JP3257536B2 - 複合フェライト磁石材料 - Google Patents

複合フェライト磁石材料

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高い飽和磁化を有する
W型フェライトと実用上充分な保磁力を出現させること
ができるM型フェライトとの複合体から形成された複合
フェライト磁石材料に関する。
【0002】
【従来の技術】 基本組成式がSrO・6Fe2O3
で、マグネトプランバイト型六方晶の結晶構造をもつ、
いわゆるM型フェライトは、安価な高性能磁石として現
在様々な分野に多用されている。近年、省エネルギーや
環境保護の面において各種機器の小型化が求められてお
り、従ってそれらに使用される磁石の高性能化も益々必
要となっている。しかし、上記M型フェライトでは飽和
磁化が小さく現状以上の高性能化、例えば38kJ/m
3(4.8MGOe)以上の最大磁気エネルギー積を得
ることが困難であった。
【0003】 飽和磁化の大きい代表的なフェライト材
料として、例えば主成分がBaO−FeO−Fe2O3
の三元系から成る、4種類の六方晶結晶構造のフェライ
ト(W型、X型、Y型、Z型)が知られている。その
内、W型フェライトは従来のM型と類似の構造をもち、
M型に対して10%大きい飽和磁化をもっているが、実
用化に至っていない。
【0004】例えば、Lotgering等(J. Appl. Phys. 51
(1980) 5913)は、BaO・2(FeO)・8Fe2O
3で表されるW型フェライトを提案した。しかし、複雑
な焼成雰囲気の制御を必要とし、その最大磁気エネルギ
ー積は34.4kJ/m3(4.3MGOe)であり、
従来のM型フェライトの特性に留まっている。また、豊
田(特開平9−260124号公報参照)は、還元剤と
してのカーボン添加と非酸化性雰囲気中焼成によって、
SrO・2(FeO)・nFe2O3組成のW型フェラ
イトを製作した。その最大磁気エネルギー積は42.4
kJ/m3(5.3MGOe)と優れたものであった
が、保磁力は200kA/m(2.5kOe)で従来の
M型フェライトの一般的値である240〜320kA/
m(3〜4kOe)より低く、磁石材料として未だ不十
分であった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、M型フェ
ライトを複合して含むW型フェライトにおいて、安価で
且つ従来のM型フェライトは勿論、W型単独より優れた
磁気特性をもつ複合フェライト磁石材料の提供を目的と
する。
【0006】
【課題を解決するための手段】上述の本願発明の目的を
達成するために、本願の請求項1に係る発明は、組成式
がAO・2(BO)・8Feで表されるW型フェ
ライト結晶構造を有する主相と、組成式がAO・6Fe
で表されるM型フェライト結晶構造を有する副
相、および不可避不純物との複合体から成ることを特徴
とする複合フェライト磁石材料を提供する。また、これ
に加えて、W型フェライト相のモル比を60〜97%と
した複合フェライト磁石材料を提供する。但し、AはB
a、Sr、Ca、Pbの1種または2種以上、BはF
e、Co、Ni、Mn、Mg、Cr、Cu、Znの1種
または2種以上。また、本願の請求項2に記載の発明
は、請求項1に記載の発明に加えて、上記複合体におい
て、W型フェライト相のモル比が60〜97%であるこ
とを特徴とする複合フェライト磁石材料を提供する。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明における複合フェライトの
成分組成とモル比について以下に説明する。W型フェラ
イト結晶を得るためには、組成式AO・2(BO)・8
Fe2O3において、AをBa、Sr、Caの2価アル
カリ土類金属イオン、或いはPbとし、BをFe、C
o、Ni、Mn、Mg、Cr、Cu、Znの2価金属イ
オンとする必要があり、他のイオン種ではW型結晶を得
ることが極めてむつかしい。
【0008】W型フェライトとM型フェライト相互のモ
ル比は、成分組成と焼成条件によって制御することがで
き、磁気特性はそれぞれの相がもつ飽和磁化と保磁力の
値に従って決めることができる。Sr系W型フェライト
およびM型フェライトの飽和磁化は、それぞれ0.52
T、0.47Tであり、保磁力は前者が160〜280
kA/m、後者は240〜320kA/mと見積もられ
る。即ち、W型フェライトとM型フェライトの組み合わ
せにおいて、前者は飽和磁化が大きく、後者は保磁力が
大きい特徴をもっているために、その構成比に従って磁
気特性を調整することができる。
【0009】図1に、W型フェライト相とM型フェライ
ト相とのモル比に対する、磁気特性の関係を示す。使用
した試料は、SrCO3とFe2O3をモル比で1:9
に配合した原料粉末を、酸素濃度200ppmの窒素ガ
ス中、温度1250℃で2時間仮焼し、1(m以下に粉
砕したものを磁界中で成形し、温度1180℃で窒素ガ
スを流しながら酸素濃度を50ppm〜2%の範囲で変
化させ、1時間焼成を行って製作した。モル比の算出は
X線回折強度法を用い、予めW型フェライトとM型フェ
ライトそれぞれの粉末試料を所定比率で混合し、それら
のX線回折強度から比較算定して求めた。
【0010】図1から明らかなように、W型フェライト
にM型フェライトを複合化させることにより、試料の残
留磁束密度(Br)と保磁力(HcJ)を調整すること
ができる。最大磁気エネルギー積(BHmax)は、少
量のM型フェライトを複合することによってW型フェラ
イト結晶の磁気的な分離が促進されて向上し、38kJ
/m3以上の優れた磁気特性が得られる。一方、M型フ
ェライトがモル比で40%を超えて過剰になった場合に
は、残留磁束密度が減少してBHmaxも低下する。
【0011】 本発明者等は、図1の結果を含め成分組
成と焼成条件の詳細な実験結果に従い、M型フェライト
より優れた磁気特性(38kJ/m3以上)を得るため
の、W型フェライトの好ましいモル比を60〜97%と
した。即ち、60%未満ではM型フェライトが過剰とな
り残留磁化が不足して所望の磁気特性を得ることが困難
になり、一方97%を超えると、磁気エネルギー積が不
十分となる。
【0012】 本発明における複合フェライト磁石材料
の代表的な製法を、Sr系W型フェライトを例として以
下に説明する。まず、SrCO3とFe2O3原料粉末
を、焼成後にSrO・2(FeO)・8Fe2O3組成
のW型フェライト主相のモル比がおよそ60〜97%で
残部がSrO・6Fe2O3になるように、所定の比率
で混合する。この場合に、SrCO3とFe2O3粉末
のモル比はおよそ1:7.5になる。
【0013】 次に、上記混合粉末を1100〜135
0℃で仮焼する。W型フェライトは、既に知られている
ようにM型フェライトと異なり大気中では容易に生成さ
れず、従って酸素濃度を低く抑える必要がある。従っ
て、窒素ガスやアルゴンガスなどの非酸化性雰囲気中か
真空中、若しくは水素やアンモニアガスなどの還元性雰
囲気中で仮焼を行う。生成相と、これら温度と酸素濃度
の関係については、温度が高く酸素濃度が低いとマグネ
タイトが生成し、一方温度が低く酸素濃度が高いとM型
フェライトやヘマタイト(Fe2O3)が生成し、W型
フェライト相はその中間領域で生成する。
【0014】 図2に、SrCO3とFe2O3を1:
7.5のモル比で配合した原料粉末を、酸素濃度200p
pm一定で、温度1150、1200、1250℃の3
条件で仮焼した粉末試料のX線回折パターンを示す。図
から明らかなように、生成相の種類は、低温ではM型フ
ェライトとヘマタイト、中温ではW型フェライト、高温
ではW型フェライトとマグネタイトの生成が見られる。
従って、例えば仮焼温度を変更することによってW型フ
ェライトとその他相の種類と比率を調整することができ
る。本発明の複合相は、組成や添加物などによっても影
響されるが、例えば温度1200℃で酸素濃度200p
pm、或いは温度1150℃で酸素濃度50ppmの条
件下でも得られる。
【0015】 次に、仮焼物を破砕した後にCaCO3
とSiO2、或いはさらにAl2O3やCr2O3等の
粉末を、保磁力の向上や結晶粒径の調整のために添加
し、1(m以下、好ましくは0.3〜0.8(mに微粉砕
する。粉砕機としては、アトライターやボールミル、或
いはジェットミルなどが湿式乾式問わずに利用できる。
なお添加剤として、上記以外に還元効果のあるCやSi
の粉末を同時に用いることによって、焼成におけるW型
フェライトの生成範囲を調整することもできる。
【0016】 次に、得られた微粉末を磁界中成形す
る。この場合、従来のM型フェライトにおけると同様な
手法を用いることができ、例えばスラリーを湿式成形す
る、或いは乾燥した粉末(造粒してあっても差し支えな
い)を乾式成形する。
【0017】 最後に、成形体を高温で非酸化性、若し
くは還元性雰囲気中で焼成する。基本的には、仮焼と同
様の温度と酸素濃度下でW型フェライトとM型フェライ
トの複合相を得ることができる。但し、粉末状態での仮
焼と固まりとしての焼成ではW相の生成領域が少し異な
り、所望のモル比を得るには酸素濃度を一定とした場合
に焼成温度は仮焼温度よりやや低くすると良い。また、
焼成体の結晶成長を抑制するためにも温度は低めがよ
い。
【0018】 図3に、W型フェライト相とM型フェラ
イト相とのモル比に対する、焼成温度の影響を示す。試
料は、SrCO3とFe2O3原料粉末(モル比で1:
9)を、酸素濃度200ppmの窒素雰囲気中、温度1
250℃で2時間仮焼し、1(m以下に粉砕したものを
成形し、上記雰囲気中で、温度1100〜1250℃の
範囲で1時間焼成を行って製作した。図3から明らかな
ように、焼成温度の上昇に従ってW型フェライトとM型
フェライトのモル比が大きく変化し、焼成温度を変化さ
せることによってモル比を調整することができる。
【0019】
【実施例】「実施例1」SrCO3とFe2O3を1:
8のモル比で混合した原料粉末を、窒素雰囲気中、12
50℃で2時間仮焼し、0.7質量%のCaCO3と
0.3質量%のSiO2を添加し、アトライタによって
湿式粉砕して平均粒径0.7(mの粉末を得た。次に、
800kA/mの磁界中で湿式成形し、200℃で乾燥
した後、酸素濃度300ppmの窒素雰囲気中、120
0℃で1時間焼成した。得られた焼成体の磁気特性を磁
気磁束計によって測定した結果、BHmax=39.7
kJ/m3、Br=0.47T、HcJ=220kA/
mであった。また、X線回折によって求めた本焼成体に
おけるW型フェライト相のモル比は83%であった。
【0020】「実施例2」BaCO3とFe2O3を
1:7.5のモル比で混合した原料粉末を、窒素雰囲気
中、1250℃で2時間仮焼し、0.7質量%のCaC
O3と0.3質量%のSiO2、および0.3質量%の
Cを添加し、アトライタによって湿式粉砕して平均粒径
0.6(mの粉末を得た。次に、800kA/mの磁界
中で湿式成形し、200℃で乾燥した後、酸素濃度30
0ppmの窒素雰囲気中、1175℃で1時間焼成し
た。得られた焼成体の磁気特性を磁気磁束計によって測
定した結果、BHmax=38.2kJ/m3、Br=
0.46T、HcJ=210kA/mであった。また、
X線回折によって求めた本焼成体におけるW型フェライ
ト相のモル比は90%であった。
【0021】「実施例3」BaCO3とFe2O3、お
よびZnOを1:7.5:1.0のモル比で混合した原
料粉末を、水素2%−窒素98%の混合ガスを流して、
1250℃で2時間仮焼し、0.6質量%のCaCO3
と0.3質量%のSiO2、および0.5質量%のCを
添加し、アトライタによって湿式粉砕して平均粒径0.
6(mの粉末を得た。次に、800kA/mの磁界中で
湿式成形し、200℃で乾燥した後、上記混合ガス中、
1175℃で1時間焼成した。得られた焼成体の磁気特
性を磁気磁束計によって測定した結果、BHmax=3
1.7kJ/m3、Br=0.45T、HcJ=159
kA/mであった。また、X線回折によって求めた本焼
成体におけるW型フェライト相のモル比は96%であっ
た。
【0022】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本願の請求
項1に記載の発明は、W型フェライトとM型フェライト
との複合化により、従来のM型フェライトでは得られな
かった高い磁気特性の磁石を比較的安価に製造すること
ができ、多方面にわたる高性能磁石への要請に応えるこ
とができる。また、請求項2に記載の発明では、複合フ
ェライト磁石材料において、W型フェライト相のモル比
を60〜97%に限定したので、より高い磁気特性をも
った複合磁石を比較的安価に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、フェライト焼成体における、W型フェ
ライトとM型フェライトのモル比に対する、磁気特性の
関係図である。
【図2】図2は、酸素濃度200ppm、温度1150
〜1250℃で仮焼した、フェライト粉末のX線回折パ
ターン図である。
【図3】 図3は、フェライト焼成体における、W型フ
ェライトとM型フェライトのモル比に対する、焼成温度
の関係図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01F 1/10 - 1/117

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】組成式がAO・2(BO)・8Fe
    で表されるW型フェライト結晶構造を有する主相と、組
    成式がAO・6Feで表されるM型フェライト結
    晶構造を有する副相、および不可避不純物との複合体か
    ら成ることを特徴とする複合フェライト磁石材料。但
    し、AはBa、Sr、Ca、Pbの1種または2種以
    上、 BはFe、Co、Ni、Mn、Mg、Cr、Cu、Zn
    の1種または2種以上。
  2. 【請求項2】上記複合体において、W型フェライト相の
    モル比が60〜97%であることを特徴とする請求項1
    記載の複合フェライト磁石材料。
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