JPH11307331A - フェライト磁石 - Google Patents

フェライト磁石

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JPH11307331A
JPH11307331A JP10114924A JP11492498A JPH11307331A JP H11307331 A JPH11307331 A JP H11307331A JP 10114924 A JP10114924 A JP 10114924A JP 11492498 A JP11492498 A JP 11492498A JP H11307331 A JPH11307331 A JP H11307331A
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JP
Japan
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ferrite
value
ihc
ferrite magnet
magnetic
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JP10114924A
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English (en)
Inventor
Takashi Takami
崇 高見
Yutaka Kubota
裕 久保田
Yasunobu Ogata
安伸 緒方
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Proterial Ltd
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Hitachi Metals Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 La、Co、M元素を複合添加することによ
り、磁気的特性、特にB−Hカーブの角形性に優れ、且
つ廉価な高性能フェライト磁石を提供する。 【解決手段】 原子比率で(A1-xx)O・n[{Fe1-y
(Co1-zz)y}23](AはSrおよび/またはBa、R
はLa、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gdのうちの
少なくとも1種以上でありLaを必ず含む、MはMnお
よび/またはV),0<y≦0.04,0<z≦0.7
5,0≦x≦2.4ny,5.4≦n≦6.0 なる基本
組成を有することを特徴とするフェライト磁石。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は広範囲な磁石応用品
分野において極めて有用であり、従来に比して高い保磁
力(iHc)と飽和磁化(σs)とを具備した新しい高
性能フェライト磁石に関する。
【0002】
【従来の技術】フェライト磁石は、例えばモーター、発
電機等の回転機を始め種々の用途に使用されている。最
近は特に自動車用回転機分野では小型・軽量化を目的と
し、電気機器用回転機分野では高効率化を目的としてよ
り高い磁気特性のフェライト磁石が求められている。従
来、SrフェライトあるいはBaフェライトの高性能磁
石は以下のように製造されていた。すなわち、酸化鉄と
SrまたはBaの炭酸塩を混合後、仮焼処理によりフェ
ライト化反応を終了させる。仮焼されたクリンカーを粗
粉砕する。粗粉砕された仮焼粉を、焼結挙動の制御を目
的としてSiO2、SrCO3およびCaCO3、さらに
は保持力iHcの制御を目的としてAl23あるいはC
23等の添加物とともに粉末の平均粒径値が0.7〜
1.0μmになるまで微粉砕する。微粉砕されたスラリ
ーを磁場中で配向させながら湿式成形し成形体とする。
成形体を焼成し、その後製品形状に加工し製品とする。
このような製造方法を前提とした場合、フェライト磁石
の高性能化の方法は以下の5つに大きく分類されると考
えられる。第1の方法は微粒化である。焼成体における
結晶粒の大きさが、マグネトプランバイト型(M型)結
晶構造のSrフェライト磁石の臨界単磁区粒子径である
約0.9μmに近いほど保持力iHcは大きくなるた
め、焼成時の粒成長を見込んで、微粉砕平均粒径値を例
えば0.7μm以下に微粒化すればよい。しかしながら
本方法では、微粒化するほど湿式成形時の脱水特性が悪
くなり、生産効率が落ちるという問題を有する。第2の
方法は焼成体の結晶粒の大きさをできるだけ均一にする
ことである。理想的には結晶粒の大きさを極力均一にし
てその値を上記の臨界単磁区粒子径値(約0.9μm)
とすればよい。この値より大きな結晶粒も小さな結晶粒
も保持力iHcの低下につながるからである。この方式
による具体的な高性能化の手段は微粉砕粉の粒径分布を
改善することにあるが、工業的生産を前提とした場合に
はボールミルやアトライターなどの既存の粉砕機を用い
らざるを得ず、その改善程度には自ずから限界がある。
また近年、化学的沈殿法により均一な粒子径のフェライ
ト微粒子を作製する試みが公表されているが、工業的大
量生産に適合する方式とはいえない。第3の方法は磁気
的異方性を左右する結晶配向度を向上させることであ
る。本方法における具体的手段としては、表面活性剤を
微粉砕スラリーに添加してスラリー中のフェライト粒子
の分散性を向上したり、配向時の磁場強度を強くするこ
と等が挙げられる。第4の方法は焼成体の密度を向上さ
せることである。Srフェライト焼成体の理論密度は
5.15g/ccである。現在市場に供されているSr
フェライト磁石の密度は概ね4.9〜5.0g/ccの範
囲にあり、この値は対理論密度比で95〜97%に相当
する。高密度化させれば、残留磁束密度Brの向上が期
待されるが、上記の密度範囲を越えてさらに高密度化す
るには、HIP等の特殊な高密度化手段が必要である。
しかしながらこのような特殊なプロセスの導入は製造原
価の増加に結びつき、廉価磁石としてのフェライト磁石
の特長を失わしめる可能性がある。第5の方法はフェラ
イト磁石を構成する主組成物であるフェライト化合物自
体の結晶磁気異方性定数Kuあるいは飽和磁化σsを向
上させることである。結晶磁気異方性定数Kuの向上は
保磁力Hcの向上へ結びつく可能性を有している。また
飽和磁化σsの向上は直接的に残留磁束密度Brの向上
へ結びつく可能性を有している。本発明者らは上記高性
能化を実現するために鋭意検討を行った結果、上記第5
の方法により格段に優れた磁気特性を有する新しいフェ
ライト磁石とその基本的な製造方法を見出した。即ちA
O・nFe23(ここでAはSrおよび/またはBa)で
表すことができる組成物に別種の金属元素の化合物(通
常金属酸化物)を添加することにより、上記組成物のA
およびFe元素の一部を別種元素で置換することを目的
とした方法である。前記別種の元素として、LaとCo
とM元素またはCoとM元素の複合添加が特に有効であ
ることを見出した。ここで磁気特性向上に直接の役割を
担っているのはCoおよびM元素であり、La元素は電
荷補償の作用を有する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明者らは添加物と
してLaおよびCoの酸化物即ちLa23およびCo3
4を用いて更なる検討を実施していく中で、La23
とSrCO3+Fe23の混合物との固相反応、あるい
はLaとフェライト組成物との固相反応が不十分である
ことが判明した。換言すれば、フェライト組成物におけ
るLaの拡散速度が遅く、その結果として焼結体におけ
るLaの分布が不均一なミクロ組織が得られるため、L
aおよびCoの置換効果が十分に引き出されていないこ
とがことが分かった。個々の焼結体結晶粒において例え
ばLaの含有率が異なれば、保磁力に分布が生じ、結果
として磁気的ヒステレシスカーブの角形性が不良となり
得られたフェライト磁石から外部に取り出すことができ
る磁気的エネルギーの目安となる最大エネルギー積値が
低下するためである。また上記La23およびCo34
原料の価格は、他の主要原料であるSrCO3およびF
23のそれに比し格段に高く、LaおよびCo添加型
フェライト磁石の実用化を阻む大きな阻害要因となって
いた。従って、本発明の課題は、La、Co、M元素を
複合添加することにより、磁気的特性、特にB−Hカー
ブの角形性に優れ、且つ廉価な高性能フェライト磁石を
提供することである。また、本発明の課題は、 Co、
M元素を複合添加することにより、磁気的特性、特にB
−Hカーブの角形性に優れ、且つ廉価な高性能フェライ
ト磁石を提供することである。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
に、本発明らは原子比率で (A1-xx)O・n[{Fe1-yCoy23] (AはSrおよび/またはBa、RはLa、Ce、P
r、Nd、Sm、Eu、Gdのうちの少なくとも1種以
上でありLaを必ず含む)で表すことができる組成物に
Mnおよび/またはV元素を添加することにより、上記
組成物のFeあるいはCoサイトの一部を置換すれば、
LaおよびCo添加の本質的効果を実質的に損なうこと
なしにLaおよびCo添加量を減量することが可能であ
り、このことが製造原価低減に有効であるのみならず磁
気特性のうち特に減磁曲線の角形性改善に顕著な効果を
有することを見出し本発明をなしたものである。
【0005】即ち本発明は、原子比率で (A1-xx)O・n[{Fe1-y(Co1-zz)y}23] (AはSrおよび/またはBa、RはLa、Ce、P
r、Nd、Sm、Eu、Gdのうちの少なくとも1種以
上でありLaを必ず含む、MはMnおよび/または
V),0<y≦0.04,0<z≦0.75,0≦x≦
2.4ny,5.4≦n≦6.0なる基本組成を有するフ
ェライト磁石である。
【0006】RとしてLaとCe、Pr、Nd、Sm、
Eu、Gdのうちの少なくとも1種以上とを用いて本発
明を構成することができる。これらのイオンはいずれも
Sr2+イオンと同一の価数および類似のイオン半径を持
ち、酸化物における元素置換の条件を満たしている。ま
たこれらの複合酸化物(例えばミッシュメタル等の混合
希土類酸化物)を用いることも可能である。なお、より
高いiHcとσsとが必要とされる場合、R中において
Laの占める割合は、好ましくは50原子%以上、より
好ましくは70原子%以上がよく、不可避不純物を除い
てRがLaからなることが理想である。
【0007】Feサイトを置換する元素としてCoは必
須の元素である。Coイオンは軌道角運動量に起因する
磁気モーメントが残留しており、この軌道角運動量が結
晶格子と相互作用することが結晶磁気異方性の増加と深
く関連しているものと推定され、本発明に関わるフェラ
イト磁石において高い磁気特性が得られる源泉となって
いる。CoイオンのFeイオンに対する置換率yは、原
子比率で4%以下でなければならない。4%を越えると
磁気特性が逆に低下する。より高い保磁力が必要とされ
る場合には、上記範囲内で置換率yを増加させればよ
い。
【0008】Mは本発明を構成する重要な元素であり、
Mnおよび/またはVである。Coに対するそれらの含
有量は原子比率で75%以下である。75%を越えれば
磁気特性に及ぼすCo本来の効果が損なわれる。75%
以下の範囲であれば、残留磁束密度Brおよび保磁力i
Hcを顕著に低下させることなしに高価格のCo添加量
を低減できるのみならず、実用上の磁気特性として重要
な減磁曲線の角形性を向上できる。なお、上記の通り、
本発明磁石を、CoサイトをMnおよび/またはVで置
換する表示形式の化学式を用いて記述しているが、これ
はあくまでもCoとMnおよび/またはVの添加量比率
をより明確にするための便宜的記述であり、実際はFe
サイトをCoあるいはMn(V)で置換していることにな
る。M元素添加の他の効果はLa添加量を減量できるこ
とである。フェライト組成物中のCoイオン価数が2価
と仮定し、M元素を添加しない場合には電荷補償の条件
より厳密にはx=2nyの関係式が成り立たねばならな
い。何故ならば、フェライト組成物中のSr、Laおよ
びFeイオンの価数はそれぞれ+2、+3および+3価
であるためである。但し、粉末冶金的手法により製造さ
れるフェライト磁石の特殊性より、未反応物の存在等を
考慮して実質的には1.6ny≦x≦2.4nyの条件を
満たす必要がある。LaとCoの添加量比が上記範囲を
外れた場合には、LaあるいはCoの未反応物あるいは
マグネトプランバイト型フェライトとは別種の化合物が
フェライト結晶粒の粒界に存在し、磁気特性を劣化させ
る原因となる。即ち、La添加量はCo添加量により規
定され、下限値を有する。一方、M元素として選択した
MnおよびVの特徴は、2価以上の複数のイオン価数を
とり得ることである。M元素イオンがフェライト組成物
中で3価以上の価数をとると仮定すると、原理的には上
記の電荷補償条件の下限値を減少させる、即ちLa添加
量を減量できることになる。フェライト組成物中におけ
るM元素イオンの価数は明確ではないが、上記原理に従
い鋭意実験的な検討を行った結果、M元素を添加するこ
とによりLa添加量が0%の場合を含めて、La減量側
の広い組成域において良好な磁気特性が得られることが
分かり、La添加量を減量できることが判明した。即
ち、La量はSrサイトにおける置換率(x)で0以
上、2.4ny以下であればよい。
【0009】また、良好な磁気特性を得るためにはn値
は5.4以上、6.0以下でなければならない。n値が
6.0を越える場合には、マグネトプランバイト相以外
の異相(例えばα-Fe23)が生成し、磁気特性が低下
してしまう。またn値が5.4未満の場合には、十分に
良好な残留磁束密度が得られない。
【0010】以上の基本組成物は、混合→仮焼→粉砕→
成形→焼結というフェライト磁石の標準製造工程の仮焼
段階で、実質的に形成しておくことができる。即ち、R
とCoとM元素またはCoとM元素は上記工程の混合段
階で加えた方が仮焼と焼結の2回の高温加熱過程を経る
ことになり、固体拡散が進行してより均一な組成物が得
られる。しかしながら上記標準製造工程の粉砕段階で、
RとCoとM元素またはCoとM元素の化合物(例え
ば酸化物)を複合添加することにより、実質的に上記本
発明のフェライト磁石の基本組成にすることによっても
本発明による効果を実質的に損なうことはない。高性能
のフェライト焼結体を得るために、焼結時の結晶粒の粗
大化を抑える添加物として前記基本組成物においてSi
2を重量比で0.2〜0.5%および/またはCaO
を重量比で0.30〜0.85%含有するように粉砕段
階で対応した添加物を添加することが望ましい。
【0011】
【発明の実施の形態】以下に本発明の詳細を実施例によ
り説明する。 (実施例1)SrCO3、La23、Fe23、Co3
4およびMnCO3を、(Sr1-xLax)O・n[{Fe1-y
(Co1-zMnz)y}23]なる化学式において、n=5.
85、x=2ny、y=0.15、z=0〜1になるよ
う配合し、湿式にて混合した後、1250℃で2時間、
大気中で仮焼した。仮焼粉をローラーミルで乾式粉砕を
行い粗粉砕粉とした。その後、アトライターにより湿式
粉砕を行い、平均粒径値が0.7μmの微粉砕粉を含む
スラリーを得た。また焼結助剤として、SiO2とCa
CO3を粉砕粉に対する重量比でそれぞれ0.4%、0.
8%粉砕初期に添加した。このスラリーを10kOeの
磁場中で湿式成形を行い、成形体とした。この成形体を
1180〜1230℃の温度範囲で2時間焼結し、焼結
体とした。この焼結体を約10x10x20mmの形状
に加工し、B−Hトレーサーにより磁気特性を測定し
た。フェライト磁石においては残留磁束密度Brと保磁
力iHcとの組み合わせにより磁気特性の評価を行うこ
とが一般的である。しかしながらBrとiHc値は焼結
温度により連動して変化するため、例えばある元素の添
加量による磁気特性の変化をみる場合等では図示が複雑
となる。そこでiHcを標準値とした時のBr値をBr
*と記し磁気特性の指標として用いた。このBr*値は、
焼結温度を標準5点変化させてそれらのBr、iHc値
をBr−iHc図にプロットした後で、所定のiHc値
に内・外挿して求めた。なお本発明に関わる実施例にお
いては、上記の標準iHc値は4000Oeとした。ま
た減磁曲線の第2象限において、B値がBrの95%に
なる時の磁場強度値をHkとし、iHcに対する比率H
k/iHcで減磁曲線の角形性の評価を行った。Hk/
iHc値も焼結温度依存性を有するため、Br*の場合
と同様にiHcが4000Oeに内・外挿した値(Hk
/iHc)*を角形性の指標として用いた。結果を図1に
示す。図1よりCoを置換することを目的としてMnを
添加することにより、Br*を顕著に低下させることな
しに減磁曲線の角形性が向上しており、Mnの添加効果
は明らかである。但しCoに対するMnの置換量zが
0.75を越えるとBr*の低下が著しくなるため、適切
なzの範囲は0を越えて0.75以下である。また更に
望ましくは0.1以上、0.7以下である。
【0012】(実施例2)n値を5.0〜6.5の範囲と
した以外は実施例1と同様にして焼結体を作製し、評価
した結果、nが5.4未満の場合にはBrが低下する傾
向が認められ、また6.0を越える場合にはα−Fe2
3の生成が認められかつBrおよびiHcの顕著な低下
が認められた。即ち、n値の好ましい範囲は5.4以
上、6.0以下であることが分かった。
【0013】(実施例3)更に、M元素としてVを採用
した以外は実施例1と同様にして焼結体を作製し、評価
した結果、VがMnと同様な添加効果を有することを確
認した。
【0014】(実施例4)SrCO3、La23、Fe2
3、Co34およびMnCO3を、(Sr1-xLax)O・
n[{Fe1-y(Co1-zMnz)y}23]なる化学式にお
いて、n=5.85、x=2ny、y=0〜0.05、z
=0.5になるよう配合し、湿式にて混合した後、12
50℃で2時間、大気中で仮焼した。仮焼粉をローラー
ミルで乾式粉砕を行い粗粉砕粉とした。その後、アトラ
イターにより湿式粉砕を行い、平均粒径値が0.7μm
の微粉砕粉を含むスラリーを得た。また焼結助剤とし
て、SiO2とCaCO3を粉砕粉に対する重量比でそれ
ぞれ0.4%、0.8%粉砕初期に添加した。このスラリ
ーを10kOeの磁場中で湿式成形を行い、成形体とし
た。この成形体を1180〜1230℃の温度範囲で2
時間焼結し、焼結体とした。この焼結体を約10x10
x20mmの形状に加工し、B−Hトレーサーにより磁
気特性を測定した。実施例1と同様に、BrおよびiH
cの指標としてBr*値を、また減磁曲線の角形性を表
す指標として(Hk/iHc)*を用いて評価を行った。
結果を図2に示す。図2より、CoとMnの比率を1に
固定し、かつx=2nyの条件を保持したままでy値即
ちFeサイトの(Co+Mn)置換量を増加させると、
減磁曲線の角形比を維持したままでBr*の顕著な向上
が認められた。しかしながらy値が0.04を越えると
逆に磁気特性の顕著な低下が生じる。従って、本発明に
おけるyの好ましい範囲は0を越えて0.04以下であ
り、更に望ましくは0.005以上、0.03以下であ
る。
【0015】(実施例5)SrCO3、La23、Fe2
3、Co34およびMnCO3を、(Sr1-xLax)O・
n[{Fe1-y(Co1-zMnz)y}23]なる化学式におい
て、n=5.85、x=0〜2.8ny、y=0.01
3、z=0.5になるよう配合し、湿式にて混合した
後、1250℃で2時間、大気中で仮焼した。仮焼粉を
ローラーミルで乾式粉砕を行い粗粉砕粉とした。その
後、アトライターにより湿式粉砕を行い、平均粒径値が
0.7μmの微粉砕粉を含むスラリーを得た。また焼結
助剤として、SiO2とCaCO3を粉砕粉に対する重量
比でそれぞれ0.4%、0.8%粉砕初期に添加した。こ
のスラリーを10kOeの磁場中で湿式成形を行い、成
形体とした。この成形体を1180〜1230℃の温度
範囲で2時間焼結し、焼結体とした。この焼結体を約1
0x10x20mmの形状に加工し、B−Hトレーサー
により磁気特性を測定した。実施例1と同様に、Brお
よびiHcの指標としてBr*値を、また減磁曲線の角
形性を表す指標として(Hk/iHc)*を用いて評価を
行った。結果を図3に示す。図3より、CoとMnの比
率を1に固定し、かつy=0.013とした条件でx値
即ちSrサイトのLa置換量を変化させると、Mnを添
加しない場合の電荷補償条件X=2nyに対しx値が少
ない組成領域においても比較的良好な磁気特性が得られ
ることがわかる。但しxが逆に上記条件に比し過度に増
加した条件では磁気特性の低下が認められた。従って、
xの適切な範囲は0以上、2.4ny以下であり、更に
望ましくは0.05以上、2.2ny以下である。本実施
例に示したように、Mnを添加することにより、Mn無
添加の場合の電荷補償条件により規定されたLa添加量
に比し、少ないLa添加量の組成領域においても良好な
磁気特性が得られることが確認された。
【0016】
【発明の効果】以上に記述の如く、本発明のフェライト
磁石は、実質的にマグネトプランバイト型結晶構造を有
したフェライト磁石でありながら飽和磁化および/また
は保磁力を従来に比して大きく向上できるという特長を
有しており、コストパーフォーマンスに優れた新しいフ
ェライト磁石として広範囲な磁石応用品分野の発展に多
大に貢献し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明におけるzと磁気特性との相関の一例を
示す図である。
【図2】本発明におけるyと磁気特性との相関の一例を
示す図である。
【図3】本発明におけるxと磁気特性との相関の一例を
示す図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 原子比率で(A1-xx)O・n[{Fe1-y
    (Co1-zz)y}23] (AはSrおよび/またはBa、RはLa、Ce、P
    r、Nd、Sm、Eu、Gdのうちの少なくとも1種以
    上でありLaを必ず含む、MはMnおよび/または
    V),0<y≦0.04,0<z≦0.75,0≦x≦
    2.4ny,5.4≦n≦6.0なる基本組成を有するこ
    とを特徴とするフェライト磁石。
JP10114924A 1998-04-24 1998-04-24 フェライト磁石 Pending JPH11307331A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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