JP2014033187A - 鉄−コバルト三元合金とシリカの磁気コア - Google Patents
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Abstract
【解決手段】200nm未満の粒度を有する超常磁性コア−シェルナノ粒子を含む磁気コアであって、コアが鉄−コバルト三元合金であり、シェルがケイ素酸化物である磁気コアが提供される。当該磁気コアは、二酸化ケイ素シェルにより直接結合した鉄−コバルト三元合金の超常磁性コア粒子のモノリシック構造体である。ナノ粒子の超常磁性状態の維持を可能にする磁気コアの製造方法も提供される。当該磁気コアは、ヒステリシス又は渦電流によるコア損失がほとんどない。
【選択図】図1
Description
本明細書に記載の発明に関連する本発明者による発明が2012年6月21日に出願された米国特許出願第13/529,316号及び2012年6月26日に出願された米国特許出願第13/558,397号に開示されている。
発明の背景
発明の属する技術分野
本発明は、磁気コアであって、当該磁気コアを、例えばステーター、ローター、アーマチュア及びアクチュエータなどの発電部、又は効率的な磁気コア、すなわち磁気ヒステリシスがごくわずかであり渦電流を全く若しくはほとんど形成しない磁気コアにその機能が依存する任意の装置における用途に対して特に好適なものにする性能及び安定性を有する磁気コアに関する。
Yamada他(特開平03−291335号公報)(要約書)には、ケイ素とアルコキシ機を含む化合物(例えばビニルトリエトキシシラン)による鉄/コバルト/バナジウム粉末の表面処理が記載されている。粒度又は合金粒子の製造方法についての記載はない。熱可塑性樹脂を添加して粉末は成形又は押出され、形成されたグリーン体が脱脂され、焼成される。
本発明の第2の目的は、コア損失がほとんど又は全くない磁気コアを提供することであり、第3の目的は、コア損失がほとんど又は全くない磁気コア又は成形コア部材の製造方法を提供することである。
2〜200nmの粒度を有するコア−シェルナノ粒子を含む磁気コアであって、
コアが鉄−コバルト三元合金であり、シェルがケイ素酸化物であり、
当該磁気コアは、ケイ素酸化物シェルにより直接結合した鉄−コバルト三元合金の超常磁性コア粒子のモノリシック構造体である磁気コアを提供する。
本発明の第2の実施形態において、コアの個々の超常磁性ナノ鉄−コバルト三元合金粒子の間の空間は実質的にケイ素酸化物のみにより占められており、好ましい実施形態において、ケイ素酸化物は二酸化ケイ素である。
本発明に係る非常に好ましい一実施形態において、上記の鉄−コバルト三元合金は鉄−コバルト−バナジウム合金である。
本発明に係る非常に好ましい別の実施形態において、上記の鉄−コバルト三元合金は鉄−コバルト−クロム合金である。
反応フラスコに1050mLのエタノール、2.056gのNaOH、及び145.102gの三塩基酸クエン酸ナトリウムを加えた。水酸化ナトリウムが溶解する機会を得た後、反応混合物に20.967gの二塩化鉄四水和物、23.786gの二塩化コバルト六水和物、及び0.695gの三塩化バナジウムを溶解させた。
24.301gの水素化ホウ素ナトリウムを900mLのエタノールに溶解させた。
次に、水素化ホウ素ナトリウム溶液を反応に加えた。全ての水素化ホウ素ナトリウムを加えた後、反応をさらに10分間撹拌した。
次に、生成物を、70%H2O/30%エタノール(体積で)の洗浄液を使用して精製した。
ナノ粒子を20分間撹拌してナノ粒子を水/トリエチルアミン溶液(1260mLのH2O及び33mLのトリエチルアミン)中に十分に分散させた。次に、3.3mLのテトラエチルオルトシリケートを780mLのエタノールに溶解させ、撹拌している反応フラスコに加えた。さらに20分間撹拌後、永久磁石を使用して生成物を再び集めた。この最終的なコア/シェル生成物をエタノールにより洗浄した。
ナノ粒子のTEM画像を図1(a)及び図1(b)に示す。これらの画像は、150nm未満のナノ粒子が得られたことを示す。
反応フラスコに1050mLのエタノール、1.0gのNaOH、及び11.96gのテトラブチルアンモニウムクロリドを加えた。水酸化ナトリウムが溶解する機会を得た後、反応混合物に20.967gの二塩化鉄四水和物、23.786gの二塩化コバルト六水和物、及び0.695gの三塩化バナジウムを溶解させた。
24.301gの水素化ホウ素ナトリウムを900mLのエタノールに溶解させた。
次に、水素化ホウ素ナトリウム溶液を反応に加えた。全ての水素化ホウ素ナトリウムを加えた後、反応をさらに10分間撹拌した。
次に、生成物を、70%H2O/30%エタノール(体積で)の洗浄液を使用して精製した。
ナノ粒子を20分間撹拌してナノ粒子を水/トリエチルアミン溶液(1260mLのH2O及び33mLのトリエチルアミン)中に十分に分散させた。次に、3.3mLのテトラエチルオルトシリケートを780mLのエタノールに溶解させ、撹拌している反応フラスコに加えた。さらに20分間撹拌後、永久磁石を使用して生成物を再び集めた。この最終的なコア/シェル生成物をエタノールにより洗浄した。
ナノ粒子のTEM画像を図2に示す。この画像は、約175nm未満のコア/シェルナノ粒子のクラスターが得られたことを示す。クラスターは、30nm未満のコア及び厚さが10nm未満のシェルを有する磁性ナノ粒子を含んでいた。
熱間プレス焼成の生成物はディスクであった。ディスクのサイズは使用したパンチとダイの組のサイズに依存する。ディスクの寸法を本明細書に記載したが、記載したディスクの寸法に限定されず、直径9mm及び厚さ2.5mmであるディスクを作製した。従来の機械加工技術によりディスクをトロイドに変換した。作製したトロイドに銅エナメル線を手巻きして機能しうるインダクタを作製した。
Claims (11)
- 2〜200nmの粒度を有するコア−シェルナノ粒子を含む磁気コアであって、
前記コアが鉄−コバルト三元合金であり、前記シェルがケイ素酸化物であり、
前記三元合金の第3成分は、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、ニッケル、銅及び亜鉛から成る群から選択される遷移金属であり、
当該磁気コアは、シリカマトリックスを形成しているケイ素酸化物シェルにより直接結合した鉄−コバルト三元合金の超常磁性コア粒子のモノリシック構造体である磁気コア。 - 個々の超常磁性ナノ鉄−コバルト三元合金粒子の間の空間が実質的にケイ素酸化物のみにより占められている、請求項1に記載の磁気コア。
- 前記鉄−コバルト三元合金が鉄−コバルト−バナジウム合金である、請求項1に記載の磁気コア。
- 前記鉄−コバルト三元合金が鉄−コバルト−クロム合金である、請求項1に記載のコア−シェルナノ粒子。
- 前記ケイ素酸化物が二酸化ケイ素である、請求項1に記載の磁気コア。
- 前記鉄−コバルト三元合金粒子間の空間の少なくとも97体積%が二酸化ケイ素により占められている、請求項5に記載の磁気コア。
- XRDにより測定した場合の平均ナノ粒子粒度が200nm未満である、請求項5に記載の磁気コア。
- モノリシックな磁気コアの製造方法であって、
前記磁気コアは2〜200nmの粒度を有する超常磁性コア−シェル粒子を含み、前記コアが超常磁性鉄−コバルト三元合金から成り、前記シェルが二酸化ケイ素から成り、
前記三元合金の第3成分は、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、ニッケル、銅及び亜鉛から成る群から選択される遷移金属であり、
当該方法は、超常磁性コア−シェル粒子を不活性ガス流下、加熱及び加圧下で焼成してモノリシックな構造体を得ることを含み、
前記コア−シェル粒子のコアは超常磁性鉄−コバルト三元合金から成り、前記シェルが二酸化ケイ素マトリックスからなる、モノリシックな磁気コアの製造方法。 - 前記粒度が2〜160nmである、請求項8に記載の方法。
- 請求項1に記載のコア構造体を含む、電磁変換装置。
- 請求項10に記載の電磁変換装置を含む自動車部品であって、当該部品は、モーター、発電機、変圧器、インダクタ及び交流発電機から成る群から選ばれる自動車部品。
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