JPH06290927A - 磁気特性に優れたソフトフェライト磁性材料 - Google Patents

磁気特性に優れたソフトフェライト磁性材料

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JPH06290927A
JPH06290927A JP5074377A JP7437793A JPH06290927A JP H06290927 A JPH06290927 A JP H06290927A JP 5074377 A JP5074377 A JP 5074377A JP 7437793 A JP7437793 A JP 7437793A JP H06290927 A JPH06290927 A JP H06290927A
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JP
Japan
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powder
particle size
classification
magnetic material
average particle
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JP5074377A
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English (en)
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Fumihiko Hasegawa
史彦 長谷川
Norimasa Sasaki
教真 佐々木
Kaoru Ito
薫 伊藤
Koji Watanabe
宏二 渡邉
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel Corp
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/12Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials
    • H01F1/34Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials non-metallic substances, e.g. ferrites
    • H01F1/36Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials non-metallic substances, e.g. ferrites in the form of particles

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  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Magnetic Ceramics (AREA)
  • Soft Magnetic Materials (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 磁気特性に優れたソフトフェライト磁性材料
を提供する。 【構成】 平均粒径が0.3〜8μm、標準偏差を平均
粒径で割った値が0.20以下で、かつlog(d10%
/d)≧−0.38,log(d90% /d)≦0.30
である粒径の整った、かつ任意に大きさを制御した組成
の均質な水熱合成フェライト粉を使用した損失特性に優
れたソフトフェライト磁性材料。ここで、dはフェライ
ト粉の平均粒径、d10% ,d90% はフェライト粉の粒径
の累積分布において、それぞれ10%,90%となると
きの粒径を表す。 【効果】 スイッチング電源等の電子部品に使用する高
周波においても損失特性に優れる結晶粒径の整った、微
細な組織をもち、成分偏析が少なく、気孔の少ない気孔
径分布の整ったソフトフェライト磁性材料を得ることを
可能とした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、磁気特性に優れたソフ
トフェライト磁性材料の製法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、スイッチング電源のスイッチング
周波数の高周波化に伴い、トランスなどの磁心に使用さ
れているソフトフェライト磁性材料は、高周波において
も低損失であることが要望されている。このような高周
波においても低損失のソフトフェライト磁性材料は、結
晶粒が微細で整っており、磁壁移動の妨げとなる気孔が
少なく、かつ、成分偏析が少ない組織をもつことが必要
である。
【0003】従来、このような組織をもつソフトフェラ
イト磁性材料を得るために、特開平1−296602
号、特開平1−136309号、特開平1−11270
7号、特開平1−179756号公報などにみられるよ
うな微量添加物による方法が試みられてきた。しかしな
がら、この微量添加物による方法では、添加物が微量で
あるため秤量が難しく、また、ボールミルなどによる方
法では容易に混合分散させ難く均質な仮焼・粉砕粉がで
きない。そのため、異常粒成長が生じたり、成分偏析が
残ったりし、本来得られる磁気特性が得られないことが
多いのが現状である。また、結晶粒径を整え、成分偏析
を少なくするために仮焼・粉砕粉を分級することが検討
されている。しかし、この方法では、分級粒度毎に成分
偏析が起こる問題がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の方法
では得られない均質な原料フェライト粉を使用すること
により、結晶粒径の整った、微細な組織をもち、成分偏
析が少なく、気孔の少ない気孔分布の整った損失特性に
優れたソフトフェライト磁性材料を得る方法を提供する
ことを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】発明者らは、平均粒径が
0.3〜8μm、標準偏差を平均粒径で割った値が0.
20以下で、かつlog(d10% /d)≧−0.38,
log(d90% /d)≦0.30、(ここで、dはフェ
ライト粉の平均粒径、d10% ,d90% はフェライト粉の
粒径の累積分布において、それぞれ10%,90%とな
るときの粒径を表す。)である粒径の整った、かつ任意
に大きさを制御した組成の均質な水熱合成フェライト粉
を使用し、上記課題の損失特性に優れたソフトフェライ
ト磁性材料を得た。ここで使用する水熱合成フェライト
粉は、特願平4−66426号公報に示された第一鉄イ
オンを含む水溶液にMn,Znの二価金属イオンを添加
し、PH8以上で160〜300℃に加熱して加水分解反
応により粒径の整ったMnZnフェライト粒子を製造す
る方法で得られたものである。
【0006】
【作用】通常、空気中で仮焼したソフトフェライトの仮
焼粉は、フェライトのスピネル相とヘマタイト相および
他の酸化物の相とから成り立っている。これら仮焼粉を
構成する種々の物質は、相平衡の条件や成長速度の違い
などにより大きさが異なる。また、微量添加物が加えら
れている場合、添加物の濃度の濃い部分と薄い部分では
焼結反応性が異なるため、仮焼粉の粒径が異なる。した
がって、仮焼粉を構成する粒では、その粒径の違いが成
分の違いを表していると考えられる。さらに、仮焼直後
の粒径の違いや仮焼粉を構成する種々の物質の粉砕に対
する強さの違いにより、粉砕粉においてもその粒度分布
がなんらかの成分分布を表していると考えられる。発明
者らは、このような考え方に基づき実験を行った結果、
仮焼・粉砕粉を分級することによって成分偏析を少なく
できることをすでに見出している。
【0007】焼結反応はカチオンの移動とアニオンの移
動とによって進むが、このイオン分布の差の大きいとこ
ろではイオンの移動が容易に起こり焼結が進み易く、イ
オン分布の差の小さいところでは進みにくい。したがっ
て、本焼結時の組成分布が均質でないと焼結反応の速度
が速い部分と遅い部分が存在するために結晶粒径の整っ
た焼成体は得られない。水熱合成粉は、水溶液中での均
一反応により生成するため、組成の均質さにおいて有利
である。また、焼成温度を高く、時間を十分にかけるこ
とにより、結晶粒を肥大化すれば焼成体の結晶粒径は整
う傾向に向かうが、高周波でのうず電流損失を低減する
ためには、微細な組織が望ましい。したがって、低温焼
成により粒成長を抑えることが有効であり、そのために
は原料粉末の粒径を整えることが必要となる。なお、原
料粉末の大きさと得られる焼成体の大きさには相関関係
があることも確認されている。
【0008】ここで分級法によって得られた粉を使用し
て、整粒効果を十分に引き出すための条件は、log
(d10% /d)≧−0.38,log(d90% /d)≦
0.30と求められている。dは分級後の仮焼・粉砕粉
の平均粒径、d10% ,d90% は、分級後の仮焼・粉砕粉
の累積分布で、それぞれ10%,90%となるときの粒
径を示す。半値巾をとらず、d,d10% ,d90% で領域
を定義したのは、半値巾では焼結に影響を及ぼす微粉、
粗粉について制限を定められないからである。なお、こ
の関係は粉の粒径が20μm以下の仮焼・粉砕粉に適用
され、20μm以上の仮焼・粉砕粉では分級前と分級後
で差は認められていない。これは、20μm以上の仮焼
・粉砕粉では粒径が大きすぎるため、通常の焼成条件で
は焼成体の焼結が充分進まないためと考えられる。
【0009】log(d10% /d)≧−0.38は微粉
に関する条件であり、この条件よりはずれた微粉が増加
すると異常結晶粒が発生し磁気特性が悪化する。また、
log(d90% /d)≦0.30の条件は粗粉に関する
ものであり、この条件よりはずれた粗粉が増加すると焼
結体の成分組成が不均質になり分級の効果がみられなく
なる。水熱合成粉は、この粒径分布の条件を十分に満た
しており、したがって、粒径の整った組成の均質な水熱
合成フェライト粉を原料として使用することにより、結
晶粒径の整った、微細な組織をもち、成分偏析が少な
く、気孔の少ない気孔分布の整った磁気特性に優れたソ
フトフェライト磁性材料を得ることができる。
【0010】
【実施例】
実施例1 特願平4−66426号公報に示された第一鉄イオンを
含む水溶液にZn,Mnの二価金属イオンを添加し、PH
8以上で160〜300℃に加熱して加水分解反応を行
う製造法により、3種類の粒径の整ったMnZnフェラ
イト粒子を製造した。3種類の粉および比較のための従
来プロセス粉の成分分析値、平均結晶粒径、log(d
10% /d)およびlog(d90% /d)の値を表1に示
す。
【0011】
【表1】
【0012】3種類の水熱合成粉を平均粒径の小さい方
から水熱粉A、水熱粉B、水熱粉Cと呼ぶことにする。
成分分析値はそれぞれの粉を5gずつサンプリングし、
定量発光分析によって得たものである。従来プロセス
粉、水熱粉A、水熱粉B、および水熱粉Cを1250℃
で焼成した。焼成体を切断、研磨し、エッチングした面
の組織を見ると、水熱粉A、水熱粉B、および水熱粉C
を使用したものは異常粒成長がなく、気孔も少ない。1
000個の結晶の粒径を測定し、その平均と標準偏差を
求めると表2のようになる。
【0013】
【表2】
【0014】水熱合成粉を使用したものは従来プロセス
粉と比較すると、標準偏差が小さく結晶粒径が整ってい
ることがわかる。また、気孔について同様に径を測定し
平均径と標準偏差をもとめた結果を表3に示す。
【0015】
【表3】
【0016】水熱粉の気孔については標準偏差が小さく
整っていることがわかる。従来プロセス粉および水熱粉
Bを用いた焼成体の研磨面上の50mm×50mmの領域に
ついて、2μm×2μmのスポット径をもつ電子線を照
射し特性X線を調べることによって得たFe2 3 ,M
nO,ZnOの成分のばらつきの様子を図1に示す。図
の横軸は最も多く検出される成分値を原点にとり、その
成分値からのずれをパーセンテージで表したものであ
り、縦軸は検出頻度を任意目盛りでとってある。図1か
ら明らかなように、水熱粉Bの粉を用いた焼成体は、従
来プロセス粉を用いた焼成体に比べ成分のばらつきが小
さく均質であることがわかる。水熱粉A、水熱粉Cを用
いても同様な結果が得られている。
【0017】比較例1 空気中950℃で仮焼を行い、ボールミルによる粉砕を
施したMnZnソフトフェライト粉(従来プロセス粉)
を、本発明の条件に従って平均粒径の異なる3種類の粉
に分級した。分級方法には遠心力を利用した方法やフィ
ルターを通す方法などいろいろあるが、本実施例ではコ
アンダ効果を利用した分級器を用いた。
【0018】分級前の粉(従来プロセス粉)と分級後の
3種類の粉の成分分析値、平均結晶粒径、log(d
10% /d)およびlog(d90% /d)の値を表4に示
す。
【0019】
【表4】
【0020】分級後の3種類の粉を平均粒径の小さい方
から分級後A、分級後B、分級後Cと呼ぶことにする。
成分分析値はそれぞれの粉を5gずつサンプリングし、
定量発光分析によって得たものである。分級前の粉(従
来プロセス粉)のFe2 3 ,MnO,ZnOの組成比
は混合前の秤量比と同じになっているが、分級後の平均
粒径の異なる粉はいずれもその組成比からずれている。
このことは、粒径の違う粉の成分組成が異なっているこ
とを示唆している。対象が粉であるため組成のミクロな
偏析を調べることは難しいが、後に示すように分級後
A、分級後B、分級後Cの粉を用いた焼成体の成分偏析
は分級前の粉(従来プロセス粉)を使用したものより少
なく、間接的に分級後の粉が成分偏析の少ないものであ
ることを示している。
【0021】上記分級前(従来プロセス粉)、分級後
A、分級後B、および分級後Cの粉を1250℃で焼成
した。焼成体を切断、研磨し、エッチングした面の組織
を見ると、分級後A、分級後B、および分級後Cの粉を
使用したものは異常粒成長がなく、気孔も少ない。10
00個の結晶の粒径を測定し、その平均と標準偏差を求
めると表5のようになる。
【0022】
【表5】
【0023】分級した粉を使用したものは水熱粉と同様
に従来プロセス粉と比較すると、分散が小さく結晶粒径
が整っていることがわかる。また、気孔について同様に
径を測定し平均径と標準偏差をもとめた結果を水熱粉と
の比較のために表3に示す。分級後の気孔については標
準偏差が小さく整っていることがわかる。分級前(従来
プロセス粉)および分級後Aを用いた焼成体の研磨面上
の50mm×50mmの領域について、2μm×2μmのス
ポット径をもつ電子線を照射し特性X線を調べることに
よって得たFe2 3 ,MnO,ZnOの成分のばらつ
きの様子を水熱粉の結果と合わせて図2に示す。図の横
軸は最も多く検出される成分値を原点にとり、その成分
値からのずれをパーセンテージで表したものであり、縦
軸は検出頻度を任意目盛りでとってある。図2から明ら
かなように、分級後Aの粉を用いた焼成体は、分級前の
粉(従来プロセス粉)を用いた焼成体に比べ水熱粉の結
果と同様に成分のばらつきが小さく均質であることがわ
かる。分級後B、分級後Cについても同様な結果が得ら
れている。
【0024】比較例2 分級による効果が成分の違いによるものではないことを
示すために分級後の粉の成分組成が分級前の粉(従来プ
ロセス粉)の成分組成と同じになるように、仮焼・粉砕
粉の分級を行った。分級した仮焼・粉砕粉は比較例1で
述べたものである。この分級粉と分級前の粉(従来プロ
セス粉)および実施例1で述べた水熱合成粉を1200
℃で焼成し、損失の温度依存性を測定した結果を図3に
示す。図中の数字は測定した周波数と磁束密度である。
図3から明らかなように粒径の整った粉から得た焼成体
の損失は低く、周波数500kHz 、磁束密度50mTの条
件においては、従来プロセス粉を用いた焼成体の損失の
約半分になるまで損失が改善されている。
【0025】このように粒径の整った水熱合成粉を使用
することにより、損失の著しい改善がみられるが、粒径
分布効果は分級によって得られた粉により確認された。
成分組成が同じになるようにして、log(d10%
d),log(d90% /d)の値を変えたときの損失の
最低値の変化を図4に示す。ただし、微粉側の条件を変
えるときは粗粉側の条件を満たすようにし、粗粉側の条
件を変えるときは微粉側の条件を満たすようにした。図
4から改善効果は前述の粒径分布範囲をはずれるとみら
れなくなることがわかる。
【0026】本発明の水熱合成粉は本条件を満たしてお
り、分級によって整粒された粉よりも更に損失特性に優
れたソフトフェライト磁性材料が得られることが示され
た。
【0027】
【発明の効果】本発明の水熱合成粉を原料粉として使用
することにより粉の成分偏析をなくし、スイッチング電
源等の電子部品に使用する高周波においても損失特性に
優れる結晶粒径の整った、微細な組織をもち、成分偏析
が少なく、気孔の少ない気孔径分布の整ったソフトフェ
ライト磁性材料が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来プロセス粉使用焼成体、水熱粉使用焼成体
の成分偏析を示す図である。
【図2】従来プロセス粉使用焼成体、水熱粉使用焼成体
および分級粉使用焼成体の成分偏析を示す図である。
【図3】周波数100kHz 、磁束密度200mTおよび周
波数500kHz 、磁束密度50mTの損失の温度依存性を
示す図である。
【図4】粒径分布範囲と損失値との関係を示す図であ
る。
フロントページの続き (72)発明者 渡邉 宏二 神奈川県川崎市中原区井田1618番地 新日 本製鐵株式会社先端技術研究所内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 平均粒径が0.3〜8μm、標準偏差を
    平均粒径で割った値が0.20以下で、かつ下記数式を
    満足する粒径の整った、かつ任意に大きさを制御した組
    成の均質な水熱合成フェライト粉を使用することを特徴
    とする損失特性に優れたソフトフェライト磁性材料。 log(d10% /d)≧−0.38, log(d90% /d)≦0.30 ここで、dはフェライト粉の平均粒径、d10% ,d90%
    はフェライト粉の粒径の累積分布において、それぞれ1
    0%,90%となるときの粒径を表す。
JP5074377A 1993-03-31 1993-03-31 磁気特性に優れたソフトフェライト磁性材料 Pending JPH06290927A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2005145802A (ja) * 2003-11-20 2005-06-09 Jfe Chemical Corp Mn−Zn系フェライトおよびその製造方法
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WO2019225699A1 (ja) * 2018-05-24 2019-11-28 京セラ株式会社 フェライト焼結体およびノイズフィルタ

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Effective date: 20020702