被膜雖具有高絕緣性，但脆弱而易破，因此在熱處理時(後述之退火時或水蒸氣熱處理時)容易受到鐵基軟磁性粉末膨脹及收縮所產生的影響而容易破裂。另一方面，聚矽氧樹脂被膜與磷酸系被膜相比，由於具有伸縮性，而於熱處理時(後述之退火時或水蒸氣熱處理時)不易破裂。藉由在磷酸系被膜上形成聚矽氧樹脂被膜，即使進行熱處理(後述之退火或水蒸氣熱處理)，亦能以絕緣膜被覆鐵基軟磁性粉末。因此，可獲得具有高絕緣性之燒結體。又，即使進行熱處理，絕緣膜仍會存留，故可實施高溫之熱處理。以高溫進行熱處理，可消除鐵基軟磁性粉末內的缺陷而降低鐵損，可獲得優良的磁特性。又，以高溫進行熱處理，可獲得高機械特性。再者，藉由磷酸系被膜經聚矽氧被膜被覆，磷酸系被膜便不會直接接觸後述之無機固體潤滑劑。因此，無機固體潤滑劑不會對磷酸系被膜的絕緣性造成影響。

本發明中所使用之上述聚矽氧樹脂可使用向來周知之聚矽氧樹脂；例如市售品可舉出信越化學工業公司製KR261、KR271、KR272、KR275、KR280、KR282、KR285、KR251、KR155、KR220、KR201、KR204、KR205、KR206、KR225、KR311、KR700、SA-4、ES-1001、ES1001N、ES1002T、KR3093或Dow Corning Toray公司製SR2100、SR2101、SR2107、SR2110、SR2108、SR2109、SR2115、SR2400、SR2410、SR2411、SH805、SH806A、SH840等。

又，就本發明中所使用之上述聚矽氧樹脂，若為硬化較慢者則粉末會沾黏，被膜形成後之操作處理性較差，因此較佳為比起二官能性之D單元(R ₂SiX ₂：X為水解性基)，具有更多三官能性之T單元(RSiX ₃：X係與前述相同)者。然而，若含有較多四官能性之Q單元(SiX ₄：X係與前述相同)，則於預硬化時粉末彼此會強固地黏結，而不易進行後續之成形步驟。從而，聚矽氧樹脂之T單元較佳為60莫耳%以上，更佳為80莫耳%以上，最佳為全為T單元。

此外，作為上述聚矽氧樹脂，一般係上述R為甲基或苯基的甲基苯基聚矽氧樹脂，咸認具有愈多苯基則耐熱性愈高。然而，在後述高溫水蒸氣熱處理條件下，苯基的存在非為如此有效。研判苯基的大體積會干擾緻密之玻璃狀網目構造，反而可能使熱穩定性或抑制與鐵形成化合物之效果降低。從而，於本發明中，較佳使用甲基為50莫耳%以上之甲基苯基聚矽氧樹脂(例如信越化學工業公司製KR255、KR311等)，更佳使用甲基為70莫耳%以上之甲基苯基聚矽氧樹脂(例如信越化學工業公司製KR300等)，再更佳為完全不具有苯基之甲基聚矽氧樹脂(例如信越化學工業公司製KR251、KR400、KR220L、KR242A、KR240、KR500、KC89等、或Dow Corning Toray公司製SR2400等)。其中特佳為KR220L、SR2400。此外，對於聚矽氧樹脂(被膜)之甲基與苯基的比率或官能性，能以FT-IR等加以分析。

上述聚矽氧樹脂被膜的附著量，設形成有磷酸系被膜且於其上形成有聚矽氧樹脂被膜之鐵基軟磁性粉末為100質量%時，較佳調整成0.05~0.3質量%。聚矽氧樹脂被膜的附著量少於0.05質量%時，絕緣性差，電阻容易降低。聚矽氧樹脂被膜的附著量多於0.3質量%時，則不易達到所得之成形體的高密度化。

上述聚矽氧樹脂被膜的厚度較佳為1~200nm。更佳之厚度為50~150nm，再更佳之厚度為50~100nm。

又，上述磷酸系被膜與上述聚矽氧樹脂被膜的合計厚度宜取250nm以下。合計厚度若超過250nm，則磁通密度會大幅降低。

[聚矽氧樹脂被膜之形成方法] 上述聚矽氧樹脂被膜之形成可例如將聚矽氧樹脂經溶解於醇類、或甲苯、二甲苯等石油系有機溶劑等而得之聚矽氧樹脂溶液，與形成有磷酸系被膜的鐵基軟磁性粉末(以下，方便上有簡稱為「形成有磷酸系被膜之鐵粉」)混合，接著視需求使前述有機溶劑蒸發來進行。

聚矽氧樹脂相對於上述形成有磷酸系被膜之鐵粉的添加量，只要將待形成之聚矽氧樹脂被膜的附著量調整成上述範圍即可。例如，只要添加以相對於前述形成有磷酸系被膜之鐵粉100質量份，固體含量成為約2~10質量%的方式調製的樹脂溶液0.5~10質量份左右並予以混合，再將其乾燥即可。樹脂溶液少於0.5質量份，有混合需耗費時間或被膜呈不均勻之虞。另一方面，樹脂溶液超過10質量份，則有乾燥需耗費時間或乾燥不充分之虞。樹脂溶液可預先適宜加熱。混合機可使用與前述者相同的混合機。

於乾燥步驟中，宜加熱至使用之有機溶劑揮發的溫度且未達聚矽氧樹脂的硬化溫度，使有機溶劑充分地蒸發揮散。具體的乾燥溫度，若為上述之醇類或石油系有機溶劑時，宜為60~80℃左右。於乾燥後，為了去除凝集塊，宜使其預先通過孔徑300~500μm左右的篩網。

於乾燥後，建議將形成有聚矽氧樹脂被膜之鐵基軟磁性粉末(以下，方便上有簡稱為「形成有聚矽氧樹脂被膜之鐵粉」)加熱，而使聚矽氧樹脂被膜預硬化。預硬化係指使聚矽氧樹脂被膜硬化時的軟化過程以粉末狀態結束之處理。藉此預硬化處理，於成形時(例如100~250℃左右)可確保形成有聚矽氧樹脂被膜之鐵粉的流動性。作為具體手法，將形成有聚矽氧樹脂被膜之鐵粉於此聚矽氧樹脂的硬化溫度附近短時間加熱之方法較為簡便，惟亦可利用使用藥劑(硬化劑)之手法。預硬化與硬化(非預備完全硬化)處理的差異在於，於預硬化處理中，並非使粉末彼此完全接著固化，而是可容易地碎解；相對而言，例如在粉末成形後所進行之高溫加熱硬化處理中，則是使樹脂硬化而使粉末彼此接著固化。藉由完全硬化處理，得以提升成形體的強度。

諸如上述，使聚矽氧樹脂預硬化後予以解碎，可得流動性優良之粉末，於成形時，便可將粉末如砂粒般順暢地投入至成形用模具中。如未使其預硬化，例如於成形時粉末彼此會附著，而不易以短時間投入至成形用模具中。於實際作業上，對提升操作處理性極有意義。又，吾人發現藉由使其預硬化，可大幅提升所得壓粉磁心的比電阻。其原因仍舊不明，惟研判可能是硬化時與鐵粉的密接性有所提升所致。

藉由短時間加熱法進行上述預硬化時，宜以100~200℃進行5~100分鐘的加熱處理。更佳為130~170℃、10~30分鐘。預硬化後，亦較佳如前述預先使其通過篩網。

[硬脂酸醯胺] 本發明之鐵基燒結體製造用之混合物，除上述形成有磷酸系被膜且於其上形成有聚矽氧樹脂被膜之鐵基軟磁性粉末外，亦包含潤滑劑。潤滑劑係於將上述混合物成形為目標形狀時，更容易將混合物填充於成形用模具中。本發明之鐵基燒結體製造用之混合物係包含屬有機潤滑劑之硬脂酸醯胺作為潤滑劑。

將上述混合物成形後，進行熱處理(後述之退火或水蒸氣熱處理)時，有機潤滑劑被去除，但未經去除之有機潤滑劑的殘渣會與鐵基軟磁性粉末中的鐵反應，使藉由熱處理而得之燒結體變黑。此為使鐵損增加的原因。然而，據本案發明人等的研究可知，透過使用硬脂酸醯胺作為有機潤滑劑，將上述混合物成形後進行熱處理(後述之退火或水蒸氣熱處理)時，燒結體的顏色不會變化。由此可知，透過使用硬脂酸醯胺有機潤滑劑，不會殘留有機潤滑劑之殘渣，可抑制鐵損的增加。

鐵基燒結體製造用之混合物，相對於鐵基燒結體製造用之混合物100質量%，較佳含有0.1質量%以上0.8質量%以下的硬脂酸醯胺。硬脂酸醯胺的含量未達0.1質量%時，於成形時會與模具發生熔黏。另一方面，硬脂酸醯胺的含量超過0.8質量%時，由於成形體密度降低，而不易獲得磁特性優良的燒結體。硬脂酸醯胺的含量更佳為0.2質量%以上，再更佳為0.25質量%以上。又，硬脂酸醯胺的含量更佳為0.45質量%以下，再更佳為0.4質量%以下。

本發明之鐵基燒結體製造用之混合物，除硬脂酸醯胺外，亦可包含其他有機潤滑劑。其他有機潤滑劑可舉出例如烴系、脂肪酸系、高級醇系、脂肪族醯胺系、酯系等有機系潤滑劑。

烴系潤滑劑可舉出流動石蠟、石蠟、合成聚乙烯蠟等。脂肪酸系、高級醇系潤滑劑可舉出較為廉價且低毒性的硬脂酸或硬脂醇等。

脂肪族醯胺系潤滑劑可舉出硬脂酸醯胺、油酸醯胺、芥酸醯胺之脂肪酸醯胺、或伸烷基雙硬脂酸醯胺、伸乙基雙硬脂酸醯胺之伸烷基脂肪酸醯胺等。

酯系潤滑劑可舉出醇之脂肪酸酯之硬脂酸單甘油酯等。

[無機固體潤滑劑] 本發明之鐵基燒結體製造用之混合物中作為潤滑劑，除屬有機潤滑劑之硬脂酸醯胺外，亦包含無機固體潤滑劑。無機固體潤滑劑係指屬無機化合物且為固體的潤滑劑。無機固體潤滑劑可舉出氧化鋅(ZnO)、二硫化鉬(M _OS ₂)等。本發明之鐵基燒結體製造用之混合物可含有1種無機固體潤滑劑，亦可含有2種以上之無機固體潤滑劑。於低溫下，有機潤滑劑主要係促進粉末的粒動；另一方面，於高溫區或高壓區，無機固體潤滑劑則有利於粉末的流動性。無機固體潤滑劑其密度高於有機潤滑劑。透過併用有機潤滑劑與無機固體潤滑劑作為潤滑劑，可減低潤滑劑的量並同時維持良好的成形性。藉由減低潤滑劑的量，可提高成形體的密度，固可獲得高磁導率的成形體。無機固體潤滑劑當中，氧化鋅其改善粉體之流動性的效果甚高。

無機固體潤滑劑的密度較佳為有機潤滑劑之硬脂酸醯胺的密度的2倍以上的密度。藉此，能有效減低潤滑劑的合計量。由於有機潤滑劑的密度常為2.0g/cm ³以下，因此無機固體潤滑劑的密度較佳為4.0g/cm ³以上。

無機固體潤滑劑的粒徑較佳為20nm以上20μm以下。無機固體潤滑劑的粒徑未達20nm時，無機固體潤滑劑會深入至鐵基軟磁性粉末表面的凹凸或鐵基軟磁性粉末間之間隙內，而不易發揮潤滑機能。無機固體潤滑劑的粒徑超過20μm時，則無機固體潤滑劑的粒子數變少，而幾乎無益於粉末間之摩擦減少或粉末與模具之摩擦減少。

鐵基燒結體製造用之混合物，相對於混合物100質量%，較佳含有0.01質量%以上0.2質量%以下的無機固體潤滑劑。無機固體潤滑劑的含量未達0.01質量%時，無機固體潤滑劑不足以替換有機潤滑劑之硬脂酸醯胺，換言之，高密度的無機固體潤滑劑偏少，低密度的有機潤滑劑的比例增多，而不易提高成形體的密度。因此，不易達到直流磁特性之提升。另一方面，無機固體潤滑劑的含量超過0.2質量%，為了維持從模具之抽出性而添加的潤滑劑總量增多。此時，因成形體的密度降低，使得飽和磁通密度易降低。無機固體潤滑劑的含量更佳為0.02質量%以上，再更佳為0.025質量%以上。又，無機固體潤滑劑的含量更佳為0.2質量%以下，再更佳為0.1質量%以下。

相對於有機潤滑劑之硬脂酸醯胺與無機固體潤滑劑的合計100質量%，無機固體潤滑劑較佳為15質量%以上且未達25質量%。

鐵基燒結體製造用之混合物，相對於混合物100質量%，硬脂酸醯胺與無機固體潤滑劑的合計含量較佳為0.1質量%以上0.8質量%以下。合計含量過少時，於成形時容易與模具發生熔黏。另一方面，合計含量過多時，則成形體的密度降低，而不易獲得磁特性優良的壓粉磁心。合計含量更佳為0.2質量%以上，再更佳為0.25質量%。又，合計含量更佳為0.45質量%以下，再更佳為0.4質量%以下。

[鐵基燒結體之製造方法] 本發明之鐵基燒結體之製造方法係包含：成形步驟，係將上述鐵基燒結體製造用之混合物成形；及熱處理步驟，係將成形步驟中所得之成形體於水蒸氣中進行熱處理。藉由將上述鐵基燒結體製造用之混合物成形，並將所得之成形體於水蒸氣中進行熱處理，可獲得磁特性及機械特性高於習知壓粉磁心的鐵基燒結體。此外，亦可於成形步驟後、熱處理步驟前進行對成形體實施退火之退火步驟。

[成形步驟] 將混合物成形之方法不特別限定，可採用周知之方法。就成形條件，只要可獲得期望密度之成形體則不特別限定。例如，成形壓力若以面壓表示，較佳為390MPa以上，更佳定為490~1960MPa，更佳為790~1180MPa。例如，成形壓力若以面壓表示，亦可定為390MPa以上1180MPa以下。藉由成形步驟而得之成形體的密度較佳為7.20g/cm ³以上，更佳為7.50g/cm ³。藉由此種密度之成形體，可獲得高磁特性的鐵基燒結體。例如以800MPa以上之條件進行壓縮成形時，容易獲得為7.20g/cm ³以上的成形體。又，以980MPa以上之條件進行壓縮成形時，容易獲得為7.50g/cm ³以上的成形體。成形溫度可為室溫或溫度區間(例如80℃以上，更佳為100~250℃)。

[退火步驟] 於成形步驟後且後述之熱處理步驟前，亦可進行對成形體實施退火之退火步驟。藉由對成形體實施退火，可去除有機潤滑劑之硬脂酸醯胺。由此可獲得經脫脂之成形體。由於可藉由脫脂減少鐵損，而能夠獲得磁特性良好的燒結體。退火溫度較佳於硬脂酸醯胺的分解溫度以上(約200℃以上)進行。又，藉由在高溫下進行退火步驟，可消除應力。藉此，可在不增大渦電流損(相當於矯頑磁力)下製造具有高電絕緣性，即高比電阻的燒結體。

上述退火步驟較佳於有機潤滑劑成分的分解溫度以上(約200℃以上)進行。將成形體進行脫脂之退火溫度的上限不特別限定，退火溫度過高時，有鐵基軟磁性粉末表面的磷酸系被膜隨著加熱而變薄的傾向。為了抑制磷酸系被膜變薄，較佳定為650℃以下，更佳為600℃以下。

退火時間較佳定為20分鐘以上。退火時間更佳為25分鐘以上，再更佳為27分鐘以上。由脫脂或應力消除而言，退火時間係愈長愈佳；但經過長時間進行高溫之熱處理時，磷酸系被膜會變薄而導致絕緣性降低。從而，退火時間例如較佳為180分鐘以下，更佳為60分鐘以下，特佳為35分鐘以下。

此外，退火時的環境不特別限定，較佳於氮氣等惰性氣體環境下進行。

此外，於成形步驟與熱處理步驟之間亦可不進行退火步驟。於熱處理步驟中將成形體加熱時，可達成形體的脫脂或應力消除。

[熱處理步驟] 本發明之鐵基燒結體之製造方法，其主要特徵在於對藉由將上述高磁特性高之鐵基軟磁性粉末的混合物成形而得之成形體於水蒸氣中進行熱處理。於水蒸氣中進行熱處理時，鐵基軟磁性粉末中的鐵離子會以氧為驅動力，通過絕緣膜之磷酸系被膜及聚矽氧樹脂被膜移動至絕緣膜上，與氧反應而於絕緣膜正上方形成氧化鐵。於鐵基軟磁性粉末間之晶界(於本發明中，係將鐵基軟磁性粉末間之區域稱為「晶界」)處，氧化鐵自粉末側向晶界中央緩緩地形成。透過粉末彼此藉由氧化鐵結合，研判可提高成形體的機械特性。

將成形體於水蒸氣中進行熱處理之方法不特別限定。例如，在相對濕度為100%的環境下將成形體加熱。亦可邊以一定的速度供給水蒸氣邊進行熱處理。於低水蒸氣濃度環境下將成形體進行熱處理時，因成形體的表面被氧化，而抑制氧進入成形體的內部，僅於成形體的表面形成氧化鐵。因此，無法獲得充分的機械特性。藉由在相對濕度為100%的環境下進行熱處理，可控制氧化速度，使成形體緩慢地被氧化，由此氧便進入至成形體的內部，而於成形體內部粉末的絕緣膜上形成氧化鐵。藉此，因鐵基軟磁性粉末彼此結合，而提高機械特性。

熱處理溫度較佳定為460℃以上，較佳定為475℃以上，更佳為480℃以上。又，熱處理溫度較佳定為未達600℃，較佳定為590℃以下，更佳為530℃以下。透過以此種溫度進行熱處理，可獲得高磁特性及高機械特性的燒結體。熱處理溫度未達460℃時，因氧化鐵的形成速度較慢，使得鐵基磁性粉末彼此未能充分地結合。因此，無法獲得高機械強度。熱處理溫度為600℃以上時，因絕緣膜之磷酸系被膜及聚矽氧樹脂被膜的分解而產生氣體，而於晶界形成空隙。又，以氧化物形態生成多種氧化鐵，因此等的密度差而產生應力，而使晶界的氧化物內產生裂痕。因此，無法獲得高機械強度。又，熱處理溫度過高時，因絕緣膜分解，絕緣性變差而導致磁特性變差。由上所述，更佳之熱處理溫度較佳為460℃~590℃，更佳為460℃~580℃，再更佳為480℃~530℃。

此外，即使未於熱處理步驟前進行退火步驟，藉由在上述溫度下進行熱處理，仍可去除有機潤滑劑之硬脂酸醯胺，而能夠完成脫脂。又，亦可去除成形體的應力。因此，可在不使渦電流損(相當於矯頑磁力)增大下獲得高電絕緣性的燒結體。從而，成形步驟後，亦可不進行退火步驟而進行上述熱處理步驟。

熱處理時間較佳定為30分鐘以上，更佳定為60分鐘以上。熱處理時間之上限非予特定，惟較佳定為未達300分鐘，更佳定為未達200分鐘。具體而言，熱處理時間較佳定為30分鐘~300分鐘，更佳定為60分鐘~200分鐘。

亦可使藉由上述熱處理步驟而得之燒結體乾燥。就乾燥條件，只要可達成其目的則不特別限定。可舉出例如在上述氧化步驟後，冷卻至150~200℃左右後排出水蒸氣，一邊將容器內的溫度維持於100~300℃，一邊使惰性氣體在容器內流通30分鐘~2小時而進行之方法。

[鐵基燒結體] 藉由上述方法而得之鐵基燒結體係具有：形成有磷酸系被膜且於其上形成有聚矽氧樹脂被膜之鐵基軟磁性粉末，及存在於鐵基軟磁性粉末間之晶界之氧化鐵。磷酸系被膜可形成於鐵基燒結體所含之鐵基軟磁性粉末的整個表面，亦可形成於鐵基軟磁性粉末的部分表面。聚矽氧樹脂被膜可形成於磷酸系被膜的整個表面，亦可形成於磷酸系被膜的部分表面。於上述熱處理步驟中，鐵基軟磁性粉末中的鐵離子會通過絕緣膜之磷酸系被膜及聚矽氧樹脂被膜而移動至絕緣膜上。此時，絕緣膜之磷酸系被膜及聚矽氧樹脂被膜有破裂情形。因此，鐵基軟磁性粉末的表面便部分地未被絕緣膜被覆。

本發明之鐵基燒結體中，於晶界的58%以上存在氧化鐵。此處所稱晶界，係指形成有磷酸系被膜且於其上形成有聚矽氧樹脂被膜之鐵基軟磁性粉末間之區域。據本案發明人等之研究，氧化鐵存在於晶界的58%以上時，研判依據日本工業規格之「JIS Z 2511」(2006年度版)所測得之燒結體的抗折強度為100MPa以上。具此抗折強度之鐵基燒結體係機械特性高於習知壓粉磁心的燒結體。晶界存在氧化鐵之比例為49%以下時，則研判依據日本工業規格之「JIS Z 2511」(2006年度版)之規定所測得之燒結體的抗折強度未達100MPa。就此強度，與習知壓粉磁心的機械特性並無太大差異。

確認氧化鐵存在於晶界之方法不特別限定。例如可由鐵基燒結體之剖面的電子顯微鏡影像確認。電子顯微鏡影像之電子成像的種類、加速電壓等條件不特別限定。惟，要評估氧化物填充量的平均資訊，電子顯微鏡影像中則需拍到2個以上鐵基軟磁性粉末，並針對平均粒徑的50%以上之長度的晶界範圍進行評估，來評估氧化鐵的存在量。

此外，於上述熱處理步驟中，於鐵基軟磁性粉末的絕緣膜上形成氧化鐵的速度或氧化鐵成長的速度，研判就成形體(燒結體)整體而言並無太大差異。從而，推測在熱處理步驟中所得之燒結體的任何位置，晶界存在氧化鐵的比例均幾乎相同。從而，由燒結體之一剖面的電子顯微鏡影像可確認晶界的58%以上存在氧化鐵時，推測在其他剖面的電子顯微鏡影像中，晶界的58%以上亦存在氧化鐵。換言之，由燒結體之一剖面的電子顯微鏡影像可確認晶界的58%以上存在氧化鐵時，推測在該燒結體中，氧化鐵存在於晶界的58%以上。

電子顯微鏡影像的放大倍率不特別限定，可採用例如以1000倍以上、2000倍以下的放大倍率所攝得的電子顯微鏡影像。由此電子顯微鏡影像，可目視確認鐵基軟磁性粉末、氧化鐵與晶界。

鐵基燒結體的密度較佳為7.50g/cm ³以上，更佳為7.51g/cm ³。此種密度之燒結體為高磁特性之燒結體。

圖1A及圖1B示出本發明之鐵基燒結體之剖面的掃描電子顯微鏡影像(SEM像)的一例。圖1B所示SEM像為表示圖1A所示部分之一部分的SEM像(放大倍率為2,000倍，長43μm×寬84μm(=2752μm ²)的區域)。於圖1A及圖1B中，係將磷酸系被膜與於其上形成有聚矽氧樹脂被膜的鐵基軟磁性粉末單純表示為「鐵基軟磁性粉末」。如圖1B所示，晶界處緻密地存在氧化鐵。 [實施例]

以下基於實施例詳述本發明。惟，下述實施例非限制本發明，在不悖離本說明書之意旨的範圍進行變更實施者係全部包含於本發明技術範圍。

(實驗1) 根據實施形態中所說明之方法，以表1及表2所示條件製作鐵基燒結體並評估機械特性及磁特性。表1及表2所示潤滑劑的量[%]係表示相對於鐵基燒結體製造用之混合物100質量%的量[質量%]。表1之No.1~4與表2之No.1~4為相同的燒結體。

表1與表2之No.1~3之燒結體係使用絕緣膜僅有磷酸系被膜或聚矽氧樹脂被膜之單層鐵基軟磁性粉末的燒結體。 No.4之燒結體係使用絕緣膜為磷酸系被膜與聚矽氧樹脂被膜之二層構造之鐵基軟磁性粉末的燒結體。 就No.1，作為潤滑劑，僅使用有機潤滑劑之硬脂酸醯胺。 就No.2~4，作為潤滑劑，係併用有機潤滑劑之硬脂酸醯胺與無機固體潤滑劑之氧化鋅(ZnO)。

表1示出No.1~4之鐵基燒結體的抗折強度與電阻。抗折強度係以抗折試驗所測得的值，此試驗係根據日本工業規格之「JIS Z 2511」(2006年度版)之規定來進行。抗折試驗中使用之抗折試片係使用藉由對12.7mm×31.75mm的模具填充包含鐵基軟磁性粉末與潤滑劑的混合物，並施加成形壓力392~1179MPa(4ton/cm ²~ 12ton/cm ²)自上下側進行壓縮成形而得之成形體所製造的燒結體。此外，於後述實驗(實驗3、實驗4)中，測定抗折強度時，亦使用以上述成形方法製作之成形體來製造燒結體。又，以與本實驗同樣的抗折試驗條件測定抗折強度。

表2示出No.1~4之鐵基燒結體的鐵損及磁通密度。表2所示鐵損係磁通密度為1T、頻率為400Hz時的鐵損。於此，係使用以下燒結體：使用藉由對外徑為φ45mm、內徑為φ337mm的模具填充包含鐵基軟磁性粉末與潤滑劑的混合物，自上下側進行壓縮成形而得之成形體所製成者。此外，於後述實驗(實驗3、實驗4)中，測定鐵損及磁通密度時，亦使用利用以上述成形方法製作之成形體所製成的燒結體。

燒結體的抗折強度為100MPa以上時，可稱機械特性高於習知軋製磁心。燒結體的電阻為60μΩ・m以上時，可稱絕緣性良好。又，鐵損為40W/kg以下時，可稱磁特性高於習知軋製磁心。

如表1所示，就No.1~3，抗折強度雖為100MPa左右，但電阻較低，故絕緣性較低。研判這是因為，由於係使用絕緣膜為磷酸系被膜或聚矽氧樹脂被膜的單層鐵基軟磁性粉末，於加熱處理中絕緣被膜被破壞，相鄰之鐵粉彼此導通所致。又，就No.1~3，如表2所示，鐵損為40W/kg以上。由此可知，使用絕緣膜為單層的鐵基軟磁性粉末的No.1~3之燒結體其磁特性未高於習知壓粉磁心。

另一方面，就No.4，如表1所示，抗折強度超過100MPa、電阻為60μΩ・m以上。又，就No.4，如表2所示，鐵損為40W/kg以下。No.4之燒結體係使用絕緣膜為二層構造之鐵基軟磁性粉末的燒結體，機械特性及磁特性高於習知壓粉磁心者。

由上述可知，透過使用絕緣膜為磷酸系被膜與聚矽氧樹脂被膜之二層構造的鐵基軟磁性粉末，可獲得機械特性與磁特性均高於習知壓粉磁心的燒結體。

(實驗2) 根據實施形態中所說明之方法，以表3所示條件改變潤滑劑的種類來製作鐵基燒結體。表3所示潤滑劑的添加量[%]係表示相對於鐵基燒結體製造用之混合物100質量%的量[單位：%(質量%)]。測定No.1~12之燒結體的密度。又，對於No.1~6與No.12，探討熱處理步驟前後的顏色變化。表3示出No.1~12之鐵基燒結體的密度與No.1~6及No.10的顏色變化。

就表3之No.1~6，係使用周知作為普通潤滑劑的有機潤滑劑之金屬皂。 就No.7~9，作為潤滑劑係使用有機潤滑劑之硬脂酸醯胺。 就No.10~12，作為潤滑劑係併用有機潤滑劑之硬脂酸醯胺與無機固體潤滑劑之氧化鋅(ZnO)。

藉由添加潤滑劑，可提高成形性，但隨著潤滑劑的添加量增多，燒結體的密度降低，而有磁特性變差的傾向。又，隨著潤滑劑的添加量增多，即使進行水蒸氣中的熱處理，潤滑劑仍容易殘留，而有在熱處理後燒結體容易變黑的傾向。

由表3之No.7~12等可知，有潤滑劑的添加量愈多，燒結體的密度愈小的傾向。然而，若比較潤滑劑的總添加量相同之No.1~6(僅使用金屬皂)與No.10(併用硬脂酸醯胺與ZnO)，縱為相同的總添加量，併用硬脂酸醯胺與ZnO時，比起僅使用金屬皂時，仍有可獲得高密度燒結體的傾向。

No.7~8表示作為比較例之絕緣膜僅由磷酸被膜所構成，且有機潤滑材僅使用硬脂酸醯胺時的燒結體密度。即使將潤滑劑添加量由0.4質量%增至1.0質量%，燒結體密度仍會降低。研判這是因為，相較於添加潤滑劑而改善之粉末的易填充性(成形性)，藉由去除潤滑劑之氣體而生成的空隙或潤滑劑的燒成殘渣因添加機潤滑劑而增加所致。 No.9與No.10為添加等量之有機潤滑劑(硬脂酸醯胺)時的數據，Nо.10係進一步添加有0.05%的ZnO。由No.9與No.10可知，藉由添加ZnO，燒結體密度即增加。

由上述可知，作為潤滑劑併用有機潤滑劑之硬脂酸醯胺與無機固體潤滑劑時，比起僅使用有機潤滑劑之金屬皂或硬脂酸醯胺時，有可獲得高密度燒結體的傾向。由此研判，作為潤滑劑，透過併用有機潤滑劑之硬脂酸醯胺與無機固體潤滑劑，可獲得潤滑劑所產生之良好的成形性，並可提高磁特性。

對於熱處理步驟前後的顏色變化，No.1~6 (僅使用金屬皂)之燒結體變成黑色，而No.10(併用硬脂酸醯胺與ZnO)之燒結體則未變色。由此研判，硬脂酸醯胺可藉由水蒸氣熱處理而容易去除，於熱處理步驟後不易殘留。

由上述可知，作為潤滑劑，透過使用作為有機潤滑劑之硬脂酸醯胺，並併用硬脂酸與無機固體潤滑劑，於水蒸氣熱處理後，可獲得磁特性高且不會變黑的燒結體。

(實驗3) 茲探討改變於水蒸氣中之熱處理步驟之條件時的機械特性與磁特性。

根據實施形態中所說明之方法，以表4A所示條件改變水蒸氣熱處理條件來製作鐵基燒結體，並評估機械特性與磁特性。表4A所示潤滑劑的添加量[%]係表示相對於鐵基燒結體製造用之混合物100質量%的量[質量%]。表4A示出燒結體的抗折強度。

＜熱處理時間與機械特性＞ 表4A之No.5~7、12之燒結體係設熱處理溫度為550℃，且使熱處理時間於10分鐘至120分鐘之間變化而得者。圖2示出表4之No.5~7、12的熱處理時間與抗折強度之關係。諸如上述，抗折強度為100MPa以上的鐵基燒結體係機械特性高於習知壓粉磁心的燒結體。

由圖2可知，隨著熱處理時間增長，抗折強度增加，於熱處理時間為60分鐘附近抗折強度停止增加，於60分鐘附近以上為幾乎相同的抗折強度。又，根據圖2，於熱處理時間為20分鐘附近抗折強度為100MPa，熱處理時間為30分鐘時抗折強度超過100MPa。由圖2推測，熱處理時間為20分鐘以上時抗折強度為100MPa以上。

由上所述，為使機械特性高於習知壓粉磁心，較佳將熱處理時定為20分鐘以上，更佳定為30分鐘以上。熱處理時間之上限不特別限制，較佳為例如300分鐘以下。

＜燒結體的剖面＞ 圖3A示出燒結體之大區域剖面的掃描電子顯微鏡影像(SEM像)(放大倍率為100倍)之實例。如圖3A所示，燒結體具有多個鐵基軟磁性粉末。圖3B及圖3C示出燒結體之小區域剖面的掃描電子顯微鏡影像(SEM像)的實例。圖3B所示影像的放大倍率為20,000倍，圖3C所示影像的放大倍率為5,000倍，圖3C表示長17μm×寬25μm(拍攝=425μm ²之區域)。如圖3B及圖3C所示，於鐵基軟磁性粉末間存在晶界。圖3B所示影像中，於晶界的大部分存在氧化鐵。圖3C所示影像中，存在於晶界的氧化鐵較少。由圖3B及圖3C可看出於晶界處，氧化鐵自鐵基軟磁性粉末的表面側朝向晶界中央逐漸埋入的景象。

＜熱處理溫度與機械特性＞ 表4A之No.1~4表示使用絕緣膜由有機系聚矽氧被膜所構成，或者由無機系磷酸被膜所構成的單層絕緣層之鐵粉材料的比較例。圖4中，係將使用絕緣膜為聚矽氧被膜單層的鐵基軟磁性粉末而得之燒結體的熱處理溫度與抗折強度之關係性以空白三角形(△)表示。又，將使用磷酸系被膜單層的鐵基軟磁性粉末而得之燒結體(表4之No.2~4)的熱處理溫度與抗折強度之關係以空白四邊形(◇)表示，將No.2~4的熱處理溫度與抗折強度之相關線以虛線表示。

表4A之No.8~19之燒結體係使用絕緣膜為無機系磷酸被膜與其上之有機系聚矽氧被膜之二層構造的鐵粉材料，且設熱處理時間為120分鐘，且使熱處理時間在450℃至650℃之間變化而得之燒結體。圖4中，將表4之No.8~19的熱處理溫度與抗折強度之關係以黑圓點(●)表示。又，圖4中，將表4之No.8~19的熱處理溫度與抗折強度之相關線以實線表示。

由圖4可獲知以下事實。 當絕緣膜為二層構造時，由No.8~19(●)與其相關線可知，隨著熱處理溫度提升，抗折強度增加，自熱處理溫度460℃附近，抗折強度為100MPa以上，於熱處理溫度為480℃~530℃附近，抗折強度為110MPa以上而極高。熱處理溫度超過540℃附近，抗折強度漸減，而在熱處理溫度為600℃附近前抗折強度為100MPa以上。

此外，熱處理溫度未達460℃時，氧化鐵未能充分成長，推測例如如圖3C所示影像般，與熱處理時間較短時相同，晶界幾乎未被氧化鐵埋沒。因此，熱處理溫度未達460℃時，研判非為高抗折強度。

由上所述可知，為使抗折強度高於習知壓粉磁心，較佳將熱處理溫度定為460℃以上且未達600℃。例如，可將熱處理溫度定為460℃以上590℃。又，藉由將熱處理溫度定為480℃以上530℃以下，可獲得抗折強度為110MPa以上的高強度燒結體而更佳。

另一方面，可知若為絕緣層單層(磷酸系被膜單層)時，於熱處理溫度為475℃以上，隨著熱處理溫度提升，抗折強度會急遽降低。研判若為磷酸系被膜單層與有機系聚矽氧被膜單層時，比起絕緣膜為二層構造時，可獲得高強度燒結體之溫度範圍均較小。推測這是因為，若為絕緣層單層時，絕緣被膜因加熱而分解，隨之發生剝離或因除氣導致晶界空隙量增加，使得抗折強度降低所致。

＜熱處理溫度與磁特性＞ 磁特性的評估，一般為作成環狀之試片而進行繞線之方法，惟此方法需要多個試片。諸如下述所說明，由於可由頻率不同之電感的變化比例(下稱「ΔL」)容易地獲得鐵損相關資訊，故此處便使用ΔL來評估磁特性。以下，在說明熱處理溫度與磁特性之關係前，茲就ΔL加以說明。

電感L係以下式表示：

電感L為磁導率μ的函數。設線圈的匝數為N、線圈的剖面積為S時，當N ²乘以S的絕對值所得之值與繞線的長度l相等時，由上述數學式l，電感L係等同於測定磁導率μ。磁導率μ、磁場(激發磁場)H與磁通密度B之間有下式之關係。

激發磁場H與磁通密度B係以下式表示：

於此，H ₀為真空中的激發磁場，B ₀為真空中的磁通密度，j為複數(√-1)，ω為勵磁角頻率，t為時間，δ為交流電場中磁通密度相對於激發磁場的延遲。 由上述數學式3、數學式4及數學式5，交流磁導率(複磁導率)係以下式表示：

於此，δ表示磁通密度的延遲，即表示損失。從而，藉由測定低頻(100Hz)電感L與高頻(100kHz)電感L並求出其變化(ΔL)，可間接地測定鐵損的大小。

為了由ΔL評估磁特性，而探討ΔL與鐵損之關係及電阻與鐵損之關係。圖5示出ΔL、鐵損與電阻的關聯性。ΔL愈大，電阻愈低。電阻愈低表示絕緣性愈不良，故為鐵損較高之結果。為了使磁特性高於習知軋製磁心，宜使鐵損成為40W/kg以下；為使鐵損成為40W/kg以下，由圖5可判斷為宜使ΔL成為5%以下。

表4B示出表4A之No.1~19之鐵基燒結體的ΔL及電阻。又，表4B示出No.1~4、8~9、11~14的鐵損及磁通密度。表4B之No.1~19的ΔL與電阻係使用與表4A相同的燒結體來測定。又，鐵損與磁通密度係使用與表4A之No.1~19之燒結體相同的鐵基軟磁性粉末，鐵損係磁通密度為1T、頻率為400Hz時的鐵損。

圖6中，將表4之No.8~16的熱處理溫度與ΔL值之關係以黑圓點(●)表示，將No.8、No.9、No.11~14的熱處理溫度與鐵損之關係以黑三角形(▲)表示。甚而，圖6中，作為參考，將表4之No.2~4之使用絕緣膜為磷酸系被膜單層的鐵基軟磁性粉末而得之燒結體的熱處理溫度與ΔL值之關係以空白圓點(○)表示，同樣地將表4之No.2~4之使用絕緣膜為磷酸系被膜單層的鐵基軟磁性粉末而得之燒結體的熱處理溫度與鐵損之關係以空白三角形(△)表示。

由圖6可知以下事實。 使用絕緣膜為磷酸系被膜單層的鐵基軟磁性粉末的燒結體，可知由熱處理溫度與ΔL值之關係(○)，於熱處理溫度約450℃以上，隨著熱處理溫度提升，ΔL增加。根據圖5，ΔL愈大，則電阻愈低。電阻愈低，意喻絕緣性愈不良。使用絕緣膜為磷酸系被膜單層的鐵基軟磁性粉末的燒結體，於熱處理溫度約450℃以上，因熱歷程而破壞絕緣膜，研判絕緣性變差，而研判鐵損較高。於圖6中，熱處理溫度為470℃，ΔL超過5%，鐵損高達約50W/kg。熱處理溫度超過470℃，因ΔL變得更大，研判鐵損亦會增大。

於此，由圖4可知，使用絕緣層為二層構造之鐵基軟磁性粉末時，為使抗折強度高於習知壓粉磁心，宜將熱處理溫度定為460℃以上且未達600℃；而使用絕緣膜為磷酸系被膜單層的鐵基軟磁性粉末時，將熱處理溫度定為460℃以上時，根據上述，ΔL超過5%，鐵損高達約50W/kg，隨著熱處理溫度提升，研判鐵損亦增大。從而，使用絕緣膜為磷酸系被膜單層的鐵基軟磁性粉末時，將水蒸氣熱處理的熱處理溫度定為460℃以上且未達600℃時，研判可獲得低磁特性的燒結體。

另一方面，使用形成有二層構造之絕緣膜的鐵基軟磁性粉末的本發明之燒結體，由圖6可考察出以下事實。 由熱處理溫度與ΔL之關係(●)可知，隨著熱處理溫度提升，ΔL雖增加，但熱處理溫度600℃未達(例如590℃)時，ΔL的增加量較小。又，熱處理溫度未達600℃時，ΔL為5%以下。由此研判，絕緣膜為二層構造時，將熱處理溫度定為未達600℃時，絕緣膜較未被破壞，研判絕緣性較不會降低。此外，熱處理溫度未達600℃時，絕緣性雖較未降低，但因絕緣性緩緩降低，研判鐵損增加，但由圖6的熱處理溫度與鐵損之關係(▲)可知，隨著熱處理溫度提升，鐵損減少。研判可藉由熱處理而去除鐵基軟磁性粉末中的缺陷，而於本發明中，隨著熱處理溫度提升，鐵基軟磁性粉末中的缺陷去除量增加，再加上絕緣性較未降低所影響，隨著熱處理溫度提升，研判鐵損減少。由此可知，使用形成有二層構造之絕緣膜的鐵基軟磁性粉末時，將水蒸氣熱處理的熱處理溫度定為未達600℃(例如未達590℃)時，研判可獲得高磁特性的鐵基燒結體。

由圖4可知，使用絕緣層為二層構造之鐵基軟磁性粉末時，為使抗折強度高於習知壓粉磁心，宜將熱處理溫度定為460℃以上且未達600℃。使用絕緣膜為二層構造之鐵基軟磁性粉末時，根據上述，將熱處理溫度定為未達600℃時，ΔL為5%以下，隨著熱處理溫度提升，鐵損變小。從而，使用絕緣膜為二層構造之鐵基軟磁性粉末時，藉由將水蒸氣熱處理的熱處理溫度定為460℃以上且未達600℃(例如460℃以上590℃以下)，研判可獲得機械特性及磁特性高的燒結體。

＜磷酸系被膜厚度＞ 表4B之No.10とNo.17~19之燒結體係設熱處理溫度為500℃，且使磷酸系被膜厚度(於表4B中表示為「磷酸被膜」)於60nm至25nm之間變化而得的燒結體。由No.10與No.17~19之磷酸系被膜厚度(磷酸被膜厚度)與ΔL，當磷酸系被膜厚度(磷酸被膜厚度)為40nm以下時，ΔL超過5%。由此研判，當磷酸系被膜厚度(磷酸被膜厚度)為40nm以下時，絕緣不充分，磁特性較低。因此，磷酸系被膜厚度較佳為50nm以上。

(實驗4) 依表5所示條件，使用絕緣膜為二層構造之鐵基軟磁性粉末，製作抗折強度為100MPa以上之鐵基燒結體(高強度材料)與抗折強度未達100MPa之鐵基燒結體(低強度材料)，並探討晶界的狀態。於此，係使用形成有磷酸被膜(厚度60nm)且於其上形成有聚矽氧樹脂被膜(厚度100nm)的鐵基軟磁性粉末，潤滑劑係使用硬脂酸醯胺(0.25質量%)與氧化鋅(0.05質量%)。又，使用絕緣膜為磷酸系被膜單層構造之鐵基軟磁性粉末，製作鐵基燒結體。於此，係使用形成有磷酸被膜(厚度60nm)的鐵基軟磁性粉末，潤滑劑係使用硬脂酸醯胺(0.4質量%)。表5示出鐵基燒結體之製作條件與晶界的狀態。

表5之「形成於晶界之氧化物的種類與量」係根據X光繞射法(XRD)所測得的值。 表5之「晶界的空隙率」係由以可拍到2個以上鐵粉粒子相靠近之晶界剖面的方式，以倍率2,000倍(測定範圍：長43μm×寬64μm之區域)所設得之燒結體之剖面的SEM影像，根據以下程序求得。 圖7A示出燒結體之剖面的SEM影像(原影像)的一例。圖7B示出晶界全體經著色的圖。例如，由圖7A所示燒結體之剖面的SEM影像(原影像)算出「晶界的空隙率」時，係藉由影像解析，由圖7B求出晶界(著色部分)的面積(晶界面積)。於圖7C中，係將晶界的空隙(存在氧化鐵的部分)著色。藉由影像解析，由圖7C求出晶界的空隙(著色部分)的面積(空隙面積)。表5之「晶界的空隙率」係由(空隙面積/晶界面積)×100[單位：%]算出。表5之「晶界之氧化鐵的存在率」係由100-晶界的空隙率[單位：%]算出。

如表5所示，使用絕緣膜為二層構造之鐵基軟磁性粉末的高強度材料(以下有簡稱為「高強度材料」)，其「晶界之氧化鐵的存在率」為58%。使用絕緣膜為二層構造之鐵基軟磁性粉末的低強度材料(以下有簡稱為「低強度材料」)，其「晶界之氧化鐵的存在率」則為49%。高強度材料與低強度材料其「晶界之氧化鐵的存在率」不同的原因，研判為在水蒸氣中的熱處理所生成之氧化鐵的種類與絕緣膜的分解。 此外，使用絕緣膜為單層構造之鐵基軟磁性粉末的鐵基燒結體，其「晶界之氧化鐵的存在率」為39%。

圖8A示出高強度材料之晶界的剖面SEM影像。圖8B示出低強度材料之晶界的剖面SEM影像。於圖8A及圖8B中，為了比較晶界的氧化物，而示出氧化物經放大後之影像。可確認由高強度材料，於晶界僅檢測出1種氧化物(Fe ₃O ₄)；由圖8A之影像，於晶界緻密地形成有氧化物(Fe ₃O ₄)。又，可確認在鐵基軟磁性粉末的界面部分，絕緣膜均等地形成。

另一方面，由低強度材料，於晶界檢測出2種氧化物(Fe ₃O ₄與FeO)。由圖8B之影像，可確認氧化物產生多條裂痕。研判這是因為，因2種氧化物的密度不同而產生應變，使晶界的氧化物內產生裂痕。推測其會導致強度降低。可知裂痕較多的氧化物不利於鐵基軟磁性粉末彼此的結合。

圖9示出圖8B所示部分之部分區域的TEM-EDX映射像(TEM：穿透式電子顯微鏡，EDX：能量色散X射線光譜法)。由圖9可知，於鐵基軟磁性粉末的界面部分發生絕緣膜的剝離。又，由根據TEM-EDX映射之元素分析，於粉末界面附近，部分檢測出被覆源自鐵基磁性粉末之第一層磷酸系被膜的磷(P)。再者，由整個晶界氧化物區域檢測出源自第二層聚矽氧樹脂被膜的矽(Si)。由此研判，被覆鐵基軟磁性粉末之磷酸系被膜因水蒸氣熱處理而分解而遭破壞。又，研判第二層聚矽氧樹脂被膜因水蒸氣熱處理而全被分解。此二層絕緣膜分解時，推測產生了CO ₂、CO、H ₂O等氣體，由此在鐵基軟磁性粉末的大部分界面絕緣膜發生剝離，研判導致強度降低。

圖10示出表5所示燒結體之抗折強度與晶界的空隙率之關係。又，圖10示出抗折強度與晶界的空隙率之相關線。由圖10研判，晶界的空隙率為42%以下時，抗折強度為100MPa以上。晶界的空隙率為42%以下時，晶界之氧化鐵的存在率為58%以上。 由上所述，研判鐵基燒結體中之晶界之氧化鐵的存在率為58%以上時，鐵基燒結體係抗折強度為100MPa以上的高強度燒結體。

由以上可知，於水蒸氣熱處理之際，藉由將熱處理溫度定為未達600℃，可獲得晶界之氧化鐵的存在率為58%以上且抗折強度為100MPa之高機械特性的鐵基燒結體。

以上已基於實施例說明本發明實施形態，惟其具體構成應考量非限定於此等實施形態。本發明之範圍非為上述說明，而由申請專利範圍表示，包含與申請專利範圍等效之意義及範圍內的所有變更。

[圖1A]為本發明之鐵基燒結體之剖面的掃描電子顯微鏡影像的一例。 [圖1B]為本發明之鐵基燒結體之剖面的掃描電子顯微鏡影像的一例。 [圖2]為表示熱處理時間與抗折強度之關係的圖。 [圖3A]為鐵基燒結體之剖面的掃描電子顯微鏡影像。 [圖3B]為鐵基燒結體之剖面的掃描電子顯微鏡影像。 [圖3C]為鐵基燒結體之剖面的掃描電子顯微鏡影像。 [圖4]為表示熱處理溫度與抗折強度之關係的圖。 [圖5]為表示ΔL、電阻與鐵損之關係的圖。 [圖6]為表示熱處理溫度、ΔL與鐵損之關係的圖。 [圖7A]為鐵基燒結體之剖面的掃描電子顯微鏡影像。 [圖7B]為鐵基燒結體之剖面的掃描電子顯微鏡影像，係將晶界著色的影像。 [圖7C]為鐵基燒結體之剖面的掃描電子顯微鏡影像，係將晶界的空隙著色的影像。 [圖8A]為鐵基燒結體(高強度材料)之剖面的掃描電子顯微鏡影像。 [圖8B]為鐵基燒結體(低強度材料)之剖面的掃描電子顯微鏡影像。 [圖9]為圖8B所示鐵基燒結體之部分區域的TEM-EDX映射像。 [圖10]為表示抗折強度與晶界的空隙率之關係的圖。

Claims (7)

1. 一種鐵基燒結體製造用之混合物，其特徵為包含： 鐵基軟磁性粉末，係表面經磷酸系被膜被覆，且前述磷酸系被膜的表面經聚矽氧樹脂被膜被覆者； 硬脂酸醯胺；及 無機固體潤滑劑。
2. 一種鐵基燒結體，其係藉由將如請求項1之前述混合物的成形體於水蒸氣中進行熱處理而得之鐵基燒結體，其特徵為： 具有鐵基軟磁性粉末與氧化鐵，該鐵基軟磁性粉末係表面形成有磷酸系被膜，且前述磷酸系被膜的表面形成有聚矽氧樹脂被膜者，該氧化鐵係存在於前述鐵基軟磁性粉末間之晶界， 前述氧化鐵係存在於前述晶界的58%以上。
3. 如請求項2之鐵基燒結體，其中抗折強度為100MPa以上。
4. 一種鐵基燒結體之製造方法，其特徵為包含： 成形步驟，係將包含鐵基軟磁性粉末、硬脂酸醯胺及無機固體潤滑劑的混合物成形，其中該鐵基軟磁性粉末係表面經磷酸系被膜被覆，且前述磷酸系被膜的表面經聚矽氧樹脂被膜被覆者；及 熱處理步驟，係將前述成形步驟中所得之成形體於水蒸氣中進行熱處理。
5. 如請求項4之鐵基燒結體之製造方法，其中在前述熱處理步驟中，係將前述成形體於水蒸氣中，以460℃以上且未達600℃下進行熱處理。
6. 如請求項4或5之鐵基燒結體之製造方法，其中在前述熱處理步驟中，係將前述成形體於水蒸氣中，以30分鐘以上300分鐘以下進行熱處理。
7. 如請求項4或5之鐵基燒結體之製造方法，其中， 藉由前述熱處理步驟而得之鐵基燒結體中，於前述鐵基軟磁性粉末間之晶界存在氧化鐵， 前述氧化鐵係存在於前述晶界的58%以上。

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