JPH09260124A - フェライト磁石及びその製造方法 - Google Patents

フェライト磁石及びその製造方法

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JPH09260124A
JPH09260124A JP8097777A JP9777796A JPH09260124A JP H09260124 A JPH09260124 A JP H09260124A JP 8097777 A JP8097777 A JP 8097777A JP 9777796 A JP9777796 A JP 9777796A JP H09260124 A JPH09260124 A JP H09260124A
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ferrite
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Yukio Toyoda
幸夫 豊田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 組成式がSrO・2(FeO)・n(Fe2
3)で表されるW型フェライトにおいて、従来のM型
フェライトが有するコストパフォーマンスを維持しなが
ら、その磁気特性を超える5MGOe以上の最大エネル
ギー積を有するフェライト磁石とその製造方法の提供。 【解決手段】 組成式のnを7.2〜7.7となるよう
SrCO3とFe23を混合した原料粉末にCを添加、
仮焼後にCaO、SiO2、Cをそれぞれ添加し、平均
粒径0.06μm以下に粉砕して磁場中で成形、非酸化
性雰囲気中で焼結することにより、実用化されていなか
ったW型フェライトを容易にかつ安価にして提供する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、SrO・2(F
eO)・n(Fe23)を基本組成とするフェライト磁
石とその製造方法に係り、組成範囲を限定するn値を特
定するとともに、所定の添加元素を仮焼前後に添加し、
かつ粉砕粒度を制御することにより、従来のフェライト
磁石では得ることができなかった5MGOe以上の最大
エネルギー積を有するフェライト磁石とその製造方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】SrO・6Fe23で代表される酸化物
磁石材料であるマグネトプランバイト型六方晶フェライ
ト、いわゆるM型フェライトは、1952年Phili
psのJ. J. Wentらによって提唱され、その
優れた磁気特性、コストパフォーマンスから現在でも大
量生産され、様々な分野で活用されている。
【0003】近年、環境問題から自動車の低燃費化実現
のために、自動車本体の軽量化が進められ、それに対応
して電装品の小型軽量化を図るため、その主要構成部品
である磁石の小型、高性能化が強く要望されている。し
かし、上記のM型フェライトは、磁化が小さいために、
今以上の磁気特性、例えば5MGOe以上の最大エネル
ギー積((BH)max)を得ることは困難であった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】磁化の大きなフェライ
ト材料として、M型フェライトの主成分であるSrO−
Fe23を、SrO−MeO−Fe23(MeはCo、
Zn、Feなどの2値の金属イオン)の三元系に拡張し
た4種(W型、X型、Y型、Z型)の複雑な六方晶構造
を有する強磁性のフェライト磁石が提案されている。
【0005】中でも、W型は、従来のM型とよく似た構
造をとり、M型フェライトに比べ飽和磁化が10%程度
高く、異方性磁界がほぼ同じであることが分かっている
が、実用化には至っていない。
【0006】例えば、F. K. Lotgering
ら(J. Appl. Phys.51 (1980)
5913.)は、BaO・2(FeO)・8(Fe2
3)及びSrO・2(FeO)・8(Fe23)から
なる組成のW型フェライトを提案したが、複雑な焼結雰
囲気の制御が必要であり、また、得られた磁気特性もB
a系で(BH)max=4.3MGOe、Sr系で(B
H)max=3.8MGOeしか得られず、従来のM型
フェライトの特性を超えることは出来なかった。また、
S. Ramら(IEEE Trans. Mag
n., 1(1992)15.) がSr0.9Ca0.1
・2(ZnO)・8(Fe23)なる組成で(BH)m
ax=2.7MGOeを得ているが、いずれも実用化に
は程遠かった。
【0007】この発明は、上述した組成式がSrO・2
(FeO)・n(Fe23)で表されるW型フェライト
において、従来のM型フェライトが有するコストパフォ
ーマンスを維持しながら、その磁気特性を超える5MG
Oe以上の最大エネルギー積を有するフェライト磁石と
その製造方法の提供を目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】発明者は、従来のM型フ
ェライトより磁化が大きいW型フェライトに着目し、特
に、SrO・2(FeO)・n(Fe23)からなる組
成における最適なn値を実験により見いだし、また、磁
気特性を向上させるために、種々の添加元素について実
験を重ねた結果、特定の添加元素を仮焼前後に添加する
ことによって、磁気特性が飛躍的に向上することを知見
した。
【0009】さらに発明者は、上記組成の原料粉末を特
定の平均粒径まで微粉砕した後、特定方法で処理するこ
とによって、従来のM型フェライトでは得ることができ
なかった最大エネルギー積((BH)max)が5MG
Oeを超える極めて優れた磁気特性を有するフェライト
磁石が得られることを知見し、この発明を完成した。
【0010】すなわち、この発明は、組成式をSrO・
2(FeO)・n(Fe23)と表し、組成範囲を限定
するnが7.2〜7.7を満足し、焼結体の平均結晶粒
子が2μm以下、(BH)maxが5MGOe以上であ
ることを特徴とするフェライト磁石である。
【0011】また、この発明は、SrCO3とFe23
を1:8.2〜8.7のモル比で混合した原料粉末にC
0.3〜5.0wt%を添加し、仮焼した後、CaO
0.3〜1.5wt%、SiO2 0.1〜0.6w
t%、C 0.1〜0.5wt%をそれぞれ添加後、平
均粒径0.06μm以下に粉砕し、得られた粉砕粉を磁
場中で成形した後、非酸化性雰囲気中で焼結することを
特徴とするフェライト磁石の製造方法である。さらに、
この発明は、上記の製造方法において、仮焼後に上記添
加元素に加えさらにCr23 0.2〜0.8wt%、
CoO 0.2〜0.8wt%の少なくとも1種を添加
すること、成形体を100〜200℃の温度で乾燥させ
ること、焼結時に酸化剤あるいは還元剤を添加すること
を併せて提案する。
【0012】
【発明の実施の形態】この発明におけるフェライト磁石
とその製造方法を説明すると、1)SrCO3とFe2
3を所要のモル比で混合する、2)原料粉末にCを添加
する、3)仮焼する、4)仮焼後にCaO、SiO2
Cをそれぞれ添加する、5)平均粒径0.06μm以下
に粉砕する、6)得られた粉砕粉を磁場中で成形する、
7)非酸化性雰囲気中で焼結する、の各工程を経て製造
するが、以下に製造方法の限定理由とともに詳述する。
【0013】まず、この発明においては、組成式がSr
O・2(FeO)・n(Fe23)からなるW型フェラ
イトにおけるn値を選定した。原料配合時のSrCO3
とFe23を種々のモル比で混合し、試料を窒素雰囲気
中1340℃で仮焼し、平均粒径0.06μmに粉砕し
た粉末を磁界中成形した後、1150℃、1175℃、
1200℃の各温度で焼結した。図1に、SrO・2
(FeO)・n(Fe23)組成において、nの値を
7.0〜8.75(x軸に示す)に変化させたときの各
磁石の保磁力iHc及び残留磁束密度Brを示す。
【0014】この発明において、組成式のn値が7.2
未満ないしは7.7を超えると保磁力(iHc)が低く
なり、目的とする(BH)max=5MGOe以上が得
られない。よって、n値は7.2〜7.7に限定した。
SrO・2(FeO)・n(Fe23)組成において、
n値を7.2〜7.7にするには、原料配合時のSrC
3とFe23を1:8.2〜8.7のモル比で混合す
ればよい。
【0015】原料粉末にCを0.5wt%添加した後、
窒素雰囲気中で1150℃、1200℃、1250℃、
1300℃で仮焼した仮焼粉の構成相のX線パターンを
図2に示す。また、Cを添加しないで同様の条件で仮焼
した仮焼粉の構成相のX線パターンを図3に示す。図2
及び図3には回折角度(x軸)ごとの強度を仮焼温度違
いで示し、W型が黒丸印、M型が白丸印で示される。C
を添加しない場合は、W型フェライトの生成は高温での
焼成に限られるが、Cを所定量添加すると、広範囲な温
度域でW型フェライトを生成することが可能となり、コ
ストの低減、生産性の向上並びに微粉砕化による保磁力
の向上を図ることができる。
【0016】従って、前記の如くSrCO3とFe23
を所要モル比で配合された原料粉末に0.3〜5.0w
t%のCを添加する。Cは次工程の仮焼時における原料
粉末の酸化を防止するために、還元剤としての役割を有
する。仮焼前のCの添加量は、0.3wt%未満では焼
成温度を拡大することができず、また5.0wt%を超
えるとW型フェライトを生成することが困難になるとと
もに磁気特性が劣化する。よって仮焼前の原料粉末への
Cの添加量は0.3〜5.0wt%に限定する。
【0017】次に、所定量のCを添加した原料粉末を仮
焼する。W型フェライトには、2価の鉄が含まれること
から、仮焼に際してはその雰囲気制御が要求される。雰
囲気としては、窒素などの非酸化性雰囲気が適当である
が、仮焼前のCの添加量によっては大気中での焼成も可
能である。また、焼成温度は、前述のCの添加量によっ
ても変化するが、1150〜1400℃が好ましい範囲
である。
【0018】この発明においては、仮焼後の粉末に、C
aO 0.3〜1.5wt%、SiO2 0.1〜0.
6wt%、C 0.1〜0.5wt%をそれぞれ添加す
る。上記添加元素は、それぞれ残留磁束密度(Br)、
保磁力(iHc)の向上に効果を発揮する。
【0019】SrO・2(FeO)・7.5(Fe
23)組成において、CaOを0.15wt%〜0.9
wt%(x軸に示す)、SiO2を0.15wt%(丸
印)、0.30wt%(三角印)、0.45wt%(四
角印)とそれぞれ添加量を変化させた際の保磁力iHc
及び残留磁束密度Brの値を図4のグラフに示す。な
お、試料は窒素雰囲気中1340℃で仮焼し、平均粒径
0.06μmに粉砕した粉末を磁界中成形した後、11
75℃で焼結したものである。
【0020】CaOは比較的広範囲な添加量で保磁力の
向上が望めるが、0.3wt%未満では添加効果が得ら
れず、また1.5wt%を超えるとCaフェライトを生
成する可能性があり、磁気特性が劣化する。よって、
0.3〜1.5wt%が好ましい範囲である。また、最
も好ましい範囲は0.5〜0.8wt%である。SiO
2は、0.1wt%未満では保磁力の向上が得られず、
また0.6wt%を超えると逆に保磁力及び残留磁束密
度が低下するため、0.1〜0.6wt%の範囲での添
加が有効である。最も好ましくは0.3〜0.4wt%
である。
【0021】図5は、仮焼後にCを添加しない場合の、
成形体の乾燥温度を50〜175℃と変化させた際の最
大エネルギー積((BH)max)の値を示すグラフで
ある。図5に示すように、Cの添加なしでは、極く限ら
れた乾燥温度でしか高磁気特性が望めない。そこで、微
粉砕前にCを添加することによって、その乾燥温度の最
適範囲を高温側に広げ、優れた最大エネルギー積((B
H)max)を安定して得ることができる。また、図6
は、SrO・2(FeO)・7.5(Fe23)組成に
おいて、Cの添加量を変化させた際の最大エネルギー積
((BH)max)の値を示すグラフである。試料は窒
素雰囲気中1340℃で仮焼し、平均粒径0.06μm
に粉砕した粉末を磁界中成形した後、1150℃で焼結
したものである。
【0022】Cの添加は、保磁力及び残留磁束密度の向
上を図ると共に、次の粉砕工程において湿式粉砕手段に
より粉砕した粉末を磁場中成形することによって得られ
た成形体を乾燥するに際し、その乾燥温度の最適範囲を
広げ、優れた最大エネルギー積((BH)max)を安
定して得ることが可能になる。ここでのC添加量は、仮
焼前に添加するC量とは異なり、0.1wt%未満では
(BH)maxの向上が望めず、また0.5wt%を超
えても(BH)maxが低下するため、0.1〜0.5
wt%が好ましい範囲である。最も好ましい範囲は0.
1〜0.3wt%である。
【0023】上記添加元素に加えて、さらにCr23
0.2〜0.8wt%、CoO 0.2〜0.8wt%
の少なくとも1種を添加することにより、保磁力または
残留磁束密度の向上を図ることができる。すなわち、S
rO・2(FeO)・7.5(Fe23)組成におい
て、CaOを0.45wt%、SiO2を0.45wt
%に固定し、Cr23の添加量を1wt%まで変化させ
た際の保磁力iHc及び残留磁束密度Brの値を図7の
グラフに示すとおり、Cr23の添加に伴い保磁力の向
上が図かることができ、0.2wt%未満ではその効果
が得られず、また0.8wt%を超えるとかえって保磁
力が低下するため、0.2〜0.8wt%の範囲での添
加が好ましいことが分かる。
【0024】また、図8に、SrO・2(FeO)・
7.5(Fe23)組成において、CaOを0.45w
t%、SiO2を0.45wt%に固定し、CoOの添
加量を1wt%まで変化させた際の保磁力iHc及び残
留磁束密度Brの値を示すごとく、CoOの添加に伴い
残留磁束密度の向上が図かることができ、0.2wt%
未満ではその効果が得られず、また0.8wt%を超え
ると保磁力が低下するため、0.2〜0.8wt%の範
囲での添加が好ましいことが分かる。また、上記の添加
元素の他に、仮焼温度、粉砕粒径などの条件によって
は、SrCO3 を0.3〜1.0wt%の範囲で添加
することも有効であり、磁気特性の向上を図ることがで
きる。
【0025】上記の添加元素を添加した粉末は、平均粒
径0.06μm以下に粉砕する。粉砕手段は特に問わな
いが、ボールミルやアトライターのような湿式による粉
砕が適している。粉砕後の粉砕粉は、公知の手段によっ
て磁場中成形を行なう。
【0026】図9は、粉砕粒度を0.027μm、0.
047μm、0.081μm、0.143μmと変化さ
せた際の残留磁束密度Brの値を示すグラフである。試
料は、組成がSrO・2(FeO)・7.5(Fe
23)で、仮焼前にCを0.5wt%添加し、窒素中1
250℃で仮焼した後、CaO 0.47wt%、Si
2 0.3wt%、C 0.17wt%をそれぞれ添
加し、さらに所定粒径に粉砕した粉末を磁界中成形した
後、1175℃で焼結した。平均粒径が0.06μmを
超えるとBrには優れるがiHcが低くなり好ましくな
い。また、平均粒径が小さくなり過ぎるとiHcは向上
するもののBrが低下し好ましくない。よって、粉砕粉
の平均粒径は0.06μm以下に限定した。最も好まし
い範囲は0.04〜0.06μmである。なお、この発
明における粉末の粒径は、すべてBETによって測定し
たデータに基づいている。
【0027】先にも述べたように、粉砕にボールミルな
どの湿式粉砕手段を用いた場合は、成形後の成形体を最
適な温度で乾燥させることが好ましい。乾燥温度は、微
粉砕前のC等の添加元素の添加量にもよって変動する
が、100〜200℃の範囲が好ましい。
【0028】最後に、得られた成形体を焼結する。焼結
方法については特に限定しないが、不活性ガス中や真空
中等の非酸化性雰囲気中での焼結が好ましく、また、焼
結温度は1150〜1250℃が好ましい。なお、焼結
に際しては、組成、添加元素、仮焼条件、粉砕粒径、乾
燥条件などに応じて、必要により還元剤または酸化剤を
添加することが好ましい。還元剤としては、CやPVA
など、酸化剤としては、Fe23などが適している。
【0029】なお、この発明においては、得られるフェ
ライト磁石の平均結晶粒径を2μm以下に限定する。図
10は、焼結体の平均結晶粒径(μm)と各磁気特性
(iHc、Br、(BH)max)との関係を示すグラ
フである。この発明によるSrO・2(FeO)・n
(Fe23)組成(n=7.2〜7.7)においては、
平均結晶粒径が2μmを超えると磁気特性、特にiHc
が極端に劣化する傾向にあり、高磁気特性、特に従来の
M型フェライト磁石では得られなかった(BH)max
=5MGOeを得るには、平均結晶粒径が2μm以下で
あることが必要である。最も好ましい平均結晶粒径は
1.2〜1.7μmである。
【0030】
【実施例】SrCO3とFe23を1:8.5のモル比
で混合した原料粉末に、1.5wt%のCを添加し、窒
素雰囲気中、1350℃×1時間の条件で仮焼した後、
該仮焼粉にCaO 0.6wt%、SiO2 0.3w
t%、C 0.2wt%をそれぞれ添加後、ボールミル
により粉砕し、平均粒径0.05μmの粉砕粉を得た。
次いで、該粉砕粉を磁場中で成形し、得られた成形体を
200℃で2時間乾燥させた後、窒素雰囲気中、117
5℃×1時間の条件で焼結した。得られたW型フェライ
トの磁気特性は以下の通りであった。 4πIs=5.0kG、Br=4.8kG、iHc=
2.5kOe、(BH)max=5.3MGOe また、得られたW型フェライトの磁化曲線を図11に示
す。
【0031】
【発明の効果】この発明によれば、未だ実用化されてい
なかったW型フェライトを容易にかつ安価にして提供す
ることのみならず、従来のM型フェライトが有するコス
トパフォーマンスを維持しながら、その磁気特性を超え
る5MGOe以上の最大エネルギー積を有するW型フェ
ライト磁石を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】SrO・2(FeO)・n(Fe23)組成式
におけるnの値を変化させた場合の磁石の保磁力iHc
及び残留磁束密度Brの値を示すグラフである。
【図2】原料粉末にCを0.5wt%添加した時の仮焼
粉の構成相を示すX線パターン図である。
【図3】原料粉末にCを添加しない時の仮焼粉の構成相
を示すX線パターン図である。
【図4】SrO・2(FeO)・7.5(Fe23)組
成において、CaO及びSiO2の添加量を変化させた
際の保磁力iHc及び残留磁束密度Brの値を示すグラ
フである。
【図5】仮焼後にCを添加しない時の、成形体の乾燥温
度を変化させた際の(BH)maxの値を示すグラフで
ある。
【図6】SrO・2(FeO)・7.5(Fe23)組
成において、Cの添加量を変化させた際の(BH)ma
xの値を示すグラフである。
【図7】SrO・2(FeO)・7.5(Fe23)組
成において、Cr23の添加量を変化させた際の保磁力
iHc及び残留磁束密度Brの値を示すグラフである。
【図8】SrO・2(FeO)・7.5(Fe23)組
成において、CoOの添加量を変化させた際の保磁力i
Hc及び残留磁束密度Brの値の値を示すグラフであ
る。
【図9】粉砕粒度を変化させた際のiHcとBrの値を
示すグラフである。
【図10】焼結体の平均結晶粒径を変化させた際のiH
c、Br、(BH)maxの値を示すグラフである。
【図11】実施例によって得られたW型フェライトの磁
化曲線を示すグラフである。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 組成式がSrO・2(FeO)・n(F
    23)であり、nが7.2〜7.7を満足する組成か
    らなり、焼結体の平均結晶粒子が2μm以下、(BH)
    maxが5MGOe以上であることを特徴とするフェラ
    イト磁石。
  2. 【請求項2】 SrCO3とFe23を1:8.2〜
    8.7のモル比で混合した原料粉末にC 0.3〜5.
    0wt%を添加し、仮焼した後、CaO 0.3〜1.
    5wt%、SiO2 0.1〜0.6wt%、C 0.
    1〜0.5wt%をそれぞれ添加後、平均粒径0.06
    μm以下に粉砕し、得られた粉砕粉を磁場中で成形した
    後、非酸化性雰囲気中で焼結することを特徴とするフェ
    ライト磁石の製造方法。
  3. 【請求項3】 仮焼後に、Cr23 0.2〜0.8w
    t%、CoO 0.2〜0.8wt%の少なくとも1種
    を添加することを特徴とする請求項2記載のフェライト
    磁石の製造方法。
  4. 【請求項4】 成形体を100〜200℃の温度で乾燥
    させることを特徴とする請求項2記載のフェライト磁石
    の製造方法。
  5. 【請求項5】 焼結時に酸化剤あるいは還元剤を添加す
    ることを特徴とする請求項2記載のフェライト磁石の製
    造方法。
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