WO2019107926A2 - 자석 분말의 제조 방법 및 자석 불말 - Google Patents

자석 분말의 제조 방법 및 자석 불말 Download PDF

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    • H01F1/057Alloys characterised by their composition containing rare earth metals and magnetic transition metals, e.g. SmCo5 and IIIa elements, e.g. Nd2Fe14B
    • H01F1/0571Alloys characterised by their composition containing rare earth metals and magnetic transition metals, e.g. SmCo5 and IIIa elements, e.g. Nd2Fe14B in the form of particles, e.g. rapid quenched powders or ribbon flakes
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    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2999/00Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy

Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing a magnet powder and a magnet powder. More specifically, the present invention relates to a method for producing an Nd2Fe14B- based alloy powder and an Nd2Fe14B- based alloy powder.
  • the NdFeB magnet is a permanent magnet having a composition of Nd , which is a rare earth element, and Nd2Fe14B , which is a compound of iron and boron (B). It has been used for 15 years as a general purpose permanent magnet for 30 years after it was developed in 1983.
  • NdFeB magnets are used in various fields such as electronic information, automobile industry, medical equipment, energy, and traffic. Especially, it is used in products such as machine tools, electronic information devices, household electric appliances, mobile phones, robot motors, wind power generators, small motors for automobiles, and driving motors in accordance with the recent lightweight and miniaturization trend.
  • N dFeB based magnet Typical Preparation of 20 N dFeB based magnet is known a s trip / mold c asting or me lt s pinning method based on the magnet powder metallurgy method.
  • N d, iron, boron (B ) Is melted through heating to produce an ingot, the crystal grains are coarsely pulverized, and microparticles are produced through a finer process. This is repeated to obtain a powder and subjected to a pressing process and a sintering process under a magnetic field to produce an anisotropic sintered magnet.
  • the me lt spinning method is a method of spinning the metal elements, which is then poured into a rapidly rotating w heel , quenched by jet milling, blended with a polymer to form a bonded magnet, or pressed into a magnet.
  • the present invention is intended to provide a method for producing a magnetic powder 5 in which the pulverizing step is omitted and the reaction time is shortened, and a magnet powder produced by such a method. More specifically, to provide a 2Fe14B Nd-based alloy powder, including a method and an anisotropic crystal grains of the Nd-based alloy powder 2Fe14B.
  • the manufacturing method of the magnetic powder according to an embodiment of the present invention to solve the above problems by adding and mixing the calcium in a mixture of neodymium boron iron oxide to prepare a first mixture wherein the primary mixture to prepare a second mixture to spread a 31 ⁇ 011) silica sand ((3311] 2 (1): step, the three-phase mixture above the car seat carbon 0 to a mixture of an alkali metal to the second mixture to prepare a third mixture,
  • a third mixture content of the alkali metal may be 1% to 20 ⁇ ⁇ %.
  • the magnet powder prepared above may be an alloy.
  • the tertiary mixture to 800 ° 0: or the heating time in the step of heating at a temperature of (2) may be 10 minutes to 6 hours.
  • the first mixture may be further include a metal fluoride.
  • the metal fluoride may be at least one selected from the group consisting of 25, with an alkali metal alkaline earth metal and a transition metal fluoride.
  • metal fluorides selected from the group consisting of metals.
  • step 30 one selected from the group consisting of Group 1 elements, Group 2 elements and transition metals 2019/107926 1 » (: 1 ⁇ ⁇ 2018/014846
  • the magnet powder prepared above may contain beadotropic crystal grains.
  • the magnet powder in accordance with one embodiment of the present invention includes a mixture of neodymium boron iron oxide to prepare a first mixture by adding and mixing the calcium to the primary mixture in step, said second mixture to prepare a second mixture after a mixture of an alkali metal to prepare a third mixture and spread a sheet of carbon carbon sheet) over the third mixture raising the silica sand Si0 sand) is made of a step of heating at a temperature of 800 ° C to 1100C.
  • the magnet powder may include beadotropic crystal grains.
  • the method of manufacturing the magnet powder according to the present embodiment can omit the grinding step and shortens the reaction time and is economical.
  • the magnet powder according to this embodiment may include beotropic crystal grains.
  • FIG. 1 shows XRD patterns of the magnet powders prepared in Examples 1 to 7 of the present invention.
  • Fig. 2 shows magnetization hysteresis curves of the magnet powders prepared in Examples 1 to 7.
  • Fig. 3 shows magnetization hysteresis curves of the magnet powders prepared in Examples 1 to 7.
  • PSD 5 particle size analysis (PSA) data of the magnet powder prepared in Examples 1, 2 and 4.
  • the manufacturing method of the magnet powder according to this embodiment may be a manufacturing method of the Nd2Fe14B magnet powder. That is, the manufacturing method 5 of the magnet powder according to this embodiment may be a method of manufacturing the Nd2Fe14B- based alloy powder.
  • the Nd2Fei4B alloy powder is a permanent magnet and may also be referred to as a neodymium magnet.
  • the production method is a method of forming the N d2Fei4B 15 alloy powder by a reduction and diffusion of the raw materials from neodymium oxide, boron, the temperature of the mixture of raw materials such as iron and 800 to 11 O C 00 O C.
  • the molar ratio of neodymium oxide, boron and iron in the mixture of neodymium oxide, boron and iron can be between 1: 14: 1 and 1.5: 14: 1.
  • Neodymium oxide, boron and iron are raw materials for producing Nd2FeuB magnet powder, and when the molar ratio is satisfied, Nd2Fei4B alloy powder can be produced with high yield.
  • N d Ten thousand and one molar ratio of 1: 14: by N d the amount of transient or more 1: 1 N d2Fei4B composition of the main phase is 20 or play, N d rich there is a problem in that the grain boundary phase is formed thereon, the molar ratio is 1.5 or less: 14 , There is a problem that the reduced N d remains and the remaining N d in the post- treatment process changes to N d (OH) 3 or N dH2
  • mixing the fluoride of the metal may include the step of mixing 0.1 to 0.2 mol % .
  • Fluorides of these metals are alkali metals, alkaline earth metals, transition metals and other metals 2019/107926 1 » (: 1 ⁇ ⁇ 2018/014846
  • neodymium oxide, boron, iron in the step of preparing a first mixture wherein the first mixture is a group 1 element and a transition metal element consisting of a Group 2
  • the calcium may be reduced most.
  • the alkali metal may be at least one selected from the group consisting of Ni, X, 1, 4 , and 0 .
  • Such an alkali metal induces the formation of anisotropic crystal grains inside the sintered magnet when sintering the magnet powder. Therefore, it is possible to optimize the magnetocrystalline anisotropy of the sintered magnet 15.
  • the magnet powder is prepared by a reduction-diffusion method without alkali metal, the produced magnet powder has an irregular or isotropic shape. Therefore, it is difficult to induce anisotropic crystal grains inside the sintered magnet, which is a limit to optimize the anisotropy of magnetization of the sintered magnet.
  • And control particle size and agglomeration are possible to control particle size and agglomeration.
  • the aggregation of the powder 6 locally caused by a raw material N d203, 6, F e limits of the dry powder mixture during the synthesis. Also, at high temperature synthesis, coagulation and grain growth due to atomic transfer occurs between the six powders. However, when an alkali metal having a low melting point is used together with the alkali metal as in the twenty-fifth embodiment of the present invention, the alkali metal interrupts the atom movement and facilitates particle separation. Thus, the magnet powder can be made into fine particles.
  • spherical particles having a size of 1 to 2 which can reduce the size of the powder particles and form spherical particles when the alkali metal is added.
  • the content of the alkali metal may be 1 % to 20 % . 2019/107926 1 » (: 1 ⁇ ⁇ 2018/014846
  • Preferably it is in good shape and agglomeration control when 3wt% to 7wt%.
  • the alkali metal in the case when the content of alkali metal is less than lwt%, and may not be in good shape and agglomeration control, and 20wt% content of more than fair Steam may be generated and it may be difficult to process before and after the process.
  • the step of heating the mixture to a temperature of 800 C to 1100 C may be performed under an inert gas atmosphere for 10 minutes to 6 hours.
  • the heating time is less than 10 minutes, the metal powder is not sufficiently synthesized. If the heating time is more than 6 hours, the size of the metal powder becomes large and there may be a problem that the primary particles are bundled together.
  • the magnet powder thus produced can be Nd2Fe14B .
  • the size of the prepared magnet powder may be 0.5 m to 10 mm .
  • the size of the magnet powder prepared according to an embodiment may be 0.5 m to 5 mm .
  • the magnet powder thus produced contains bipolar crystal grains. Therefore, when the magnet powder is sintered, the magnetocrystalline anisotropy of the sintered magnet can be optimized.
  • the Nd2Fe14B alloy powder is obtained by subjecting the mass to coarsely crushing, hydrogen fracturing and the like.
  • the Nd2Fei4B alloy powder is formed by reduction and diffusion of raw materials at a temperature of 800 ° C to 1100 ° C. At this stage, since the size of the alloy powder is formed in units of several hundreds of micrometers, no separate milling step is required. 2019/107926 1 » (: 1 ⁇ ⁇ 2018/014846
  • the size of the magnet powder produced in the present embodiment may be 0.5 pm to 10 min.
  • the magnet powder according to one embodiment of the present invention can be manufactured by the above-described manufacturing method. ( 10)
  • the magnet powder according to the present embodiment includes Nd2FeB , Size of 0.5 to 10 , and may include anisotropic grains.
  • the sample was ground to a powder, and the by - product, Ca, was removed by using NH4N03-Me0H solution (or NH4Cl-MeOH solution or NH4Ac-MeOH solution) Followed by vacuum drying. Then, 0.2 g of SbF 3 was dissolved in methanol to prepare a solution. The resulting powder was put into a container of arbitrary shape, and a ball for ball mill was added. The powder was pulverized using a Turbula mixer, followed by washing with acetone Followed by vacuum drying.
  • Nd 203 Add 8682 g of B, 0.2101 g of B, and 13.6742 g of Fe in a uniformly mixed sample using a paint shaker. Add powder of Na2K 0.730 g and Ca 3.6742 g, and re-add using a paint shaker again. The mixture is taped in SUS and reacted and post-treated by the method described in Example 1).
  • Example 4 Addition of CaF 2 + Li
  • Nd 203 6.8682 g, B 0.2101 g, Fe 13.6742 g and CaF 2 0.3035 g were homogeneously mixed using a paint shaker.
  • 0.7230 g of NaK and 3.6742 g of Ca 2019/107926 1 » (: 1 ⁇ ⁇ 2018/014846
  • the mixture is placed in an SUS tube and ta pping is performed in the same manner as described in Example 1), followed by post-treatment.
  • Example 8 Addition of Al + NaK mixture + progress of sintering (NdH 2 )
  • the Nd 203 6.8682 g, B 0.2101 g , Fe 13.6742 g, Cu 0.0617g, A1 0.042 g the paint shaker to paint shaker in a uniformly mixed sample into an additional powder mixture of NaK 0.7230 g and 3.6742 g Ca again using the And remarried.
  • the mixture is placed in an SUS tube and ta pumping is carried out in the same manner as described in Example 1), followed by primary washing. After that, the powder is put into a NH 4 NO 3 -MeOH solution, followed by pulverization-washing using a Turbula mixer, followed by secondary washing with methanol, washing with acetone, and vacuum drying.
  • Example 9 Sintering of the powder prepared in Example 3 It was sintered for 2 hours at: 2019/107926 1 »(1 ⁇ 1 ⁇ 2018/014846 Example 3) by using a powder prepared in the powder 3 for orienting the use of a vacuum sintering 1040 (.
  • Comparative Example 2 Sintering of the powder prepared in Comparative Example 1
  • Example 1 shows a hysteresis curve a partially enlarged by two for a hysteresis curve of a magnetic powder prepared 2 from to 7 in Figure 3.
  • the check 15 producing a hysteresis curve of the magnetic powder with the result could.
  • Evaluation Example 3 Image of an injection transcription microscope
  • the sieved magnet 14 of the sintered magnet prepared in Example 9 was measured and the result thereof was shown in Figure 8.
  • the sintered magnets prepared in Comparative Example 2 were measured for: 6-11 and the results are shown in Figure 8 was exhibited. This could be confirmed that, the sintered magnets prepared in example 9 improved properties than sintered magnets prepared in Comparative example 2 5.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 자석 분말의 제조 방법은 산화네오디뮴, 붕소, 철을 혼합하여 1차 혼합물을 제조하는 단계, 상기 1차 혼합물에 칼슘을 첨가 및 혼합하여 2차 혼합물을 제조하는 단계, 상기 2차 혼합물에 알칼리 금속을 혼합하여 3차 혼합물을 제조하는 단계, 상기 3차 혼합물 위에 탄소 시트(carbon sheet)를 깔고 실리카 샌드(SiO2 sand)를 올린 후 800°C 내지 1100°C의 온도에서 가열하는 단계를 포함한다.

Description

2019/107926 1»(:1^1{2018/014846
【발명의 명칭】
자석 분말의 제조방법 및자석 분말
【기술분야】
관련출원 (들)과의 상호인용
5 본출원은 2017년 11월 28일자한국특허 출원제 10-2017-0160639 호 및 2018년 11월 27일자 한국 특허 출원 제 10-2018-0148565호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원들의 문헌에 개시된 모든내용은본명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 자석 분말의 제조 방법 및 자석 분말에 대한 것이다. 보다 10 구체적으로, Nd2Fe14B계 합금분말의 제조방법 및, Nd2Fe14B계 합금분말에 대한것이다.
【발명의 배경이 되는기술】
NdFeB계 자석은 희토류 원소인 Nd 및 철, 붕소 (B)의 화합물인 Nd2Fe14B의 조성을 갖는 영구자석으로서, 1983년 개발된 이후에 30년 동안 15 범용영구자석으로사용되어 왔다. 이러한 NdFeB계 자석은전자정보,자동차 공업, 의료 기기, 에너지, 교통 등 여러 분야에서 쓰인다. 특히 최근 경량, 소형화추세에 맞춰서 공작기기, 전자정보기기,가전용전자제품,휴대 전화, 로봇용 모터, 풍력 발전기, 자동차용 소형 모터 및 구동 모터 등의 제품에 사용되고있다.
20 NdFeB계 자석의 일반적인 제조는 자석 분말 야금법에 기초한 s trip/ mold casting또는 melt spinning방법이 알려져 있다.먼저, s trip/ mold casting 방법의 경우, Nd, 철, 붕소 (B) 등의 금속을 가열을 통해 용융시켜 잉곳을 제조하고, 결정립 입자를 조분쇄하고, 미세화 공정을 통해 마이크로 입자를 제조하는 공정이다. 이를 반복하여, 분말을 수득하고, 자기장하에서 25 pressingsintering과정을거쳐 비등방성 소결자석을제조하게된다.
또한, melt spinning 방법은 금속 원소들을 용융시킨 후, 빠른 속도로 회전하는 wheel에 부어서 급냉하고,제트밀링 분쇄후,고분자로블렌딩 하여 본드자석으로형성하거나,프레싱 하여 자석으로제조한다.
그러나, 이러한방법들은모두분쇄 과정이 필수적으로요구되며, 분쇄 30 과정이 시간이 오래 소요되고, 분쇄 후 분말의 표면을 코팅하는 공정이 2019/107926 1»(:1^1{2018/014846
요구되는문제점이 있다.
【발명의 내용】
【해결하려는과제】
본 기재는 분쇄 공정을 생략하고 반응시간을 단축시킨 자석 분말의 5 제조 방법 및 이러한 방법으로 제조된 자석 분말을 제공하고자 한다. 보다 구체적으로, Nd2Fe14B계 합금 분말의 제조 방법 및 비등방성 결정립을 포함하는 Nd2Fe14B계합금분말을제공하고자한다.
【과제의 해결수단】
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 자석 분말의 10 제조 방법은 산화네오디뮴 붕소 철을 혼합하여 1차혼합물을 제조하는 단계 상기 1차 혼합물에 칼슘을 첨가 및 혼합하여 2차 혼합물을 제조하는 단계, 상기 2차혼합물에 알칼리 금속을혼합하여 3차혼합물을제조하는단계 상기 3차 혼합물 위에 탄소 시트0:31011 )를 깔고 실라카 샌드( (〕2 3311(1)를
Figure imgf000004_0001
하나 이상일 수 있다.
상기 2차 혼합물에 알칼리 금속을 혼합하여 3차 혼합물을 제조하는 단계에서 상기 알칼리 금속의 함량은 1^%내지 20^%일 수 있다.
상기 제조된 자석 분말은 션 요일 수 있다.
20 상기 3차혼합물을 800°0내지 :나⑵ 의 온도에서 가열하는 단계에서 상기 가열 시간은 10분내지 6시간일 수 있다.
상기 산화네오디뮴 붕소 철을 혼합하여 1차 혼합물을 제조하는 단계에서, 상기 1차혼합물은금속불화물을더 포함할수 있다.
상기 금속 불화물은 알칼리금속 알칼리토금속 및 전이금속 불화물로 25 이루어진 군에서 선택되는하나 이상일 수 있다.
Figure imgf000004_0002
및 民로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 금속 불화물을 포함할 수 있다.
상기 산화네오디뮴, 붕소 철을 혼합하여 1차 혼합물을 제조하는
30 단계에서, 1족원소, 2족원소 및 전이금속으로 이루어진 군에서 선택되는하나 2019/107926 1»(:1^1{2018/014846
이상을더 포함할수 있다.
상기 제조된 자석 분말은비등방성 결정립을포함할수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자석 분말은 산화네오디뮴 붕소 철을 혼합하여 1차 혼합물을 제조하는 단계, 상기 1차 혼합물에 칼슘을 첨가 및 혼합하여 2차 혼합물을 제조하는 단계, 상기 2차 혼합물에 알칼리 금속을 혼합하여 3차 혼합물을 제조하는 단계, 상기 3차 혼합물 위에 탄소 시트carbon sheet)를 깔고 실리카 샌드Si0 sand)를 올린 후 800°C 내지 1100C의 온도에서 가열하는단계로 제조된다.
상기 자석 분말은비등방성 결정립을포함할수 있다.
【발명의 효과】
이상과 같이 본 실시예에 따른 자석 분말의 제조 방법은 분쇄 공정을 생략할 수 있고 반응시간이 단축되어 경제적이다.또한, 본 실시예에 따른 자석 분말은비등방성 결정립을포함할수 있다.
【도면의 간단한설명】
1은 본 발명의 실시예 1 내지 7에서 제조한 자석 분말의 XRD 패턴을나타낸 것이다.
2는 실시예 1 내지 7에서 제조한 자석 분말의 자화이력곡선을 나타낸 것이다.
3은 실시예 1 내지 7에서 제조한 자석 분말의 자화이력곡선을 나타낸 것이다.
4는 실시예 1 내지 7에서 제조한 자석 분말의 주사 전자 현미경 이미지이다.
도 5는실시예 1, 2, 및 4에서 제조한자석 분말의 PSA(Particle size analysis) 데이터이다.
6는 실시예 8에서 제조된 소결 자석의 B-H를 측정하고 그 결과를 나타낸 것이다.
7은 비교예 1에서 제조된 자석 분말의 주사 전자 현미경 이미지이다.
8은 비교예 2에서 제조된 소결 자석의 B-H를 측정하고 그 결과를 나타낸 것이다. 2019/107926 1»(:1^1{2018/014846
【발명을실시하기 위한구체적인내용】
이제 본 기재의 실시예에 따른 자석 분말의 제조 방법에 대하여 상세하게 설명한다. 본 실시예에 따른 자석 분말의 제조 방법은, Nd2Fe14B 자석 분말의 제조방법일 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 자석 분말의 제조 5 방법은 Nd2Fe14B계 합금분말의 제조방법일수 있다. Nd2Fei4B합금분말은 영구자석으로네오디뮴자석이라고지칭하기도한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자석 분말의 제조 방법은 산화네오디뮴, 붕소, 철을혼합하여 1차혼합물을 제조하는단계,상기 1차혼합물에 칼슘을 첨가 및 혼합하여 2차 혼합물을 제조하는 단계, 상기 2차 혼합물에 알칼리 10 금속을 혼합하여 3차 혼합물을 제조하는 단계, 상기 3차 혼합물 위에 탄소 시트 (carbon sheet)를 깔고 실리카 샌드 (SiC>2 sand)를 올린 푸 800OC 내지 1100 OC의 온도에서 가열하는단계를포함한다.
상기 제조 방법은 산화네오디뮴, 붕소, 철과 같은 원재료를 혼합하고 800OC 내지 1100 OC의 온도에서 원재료들의 환원 및 확산에 의해 Nd2Fei4B 15 합금 분말을 형성하는 방법이다. 구체적으로, 산화네오디뮴, 붕소, 철의 혼합물에서 산화네오디뮴, 붕소 및 철의 몰비는 1:14:1 내지 1.5:14:1 사이일 수 있다. 산화네오디뮴, 붕소 및 철은 Nd2FeuB 자석 분말을 제조하기 위한 원재료이며, 상기 몰비를 만족하였을 때 높은 수율로 Nd2Fei4B 합금 분말을 제조할 수 있다. 만일 몰비가 1:14:1 이하인 경우 Nd2Fei4B 주상의 조성이 20 틀어지거나, Nd 리치한 입계상이 미형성되는 문제점이 있고, 상기 몰비가 1.5:14:1 이상인 경우 Nd양의 과도로 인하여 환원된 Nd가 잔존하게 되고, 후단 처리과정에서 남은 Nd가 Nd(0H)3나 NdH2로 바뀌는 문제점이 있을 수 있다
25 상기 산화네오디뮴, 붕소, 철을 혼합하여 1차 혼합물을 제조하는 단계에서,금속의 불화물을혼합하는단계를더 포함할수있다.이때불화물의 함량은 전체 1차 혼합물에 대하여 0.1 내지 0.2 몰%일 수 있다. 이러한 금속의 불화물은 알칼리금속, 알칼리토금속, 전이금속 및 기타 금속
Figure imgf000006_0001
2019/107926 1»(:1^1{2018/014846
이상의 금속불화물 일 수 있다. 또한, 산화네오디뮴, 붕소, 철을 혼합하여 1차 혼합물을 제조하는 단계에서 상기 1차 혼합물은 1족 원소 2족 원소 및 전이금속으로 이루어진
5 군에서 선택되는 하나 이상을 더 포함할 수 있다.일례로, 구리나 알루미늄이 더 첨가될수 있다. 다음, 상기 1차 혼합물에 칼슘을 첨가 및 혼합하여 2차 혼합물을 제조한다.이때 칼슘은환원제일 수 있다.
10
상기 2차 혼합물에 알칼리 금속을 혼합하여 3차 혼합물을 제조한다. 알칼리 금속은니, X, 1¾, 및 0 로 이루어진 군에서 선택되는하나 이상일 수 있다. 이러한 알칼리 금속은 자석 분말을 소결하는 경우에 소결 자석 내부의 비등방성 결정립 형성을 유도한다. 따라서 소결 자석의 자기결정 15 이방성을 최적화할 수 있다. 알칼리 금속을 포함하지 않은 상태에서 환원-확산법으로 자석 분말을 제조하는 경우 제조된 자석 분말은 불규칙하거나 등방성한 형태를 가지게 된다. 따라서 소결 자석 내부의 비등방성 결정립을 유도하기 어렵고 이는 소결 자석의 자기결정 이방성을 최적화하는데 한계점으로 작용한다.그러나 본 실시예에 따른 자석 분말의 20 제조 방법은 알칼리 금속에 의해 자석 분말의 비등방성 결정립을 유도할 수 있고 입자크기 및 응집을제어할수 있다.
또한, 원료물질인 Nd203, 6, Fe분말합성 시 건식 혼합의 한계로 인해 국부적으로 6 분말의 응집이 발생한다. 또한 고온 합성 시 6 분말 간 원자이동으로 인한 응집 및 입자성장이 일어난다. 그러나 본 발명의 일 25 실시예와같이 융점이 낮은 알칼리 금속을 함께 사용하는 경우, 알칼리 금속이 원자 이동을 차단하여 입자 분리가용이해진다 .따라서, 자석 분말을 미립자로 제조할수 있다.
즉, 알칼리 금속 첨가 시 분말 입자의 크기가 줄어들고 구형의 입자가 형성될 수 있으며.분말의 크기가 1~2,인 구형의 입자제조가가능하다.
30 이때 알칼리 금속의 함량은 1^% 내지 20^% 일 수 있다. 2019/107926 1»(:1^1{2018/014846
바람직하게는 3wt% 내지 7wt%일 때 형상 및 응집제어가 양호하다.알칼리 금속의 함량이 lwt% 미만인 경우 형상 및 응집 제어가 양호하지 않을 수 있으며, 함량이 20wt% 이상일 경우 공정에서의 알칼리 금속의 증기가 발생하며 이에 따른공정 전후의 처리가어려울수 있다.
5
상기 3차 혼합물 위에 탄소 시트 (carbon sheet)를 깔고 실리카 샌드 (Si02 sand)를올린후 800 C내지 1100 C의 온도에서 가열한다.실리카 샌드의 사용으로 알칼리 금속 증기를 흡착 (포획)하여 알칼리 금속에 의한 공정장비 오염을통제할수있다. _
10 상기 혼합물을 800 C 내지 1100 C의 온도로 가열하는 단계는, 불활성가스 분위기 하에서, 10분 내지 6시간 동안 수행될 수 있다. 가열 시간이 10분 이하인 경우금속 분말이 충분히 합성되지 못하며, 가열 시간이 6시간 이상인 경우 금속 분말의 크기가 조대해지고 1차 입자들끼리 뭉치는 문제점이 있을수있다.
15 이렇게 제조되는자석 분말은 Nd2Fe14B일 수 있다. 또한, 제조된 자석 분말의 크기는 0.5 m내지 10쌔!일 수 있다.또한, 일 실시예에 따라제조된 자석 분말의 크기는 0.5 m내지 5 _일 수 있다. 또한, 이렇게 제조된 자석 분말은비등방성 결정립을포함한다. 따라서,자석 분말을소결하는경우소결 자석의 자기결정 이방성을최적화할수있다.
20 통상적으로, Nd2Fe14B 합금 분말을 형성하기 위하여는 원재료를
1500°C 내지 2000 C의 고온에서 용융시킨 후 급넁시켜 원재료 덩어리를 형성하고, 이러한 덩어리를 조분쇄 및 수소 파쇄 등을 하여 Nd2Fe14B 합금 분말을수득한다.
그러나 이러한 방법의 경우, 원재료를 용융하기 위한 고온의 온도가 25 필요하고, 이를 다시 냉각 후 분쇄해야 하는 공정이 요구되어 공정 시간이 길고복잡하다.
그러나본 실시에서와 같이 환원-확산방법에 의하여 NdFeB계 분말을 제조하는 경우, 800°C 내지 1100 C의 온도에서 원재료들의 환원 및 확산에 의해 Nd2Fei4B 합금 분말을 형성한다. 이 단계에서, 합금 분말의 크기가 수 30 마이크로미터 단위로 형성되기 때문에, 별도의 분쇄 공정이 필요하지 않다. 2019/107926 1»(:1^1{2018/014846
보다구체적으로,본실시예에서 제조되는자석 분말의 크기는 0.5 pm내지 10 _일 수 있다.특히, 원재료로 사용되는 철 분말의 크기를 조절하여 제조되는 합금분말의 크기를조절할수 있다.
또한, 제조 과정에서 알칼리 금속을 포함하였기 때문에 알칼리 금속에 5 의하여 자석 분말의 비등방성 결정립 형성이 유도된다.따라서 소결 자석의 자기결정 이방성을최적화할수 있다. 그러면 이하에서 일 실시예에 따른 자석 분말에 대하여 설명한다.본 실시예에 따른자석 분말은 앞서 설명한 제조 방법으로 제조될 수 있다.또한, 10 본 실시예에 따른 자석 분말은 Nd2Fe B를 포함하고, 크기가 0.5 _내지 10 이며, 비등방성 결정립을포함할수 있다. 그러면 이하에서 구체적인 실시예를 통하여 본 기재에 따른 자석 분말의 제조방법에 대하여 설명한다
15
실시예 1: Li첨가
Nd2C>3 6.8682 g, B 0.2101 g, Fe 13.6742당을 Ball-Mill, paint shaker를 이용하여 균일하게혼합한샘플에 Ca 3.6742g를추가로넣어 Turbula mixer를 이용하여 재혼합한다. 혼합물을 임의의 모양의 SUS 튜브에 담고 혼합물 20 사이에 Li 0.1416g을넣어준뒤 tapping한혼합물위에 carbon sheet를깔고 실리카샌드(Si02 sand)를올린 후불활성 가스(Ar, He) 분위기에서 920 °C 에서 1 시간동안튜브 전기로 안에서 반응시킨다. 반응이 종료된 후 샘플을 갈아 분말로 만든 다음, NH4N03-Me0H 용액(또는 NH4Cl-MeOH 용액, NH4Ac-MeOH 용액)을 이용하여 부산물인 Ca◦를 제거해 주고 아세톤으로 25 세척하여 1차세정 과정을마무리한다음진공 건조한다. 그후 SbF3 0.2g을 메탄올에 녹여 용액을만든뒤 합성한분말과함께 임의의 모양의 용기에 넣고 ball mill용 ball을넣어 Turbula mixer를이용하여 분말을분쇄한뒤 메탄올로 2차세정한후아세톤으로세척하여 진공건조한다.
30 실시예 2Na첨가 2019/107926 1»(:1^1{2018/014846
Nd203 6.8682 g, B 0.2101 g, Fe 13.6742당을 paint shaker를이용하여 균일하게혼합한샘플에 Ca 3.6742g를추가로넣어 Turbuh mixer를이용하여 재혼합한다. 혼합물을 SUS튜브에 담고혼합물사이에 Na 0.4691g을 넣어준 뒤 tapping하여 실시예 1)에서 제시된방법으로반응시키고후처리를해준다. 실시예 3: NaK혼합물을첨가
Nd203 6.8682 g, B 0.2101 g, Fe 13.6742 g을 paint shaker를이용하여 균일하게 혼합한 샘플에 NaK 0.7230g와 Ca 3.6742g를 섞은 분말을 추가로 넣어 다시 paint shaker를 이용하여 재혼합한다. 혼합물을 SUS에 담아 tapping하여 실시예 1)에서 제시된 방법으로 반응시키고 후처리를 한다. 본 실시예에서 사용되는 NaK는 Na:K=20:80합금으로,상온에서 액체상태이므로 균일하게혼합하는것이 가능하다. 실시예 4: CaF2 + Li첨가
Nd203 6.8682 g, B 0.2101 g, Fe 13.6742 g, CaF2 0.3035g을 paint shaker를 이용하여 균일하게 혼합한 샘플에 Ca 3.6742g를 추가로 넣어
Turbula mixer를 이용하여 재혼합한다. 혼합물을 SUS 튜브에 담고 혼합물 사이에 Li 0.1416g을 넣어준 뒤 tapping하여 실시예 1)에서 제시된 방법으로 반응시키고후처리를해준다. 실시예 5: CaF2 + Na첨가
Nd203 6.8682 g, B 0.2101 g, Fe 13.6742 g, CaF2 0.3035g을 paint shaker를 이용하여 균일하게 혼합한 샘플에 Ca 3.6742g를 추가로 넣어
Turbula mixer를 이용하여 재혼합한다. 혼합물을 SUS 튜브에 담고 혼합물 사이에 Na 0.469 lg을넣어준뒤 tapping하여 실시예 1)에서 제시된 방법으로 반응시키고후처리를해준다. 실시예 6: CaF2 + NaK혼합물첨가
Nd203 6.8682 g, B 0.2101 g, Fe 13.6742 g, CaF2 0.3035g을 paint shaker를 이용하여 균일하게 혼합한 샘플에 NaK 0.7230g와 Ca 3.6742g를 2019/107926 1»(:1^1{2018/014846
Figure imgf000011_0001
후처리를해준다. 실시예 7: LiF + NaK혼합물첨가
Nd203 6.8682 g, B 0.2101 g, Fe 13.6742 g, LiF 0.2065g을 paint shaker를 이용하여 균일하게 혼합한 샘플에 NaK 0.7230g와 Ca 3.6742g를 섞은분말을추가로넣어 다시 paint shaker를이용하여 재혼합한다.혼합물을 SUS 튜브에 담고 tapping하여 실시예 1)에서 제시된 방법으로 반응시키고 후처리를해준다. 실시예 8: A1 + NaK혼합물첨가 + 소결진행(NdH2
Nd203 6.8682 g, B 0.2101 g, Fe 13.6742 g, Cu 0.0617g, A1 0.042gpaint shaker를 이용하여 균일하게 혼합한 샘플에 NaK 0.7230g와 Ca 3.6742g를 섞은 분말을 추가로 넣어 다시 paint shaker를 이용하여 재혼합한다. 혼합물을 SUS 튜브에 담고 tapping하여 실시예 1)에서 제시된 방법으로 반응시키고 1차 세정한다. 그 후 분말을 NH4N03-Me0H 용액에 넣어 Turbula mixer를 이용하여 분쇄-세정을 진행한 후 메탄올로 2차 세정하고아세톤으로세척하여 진공건조한다. NdFeBCu0.05Al0.08분말입자 8g 에 질량비 12% 의 NdH2 분말을 혼합하고, 윤활제로써 butanol을 첨가하여 자장성형 후,진공소결로를이용하여 1040 °C에서 2시간소결하였다. 비교예 1:알칼리금속미첨가
Nd203 6.8682 g, B 0.2101 g, Fe 13.6742 gpaint shaker를이용하여 균일하게혼합한샘플에 Ca 3.6742g를추가로넣어 Turbula mixer를이용하여 재혼합한다. 혼합물을 SUS 튜브에 담고 tapping하여 실시예 1)에서 제시된 방법으로반응시키고후처리를해준다.상기 비교예 1에서 제조한자석 분말의 주사전자현미경 이미지를도 7에 도시하였다. 실시예 9:실시예 3에서제조된분말의소결 2019/107926 1»(:1^1{2018/014846 실시예 3)에서 제조한 분말을 이용하여 분말 3용을 배향하여 진공소결로를이용하여 1040(:에서 2시간소결하였다. 비교예 2:비교예 1에서제조된분말의소결
5 비교예 1)에서 제조한 분말을 이용하여 분말 3용을 배향하여 진공소결로를이용하여 1040(:에서 2시간소결하였다.
Figure imgf000012_0001
상기 실시예 1 내지 7에서 제조한 자석 분말의 1¾) 패턴을 도 1에 10 나타내었다.도 1을통해 Nd2Fe14B주상이 잘형성된사실을알수있었다. 평가예 2:자기이력곡선데이터
상기 실시예 1내지 7에서 제조한자석 분말의 자기이력곡선을 도 2에 도 2를 부분 확대한 자기이력곡선을 도 3에 나타내었다.그 결과를 통해 15 제조된 자석분말의 자기이력곡선을확인할수 있었다. 평가예 3:주사전사현미경 이미지
상기 실시예 1 내지 7에서 제조한 자석 분말의 주사 전자 현미경 이미지를 도 4에 나타내었다.그 결과를 통해 제조된 자석 분말이 비등방성 20 모양을가지며,크기가마이크로수준임을 확인할수 있었다. 평가예 4: 요쇼데이터
상기 실시예 12,4에서 제조한자석 분말의 므 쇼 데이터를 도 5에 나타내었다.그결과를통해 제조된 자석분말의 크기 분포를 확인할수 있었다. 25
Figure imgf000012_0002
6에 나타내었다.그 결과를통해 제조된 소결 자석의 자기적 특성을 확인할수 있었다
30 2019/107926 1»(:1^1{2018/014846
평가예 6:묘-11데이터
상기 실시예 9에서 제조된 소결 자석의 묘-14를 측정하고 그 결과를 도 8에 나타내었다.또한, 비교예 2에서 제조된 소결 자석의 :6-11를 측정하고 그 결과를 도 8에 같이 나타내었다.이를통해, 실시예 9에서 제조된 소결 자석이 5 비교예 2에서 제조된 소결 자석보다특성이 향상되는 것을 확인할수 있었다. 이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 10 형태 또한본발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims

2019/107926 1»(:1^1{2018/014846
【특허청구범위】
【청구항 1】
산화네오디뮴,붕소,철을혼합하여 1차혼합물을제조하는단계;
상기 1차 혼합물에 칼슘을 첨가 및 혼합하여 2차 혼합물을 제조하는
5 단계;
상기 2차 혼합물에 알칼리 금속을 혼합하여 3차 혼합물을 제조하는 단계;
상기 3차혼합물 위에 탄소 시트를 깔고실리카샌드를올린 후 800°0 내지 1100°(:의 온도에서 가열하는단계를포함하는자석 분말의 제조방법.
10 【청구항 2]
저11항에서,
Figure imgf000014_0001
하나이상인 자석 분말의 제조방법.
【청구항 3
151항에서
상기 2차 혼합물에 알칼리 금속을 혼합하여 3차 혼합물을 제조하는 단계에서
상기 알칼리 금속의 함량은 1^% 내지 20^% 인 자석 분말의 제조 방법
20 【청구항 4】
제 1항에서,
Figure imgf000014_0002
【청구항 5】
제 1항에서
25 상기 3차 혼합물을 800°0 내지 110우의 온도에서 가열하는 단계에서
상기 가열시간은 10분내지 6시간인자석 분말의 제조방법.
【청구항 6】
제 1항에서,
30 상기 산화네오디뮴, 붕소 철을 혼합하여 1차 혼합물을 제조하는 2019/107926 1»(:1^1{2018/014846
단계에서
상기 1차혼합물은금속불화물을더 포함하는자석 분말의 제조방법. 【청구항 7
6항에서,
5 상기 금속 불화물은 알칼리금속, 알칼리토금속 및 전이금속의 불화물로 이루어진 군에서 선택되는하나 이상인 자석 분말의 제조방법.
【청구항 8
7항에서,
상기 금속불화물은 03 ,니瓦시¾, 00的, ^3, 6:?2, ¾, 10 3 3 및 ^1^4로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 금속 불화물을 포함하는자석 분말의 제조방법.
【청구항 9】
제 1항에서,
상기 산화네오디뮴 붕소, 철을 혼합하여 1차 혼합물을 제조하는 15 단계에서,
1족 원소, 2족 원소 및 전이금속으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을더 포함하는자석 분말의 제조 방법.
【청구항 10
1항에서
20 상기 제조된 자석 분말은 비등방성 결정립을 포함하는 자석 분말의 제조방법.
【청구항 11】
제 1항내지 제 10항중어느한항의 제조방법으로제조한자석 분말. 【청구항 12】
25 제 10항에서,
상기 자석 분말은 비등방성 결정립을포함하는자석 분말.
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