JPH02205603A

JPH02205603A - 超微粒子の製造方法、磁性超微粒子及び磁性材料

Info

Publication number: JPH02205603A
Application number: JP1023598A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Tokiai; 健生時合
Original assignee: Idemitsu Petrochemical Co Ltd
Current assignee: Idemitsu Petrochemical Co Ltd
Priority date: 1989-01-31
Filing date: 1989-01-31
Publication date: 1990-08-15

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、鉄とケイ素を含む超微粒子の製造方法等に関
し、磁性材料、熱電材料、良熱伝導性材料、焼結材料等
の製造に利用することができる。

〔従来の技術〕

鉄−ケイ素合金は、磁性材料（焼結体、電磁シールド、
添加剤）、熱電材料、触媒等として各種の工業分野で用
いられている。従来、この合金微粒子は、高速ボールミ
ル回転法、噴霧熱分解法により製造されている。噴霧熱
分解法では、鉄とケイ素を含む原料粉末を溶融した後、
噴霧熱分解を行い、次に解砕を行って製造している。そ
して、この鉄−ケイ素合金微粒子を使用して、熱電素子
、磁性体等を製造する場合には、所要形状にプレス成形
した後、焼結し、更に所要の熱処理を施すことにより特
性の向上を図っている。

〔発明が解決しようとする課題〕

鉄−ケイ素合金を材料として、例えば磁性体を作製し、
強磁性体を得るには、その飽和磁束密度Ｂｇが高いこと
が要求される。しかし、上述した従来の噴霧熱分解法に
よれば、直径１００人前後の超微粒子が得にくいことに
加えて、粒径のばらつきが大きい、即ち粒径分布がシャ
ープではないため、微粒子の粉体特性が悪くなり、得ら
れる磁性体の飽和磁束密度Ｂｓが低いという問題点があ
った。

また、従来の噴霧熱分解法により得られた鉄−ケイ素合
金微粒子を用いて熱電素子を作製した場合にも、上記と
同様に、微粒子の粉体特性が不良であることに基づいて
熱起電力が低いという問題点があった。

更に、従来の噴霧熱分解による微粒子の製造法によれば
、工程自体が複雑で、実施が容易ではないという欠点も
あった。

一方、高速ボールミル回転法によれば、粒径が小さく、
且つ粒径分布のシャープな微粒子が得られないという問
題点がある。

本発明は、鉄−ケイ素合金の超微粒子が得られ、且つそ
の粒径のばらつきを小さくすることができる超微粒子の
製造方法及びこの製造方法に係る磁性超微粒子と磁性材
料を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る超微粒子の製造方法は、鉄とケイ素を含む
混合粉末又は鉄とケイ素を含む合金粉末に対してプラズ
マ処理を施すことを特徴とする。

鉄とケイ素より成る原料粉末Ｆ　ｅｚ　Ｓ　Ｉ　ｌ’−
Ｘの場合、Ｘ　−０，２００−０，９９９の範囲とする
が、用途に応じてそのＸは、次のように設定する。即ち
、例えば熱電材料として使用する場合、好ましくはＸ＝
０．３０〜０．３５とし、また磁性材料として使用する
場合、好ましくはＸ＝０．８０〜０．９９とする。

また、使用する原料粉末中には、鉄とケイ素以外の成分
、例えばコバルトｃｏ、マンガンＭｎ等が含まれていて
もよい。

このプラズマ処理は、高周波高温プラズマ処理、所謂熱
プラズマ処理とするのがよい。

このプラズマ処理の条件を適当に制御して、得られる微
粒子の粒径を制御する。そして、このプラズマ処理によ
って制御可能な粒径は、約５０人〜約５０００人の広範
囲にわたる０粒径の制御は、ＲＦプラズマパワー、処理
量、冷却ガスの流量を制御することにより可能であり、
通常ＲＦプラズマパワーの増大、処理量の減少により粒
径は小さくなる。

上記製造方法により製造された超微粒子は、磁性を有す
る超微粒子である。そして、この磁性超微粒子を含む原
料を焼結して磁性材料とすることができる。

また、このプラズマ処理して得られた超微粒子中には、
半導体相の微粒子が含まれる。熱電材料として使用する
場合には、この半導体相微粒子の含有割合は高い程好ま
しく、全部が半導体相微粒子であってもよい、また、こ
の超微粒子には半導体相と金属相との混合相よりなる超
微粒子が含まれていてもよく、全部がこの混合相より成
る超微粒子とすることができる。

なお、上記製造方法により得られた超微粒子をそのまま
粉体として使用することもできるが、所定形状にプレス
成形した後、適当な温度（例えば６００〜１１５０°Ｃ
）で焼結し、更に所定温度（８００〜８５０°Ｃ）の熱
処理を施すことにより、得られる素子等の特性を向上さ
せることができる。

なお、焼結のための原料としては、プラズマ処理された
超微粒子のみを用いる場合、あるいは、類似組成の０．
５〜５μｍ程度の粒子径の原料との混合粉を用いる場合
がある。この際の超微粒子の配合割合は、特に制限なく
１０重量％以上、好ましくは２０重量％以上とする。

〔作用〕

本発明によれば、得られる鉄−ケイ素合金微粒子の粒径
を従来法によるものより小さくすることができ、且つ粒
径のばらつきを小さく、即ち粒径分布をシャープにする
ことができる。従って、粒径に関する特性が良好である
ため、この超微粒子を使用して製造した熱電素子、磁性
体等の各種特性が向上する。

〔実施例〕

１１且上第１図に示すように、鉄とケイ素より成る原料粉末Ｆ　
ｅＸ　Ｓ　＋　＋−ｘ　　（Ｘ＝０．８０〜０．９９）
　、１５０〜４日メツシュを使用してＲＦプラズマ炉１
にＡｒガスと共に供給し、高周波コイル２で温度５千〜
１万にの熱プラズマを発生させて原料粉末を気化させた
。そして、下方でＡ「ガスにより、気化した原料粉末を
急冷して固化させることにより、磁性超微粒子３を製造
した。

得られた鉄−ケイ素合金超微粒子３は、均一組成であり
、また粒径が５０〜１００人の範囲内にあり、且つその
粒径分布がシャープであった。

この熱プラズマ処理の際の具体的な諸条件、好ましい範
囲は次の通りである。

ＲＦパワー　−−−−一−−−４５（１０〜７０）ｋＷ
Ａｒ［量　　−−−−４０（１０〜１００　）　ｔ！／
５ｉｎＨ２流量　　−−−４（１〜１０　）　ｌ／１ｎ
原料供給量　−−−−−−−−−１０（１〜１００　）
　ｇ／ｍ１１１なお、Ａｒ　流量とは、原料と共に供給
するＡｒガスと他の２箇所から供給するＡｒガスを含め
た２ｉｔＮである。また、ＨよはＲＦプラズマ炉炉内内
供給し、アルゴンプラズマの温度制御作用とプラズマを
安定化させる作用を有する。

この鉄−ケイ素合金磁性超微粒子３を原料として使用し
、磁性体を作製した。

先ず、所定形状にプレス成形した後、このプレス成形体
を焼結した。この焼結は一真空中で１０００〜１１５０
°Ｃ５２４時間の条件で行った。

次に、所要の熱処理（８００〜８５０°Ｃ）を施して本
実施例に係る磁性体を得た。

本実施例の磁性体について、使用する原料粉末ＦｅＸ５
　ｆ　１−ｘの組成Ｘを変え、飽和磁束密度ＢＳを測定
した結果を第２図の曲線Ａに示す。また、従来の噴霧熱
分解法で製造したＦ　ｅｏ、ｑ＋ｓ　ｉ。、。。

微粒子（粒径０．５〜５μｍ）を用いて同様に作製した
磁性体についての飽和磁束密度Ｂｓを測定した結果を第
２図のＢに示す。

これらの測定結果より、本実施例に係る磁性体は、従来
例の磁性体と比べて、構成微粒子の粒径が小さく、且つ
狭い粒径分布を有するため、作製された磁性体の飽和磁
束密度Ｂｓが向上し、強磁性体が得られることがわかる
。

ｌｌ■１本発明に係るプラズマ処理工程において、プラズマの処
理条件、特にＲＦパワーを変えることにより、生成され
る鉄−ケイ素合金超微粒子の相を半導体相のみではなく
、半導体相と金属相との混合相とすることができる。

金属相の鉄シリサイド合金Ｆｅ５ｉｚ（実際は、Ｆｅ　
　：Ｓｉ　　：　　（Ｃｏ又はＭｎ　）　＝　（０，８
５０〜０．９９５）　：　２．０５　：　（０，００５
〜０．１５０　）　ｌの粉末を使用し、これを上記実施
例１と同様にＲＦＦプラズマ炉に供給し、下記に示す条
件範囲で熱プラズマ処理を施して超微粒子３を製造した
。得られたＦｅ　Ｓｔよの共晶合金超微粒子３は、粒径
が５０〜５０００人の範囲内にあり、金属相（α、ε）
と半導体相（β）の比率は（０〜１）：（０，３〜１０
．０）であった。

ＲＦパワー　−・・−・−一−−−−−−−−−−−・
・・・・　１０〜１００ｋＷＡｒ流量　　−−−−−−
−−−１０〜１００１　／ｗｉｎＨ８流量　　”−’・
−’−−−−−−−　　　１〜１０１！　／ｗｉｎ原料
供給量　・−・−・−・・・・・・・−１〜１００　ｇ
／ｗｉｎ本実施例においては、具体的な処理条件として
ＲＦパワー＝３５ｋＷ、Ａｒ流１＆−３０１／ｓｉｎ、
Ｈ、流量−２４！／ｓｉｎ、原料供給量＝　５　ｇ／ｓ
ｉｎに設定して、粒径が２５０〜７００人の超微粒子３
を製造した。

このようにして得られたＦｅ５ｉｚの共晶合金微粒子〔
（α十ε）：β＝１　：　３）を熱電材料として使用し
、プレス成形工程、焼結工程（真空中、１１００°Ｃ，
５時間）及び熱処理工程（８００°Ｃ２４時間）を行っ
てＮ型、Ｐ型の熱電素子を製造した。

第３図に、混合相の割合〔β／（α十ε）〕が３．０で
ある超微粒子を使用して作製した熱電素子について、使
用した微粒子の粒径に対する、温度６００Ｋ（３２７°
Ｃ）における熱起電力を測定した結果を示す。また、焼
結温度を変えて作製した場合の熱電素子の熱起電力を測
定した結果も併せて示す、同図において、曲線Ａは８５
０°Ｃで２４時間、曲線Ｂは９００℃で２４時間、曲線
Ｃは１１５０″Ｃで２４時間の条件でそれぞれ焼結した
場合の粒径に対する熱起電力特性を示す、また、従来法
で得られた粉体（粒径２〜３μｍ）を用い、１１５０℃
、２４時間の条件で焼結し、その後８００″Ｃで２００
時間の熱処理を施して得た熱電素子の熱起電力は、６０
０にで０．３２　（ｍ　Ｖ　／　Ｋ　）であった。

これらの測定結果によれば、本実施例に係る熱電素子は
、従来例の熱電素子と比べて優れた熱起電力特性を持っ
ていることがわかる。また、微粒子の粒径と混合相の比
〔β／（α＋ε）〕を変えることにより、熱起電力を制
御することができる。

更に、焼結温度を変えることにより、熱起電力を制御す
ることができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、１００人前後までの鉄−ケイ素合金超
微粒子を、狭い粒径分布で制御性よく製造することがで
きる。また、この超微粒子を用いて焼結体を製造する場
合には、焼結温度を低くできる。更に、磁性を有するこ
の超微粒子を用いて特性の良好な磁性材料が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例で使用する高周波プラズマ炉の断面図、
第２図は実施例の磁性体について組成に対する飽和磁束
密度を測定したグラフ、第３図は実施例の熱電素子につ
いて粒径に対する熱起電力特性を測定したグラフである
。 ■・・・ＲＦプラズマ炉、３・・・超微粒子。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）鉄とケイ素を含む混合粉末又は鉄とケイ素を含む
合金粉末に対してプラズマ処理を施すことを特徴とする
超微粒子の製造方法。
（２）鉄とケイ素を含む混合粉末又は鉄とケイ素を含む
合金粉末に対してプラズマ処理を施すことにより製造さ
れた超微粒子が磁性を有する磁性超微粒子。
（３）第２請求項記載の磁性超微粒子を含む原料の焼結
体より成る磁性材料。