JPS6230801A - 強磁性粉末 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電波吸収材などに用いる強磁性粉末に関し、
優れた電波吸収能と耐候性を与えるものである。

〔従来の技術〕

電波吸収材は、電磁波が建造物の壁面に反射して通信等
の妨げになったり、電磁波発生機器から電磁波が漏洩し
て他のディジタル機器に悪影響したりするのを防ぐ目的
で用いられ１通信やエレクトロニクスの発達に伴って需
要が増加している。

通常、電波吸収材はフェライト等の強磁性粉末と、樹ｊ
指等の誘電体との複合体の形で用いられることが多い、
電波吸収材の好ましい特性とじては、できる限り薄い材
料で、広範囲の周波数の電波を吸収することである。そ
のために強磁性粉末の満たすべき条件は、簡単には、広
い周波数範囲にわたって高い透磁率を保つことであると
言える。

前述のように１強磁性粉末としてはフェライト（マグネ
タイトを含む）がもっとも一般的である。しかしながら
、フェライトにおける問題点は、１０ＧＨｚ以上の高い
周波数で高い透磁率を保つことが原理上困難であること
である。すなわち、フェライトの組成等を変えることに
よって、低周波での透磁率を高めることは可能であるが
、それに付随して周波数特性が必ず劣化する宿命があり
、結局高周波域（１０ＧＨｚ以上）での透厳率は向トし
ないのである。

これを補うためには、鉄などの金属の強磁性粉末を併用
すると、高周波域での電波吸収ｆ艶を改みすることがで
きる。その場合、吸収叶ｔオな限界の周波数は粒径の２
乗に反比例し、５ｇｍの粒子で１０ＧＨｚ、ＩＪＬｍの
粒子では２５０ＧＨ２程度までの吸収が可能である。

しかし、このような金属（ここでは特に鉄）の微粉を工
業的に得ることは必ずしも容易ではない、カーボニル法
によれば１０ｇｍ程度以ｒの細かい鉄粉を製造すること
ができるが、きわめてコスト高であることは周知のとお
りである。単純な機械粉砕法によっては、鉄に展延性が
あるために粉砕しにくく、水やガスを噴射するアトマイ
ズ法によっては、粗粒が多くなるために微粉の歩留りが
悪くなるなど、結局コスト高となってしまう。

また、通常の望境においても極めて錆びやすく、耐候性
にの問題が残る。

〔発明が解決しようとする問題点〕 本発明者らは、このような問題点を解決するために、低
コストで電波吸収材用に優れた特性を４１する強磁性粉
末を製造することについて検討した結果、さきに酸化鉄
粉を出発物質とする強磁性粉末を提案した（特願昭６Ｏ
−７９７５２）が、本発明はこれをさらに発展させ、出
発物質に限定されることなく、粉末に付与すべき特性に
着目して以下に述べる強磁性粉末を提案するに至った。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、マグネタイトと金属鉄とを含有し。

金属鉄の含有量が１〜２５ｗｔ％であって、マグネタイ
トと金属鉄とを同時に含有する粒子を含むような強磁性
粉末を特徴とする。

さらに１強磁性粉末であって、しかも粒子内の金属鉄の
少なくとも一部が、マグネタイトの内部に存在するよう
な強磁性粉末が極めて好適である。

〔作用〕

本発明の着眼点は１粒子が金属鉄（Ｍ−Ｆｅ）とマグネ
タイト（Ｆｅ３０４）の双方を同時に含む、いわば複合
粉末であれば、実質的な粒度が細かくなって電波吸収能
が向上し、さらに金属がマグネタイトの内部にあるなら
ば、耐候性も改善されるとの考えにある。金属と酸化物
との組合せとして、金属鉄とマグネタイトとはともに強
磁性であり、製造玉の問題も少なく、もっとも好ましい
ものである。このように金属鉄とマグネタイトとが複合
粉末粒子を構成するならば、幾何学的な粒子の粒度より
も、金属鉄の実質的な粒度はもっと小さくなり、前に述
べたような原理によって、より高い周波数帯での電波吸
収能が向上するのである。そして、その金属鉄が１粒子
内でマグネタイトの部分よりも内部に存在すれば、直接
外気と接することが少なくなり、耐候性が改善されるの
である。

以ｆ、本発明の具体的構成とその作用をさらに詳細に説
明する。

はじめに、金属鉄を１〜’２５ｗｔ％含有する理由につ
いて述べる。すでに説明したとおり、フェライトの１種
であるマグネタイトのみに頼っていたのでは、周波数の
高い領域、たとえばマイクロ波帯での電波吸収能には原
理Ｅ限界がある。この点は、粒度さえ小さければ高周波
域での吸収ＩＩがマグネタイトよりも期待できる金属鉄
を含有させるのである。そのノ＾本思想はすでに述べた
とおりであるが、金属鉄が１ｗｔ％未満ではその効果が
わずかであり、工業的な意味が小さいから除外する。一
方、金属鉄が２５ｗｔ％を越えると、後述のように金属
鉄の一部をマグネタイトの内部に生成させたとしても、
残りの金属鉄が外気にさらされる機会が多くなるため、
酸化がおこりやすくなって、粉末全体の耐候性が十分で
なくなり、用途が限定されてしまう、したがって、金属
鉄の計を１〜２５ｗｔ％にルノ限する。

次に、１つの粒子の中にマグネタイトと金属鉄とを同時
に含有させる理由を述べる。

第１の理由は、前に述べたとおり、とりわけ金属粉にお
いては高周波域での電波吸収能を増すために、細かい粒
度とすることが望まれる。ところが、これも前述したよ
うに、金属鉄を低コストで微粉化することは難しいので
、１つの粒子内にマグネタイトと金属鉄とがともに存在
すれば、その粒子の大きさよりも金属鉄の大きさが小さ
くなり、特性上有利になる。

第２の理由は、このようにいわばマグネタイトと金属鉄
との複合粉末とすることにより、中線にこれらの粉末を
混合するよりも均一・性が良好であり、′電波吸収材の
中での特性的な偏りが抑制される。

こうした複合粉末の中で、さらに金属鉄がマグネタイト
よりも粒子の中心部に存在するようにすれば、ｌ１ｌＪ
候性も改みすることができる。すなわち、金属鉄はきわ
めて酸化されやすいから、理想的にはこれをマグネタイ
トで覆ってやれば、金属鉄が外気に触れることが無く、
酸化が抑えられる。完全に弼うまで行かなくとも１部分
的に金属鉄がマグネタイトよりも内部にあれば、すべて
が表面にあるよりも耐候性が大きい。

ヒに述べたような金属鉄とマグネタイトとの複合粉末を
製造するには、いくつかの方法が考えられる。

第１はマグネタイト粉末を還元性ガス（水素など）や固
体還元剤（コークスなど）で部分的に還元することであ
る。この場合、金属鉄の実質粒１＾を小さくするために
、還元前にマグネタイト粉末を１分に粉砕しておくと良
い、この方法によると、通常金属鉄はでグネタイト粉末
のまわりに生成する。したがって、これをもう−庇部分
酸化して、金属鉄の表面をマグネタイトで覆うのも有効
な方法である。

第２は、ウスタイ）（Ｆｅｄ）を熱分解し、金属鉄とマ
グネタイトとに分解する方法である。ウスタイトの粉末
としては、ミルスケールなど、鉄が高温で酸化されたの
ち、比較的速く冷却された酸化鉄がある。ウスタイトの
熱分解の場合、金属鉄はマグネタイト中に球状に析出し
たり、マグネタイトの粒界に沿って、析出したり、ある
いはマグネタイトの表面に析出したりする。

第３は、金属鉄を部分的に酸化し、酸化部分をマグネタ
イトとする方法である。たとえば、鉄粉を大気中で加熱
して酸化させ、これを水中におとして急冷すると、粉末
粒子の内部が金属鉄、表面部がウスタイトとなる。さら
に５００℃程度でウスタイトを金属鉄とマグネタイトと
に分解すれば、所♀の複合粉末が得られる。

そのほか、種々の酸化鉄を、金属鉄とマグネタイトが平
衡するような条件で熱処理することによって、複合粉末
を得ることかでさる。

このような金属鉄とマグネタイトとを同時に含む粉末の
好ましい粒度は、平均粒径として１〜８０ｐｍである。

平均粒径がｌｐｍ未満であると、粉末の比表面精が大き
くなるため、金属鉄や、場合によってはマグネタイトも
酸化されやすくなり、耐候性が劣化する。一方、平均粒
径が８０ｇｍを越えると、電波吸収材として樹脂と混練
して押出成形する場合に、押出性が劣化するから好まし
くない。

〔実施例〕

実施例１ ミルスケールを振動ボールミルで１０時間粉砕ｌ−”ｚ
〜仁４）錫じ七〜で相會）ル七−１Ｌ１で　盃ビｌ叡シ
径８．０延ｍの微粉を得た。

この微粉は Ｔ、Ｆｅニア３．９ｗｔ％ であり、不純物としては。

Ｓ　ｉ０２　：０．２２ｗｔ％、 ＭｎＯ：０．３５ｗｔ％ Ｐ：０．０１ｗｔ％。

Ｓ：０．０１ｗｔ％。

ＣａＯ：０．０５ｗｔ％ を含んでいた。

熱処理のための粉末容器として、厚み１ｍｍの鉄板を加
工して、上部が開放され、内法が５０ｍｍ立方の立方体
容器を作成した。

粉末を容器に充填したのち、厚み約５＝ｎｍのスチール
ウール製の蓋をし、容器ごとコークスの中に埋めた。コ
ークスは２〜１０ｍｍに篩分けした範囲のものを用いた
ため、被処理粉末とコークスとはスチールウールの蓋で
接触が防がれ、しかも、スチールクールの蓋は通気性が
あるため。

コークスとともに＊器を加熱することにより、容器内を
５光性雰囲気とすることができた。加熱は５００°Ｃで
１２時間行なった。

熱処理後の粉末はほとんど凝集していなかったため、そ
のまま以後の測定に供した。

その結果。

Ｍ、Ｆｅ　：　１０．１ｗｔ％、 Ｆｅ３０４　：　８５．８ｗｔ％、 ＦｅＯ：　ｌ、９ｗｔ％、 Ｆｅ２Ｏ３≦Ｏ，ｌ　ｗ　ｔ％ であり、その他の不純物は原料ミルケース粉とほぼ同等
であった。平均粒度は８．８４　ｍであった。

この粉末の飽和磁化σＳを求めるため、振動試料型磁化
測定装置を用い、磁界１０ｋＯｅ（キロエルステッド）
のもとで測定した結果、飽和磁化ｃｒ　ｓ　＝　９８．
８　ｅ　ｍ　ｕ　／　ｇと高い値を得た。

次に、粉末の耐候性を調べるため、粉末１０ｇをアルミ
ナの皿にのせ、湿度９５％、温度５０℃のもとで、３０
日間放置し、再び飽和磁化σＳを測定した。その結果、
飽和磁化σＳ比（放置ｔ＆／放置前）は９９．０％であ
り、実用１−聞題無い１耐候性を示した。

金属鉄が粉末のどの部分に存在するかを明らかにするた
め、粉末を樹脂に埋込んで研磨し、粒−ｔ’−断面を光
学ＩｊｒＪ微鏡で観察１７た。金属鉄は、白い部分とし
て、マグネタイトから識別することができた。その結果
、第２図のように粒子表面に金属鉄があるもののほか、
：５３図および第４図のように、粒子の内部に金属鉄が
存在するものがｒ＆寮された。すなわち、第３図では、
マグネタイ）・の内部に金属鉄が孤ケして析出Ｉ７、金
属鉄がマグネタイトで囲まれている。また、第４　Ｖ４
では、マグネタイトの粒界に沿って金属鉄が析出してい
る。

実施例２ 次の実施例では、主にＭ、Ｆｅ清の影響を調べた。原料
は実施例１と同じミルスケールの微粉とし、これをアル
ミナのトレーに５０ｇのせ、管状炉で熱処理した。

加熱は５００℃とし、最初の５時間はＮ２＋Ｈ２ガス中
、残りの８時間はＮ２ガス中で、合計１３時間保持した
。できトがった粉末を乳鉢ですりつぶし、３２５メツシ
ユの篩で篩分けし、１下歩留りを求めた。−３２５メツ
シユの粉末につき、Ｍ　、　Ｆ　ｅ、Ｆ　ｅ３０４の分
析、平均粒度および飽和磁化σＳのＡ一定、また、実施
例１と同様の耐候性試験（飽和磁化σＳ比）を行なった
。

第１表に、加熱初期のＨ２１＆と特性との関係を示す。

これらの粉末のうち、金属鉄を１ｗｔ％以ト含むものは
、いずれにおいても、その断面［５により、第２図、第
３図、第４図に示した金属鉄の存在彫態のすべてが９塁
められた。

第１表より、金属鉄が１ｗＬ％以上になると、次の比較
例で述べるマグネタイト鉱石粉末よりも飽和磁化（σＳ
）が大きくなり、金属鉄の効果が表われる。第１表の値
から、金属鉄量と飽和磁化σＳ比（対鉄性の指標となる
）との関係を示すと、第１図のようになる。なお、第１
図では、次の比較例の粉末についても同時に示１．てい
る。

ｉ１図から明らかなように、金属鉄が２５Ｗ（％を越え
ると、対鉄性が劣化している。

比較例 マグネタイト鉱石をボールミルで粉砕し、乎均粒径８．
８ｇｍの粉末とした。これにモ均粒径７、９４　ｍのカ
ーボニル鉄粉を種々の割合で混合したものにつき、実施
例１と同様の飽和磁化σＳおよび耐候性試験（σＳの比
）を行なった。

第２表にマグネタイト粉と鉄粉の混合比、分析値、σＳ
およびσＳ比を示す、第２表から、金属鉄のｔ−とσＳ
比との関係を求めて第１図に示す。

第１図より、本発明による複合粉末は、通常の混合粉末
よりも耐候性が優れており、これは主に、粒子内部に金
属鉄が存在することによると考えられる。

実施例３ 粉末冶金用の７トマイズ鉄粉（−８０メツシユ）５０ｇ
をアルミするつぼに入れ、大気炉で８００℃にＢ温し、
３０分保持した後、鉄粉を水の中に落して急冷した。酸
化した粉末を、管状炉にＮ２ガスを流した状態で、５０
０℃に１０時間保持した。その結果、粒子内部が主に金
属鉄から成り、表面部がＦにマグネタイトから成る。複
合粉末が得られた。モ均粒度は５７．９　ｐ−ｍであり
、組成は、 Ｍ、Ｆｅ：１６．８ｗｔ％ Ｆｅ３０４　：　７３．Ｏｗｔ％ ＦｅＯニア、６ｗｔ％ Ｆｅ２０３　：１．３ｗｔ％ であり、ほかに Ｃ：０．０１ｗｔ％、 ５ｉ０２：０−１ｗｔ％、 ＭｎＯ：０．２ｗｔ％、 Ａ立２０３：０．０２ｗｔ％ を不純物として含有していた。飽和磁化σＳは１００．
６ｅｍｕ／ｇと高く、耐候性（ｃｒｓの比）は９８．３
％と優れていた。

〔発明の効果〕

以と示したように、本発明による強磁性粉末は、電波吸
収材や電磁遮蔽材用として優れたものである。また飽和
磁化σＳが高く、耐候性があることから、その他の用途
、例えば乾式複写機のキャリアなどとしても、十分な使
用に耐えると思われる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、強磁性粉末のＭ　、　Ｆ　ｅ含有量と耐候性
（飽和磁化σＳ比）との関係を示すグラフ、第２図、第
３図および第４図は、本発明による強磁性粉末の粒子断
面の粒子構造を示す光学顕微鏡写真である。 出を人　川崎製鉄株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　マグネタイトと金属鉄とを含有し、金属鉄の含有量
   が１〜２５ｗｔ％であって、マグネタイトと金属鉄とを
   同時に含有する粒子を含むことを特徴とする強磁性粉末
   。 ２　粒子内の金属鉄の少なくとも一部が、マグネタイト
   の内部に存在することを特徴とす る、特許請求の範囲第１項の強磁性粉末。