JP2021075416A - Composite member - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複合部材に関する。 The present invention relates to a composite member.
家電製品や情報機器、自動車に用いられる各種モーターや電磁リレーなどには、磁石が使用されている。このような磁石としては、例えば、バリウムフェライトやストロンチウムフェライトを用いたフェライト磁石や、サマリウムやネオジムなどの希土類金属を用いた希土類磁石がある。また、磁石粉末を、ゴムやプラスチックにより結合させたボンド磁石も広く用いられている。 Magnets are used in home appliances, information equipment, various motors and electromagnetic relays used in automobiles. Examples of such magnets include ferrite magnets using barium ferrite and strontium ferrite, and rare earth magnets using rare earth metals such as samarium and neodymium. In addition, a bonded magnet in which magnet powder is bonded with rubber or plastic is also widely used.
ここで、例えば希土類磁石のような活性な金属材料からなる磁石は、酸素等により容易に酸化され、磁気特性が低下する。そのため、従来より、磁石をコーティングして、酸素との接触を抑制し、磁気特性の低下を防ぐ技術が検討されている。例えば、特許文献１は、水硬性粉体が硬化してなる水硬性組成物中に、磁性粉体が保持されている水硬性組成物ボンド磁石を開示している。そして、当該水硬性組成物として、ポルトランドセメントのような水により硬化する水硬性粉体、水と接触しても硬化することのない非水硬性粉体、及び熱可塑性樹脂などの加工性改良剤を用いている。このような水硬性組成物ボンド磁石は、優れた耐食性、耐熱性、高強度を示すことが記載されている。
Here, for example, a magnet made of an active metal material such as a rare earth magnet is easily oxidized by oxygen or the like, and its magnetic properties are deteriorated. Therefore, conventionally, a technique of coating a magnet to suppress contact with oxygen and prevent deterioration of magnetic characteristics has been studied. For example,
しかしながら、特許文献１で用いられている、水硬性粉体が硬化してなる水硬性組成物は、水和反応により形成されるため気孔が多く存在する。そのため、磁性粉体が酸素と接触して酸化しやすくなることから、磁気特性の低下を十分に防ぐことができないという問題があった。
However, the hydraulic composition used in
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものである。そして、本発明の目的は、強磁性体の劣化を抑制し、長期間に亘って磁気特性を維持することが可能な複合部材を提供することにある。 The present invention has been made in view of the problems of the prior art. An object of the present invention is to provide a composite member capable of suppressing deterioration of a ferromagnet and maintaining magnetic properties for a long period of time.
上記課題を解決するために、本発明の態様に係る複合部材は、金属酸化物及び金属酸化水酸化物の少なくとも一方を主成分とし、実質的に金属単体及び合金を含まず、反磁性体又は常磁性体である無機物質からなる無機マトリックス部と、無機マトリックス部の内部に存在し、当該無機マトリックス部を構成する無機物質と直接固着し、強磁性体からなる強磁性材料部と、を備える。無機マトリックス部では、無機物質の粒子が連続的に存在しており、無機マトリックス部は、強磁性材料部よりも体積比率が大きい。 In order to solve the above problems, the composite member according to the aspect of the present invention contains at least one of a metal oxide and a metal oxide hydroxide as a main component, and substantially does not contain a simple substance of a metal or an alloy, and is an anti-magnetic material or an anti-magnetic material. It includes an inorganic matrix part made of an inorganic substance which is a normal magnetic material, and a ferromagnetic material part made of a ferromagnetic material which exists inside the inorganic matrix part and is directly fixed to the inorganic substance constituting the inorganic matrix part. .. In the inorganic matrix portion, particles of the inorganic substance are continuously present, and the volume ratio of the inorganic matrix portion is larger than that of the ferromagnetic material portion.
本開示によれば、強磁性体の劣化を抑制し、長期間に亘って磁気特性を維持することが可能な複合部材を提供することができる。 According to the present disclosure, it is possible to provide a composite member capable of suppressing deterioration of a ferromagnet and maintaining magnetic properties for a long period of time.
以下、図面を参照して本実施形態に係る複合部材について説明する。なお、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。 Hereinafter, the composite member according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. The dimensional ratios in the drawings are exaggerated for convenience of explanation and may differ from the actual ratios.
［複合部材］
本実施形態の複合部材は、無機マトリックス部１０と、無機マトリックス部１０を構成する無機物質とは異なる接着物質を介することなく、無機マトリックス部１０と直接固着している強磁性材料部２０と、を備えている。具体的には、図１に示す複合部材１００は、無機物質によって構成される無機マトリックス部１０と、無機マトリックス部１０の内部に分散した状態で存在する強磁性材料部２０と、を備えている。
[Composite member]
The composite member of the present embodiment includes the
無機マトリックス部１０は、図２に示すように、無機物質からなる複数の粒子１１により構成されており、無機物質の粒子１１同士が互いに結合することにより、無機マトリックス部１０が形成されている。
As shown in FIG. 2, the
無機マトリックス部１０を構成する無機物質は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、卑金属及び半金属からなる群より選ばれる少なくとも一つの金属元素を含有していることが好ましい。本明細書において、アルカリ土類金属は、カルシウム、ストロンチウム、バリウム及びラジウムに加えて、ベリリウム及びマグネシウムを包含する。卑金属は、アルミニウム、亜鉛、ガリウム、カドミウム、インジウム、すず、水銀、タリウム、鉛、ビスマス及びポロニウムを包含する。半金属は、ホウ素、ケイ素、ゲルマニウム、ヒ素、アンチモン及びテルルを包含する。この中でも、無機物質は、亜鉛、アルミニウム及びマグネシウムからなる群より選ばれる少なくとも一つの金属元素を含有していることが好ましい。これらの金属元素を含有する無機物質は、後述するように、加圧加熱法により、無機物質に由来する連結部を容易に形成することが可能となる。
The inorganic substance constituting the
無機物質は、上記金属元素の酸化物及び酸化水酸化物の少なくとも一つを含有することが好ましい。また、無機物質は、上記金属元素の酸化物及び酸化水酸化物の少なくとも一つを主成分として含有することがより好ましい。つまり、無機物質は、上記金属元素の酸化物及び酸化水酸化物の少なくとも一つを５０ｍｏｌ％以上含有することが好ましく、８０ｍｏｌ％以上含有することがより好ましい。なお、上述の金属元素の酸化物は、金属元素に酸素のみが結合した化合物に加え、リン酸塩、ケイ酸塩、アルミン酸塩及びホウ酸塩を包含している。このような無機物質は、大気中の酸素及び水蒸気に対する安定性が高いことから、無機マトリックス部１０の内部に強磁性材料部２０を配置することにより、強磁性材料部２０と酸素及び水蒸気との接触を抑制して、強磁性材料部２０の劣化を抑えることができる。
The inorganic substance preferably contains at least one of the above-mentioned metal element oxides and oxidized hydroxides. Further, it is more preferable that the inorganic substance contains at least one of the above-mentioned metal element oxide and oxide hydroxide as a main component. That is, the inorganic substance preferably contains at least one of the oxide of the metal element and the oxide hydroxide in an amount of 50 mol% or more, and more preferably 80 mol% or more. The above-mentioned oxide of the metal element includes phosphate, silicate, aluminate and borate in addition to the compound in which only oxygen is bonded to the metal element. Since such an inorganic substance has high stability against oxygen and water vapor in the atmosphere, by arranging the
無機マトリックス部１０を構成する無機物質は、酸化物であることが特に好ましい。無機物質が上記金属元素の酸化物からなることにより、より耐久性の高い複合部材１００を得ることができる。なお、金属元素の酸化物は、金属元素に酸素のみが結合した化合物であることが好ましい。
The inorganic substance constituting the
また、無機マトリックス部１０は、多結晶体であることが好ましい。つまり、無機物質の粒子１１は結晶質の粒子であり、無機マトリックス部１０は多数の粒子１１が凝集してなるものであることが好ましい。無機マトリックス部１０を構成する無機物質が多結晶体であることにより、無機物質がアモルファスからなる場合と比べて、耐久性の高い複合部材１００を得ることができる。なお、無機物質の粒子１１は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、卑金属及び半金属からなる群より選ばれる少なくとも一つの金属元素を含有する結晶質の粒子であることがより好ましい。また、無機物質の粒子１１は、上記金属元素の酸化物及び酸化水酸化物の少なくとも一つを含有する結晶質の粒子であることが好ましい。無機物質の粒子１１は、上記金属元素の酸化物及び酸化水酸化物の少なくとも一つを主成分とする結晶質の粒子であることがより好ましい。
Further, the
なお、無機マトリックス部１０を構成する無機物質は、ベーマイトであることも好ましい。ベーマイトは、ＡｌＯＯＨの組成式で示されるアルミニウム酸化水酸化物である。ベーマイトは、水に不溶であり、酸及びアルカリにも常温下では殆ど反応しないことから化学的安定性が高く、さらに脱水温度が５００℃前後と高いことから耐熱性にも優れるという特性を有する。また、ベーマイトは、比重が３．０７程度であるため、無機マトリックス部１０がベーマイトからなる場合には、軽量であり、かつ、化学的安定性に優れる複合部材１００を得ることができる。
It is also preferable that the inorganic substance constituting the
無機マトリックス部１０を構成する無機物質がベーマイトである場合、粒子１１は、ベーマイト相のみからなる粒子であってもよく、ベーマイトと、ベーマイト以外の酸化アルミニウム又は水酸化アルミニウムとの混合相からなる粒子であってもよい。例えば、粒子１１は、ベーマイトからなる相と、ギブサイト（Ａｌ（ＯＨ）３）からなる相が混合した粒子であってもよい。
When the inorganic substance constituting the
無機マトリックス部１０を構成する無機物質の粒子１１の平均粒子径は、特に限定されない。ただ、粒子１１の平均粒子径は、３００ｎｍ以上５０μｍ以下であることが好ましく、３００ｎｍ以上３０μｍ以下であることがより好ましく、３００ｎｍ以上１０μｍ以下であることがさらに好ましく、３００ｎｍ以上５μｍ以下であることが特に好ましい。無機物質の粒子１１の平均粒子径がこの範囲内であることにより、粒子１１同士が強固に結合し、無機マトリックス部１０の強度を高めることができる。また、無機物質の粒子１１の平均粒子径がこの範囲内であることにより、後述するように、無機マトリックス部１０の内部に存在する気孔の割合が２０％以下となることから、強磁性材料部２０の劣化を抑制することが可能となる。なお、本明細書において、「平均粒子径」の値としては、特に言及のない限り、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）又は透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）などの観察手段を用い、数〜数十視野中に観察される粒子の粒子径の平均値として算出される値を採用する。
The average particle size of the
無機物質の粒子１１の形状は特に限定されないが、例えば球状とすることができる。また、粒子１１は、ウィスカー状（針状）の粒子、又は鱗片状の粒子であってもよい。ウィスカー状粒子又は鱗片状粒子は、球状粒子と比べて他の粒子との接触性が高まり、無機マトリックス部１０の強度が向上しやすい。そのため、粒子１１としてこのような形状の粒子を用いることにより、複合部材１００全体の強度を高めることが可能となる。なお、ウィスカー状の粒子１１としては、例えば、酸化亜鉛（ＺｎＯ）及び酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）の少なくとも一つを含有する粒子を用いることができる。
The shape of the
無機マトリックス部１０を構成する無機物質は、反磁性体又は常磁性体であることが好ましい。つまり、無機物質は、磁場方向に対して弱く引きつけられる反磁性体、又は磁場方向に対して弱い反発を示す反磁性体であることが好ましい。無機物質が反磁性体又は常磁性体からなる場合、当該無機物質は僅かな磁性しか示さない。そのため、当該無機物質により構成される無機マトリックス部１０も僅かな磁性しか示さないことから、複合部材１００は強磁性材料部２０に起因する磁気特性を発揮することができる。
The inorganic substance constituting the
上述のように、無機マトリックス部１０を構成する無機物質は、金属酸化物及び金属酸化水酸化物の少なくとも一つを主成分として含有することがより好ましい。そのため、無機マトリックス部１０も、金属酸化物及び金属酸化水酸化物の少なくとも一方を主成分とすることが好ましい。つまり、無機マトリックス部１０は、金属酸化物及び金属酸化水酸化物の少なくとも一方を５０ｍｏｌ％以上含有することが好ましく、８０ｍｏｌ％以上含有することがより好ましい。
As described above, it is more preferable that the inorganic substance constituting the
ここで、無機マトリックス部１０を構成する無機物質は、実質的に金属単体及び合金を含まないことが好ましい。金属単体及び合金は、金属酸化物及び金属酸化水酸化物と比べて、大気中の酸素及び水蒸気に対する安定性が低いことが多い。そのため、無機マトリックス部１０自体の安定性を高め、強磁性材料部２０の酸化劣化をより抑制する観点から、無機物質は、実質的に金属単体及び合金を含まないことが好ましい。なお、本明細書において、「無機物質は、実質的に金属単体及び合金を含まない」とは、無機物質に故意に金属単体及び合金を含有させたものではないことを意味する。そのため、無機物質に金属単体及び／又は合金が不可避不純物として混入した場合は、「無機物質は、実質的に金属単体及び合金を含まない」という条件を満たす。
Here, it is preferable that the inorganic substance constituting the
また、無機マトリックス部１０を構成する無機物質は、実質的に水和物を含まないことが好ましい。本明細書において、「無機物質は、実質的に水和物を含有しない」とは、無機物質に故意に水和物を含有させたものではないことを意味する。そのため、無機物質に水和物が不可避不純物として混入した場合は、「無機物質は、実質的に水和物を含有しない」という条件を満たす。なお、ベーマイトは金属酸化水酸化物であることから、本明細書においては水和物に包含されない。
Further, it is preferable that the inorganic substance constituting the
なお、無機マトリックス部１０を構成する無機物質は、カルシウム化合物の水和物を含まないことが好ましい。ここでいうカルシウム化合物は、ケイ酸三カルシウム（エーライト、３ＣａＯ・ＳｉＯ２）、ケイ酸二カルシウム（ビーライト、２ＣａＯ・ＳｉＯ２）、カルシウムアルミネート（３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３）、カルシウムアルミノフェライト（４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３）、硫酸カルシウム（ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏ）である。無機マトリックス部１０を構成する無機物質が上記カルシウム化合物の水和物を含む場合、得られる複合部材は、無機マトリックス部の断面における気孔率が２０％を超える可能性がある。そのため、無機物質は、上記カルシウム化合物の水和物を含まないことが好ましい。また、無機マトリックス部１０を構成する無機物質は、リン酸セメント、リン酸亜鉛セメント、及びリン酸カルシウムセメントも含まないことが好ましい。無機物質がこれらのセメントを含まないことにより、得られる複合部材の気孔率を２０％以下にすることが可能となる。
The inorganic substance constituting the
複合部材１００は、無機マトリックス部１０の内部に配置される強磁性材料部２０を備えている。そして、強磁性材料部２０は、磁場方向に強く引きつけられる強磁性体からなる。上述のように、無機マトリックス部１０を構成する無機物質は、反磁性体又は常磁性体であることから、無機マトリックス部１０は僅かな磁性しかを示さない。そのため、無機マトリックス部１０の内部に、強磁性体である強磁性材料部２０を配置することにより、複合部材１００は、強磁性材料部２０に起因した磁気特性を発揮することができる。
The
強磁性材料部２０を構成する強磁性体は、特に限定されないが、例えば鉄、ニッケル、コバルト、ガドリニウム、アルニコ（Ａｌ−Ｎｉ−Ｃｏ）、サマリウム−コバルト（Ｓｍ−Ｃｏ）合金及びネオジム−鉄−ホウ素（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ）合金などのフェロ磁性体、並びに、フェライト、Ｆｅ３Ｏ４、ＭｎＯ・Ｆｅ２Ｏ３及びＢａＯ・６Ｆｅ２Ｏ３などのフェリ磁性体を挙げることができる。
The ferromagnet constituting the
また、強磁性材料部２０は、硬磁性体及び軟磁性体の少なくとも一方を含むことが好ましい。硬磁性体としては、保持力が大きく、外部磁場に対して容易に減磁しない磁性材料であれば特に限定されないが、例えば、アルニコ、フェライト、サマリウム−コバルト、ネオジム−鉄−ボロン、サマリウム−鉄−窒素などを挙げることができる。軟磁性体としては、外部磁場の方向や大きさに対応して磁化を変化させる磁性材料であれば特に限定されないが、例えば、鉄、ケイ素鉄、パーマロイ、鉄−ケイ素−アルミニウム、パーメンジュール、電磁ステンレス鋼などを挙げることができる。
Further, the
強磁性材料部２０は、強磁性を示す金属を含むことも好ましい。このような金属としては、例えば鉄、ニッケル、コバルトなどを挙げることができる。
It is also preferable that the
ここで、無機マトリックス部１０の内部に配置される強磁性材料部２０の形状は、特に限定されない。例えば、図１及び図２に示す複合部材１００のように、強磁性材料部２０は、粒子状であってもよい。強磁性材料部２０が粒子状であることにより、無機マトリックス部１０の内部全体に亘って、強磁性材料部２０を分散させることが可能となる。また、図３に示す複合部材１００Ａのように、強磁性材料部２０は、塊状であってもよい。強磁性材料部２０が塊状であることにより、例えば無機マトリックス部１０の内部における所定の位置に強磁性材料部２０を配置することが可能となる。
Here, the shape of the
上述のように、複合部材１００において、無機マトリックス部１０は、無機物質の粒子群により構成されていることが好ましい。つまり、無機マトリックス部１０は、無機物質からなる複数の粒子１１により構成されており、無機物質の粒子１１同士が互いに結合することにより、無機マトリックス部１０が形成されていることが好ましい。この際、粒子１１同士は、点接触の状態であってもよく、粒子１１の粒子面同士が接触した面接触の状態であってもよい。そして、強磁性材料部２０は、無機マトリックス部１０の内部で略均一に分散した状態で存在することが好ましい。ただ、強磁性材料部２０は、無機物質の粒子１１の粒界に存在することが好ましい。図２に示すように、強磁性材料部２０が隣接する無機物質の粒子１１の間に偏在することにより、無機物質の粒子１１の間の空隙を埋めるように強磁性材料部２０が分散する。そのため、無機マトリックス部１０の内部に存在する気孔の割合をより低減することが可能となる。
As described above, in the
ここで、複合部材１００において、無機マトリックス部１０が無機物質の粒子群により構成されている場合、隣接する無機物質の粒子１１の間には、強磁性材料部２０が存在していてもよい。ただ、図２に示すように、隣接する無機物質の粒子１１の間には、強磁性材料部２０以外に、非晶質の無機化合物を含むアモルファス部３０が存在していてもよい。アモルファス部３０が存在することにより、隣接する無機物質の粒子１１同士がアモルファス部３０を介して結合するため、無機マトリックス部１０の強度をより高めることが可能となる。なお、アモルファス部３０は、少なくとも無機物質の粒子１１の表面に接触するように存在することが好ましい。また、アモルファス部３０は、隣接する無機物質の粒子１１の間に加えて、無機物質の粒子１１と強磁性材料部２０との間、及び、隣接する強磁性材料部２０の間に存在していてもよい。
Here, in the
アモルファス部３０は、非晶質の無機化合物を含むことが好ましい。具体的には、アモルファス部３０は、非晶質の無機化合物のみからなる部位であってもよく、非晶質の無機化合物と結晶質の無機化合物とが混在してなる部位であってもよい。また、アモルファス部３０は、非晶質の無機化合物の内部に結晶質の無機化合物が分散した部位であってもよい。
The
無機物質の粒子１１及びアモルファス部３０は同じ金属元素を含有し、当該金属元素はアルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、卑金属及び半金属からなる群より選ばれる少なくとも一つであることが好ましい。つまり、粒子１１を構成する無機化合物と、アモルファス部３０を構成する非晶質の無機化合物は、少なくとも同じ金属元素を含有していることが好ましい。また、粒子１１を構成する無機化合物と、アモルファス部３０を構成する非晶質の無機化合物は化学組成が同じであってもよく、化学組成が異なっていてもよい。具体的には、金属元素が亜鉛である場合、粒子１１を構成する無機化合物とアモルファス部３０を構成する非晶質の無機化合物は、両方とも酸化亜鉛（ＺｎＯ）であってもよい。または、粒子１１を構成する無機化合物がＺｎＯであるが、アモルファス部３０を構成する非晶質の無機化合物はＺｎＯ以外の亜鉛含有酸化物であってもよい。
The
なお、アモルファス部３０が非晶質の無機化合物と結晶質の無機化合物とが混在してなる部位の場合、非晶質の無機化合物と結晶質の無機化合物は化学組成が同じであってもよく、また化学組成が互いに異なっていてもよい。
When the
複合部材１００において、粒子１１及びアモルファス部３０は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、卑金属及び半金属からなる群より選ばれる少なくとも一つの金属元素の酸化物を含有することが好ましい。このような金属元素の酸化物は耐久性が高いことから、強磁性材料部２０と酸素及び水蒸気との接触を長期間に亘って抑制して、強磁性材料部２０の劣化を抑えることができる。
In the
粒子１１及びアモルファス部３０の両方に含まれる金属元素の酸化物は、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、並びに酸化亜鉛と酸化マグネシウムとの複合体からなる群より選ばれる少なくとも一つであることが好ましい。後述するように、これらの金属元素の酸化物を用いることにより、簡易な方法でアモルファス部３０を形成することが可能となる。
The oxide of the metal element contained in both the
上述のように、無機マトリックス部１０を構成する無機物質は、ベーマイトであってもよい。この場合、無機マトリックス部１０の粒子１１は、ベーマイト相のみからなる粒子であってもよく、ベーマイトと、ベーマイト以外の酸化アルミニウム又は水酸化アルミニウムとの混合相からなる粒子であってもよい。そして、この場合、隣接する粒子１１は、アルミニウムの酸化物及び酸化水酸化物の少なくとも一方を介して結合していることが好ましい。つまり、粒子１１は、有機化合物からなる有機バインダーで結合しておらず、アルミニウムの酸化物及び酸化水酸化物以外の無機化合物からなる無機バインダーでも結合していないことが好ましい。なお、隣接する粒子１１がアルミニウムの酸化物及び酸化水酸化物の少なくとも一方を介して結合している場合、当該アルミニウムの酸化物及び酸化水酸化物は結晶質であってもよく、また、非晶質であってもよい。
As described above, the inorganic substance constituting the
無機マトリックス部１０がベーマイトからなる場合、ベーマイト相の存在割合が５０質量％以上であることが好ましく、６０質量％以上であることがより好ましく、７０質量％以上であることがさらに好ましい。ベーマイト相の割合が増加することにより、軽量であり、かつ、化学的安定性及び耐熱性に優れた無機マトリックス部１０を得ることができる。なお、無機マトリックス部１０におけるベーマイト相の割合は、Ｘ線回折法により無機マトリックス部１０のＸ線回折パターンを測定した後、リートベルト解析を行うことにより、求めることができる。
When the
本実施形態の複合部材１００は、上述のように、無機マトリックス部１０の内部に、強磁性体からなる強磁性材料部２０が配置されている。そして、無機マトリックス部１０は、金属酸化物及び金属酸化水酸化物の少なくとも一方が主成分である無機物質からなる。金属酸化物及び金属酸化水酸化物は、大気中の酸素及び水蒸気に対する安定性が高い。そのため、無機マトリックス部１０の無機物質が金属酸化物及び金属酸化水酸化物からなる場合には、無機マトリックス部１０の酸素透過性が低くなり、ガスバリア性が向上する。その結果、強磁性材料部２０と酸素及び水蒸気との接触を抑制して、強磁性材料部２０の劣化を抑えることができる。また、無機物質は反磁性体又は常磁性体であることから、無機マトリックス部１０は僅かな磁性しか示さない。そのため、複合部材１００は、強磁性材料部２０に起因する磁気特性を発揮することができる。
In the
ここで、複合部材１００の無機マトリックス部１０では、無機物質の粒子１１が連続的に存在していることが好ましい。つまり、図２に示すように、無機マトリックス部１０において、無機物質の粒子１１は、互いに接触して繋がっている、または、アモルファス部３０を介して互いに繋がっていることが好ましい。そして、強磁性材料部２０の表面全体は、無機マトリックス部１０により覆われていることが好ましい。これにより、強磁性材料部２０と酸素及び水蒸気との接触がさらに抑制されるため、強磁性材料部２０の酸化劣化をより抑えることが可能となる。
Here, in the
複合部材１００において、無機マトリックス部１０は強磁性材料部２０よりも体積比率が大きいことが好ましい。複合部材１００において、無機マトリックス部１０の体積を強磁性材料部２０の体積よりも高めることにより、強磁性材料部２０の周囲を無機物質の粒子１１で覆いやすくなる。そのため、強磁性材料部２０の劣化をより抑制する観点から、無機マトリックス部１０は強磁性材料部２０よりも体積比率が大きいことが好ましい。
In the
複合部材１００において、無機マトリックス部１０の断面における気孔率は２０％以下であることが好ましい。つまり、無機マトリックス部１０の断面を観察した場合、単位面積あたりの気孔の割合の平均値が２０％以下であることが好ましい。気孔率が２０％以下の場合には、緻密な無機物質の内部に、強磁性材料部２０を封止することができる。そのため、複合部材１００の外部からの酸素及び水蒸気と、強磁性材料部２０との接触率が減少することから、強磁性材料部２０の酸化を抑制し、長期間に亘って強磁性材料部２０の磁性を維持することが可能となる。さらに、この場合、無機マトリックス部１０は、内部の気孔が少なく、無機物質が緻密となっていることから、複合部材１００は高い強度を有することができる。なお、無機マトリックス部１０の断面における気孔率は１５％以下であることが好ましく、１０％以下であることがより好ましく、５％以下であることがさらに好ましい。無機マトリックス部１０の断面における気孔率が小さいほど、強磁性材料部２０と酸素及び水蒸気との接触が抑制されるため、強磁性材料部２０の劣化を防ぐことが可能となる。
In the
本明細書において、気孔率は次のように求めることができる。まず、無機マトリックス部１０の断面を観察し、無機マトリックス部１０、強磁性材料部２０及び気孔を判別する。そして、単位面積と当該単位面積中の気孔の面積とを測定し、単位面積あたりの気孔の割合を求める。このような単位面積あたりの気孔の割合を複数箇所で求めた後、単位面積あたりの気孔の割合の平均値を、気孔率とする。なお、無機マトリックス部１０の断面を観察する際には、光学顕微鏡、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）又は透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いることができる。また、単位面積と当該単位面積中の気孔の面積は、顕微鏡で観察した画像を二値化することにより測定してもよい。
In the present specification, the porosity can be determined as follows. First, the cross section of the
なお、複合部材１００の形状は特に限定されないが、例えば板状とすることができる。また、複合部材１００の厚みｔは特に限定されないが、例えば５０μｍ以上とすることができる。後述するように、複合部材１００は、加圧加熱法により形成するため、厚みの大きな複合部材１００を容易に得ることができる。なお、複合部材１００の厚みｔは１ｍｍ以上とすることができ、１ｃｍ以上とすることもできる。複合部材１００の厚みｔの上限は特に限定されないが、例えば５０ｃｍとすることができる。
The shape of the
また、複合部材１００において、強磁性材料部２０は、無機マトリックス部１０の表面１０ａから内部にかけて連続的に存在せず、かつ、無機マトリックス部１０の表面１０ａに膜状に存在していないことが好ましい。具体的には、図４に示すように、無機マトリックス部１０の表面１０ａに存在する強磁性材料部２０ａは、大気中の酸素及び水蒸気に接触して劣化する可能性がある。さらに、無機マトリックス部１０の表面１０ａから内部にかけて連続的に存在している強磁性材料部２０ａも、表面１０ａに存在する強磁性材料部２０ａの酸化劣化に起因して劣化する可能性がある。そのため、強磁性材料部２０の劣化を抑制する観点から、強磁性材料部２０は、表面１０ａから内部にかけて連続的に存在せず、表面１０ａに膜状に存在していないことが好ましい。
Further, in the
複合部材１００において、無機マトリックス部１０は、無機マトリックス部１０の表面１０ａから内部にかけて連通する空隙１０ｂを有しないことが好ましい。無機マトリックス部１０の内部の強磁性材料部２０は、無機物質の粒子１１により覆われているため、酸化劣化し難い。ただ、図５に示すように、無機マトリックス部１０に空隙１０ｂが存在する場合、空隙１０ｂを通じて無機マトリックス部１０の内部に酸素及び水蒸気が到達してしまい、無機マトリックス部１０の内部の強磁性材料部２０と接触する可能性がある。そのため、強磁性材料部２０の酸化劣化を抑制する観点から、無機マトリックス部１０は、表面１０ａから内部にかけて連通する空隙１０ｂを有しないことが好ましい。
In the
このように、本実施形態の複合部材１００，１００Ａは、金属酸化物及び金属酸化水酸化物の少なくとも一方を主成分とし、実質的に金属単体及び合金を含まず、反磁性体又は常磁性体である無機物質からなる無機マトリックス部１０を備える。複合部材１００，１００Ａは、さらに、無機マトリックス部１０の内部に存在し、無機マトリックス部１０を構成する無機物質と直接固着し、強磁性体からなる強磁性材料部２０を備える。そして、無機マトリックス部１０では、無機物質の粒子１１が連続的に存在しており、無機マトリックス部１０は、強磁性材料部２０よりも体積比率が大きい。本実施形態の複合部材１００，１００Ａでは、無機マトリックス部１０の内部に強磁性材料部２０を配置させている。そのため、無機マトリックス部１０により、強磁性材料部２０と酸素及び水蒸気との接触が抑制されることから、強磁性材料部２０の劣化を抑え、長期間に亘って磁気特性を維持することができる。
As described above, the
また、例えば、従来のセラミックスからなる磁性体では、構成材料が特定のセラミックスに限定されていた。つまり、例えば、フェライト磁石では、構成材料が特定のフェライトに限定されていた。そのため、構成材料が限定されることから、磁性体の熱伝導性や、硬度及び強度などの特性を、任意に調整することが難しいという問題があった。しかしながら、複合部材１００，１００Ａでは、強磁性材料部２０のマトリックスとして、上述の無機マトリックス部１０を用いている。そのため、無機マトリックス部１０の構成材料を調整することにより、複合部材１００，１００Ａの熱伝導性や、硬度及び強度などの特性を任意に調整することができる。
Further, for example, in the conventional magnetic material made of ceramics, the constituent material is limited to specific ceramics. That is, for example, in a ferrite magnet, the constituent material is limited to a specific ferrite. Therefore, since the constituent materials are limited, there is a problem that it is difficult to arbitrarily adjust the properties such as thermal conductivity, hardness and strength of the magnetic material. However, in the
［複合部材の製造方法］
次に、本実施形態に係る複合部材の製造方法について説明する。複合部材は、無機物質の粒子と強磁性材料部２０を構成する強磁性体との混合物を、溶媒を含んだ状態で加圧して加熱することにより製造することができる。このような加圧加熱法を用いることにより、無機物質同士が互いに結合するため、強磁性材料部２０が内部に分散した無機マトリックス部１０を形成することができる。
[Manufacturing method of composite member]
Next, a method of manufacturing the composite member according to the present embodiment will be described. The composite member can be produced by heating a mixture of particles of an inorganic substance and a ferromagnet constituting the
具体的には、図２に示す、強磁性材料部２０が分散した複合部材１００を製造する場合、まず、無機物質の粉末と、強磁性材料部２０を構成する強磁性体の粉末とを混合して混合物を調製する。無機物質の粉末と強磁性体の粉末の混合方法は特に限定されず、乾式又は湿式で行うことができる。また、無機物質の粉末と強磁性体の粉末は空気中で混合してもよく、不活性雰囲気下で混合してもよい。
Specifically, when manufacturing the
次に、混合物に溶媒を添加する。溶媒としては、特に限定されるものではないが、例えば、混合物を加圧及び加熱した際に、無機物質の一部を溶解することが可能なものを用いることができる。また、溶媒としては、無機物質と反応して、当該無機物質とは異なる無機物質を生成することが可能なものを用いることができる。このような溶媒としては、酸性水溶液、アルカリ性水溶液、水、アルコール、ケトン及びエステルからなる群より選ばれる少なくとも一つを用いることができる。酸性水溶液としては、ｐＨ１〜３の水溶液を用いることができる。アルカリ性水溶液としては、ｐＨ１０〜１４の水溶液を用いることができる。酸性水溶液としては、有機酸の水溶液を用いることが好ましい。また、アルコールとしては、炭素数が１〜１２のアルコールを用いることが好ましい。 The solvent is then added to the mixture. The solvent is not particularly limited, but for example, a solvent capable of dissolving a part of the inorganic substance when the mixture is pressurized and heated can be used. Further, as the solvent, a solvent capable of reacting with an inorganic substance to produce an inorganic substance different from the inorganic substance can be used. As such a solvent, at least one selected from the group consisting of an acidic aqueous solution, an alkaline aqueous solution, water, an alcohol, a ketone and an ester can be used. As the acidic aqueous solution, an aqueous solution having a pH of 1 to 3 can be used. As the alkaline aqueous solution, an aqueous solution having a pH of 10 to 14 can be used. As the acidic aqueous solution, it is preferable to use an aqueous solution of an organic acid. Further, as the alcohol, it is preferable to use an alcohol having 1 to 12 carbon atoms.
次いで、無機物質と強磁性体と溶媒とを含む混合物を、金型の内部に充填する。当該混合物を金型に充填した後、必要に応じて金型を加熱してもよい。そして、金型の内部の混合物に圧力を加えることにより、金型の内部が高圧状態となる。この際、無機物質及び強磁性体が緻密化すると同時に、無機物質の粒子同士が互いに結合する。 Next, a mixture containing an inorganic substance, a ferromagnet, and a solvent is filled inside the mold. After filling the mold with the mixture, the mold may be heated if necessary. Then, by applying pressure to the mixture inside the mold, the inside of the mold becomes a high pressure state. At this time, the inorganic substance and the ferromagnet are densified, and at the same time, the particles of the inorganic substance are bonded to each other.
ここで、溶媒として、無機物質の一部を溶解するものを用いた場合、高圧状態では、無機物質を構成する無機化合物が溶媒に溶解する。溶解した無機化合物は、無機物質と強磁性体との間の空隙、無機物質の間の空隙、及び強磁性体の間の空隙に浸入する。そして、この状態で混合物中の溶媒を除去することにより、無機物質と強磁性体との間、無機物質の間及び強磁性体の間に、無機物質に由来する連結部が形成される。また、溶媒として、無機物質と反応して、当該無機物質とは異なる無機物質を生成するものを用いた場合、高圧状態では、無機物質を構成する無機化合物が溶媒と反応する。そして、反応により生成した他の無機物質が、無機物質と強磁性体との間の空隙、無機物質の間の空隙、及び強磁性体の間の空隙に充填され、他の無機物質に由来する連結部が形成される。 Here, when a solvent that dissolves a part of the inorganic substance is used, the inorganic compound constituting the inorganic substance dissolves in the solvent under a high pressure state. The dissolved inorganic compound penetrates into the voids between the inorganic substance and the ferromagnet, the voids between the inorganic substances, and the voids between the ferromagnets. Then, by removing the solvent in the mixture in this state, a connecting portion derived from the inorganic substance is formed between the inorganic substance and the ferromagnet, between the inorganic substances and between the ferromagnets. Further, when a solvent that reacts with an inorganic substance to produce an inorganic substance different from the inorganic substance is used, the inorganic compound constituting the inorganic substance reacts with the solvent under a high pressure state. Then, other inorganic substances generated by the reaction are filled in the voids between the inorganic substance and the ferromagnet, the voids between the inorganic substances, and the voids between the ferromagnets, and are derived from the other inorganic substances. A connecting part is formed.
無機物質と強磁性体と溶媒とを含む混合物の加熱加圧条件は、溶媒として、無機物質の一部を溶解するものを用いた場合、無機物質の表面の溶解が進行するような条件であれば特に限定されない。また、当該混合物の加熱加圧条件は、溶媒として、無機物質と反応して、当該無機物質とは異なる無機物質を生成するものを用いた場合、無機物質と溶媒との反応が進行するような条件であれば特に限定されない。例えば、無機物質と強磁性体と溶媒とを含む混合物を、５０〜３００℃に加熱した後、１０〜６００ＭＰａの圧力で加圧することが好ましい。なお、無機物質と強磁性体と溶媒とを含む混合物を加熱する際の温度は、８０〜２５０℃であることがより好ましく、１００〜２００℃であることがさらに好ましい。また、無機物質と強磁性体と溶媒とを含む混合物を加圧する際の圧力は、５０〜４００ＭＰａであることがより好ましく、５０〜２００ＭＰａであることがさらに好ましい。 The heating and pressurizing conditions of the mixture containing the inorganic substance, the ferromagnetic substance, and the solvent are such that when a solvent that dissolves a part of the inorganic substance is used, the dissolution of the surface of the inorganic substance proceeds. There is no particular limitation. Further, under the heating and pressurizing conditions of the mixture, when a solvent that reacts with an inorganic substance to produce an inorganic substance different from the inorganic substance is used, the reaction between the inorganic substance and the solvent proceeds. The conditions are not particularly limited. For example, it is preferable to heat a mixture containing an inorganic substance, a ferromagnet and a solvent to 50 to 300 ° C., and then pressurize the mixture at a pressure of 10 to 600 MPa. The temperature at which the mixture containing the inorganic substance, the ferromagnet and the solvent is heated is more preferably 80 to 250 ° C, further preferably 100 to 200 ° C. Further, the pressure when pressurizing the mixture containing the inorganic substance, the ferromagnet and the solvent is more preferably 50 to 400 MPa, further preferably 50 to 200 MPa.
そして、金型の内部から成形体を取り出すことにより、複合部材を得ることができる。なお、無機物質と強磁性材料部２０との間、無機物質の間及び強磁性材料部２０の間に形成された、無機物質に由来の連結部は、上述のアモルファス部３０であることが好ましい。
Then, the composite member can be obtained by taking out the molded body from the inside of the mold. The connecting portion derived from the inorganic substance formed between the inorganic substance and the
なお、図３に示す、強磁性材料部２０が塊状である複合部材１００Ａの場合も、上述と同様の方法で製造することができる。具体的には、まず、無機物質の粉末と、強磁性材料部２０を構成する塊状の強磁性体とを金型に充填する。そして、金型の内部に溶媒を注入し、溶媒を無機物質の粉末に浸透させる。そして、上述と同様に、無機物質と強磁性体と溶媒とを含む混合物を加熱及び加圧することにより、複合部材１００Ａを得ることができる。
In the case of the
ここで、セラミックスからなる無機部材の製造方法としては、従来より焼結法が知られている。焼結法は、無機物質からなる固体粉末の集合体を融点よりも低い温度で加熱することにより、焼結体を得る方法である。ただ、焼結法では、例えば１０００℃以上に固体粉末を加熱する。そのため、焼結法を用いて、無機物質と着磁された強磁性体とからなる複合部材を得ようとした場合、高温での加熱により強磁性体が消磁してしまうため、磁性を有する複合部材が得られない。つまり、強磁性体の加熱温度がキュリー温度を超える場合には、強磁性体は常磁性体に転移して減磁又は消磁してしまうため、磁性を有する複合部材が得られない。 Here, as a method for producing an inorganic member made of ceramics, a sintering method has been conventionally known. The sintering method is a method for obtaining a sintered body by heating an aggregate of solid powders made of an inorganic substance at a temperature lower than the melting point. However, in the sintering method, the solid powder is heated to, for example, 1000 ° C. or higher. Therefore, when an attempt is made to obtain a composite member composed of an inorganic substance and a magnetized ferromagnet by using a sintering method, the ferromagnet is demagnetized by heating at a high temperature, so that the composite has magnetism. No parts can be obtained. That is, when the heating temperature of the ferromagnet exceeds the Curie temperature, the ferromagnet is transferred to the paramagnetic material and demagnetized or demagnetized, so that a composite member having magnetism cannot be obtained.
しかしながら、本実施形態の複合部材の製造方法では、無機物質の粉末と、強磁性材料部２０を構成する強磁性体とを混合してなる混合物を、３００℃以下という低温で加熱する。そのため、強磁性材料部２０を構成する強磁性体のキュリー温度を超えることがないため、磁性を有する複合部材を効率的に得ることができる。また、無機物質の粉末と強磁性体の混合物を低温で加熱するため、強磁性体の組成変化が生じ難い。そのため、複合部材は、強磁性材料部２０に起因する磁気特性を得ることができる。
However, in the method for producing a composite member of the present embodiment, a mixture obtained by mixing a powder of an inorganic substance and a ferromagnetic material constituting the
さらに、本実施形態の製造方法では、無機物質の粉末と強磁性体を混合してなる混合物を、加熱しながら加圧していることから、無機物質が凝集して緻密な無機マトリックス部１０となる。その結果、無機マトリックス部１０内部の気孔が少なくなることから、強磁性材料部２０の酸化劣化を抑制しつつも、高い強度を有する複合部材を得ることができる。
Further, in the production method of the present embodiment, since the mixture formed by mixing the powder of the inorganic substance and the ferromagnetic material is pressed while heating, the inorganic substances are aggregated to form a dense
次に、無機マトリックス部１０を構成する無機物質がベーマイトである複合部材の製造方法について説明する。無機物質がベーマイトである複合部材は、水硬性アルミナと、強磁性材料部２０を構成する強磁性体と、水を含む溶媒とを混合した後、加圧して加熱することにより製造することができる。水硬性アルミナは、水酸化アルミニウムを加熱処理して得られる酸化物であり、ρアルミナを含んでいる。このような水硬性アルミナは、水和反応によって結合及び硬化する性質を有する。そのため、加圧加熱法を用いることにより、水硬性アルミナの水和反応が進行して水硬性アルミナ同士が互いに結合しつつ、ベーマイトに結晶構造が変化することにより、無機マトリックス部１０を形成することができる。
Next, a method for manufacturing a composite member in which the inorganic substance constituting the
具体的には、まず、水硬性アルミナの粉末と、強磁性材料部２０を構成する強磁性体と、水を含む溶媒とを混合して混合物を調製する。水を含む溶媒は、純水又はイオン交換水であることが好ましい。ただ、水を含む溶媒は、水以外に、酸性物質又はアルカリ性物質が含まれていてもよい。また、水を含む溶媒は水が主成分であればよく、例えば有機溶媒（例えばアルコールなど）が含まれていてもよい。
Specifically, first, a mixture is prepared by mixing a powder of hydraulic alumina, a ferromagnet constituting the
水硬性アルミナに対する溶媒の添加量は、水硬性アルミナの水和反応が十分に進行する量であることが好ましい。溶媒の添加量は、水硬性アルミナに対して２０〜２００質量％が好ましく、５０〜１５０質量％がより好ましい。 The amount of the solvent added to the hydraulic alumina is preferably an amount at which the hydration reaction of the hydraulic alumina proceeds sufficiently. The amount of the solvent added is preferably 20 to 200% by mass, more preferably 50 to 150% by mass, based on the hydraulic alumina.
次いで、水硬性アルミナと強磁性体と水を含む溶媒とを混合してなる混合物を、金型の内部に充填する。当該混合物を金型に充填した後、必要に応じて金型を加熱してもよい。そして、金型の内部の混合物に圧力を加えることにより、金型の内部が高圧状態となる。この際、水硬性アルミナが高充填化し、水硬性アルミナの粒子同士が互いに結合することで、高密度化する。具体的には、水硬性アルミナに水を加えることにより、水硬性アルミナが水和反応し、水硬性アルミナ粒子の表面に、ベーマイトと水酸化アルミニウムが生成する。そして、金型内部で当該混合物を加熱しながら加圧することにより、生成したベーマイトと水酸化アルミニウムが隣接する水硬性アルミナ粒子の間を相互に拡散して、水硬性アルミナ粒子同士が徐々に結合する。その後、加熱により脱水反応が進行することで、水酸化アルミニウムからベーマイトに結晶構造が変化する。なお、このような水硬性アルミナの水和反応、水硬性アルミナ粒子間の相互拡散、及び脱水反応は、ほぼ同時に進行すると推測される。 Next, a mixture obtained by mixing hydraulic alumina, a ferromagnet, and a solvent containing water is filled inside the mold. After filling the mold with the mixture, the mold may be heated if necessary. Then, by applying pressure to the mixture inside the mold, the inside of the mold becomes a high pressure state. At this time, the hydraulic alumina is highly filled, and the particles of the hydraulic alumina are bonded to each other to increase the density. Specifically, when water is added to hydraulic alumina, the hydraulic alumina undergoes a hydration reaction, and boehmite and aluminum hydroxide are produced on the surface of the hydraulic alumina particles. Then, by pressurizing the mixture while heating inside the mold, the generated boehmite and aluminum hydroxide diffuse between adjacent water-hard alumina particles, and the water-hard alumina particles are gradually bonded to each other. .. After that, the dehydration reaction proceeds by heating, and the crystal structure changes from aluminum hydroxide to boehmite. It is presumed that such a hydration reaction of hydraulic alumina, mutual diffusion between hydraulic alumina particles, and a dehydration reaction proceed almost simultaneously.
そして、金型の内部から成形体を取り出すことにより、複数の粒子１１同士がアルミニウムの酸化物及び酸化水酸化物の少なくとも一方を介して結合した複合部材を得ることができる。
Then, by taking out the molded product from the inside of the mold, it is possible to obtain a composite member in which the plurality of
なお、水硬性アルミナと強磁性体と水を含む溶媒とを混合してなる混合物の加熱加圧条件は、水硬性アルミナと当該溶媒との反応が進行するような条件であれば特に限定されない。例えば、水硬性アルミナと強磁性体と水を含む溶媒とを混合してなる混合物を、５０〜３００℃に加熱しつつ、１０〜６００ＭＰａの圧力で加圧することが好ましい。なお、水硬性アルミナと強磁性体と水を含む溶媒とを混合してなる混合物を加熱する際の温度は、８０〜２５０℃であることがより好ましく、１００〜２００℃であることがさらに好ましい。また、水硬性アルミナと強磁性体と水を含む溶媒とを混合してなる混合物を加圧する際の圧力は、５０〜６００ＭＰａであることがより好ましく、２００〜６００ＭＰａであることがさらに好ましい。 The heating and pressurizing conditions of the mixture obtained by mixing the hydraulic alumina, the ferromagnet and the solvent containing water are not particularly limited as long as the reaction between the hydraulic alumina and the solvent proceeds. For example, it is preferable to pressurize a mixture obtained by mixing hydraulic alumina, a ferromagnet, and a solvent containing water at a pressure of 10 to 600 MPa while heating to 50 to 300 ° C. The temperature at which the mixture obtained by mixing hydraulic alumina, a ferromagnet and a solvent containing water is heated is more preferably 80 to 250 ° C, further preferably 100 to 200 ° C. .. Further, the pressure when pressurizing the mixture formed by mixing hydraulic alumina, a ferromagnet and a solvent containing water is more preferably 50 to 600 MPa, further preferably 200 to 600 MPa.
このように、複合部材の製造方法は、無機物質の粉末と、強磁性材料部２０を構成する強磁性体とを混合して混合物を得る工程と、無機物質を溶解する溶媒又は無機物質と反応する溶媒を混合物に添加した後、当該混合物を加圧及び加熱する工程とを有する。そして、混合物の加熱加圧条件は、５０〜３００℃の温度で、１０〜６００ＭＰａの圧力とすることが好ましい。
As described above, the method for producing the composite member includes a step of mixing a powder of an inorganic substance and a ferromagnetic material constituting the
本実施形態の製造方法では、このような低温条件下で複合部材を成形することから、強磁性材料部２０として予め着磁された強磁性体を用いた場合でも、強磁性体の消磁を抑制して、磁性を有する複合部材を得ることができる。また、強磁性材料部２０として予め着磁された強磁性体を用いた場合には、得られた複合部材に対して着磁する工程が不要となる。そのため、複合部材を着磁するために必要な、コイルなどの着磁装置が不要となり、さらに製造工程も簡略化することが可能となる。
In the manufacturing method of the present embodiment, since the composite member is formed under such a low temperature condition, demagnetization of the ferromagnetic material is suppressed even when a pre-magnetized ferromagnetic material is used as the
また、無機物質がベーマイトである複合部材の製造方法は、水硬性アルミナと強磁性材料部２０を構成する強磁性体と水を含む溶媒とを混合して混合物を得る工程と、当該混合物を加圧及び加熱する工程とを有する。そして、混合物の加熱加圧条件は、５０〜３００℃の温度で、１０〜６００ＭＰａの圧力とすることが好ましい。この製造方法では、低温条件下で複合部材を成形することから、得られる部材はベーマイト相を主体とする。そのため、軽量であり、かつ、化学的安定性に優れた複合部材を簡易な方法で得ることができる。
Further, the method for producing a composite member in which the inorganic substance is boehmite includes a step of mixing a water-hard alumina, a ferromagnet constituting the
［複合部材の用途］
次に、本実施形態に係る複合部材１００，１００Ａの用途について説明する。複合部材１００，１００Ａは、上述のように、磁性を有し、機械的強度が高く、さらに厚みの大きな板状とすることができることから、構造物に用いることができる。そして、複合部材１００，１００Ａを備える構造物としては、住宅設備、住宅部材、建材、建造物であることが好ましい。住宅設備、住宅部材、建材及び建造物は、人の生活の中で需要が多い構造物であることから、複合部材１００，１００Ａを構造物に用いることにより、新しい大きな市場の創出効果を期待することができる。
[Use of composite member]
Next, the uses of the
本実施形態の複合部材１００，１００Ａは、建築部材に使用することができる。建築部材は建築用に製造された部材であり、本実施形態では少なくとも一部に複合部材１００，１００Ａを使用することができる。複合部材１００，１００Ａは、上述のように、厚みの大きな板状とすることができ、さらに高い強度及び耐久性を有している。そのため、複合部材１００，１００Ａを建築部材として好適に用いることができる。建築部材としては、例えば、外壁材（サイディング）、屋根材などを挙げることができる。また、建築部材としては、道路用材料、外溝用材料も挙げることができる。
The
さらに、本実施形態の複合部材１００，１００Ａは、内装部材にも使用することができる。内装部材としては、例えば、浴槽、キッチンカウンター、洗面台、床材などを挙げることができる。
Further, the
また、本実施形態に係る複合部材１００，１００Ａは、磁性を利用する各種の構造体にも用いることもできる。このような構造体としては、例えば電磁シールドやノイズフィルターなどが挙げられる。さらに、複合部材１００，１００Ａは、磁性を利用する各種の装置に用いることもできる。このような装置としては、例えばセンサーや通信機器、電子機器などが挙げられる。
Further, the
以下、実施例により本実施形態の複合部材をさらに詳細に説明するが、本実施形態はこれによって限定されるものではない。 Hereinafter, the composite member of the present embodiment will be described in more detail by way of examples, but the present embodiment is not limited thereto.
［試験サンプルの調製］
（実施例）
無機物質として、平均粒子径Ｄ５０が約１μｍの酸化亜鉛粒子（株式会社高純度化学研究所製、純度９９．９９％）を準備した。また、強磁性体として、４５μｍフィルター通過分が９０％以上の粒度である鉄粉（富士フイルム和光純薬株式会社製）を準備した。そして、酸化亜鉛粒子に対して１２．５体積％となるように鉄粉を秤量した後、酸化亜鉛粒子と鉄粉とを、メノウ製の乳鉢と乳棒を用いて混合することにより、混合粉末を得た。
[Preparation of test sample]
(Example)
As the inorganic material, the average particle diameter D 50 was prepared zinc oxide particles of about 1 [mu] m (produced by Kojundo Chemical Laboratory Co., Ltd., purity of 99.99%). Further, as a ferromagnet, iron powder (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) having a particle size of 90% or more for passing through a 45 μm filter was prepared. Then, the iron powder is weighed so as to be 12.5% by volume with respect to the zinc oxide particles, and then the zinc oxide particles and the iron powder are mixed using a mortar and pestle made of Menou to obtain a mixed powder. Obtained.
次に、得られた混合粉末を、内部空間を有する円筒状の成形用金型（Φ１０）の内部に投入した。さらに、成形用金型の内部に充填した混合粉末に、１Ｍの酢酸を、酸化亜鉛粒子に対して４０質量％となるように添加した。そして、当該酢酸を含んだ混合粉末を、１００ＭＰａ、１５０℃、３０分の条件で加熱及び加圧することにより、本例の試験サンプルを得た。 Next, the obtained mixed powder was put into the inside of a cylindrical molding die (Φ10) having an internal space. Further, 1 M acetic acid was added to the mixed powder filled inside the molding die so as to be 40% by mass with respect to the zinc oxide particles. Then, the mixed powder containing the acetic acid was heated and pressurized under the conditions of 100 MPa, 150 ° C., and 30 minutes to obtain a test sample of this example.
（比較例）
鉄粉を添加しなかったこと以外は実施例と同様にして、本例の試験サンプルを得た。
(Comparison example)
A test sample of this example was obtained in the same manner as in Example except that iron powder was not added.
実施例及び比較例の試験サンプルにおける、鉄粉の添加量を表１に纏めて示す。 Table 1 summarizes the amount of iron powder added in the test samples of Examples and Comparative Examples.
［試験サンプルの評価］
（密度割合測定）
まず、各例の試験サンプルの体積と質量から比重を求めた。さらに、酸化亜鉛の比重が５．６であり、鉄の比重が７．８７であることから、各試験サンプルの理論比重を求めた。つまり、実施例の試験サンプルの場合、酸化亜鉛の体積割合が８７．５％であり、鉄粉の体積割合が１２．５％であることから、理論比重は、５．６×０．８７５＋７．８７×０．１２５＝５．８８である。そして、理論比重に対する実際の比重（［実際の比重］／［理論比重］×１００）を密度割合（％）とした。各試験サンプルの密度割合を表１に合わせて示す。
[Evaluation of test sample]
(Density ratio measurement)
First, the specific gravity was determined from the volume and mass of the test sample of each example. Further, since the specific density of zinc oxide is 5.6 and the specific density of iron is 7.87, the theoretical specific density of each test sample was determined. That is, in the case of the test sample of the example, the volume ratio of zinc oxide is 87.5% and the volume ratio of iron powder is 12.5%, so that the theoretical specific weight is 5.6 × 0.875 + 7. 87 × 0.125 = 5.88. Then, the actual specific gravity ([actual specific gravity] / [theoretical specific gravity] × 100) with respect to the theoretical specific gravity was defined as the density ratio (%). The density ratio of each test sample is also shown in Table 1.
表１に示すように、鉄粉を添加することにより、密度割合が低下することが分かる。つまり、試験サンプルの理論比重と比べて、実際の比重が低下することが分かる。この原因は、鉄粉を添加することにより、気孔が増加するためであると推測される。そのため、気孔の割合が小さくなるように、鉄粉の添加量を調整することが好ましい。 As shown in Table 1, it can be seen that the density ratio is reduced by adding iron powder. That is, it can be seen that the actual density is lower than the theoretical density of the test sample. It is presumed that the cause of this is that the addition of iron powder increases the pores. Therefore, it is preferable to adjust the amount of iron powder added so that the proportion of pores is small.
（磁性評価）
実施例及び比較例の試験サンプルに、フェライト磁石を近づけて、試験サンプルが磁石に引き寄せられるか否かを調べた。その結果、実施例の試験サンプルは磁石に引き寄せられるが、比較例の試験サンプルは、磁石を近づけても引き寄せられることも、反発することも無かった。そのため、実施例の試験サンプルは、強磁性材料部に起因する磁性を有することが分かる。
(Magnetic evaluation)
A ferrite magnet was brought close to the test samples of Examples and Comparative Examples, and it was examined whether or not the test sample was attracted to the magnet. As a result, the test sample of the example was attracted to the magnet, but the test sample of the comparative example was neither attracted nor repelled even when the magnet was brought close to the magnet. Therefore, it can be seen that the test sample of the example has magnetism due to the ferromagnetic material part.
（気孔率測定）
まず、円柱状である実施例の試験サンプルの断面に、クロスセクションポリッシャー加工（ＣＰ加工）を施した。次に、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用い、試験サンプルの断面について、２００００倍の倍率で二次電子像を観察した。実施例の試験サンプルにおける断面の３か所（位置１〜３）を観察することにより得られた二次電子像を、図６（ａ）、図７（ａ）及び図８（ａ）に示す。観察した二次電子像において、灰色部が酸化亜鉛（無機物質の粒子１１）または鉄粉（強磁性材料部２０）であり、黒色部が気孔４０である。
(Porosity measurement)
First, a cross section of a test sample of an example having a columnar shape was subjected to cross section polisher processing (CP processing). Next, using a scanning electron microscope (SEM), a secondary electron image was observed with respect to the cross section of the test sample at a magnification of 20000 times. Secondary electron images obtained by observing three cross-sections (
次いで、３視野のＳＥＭ像の無機マトリックス部１０についてそれぞれ二値化することにより、気孔部分を明確にした。図６（ａ）、図７（ａ）及び図８（ａ）の二次電子像の無機マトリックス部１０を二値化した画像を、それぞれ図６（ｂ）、図７（ｂ）及び図８（ｂ）に示す。そして、二値化した画像から気孔部分の面積割合を算出し、平均値を気孔率とした。具体的には、図６（ｂ）より、位置１の気孔部分の面積割合は１０．０％であった。図７（ｂ）より、位置２の気孔部分の面積割合は１０．２％であった。図８（ｂ）より、位置３の気孔部分の面積割合は１１．０％であった。そのため、実施例の試験サンプルの気孔率は、位置１〜３の気孔部分の面積割合の平均値である１０．４％であった。
Next, the pore portion was clarified by binarizing each of the
図６、図７及び図８より、実施例の試験サンプルの気孔率は２０％以下であることから、強磁性材料部である鉄粉は大気及び水蒸気との接触が抑制され、酸化劣化が抑えられることが分かる。 From FIGS. 6, 7 and 8, since the porosity of the test sample of the example is 20% or less, the iron powder which is the ferromagnetic material part suppresses the contact with the atmosphere and water vapor, and the oxidative deterioration is suppressed. It turns out that it can be done.
以上、実施例に沿って本実施形態の内容を説明したが、本実施形態はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変形及び改良が可能であることは、当業者には自明である Although the contents of the present embodiment have been described above with reference to the examples, it is obvious to those skilled in the art that the present embodiment is not limited to these descriptions and various modifications and improvements are possible. is there
１０ 無機マトリックス部
１０ａ 無機マトリックス部の表面
１１ 無機物質の粒子
２０ 強磁性材料部
１００，１００Ａ 複合部材
10
Claims (7)
前記無機マトリックス部の内部に存在し、前記無機マトリックス部を構成する前記無機物質と直接固着し、強磁性体からなる強磁性材料部と、
を備え、
前記無機マトリックス部では、前記無機物質の粒子が連続的に存在しており、
前記無機マトリックス部は、前記強磁性材料部よりも体積比率が大きい、複合部材。 An inorganic matrix portion composed of at least one of a metal oxide and a metal oxide hydroxide as a main component, substantially free of elemental metal and an alloy, and an inorganic substance which is a diamagnetic substance or a paramagnetic substance.
A ferromagnetic material portion that exists inside the inorganic matrix portion, is directly adhered to the inorganic substance that constitutes the inorganic matrix portion, and is made of a ferromagnetic material.
With
In the inorganic matrix portion, particles of the inorganic substance are continuously present.
The inorganic matrix portion is a composite member having a larger volume ratio than the ferromagnetic material portion.
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| WO2023068202A1 (en) * | 2021-10-19 | 2023-04-27 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | Boehmite structure and method for producing same |
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