JP2003293003A - 水素化物被覆Ｆｅ粉末およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】水素化物被覆Ｆｅ粉末およびその製造方法を提
供する。 【解決手段】（１）Ｆｅ粉末の表面に、Ｙを含む希土類
元素の水素化物、Ｚｒの水素化物、Ｔｉの水素化物、Ｈ
ｆの水素化物、Ｖの水素化物、Ｔａの水素化物またはＰ
ｄの水素化物（以下、これらを金属水素化物という）が
被覆されている水素化物被覆Ｆｅ粉末、（２）平均粒
径：１０〜１５０μｍのＦｅ粉末に平均粒径：１〜１０
μｍを有する金属水素化物粉末を高速衝撃法またはバイ
ンダー法によりＦｅ粉末の表面に金属水素化物を被覆す
る水素化物被覆Ｆｅ粉末の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、水素化物被覆Ｆｅ粉
末およびその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、Ｆｅ粉末を燒結して得られた軟
磁性燒結材料は、直流リレー、スピーカ、電磁石、電磁
クラッチだけでなく、モータまたはアクチュエータなど
の低ロスヨーク、トランス、チョークコイルなどの磁心
に用いられることは知られている。しかし、この軟磁性
燒結材料は固有抵抗が低く、これを磁心として用いる
と、渦電流損失が発生して実効透磁率が低下するため
に、高周波用としては使用できない。これを避けるため
に、Ｆｅ粉末の表面にシリカ、酸化チタン、アルミナ、
酸化ホウ素、鉄酸化物、スピネル構造を有するフェライ
ト等の金属酸化物、窒化物、フッ化物、塩化物、臭化
物、ヨウ化物などの固有抵抗の大きい物質を被覆した高
抵抗層被覆軟磁性粉末を作製し、この高抵抗層被覆軟磁
性粉末を燒結してＦｅ粉末の粒界に固有抵抗の大きいシ
リカ、酸化チタン、アルミナ、酸化ホウ素、鉄酸化物、ス
ピネル構造を有するフェライト等の金属酸化物、窒化
物、フッ化物、塩化物、臭化物、ヨウ化物などを介在さ
せた組織を有する複合軟磁性焼結材がすでに知られてお
り、この複合軟磁性焼結材はＦｅ粉末の間に固有抵抗の
大きな物質が介在しているために、抵抗値が大きくな
り、渦電流損失の発生は大幅に低下するところから高周
波用として使用できるようになった。

【０００３】このＦｅ粉末の間に固有抵抗の大きい物質
が介在している組織を有する複合軟磁性焼結材は、Ｆｅ
粉末にシリカ、酸化チタン、アルミナ、酸化ホウ素、鉄酸
化物、フェライト等の金属酸化物、窒化物、フッ化物、
塩化物、臭化物、ヨウ化物からなるコロイドを混合して
高抵抗層被覆軟磁性粉末を作製し、この高抵抗層被覆軟
磁性粉末を焼結することにより作られる。これら高抵抗
層被覆軟磁性粉末を焼結することにより得られた複合軟
磁性焼結材料のうちでも、Ｆｅ粉末の表面にスピネル構
造を有するフェライト層を被覆してなる高抵抗層被覆軟
磁性粉末を焼結して得られたＦｅ粉末同士をフェライト
層により隔離した組織を有する複合軟磁性焼結材は高周
波特性が特に優れており最も注目されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、Ｆｅ粉末の表
面にスピネル構造を有するフェライト層を被覆してなる
従来の高抵抗層被覆軟磁性粉末を高温で燒結して密度を
上げようとすると、フェライト層は分解または破壊され
るために十分な抵抗値が得られなくなり、実際の燒結は
９００℃未満で行なわなければならず、かかる低温で燒
結すると、Ｆｅ粉末の表面に形成されているフェライト
の層は分解または破壊が極めて少なくなる反面、焼結温
度が低いために得られた複合軟磁性燒結材の密度が低下
し、したがって機械的強度、特に抗折力が低下するとい
う欠点があった。一方、シリカ、酸化チタン、アルミ
ナ、酸化ホウ素、窒化物、フッ化物、塩化物、臭化物、
ヨウ化物などの耐熱性に優れ高抵抗物質からなる層をＦ
ｅ粉末の粒間に形成してＦｅ粉末同士を隔離した組織を
有する複合軟磁性燒結材は、シリカ、酸化チタン、アルミ
ナ、酸化ホウ素、窒化物、フッ化物、塩化物、臭化物、
ヨウ化物などの高抵抗物質は熱に対して安定していると
ころから高温で燒結しても燒結時に高抵抗物質粉末は分
解または破壊されることが無いが、Ｆｅ粉末とシリカ、
酸化チタン、アルミナ、酸化ホウ素、窒化物、フッ化
物、塩化物、臭化物、ヨウ化物などの高抵抗物質粉末と
は燒結時に拡散し固溶することが少なく、したがって、
これら高抵抗物質粉末はＦｅ粉末同士の接合を妨げるた
めに、十分な機械的強度を有する複合軟磁性焼結材は得
られないという欠点がある。ところが、近年、これら複合
軟磁性燒結材は、電磁弁、プランジャーなどの振動また
は衝撃を受ける部品にも使用されようとしており、前記
従来の複合軟磁性燒結材では機械的強度が不十分であっ
て、かかる振動または衝撃を受ける部品に使用すること
のできる高強度で磁気特性に優れた複合軟磁性燒結材が
求められている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らは、
高強度、高密度を有しかつ高抵抗を有する複合軟磁性焼
結材を得るべく研究を行った。その結果、 （イ）Ｆｅ粉末の表面に、Ｙを含む希土類元素（以下、
Ｒで示す）の水素化物、Ｚｒの水素化物、Ｔｉの水素化
物、Ｈｆの水素化物、Ｖの水素化物、Ｔａの水素化物ま
たはＰｄの水素化物（以下、これらを金属水素化物とい
う）が被覆されている水素化物被覆Ｆｅ粉末を圧粉成形
し、非酸化性雰囲気中、温度：９００〜１３００℃で焼
結したのち、水素雰囲気中、温度：１５０〜８００℃で
加熱することにより水素化処理することにより得られた
複合軟磁性焼結材は、Ｆｅ粉末の粒界に前記金属水素化
物が介在した組織を有する複合軟磁性焼結材が得られ、
この金属水素化物被膜は固有抵抗値が高いところから、
高抵抗を有する複合軟磁性焼結材が得られ、この複合軟
磁性焼結材は高温で燒結されるところから鉄酸化物また
はフェライト層を有する複合軟磁性焼結材と比較して高
密度および高強度を有し、一方、シリカ、酸化チタン、
アルミナ、酸化ホウ素、窒化物、フッ化物、塩化物、臭
化物、ヨウ化物などの耐熱性に優れ高抵抗物質からなる
層をＦｅ粉末の粒界に形成した従来の複合軟磁性燒結材
に比べて機械的強度が向上する、（ロ）前記燒結終了
後、水素雰囲気中で熱処理する熱処理工程において、水
素雰囲気に含まれる水素量を調節することにより金属水
素化物の水素化の程度を調節することができ、それによ
って、Ｆｅ粉末の粒界に介在する金属水素化物における
水素化量を調節することができ、それによって複合軟磁
性焼結材の抵抗値を調節することができるので低周波か
ら高周波にわたる広範囲な周波数帯域において使用可能
な複合軟磁性燒結材が得られる、などの研究結果が得ら
れたのである。

【０００６】この発明は、かかる研究結果に基づいてな
されたものであって、 （１）Ｆｅ粉末の表面に金属水素化物が被覆されている
水素化物被覆Ｆｅ粉末、に特徴を有するものである。

【０００７】前記Ｆｅ粉末は平均粒径：１０〜１００μ
ｍを有し、このＦｅ粉末の表面に金属水素化物が被覆さ
れていることが好ましい。平均粒径：１０〜１００μｍ
を有するＦｅ粉末は一般に使用されているＦｅ粉末であ
り、特に新規なものではない。したがって、この発明
は、（２）平均粒径：１０〜１００μｍのＦｅ粉末の表
面に金属水素化物が被覆されている水素化物被覆Ｆｅ粉
末、に特徴を有するものである。

【０００８】この発明の水素化物被覆Ｆｅ粉末は、Ｆｅ
粉末と金属水素化物を機械的に混合撹拌し、Ｆｅ粉末と
金属水素化物粉末の間に機械的エネルギーを加えてメカ
ノケミカル的な反応によりＦｅ粉末の表面に金属水素化
物を被覆する方法（以下、この方法を高速衝撃法とい
う）により作製することができる。

【０００９】この高速衝撃法により水素化物被覆Ｆｅ粉
末を製造する方法で使用する金属水素化物は、粉末であ
っても良いが、特に粉末に限定されるものではなく、塊
状であっても良い。その理由は金属水素化物はＦｅ粉末
よりも粉砕しやすいので、Ｆｅ粉末に金属水素化物を添
加して高速衝撃法を施すと、金属水素化物は先に粉砕さ
れて一層微細な粉末となり、一方、硬いＦｅ粉末の平均
粒径は殆ど変化することがないから、高速衝撃法の実施
中に金属水素化物はＦｅ粉末よりも先に粉砕されて一層
微細な粉末となり、Ｆｅ粉末の表面を金属水素化物で被
覆するようになるからである。しかし、金属水素化物は
Ｆｅ粉末よりも微細である方が高速衝撃法による水素化
物被覆Ｆｅ粉末の製造は早くなる。したがって、この高
速衝撃法により水素化物被覆Ｆｅ粉末を製造に使用する
Ｆｅ粉末は平均粒径：１０〜１００μｍのＦｅ粉末を用
い、一方、金属水素化物粉末はＦｅ粉末よりも相対的に
微細な平均粒径：１〜１０μｍを有するを有する金属水
素化物粉末を用いることが一層好ましい。したがって、
この発明は、（３）Ｆｅ粉末および金属水素化物の混合
物に高速衝撃法を施すことによりＦｅ粉末の表面に金属
水素化物を被覆する前記（１）または（２）記載の水素
化物被覆Ｆｅ粉末の製造方法、に特徴を有するものであ
る。

【００１０】さらに、Ｆｅ粉末にバインダーおよび金属
水素化物粉末を添加し、撹拌したのち乾燥してＦｅ粉末
の表面に金属水素化物粉末をバインダーにより被覆し固
化する方法（以下、バインダー法という）によりＦｅ粉
末の表面に金属水素化物を被覆することができる。した
がって、この発明は、（４）Ｆｅ粉末にバインダーおよ
び金属水素化物粉末を添加し、撹拌したのち乾燥固化す
るバインダー法によりＦｅ粉末の表面に金属水素化物を
被覆する前記（１）または（２）記載の水素化物被覆Ｆ
ｅ粉末の製造方法、に特徴を有するものである。

【００１１】このバインダー法により水素化物被覆Ｆｅ
粉末を製造するには、平均粒径：１０〜１００μｍのＦ
ｅ粉末にＦｅ粉末より相対的に微細な平均粒径：１〜１
０μｍの金属水素化物粉末を使用することが好ましい。
その理由は、バインダー法ではバインダーとともに混練
するために金属水素化物を塊状で添加すると金属水素化
物は高速衝撃法のように粉砕されることが少なく、した
がって金属水素化物を塊状で添加すると金属水素化物は
十分に粉砕されないために粒度にばらつきが生じ、Ｆｅ
粉末の表面に均一に金属水素化物が被覆されないからで
ある。したがって、この発明は、（５）平均粒径：１０
〜１００μｍのＦｅ粉末およびＦｅ粉末よりも相対的に
微細な平均粒径：１〜１０μｍを有する金属水素化物粉
末をバインダーとともに混合撹拌してバインダー法によ
りＦｅ粉末の表面に金属水素化物を被覆する（１）また
は（２）記載の水素化物被覆Ｆｅ粉末の製造方法、に特
徴を有するものである。

【００１２】この発明の水素化物被覆Ｆｅ粉末を使用し
て複合軟磁性焼結材を製造するには、前記（１）または
（２）記載の水素化物被覆Ｆｅ粉末を圧粉成形し、非酸
化性雰囲気中、温度：９００〜１３００℃で焼結したの
ち、水素雰囲気中、温度：１５０〜８００℃で加熱する
ことにより水素化処理することにより得られる。この場
合、水素雰囲気中、温度：１５０〜８００℃で加熱する
ことにより水素化処理する工程を、焼結後冷却する途中
の工程において雰囲気を水素雰囲気とすることにより代
替することができる。

【００１３】この発明において、前記Ｒは、Ｙ，Ｃｅ，
Ｌａ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｇｄ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｙｂ，Ｌ
ｕの内の１種以上である。また、この発明の高強度、高
密度および高抵抗を有する複合軟磁性焼結材を製造する
ためのＦｅ粉末は、アトマイズ法、電解法、還元法のい
ずれかの方法で作製したＦｅ粉末を使用することができ
る。この発明で使用するＦｅ粉末は、軟磁性を有するＦ
ｅ粉末であればいかなるＦｅ粉末であっても良い。

【００１４】

【発明の実施の形態】実施例１ 原料粉末として、平均粒径：７０μｍのＦｅアトマイズ
粉末を用意し、さらに、いずれも平均粒径：３μｍを有
するＹの水素化物粉末、Ｌａの水素化物粉末、Ｃｅの水
素化物粉末、Ｎｄの水素化物粉末、Ｓｍの水素化物粉
末、Ｚｒの水素化物粉末、Ｔｉの水素化物粉末、Ｈｆの
水素化物粉末、Ｖの水素化物粉末、Ｔａの水素化物粉末
またはＰｄの水素化物粉末を用意した。前記Ｙの水素化
物粉末、Ｌａの水素化物粉末、Ｃｅの水素化物粉末、Ｎ
ｄの水素化物粉末、Ｓｍの水素化物粉末、Ｚｒの水素化
物粉末、Ｔｉの水素化物粉末、Ｈｆの水素化物粉末、Ｖ
の水素化物粉末、Ｔａの水素化物粉末またはＰｄの水素
化物粉末をＦｅアトマイズ粉末とともに回転可能なブレ
ードを有する高速衝撃装置に装入し、ブレードの回転
数：６０００ｒ．ｐ．ｍ．で３分間回転することにより
混合撹拌し、篩にかけることにより被覆されずに残った
水素化物粉末を除去して本発明水素化物被覆Ｆｅ粉末
（以下、本発明粉末という）１〜１１を作製した。これ
ら本発明粉末１〜１１を６ｔｏｎ／ｃｍ²の成形圧をか
けることにより縦：４０ｍｍ、横：１０ｍｍ、厚さ：５
ｍｍの寸法を有する圧密体を成形し、得られた圧密体を
不活性ガス雰囲気中、１１００℃の温度で焼結し、焼結
後の冷却工程において８００℃まで冷却した時点で雰囲
気が水素雰囲気となるように水素を供給し、この水素雰
囲気は少なくとも１５０℃に冷却するまで保持すること
により水素化処理して複合軟磁性焼結材を作製した。

【００１５】従来例１ 比較のために、Ｆｅアトマイズ粉末の表面に（Ｍｎ₁₇Ｚ
ｎ₁₆Ｆｅ₆₇）₃Ｏ₄を被覆した従来のフェライト被覆Ｆｅ
粉末（以下、従来粉末という）を用意し、この従来粉末
を６ｔｏｎ／ｃｍ²の成形圧をかけることにより縦：４
０ｍｍ、横：１０ｍｍ、厚さ：５ｍｍの寸法を有する圧
密体を成形し、得られた圧密体を８００℃で燒結するこ
とにより粒界にフェライト相を有する複合軟磁性焼結材
を作製した。

【００１６】このようにして得られた複合軟磁性焼結材
について相対密度および抗折力を測定し、その結果を表
１に示し、さらに、磁束密度、抵抗値および周波数：１
００ＫＨｚの高周波における比透磁率を測定し、その結
果を表１に示した。

【００１７】

【表１】

【００１８】表１に示される結果から、本発明粉末１〜
１１で作製した複合軟磁性焼結材は、粒界にフェライト
相を有する従来粉末で作製した複合軟磁性焼結材に比べ
て磁気特性および抵抗値については遜色が無いが、本発
明粉末１〜１１で作製した複合軟磁性焼結材は従来粉末
で作製した複合軟磁性焼結材に比べて一層高密度を有す
ると共に一層機械的強度が高いことが分かる。

【００１９】実施例２ 実施例１で用意した平均粒径：７０μｍを有するＦｅア
トマイズ粉末に、いずれも微細な平均粒径：３μｍを有
するＹの水素化物粉末、Ｌａの水素化物粉末、Ｃｅの水
素化物粉末、Ｎｄの水素化物粉末、Ｓｍの水素化物粉
末、Ｚｒの水素化物粉末、Ｔｉの水素化物粉末、Ｈｆの
水素化物粉末、Ｖの水素化物粉末、Ｔａの水素化物粉末
またはＰｄの水素化物粉末をそれぞれ２％配合し、さら
にバインダーとしてポリビニルアルコール：０．０５
％、残部：Ｆｅアトマイズ粉末となるように配合し、こ
の配合粉末を回転可能な撹拌刃を有する処理装置に装入
し、撹拌刃を回転数：１０００ｒ．ｐ．ｍ．で２０分間
回転することにより混合撹拌して本発明水素化物被覆Ｆ
ｅ粉末（以下、本発明粉末という）１２〜２２を作製
し、これら粉末を６ｔｏｎ／ｃｍ²の成形圧をかけるこ
とにより縦：４０ｍｍ、横：１０ｍｍ、厚さ：５ｍｍの
寸法を有する圧密体を成形し、得られた圧密体を不活性
ガス雰囲気中、１１５０℃の温度で焼結し、焼結後の冷
却工程において８００℃まで冷却した時点で雰囲気が水
素雰囲気となるように水素を供給し、この水素雰囲気は
少なくとも１５０℃に冷却するまで保持することにより
水素化処理して複合軟磁性焼結材を作製した。

【００２０】このようにして得られた複合軟磁性焼結材
について相対密度および抗折力を測定し、その結果を表
１に示し、さらに、磁束密度、抵抗値および周波数：１
００ＫＨｚの高周波における比透磁率を測定し、その結
果を表２に示した。

【００２１】

【表２】

【００２２】表２に示される本発明粉末１２〜２２で作
製した複合軟磁性焼結材は、粒界にフェライト相を有す
る表１に示される従来粉末で作製した複合軟磁性焼結材
と比較して、磁気特性および抵抗値については遜色が無
く、さらに本発明粉末１２〜２２で作製した複合軟磁性
焼結材は従来粉末で作製した複合軟磁性焼結材に比べて
一層高密度を有すると共に一層機械的強度が高いことが
分かる。

【００２３】

【発明の効果】この発明は、高密度で機械的強度が優
れ、かつ高周波の比透磁率の高い複合軟磁性焼結材を提
供することができ、電気および電子産業において優れた
効果をもたらすものである。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｆｅ粉末の表面に、Ｙを含む希土類元素の
   水素化物、Ｚｒの水素化物、Ｔｉの水素化物、Ｈｆの水
   素化物、Ｖの水素化物、Ｔａの水素化物またはＰｄの水
   素化物（以下、これらを金属水素化物という）が被覆さ
   れていることを特徴とする水素化物被覆Ｆｅ粉末。
2. 【請求項２】平均粒径：１０〜１００μｍのＦｅ粉末の
   表面に金属水素化物が被覆されていることを特徴とする
   水素化物被覆Ｆｅ粉末。
3. 【請求項３】平均粒径：１０〜１００μｍのＦｅ粉末お
   よび金属水素化物を混合撹拌して機械的エネルギーを加
   えることにより、Ｆｅ粉末の表面に金属水素化物を被覆
   することを特徴とする請求項１または２記載の水素化物
   被覆Ｆｅ粉末の製造方法。
4. 【請求項４】Ｆｅ粉末に金属水素化物粉末およびバイン
   ダーを添加し撹拌したのち乾燥固化することによりＦｅ
   粉末の表面に金属水素化物を被覆することを特徴とする
   請求項１または２記載の水素化物被覆Ｆｅ粉末の製造方
   法。
5. 【請求項５】前記Ｆｅ粉末は平均粒径：１０〜１００μ
   ｍを有し、前記金属水素化物粉末は平均粒径：１〜１０
   μｍを有し、金属水素化物粉末の平均粒径は金属水素化
   物粉末の平均粒径よりも相対的に微細であることを特徴
   とする請求項４記載の水素化物被覆Ｆｅ粉末の製造方
   法。