(57)【要約】【課題】高密度、高強度および高飽和磁束密度を有する複合軟磁性焼結材およびその製造方法を提供する。【解決手段】軟磁性金属粉末の表面に金属Ｚｎ層が形成された金属Ｚｎ層被覆軟磁性金属粉末を炭酸ガス雰囲気中、温度：３００〜１０００℃で加熱することにより軟磁性金属粉末の表面に酸化亜鉛層を形成してなる酸化亜鉛被覆軟磁性金属粉末を作製し、この酸化亜鉛被覆軟磁性金属粉末を圧粉、成形した後、非酸化雰囲気中または酸素分圧制御雰囲気中、温度：３００〜１０００℃で焼結することにより図１（１：軟磁性金属粒子相、２：ＦｅとＺｎの混合酸化物相、３：ＺｎＯ型相、４：粒界相）に示される組織を有する高密度、高強度および高飽和磁束密度を有する複合軟磁性焼結材を製造する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軟磁性金属粒子相とこの軟磁性金属粒子相を包囲する粒界相からなり、前記粒界相は六方晶構造を有するＺｎＯ型相および立方晶構造を有するＦｅとＺｎの混合酸化物相とからなり、前記六方晶構造を有するＺｎＯ型相は前記軟磁性金属粒子相に接して分散しており、前記立方晶構造を有するＦｅとＺｎの混合酸化物相は前記ＺｎＯ型相に挟まれて分散している組織を有することを特徴とする高密度、高強度および高磁束密度を有する複合軟磁性焼結材。
【請求項２】
前記六方晶構造を有するＺｎＯ型相および立方晶構造を有するＦｅとＺｎの混合酸化物相は、何れも平均粒径：１〜５００ｎｍの微細粒子相からなる組織を有することを特徴とする請求項１記載の高密度、高強度および高磁束密度を有する複合軟磁性焼結材。
【請求項３】
軟磁性金属粉末の表面にＺｎ層、Ｚｎ−Ｆｅ合金層、またはＺｎおよびＺｎ−Ｆｅ合金の混合層（以下、Ｚｎ成分層という）が形成されたＺｎ成分層被覆軟磁性金属粉末を炭酸ガスあるいは炭酸ガスを含む不活性ガス雰囲気中、温度：３００〜１０００℃で加熱することにより軟磁性金属粉末の表面に酸化亜鉛層を形成してなる酸化亜鉛被覆軟磁性金属粉末を作製し、この酸化亜鉛被覆軟磁性金属粉末を圧粉、成形した後、燒結することを特徴とする高密度、高強度および高磁束密度を有する複合軟磁性焼結材の製造方法。
【請求項４】
軟磁性金属粉末にＺｎ粉末を添加した混合粉末を加熱しながら撹拌することにより軟磁性金属粉末の表面にＺｎ成分層が形成されたＺｎ成分層被覆軟磁性金属粉末を作製し、このＺｎ成分層被覆軟磁性金属粉末を炭酸ガスあるいは炭酸ガスを含む不活性ガス雰囲気中、温度：３００〜１０００℃で加熱することにより軟磁性金属粉末の表面に酸化亜鉛層を形成してなる酸化亜鉛被覆軟磁性金属粉末を作製し、この酸化亜鉛被覆軟磁性金属粉末を圧粉、成形した後、燒結することを特徴とする高密度、高強度および高磁束密度を有する複合軟磁性焼結材の製造方法。
【請求項５】
軟磁性金属粉末の表面にＺｎ成分層が形成されたＺｎ成分層被覆軟磁性金属粉末を炭酸ガスあるいは炭酸ガスを含む不活性ガス雰囲気中、温度：３００〜１０００℃で加熱することにより軟磁性金属粉末の表面に酸化亜鉛層を形成してなる酸化亜鉛被覆軟磁性金属粉末を作製し、この酸化亜鉛被覆軟磁性金属粉末を圧粉、成形した後、温度：３００〜１０００℃で焼結することを特徴とする高密度、高強度および高磁束密度を有する複合軟磁性焼結材の製造方法。
【請求項６】
軟磁性金属粉末にＺｎ粉末を添加した混合粉末を加熱しながら撹拌することにより軟磁性金属粉末の表面にＺｎ成分層が形成されたＺｎ成分層被覆軟磁性金属粉末を作製し、このＺｎ成分層被覆軟磁性金属粉末を炭酸ガスあるいは炭酸ガスを含む不活性ガス雰囲気中、温度：３００〜１０００℃で加熱することにより軟磁性金属粉末の表面に酸化亜鉛層を形成してなる酸化亜鉛被覆軟磁性金属粉末を作製し、この酸化亜鉛被覆軟磁性金属粉末を圧粉、成形した後、温度：３００〜１０００℃で焼結することを特徴とする高密度、高強度および高磁束密度を有する複合軟磁性焼結材の製造方法。
【請求項７】
前記軟磁性金属粉末は、鉄粉末、Ｆｅ−Ａｌ系鉄基軟磁性合金粉末、Ｆｅ−Ｎｉ系鉄基軟磁性合金粉末、Ｆｅ−Ｃｒ系鉄基軟磁性合金粉末、Ｆｅ−Ｓｉ系鉄基軟磁性合金粉末またはＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ系鉄基軟磁性合金粉末であることを特徴とする請求項３、４、５または６記載の高密度、高強度および高磁束密度を有する複合軟磁性焼結材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、モータ、アクチュエータ、磁気センサなどの製造に使用される高密度、高強度および高磁束密度を有する複合軟磁性焼結材およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、モータ、アクチュエータ、磁気センサなどの磁心には鉄粉末、Ｆｅ−Ａｌ系鉄基軟磁性合金粉末、Ｆｅ−Ｎｉ系鉄基軟磁性合金粉末、Ｆｅ−Ｃｒ系鉄基軟磁性合金粉末、Ｆｅ−Ｓｉ系鉄基軟磁性合金粉末、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系鉄基軟磁性合金粉末（以下、これらを軟磁性金属粉末と総称する）を燒結して得られた軟磁性焼結材料が用いられることは知られており、さらに、この軟磁性焼結材料の一つとしてフェライトが知られている。
【０００３】
前記軟磁性金属粉末などを燒結して得られた軟磁性焼結材料は、磁束密度が高いが、高周波特性が悪く、一方、フェライトなど鉄酸化亜鉛粉末を焼結して得られた酸化亜鉛軟磁性焼結材料は、抵抗が高いために高周波特性に優れ、初透磁率が比較的高いが、磁束密度が低い欠点があり、これらを改善するために、軟磁性金属粉末の表面にフェライトを被覆してなるフェライト被覆軟磁性金属粉末が提案されており、このフェライト被覆鉄軟磁性粉末を焼結して得られた焼結材料は高強度を有し、磁束密度および高周波特性に共に優れると言われている。
【０００４】
このフェライト被覆軟磁性金属粉末を製造するための方法として、軟磁性金属粉末の表面に湿式フェライトメッキによりフェライトを形成する方法（特許文献１または２参照）、
軟磁性金属粉末およびフェライト粉末を高速衝撃撹拌装置に入れて高速回転させることにより軟磁性金属粉末の表面にフェライト粉末を埋め込み、それによって軟磁性金属粉末の表面にフェライトを形成する方法（特許文献３参照）などが知られており、これらフェライト被覆軟磁性金属粉末を圧粉、成形し、焼結して複合軟磁性焼結材を製造する方法も知られている。
【特許文献１】特開昭５６−３８４０２号公報
【特許文献２】特開平１１−１７０２号公報
【特許文献３】特開平４−２２６００３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、前記軟磁性金属粉末の表面にフェライトを被覆してなるフェライト被覆軟磁性金属粉末を原料粉末とし、これを圧粉、成形、焼結して得られた複合軟磁性焼結材は、密度が低いところから抗折強度が十分でなく、また、密度が低いところから十分な磁束密度が得られないという欠点があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで、本発明者らは、かかる課題を解決すべく研究を行った結果、（イ）軟磁性金属粉末の表面にＺｎ層、Ｚｎ−Ｆｅ合金層、またはＺｎ層およびＺｎ−Ｆｅ合金層からなる複合層（以下、Ｚｎ成分層という）が形成されたＺｎ成分層被覆軟磁性金属粉末を炭酸ガスあるいは炭酸ガスを含む不活性ガス雰囲気中、温度：３００〜１０００℃で加熱すると、軟磁性金属粉末の表面に酸化亜鉛層が形成された酸化亜鉛被覆軟磁性金属粉末を作製することができ、この酸化亜鉛被覆軟磁性金属粉末を圧粉、成形した後、燒結することにより得られた複合軟磁性焼結材は、従来のフェライト被覆軟磁性粉末を燒結して得られた複合軟磁性焼結材と比べて抵抗値がほぼ同程度に高く、さらにこの複合軟磁性焼結材は密度が高いところから抗折強度および磁束密度が一層向上する、
（ロ）前記軟磁性金属粉末の表面に酸化亜鉛層が形成された酸化亜鉛被覆軟磁性金属粉末は、軟磁性金属粉末にＺｎ粉末を０．０２〜１０質量％（好ましくは、０．１〜５質量％）添加した混合粉末を加熱しながら撹拌すると、Ｚｎは気化してＺｎ蒸気となり、軟磁性金属粉末の表面にＺｎ成分層が形成され、この軟磁性金属粉末の表面にＺｎ成分層が形成されたＺｎ成分層被覆軟磁性金属粉末を炭酸ガスあるいは炭酸ガスを含む不活性ガス雰囲気中、温度：３００〜１０００℃で加熱することにより作製することもできる、
（ハ）前記Ｚｎ成分層被覆軟磁性金属粉末を構成するＺｎ成分層は、軟磁性金属粉末にＺｎ粉末を０．０２〜１０質量％（好ましくは、０．１〜５質量％）添加した混合粉末を加熱しながら撹拌して形成されるが、前記混合粉末を比較的低温で加熱しながら撹拌すると主としてＺｎ層からなるＺｎ成分層が形成され、前記混合粉末を比較的高温で加熱しながら撹拌すると主としてＺｎ−Ｆｅ合金層からなるＺｎ成分層が形成される、
（ニ）このようにして得られた複合軟磁性焼結材は、軟磁性金属粒子相とこの軟磁性金属粒子相を包囲する粒界相からなり、前記粒界相は六方晶構造を有するＺｎＯ型相および立方晶構造を有するＦｅとＺｎの混合酸化物相とからなり、前記六方晶構造を有するＺｎＯ型相は主として前記軟磁性金属粒子相に接して分散しており、前記立方晶構造を有するＦｅとＺｎの混合酸化物相は主として前記ＺｎＯ型相に挟まれて粒界相中心部に分散している組織を有し、前記六方晶構造を有するＺｎＯ型相および立方晶構造を有するＦｅとＺｎの混合酸化物相は何れも平均粒径：１〜５００ｎｍの微細粒子相からなる、という研究結果が得られたのである。
【０００７】
この発明は、かかる研究結果に基づいてなされたものであって、
（１）軟磁性金属粒子相とこの軟磁性金属粒子相を包囲する粒界相からなり、前記粒界相は、六方晶構造を有するＺｎＯ型相および立方晶構造を有するＦｅとＺｎの混合酸化物相とからなり、前記六方晶構造を有するＺｎＯ型相は前記軟磁性金属粒子相に接して分散しており、前記立方晶構造を有するＦｅとＺｎの混合酸化物相は前記ＺｎＯ型相に挟まれて分散している組織を有する高密度、高強度および高磁束密度を有する複合軟磁性焼結材、
（２）軟磁性金属粒子相とこの軟磁性金属粒子相を包囲する粒界相からなり、前記粒界相は、六方晶構造を有しかつ平均粒径：１〜５００ｎｍを有するＺｎＯ型相および立方晶構造を有しかつ平均粒径：１〜５００ｎｍを有するＦｅとＺｎの混合酸化物相とからなり、前記六方晶構造を有するＺｎＯ型相は前記軟磁性金属粒子相に接して分散しており、前記立方晶構造を有するＦｅとＺｎの混合酸化物相は前記ＺｎＯ型相に挟まれて分散している組織を有する高密度、高強度および高磁束密度を有する複合軟磁性焼結材、
（３）軟磁性金属粉末の表面にＺｎ層、Ｚｎ−Ｆｅ合金層、またはＺｎおよびＺｎ−Ｆｅ合金の混合層（以下、Ｚｎ成分層という）が形成されたＺｎ成分層被覆軟磁性金属粉末を炭酸ガスあるいは炭酸ガスを含む不活性ガス雰囲気中、温度：３００〜１０００℃で加熱することにより軟磁性金属粉末の表面に酸化亜鉛層を形成してなる酸化亜鉛被覆軟磁性金属粉末を作製し、この酸化亜鉛被覆軟磁性金属粉末を圧粉、成形した後、燒結する高密度、高強度および高磁束密度を有する複合軟磁性焼結材の製造方法、
（４）軟磁性金属粉末にＺｎ粉末を添加した混合粉末を加熱しながら撹拌することにより軟磁性金属粉末の表面にＺｎ成分層が形成されたＺｎ成分層被覆軟磁性金属粉末を作製し、このＺｎ成分層被覆軟磁性金属粉末を炭酸ガスあるいは炭酸ガスを含む不活性ガス雰囲気中、温度：３００〜１０００℃で加熱することにより軟磁性金属粉末の表面に酸化亜鉛層を形成してなる酸化亜鉛被覆軟磁性金属粉末を作製し、この酸化亜鉛被覆軟磁性金属粉末を圧粉、成形した後、燒結する高密度、高強度および高磁束密度を有する複合軟磁性焼結材の製造方法、
（５）軟磁性金属粉末の表面にＺｎ成分層が形成されたＺｎ成分層被覆軟磁性金属粉末を炭酸ガスあるいは炭酸ガスを含む不活性ガス雰囲気中、温度：３００〜１０００℃で加熱することにより軟磁性金属粉末の表面に酸化亜鉛層を形成してなる酸化亜鉛被覆軟磁性金属粉末を作製し、この酸化亜鉛被覆軟磁性金属粉末を圧粉、成形した後、温度：３００〜１０００℃で焼結する高密度、高強度および高磁束密度を有する複合軟磁性焼結材の製造方法、
（６）軟磁性金属粉末にＺｎ粉末を添加した混合粉末を加熱しながら撹拌することにより軟磁性金属粉末の表面にＺｎ成分層が形成されたＺｎ成分層被覆軟磁性金属粉末を作製し、このＺｎ成分層被覆軟磁性金属粉末を炭酸ガスあるいは炭酸ガスを含む不活性ガス雰囲気中、温度：３００〜１０００℃で加熱することにより軟磁性金属粉末の表面に酸化亜鉛層を形成してなる酸化亜鉛被覆軟磁性金属粉末を作製し、この酸化亜鉛被覆軟磁性金属粉末を圧粉、成形した後、温度：３００〜１０００℃で焼結する高密度、高強度および高磁束密度を有する複合軟磁性焼結材の製造方法、に特徴を有するものである。
【０００８】
この発明の高密度、高強度および高磁束密度を有する複合軟磁性焼結材の製造方法において、炭酸ガスを含む不活性ガス雰囲気とは、不活性ガス中に炭酸ガス：１質量％以上含む雰囲気を言う。
この発明の高密度、高強度および高磁束密度を有する複合軟磁性焼結材の製造方法をさらに一層具体的に説明する。
この発明の高密度、高強度および高磁束密度を有する複合軟磁性焼結材の製造方法において使用する軟磁性金属粉末は、従来から一般に知られている鉄粉末、Ｆｅ−Ａｌ系鉄基軟磁性合金粉末、Ｆｅ−Ｎｉ系鉄基軟磁性合金粉末、Ｆｅ−Ｃｒ系鉄基軟磁性合金粉末、Ｆｅ−Ｓｉ系鉄基軟磁性合金粉末、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系鉄基軟磁性合金粉末であり、一層具体的には、
鉄粉末は純鉄粉末であり、
Ｆｅ−Ａｌ系鉄基軟磁性合金粉末はＡｌ：０．１〜２０を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなるＦｅ−Ａｌ系鉄基軟磁性合金粉末（例えば、Ｆｅ−１５％Ａｌからなる組成を有するアルパーム粉末）であり、
Ｆｅ−Ｎｉ系鉄基軟磁性合金粉末はＮｉ：３５〜８５％を含有し、必要に応じてＭｏ：５％以下、Ｃｕ：５％以下、Ｃｒ：２％以下、Ｍｎ：０．５％以下の内の１種または２種以上を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなるニッケル基軟磁性合金粉末（例えば、Ｆｅ−４９％Ｎｉ粉末）であり、
Ｆｅ−Ｃｒ系鉄基軟磁性合金粉末はＣｒ：１〜２０％を含有し、必要に応じてＡｌ：５％以下、Ｎｉ：５％以下の内の１種または２種を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなるＦｅ−Ｃｒ系鉄基軟磁性合金粉末であり、
Ｆｅ−Ｓｉ系鉄基軟磁性合金粉末は、Ｓｉ：０．１〜１０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなるＦｅ−Ｓｉ系鉄基軟磁性合金粉末であり、
Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系鉄基軟磁性合金粉末は、Ｓｉ：０．１〜１０％、Ａｌ：０．１〜２０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなるＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ系鉄基軟磁性合金粉末（以上、％は質量％を示す）であることが好ましいが、特にこれらに限定されるものではない。
そして、これら軟磁性金属粉末は平均粒径：５〜１５０μｍの範囲内にある軟磁性金属粉末を使用することが好ましい。その理由は、平均粒径が小さすぎると、粉末の圧縮性が低下し、軟磁性金属粉末の体積割合が低くなるために磁束密度の値が低下するので好ましくなく、一方、平均粒径が１５０μｍより大きすぎると、軟磁性金属粉末内部の渦電流が増大して高周波における透磁率が低下するので好ましくないことによるものである。
この発明の高密度、高強度および高磁束密度を有する複合軟磁性材の組織について説明する。軟磁性金属粒子相は、上記軟磁性金属粉末（鉄粉末、Ｆｅ−Ａｌ系鉄基軟磁性合金粉末など）と同じ組成を有する相である。粒界相のうち、六方晶構造を有するＺｎＯ型相は、一般的には、Ｚｎ１＋ｘＯで表され、ｘ＝０〜０．００１の範囲をとる。前記ＺｎＯ型相の成分は、Ｚｎの他にＦｅ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｓｉ，Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｍｇ，Ｇａ，Ｇｅ，Ａｇ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｂａ，Ｂｉのうち少なくとも１種をＺｎに対して最大５質量％と不可避不純物を含んでいるものもこの発明に含まれ、特に１価のイオンとなり得るＬｉ，Ｎａ，Ｋのうちの少なくとも１種をＺｎに対して最大５質量％含んだ場合、複合軟磁性材の比抵抗値を上げ、磁気性能を向上させる効果がある。粒界相のうち、立方晶構造を有するＦｅとＺｎの混合酸化物相は、γ（Ｆｅ、Ｚｎ）２Ｏ３，（Ｆｅ、Ｚｎ）Ｆｅ２Ｏ４，（Ｆｅ、Ｚｎ）Ｏからなる酸化物の混合相であり、（Ｆｅ、Ｚｎ）のほかにＡｌ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｓｉ，Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｍｇ，Ｇａ，Ｇｅ，Ａｇ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｂａ，Ｂｉのうち少なくとも１種をＦｅ＋Ｚｎに対して最大２０質量％と不可避不純物を含んでいるものもこの発明に含まれる。前記六方晶構造を有するＺｎＯ型相および立方晶構造を有するＦｅとＺｎの混合酸化物相は、高密度、高強度および高磁束密度を有する複合軟磁性材を得るには、何れも平均結晶粒径：１〜５００ｎｍの微細粒子相からなることが好ましい。平均結晶粒径が１ｎｍよりも小さいと高強度が得られず、５００ｎｍよりも大きいと複合軟磁性材中の粒界相が占める割合が多くなり、高磁束密度がられないので好ましくない。粒界相における六方晶構造を有するＺｎＯ型相および立方晶構造を有するＦｅとＺｎの混合酸化物相の平均結晶粒径のより好ましい範囲は１〜２００ｎｍであり、さらに好ましくは１〜８０ｎｍが良い。
【０００９】
これら軟磁性金属粉末に、Ｚｎ粉末：０．０２〜１０質量％（好ましくは０．１〜５質量％）を添加して混合粉末を作製し、この混合粉末を真空または不活性ガスガスの減圧雰囲気中で温度：３５０〜４００℃に保持しながら撹拌すると、Ｚｎは気化して蒸発し、気化したＺｎは軟磁性金属粉末の表面に付着してＺｎ成分層または／および合金Γ相（Ｆｅ4Ｚｎ9，Ｆｅ3Ｚｎ10，Ｆｅの１部をＡｌ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｓｉで置換した合金）を主体とする合金相が形成され、Ｚｎ成分層被覆軟磁性金属粉末が得られる。このとき使用される亜鉛粉末は、粒径が３００μｍ以下であることが好ましい。
このＺｎ成分層被覆軟磁性金属粉末を撹拌しながら炭酸ガスあるいは炭酸ガスを含む不活性ガス雰囲気中、温度：３００〜１０００℃で加熱処理することによりＺｎ成分層が酸化されて軟磁性金属粉末の表面に酸化亜鉛膜が形成された酸化亜鉛被覆軟磁性金属粉末を作製することができる。酸化亜鉛被覆軟磁性金属粉末を作製する際にＺｎ成分層被覆軟磁性金属粉末を撹拌しながら加熱処理する雰囲気は、いかなる酸化雰囲気中でも可能であるが、酸化雰囲気中でも炭酸ガスあるいは炭酸ガスを含む不活性ガス雰囲気中で行なうことことにより得られた酸化亜鉛被覆軟磁性金属粉末を原料粉末として得られた複合軟磁性焼結材が最も優れた密度、強度および磁束密度が得られる。炭酸ガスあるいは炭酸ガスを含む不活性ガス雰囲気中で加熱するときの温度を３００〜１０００℃にした理由は、３００℃未満ではほとんど酸化せず、また酸化しても酸化時間が著しく長くなり工業的見地から効率が低くなるので好ましくなく、一方、１０００℃を越える温度で加熱処理すると、ＺｎＯ被膜の破れが起こるので好ましくない理由によるものである。
なお、亜鉛よりも蒸発し難い金属Ｍ（Ｓｉ，Ｐ，Ｓ，Ｋ，Ｃａ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｓｒ，Ｙ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｐｄ，Ｔａ，Ｗ，Ａｕ）を不純物として１０質量％以下含まれるような低純度の亜鉛粉末または亜鉛合金粉末を使用することができる。これは、加熱・攪拌中にＺｎが先に気化して軟磁性金属粉末の表面にＺｎ成分層を形成し、低純度の亜鉛粉末または亜鉛合金粉末に含まれるＭ金属の蒸発は微量であるところから軟磁性金属粉末の表面のＺｎ成分層に含まれるＭ金属量は極めて微量であり、無視できる程度であるからである。
また、比較的低融点の金属Ｍｅ（Ｌｉ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｇａ，Ｇｅ，Ａｇ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｂａ，Ｂｉ）粉末をＺｎ粉末と共に軟磁性金属粉末と混合、あるいはＺｎ−Ｍｅ合金粉末と軟磁性金属粉末と混合して加熱・撹拌すると、軟磁性金属粉末の表面にＺｎとＭｅの合金であるＺｎ合金蒸着膜が形成され、このようにして作製したＺｎ合金膜被覆軟磁性金属粉末を撹拌しながら炭酸ガスあるいは炭酸ガスを含む不活性ガス雰囲気中、温度：３００〜１０００℃で加熱処理すると、Ｚｎ合金膜が酸化されて軟磁性金属粉末の表面に酸化亜鉛合金膜が形成された酸化亜鉛合金被覆軟磁性金属粉末を作製することができる。
【００１０】
このようにして得られた酸化亜鉛被覆軟磁性金属粉末を圧粉、成形した後、温度：３００〜１０００℃で焼結すると高密度、高強度および高磁束密度を有する複合軟磁性焼結材が得られる。この場合、酸化亜鉛被覆軟磁性金属粉末における酸化亜鉛層の厚さは特に限定されるものではないが０．００５〜５μｍが特に好ましい。また、焼結温度が３００℃未満では十分な抗折強度を持つ複合軟磁性焼結材が得られず、一方、１０００℃を越える温度で焼結すると、ＺｎＯ被膜が破れ、比抵抗が低下するので好ましくない。したがって、酸化亜鉛被覆軟磁性金属粉末の焼結温度は３００〜１０００℃に定めた。
この発明において焼結は、大気雰囲気、Ａｒガスもしくは窒素ガスなどの不活性ガスなどの非酸化雰囲気、またＡｒガスもしくは窒素ガスに対して酸素ガス：０．０００１〜３０％含む混合ガス雰囲気などで行なうことができる。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によると、簡単な方法により高密度、高強度および高磁束密度を有しさらに比抵抗の高い複合軟磁性焼結材を提供することができ、電気および電子産業において優れた効果をもたらすものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
実施例１〜５および比較例１〜２
原料粉末として、平均粒径：７０μｍを有する純鉄粉末を用意し、この純鉄粉末に対して純亜鉛粉末を１質量％添加し混合して混合粉末を作製し、この混合粉末を電気炉内の円筒状ボードに装入し、円筒状ボードを回転しながら１×１０-5ｔｏｒｒの真空雰囲気中、温度：３７０℃に１時間加熱することにより亜鉛を気化させ、この亜鉛蒸気中に純鉄粉末を曝すことで表面にＺｎ成分層が形成されたＺｎ被覆純鉄粉末を作製した。
このＺｎ被覆純鉄粉末を炭酸ガス中、表１に示される温度で加熱することによりＺｎ成分層を酸化して表面に酸化亜鉛層を形成した酸化亜鉛被覆純鉄粉末を作製した。
得られた酸化亜鉛被覆純鉄粉末を金型に入れ、プレス成形して縦：４０ｍｍ、横：１０ｍｍ、厚さ：５ｍｍの寸法を有する板状圧粉体および外径：３５ｍｍ、内径：２５ｍｍ、高さ：５ｍｍの寸法を有するリング形状圧粉体を成形し、得られた圧粉体を大気雰囲気中、表１に示される温度で焼結することにより板状およびリング状焼結体からなる複合軟磁性焼結材を作製した。このようにして得られた複合軟磁性焼結材の相対密度および抗折力を測定してその結果を表１に示し、さらに複合軟磁性焼結材の磁束密度および比抵抗を測定し、さらに複合軟磁性焼結材の組織を透過電子顕微鏡で観察し、軟磁性金属粒子相（純鉄相）を包囲する本発明の粒界相の有無およびＺｎＯ型相とＦｅとＺｎの混合酸化物相の平均粒径を測定し、それらの結果を表１に示した。
さらに、実施例1で作製した複合軟磁性焼結材の組織を透過電子顕微鏡により観察して得られた模式図を図１に示した。図１に示されるように、αＦｅ結晶粒からなる軟磁性金属粒子相１とこの軟磁性金属粒子相１を包囲する粒界相４からなり、前記粒界相４は六方晶構造を有するＺｎＯ型相３および立方晶構造を有するＦｅとＺｎの混合酸化物相２とからなり、前記六方晶構造を有するＺｎＯ型相３は前記軟磁性金属粒子相１に接して主として分散しており、前記立方晶構造を有するＦｅとＺｎの混合酸化物相２は前記ＺｎＯ型相３に挟まれて粒界相中心部に主として分散している組織を有し、前記六方晶構造を有するＺｎＯ型相３およびＦｅとＺｎの混合酸化物相２は何れも平均粒径：５０ｎｍの微細粒子相からなることが分かる。
【００１３】
従来例１
高速衝撃撹拌法により作製した市販のフェライト被覆純Ｆｅ粉末を用意し、この粉末を用いて実施例１と同様にして板状およびリング状焼結体からなる複合軟磁性焼結材を得た。このようにして得られた複合軟磁性焼結材の相対密度および抗折力を測定してその結果を表１に示し、さらに複合軟磁性焼結材の磁束密度および比抵抗を測定し、その結果を表１に示した。
【００１４】
【表１】
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【００１５】
表１に示される結果から、実施例１〜５で作製した複合軟磁性焼結材は、本発明の粒界相を有するとともに従来例１により製造した複合軟磁性焼結材と比べて、相対密度、抗折強度および磁束密度が一層優れており、比抵抗はほぼ同じであることが分かる。しかし、比較例１〜２で作製した複合軟磁性焼結材は相対密度、抗折強度、磁束密度、比抵抗の内の少なくとも１つの特性が劣るので好ましくないことが分かる。
【００１６】
実施例６〜１０および比較例３〜４
原料粉末として、平均粒径：７０μｍを有し、その組成がＡｌ：１０質量％、残部：ＦｅからなるアトマイズＦｅ−Ａｌ系鉄基軟磁性合金粉末を用意し、このＦｅ−Ａｌ鉄基軟磁性合金粉末に対してＺｎ−５質量％Ａｌ合金粉末を０．１質量％添加し混合して混合粉末を作製し、この混合粉末を電気炉内の円筒状ボードに装入し、円筒状ボードを回転しながら１×１０-5ｔｏｒｒの真空雰囲気中、温度：４００℃に２時間加熱することにより亜鉛金属を気化させ、この亜鉛蒸気中にＦｅ−Ａｌ系軟磁性合金粉末を曝すことでその表面にＺｎ成分層が形成されたＺｎ被覆Ｆｅ−Ａｌ系軟磁性合金粉末を作製した。
【００１７】
このＺｎ被覆Ｆｅ−Ａｌ系軟磁性合金粉末を炭酸ガス中、表２に示される温度で加熱することによりＺｎ成分層を酸化して表面に酸化亜鉛層を形成した酸化亜鉛被覆Ｆｅ−Ａｌ系軟磁性合金粉末を作製した。
得られた酸化亜鉛被覆Ｆｅ−Ａｌ系軟磁性合金粉末を金型に入れ、プレス成形して縦：４０ｍｍ、横：１０ｍｍ、厚さ：５ｍｍの寸法を有する板状圧粉体および外径：３５ｍｍ、内径：２５ｍｍ、高さ：５ｍｍの寸法を有するリング形状圧粉体を成形し、得られた圧粉体をＡｒガス雰囲気中、表２に示される温度で焼結することにより板状およびリング状焼結体からなる複合軟磁性焼結材を作製した。このようにして得られた複合軟磁性焼結材の相対密度および抗折力を測定してその結果を表２に示し、さらに複合軟磁性焼結材の磁束密度および比抵抗を測定し、さらに複合軟磁性焼結材の組織を透過電子顕微鏡で観察し、軟磁性金属粒子相（Ｆｅ−Ａｌ系相）を包囲する本発明の粒界相の有無およびＺｎＯ型相とＦｅとＺｎの混合酸化物相の平均粒径を測定し、それらの結果を表２に示した。
【００１８】
従来例２
高速衝撃撹拌法により作製した市販のフェライト被覆純Ｆｅ−Ａｌ系鉄基軟磁性合金粉末を用意し、この粉末を用いて実施例６と同様にして板状およびリング状焼結体からなる複合軟磁性焼結材を得た。このようにして得られた複合軟磁性焼結材の相対密度および抗折力を測定してその結果を表２に示し、さらに複合軟磁性焼結材の磁束密度および比抵抗を測定し、その結果を表２に示した。
【００１９】
【表２】
2004200676.tif 000004
【００２０】
表２に示される結果から、実施例６〜１０で作製した複合軟磁性焼結材は、本発明の粒界相を有するとともに従来例２で作製した複合軟磁性焼結材と比べて、相対密度、抗折強度および磁束密度が一層優れており、比抵抗はほぼ同じであることが分かる。しかし、比較例３〜４で作製した複合軟磁性焼結材は相対密度、抗折強度、磁束密度、比抵抗の内の少なくとも１つの特性が劣るので好ましくないことが分かる。
【００２１】
実施例１１〜１５および比較例５〜６
原料粉末として、平均粒径：９０μｍを有し、その組成がＮｉ：４９質量％、残部：ＦｅからなるアトマイズＦｅ−Ｎｉ系鉄基軟磁性合金粉末を用意し、このＦｅ−Ｎｉ鉄基軟磁性合金粉末に対して純亜鉛粉末を５質量％添加し混合して混合粉末を作製し、この混合粉末を電気炉内の円筒状ボードに装入し、円筒状ボードを回転しながら１×１０-5ｔｏｒｒの真空雰囲気中、温度：４００℃に２時間加熱することにより亜鉛金属を気化させ、この亜鉛蒸気中にＦｅ−Ｎｉ系軟磁性合金粉末を曝すことでその表面にＺｎ成分層が形成されたＺｎ被覆Ｆｅ−Ｎｉ系軟磁性合金粉末を作製した。
このＺｎ被覆Ｆｅ−Ｎｉ系軟磁性合金粉末を炭酸ガス中、表３に示される温度で加熱することによりＺｎ成分層を酸化して酸化亜鉛層を形成した酸化亜鉛被覆Ｆｅ−Ｎｉ系軟磁性合金粉末を作製した。
得られた酸化亜鉛被覆Ｆｅ−Ｎｉ系軟磁性合金粉末を金型に入れ、プレス成形することにより縦：４０ｍｍ、横：１０ｍｍ、厚さ：５ｍｍの寸法を有する板状圧粉体および外径：３５ｍｍ、内径：２５ｍｍ、高さ：５ｍｍの寸法を有するリング形状圧粉体を成形し、得られた圧粉体を窒素ガス雰囲気中、表３に示される温度で焼結することにより板状およびリング状焼結体からなる複合軟磁性焼結材を作製した。このようにして得られた複合軟磁性焼結材の相対密度および抗折力を測定してその結果を表３に示し、さらに複合軟磁性焼結材の磁束密度および比抵抗を測定し、その結果を表３に示した。
【００２２】
従来例３
高速衝撃撹拌法により作製した市販のフェライト被覆純Ｆｅ−Ｎｉ系鉄基軟磁性合金粉末を用意し、この粉末を実施例１１と同様にして板状およびリング状焼結体からなる複合軟磁性焼結材を得た。このようにして得られた複合軟磁性焼結材の相対密度および抗折力を測定してその結果を表３に示し、さらに複合軟磁性焼結材の磁束密度および比抵抗を測定し、その結果を表３に示した。
【００２３】
【表３】
2004200676.tif 000005
【００２４】
表３に示される結果から、実施例１１〜１５で作製した複合軟磁性焼結材は、従来例３で作製した複合軟磁性焼結材と比べて密度、抗折強度および磁束密度が優れており、比抵抗はほぼ同等であることが分かる。しかし、比較例５〜６で作製した複合軟磁性焼結材は密度、抗折強度、磁束密度、比抵抗の少なくともいずれか一つが劣るので好ましくないことが分かる。
【００２５】
実施例１６〜２０および比較例７〜８
原料粉末として、平均粒径：５０μｍを有し、その組成がＣｒ：１０質量％、残部：ＦｅからなるアトマイズＦｅ−Ｃｒ系鉄基軟磁性合金粉末を用意した。
このＦｅ−Ｃｒ鉄基軟磁性合金粉末に対して純亜鉛粉末を２質量％添加し混合して混合粉末を作製し、この混合粉末を電気炉内の円筒状ボードに装入し、円筒状ボードを回転しながら１×１０-5ｔｏｒｒの真空雰囲気中、温度：３５０℃に２時間加熱することにより亜鉛金属を気化させ、この亜鉛蒸気中にＦｅ−Ｃｒ系軟磁性合金粉末を曝すことでその表面にＺｎ成分層が形成されたＺｎ被覆Ｆｅ−Ｃｒ系軟磁性合金粉末を作製した。
このＺｎ被覆Ｆｅ−Ｃｒ系軟磁性合金粉末を炭酸ガス中、表４に示される温度で加熱することによりＺｎ成分層を酸化して酸化亜鉛層を形成して酸化亜鉛被覆Ｆｅ−Ｃｒ系軟磁性合金粉末を作製した。
【００２６】
得られた酸化亜鉛被覆Ｆｅ−Ｃｒ系軟磁性合金粉末を金型に入れ、プレス成形することにより縦：４０ｍｍ、横：１０ｍｍ、厚さ：５ｍｍの寸法を有する板状圧粉体および外径：３５ｍｍ、内径：２５ｍｍ、高さ：５ｍｍの寸法を有するリング形状圧粉体を成形し、得られた板状およびリング状圧粉体を不活性ガス雰囲気中、表４に示される温度で焼結することにより板状およびリング状焼結体からなる複合軟磁性焼結材を作製した。このようにして得られた複合軟磁性焼結材の密度および抗折強度を測定してその結果を表４に示した。さらに複合軟磁性焼結材の磁束密度および比抵抗を測定し、その結果を表４に示した。
【００２７】
従来例４
高速衝撃撹拌法により作製した市販のフェライト被覆純Ｆｅ−Ｃｒ系鉄基軟磁性合金粉末を用意し、この粉末を実施例１６と同様にして板状およびリング状焼結体からなる複合軟磁性焼結材を得た。このようにして得られた複合軟磁性焼結材の相対密度および抗折力を測定してその結果を表４に示し、さらに複合軟磁性焼結材の磁束密度および比抵抗を測定し、その結果を表４に示した。
【００２８】
【表４】
2004200676.tif 000006
【００２９】
表４に示される結果から、実施例１６〜２０で作製した複合軟磁性焼結材は、従来例４で作製した複合軟磁性焼結材と比べて相対密度、抗折強度及び磁束密度に優れ、比抵抗はほぼ同じ値を示すことが分かる。しかし、比較例７〜８で作製した複合軟磁性焼結材は密度、抗折強度、磁束密度、比抵抗の少なくともいずれか一つが劣ることが分かる。
【００３０】
実施例２１〜２５および比較例９〜１０
原料粉末として、平均粒径：８０μｍを有し、その組成がＳｉ：３質量％、残部：ＦｅからなるアトマイズＦｅ−Ｓｉ系鉄基軟磁性合金粉末を用意した。このＦｅ−Ｓｉ鉄基軟磁性合金粉末に対してＺｎ−０．６質量％Ｌｉ合金粉末を１質量％添加し混合して混合粉末を作製し、この混合粉末を電気炉内の円筒状ボードに装入し、円筒状ボードを回転しながら１×１０-5ｔｏｒｒの真空雰囲気中、温度：４００℃に２時間加熱することにより亜鉛金属を気化させ、この亜鉛蒸気中にＦｅ−Ｓｉ系軟磁性合金粉末を曝すことでその表面にＺｎ成分層が形成されたＺｎ被覆Ｆｅ−Ｓｉ系軟磁性合金粉末を作製した。
このＺｎ被覆Ｆｅ−Ｓｉ系軟磁性合金粉末を炭酸ガス：５質量％を含み、残部が窒素ガスからなる炭酸ガスを含む窒素ガス雰囲気中、表５に示される温度で加熱することにより亜鉛蒸着膜を酸化して酸化亜鉛層を形成した酸化亜鉛被覆Ｆｅ−Ｓｉ系軟磁性合金粉末を作製した。
【００３１】
得られた酸化亜鉛被覆Ｆｅ−Ｓｉ系軟磁性合金粉末を金型に入れ、プレス成形することにより縦：４０ｍｍ、横：１０ｍｍ、厚さ：５ｍｍの寸法を有する板状圧粉体および外径：３５ｍｍ、内径：２５ｍｍ、高さ：５ｍｍの寸法を有するリング形状圧粉体を成形し、得られた圧粉体をＡｒガス雰囲気中、表５に示される温度で焼結することにより板状およびリング状焼結体からなる複合軟磁性焼結材を作製した。このようにして得られた複合軟磁性焼結材の相対密度および抗折力を測定してその結果を表５に示し、さらに複合軟磁性焼結材の磁束密度および比抵抗を測定し、その結果を表５に示した。
【００３２】
従来例５
高速衝撃撹拌法により作製した市販のフェライト被覆純Ｆｅ−Ｓｉ系鉄基軟磁性合金粉末を用意し、この粉末を実施例２１と同様にして板状およびリング状焼結体からなる複合軟磁性焼結材を得た。このようにして得られた複合軟磁性焼結材の相対密度および抗折力を測定してその結果を表５に示し、さらに複合軟磁性焼結材の磁束密度および比抵抗を測定し、その結果を表５に示した。
【００３３】
【表５】
2004200676.tif 000007
【００３４】
表５に示される結果から、実施例２１〜２５で作製した複合軟磁性焼結材は、従来例５で作製した複合軟磁性焼結材と比べて密度、抗折強度および磁束密度が優れており、比抵抗はほぼ同等であることが分かる。しかし、比較例５〜６で作製した複合軟磁性焼結材は密度、抗折強度、磁束密度、比抵抗の少なくともいずれか一つが劣るので好ましくないことが分かる。
【００３５】
実施例２６〜３０および比較例１１〜１２
原料粉末として、平均粒径：５５μｍを有し、その組成がＳｉ：３質量％、Ａｌ：３質量を含有し、残部：ＦｅからなるアトマイズＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ系鉄基軟磁性合金粉末を用意した。このＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ鉄基軟磁性合金粉末に対して純亜鉛粉末を０．３質量％添加し混合して混合粉末を作製し、この混合粉末を電気炉内の円筒状ボードに装入し、円筒状ボードを回転しながら１×１０-5ｔｏｒｒの真空雰囲気中、温度：４００℃に２時間加熱することにより亜鉛金属を気化させ、この亜鉛蒸気中にＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ系軟磁性合金粉末を曝すことでその表面にＺｎ成分層が形成されたＺｎ被覆Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系軟磁性合金粉末を作製した。このＺｎ被覆Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系軟磁性合金粉末を炭酸ガス中、表６に示される温度で加熱することにより亜鉛蒸着膜を酸化して酸化亜鉛層を形成した酸化亜鉛被覆Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系軟磁性合金粉末を作製した。
得られた酸化亜鉛被覆Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系軟磁性合金粉末を金型に入れ、プレス成形することにより縦：４０ｍｍ、横：１０ｍｍ、厚さ：５ｍｍの寸法を有する板状圧粉体および外径：３５ｍｍ、内径：２５ｍｍ、高さ：５ｍｍの寸法を有するリング形状圧粉体を成形し、得られた圧粉体をＡｒガス雰囲気中、表６に示される温度で焼結することにより板状およびリング状焼結体からなる複合軟磁性焼結材を作製した。このようにして得られた複合軟磁性焼結材の相対密度および抗折力を測定してその結果を表６に示し、さらに複合軟磁性焼結材の磁束密度および比抵抗を測定し、その結果を表６に示した。
【００３６】
従来例６
高速衝撃撹拌法により作製した市販のフェライト被覆純Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系鉄基軟磁性合金粉末を用意し、この粉末を実施例２６同様にして板状およびリング状焼結体からなる複合軟磁性焼結材を得た。このようにして得られた複合軟磁性焼結材の相対密度および抗折力を測定してその結果を表６示し、さらに複合軟磁性焼結材の磁束密度および比抵抗を測定し、その結果を表６に示した。
【００３７】
【表６】
2004200676.tif 000008
【００３８】
表６に示される結果から、実施例２６〜３０で作製した複合軟磁性焼結材は、従来例６で作製した複合軟磁性焼結材と比べて密度、抗折強度および磁束密度が優れており、比抵抗はほぼ同等であることが分かる。しかし、比較例１１〜１２で作製した複合軟磁性焼結材は密度、抗折強度、磁束密度、比抵抗の少なくともいずれか一つが劣るので好ましくないことが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】この発明の複合軟磁性焼結材の組織を透過電子顕微鏡で観察した組織の模式図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  軟磁性金属粒子相
２  ＦｅとＺｎの混合酸化物相
３  ＺｎＯ型相
４  粒界相
【図１】
2004200676.tif 000009