鐵氧體粒子及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供鐵氧體粉末，所述鐵氧體粉末包含用于產(chǎn)生高磁特性的W型鐵氧體相。根據(jù)本發(fā)明的鐵氧體粉末的特征在于包含層狀結(jié)構(gòu)，所述層狀結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出其中W型鐵氧體相沿著易磁化方向?qū)盈B的狀態(tài)，所述W型鐵氧體相包含由AM2Fe16O27表示的化合物，其中A、M、Fe和O分別表示第一金屬元素(Sr、Ba、Ca、Pb等)、第二金屬元素(Fe、Zn、Cu、Co、Mn、Ni等)、鐵和氧。通過如下獲得這種鐵氧體粒子：成形步驟，所述成形步驟將混合粉末在磁場(chǎng)中成形從而獲得致密體，所述混合粉末包含例如含有由AFe12O19表示的化合物的M型鐵氧體粒子、和含有由MFe2O4表示的化合物的尖晶石型鐵氧體粒子(S型鐵氧體粒子)；煅燒步驟，所述煅燒步驟將所述致密體煅燒從而獲得煅燒物；和粉碎步驟，所述粉碎步驟將所述煅燒物粉碎。
【專利說明】鐵氧體粒子及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種能夠呈現(xiàn)出由作為主相的高度取向的W型鐵氧體相所引起的高磁特性的鐵氧體粒子，并且還涉及所述鐵氧體粒子的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]使用相對(duì)廉價(jià)的鐵氧體(鐵基氧化物)的磁體(即鐵氧體磁體)迄今為止已經(jīng)在不同領(lǐng)域中被用于各種產(chǎn)品。近年來，從資源方面的觀點(diǎn)來看，不需要稀有金屬的鐵氧體磁體如稀土類磁體受到關(guān)注。
[0003]作為磁性材料的鐵氧體是含有氧化鐵(Fe2O3)作為主要成分的陶瓷的總稱，其分為如下的一般類別:用于軟磁體的立方晶系如尖晶石型鐵氧體(在下文中稱為“S型鐵氧體”)；以及用于硬磁體(永久磁體)的六方晶系如M型鐵氧體。其中，值得注意的是成為硬磁體的后者六方晶系鐵氧體。
[0004]六方晶系鐵氧體包含AO-M2+O-Fe2O3 (A:Ba、Sr等/M:Zn、Cu等)，并且根據(jù)具體金屬元素的組合，可存在多種類型，諸如M型、W型、X型、Y型以及Z型。然而，作為永久磁體材料實(shí)際上關(guān)注的僅是M型鐵氧體和W型鐵氧體。特別地，目前所利用的幾乎所有鐵氧體磁體都是M型鐵氧體，諸如Sr06Fe203和Ba06Fe203。相反，W型鐵氧體幾乎從未投入實(shí)際使用。
[0005]然而，W型鐵氧體的飽和磁化強(qiáng)度高于M型鐵氧體的飽和磁化強(qiáng)度。因此，如果可以利用W型鐵氧體,則會(huì)獲得磁特性高于常規(guī)鐵氧體永久磁體的鐵氧體永久磁體。從這種觀點(diǎn)來看，已經(jīng)提出了關(guān)于W型鐵氧體和使用其的磁體的各種提議，包括例如與以下專利文獻(xiàn)有關(guān)的描述。`
[0006]引用列表
[0007]專利文獻(xiàn)
[0008]PTLl:PCT 國(guó)際申請(qǐng)公開 2000-501893 的日本翻譯(W097/35815) PTL2:W02005/056493
[0009]PTL3:日本未審查專利申請(qǐng)公開2005-1950號(hào)
[0010]PTL4:日本未審查專利申請(qǐng)公開2006-135238號(hào)
[0011]PTL5:日本未審查專利申請(qǐng)公開2007-31204號(hào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]技術(shù)問題
[0013]特別地，PTL (專利文獻(xiàn))3和PTL4描述了通過將含有鋰(Li)的S型鐵氧體粉末與M型鐵氧體粉末的混合粉末成形、燒結(jié)(煅燒)并且粉碎而獲得含有W型鐵氧體的磁性粉末。然而，以這種方式獲得的粒子中的W型鐵氧體相會(huì)使得晶體呈各向同性且沿易磁化方向(c軸)的晶體取向(或磁晶各向異性)低。因此，即使使用PTL3或PTL4中所述的這種磁性粉末，也可能認(rèn)為難以獲得具有高磁特性的鐵氧體磁體。[0014]鑒于這種情況創(chuàng)造了本發(fā)明，并且本發(fā)明的目的包括提供一種具有W型鐵氧體相作為主相的具有高磁特性的鐵氧體粒子以及提供所述鐵氧體粒子的制造方法。
[0015]問題的解決方案
[0016]作為為了解決這種問題而進(jìn)行的深入研究以及重復(fù)試錯(cuò)的結(jié)果，本發(fā)明人最近發(fā)現(xiàn)，可以通過將S型鐵氧體粉末與M型鐵氧體粉末的混合粉末在磁場(chǎng)中成形為致密體并且對(duì)所述致密體進(jìn)行煅燒和粉碎而獲得其中W型鐵氧體相高度取向的穩(wěn)定鐵氧體粒子。通過發(fā)展該成果，如下文中所述，完成了本發(fā)明。
[0017]?鐵氧體粒子》
[0018](I)根據(jù)本發(fā)明的鐵氧體粒子的特征在于包含層狀結(jié)構(gòu)，所述層狀結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出其中W型鐵氧體相沿著易磁化方向?qū)盈B的狀態(tài)，其中所述W型鐵氧體相包含由AM2Fe16O27表示的化合物，其中A、M、Fe和O分別表不第一金屬兀素、第二金屬兀素、鐵和氧。
[0019](2)首先，根據(jù)本發(fā)明的鐵氧體粒子主要由W型鐵氧體相組成，從而具有比常規(guī)M型鐵氧體粒子更高的飽和磁化強(qiáng)度。其次，認(rèn)為所述W型鐵氧體相成為沿易磁化方向(c軸)層疊的這樣一種狀態(tài)，并且根據(jù)本發(fā)明的鐵氧體粒子由此還顯現(xiàn)高磁晶各向異性(晶體取向)。因此，通過使用根據(jù)本發(fā)明的具有高飽和磁化強(qiáng)度且具有高取向度(高磁晶各向異性程度)的鐵氧體粒子，獲得了與常規(guī)的鐵氧體永久磁體相比，在高磁特性方面顯著優(yōu)異的鐵氧體永久磁體。
[0020](3)應(yīng)理解，本發(fā)明當(dāng)然應(yīng)該不僅被理解為鐵氧體粒子，而且被理解為鐵氧體(磁性)粉末、粒子、顆?；?其他聚集物。
[0021]〈〈鐵氧體粒子的制造方法》
[0022]可以通過諸如但不限于如下的根據(jù)本發(fā)明的制造方法來獲得上述根據(jù)本發(fā)明的鐵氧體粒子。
[0023](I) 即，根據(jù)本發(fā)明的鐵氧體粒子的制造方法的特征在于包括:成形步驟，所述成形步驟將混合粉末在磁場(chǎng)中成形從而獲得致密體，其中所述混合粉末包含含有由AFe12O19表示的化合物的M型鐵氧體粒子、和含有由MFe2O4表示的化合物的尖晶石型鐵氧體粒子(在下文中稱為“S型鐵氧體粒子”);煅燒步驟，所述煅燒步驟將所述致密體煅燒從而獲得煅燒物；和粉碎步驟，所述粉碎步驟將所述煅燒物粉碎。
[0024](2)在根據(jù)本發(fā)明的鐵氧體粒子的制造方法中，與常規(guī)的制造方法不同，使用M型鐵氧體粒子與S型鐵氧體粒子的混合粉末并且將這種混合粉末在磁場(chǎng)中成形。以這種方式獲得的致密體經(jīng)歷焙燒(煅燒)和粉碎(包括破裂、破碎等)，從而使得可以有效且穩(wěn)定地獲得具有高飽和磁化強(qiáng)度且具有高取向度(高磁晶各向異性度)的上述鐵氧體粒子。
[0025]此外，M型鐵氧體粒子和S型鐵氧體粒子都可以以低成本商購(gòu)獲得。因此，根據(jù)本發(fā)明的制造方法，可以以低成本且沒有任何困難地制造具有高飽和磁化強(qiáng)度且具有高取向度的鐵氧體粒子。
[0026]然而，根據(jù)本發(fā)明的制造方法能夠獲得優(yōu)異的鐵氧體粒子(以及粉末)的原因未必是確定的。目前可認(rèn)為原因如下。首先，W型鐵氧體(AM2Fe16027/A02M08Fe203)呈現(xiàn)出如下晶體結(jié)構(gòu)，所述晶體結(jié)構(gòu)含有比M型鐵氧體(AFe12019/A06Fe203)更多的S型鐵氧體(MFe2O4/MOFe2O3)。為此，W型鐵氧體由于難以作為單相形成而通常作為與S型鐵氧體的混合相狀態(tài)形成。另外，當(dāng)使用諸如SrO、ZnO以及Fe2O3的原料合成W型鐵氧體時(shí),一般可能僅獲得各向同性的鐵氧體粒子。
[0027]相反，如果根據(jù)本發(fā)明的制造方法將M型鐵氧體粒子與S型鐵氧體粒子的混合粉末在磁場(chǎng)中成形，則會(huì)獲得其中S型鐵氧體粒子存在于取向的M型鐵氧體粒子周圍的致密體。在適當(dāng)?shù)臏囟认聦?duì)這種致密體進(jìn)行加熱(進(jìn)行煅燒)，從而使得M型鐵氧體粒子與S型鐵氧體粒子彼此發(fā)生反應(yīng)(固相反應(yīng)、兩階段反應(yīng)等)以合成W型鐵氧體相，同時(shí)維持M型鐵氧體粒子中的易磁化軸的取向。[0028]因此認(rèn)為，雖然M型鐵氧體粒子在所述合成期間消失或失去物質(zhì)(虛化)，但是由于在所述合成之前已經(jīng)預(yù)先使M型鐵氧體粒子取向，所以會(huì)促進(jìn)或誘導(dǎo)W型鐵氧體相的取向(沿著易磁化方向?qū)盈B)。結(jié)果，認(rèn)為獲得包含如下結(jié)構(gòu)的這種鐵氧體粒子，在所述結(jié)構(gòu)中，相當(dāng)薄的W型鐵氧體相(例如厚度是幾十納米至幾百納米的W型鐵氧體相)沿著在磁場(chǎng)中成形期間造成的取向方向(M型鐵氧體粒子的易磁化方向)層疊。
[0029]應(yīng)注意，對(duì)M型鐵氧體粒子與S型鐵氧體粒子之間的配比進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整能夠獲得具有W型鐵氧體單相的鐵氧體粒子、包含W型鐵氧體相與S型鐵氧體相的混合相結(jié)構(gòu)(WS混合相結(jié)構(gòu))的鐵氧體粒子或包含W型鐵氧體相與M型鐵氧體相的混合相結(jié)構(gòu)(WM混合相結(jié)構(gòu))的鐵氧體粒子。
[0030]? 其他 >>
[0031](I)根據(jù)本發(fā)明的鐵氧體粒子可任選地含有對(duì)于改善其特性有效的一種或多種“改性元素”。雖然被改善的特性和改性元素的類型不受特別限制，但是其含量通常極少。這種改性元素或改性化合物的實(shí)例包括含有可容易地置換Fe的元素的物質(zhì)，例如SiO2 (晶粒生長(zhǎng)抑制劑)、CaO (燒結(jié)促進(jìn)劑)、Al2O3以及Cr203。
[0032]當(dāng)然，根據(jù)本發(fā)明的鐵氧體粒子可能含有不可避免的雜質(zhì)，諸如在原料粉末中已含有的雜質(zhì)以及在每個(gè)過程期間混入等的雜質(zhì)，出于成本、技術(shù)原因或其他原因而難以將這些雜質(zhì)除去。
[0033](2)當(dāng)沒有特別說明時(shí)，本文所用的數(shù)值范圍“X至y”包括下限值X和上限值y。使用本文所述的數(shù)值范圍中所包括的各種數(shù)值或任何數(shù)值作為新的下限值或上限值，可以獲得新設(shè)的數(shù)值范圍，諸如“a至b”。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]圖1A是樣品編號(hào)I中包含的鐵氧體粒子的SEM照片。
[0035]圖1B是圖1A的SEM照片中的區(qū)域L的放大照片。
[0036]圖2是樣品編號(hào)Cl中包含的鐵氧體粒子的SEM照片。
[0037]圖3A是樣品編號(hào)I中包含的鐵氧體粒子的X射線衍射圖樣。
[0038]圖3B是樣品編號(hào)Cl中包含的鐵氧體粒子的X射線衍射圖樣。
[0039]圖3C是樣品編號(hào)I中包含的煅燒之前的粒子的X射線衍射圖樣。
[0040]圖4是將樣品編號(hào)I至5中包含的鐵氧體粒子的X射線衍射圖樣進(jìn)行比較的圖。
[0041]圖5是示出S型鐵氧體配比與鐵氧體粒子中各鐵氧體相的分?jǐn)?shù)之間的相關(guān)性的說明圖。
【具體實(shí)施方式】[0042]本文所述的內(nèi)容可適用于根據(jù)本發(fā)明的鐵氧體粒子(包括鐵氧體粉末)以及其制造方法。與制造方法有關(guān)的構(gòu)成要素在被理解為由方法限定的產(chǎn)品時(shí)也可以是與產(chǎn)品有關(guān)的構(gòu)成要素。此外，可以添加任意地選自本說明書的一種或多種構(gòu)成要素作為上述本發(fā)明的一種或多種構(gòu)成要素。實(shí)施方式中哪一個(gè)最佳根據(jù)對(duì)象、要求性能以及其他因素而不同。
[0043]〈〈鐵氧體粒子》
[0044](I)金屬相結(jié)構(gòu)
[0045]根據(jù)本發(fā)明的鐵氧體粒子并非必須是W型鐵氧體單相，只要含有W型鐵氧體相作為主相即可。與尖晶石型鐵氧體相(S型鐵氧體相)或M型鐵氧體相共存使得能夠調(diào)節(jié)鐵氧體粒子的磁特性以及降低制造成本等。因此，如前所述，根據(jù)本發(fā)明的鐵氧體粒子可以是具有其中W型鐵氧體相與S型鐵氧體相混合的WS混合相結(jié)構(gòu)的鐵氧體粒子，或具有其中W型鐵氧體相與M型鐵氧體相混合的WM混合相結(jié)構(gòu)的鐵氧體粒子。
[0046]在此，考慮到將根據(jù)本發(fā)明的鐵氧體粒子作為硬磁體的材料，優(yōu)選減少作為常見軟磁體材料的S型鐵氧體的含量百分比以提高所述鐵氧體粒子的晶體取向度和磁矯頑力。例如，優(yōu)選的是，上述WS混合相結(jié)構(gòu)中S型鐵氧體的百分比為6%以下、5%以下、3%以下，并且進(jìn)一步優(yōu)選1%以下，其中所述S型鐵氧體的百分比是S型鐵氧體相的存在分?jǐn)?shù)且通過基于使用Cu管作為X射線源的X射線衍射圖樣(2 Θ =20°至70° )計(jì)算的峰強(qiáng)度比來確定。應(yīng)注意，隨后描述關(guān)于峰強(qiáng)度比的細(xì)節(jié)。
[0047]另一方面，雖然M型鐵氧體一般被用于硬磁體的材料，但是M型鐵氧體的飽和磁化強(qiáng)度低于W型鐵氧體的飽和磁化強(qiáng)度。因此，也優(yōu)選減少其在根據(jù)本發(fā)明的鐵氧體粒子中的含量百分比。例如，優(yōu)選的是，上述麗混合相結(jié)構(gòu)中M型鐵氧體的百分比是20%以下、15%以下、10%以下、5%以下、3%以下，并且進(jìn)一步優(yōu)選1%以下，其中所述M型鐵氧體的百分比是M型鐵氧體相的存在分?jǐn)?shù)且通過基于使用Cu管作為X射線源的X射線衍射圖樣(2 Θ =20°至70° )計(jì)算的峰強(qiáng)度比來確定。
[0048]根據(jù)本發(fā)明的鐵氧體粒子具有諸如其中層狀的W型鐵氧體相沿著易磁化方向(c軸)層疊的結(jié)構(gòu)的層狀結(jié)構(gòu)。當(dāng)從與鐵氧體粒子的層疊方向垂直的方向觀察所述鐵氧體粒子時(shí)，可以在鐵氧體粒子的外觀的全部表面觀察所述層狀結(jié)構(gòu)，或可以在鐵氧體粒子的內(nèi)部觀察所述層狀結(jié)構(gòu)。例如，如果鐵氧體粒子是W型鐵氧體單相，則層狀結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)在外觀表面上。然而，如果使用M型鐵氧體粒子或S型鐵氧體粒子作為合成W型鐵氧體相的原料，則可能觀察到由M型鐵氧體粒子或S型鐵氧體粒子殘留(失去其物質(zhì))在外表面上而造成的外觀表面。因此，根據(jù)本發(fā)明的鐵氧體粒子的層狀結(jié)構(gòu)只要是至少在斷裂面(包括c軸的平面)處觀察的斷裂面結(jié)構(gòu)，則所述層狀結(jié)構(gòu)是足夠的。
[0049](2)晶體結(jié)構(gòu)
[0050]層狀結(jié)構(gòu)如W型鐵氧體相沿著易磁化方向?qū)盈B的結(jié)構(gòu)也受到根據(jù)本發(fā)明的鐵氧體粒子的X射線衍射(XRD)分析的下列結(jié)果支持。即，當(dāng)使用Cu管作為X射線源對(duì)根據(jù)本發(fā)明的鐵氧體粒子進(jìn)行測(cè)量時(shí)，獲得W型鐵氧體相的X射線衍射圖樣，其中在半高全寬
29=20°至70°的范圍內(nèi)穩(wěn)定地觀察到來自(OOL)面的衍射線。另外，與來自(116)面的衍射線強(qiáng)度相比，來自(0010)面的衍射線強(qiáng)度強(qiáng)烈地顯現(xiàn)。
[0051]⑶組成
[0052]構(gòu)成根據(jù)本發(fā)明的鐵氧體粒子的主相的W型鐵氧體基本上由AM2Fe16O27所表示的化合物組成，且作為其原料的S型鐵氧體和M型鐵氧體分別基本上由MFe2O4所表示的化合物和AFe12O19所表示的化合物組成。
[0053]在此，第一金屬元素(A)和第二金屬元素(M)的類型不受特別限制，只要它們表示構(gòu)成六方晶系鐵氧體或立方晶系鐵氧體的元素即可。這些元素各自可以為一種或多種。其中，第一金屬元素(A)優(yōu)選為如下元素，所述元素的離子半徑與02_相似，并且其在鐵氧體晶體(六方晶體)中形成能夠置換02_的離子。例如，第一金屬元素(A)優(yōu)選為鍶(Sr)、鋇(Ba)、.丐(Ca)或鉛(Pb)中的至少任一種。
[0054]第二金屬元素一般是形成二價(jià)金屬離子(M2+)的元素，并且考慮到鐵氧體粒子的磁特性，優(yōu)選的是，第二金屬元素是過渡金屬元素，尤其是鐵族(第8族至第10族)元素或其他相鄰過渡金屬元素。例如，第二金屬元素(M)優(yōu)選為Fe、鋅(Zn)、銅(Cu)、鈷(Co)、錳(Mn)或鎳(Ni)中的至少任一種?；蛘?，第二金屬元素(M)也可以是鋰(Li)、鎂(Mg)或其他適當(dāng)?shù)脑亍?br> [0055]〈〈鐵氧體粒子的制造方法》 [0056](I)原料粉末
[0057]在根據(jù)本發(fā)明的制造方法中，首先制備原料粉末，所述原料粉末是包含M型鐵氧體粒子和S型鐵氧體粒子的混合粉末。M型鐵氧體粉末和S型鐵氧體粉末可以以相對(duì)低的成本商購(gòu)并且容易獲得而很少存在資源問題。應(yīng)注意，優(yōu)選使用磁晶各向異性得到增強(qiáng)的M型鐵氧體粒子(粉末)以使得原料粉末可以在成形步驟中高度取向。
[0058]在由M型鐵氧體粒子和S型鐵氧體粒子合成W型鐵氧體的情況下，依照理論得到其比率是:(M型鐵氧體粒子)/ (S型鐵氧體粒子)=1/2 (摩爾比)。然而，與S型鐵氧體殘留時(shí)相比，所獲得的鐵氧體粒子的磁特性(例如磁晶各向異性)在M型鐵氧體殘留時(shí)趨向于得到更大的增強(qiáng)。因此，S型鐵氧體粒子對(duì)M型鐵氧體粒子的比例優(yōu)選為2以下。更準(zhǔn)確地說，混合粉末中優(yōu)選S型鐵氧體配比為2以下并且進(jìn)一步優(yōu)選為1.8以下，其中所述S型鐵氧體配比被定義為MFe2O4的摩爾數(shù)對(duì)AFe12O19的摩爾數(shù)的比。應(yīng)注意，S型鐵氧體配比的下限值優(yōu)選為I以上，并且進(jìn)一步優(yōu)選為1.2以上。
[0059]作為本發(fā)明人的深入研究結(jié)果，上述S型鐵氧體配比的優(yōu)選范圍為1.4至1.8并且進(jìn)一步優(yōu)選為1.5至1.7，因?yàn)檫@種范圍使得能夠獲得包含W型鐵氧體單相或與其幾乎等效的結(jié)構(gòu)的鐵氧體粒子。如果所述比率過小，則M型鐵氧體相增加，而如果所述比率過大，則S型鐵氧體相增加，因而兩者都是不期望的。
[0060]混合粉末中各粒子的粒徑不受特別限制。然而，考慮到實(shí)現(xiàn)高矯頑力，優(yōu)選的是，M型鐵氧體粒子的平均粒徑是I微米以下。另外，考慮到W型鐵氧體的反應(yīng)性的增強(qiáng)，優(yōu)選的是，S型鐵氧體粒子的平均粒徑為0.5至3微米，并且進(jìn)一步優(yōu)選為I微米以下。應(yīng)注意，平均粒徑是通過使用掃描電子顯微鏡(SEM)測(cè)定的值。
[0061](2)成形步驟
[0062]通過將上述混合粉末在磁場(chǎng)中成形而獲得致密體。所施加的磁場(chǎng)具有適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度，諸如但不限于IT至3T(特斯拉(tesla))，從使得M型鐵氧體粒子充分取向的觀點(diǎn)來看其是優(yōu)選的。
[0063]致密體并非必須是經(jīng)壓縮的致密體，只要M型鐵氧體粒子與S型鐵氧體粒子彼此鄰接到能夠合成W型鐵氧體的程度并且所述致密體具有足以被處理的保形性能即可。在進(jìn)行這種壓縮成形的情況下，如果壓縮壓力為約5MPa至約50MPa，則是充分的。雖然在磁場(chǎng)中進(jìn)行成形的氣氛不受特別限制，但是在大氣氣氛中是足夠的。
[0064](3)煅燒步驟
[0065]通過對(duì)已經(jīng)在磁場(chǎng)中成形的致密體進(jìn)行煅燒，致密體中的M型鐵氧體粒子與S型鐵氧體粒子發(fā)生反應(yīng)從而產(chǎn)生W型鐵氧體相。此時(shí)的煅燒溫度優(yōu)選為1，200°C至1，400°C,并且進(jìn)一步優(yōu)選為1，250°C至1，350°C。此時(shí)的煅燒時(shí)間優(yōu)選為差不多0.5小時(shí)至3小時(shí)。如果第二金屬元素(M)是Zn、N1、Co、Mg等，則可以使用大氣壓的煅燒氣氛，但是當(dāng)?shù)诙饘僭?M)是Fe時(shí)，煅燒氣氛優(yōu)選為抗氧化氣氛。
[0066](4)粉碎步驟
[0067]通過對(duì)在煅燒步驟中獲得的煅燒物進(jìn)行粉碎，獲得具有W型鐵氧體相的層狀結(jié)構(gòu)的根據(jù)本發(fā)明的鐵氧體粒子。粉碎步驟優(yōu)選為例如首先使用棒磨機(jī)等將煅燒物粗粉碎成約幾mm的粒子，然后使用球磨機(jī)等將所述粒子細(xì)粉碎成具有期望粒徑的粒子。應(yīng)注意，如果被用作用于鐵氧體磁體的原料粉末，則鐵氧體粒子的平均粒徑優(yōu)選為I至50微米，并且進(jìn)一步優(yōu)選為5至20微米。還應(yīng)注意，平均粒徑是根據(jù)作為通過激光衍射法測(cè)量的粒徑的50%累加值獲得的幾個(gè)平均粒徑確定的。
[0068]? 應(yīng)用 >>
[0069]雖然預(yù)期用途不受特別限制，但根據(jù)本發(fā)明的鐵氧體粒子一般用作作為永久磁體的鐵氧體磁體的成分粉末。應(yīng)注意，鐵氧體磁體可以是燒結(jié)磁體或粘結(jié)磁體。鐵氧體磁體在不同領(lǐng)域中被用于各種產(chǎn)品(諸如各種電動(dòng)機(jī)和螺線管)。通過使用包含根據(jù)本發(fā)明的鐵氧體粒子的鐵氧體磁體，磁特性得到增強(qiáng)，從而與常規(guī)技術(shù)相比顯著地改善了產(chǎn)品的小型化和輕量化。
[0070]實(shí)施例`
[0071]將參照實(shí)施例更具體地描述本發(fā)明。
[0072]〈〈樣品的制造》
[0073](I)原料
[0074]作為原料粉末，準(zhǔn)備可商購(gòu)獲得的M型鐵氧體粉末(Sr06Fe203/SRF12PB，可從高純度化學(xué)研究所株式會(huì)社(Kojundo ChemicalLab.C0., Ltd.)獲得)和制備得到的尖晶石型鐵氧體粉末(ZnO Fe2O3)。應(yīng)注意，通過如下制備尖晶石型鐵氧體粉末:以1:1的摩爾比稱量C1-Fe2O3粉末(FE010PB，可從高純度化學(xué)研究所株式會(huì)社獲得)和ZnO粉末(ZN002PB，可從高純度化學(xué)研究所株式會(huì)社獲得)，在24小時(shí)期間將它們混合而獲得混合粉末，并且在1，300°C下在4小時(shí)期間在環(huán)境氣氛中對(duì)混合粉末進(jìn)行加熱。
[0075](2)混合
[0076]將這些原料粉末混合成如表1中所示的各摩爾配比(混合步驟)。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的摩爾配比是ZnO Fe2O3(ZnFe2O4)的摩爾數(shù)對(duì)Sr06Fe203 (SrFe12O19)的摩爾數(shù)的比(即ZnFe204/SrFei2019)。該摩爾配比表示本發(fā)明中所提及的S型鐵氧體配比。應(yīng)注意，使用球磨機(jī)在4小時(shí)期間進(jìn)行粉末材料的混合。
[0077](3)成形
[0078]將獲得的各混合粉末放入成形模腔中以將其填滿，并且在施加2T的磁場(chǎng)的同時(shí)，以IOMPa的壓力對(duì)其進(jìn)行壓縮以進(jìn)行壓縮成形(成形步驟)。由此獲得15mmX IOmmX IOmm的致密體。應(yīng)注意，在室溫下在環(huán)境氣氛中進(jìn)行混合和成形。
[0079](4)煅燒
[0080]將所述致密體放入惰性氣體(氮?dú)?氣氛的爐中并且在1，300°C下在I小時(shí)期間對(duì)其進(jìn)行加熱(煅燒步驟)。由此獲得各樣品的煅燒產(chǎn)物(煅燒物)。
[0081](5)粉碎
[0082]使用鐵研缽將所述煅燒產(chǎn)物破碎/粉碎。提供獲得的粉碎粒子作為各樣品。應(yīng)注意，所述粉碎粒子表示本發(fā)明中所提及的鐵氧體粒子(磁性粒子)，并且其集合物或聚集物會(huì)是鐵氧體粉末(磁性粉末)。
[0083](6)比較樣品
[0084]類似地但在不施加任何磁場(chǎng)的情況下制備樣品，由此以無取向狀態(tài)成形樣品(樣品編號(hào)Cl)。另外，將M型鐵氧體粉末本身制備成飽和磁化強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)樣品(樣品編號(hào)C2)。
[0085]〈〈對(duì)樣品進(jìn)行觀察和測(cè)量》
[0086](I)對(duì)斷裂面進(jìn)行觀察
[0087]使用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察在對(duì)各煅燒產(chǎn)物進(jìn)行粉碎時(shí)出現(xiàn)的粉碎粒子(鐵氧體粒子)的表面。將這些外觀示出于圖1A、圖1B以及圖2中。圖1A是樣品編號(hào)I的SEM圖像，并且圖1B是其放大圖像。圖2是樣品編號(hào)Cl的SEM圖像。
[0088](2)對(duì)化合物相進(jìn)行鑒定
[0089]使用Cu管作為X射線源對(duì)各樣品的粉碎粒子進(jìn)行X射線衍射(XRD)分析。將關(guān)于各樣品獲得的X射線衍射圖樣的實(shí)例示出于圖3A至3C(可被總稱為圖3)中。圖3A和圖3B分別描繪了樣品編號(hào)I和樣品編號(hào)Cl的X射線衍射圖樣，并且圖3C描繪了樣品編號(hào)I所涉及的煅燒之前致密體的粉碎粒子的X射線衍射圖樣。此外，圖4表示關(guān)于樣品編號(hào)I至5的粉碎粒子所獲得的X射線衍射圖樣(2 Θ =20°至40° )。
[0090]基于上述X射線衍射圖樣，根據(jù)峰強(qiáng)度比獲得各樣品的化合物相中所存在的M型鐵氧體相與尖晶石型鐵氧體(S型鐵氧體)相的分?jǐn)?shù)。具體地，在X射線衍射圖的2 Θ =20°至70°內(nèi)，分別獲得M型鐵氧體相的峰強(qiáng)度比的和Σ IM、S型鐵氧體相的峰強(qiáng)度比的和Σ Is以及W型鐵氧體相的峰強(qiáng)度比的和Σ 1?。隨后，獲得峰強(qiáng)度比的和Σ Im或Σ Is對(duì)峰強(qiáng)度比的總和(Σ Im+ Σ Is+ Σ Iff)的比例。由此，將峰強(qiáng)度比例(Σ ΙΜ)/( Σ Im+ Σ Is+ Σ Iff)確定為M型鐵氧體相的存在分?jǐn)?shù)(M型鐵氧體百分比)，而將峰強(qiáng)度比例(Σ Is)/(Σ Im+ Σ Is+ Σ Iff)確定為S型鐵氧體相的存在分?jǐn)?shù)(S型鐵氧體百分比)。將這些結(jié)果也示于表1中。
[0091 ] 基于這些結(jié)果，以相同方式計(jì)算W型鐵氧體相的存在分?jǐn)?shù)(W型鐵氧體百分比)，并且將W型鐵氧體相的存在分?jǐn)?shù)(W型鐵氧體百分比)與混合粉末的摩爾配比(S型鐵氧體配比)之間的相關(guān)性示于圖5中。
[0092](3)磁特性
[0093]使用振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)(VSM)測(cè)量各樣品的飽和磁化強(qiáng)度(IS)。也將所述飽和磁化強(qiáng)度作為根據(jù)僅具有M型鐵氧體單相的樣品(樣品編號(hào)C2)中的基準(zhǔn)飽和磁化強(qiáng)度換算的相對(duì)值列于表1中。
[0094]? 評(píng)價(jià) >>
[0095](I)斷裂面結(jié)構(gòu)[0096] 從圖1A和圖1B中顯而易見，在通過對(duì)在磁場(chǎng)中取向的情況下壓縮成形的致密體進(jìn)行煅燒而獲得的樣品的情況下，觀察到具有如下結(jié)構(gòu)的斷裂面結(jié)構(gòu)(層狀結(jié)構(gòu))，在所述結(jié)構(gòu)中，厚度為約幾百納米的片(W型鐵氧體相)層疊。另外，層狀結(jié)構(gòu)的層疊方向大致上指向在成形步驟期間施加的取向磁場(chǎng)的方向。
[0097]相反，從圖2中顯而易見，在通過對(duì)在未取向的情況下壓縮成形的致密體進(jìn)行煅燒而獲得的樣品的情況下，沒有觀察到這種層狀結(jié)構(gòu)和斷裂面結(jié)構(gòu)。
[0098](2)化合物相
[0099]如通過圖3A和圖4中所示的X射線衍射圖樣所了解的，在通過對(duì)在磁場(chǎng)中成形的致密體進(jìn)行煅燒而獲得的樣品的情況下，在半高全寬2 Θ =20°至70°的范圍內(nèi)從(OOL)面穩(wěn)定地觀察到表示W(wǎng)型鐵氧體相的衍射峰，同時(shí)根據(jù)混合粉末的摩爾配比，還略微地觀察到表示其他鐵氧體相的其他衍射峰。另外，與來自(116)面的衍射線強(qiáng)度相比，來自(0010)面的衍射線強(qiáng)度強(qiáng)烈地顯現(xiàn)。在未在磁場(chǎng)中成形的樣品中(圖3B)或在煅燒之前的樣品中(圖3C)沒有觀察到這些特征。根據(jù)這幾點(diǎn)，可以理解，通過將包含M型鐵氧體粒子和S型鐵氧體粒子的混合粉末在磁場(chǎng)中成形以成形致密體、并且對(duì)所述致密體進(jìn)行煅燒而合成W型鐵氧體相，可以穩(wěn)定且有效地獲得其中所述W型鐵氧體相沿著易磁化方向強(qiáng)烈取向的鐵氧體粒子。
[0100]此外，如從圖4、圖5以及表1所了解的，即使在大范圍內(nèi)改變M型鐵氧體粉末與S型鐵氧體粉末的摩爾配比(摩爾比)，最終獲得的粉碎粒子(鐵氧體粒子)的主相仍是W型鐵氧體相。特別地，還了解到，當(dāng)摩爾配比(ZnFe204/Sr06Fe203)是1.5至1.7時(shí),粉碎粒子為基本W(wǎng)型鐵氧體單相。
[0101](3)飽和磁化強(qiáng)度
[0102]在通過將M型鐵氧體粉末與S型鐵氧體粉末的混合粉末在磁場(chǎng)中成形而取向的情況下壓縮成形致密體、并且對(duì)致密體進(jìn)行煅燒而獲得的樣品的情況下，它們中的任一種所具有的飽和磁化強(qiáng)度都高于單純的M型鐵氧體粒子的情況的飽和磁化強(qiáng)度。特別地，很明顯，與單純的M型鐵氧體粒子相比，粉末的摩爾配比(ZnFe204/Sr06Fe203)為1.4至1.8的樣品的飽和磁化強(qiáng)度提高了 14%以上。
[0103](4)混合相結(jié)構(gòu)
[0104]如從表1和圖5中所了解的，還可以理解的是，通過調(diào)節(jié)M型鐵氧體粉末與S型鐵氧體粉末的摩爾配比，獲得包含混合相結(jié)構(gòu)(WM混合相結(jié)構(gòu)、WS混合相結(jié)構(gòu))的鐵氧體粒子，在所述混合相結(jié)構(gòu)中，W型鐵氧體相與M型鐵氧體相或S型鐵氧體相混合。即使這種鐵氧體粒子也很明顯，它們的飽和磁化強(qiáng)度與單純的M型鐵氧體相的情況相比提高了 10%以上。應(yīng)注意，當(dāng)摩爾配比大于1.6時(shí)，未反應(yīng)的S型鐵氧體相的存在分?jǐn)?shù)增加，而當(dāng)配比小于1.6時(shí)，未反應(yīng)的M型鐵氧體相的存在分?jǐn)?shù)增加。還應(yīng)注意，即使當(dāng)摩爾配比是2時(shí)，S型鐵氧體的百分比也最多是6%，而當(dāng)摩爾配比是I時(shí)，M型鐵氧體的百分比最多是20%。
【權(quán)利要求】
1.一種鐵氧體粒子，包含層狀結(jié)構(gòu)，所述層狀結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出其中W型鐵氧體相沿著易磁化方向?qū)盈B的狀態(tài)， 所述W型鐵氧體相包含由AM2Fe16O27表示的化合物，其中A、M、Fe和O分別表示第一金屬元素、第二金屬元素、鐵和氧。
2.如權(quán)利要求1所述的鐵氧體粒子，其中所述層狀結(jié)構(gòu)是至少在斷裂面處觀察到的斷裂面結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的鐵氧體粒子，進(jìn)一步包含WS混合相結(jié)構(gòu)，所述WS混合相結(jié)構(gòu)包含含有由MFe2O4表示的化合物的尖晶石型鐵氧體相(在下文中稱為“S型鐵氧體相”)，并且其中所述W型鐵氧體相與所述S型鐵氧體相混合。
4.如權(quán)利要求3所述的鐵氧體粒子，其中所述WS混合相結(jié)構(gòu)中S型鐵氧體百分比是6%以下，其中所述S型鐵氧體百分比是所述S型鐵氧體相的存在分?jǐn)?shù)且通過基于使用Cu管作為X射線源的X射線衍射圖樣(2 Θ =20°至70° )計(jì)算的峰強(qiáng)度比來確定。
5.如權(quán)利要求1或2所述的鐵氧體粒子,進(jìn)一步包含WM混合相結(jié)構(gòu),所述WM混合相結(jié)構(gòu)包含含有由AFe12O19表示的化合物的M型鐵氧體相，并且其中所述W型鐵氧體相與所述M型鐵氧體相混合。
6.如權(quán)利要求5所述的鐵氧體粒子，其中所述麗混合相結(jié)構(gòu)中M型鐵氧體百分比是20%以下，其中所述M型鐵氧體百分比是所述M型鐵氧體相的存在分?jǐn)?shù)且通過基于使用Cu管作為X射線源的X射線衍射圖樣(2 Θ =20°至70° )計(jì)算的峰強(qiáng)度比來確定。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的鐵氧體粒子，其中所述第一金屬元素是鍶(Sr)、鋇(Ba)、鈣(Ca)或鉛(Pb)中的至少任一種，且 所述第二金屬元素是Fe、鋅(Zn)、銅(Cu)、鈷(Co)、錳(Mn)、鎳(Ni)、鎂(Mg)或鋰(Li)中的至少任一種。
8.一種鐵氧體粒子的制造方法，包括: 成形步驟，所述成形步驟將混合粉末在磁場(chǎng)中成形從而獲得致密體，所述混合粉末包含含有由AFe12O19表示的化合物的M型鐵氧體粒子、和含有由MFe2O4表示的化合物的尖晶石型鐵氧體粒子(在下文中稱為“S型鐵氧體粒子”)； 煅燒步驟，所述煅燒步驟將所述致密體煅燒從而獲得煅燒物；和 粉碎步驟，所述粉碎步驟將所述煅燒物粉碎。
9.如權(quán)利要求8所述的鐵氧體粒子的制造方法，其中所述混合粉末中S型鐵氧體配比為2以下，其中所述S型鐵氧體配比是MFe2O4的摩爾數(shù)對(duì)AFe12O19的摩爾數(shù)的比。
10.如權(quán)利要求9所述的鐵氧體粒子的制造方法，其中所述S型鐵氧體配比為1.4至1.8。
【文檔編號(hào)】H01F1/10GK103608311SQ201280030588
【公開日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2012年3月27日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月9日
【發(fā)明者】金子裕治, 宇都野正史 申請(qǐng)人:株式會(huì)社豐田中央研究所