JP2005259751A - Ferrite magnet and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、W型フェライトを主相とする磁石およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a magnet having W-type ferrite as a main phase and a method for manufacturing the same.
フェライトは二価の陽イオン金属の酸化物と三価の鉄とが作る化合物の総称であり、フェライト磁石はモーターや発電機などの種々の用途に使用されている。フェライト磁石の材料としては、マグネトプランバイト型の六方晶構造を持つSrフェライト(SrFe12O19)またはBaフェライト(BaFe12O19)が広く用いられている。これらのフェライトは、酸化鉄とストロンチウム(Sr)またはバリウム(Ba)等の炭酸塩を原料とし、粉末冶金法によって比較的安価に製造される。 Ferrite is a general term for compounds formed by divalent cationic metal oxides and trivalent iron, and ferrite magnets are used in various applications such as motors and generators. As a material of the ferrite magnet, Sr ferrite (SrFe 12 O 19 ) or Ba ferrite (BaFe 12 O 19 ) having a magnetoplumbite type hexagonal structure is widely used. These ferrites are produced at a relatively low cost by powder metallurgy using iron oxide and carbonate such as strontium (Sr) or barium (Ba) as raw materials.
マグネトプランバイト型フェライト(M型と呼ぶ)の基本組成は、通常、MO・6Fe2O3の化学式で表現される。元素Mは二価陽イオンとなる金属であり、Sr、Ba、Pbその他から選択される。このM型フェライトはこれまでに種々の手法で高性能化されてきた。永久磁石の特性のうち特に重要なのは、残留磁化Brおよび固有保磁力HcJである。残留磁化Brは、磁石の密度およびその配向度と、その結晶構造で決まる飽和磁化Jsとで決まり、
Br=Js×配向度×密度比率×主相比率
で表わされる。
The basic composition of magnetoplumbite-type ferrite (referred to as M-type) is usually expressed by the chemical formula MO · 6Fe 2 O 3 . The element M is a metal that becomes a divalent cation, and is selected from Sr, Ba, Pb, and others. The M-type ferrite has been improved in performance by various methods so far. Of particular importance among the characteristics of the permanent magnet, the residual magnetization B r and the intrinsic coercive force H cJ. Remanence B r is determined by the density and degree of orientation of the magnet, and the saturation magnetization J s which is determined by its crystal structure,
B r = J s × degree of orientation × density ratio × main phase ratio.
M型のSrフェライトのJsは約0.465Tである。焼結磁石の密度は真密度に対して相対比率で最高約98%である。配向度は、Brと800kA/mの磁界をかけた時の磁化の値Jsとの比率で表される磁気的配向度Br/Jsで最高約98%とほぼ限界値にある。したがって、磁石のBrは0.446T程度が限界であり、0.45T以上の高いBrを得ることは実質的に不可能である。 J s of M-type Sr ferrite is about 0.465T. The density of the sintered magnet is a maximum of about 98% relative to the true density. The degree of orientation is substantially limits the highest about 98% in the magnetic orientation degree B r / J s represented by the ratio of the magnetization value J s when applying a magnetic field B r and 800 kA / m. Therefore, Br of magnets is limited to about 0.446T, to obtain a more high B r 0.45 T is virtually impossible.
また、保磁力HcJは異方性磁界Haと密接な関係があり、理論的には異方性磁界Haの増大とともに保磁力HcJも大きくなる。異方性磁界Haは、次の式で表わされる。
Ha=2K1/Js
Further, the coercive force H cJ is closely related to the anisotropy field H a, the coercivity H cJ also increases with increasing anisotropy field H a theoretically. The anisotropy field H a is expressed by the following equation.
H a = 2K 1 / J s
ここで、K1は異方性定数、Jsは飽和磁化である。保磁力HcJを向上するためには異方性磁界Haを増大させることが必要である。 Here, K 1 is an anisotropy constant and J s is a saturation magnetization. In order to improve the coercive force H cJ is necessary to increase the anisotropy field H a.
M型フェライトの場合、Al2O3、Cr2O3を添加すると異方性磁界Haが増加し、HcJも向上することが一般的に知られている。 For M-type ferrite, it increased anisotropy field H a is the addition of Al 2 O 3, Cr 2 O 3, can be improved H cJ is generally known.
特に、M型Baフェライトにおいては、Baの一部をLaで置換し、Feの一部をCo、Znで置換することにより、保磁力、磁化が向上することが知られている(非特許文献1)。 In particular, in M-type Ba ferrite, it is known that coercivity and magnetization are improved by substituting part of Ba with La and part of Fe with Co and Zn (Non-Patent Document). 1).
なお、M型Srフェライトにおいても、Srの一部をLaで置換し、Feの一部をCo、Znで置換することにより、保磁力、飽和磁化が向上することが報告されている(特許文献1)。更に、Srの一部をLaで、Feの一部をCo、Ni、MnおよびZnで置換することにより、飽和磁化が向上することが報告されている(特許文献2)。 In M-type Sr ferrite, it has been reported that coercivity and saturation magnetization are improved by substituting part of Sr with La and part of Fe with Co and Zn (Patent Literature). 1). Furthermore, it has been reported that saturation magnetization is improved by substituting part of Sr with La and part of Fe with Co, Ni, Mn and Zn (Patent Document 2).
六方晶フェライトには、結晶構造の組み合わせにより種々のタイプがある。そのうち、結晶磁気異方性定数K1がM型フェライトと同程度で、飽和磁化が0.500Tと高いW型フェライトがある。このW型フェライトの場合、Al2O3、Cr2O3を添加すると、異方性定数が増加することによって保磁力が向上することが知られている(特許文献3)。 There are various types of hexagonal ferrites depending on the combination of crystal structures. Among them, there is a W-type ferrite having a magnetocrystalline anisotropy constant K 1 that is similar to that of M-type ferrite and a high saturation magnetization of 0.500 T. In the case of this W-type ferrite, it is known that when Al 2 O 3 or Cr 2 O 3 is added, the coercive force is improved by increasing the anisotropy constant (Patent Document 3).
また、W型フェライトにおいて、R(希土類元素)、CoおよびZnを含有する高性能フェライト磁石が提案されている。このW型フェライトは、大気中で仮焼及び焼結が行われるため、W型フェライト中のFeは安定なFe3+として存在し、Fe2+へはほとんど変化しない。このため、大気中で安定な2価の金属であるCo2+およびZn2+を添加することによって、W型フェライトの結晶構造を安定化し、磁気特性を向上させることが知られている(特許文献4)。
しかし、W型フェライトの場合には、Al2O3、Cr2O3などを添加すると、保磁力は上昇するが、飽和磁化が大幅に低下するという問題がある。 However, in the case of W-type ferrite, when Al 2 O 3 , Cr 2 O 3 or the like is added, the coercive force is increased, but there is a problem that the saturation magnetization is greatly decreased.
また、RとCoおよびZnを添加し、大気中で仮焼および焼結したW型フェライトの場合、CoおよびZnは2価の位置に入り易いため、飛躍的な磁気特性の向上は望めないという問題がある。 In addition, in the case of W-type ferrite added with R, Co, and Zn, calcined and sintered in the atmosphere, Co and Zn are likely to enter a divalent position, so that a dramatic improvement in magnetic properties cannot be expected. There's a problem.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、飽和磁化及び異方性磁界がともに高いW型フェライトを合成することにより、従来の六方晶フェライト磁石では達成できなかった高い残留磁化及び保磁力を持つフェライト磁石を提供することである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention can be achieved with a conventional hexagonal ferrite magnet by synthesizing W-type ferrite having both high saturation magnetization and anisotropic magnetic field. It is an object of the present invention to provide a ferrite magnet having a high remanent magnetization and coercive force.
本発明のフェライト磁石は、(1−x)SrO・(x/2)La2O3・2FeO・(n−y/2)Fe2O3・yCoOで表現される六方晶構造を有するW型フェライトを主相とするフェライト磁石であって、x、yおよびnはモル比を示し、0.01≦x≦0.2、0.01≦y≦0.2、および7≦n≦9の関係を満足し、W型フェライトのFe3+がCo2+で置換されていることを特徴とする。 The ferrite magnet of the present invention is a W type having a hexagonal crystal structure represented by (1-x) SrO. (X / 2) La 2 O 3 .2FeO. (Ny / 2) Fe 2 O 3 .yCoO. A ferrite magnet having ferrite as a main phase, wherein x, y, and n indicate molar ratios, and 0.01 ≦ x ≦ 0.2, 0.01 ≦ y ≦ 0.2, and 7 ≦ n ≦ 9 The relationship is satisfied, and Fe 3+ of the W-type ferrite is substituted with Co 2+ .
本発明によるフェライト磁石の製造方法は、SrCO3およびFe2O3の原料粉末に対して、Laの酸化物粉末及びCoの酸化物粉末を添加した原料混合粉末を用意する工程と、原料混合粉末を不活性ガス雰囲気中で仮焼することによって、(1−x)SrO・(x/2)La2O3・2FeO・(n−y/2)Fe2O3・yCoO(但し、x、yおよびnはモル比を示し、0.01≦x≦0.2、0.01≦y≦0.2、および7≦n≦9)で表現される六方晶構造を有するW型フェライトを主相とし、W型フェライトのFe3+がCo2+で置換された仮焼体を形成する工程とを包含することを特徴とする。 The method of manufacturing a ferrite magnet according to the present invention includes a step of preparing a raw material mixed powder obtained by adding La oxide powder and Co oxide powder to a raw material powder of SrCO 3 and Fe 2 O 3 , and a raw material mixed powder the by calcination in an inert gas atmosphere, (1-x) SrO · (x / 2) La 2 O 3 · 2FeO · (n-y / 2) Fe 2 O 3 · yCoO ( where, x, y and n represent molar ratios, and are mainly W-type ferrites having a hexagonal crystal structure expressed by 0.01 ≦ x ≦ 0.2, 0.01 ≦ y ≦ 0.2, and 7 ≦ n ≦ 9). And a step of forming a calcined body in which Fe 3+ of the W-type ferrite is substituted with Co 2+ .
本発明によるフェライト磁石の製造方法は、前記製造方法において、仮焼前に炭素を0.1wt%〜1.5wt%添加する工程を含む。 The manufacturing method of the ferrite magnet by this invention includes the process of adding 0.1 wt%-1.5 wt% of carbon before calcination in the said manufacturing method.
本発明によるフェライト磁石の製造方法は、前記製造方法に、前記仮焼体を粉砕する工程、粉砕粉を磁場中で成形する工程、成形体を乾燥する工程、乾燥後の成形体を不活性ガス雰囲気中および/または真空中で焼結する工程をさらに含む。 The method of manufacturing a ferrite magnet according to the present invention includes the step of pulverizing the calcined body, the step of forming the pulverized powder in a magnetic field, the step of drying the formed body, and the formed body after drying as an inert gas. The method further includes a step of sintering in an atmosphere and / or in a vacuum.
本発明によるフェライト磁石の製造方法は、前記製造方法に、前記仮焼体を粉砕する工程、粉砕粉を不活性ガス雰囲気中で熱処理する工程、熱処理後の粉砕粉とバインダーとを混合する工程、混合粉を磁場中または無磁場中で成形する工程をさらに含む。 The method for producing a ferrite magnet according to the present invention includes a step of pulverizing the calcined body, a step of heat-treating the pulverized powder in an inert gas atmosphere, a step of mixing the pulverized powder after heat treatment and a binder, The method further includes the step of molding the mixed powder in a magnetic field or in the absence of a magnetic field.
なお、原料混合粉末を用意する工程とは、このような原料混合粉末を最初から作製する場合のみならず、他人によって作製された原料混合粉末を購入して用いる場合や、他人によって作製された粉末を混合する場合を含むものとする。 The process of preparing the raw material mixed powder is not only when preparing such a raw material mixed powder from the beginning, but also when purchasing and using a raw material mixed powder prepared by another person, or a powder prepared by another person. Including the case of mixing.
本発明によれば、磁化及び異方性磁界がともに高いW型フェライトを合成することにより、従来の六方晶フェライト磁石では達成できなかった高い残留磁化Br及び保磁力Hcjを持つフェライト磁石を提供することができる。 According to the present invention, magnetization and by anisotropic magnetic field to synthesize both high W-type ferrite, a ferrite magnet having a high residual magnetization B r and coercivity H cj which could not be achieved with conventional hexagonal ferrite magnet Can be provided.
本発明の磁石粉末は、(1−x)SrO・(x/2)La2O3・2FeO・(n−y/2)Fe2O3・yCoOで表現されるフェライトの主相を有している。Srの一部はLaで置換され、その置換量xは0.01≦x≦0.2の範囲にある。Feの一部はCoで置換され、その置換量yは0.01≦y≦0.2、nは7≦n≦9の範囲にある。 The magnet powder of the present invention has a ferrite main phase represented by (1-x) SrO. (X / 2) La 2 O 3 .2FeO. (Ny / 2) Fe 2 O 3 .yCoO. ing. A part of Sr is substituted with La, and the substitution amount x is in the range of 0.01 ≦ x ≦ 0.2. A part of Fe is substituted by Co, the substitution amount y is in the range of 0.01 ≦ y ≦ 0.2, and n is in the range of 7 ≦ n ≦ 9.
上記組成式を各金属元素の構成比率で表わすと以下の通りとなる。
Sr:4.8原子%以上、5.8原子%以下、
La:0.1原子%以上、1.2原子%以下、
Fe:92.9原子%以上、94.1原子%以下、
Co:0.1原子%以上、1.2原子%以下。
The above composition formula is represented by the composition ratio of each metal element as follows.
Sr: 4.8 atomic% or more, 5.8 atomic% or less,
La: 0.1 atomic% or more, 1.2 atomic% or less,
Fe: 92.9 atomic% or more, 94.1 atomic% or less,
Co: 0.1 atomic% or more and 1.2 atomic% or less.
本発明の磁石粉末の製造方法を説明する。 The manufacturing method of the magnet powder of this invention is demonstrated.
まず、SrCO3の粉末とFe2O3の粉末とを1:7から1:9の範囲のモル比で混合する。このとき、La2O3、CoOを原料粉末に添加する。 First, SrCO 3 powder and Fe 2 O 3 powder are mixed in a molar ratio ranging from 1: 7 to 1: 9. At this time, La 2 O 3 and CoO are added to the raw material powder.
このとき、原料粉末に炭素を添加すると、次工程の仮焼時において還元剤として機能し、原料粉末の還元、特に、フェライト中のFe3+をFe2+へ変化させることができる。炭素の添加量は0.1wt%〜1.5wt%が好ましい。炭素添加量が0.1wt%未満では炭素天下の効果がなく、1.5wt%を超えると還元が進み、スピネルフェライトが生成されるため好ましくない。 At this time, when carbon is added to the raw material powder, it functions as a reducing agent at the time of calcination in the next step, and can reduce the raw material powder, in particular, change Fe 3+ in the ferrite to Fe 2+ . The amount of carbon added is preferably 0.1 wt% to 1.5 wt%. If the amount of carbon added is less than 0.1 wt%, there is no effect under carbon, and if it exceeds 1.5 wt%, the reduction proceeds and spinel ferrite is generated, which is not preferable.
La、Coの添加は、上記のように、La、Coの各々の酸化物粉末として添加することが好ましいが、酸化物以外の粉末(例えば炭酸塩、水酸化物、硝酸塩、塩化物など)の粉末状態および溶液状態で添加してもよい。 As described above, La and Co are preferably added as oxide powders of La and Co as described above. However, powders other than oxides (for example, carbonate, hydroxide, nitrate, chloride, etc.) You may add in a powder state and a solution state.
また、炭素は活性炭素粉末、有機化合物の粉末または溶液を用いてもよい。有機化合物は例えば、カルボン酸またはその塩、ステアリン酸またはその塩、グルコン酸またはその塩である。 Carbon may be activated carbon powder, organic compound powder or solution. The organic compound is, for example, carboxylic acid or a salt thereof, stearic acid or a salt thereof, gluconic acid or a salt thereof.
上記原料粉末に対して、必要に応じてB2O3、H3BO3等を含む他の化合物を1wt%程度添加してもよい。 With respect to the raw material powder, B 2 O 3, H 3 other compounds containing BO 3 and the like may be added about 1 wt% if desired.
混合した原料粉末は、次に電気炉等を用いて不活性ガス雰囲気中で1200℃〜1400℃の温度に加熱し、固相反応によってフェライト化合物を形成する。このプロセスを「仮焼」と呼び、得られた化合物を「仮焼体」と呼ぶ。この仮焼体の段階で(1−x)SrO・(x/2)La2O3・2Fe2+O・(n−y/2)Fe3+ 2O3・yCoOで表現されるフェライトを形成する。 The mixed raw material powder is then heated to a temperature of 1200 ° C. to 1400 ° C. in an inert gas atmosphere using an electric furnace or the like to form a ferrite compound by a solid phase reaction. This process is called “calcination” and the resulting compound is called “calcination”. In this calcined body, ferrite expressed by (1-x) SrO. (X / 2) La 2 O 3 .2Fe 2+ O. (ny-2) Fe 3+ 2 O 3 .yCoO Form.
この仮焼を不活性ガス雰囲気中で行うことにより、フェライト中のFe3+がFe2+へと変化し、Co2+をFe3+と置換させることができる。これによって、飽和磁化及び異方性磁界がともに高いW型フェライトを主相とするフェライト磁石を得ることができる。 By performing this calcination in an inert gas atmosphere, Fe 3+ in the ferrite changes to Fe 2+ , and Co 2+ can be replaced with Fe 3+ . Thereby, it is possible to obtain a ferrite magnet whose main phase is W-type ferrite having both high saturation magnetization and anisotropic magnetic field.
仮焼時間は、0.5〜5時間であることが好ましい。使用する不活性ガスは窒素、アルゴン、ヘリウムが好ましい。より好ましくは窒素である。本発明の効果が大きいのは1250℃を越えて1350℃以下となる場合に最も大きい。 The calcination time is preferably 0.5 to 5 hours. The inert gas used is preferably nitrogen, argon or helium. More preferably, it is nitrogen. The effect of the present invention is greatest when the temperature exceeds 1250 ° C. and becomes 1350 ° C. or less.
ここで組成比限定理由について説明する。 Here, the reason for limiting the composition ratio will be described.
本発明では、W型フェライトのFe3+を価数の異なるCo2+で置換するために、電荷補償を行う必要がある。本発明ではSrの一部をLaで置換することによって、上記価数の違いを補償している。従って、置換量はx=yを満足することが好ましいが、本願発明はx=yの場合に限定されるわけではない。 In the present invention, it is necessary to perform charge compensation in order to replace Fe 3+ of W-type ferrite with Co 2+ having a different valence. In the present invention, the difference in valence is compensated by replacing part of Sr with La. Therefore, the substitution amount preferably satisfies x = y, but the present invention is not limited to the case of x = y.
x=0.01以下では、本発明の効果を発揮しない。x=0.2以上では、焼結の際、マグネタイト(Fe3O4)またはヘマタイト(α―Fe2O3)が発生し、焼結体の磁気特性が低下してしまう。x=0.3以上では表1のように仮焼体でスピネルフェライト(Fe3O4やCoFe2O4)が発生し磁気特性が低下してしまう。 When x = 0.01 or less, the effect of the present invention is not exhibited. When x = 0.2 or more, magnetite (Fe 3 O 4 ) or hematite (α-Fe 2 O 3 ) is generated during sintering, and the magnetic properties of the sintered body are deteriorated. When x = 0.3 or more, as shown in Table 1, spinel ferrite (Fe 3 O 4 or CoFe 2 O 4 ) is generated in the calcined body and the magnetic properties are deteriorated.
この仮焼体の磁気特性(飽和磁化及び異方性磁界)をVSMにより測定した。飽和磁化は100kOeまで磁化曲線を1/H2プロットして求め、異方性磁界は100kOeまで磁化曲線の二階微分によって求めた(SPD法)。測定した試料は、上記仮焼体のX線回折においてW型単相となっているものを用いた。 Magnetic properties (saturation magnetization and anisotropic magnetic field) of this calcined body were measured by VSM. The saturation magnetization was obtained by plotting the magnetization curve up to 100 kOe by 1 / H 2 plot, and the anisotropic magnetic field was obtained by second-order differentiation of the magnetization curve up to 100 kOe (SPD method). The measured sample was a W-type single phase in the X-ray diffraction of the calcined body.
表2に示すようにxの増加とともに飽和磁化はx=0.2で極大値を示し0.3で低下した。異方性磁界はxの増加とともに増加した。 As shown in Table 2, with increasing x, the saturation magnetization showed a maximum value at x = 0.2 and decreased at 0.3. The anisotropic magnetic field increased with increasing x.
仮焼工程では、温度の上昇と共に固相反応によりフェライト相が形成され、約1100℃で完了するが、この温度以下では、未反応のヘマタイト(α―Fe2O3)、M型フェライトが残存しており磁石特性が低い。仮焼温度が1200℃を超えると本発明の効果が現れるが、仮焼温度が1200〜1250℃では本発明のW型フェライトの割合が少なく、仮焼温度が上昇するに従ってW型フェライトの発生量が多くなる。一方、仮焼温度が1350℃を超えると、スピネルフェライトが発生し磁気特性が低下する。また、結晶粒が成長しすぎるため、粉砕工程において粉砕に多大な時間を要することになる等の不都合が生じるおそれがある。 In the calcination process, a ferrite phase is formed by a solid-phase reaction as the temperature rises and is completed at about 1100 ° C. Below this temperature, unreacted hematite (α-Fe 2 O 3 ) and M-type ferrite remain. The magnet properties are low. When the calcining temperature exceeds 1200 ° C., the effect of the present invention appears, but when the calcining temperature is 1200 to 1250 ° C., the proportion of the W-type ferrite of the present invention is small, and the amount of W-type ferrite generated as the calcining temperature increases. Will increase. On the other hand, when the calcining temperature exceeds 1350 ° C., spinel ferrite is generated and the magnetic properties are deteriorated. In addition, since the crystal grains grow too much, there is a possibility that inconveniences such as a long time for pulverization in the pulverization step may occur.
以上のことから、仮焼温度は1250℃を超え、かつ1350℃以下の温度範囲内に設定することが好ましい。 From the above, it is preferable to set the calcination temperature within a temperature range exceeding 1250 ° C. and not exceeding 1350 ° C.
この仮焼工程によって得られた仮焼体は、(1−x)SrO・(x/2)La2O3・2FeO・(n−y/2)Fe2O3・yCoOの化学式で表されるW型フェライトの主相を有しており、その平均粒径は、0.1〜10μmの範囲にある。 The calcined body obtained by this calcining step is represented by the chemical formula of (1-x) SrO. (X / 2) La 2 O 3 .2FeO. (Ny−2) Fe 2 O 3 .yCoO. The W-type ferrite main phase has an average particle size in the range of 0.1 to 10 μm.
この仮焼体は、W型フェライト単相から構成されることが望ましいが、M型フェライト、X型フェライト、スピネル型フェライト、ヘマタイト、その他中間生成物を少量含んでいても良い。 The calcined body is preferably composed of a W-type ferrite single phase, but may contain a small amount of M-type ferrite, X-type ferrite, spinel-type ferrite, hematite, and other intermediate products.
以下、上記の仮焼体から焼結型フェライト磁石を作製する方法を説明する。 Hereinafter, a method for producing a sintered ferrite magnet from the calcined body will be described.
まず、前述の方法によって仮焼体を製造する。 First, a calcined body is manufactured by the method described above.
次に、仮焼体を振動ミル、ボールミルおよび/またはアトライターを用いた微粉砕工程によって、仮焼体を微粒子に粉砕する。微粒子の平均粒径は0.4〜0.8μm程度(空気透過法)にすることが好ましい。微粉砕工程は、乾式粉砕と湿式粉砕とを組み合わせて行うことが好ましい。湿式粉砕に際しては、水などの水系溶媒や種々の非水系溶媒を用いることができる。湿式粉砕に際して溶媒と仮焼体粉末とが混合したスラリーが生成される。スラリーには公知の各種分散剤および界面活性剤を添加することが好ましい。 Next, the calcined body is pulverized into fine particles by a fine pulverization process using a vibration mill, a ball mill and / or an attritor. The average particle size of the fine particles is preferably about 0.4 to 0.8 μm (air permeation method). The fine pulverization step is preferably performed by combining dry pulverization and wet pulverization. In the wet pulverization, an aqueous solvent such as water or various non-aqueous solvents can be used. During the wet pulverization, a slurry in which the solvent and the calcined powder are mixed is generated. It is preferable to add various known dispersants and surfactants to the slurry.
また、微粉砕時に焼結性を向上する目的でCaCO3を、結晶粒径を制御する目的でSiO2を、焼結中のFe2+の酸化防止のため炭素を添加することが好ましい。CaCO3、SiO2、炭素の添加量はそれぞれCaOとして0.3〜1.5wt%、SiO2として0.1〜0.6wt%、Cとして0.05〜0.5wt%が好ましい。 Further, it is preferable to add CaCO 3 for the purpose of improving the sinterability at the time of fine pulverization, SiO 2 for the purpose of controlling the crystal grain size, and carbon for preventing the oxidation of Fe 2+ during the sintering. The addition amounts of CaCO 3 , SiO 2 and carbon are preferably 0.3 to 1.5 wt% as CaO, 0.1 to 0.6 wt% as SiO 2 and 0.05 to 0.5 wt% as C.
炭素は、活性炭素粉末、有機化合物の粉末または溶液を用いてもよい。有機化合物は例えば、カルボン酸またはその塩、ステアリン酸またはその塩、グルコン酸またはその塩である。これらは、1種または2種以上複合して添加してもよい。 Carbon may be activated carbon powder, organic compound powder or solution. The organic compound is, for example, carboxylic acid or a salt thereof, stearic acid or a salt thereof, gluconic acid or a salt thereof. These may be added alone or in combination of two or more.
さらに、磁気特性(残留磁化および保磁力)の向上を目的として、酸化クロム、酸化アルミニウム、酸化コバルト、酸化亜鉛、酸化マンガン、酸化ニッケル、酸化銅、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化錫を添加してもよい。中でも、酸化クロム、酸化アルミニウムは、保磁力の向上に有効である。添加量は、酸化クロム5wt%以下、酸化アルミニウム5wt%以下、酸化コバルト3wt%以下、酸化亜鉛3wt%以下、酸化マンガン3wt%以下、酸化ニッケル3wt%以下、酸化銅3wt%以下、酸化チタン3wt%以下、酸化ジルコニウム3wt%以下、酸化錫3wt%以下程度である。 In addition, chromium oxide, aluminum oxide, cobalt oxide, zinc oxide, manganese oxide, nickel oxide, copper oxide, titanium oxide, zirconium oxide, tin oxide are added for the purpose of improving magnetic properties (residual magnetization and coercive force). Also good. Of these, chromium oxide and aluminum oxide are effective in improving the coercive force. Addition amounts of chromium oxide 5 wt% or less, aluminum oxide 5 wt% or less, cobalt oxide 3 wt% or less, zinc oxide 3 wt% or less, manganese oxide 3 wt% or less, nickel oxide 3 wt% or less, copper oxide 3 wt% or less, titanium oxide 3 wt% Hereinafter, zirconium oxide is 3 wt% or less and tin oxide is 3 wt% or less.
微粉砕の媒体としてスチールボールを用いるときは、粉砕中にスチールボールの磨耗から発生する鉄が混入する。この鉄の混入は磁気特性を低下させる。そこで焼結工程で混入する鉄と反応させる目的でSrCO3を添加することが好ましい。BaCO3、CaCO3でもよい。 When a steel ball is used as a fine grinding medium, iron generated from the wear of the steel ball is mixed during grinding. This iron contamination reduces the magnetic properties. Therefore, it is preferable to add SrCO 3 for the purpose of reacting with iron mixed in the sintering process. BaCO 3 or CaCO 3 may be used.
その後、粉末の成形を行う。この成形は、湿式でも乾式でもよい。湿式では、スラリー中の溶媒を除去しながら磁界中または無磁界中でプレス成形する。磁界強度は4kOe〜15kOeが好ましい。成形圧力は100kg/cm2〜500kg/cm2でよい。 Thereafter, the powder is formed. This molding may be wet or dry. In the wet process, press molding is performed in a magnetic field or in the absence of a magnetic field while removing the solvent in the slurry. The magnetic field strength is preferably 4 kOe to 15 kOe. Molding pressure may be a 100kg / cm 2 ~500kg / cm 2 .
プレス成形のあと、乾燥工程、焼結工程、加工工程、洗浄工程、検査工程などの公知の製造プロセスを経て、最終的にフェライト磁石の製品が完成する。 After press molding, a ferrite magnet product is finally completed through known manufacturing processes such as a drying process, a sintering process, a processing process, a cleaning process, and an inspection process.
湿式成形の場合、乾燥工程は、成形体(グリーンと呼ぶ)を乾燥機において大気中において100℃以上200℃以下で行うことが好ましい。乾燥温度は、好ましくは150℃以上190℃以下であり、より好ましくは、160℃以上180℃以下である。保持時間は、1時間以上10時間以下、より好ましくは2時間以上5時間以下である。 In the case of wet molding, the drying step is preferably performed at 100 ° C. or higher and 200 ° C. or lower in the atmosphere of the molded body (called green) in a dryer. The drying temperature is preferably 150 ° C. or higher and 190 ° C. or lower, and more preferably 160 ° C. or higher and 180 ° C. or lower. The holding time is 1 hour or more and 10 hours or less, more preferably 2 hours or more and 5 hours or less.
乾式成形の場合、湿式粉砕したスラリーを乾燥機で乾燥させ、乾燥後粉末を解砕し、バインダーを添加、混合したのち磁界中または無磁界中で成形する。スラリーの乾燥は、乾燥機において大気中100℃以上200℃以下で1時間以上10時間以下のあいだ行う。乾燥温度は、好ましくは150℃以上190℃以下であり、より好ましくは、160℃以上180℃以下である。保持時間は好ましくは2時間以上5時間以下である。 In the case of dry molding, the wet-pulverized slurry is dried with a dryer, and after drying, the powder is crushed, and after adding and mixing a binder, the slurry is molded in a magnetic field or in a non-magnetic field. The slurry is dried in the dryer at 100 ° C. or higher and 200 ° C. or lower for 1 hour or longer and 10 hours or shorter. The drying temperature is preferably 150 ° C. or higher and 190 ° C. or lower, and more preferably 160 ° C. or higher and 180 ° C. or lower. The holding time is preferably 2 hours or more and 5 hours or less.
乾燥粉末の解砕は一般的な乾式粉砕機により粉砕すればよい。バインダーは例えばカンファー、PVA(ポリビニルアルコール)を用いればよい。バインダーの添加量は、カンファーは0.3wt%以上1.5wt%以下、PVAは0.1wt%以上0.5wt%以下程度でよい。乾式成形の場合、磁界強度は4kOe〜15kOeでよい。成形圧力は300kg/cm2〜1000kg/cm2でよい。 What is necessary is just to grind | pulverize dry powder with a general dry-type grinder. For example, camphor or PVA (polyvinyl alcohol) may be used as the binder. The amount of binder added may be about 0.3 wt% to 1.5 wt% for camphor and about 0.1 wt% to 0.5 wt% for PVA. In the case of dry molding, the magnetic field strength may be 4 kOe to 15 kOe. Molding pressure may be a 300kg / cm 2 ~1000kg / cm 2 .
焼結工程は、窒素中で例えば1100℃から1250℃の温度範囲で0.5〜2時間の間で行えばよい。また、焼結時の酸素分圧を1×10-1Pa〜1×10-2Paに制御することが好ましい。 The sintering step may be performed in nitrogen at a temperature range of 1100 ° C. to 1250 ° C. for 0.5 to 2 hours. Moreover, it is preferable to control the oxygen partial pressure during sintering to 1 × 10 −1 Pa to 1 × 10 −2 Pa.
焼結体の結晶粒子径は、0.1μm以上5μm以下が望ましい。好ましくは0.5μm以上2μm以下である。 The crystal particle diameter of the sintered body is preferably 0.1 μm or more and 5 μm or less. Preferably they are 0.5 micrometer or more and 2 micrometers or less.
次に、上記の仮焼体からボンド型フェライト磁石を作製する方法を説明する。 Next, a method for producing a bond-type ferrite magnet from the calcined body will be described.
仮焼体を粉砕、熱処理したフェライト磁石粉末をフレキシビリティのあるゴムや硬質軽量のプラスチックなどと混ぜ固めることにより、ボンド磁石を作製する。この場合、磁石粉末をバインダーおよび添加物と混合した後、成形加工を行う。成形加工は、射出成形、押し出し成形、ロール成形等の方法によって実行される。また、上記ボンド磁石として用いる場合、フェライト磁石粉末の熱処理は不活性ガス中で700〜1100℃の温度範囲で0.1〜3時間の間で行えばよい。熱処理の温度範囲は、900〜1000℃がより好ましい。フェライト磁石粉末の粒子径は0.1μm以上5μm以下、好ましくは0.5μm以上2μm以下である。 A bonded magnet is produced by mixing and solidifying a ferrite magnet powder obtained by pulverizing and heat-treating a calcined body with a flexible rubber or a hard light plastic. In this case, after the magnet powder is mixed with the binder and the additive, the molding process is performed. The molding process is performed by a method such as injection molding, extrusion molding, or roll molding. Moreover, when using as said bond magnet, the heat processing of a ferrite magnet powder should just be performed for 0.1 to 3 hours in the temperature range of 700-1100 degreeC in inert gas. As for the temperature range of heat processing, 900-1000 degreeC is more preferable. The particle diameter of the ferrite magnet powder is 0.1 μm to 5 μm, preferably 0.5 μm to 2 μm.
なお、Srに代えて、BaやCaおよびPbから選択された少なくとも一種類の元素が用いられてもよい。また、Laに代えて、あるいはLaと共に、希土類元素(イットリウムを含み得る)およびBiから選択された少なくとも一種類の元素でSrの一部を置換しても良い。 Note that at least one element selected from Ba, Ca, and Pb may be used instead of Sr. Further, instead of La or together with La, a part of Sr may be substituted with at least one element selected from rare earth elements (which may include yttrium) and Bi.
以下、本発明の実施例を説明する。 Examples of the present invention will be described below.
(実施例1)
出発原料としてSrCO3、Fe2O3、La2O3、CoOを用い、組成式(1−x)SrO・(x/2)La2O3・2FeO・(n−y/2)Fe2O3・yCoOにおいて、x=y、x=0、0.05、0.1、0.15、0.18、0.2、n=7.5となるように原料粉末を配合し、Cを0.5wt%添加した。
(Example 1)
Using SrCO 3 , Fe 2 O 3 , La 2 O 3 , and CoO as starting materials, the composition formula (1-x) SrO. (X / 2) La 2 O 3 .2FeO. (Ny / 2) Fe 2 In O 3 · yCoO, the raw material powder is blended so that x = y, x = 0, 0.05, 0.1, 0.15, 0.18, 0.2, n = 7.5, and C Was added at 0.5 wt%.
そして、ボールミルを用いて水溶媒中で4時間混合した後、水分を乾燥させ、原料混合粉末を作製した。この原料混合粉末を窒素雰囲気中において設定温度1300℃で焼成し、仮焼体を得た。 And after mixing for 4 hours in a water solvent using a ball mill, the water | moisture content was dried and the raw material mixed powder was produced. This raw material mixed powder was fired at a set temperature of 1300 ° C. in a nitrogen atmosphere to obtain a calcined body.
次に、この仮焼体を乾式粉砕し、得られた粉砕粉末にCaCO3=0.55wt%、SiO2=0.33wt%、C=0〜0.2wt%を添加し、ボールミルを用いて水溶媒中で平均粒径0.6μm(空気透過法)の大きさになるまで粉砕した。 Next, this calcined body was dry-pulverized, CaCO 3 = 0.55 wt%, SiO 2 = 0.33 wt%, and C = 0 to 0.2 wt% were added to the obtained pulverized powder, and the resulting mixture was used with a ball mill. It grind | pulverized until it became the magnitude | size of the average particle diameter of 0.6 micrometer (air permeation method) in the water solvent.
このようにして得られた粉砕粉末を0.8MA/m(10kOe)の磁界中で湿式成形し、成形体を得た後、この成形体を乾燥機で100℃から200℃で乾燥させた。 The pulverized powder thus obtained was wet-molded in a magnetic field of 0.8 MA / m (10 kOe) to obtain a molded body, and then the molded body was dried at 100 ° C. to 200 ° C. with a dryer.
次に、窒素雰囲気中で設定温度1180℃、30分間保持の条件で焼結し、焼結磁石を作製した。 Next, sintering was performed in a nitrogen atmosphere at a preset temperature of 1180 ° C. for 30 minutes, thereby producing a sintered magnet.
図1は、得られた焼結磁石の磁気特性を示している。「●」のデータが残留磁化Brを示し、「▲」のデータが保磁力HcJを示している。x=0.05〜0.18の範囲内で残留磁化Brが比較例(x=0)に比べて増加しており、保磁力HcJも比較例(x=0)に比べて若干増加している。 FIG. 1 shows the magnetic properties of the obtained sintered magnet. Data of "●" indicates the residual magnetization B r, data of "▲" indicates the coercive force H cJ. x = residual magnetization B r in a range of 0.05-0.18 is increasing as compared to Comparative Example (x = 0), slightly increased relative coercivity H cJ in Comparative Example (x = 0) doing.
また、同程度のHcJを示す実施例と比較例とを比べると、xが増加するほど、Brが増加している。 Also, compared with Comparative Example to Example showing the same degree of H cJ, as x increases, B r is increasing.
(実施例2)
実施例1によって得られた焼結磁石のうち、微粉砕前の粉末にCを0.2%添加し、成形体の乾燥を170℃で行ったもの(試料No.1)、微粉砕前の粉末にCを0.15%添加し、成形体の乾燥を200℃で行ったもの(試料No.2)の磁気特性を表3に示す。
(Example 2)
Of the sintered magnet obtained in Example 1, 0.2% of C was added to the powder before pulverization, and the molded body was dried at 170 ° C. (sample No. 1), before pulverization. Table 3 shows the magnetic properties of the powder obtained by adding 0.15% of C to the powder and drying the compact at 200 ° C. (sample No. 2).
(比較例1)
実施例1と同様な条件で、x=y、x=0、微粉砕前のC添加量を0.175wt%、成形体の乾燥温度を150℃とする以外は実施例1と同様な条件で焼結磁石を作製した(試料No.3)。得られた焼結磁石の磁気特性を表3に示す。
(Comparative Example 1)
Under the same conditions as in Example 1, except that x = y, x = 0, C addition amount before pulverization is 0.175 wt%, and the drying temperature of the compact is 150 ° C. A sintered magnet was produced (Sample No. 3). Table 3 shows the magnetic properties of the obtained sintered magnet.
(比較例2)
実施例1と同様な条件で、x=y、x=0、微粉砕前のC添加量を0.225wt%、成形体の乾燥温度を190℃とする以外は実施例1と同様な条件で焼結磁石を作製した(試料No.4)。得られた焼結磁石の磁気特性を表3に示す。
(Comparative Example 2)
Under the same conditions as in Example 1, except that x = y, x = 0, the addition amount of C before pulverization is 0.225 wt%, and the drying temperature of the molded body is 190 ° C. A sintered magnet was produced (Sample No. 4). Table 3 shows the magnetic properties of the obtained sintered magnet.
(比較例3)
大気中で仮焼する以外は実施例2の試料No.2と同様条件で焼結磁石を作製した(試料No.5)。得られた焼結磁石の磁気特性を表3に示す。
(Comparative Example 3)
Except for calcining in the air, the sample No. A sintered magnet was produced under the same conditions as in No. 2 (Sample No. 5). Table 3 shows the magnetic properties of the obtained sintered magnet.
(比較例4)
大気中で仮焼、大気中で焼結以外は実施例2の試料No.2と同様条件で焼結磁石を作製した(試料No.6)。得られた焼結磁石の磁気特性を表3に示す。
(Comparative Example 4)
Sample No. 2 in Example 2 except for calcining in air and sintering in air. A sintered magnet was produced under the same conditions as in No. 2 (Sample No. 6). Table 3 shows the magnetic properties of the obtained sintered magnet.
表3から明らかなように、Br=0.465Tの試料について、実施例(x=0.1)と比較例(x=0)とを比較すると、BHmax及びHcJは、比較例(x=0)に比べて実施例(x=0.1)が優れていることがわかる。 As is apparent from Table 3, when the example (x = 0.1) and the comparative example (x = 0) are compared for the sample of B r = 0.465T, BH max and H cJ are It can be seen that the example (x = 0.1) is superior to x = 0).
また、窒素雰囲気中で仮焼した焼結磁石(試料No.2)と大気中で仮焼した焼結磁石(試料No.5及び6)とを比較すると、本発明による窒素雰囲気中で仮焼した焼結磁石の方が、磁気特性、特にBr、BHmaxが向上している。これは、窒素雰囲気中で仮焼することにより、フェライト中のFe3+がFe2+へ変化し、Co2+がFe3+を置換することによるものと考えられる。一方、大気中で仮焼したものは、フェライト中のFeは安定なFe3+として存在し、Fe2+へはほとんど変化しないため、Co2+が2価の位置に入り易くなると考えられる。そのため、磁気特性の向上は僅かである。 Further, when a sintered magnet calcined in a nitrogen atmosphere (sample No. 2) and a sintered magnet calcined in air (samples No. 5 and 6) were compared, the sintered magnet was calcined in a nitrogen atmosphere according to the present invention. The sintered magnet has improved magnetic properties, particularly Br and BH max . This is considered to be due to Fe 3+ in the ferrite changing to Fe 2+ by calcination in a nitrogen atmosphere, and Co 2+ replacing Fe 3+ . On the other hand, when calcined in the atmosphere, Fe in ferrite exists as stable Fe 3+ and hardly changes to Fe 2+ , so Co 2+ is likely to easily enter a divalent position. For this reason, the improvement in magnetic characteristics is slight.
図2は、実施例2の試料No.2と、比較例3(試料No.5)及び比較例4(試料No.6)の磁気特性を示したものである。図2からも明らかなように、本発明による焼結磁石は磁気特性、特にBrに優れていることが分かる。 2 shows the sample No. of Example 2. 2 shows the magnetic characteristics of Comparative Example 3 (Sample No. 5) and Comparative Example 4 (Sample No. 6). As is apparent from FIG. 2, it can be seen that the sintered magnet according to the present invention is excellent in magnetic properties, particularly Br.
(実施例2)
本実施例では、成形体(グリーン)の乾燥温度を変え、実施例1と同様にして焼結体を作製した。図2は、x=y=0.1の場合における、グリーン乾燥温度と焼結体の磁気特性との関係を示すグラフである。
(Example 2)
In this example, the sintered body was produced in the same manner as in Example 1 while changing the drying temperature of the green body (green). FIG. 2 is a graph showing the relationship between the green drying temperature and the magnetic properties of the sintered body when x = y = 0.1.
図2にからわかるように、乾燥温度が180℃のとき、残留磁化Br及び保磁力HcJがいずれも極大値(Br=0.472T、HcJ=204kA/m)を示した。乾燥温度が150〜190℃で好ましい磁気特性が得られている。 As can be seen from FIG. 2, when the drying temperature was 180 ° C., the residual magnetization B r and the coercive force H cJ both showed maximum values (B r = 0.472 T, H cJ = 204 kA / m). Preferred magnetic properties are obtained at a drying temperature of 150 to 190 ° C.
(実施例3)
本実施例では、x=y=0.1として、n値を6.75〜9の範囲で変化させ、実施例1と同様にして焼結体を作製した。図3は、n値と焼結体の磁気特性の関係を示している。図3からわかるように、残留磁化Brは7.5〜8.25の間で極大値を示し、保磁力HcJは7.5〜9.0の間で高い値を示した。図3からわかるように、n値は7.5〜8.3の範囲が好ましく、特に7.75〜8.3がより好ましい。
(Example 3)
In this example, x = y = 0.1, the n value was changed in the range of 6.75 to 9, and a sintered body was produced in the same manner as in Example 1. FIG. 3 shows the relationship between the n value and the magnetic properties of the sintered body. As can be seen from FIG. 3, the residual magnetization B r represents the maximum value among the 7.5 to 8.25, the coercivity H cJ were higher values between 7.5 to 9.0. As can be seen from FIG. 3, the n value is preferably in the range of 7.5 to 8.3, more preferably 7.75 to 8.3.
本発明によれば、残留磁化及び保磁力がともに高いフェライト磁石が提供される。 According to the present invention, a ferrite magnet having both high remanent magnetization and coercive force is provided.
Claims (5)
x、yおよびnはモル比を示し、
0.01≦x≦0.2、
0.01≦y≦0.2、および
7≦n≦9
の関係を満足し、W型フェライトのFe3+がCo2+で置換されているフェライト磁石。 (1-x) SrO · ( x / 2) La 2 O 3 · 2FeO · (n-y / 2) ferrite as a main phase and W-type ferrite having a hexagonal structure expressed by Fe 2 O 3 · yCoO A magnet,
x, y and n represent molar ratios;
0.01 ≦ x ≦ 0.2,
0.01 ≦ y ≦ 0.2, and 7 ≦ n ≦ 9
And a ferrite magnet in which Fe 3+ of the W-type ferrite is replaced by Co 2+ .
原料混合粉末を不活性ガス雰囲気中で仮焼することによって、(1−x)SrO・(x/2)La2O3・2FeO・(n−y/2)Fe2O3・yCoO(但し、x、yおよびnはモル比を示し、0.01≦x≦0.2、0.01≦y≦0.2、および7≦n≦9)で表現される六方晶構造を有するW型フェライトを主相とし、W型フェライトのFe3+がCo2+で置換された仮焼体を形成する工程と、
を包含するフェライト磁石の製造方法。 Preparing a raw material mixed powder obtained by adding La oxide powder and Co oxide powder to the raw material powder of SrCO 3 and Fe 2 O 3 ;
By calcining the starting material mixed powder in an inert gas atmosphere, (1-x) SrO · (x / 2) La 2 O 3 · 2FeO · (n-y / 2) Fe 2 O 3 · yCoO ( although , X, y and n represent molar ratios and have a hexagonal structure represented by 0.01 ≦ x ≦ 0.2, 0.01 ≦ y ≦ 0.2, and 7 ≦ n ≦ 9) Forming a calcined body in which ferrite is the main phase and Fe 3+ of W-type ferrite is substituted with Co 2+ ;
For producing a ferrite magnet including
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