JPS6070102A - 雰囲気焼結方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、酸化反応性に富む希土類コバルト永久磁石の
焼結製造方法に関し、特に焼結中に起る不純ガスとの反
応に起因する磁気特性の低下、特に磁気特性のばらつき
を大巾に縮少できるようにした焼結方法に関する。

希土類コバルト永久磁石は、その磁石の成分組１対４か
ら１対５を中心とする材料による］−５基磁石と、１対
７から２対１７を中心とする材料による２−１７系磁石
があることが知られている。

また、製法においては、それぞれの粉末を固化する方法
にもとづいて樹脂磁石と焼結磁石とに大別される。

本発明は、焼結磁石に関するものであシ、１−５系及び
２−１７系いづれにもか・かわる発明である。

焼結希土類磁石の従来技術による製造方法は次の通シで
ある。

希土類コバルト合金は、１〜］０μｍの微粒子に粉砕さ
れ、　４〜１５．　ｋｏｅの磁界中で０．２〜５　ｔｏ
ｎ／ｃｎ１２の加圧力によシ圧縮成形され、その後その
圧粉体は焼結される。この焼結に入る前に１本合金粉末
表面に多量に吸着している水分や他の不純ガスまたは必
要に応じて添加される潤滑材等の添加物を取りのぞく目
的で、１０−”祁Ｈｇから１０−６諭Ｈｇの真空中にお
いて常温〜８００℃の間で脱ガス処理を行う。その後、
不活性ガス（主にアルゴン）又は水素ガス中に封じ込め
て焼結温度まで高める。

一方、不活性ガスや水素ガスを使用せずに一切。

真空中で行うことも良く知られた技術である。

これらの操作を実現する炉体構造としては、第一図に示
す様に、密閉された鋼管１１内中央部に被処理物１３を
置き、鋼管１１の外部からヒータ１２で加熱する外熱型
の炉や、第２図に示すように、密閉容器２］内にヒータ
２２を構築し、その内部に被処理物２３を置く内熱型の
炉が基本構造として知られている。しかし、これらの炉
は内部の被処理物の品質維持のためには共通の欠点を持
っている。即ち、真空中で焼結温度以下で飛散したガス
が、密閉管あるいは容器の比較的温度の低い箇所に吸着
し、その後炉内温度が上昇するにつれて不純吸着ガスが
再び炉内に飛散し、これらのガスが極めて反応性の早い
被処理物と反応して品質低下の原因となる。

これらの欠点を解決す兄為、炉室を分割して比較的低い
温度から順次高い温度へと脱ガス過程が進むに応じて炉
室を設け、各温度で発生した不純ガスが高温側で被処理
物と反応することを防止することが実施されている。し
かし、この様に炉室分割した場合は、各室別個に真空排
気系、ヒータ。

電源等を設置し、かつ各室を分けるためのダートバルブ
等を設ける必要があシ、その設備費用は膨大々ものとな
る。

設備費用を削減する為に分割室数を減らすことは可能で
あるが、この場合は品質の低下が避けられない。このた
め、これらの品質低下を防ぐには。

不純ガスが被処理物と反応する以前に不純ガスを他の物
質と反応させる。す橙わちゲッタ作用を持つ物質を炉内
に入れて被処理物の品質維持を保つのが一般的である。

そして、希土類コバルト磁石の場合にゲッタとして用い
られる物質は、希土類元素以上に活性なもので、かつ磁
石特性を低下させないものでなければ々ら々い。特に、
炉内は希土類金属の蒸気のガス圧が高するので、これら
のバランスをくずす化合物あるいは元素は好ましくない
。この様に、ゲッタを用いる場合は、設備費用は比較的
安くできたとしても、磁石焼結における補助資材費用は
膨大であるという欠点を有している。

本発明は１以上述べた焼結設備費用及び補助資材費用を
大巾に削減し、かつ本来の目的である磁石特性の品質レ
ベルを飛躍的に向上させることのできる焼結方法を提供
しようとするものである。

本発明は、希土類コバルト圧粉体を耐熱密閉容器に入れ
て容器内を真空排気することなくガス置換を行い、アル
ゴンガス等の不活性ガスまたは水素またはこれらの混合
ガスで充満させた後ガスを放流しなから昇温を開始する
。この場合のガスは。

高純度ガスで２例えば酸素濃度は１　ｐｐｍ以下、好ま
しくは０．５ｐｐｍ以下が必要である。また、密閉容器
は完全々気密である必要はないが、容器内圧が実質上１
００℃以上では大気圧よシ常に高くしておく必要がある
。］ＯＯ℃という温度限定は。

一般にこれ以上の高温で、特に温度が高くなるに（５） 従い希土類磁石粉末が酸素や水分子にふれることにより
、急速に酸化が促進されるためである。圧力については
、温度等の外部環境が変っても負圧にしてはならない。

その為の最小圧力としては。

ガスの逆流が起らない範囲即ち大気圧プラス０．０５気
圧以上が好ましい。また、このガス圧力を高くすると、
容器の機械的強度を増す必要がある為に過度外圧力設定
をすることは好ましくない。従って最大圧力は大気圧プ
ラス１．０気圧程度が最適である。

ところで、ガスの放流は、原則として焼結を含む一連の
熱処理作業の間中性われるが、特に常温から８００℃の
間はこの放流が不可欠である。この放流によって希土類
コバルト粉末表面に吸着している有機物、水分や酸素及
びこれらから生成されるイオンが放出され、希土類コバ
ルト磁石の磁気特性は所望の値が得られる。すなわち１
本考案者は、従来、真空排気によって行われていたこれ
らの脱ガス作用が放流ガス気流中でも行われることを見
出した。この場合、放流を中止してガス気密（６） 中で加熱した場合には、当然のことながら所望の磁気特
性は得られない。また、たとえ放流したとしても、容器
内圧力が０〜０．０５気圧の間にある場合にも満足でき
る磁気特性は得られないことを見出している。これは大
気が容器内に逆拡散したためであると考えられる。８０
０℃以上の温度で圧粉体は徐々に固体拡散を始め、いわ
ゆる焼結が行われるが、これから先は必ずしもガスの放
流を行う必要はない。

この焼結容器は、実効的な容器内壁部分が希土類コバル
ト圧粉体と同一温度かまたはそれ以上でなければならな
いというのが本発明の重要な点である。すなわち、脱ガ
ス工程において比較的低い温度で希土類コバルト粉末表
面から出たガスが。

その粉末表面の温度より低い温度の炉内壁に触れると、
そこで再び壁面に吸着する可能性があるからである。こ
のため、この吸着が容器の内面部分で起ない様な構造で
なければならない。

第３図〜第５図は本要件を満足する炉体及び焼結容器の
原理構造を示すものである。

第３図は容器３３全体を炉３２の均一温度範囲内に収め
ることによシ、実効的な容器内壁部分が均一に圧粉体と
同一温度かあるいはそれ以上になるようにしたものであ
シ、ガスの導入管３４．導出管３５のみが炉外に通じて
いる。導入管と導出管との位置関係は逆であっても良い
。なお、この場合は、圧粉体の出し入れは容器３３の蓋
３６を外して行う必要がある。この蓋３６の密閉度を良
くするために、金属のパツキンを用いても良いが。

容器の内圧さえ高くすれば良いわけであるから。

嵌め合い精度を上げるか、ネジ機構にする等の方法で高
価なｉ４ッキン構造等をとらなくても良い。

このシール部分が常温部分、すなわち炉外に来シ容器４
３を形成するようにしたものである。すなわち、外容器
４３−］とこの内側に収められる内容器４３−２とで被
焼結用圧粉体の収容空間を形成している。このような例
では、ガス導入部４４は容器４３の高温部分に接続する
必要がある。

４５はガス導出部である。

このよう表構造によれば、炉の昇温に伴って発生する不
純ガスは、外容器４３−１と内容器４３−２との間を通
して炉外へ排出される。なお、途中で不純ガスが炉内壁
に吸着する可能性があるが。

放流ガス気流は、常に高温部分から低温部分に流れる為
、不純ガスが炉内に逆流して滞留する心配はない。容器
内の雰囲気の動きは非常に複雑な動きをする為、不純ガ
スが炉内に逆流しない様にする為には、内容器４３−２
と外容器４３−１の間隔をできるだけ小さくしておかな
ければならない。

容器内の逆流が起きなければ、第５図の構造でも十分で
ある。すなわち、容器５３をそのシール部分が炉５２外
にあるように炉５２内に配設し。

炉内の容器５３の端部にはガス導入部５４を接続し、炉
外の容、器５３にガス導出部５５を接続したものである
。このような構造において、放流ガス流が常に炉内の高
温部分から炉外の低温部分に流れるようにすることによ
り、不純ガスの滞留は生じない。

（９） ガス導入、導出系、炉制御系についての説明は省略する
。

以下に本発明の詳細な説明する。

実施例１゜ Ｓｍ　３５．８％、残ｃｏの合金を平均粒径２．５ミク
ロンに粉砕し、　７　ｋｏｅの磁界中で１Ｔｏｎ／ｃｆ
ｎ２の加圧成形を行った。プレス体の大きさは１８Ｘ７
Ｘ３（謹）である。このプレス体を］　９０Ｘ７５Ｘ４
５　（ｍｍ）のケースに５段つみ重ねて入れた。ケτス
内のプレス体個数は］　ＯＸＩ　ＯＸ５の合計５００個
である。プレス体の最上段にはケースの内寸よシ２閣小
さいステンレスの板をかぶせた。

このケース入シ圧粉体を第１図の炉に入れ。

５００℃までロータリーポンプ及びメカニカルブースタ
ー、Ｘンプにより排気し、その後アルゴンガスを充填し
て１］００℃の温度で１時間焼結した。

完成した焼結体を炉からと導出した時の温度は４０℃以
下であった。ケース内最上段のステンレス板をとりのぞ
くと、ケース内の焼結体はステンレス板の輪郭に沿って
変色が見られた。次に、最（１０） 上段の焼結体のみに関して各々の磁石の位置を明確にし
た」二で、磁石を２．３關に研磨し、洗浄後１８　ｋｏ
ｅの電磁石磁界中で着磁した。その磁石の表面磁束密度
をガラスメータで測定したところ。

第１衣の結果が得られた。

以下余白 （１１） 同様の圧粉体を上記ケースと全く同一のケースに入れ、
同様に板をかぶせ、第５図の方法で焼結を行った。８０
０℃までは３１１７分のアルゴンガスを流し、以後アル
ゴン放流を止め内圧を１．０５気圧とした。焼結温度は
］］００℃で］時間の保持を行った。この時のガス圧は
１．８気圧（大気圧＋０，８気圧）であった。

焼結完了後、焼結体を大気にと多山した時、焼結体の温
度は約５０℃であった。ケース内の焼結体は非常にきれ
いな銀色をしていた。前の試験と同様に最上段の焼結体
のみに関して磁石の位置を明確にした上で磁石を２．３
＋ｍｎに研磨し、洗浄後］　８　］＜Ｏｅで着磁した。

その磁石の表面磁束密度は第２表の通りである。

以下余日 （１２） 第１表の従来方法の場合は、ケース外周部に位置した磁
石に磁気特性の低いものが見られるのに対して１本発明
の第２表の結果はその欠点がのぞかれている。

実施例２゜ 実施例］と同月料の圧粉体を、第３図に示す焼結容器内
にじかに入れた。容器の大きさは内径】２０．高さ９７
咽である。圧粉体は］段に６２個を１２段積みした。　
′ この容器の蓋はピッチ２ミリのネジを切って本体にとり
つける構造とした。アルゴンガスを約１１／ｍｉｎで流
しながら炉の温度を上昇させた。

２００℃〜４００℃の範囲でネジ部から白い煙が出るの
を観察した。６００℃以後から容器の内圧が上昇し始め
たので、バルブを開き内圧’ｉ　１．２気圧（常圧＋０
．２気圧）になるように気圧調整を行った。焼結完了後
、アルゴンガスを止めた時の焼結体の温度は約８０℃で
あった。

焼結体の外観は、ガスの導入口に一番近いもの１個の表
面が一部灰色である他は全て銀色であった。また、その
磁気特性は、灰色のもの１個がわずかに低く１７９０で
あったのを除いて他は実施例１と同一レベルで、正規分
布をしているものであった０ 実施例３゜ Ｓｍ　２６　％　、　Ｆｅ　２０％、　Ｃｕ　４．５％
　、　Ｚｒ　２．０％　。

残Ｃｏ合金を平均粒径３μｍとし、同一プレス方法で圧
粉体とした。焼結は第５図のものを用い、水素気流中に
て焼結した。焼結温度は１１９０℃×２時間で、その後
溶体化処理として１１６０℃×２時間施した後炉からと
多量した。全ての焼結体は銀色に輝いていた。この焼結
体を８００℃で１０時間時効処理した後、前記実施例と
同様に表面の磁束密度を測定した結果、やはシ理想的な
正規分布をした磁石特性値が得られた。

以上、いづれの実験も用いたガスは、液化ガスから直配
管したもので酸素濃度はＯ，］ｐｐｍ以下であった。

以上の様に１本発明による焼結方法は高真空排気装置が
不要である為に設備費用の大巾削減が計れると同時に、
希土類コバルト磁石の磁気特性の品質向上に飛躍的効果
をもたらす。勿論５本発明は希土類コバルト以外の金属
粒粉末の焼結全搬に応用が考えられ、その工業的価値は
極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第］図、第２図はそれぞれ、従来の焼結炉の概略構造を
断面図で示し、第３図、第４図、第５図はそれぞれ１本
発明で使用される焼結炉の第１゜第２．第３の例の概略
構造を断面図で示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、酸化反応性に富む希土類コバルト合金圧粉体を焼結
   する炉において、炉内を真空にすることなく不活性また
   は還元性雰囲気で置換し、かつ有効炉壁を被焼結体と同
   一温度またはそれ以上に保ち、かつ該雰囲気を大気圧よ
   シやや高めに設定するようにしたことを特徴とする金属
   圧粉体用雰囲気焼結方法。