(57)【要約】  本発明は、誘導鉄心などの軟磁性用途に適した、鉄基複合粉末混合物に関する。本発明は、軟磁性部材を製造する方法及びこの方法により製造された部材にも関する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
アトマイズ鉄粒子と鉄基の非晶質及び／又はナノ結晶の粒子との混合物であって、前記粒子は第１のリン含有層により被覆されている混合物。
【請求項２】
前記アトマイズ鉄粒子、並びに任意選択で前記鉄基の非晶質及び／又はナノ結晶の粒子が、
（ａ）フィロケイ酸塩を含有する粘土鉱物と組み合わされたアルカリ性ケイ酸塩であり、組み合わされたケイ素−酸素四面体層及びそれらの水酸化物八面体層は電気的に中性である、前記アルカリ性ケイ酸塩、又は
（ｂ）金属有機層
を含む第２の層を有する、請求項１に記載された混合物。
【請求項３】
前記鉄基の非晶質及び／又はナノ結晶の粒子並びに前記アトマイズ鉄粒子が、
（ａ）フィロケイ酸塩を含有する粘土鉱物と組み合わされたアルカリ性ケイ酸塩であり、組み合わされたケイ素−酸素四面体層及びそれらの水酸化物八面体層は電気的に中性である、前記アルカリ性ケイ酸塩、又は
（ｂ）前記金属有機層
のいずれかにより被覆されている、請求項２に記載された混合物。
【請求項４】
層（ａ）がカオリン及びケイ酸ナトリウムを含む、請求項２から請求項３までのいずれか一項に記載された混合物。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載された混合物を成形することにより製造された軟磁性部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軟磁性部材の製造のための軟磁性複合粉末材料、及びこの軟磁性複合粉末を使用することにより得られる軟磁性部材に関するものである。詳細には、本発明は、パワーエレクトロニクス用の誘導子又はリアクトルに適した高周波で作動する軟磁性部材の材料を製造するための粉末に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
軟磁性材料は、電気機械の誘導子、固定子及び回転子中の磁心材料、アクチュエータ、センサー及び変圧器の磁心などの種々の用途に使用される。従来より、電気機械の回転子及び固定子などの軟磁性磁心は、鋼薄板の積層体により作製されている。また、軟磁性複合体は、各粒子上に電気絶縁コーティングを有する、通常は鉄基である軟磁性粒子からも製作できる。絶縁された粒子を、任意選択で潤滑剤及び／又は結合剤とともに、従来の粉末冶金技術を使用して成形することにより、軟磁性部材を得ることができる。粉末冶金技術を用いることにより、鋼薄板の使用よりも、自由度の大きい設計で部材製造が可能になる。その理由は、部材が３次元に磁束を通すことができる３次元形状を成形工程により得ることができるからである。
【０００３】
強磁性体の又は鉄心の誘導子では、鉄又はフェライトなどの強磁性材料又はフェリ磁性材料でできた磁心が使用されており、磁心材料の大きな透磁率により磁場を大きくさせることにより、コイルのインダクタンスを数千倍大きくする。
【０００４】
材料の透磁率μは、磁束を通す能力又は磁化される能力の指標である。透磁率は、磁束を通す材料によるだけではなく、使用される電場及びその周波数にも依存する。技術的システムにおいて、それはしばしば、電場が変化する１サイクル中に測定される最大相対値のことをいう。
【０００５】
誘導鉄心は、様々な倍音などの望ましくないシグナルをフィルター処理するためにパワーエレクトロニクスシステムで使用できる。効率的に機能するために、その用途の誘導鉄心は、小さい最大比透磁率及び大きい飽和磁束密度を有するべきである。このことは、比透磁率が、印加された電場に対してより直線的であるという特徴、即ち安定な増分透磁率μΔ（ΔΒ＝μΔ＊ΔΗによって定義される）を有することを意味する、さらに、大きい飽和磁束密度と小さい最大比透磁率及び安定な増分透磁率との組合せにより、誘導子がより大きい電流を流すことが可能になる。このことは、より小さい誘導子が使用できるので、サイズが制限要因である場合に有益である。
【０００６】
軟磁性部材の鉄損特性は、減少させることが望ましい。磁性材料が変化する場に置かれると、ヒステリシス損及び渦電流損失の両方のためにエネルギー損失が生ずる。ヒステリシス損は交番磁場の周波数に比例するが、それに対して渦電流損失は周波数の２乗に比例する。したがって高周波領域では、渦電流損失が大きな問題となる。したがって、ヒステリシス損を低く維持しながら、渦電流損失を減少させることが特に必要とされる。これは、磁心の抵抗率を増大させることが望まれることを意味する。
【０００７】
抵抗率を改善するための種々の解決策が提案されている。１つの解決策は、粉末を成形する前に、粉末粒子に電気絶縁コーティング又は電気絶縁フィルムを付与することに基づく。無機コーティングに関する開示が、例えば米国特許第６，３０９，７４８号、米国特許第６，３４８，２６５号及び米国特許第６，５６２，４５８号になされている。有機材料のコーティングは、米国特許第５，５９５，６０９号に開示されている。無機材料及び有機材料の両方を含むコーティングは、米国特許第６，３７２，３４８号、米国特許第５，０６３，０１１号および独国特許第３，４３９，３９７号に開示されており、それらの開示によれば、粉末粒子はリン酸鉄の層及び熱可塑性材料により被覆される。欧州特許第１２４６２０９号（Ｂ１）には、金属を主成分とする粉末の表面がシリコーン樹脂とベントナイト又はタルクなどの層化構造を有する粘土鉱物の微粒子とからなるコーティングもより被覆された強磁性金属を主成分とする粉末が記載されている。
【０００８】
特開２００２−１７０７０７号公報には、リン含有層により被覆された合金化鉄粒子が記載されており、合金化元素は、ケイ素、ニッケル又はアルミニウムであることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第６，３０９，７４８号明細書
【特許文献２】米国特許第６，３４８，２６５号明細書
【特許文献３】米国特許第６，５６２，４５８号明細書
【特許文献４】米国特許第５，５９５，６０９号明細書
【特許文献５】米国特許第６，３７２，３４８号明細書
【特許文献６】米国特許第５，０６３，０１１号明細書
【特許文献７】独国特許第３，４３９，３９７号明細書
【特許文献８】欧州特許第１２４６２０９号明細書
【特許文献９】特開ＪＰ２００２−１７０７０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
高密度の部品がしばしば望まれるので、高性能の軟磁性複合部材を得るためには、電気的に絶縁された粉末を高圧で圧縮成形にかけることも可能でなければならない。高密度化により、通常は磁気特性が改善される。特に、高密度化は、ヒステリシス損を低く保ち、飽和磁束密度を大きくするために必要とされる。それに加えて、電気的絶縁は、成形された部品が金型から排出されるときに損傷を受けることなく、必要とされる成形圧力に耐えなければならない。このことは、今度は排出力が大きすぎてはならないことを意味する。
【００１１】
さらに、ヒステリシス損を減少させるために、成形された部品の応力解放熱処理が必要になる。応力開放を効果的にするために、熱処理は、例えば窒素、アルゴン若しくは空気の雰囲気中又は真空中で、３００℃超で且つ絶縁コーティングが損傷される温度よりも低い温度で実施されるべきである。
【００１２】
本発明は、抵抗率がより大きく及び鉄損がより小さいことが必須である高周波数、即ち２ｋＨｚ超、特に５〜１００ｋＨｚの周波数における使用を主として意図された粉末磁心にとっての必要性を考慮してなされた。好ましくは、飽和磁束密度は、磁心の小型化のために十分大きくすべきである。それに加えて、金型壁潤滑及び／又は昇温された温度を使用した金属粉末の成形を必要とせずに磁心の製造が可能であるべきである。
【００１３】
鉄損が小さいことが望まれる多くの使用され提案されてきた方法とは対照的に、後の成形ステップで成形される粉末組成物に如何なる有機結合剤も使用する必要がないことが本発明の特別の利点である。したがって、グリーン成形体の熱処理は、有機結合剤を分解するリスクがないので、より高温で実施できる。熱処理温度が高いために、磁束密度も改善され、鉄損も減少される。熱処理された最終の磁心に有機材料がないために、有機結合剤の軟化及び分解による強度低下のリスクがなく、磁心を昇温された温度環境で使用でき、このようにして改善された温度安定性が達成される。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者らは、既知の鉄基粉末を、やはり粉末の形態のナノ結晶及び／又は非晶質の材料と混合することにより、粉末組成物又は混合物が得られて、それは優れた磁性特性を有する軟磁性部材を製造するために使用できることを示した。
【００１５】
本発明は、アトマイズ鉄基粉末と非晶質及び／又はナノ結晶の粉末とを含む粉末混合物を提供する。この粉末粒子は第１のリン含有層、並びにアルカリ性ケイ酸塩及び所定のフィロケイ酸塩を含有する粘土粒子の組合せを含有する第２の層により被覆されている。或いは、第２の層は、金属有機化合物で構成されている。非晶質及び／又はナノ結晶の粉末も、この層によって被覆できる。
【００１６】
一具体例によれば、コーティングは、上記の２層のみで構成される。
【００１７】
本発明は、以下のステップを含む、誘導鉄心を製造する方法も提供する。
ａ）上記の粉末混合物を準備するステップ、
ｂ）粉末混合物を、任意選択で潤滑剤と混合して、４００〜１２００ＭＰａの成形圧力で金型中の一軸加圧移動により成形するステップ、
ｃ）成形された部材を金型から排出するステップ
ｄ）排出された部材を５００℃〜７００℃の温度で熱処理するステップ。
【００１８】
上記のように製造された誘導鉄心などの部材。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
用語「ナノ」は、少なくとも１つのディメンジョンの寸法が０．１μｍ未満であるサイズを定義することを意図する。
【００２０】
ナノ結晶材料は、少なくとも１つのディメンジョンの寸法が１００ｎｍ未満であり、単結晶性配列又は多結晶性配列のいずれかの原子で構成される粒子を含む。このいわゆるナノ結晶粒子は、メルトスピニングなどの処理を使用して液相からの急冷凝固により製造できる。
【００２１】
本発明は、アトマイジングされた鉄基粉末粒子、並びに鉄基、ニッケル基、又はコバルト基の非晶質及び／又はナノ結晶の粒子を含む混合物を提供する。粒子はリン含有層により被覆されている。
【００２２】
非晶質及び／又はナノ結晶の粒子は、鉄基、ニッケル基又はコバルト基であってよく、アトマイジングされたか又はメルトスピニングされたリボンを粉砕したものであってもよい。ナノ結晶構造は、混合及び加圧に先立つ非晶質材料のテンパー処理によって又は加圧された部材の熱処理中に得られる。
【００２３】
完全に非晶質の粉末を使用することが望ましければ、テンパー処理温度は、選択された材料のガラス転移温度よりも低い温度にすべきである。ガラス転移温度を、例えば熱量分析を使用することにより決定することは、十分に当業者の能力の範囲内である。
【００２４】
さらに、粒子は、「アルカリ性ケイ酸塩コーティング」層又は「粘土コーティング」層により被覆できる。この層は、フィロケイ酸塩を含む粘土鉱物とアルカリ性ケイ酸塩との組み合わせも含む。ここで、組み合わされたケイ素−酸素の四面体層及びその水酸化物八面体層は、好ましくは電気的に中性である。このアルカリ性ケイ酸塩コーティングは、例えばカオリン又はタルク系であってもよい。或いは、粒子は、下記で規定される金属有機化合物により被覆されてもよい。
【００２５】
本明細書全体を通して、用語「層」及び「コーティング」は、互換的に使用できる。
【００２６】
鉄基粉末粒子は、水アトマイズ粉又はガスアトマイズ粉でもよい。鉄のアトマイジング方法は文献から公知である。
【００２７】
鉄基粉末粒子は、炭素又は酸素などの混入が小さい純鉄粉末の形態にできる。鉄成分は、９９．０重量％を超えることが好ましいが、例えばケイ素で合金化された鉄粉末を利用することも可能である。純鉄粉末について、又は意図的に添加された合金化元素により合金化された鉄基粉末について、この粉末は、鉄及び存在する可能性のある合金化元素の他に、製造工程に起因する不可避の不純物から生ずる微量元素を含有する。この微量元素は、材料の性質に影響しない（又は僅かに影響するにすぎない）ような少量で存在する。微量の元素の例は、０．１％までの炭素、０．３％までの酸素、各々０．３％までのイオウ及びリン、０．３％までのマンガンである。
【００２８】
鉄基粉末の粒子サイズは、意図された使用、即ち部材が適する周波数に基づいて選択される。鉄基粉末の平均粒子サイズは、コーティングが非常に薄いので、被覆された粉末の平均サイズでもあり、２０〜３００μｍにできる。鉄基粉末についての適当な平均粒子サイズの例は、例えば２０〜８０μｍ（いわゆる２００メッシュ）の粉末、７０〜１３０μｍ（１００メッシュ）の粉末、又は１３０〜２５０μｍ（４０メッシュ）の粉末である。
【００２９】
裸の鉄基粉末に通常被覆されるリン含有コーティングは、米国特許第６，３４８，２６５号に記載された方法により付加できる。これは、鉄又は鉄基粉末を、アセトンなどの溶媒に溶解されたリン酸と混合した後、乾燥することにより、粉末上にリン及び酸素を含有する薄いコーティングを得ることを意味する。添加される溶液量は、とりわけ粉末の粒子サイズに依存するが、その量は２０〜３００ｎｍの厚さのコーティングを得るために十分なものである。
【００３０】
あるいは、水に溶解したリン酸アンモニウムの溶液と鉄基粉末とを混合することにより、又はリン含有物質と他の溶媒との他の組合せを使用することにより、薄いリン含有コーティングを付与することは可能である。この結果得られたリン含有コーティングは、鉄基粉末のリン含有量が０．０１〜０．１５％増大する原因となる。
【００３１】
アルカリ性ケイ酸塩コーティングは、リン被覆された鉄基粉末を、規定されたフィロケイ酸塩を含有する粘土又は粘土混合物の粒子、及び水ガラスとして一般的に知られる水溶性アルカリ性ケイ酸塩と混合し、続いて２０〜２５０℃の温度で又は真空中で乾燥するステップにより鉄基粉末に付着される。フィロケイ酸塩は、ケイ素四面体が式（Ｓｉ２Ｏ５２−）ｎを有する層の形態で互いに接続されたタイプのケイ酸塩を構成する。これらの層は、少なくとも１つの八面体水酸化物層と組み合わされて、組み合わされた構造を形成する。八面体層は、例えば、水酸化アルミニウム若しくは水酸化マグネシウムのいずれか又はそれらの組合せを含むことができる。ケイ素四面体層中のケイ素は、他の原子によって部分的に置換されてもよい。これらの組み合わされた層化構造は、電気的に中性であるか又は荷電していてもよく、それに依存して原子が存在する。フィロケイ酸塩のタイプは、本発明の目的を達するために決定的に重要であることが注目された。したがって、フィロケイ酸塩は、組み合わされたケイ素四面体層及び水酸化物八面体層の無電荷の又は電気的に中性の層を有するタイプである。そのようなフィロケイ酸塩の例は、粘土カオリン、千枚岩中に存在する葉ろう石、又はマグネシウムを含有する鉱物タルク中に存在するカオリナイトである。規定されたフィロケイ酸塩を含有する粘土の平均粒子サイズは、１５μｍ未満、好ましくは１０未満、好ましくは５μｍ未満、より一層好ましくは３μｍ未満である。被覆された鉄基粉末と混合されるべき規定されたフィロケイ酸塩を含有する粘土の量は、被覆された複合体の鉄基粉末の０．２〜５重量％、好ましくは０．５〜４重量％である。
【００３２】
被覆された鉄基粉末と混合されるべき固体アルカリ性ケイ酸塩として計算されるアルカリ性ケイ酸塩の量は、被覆された複合体の鉄基粉末の０．１〜０．９重量％、好ましくは、鉄基粉末の０．２〜０．８重量％である。様々なタイプの水溶性アルカリ性ケイ酸塩を使用できて、したがってナトリウム、カリウム及びリチウムのケイ酸塩を使用できることが示された。一般的にアルカリ性水溶性ケイ酸塩は、その比、即ちモル比又は重量比のいずれかでＮａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ又はＬｉ２Ｏの量により除したＳｉＯ２の量により、適用可能と特徴づけられる。水溶性アルカリ性ケイ酸塩のモル比は、両端点を含む１．５〜４である。モル比が１．５未満であれば、その溶液は、アルカリ性になりすぎであり、モル比が４を超えればＳｉＯ２は沈殿する。
【００３３】
非晶質及び／又はナノ結晶の粒子上の第２のカオリン−ケイ酸ナトリウムコーティングを省いても優れた磁気特性を得ることは可能と考えられる。しかしながら、磁気特性をさらに向上させるためには、第２のコーティング層は非晶質及び／又はナノ結晶の粒子及び鉄粉末の両方を被覆すべきである。
【００３４】
代替的具体例では、アルカリ性ケイ酸塩（又は粘土）コーティングは、金属有機コーティング（第２のコーティング）により置き換えられてもよい。
【００３５】
この場合には、少なくとも１つの金属有機層が第１のリンを主成分とする層の外側に位置する。金属有機層は、以下の一般式を有する金属有機化合物である。
Ｒ１［（Ｒ１）ｘ（Ｒ２）ｙ（Ｍ）］ｎＯｎ−１Ｒ１
ここで、Ｍは、Ｓｉ、Ｔｉ、Ａｌ又はＺｒから選択される中心原子であり、Ｏは酸素であり、Ｒ１は加水分解性基であり、Ｒ２は有機部分であり、少なくとも１つのＲ２は少なくとも１つのアミノ基を含有し、ｎは繰り返し可能な単位の数でｎ＝１〜２０であり、ｘは０又は１、ｙは１又は２にできる。
【００３６】
金属有機化合物は、表面改質剤、連結剤、又は架橋剤の群から選択することができる。
【００３７】
金属有機化合物中のＲ１は、４個未満、好ましくは３個未満の炭素原子を有するアルコキシ基であってもよい。
【００３８】
Ｒ２は有機成分であり、それはＲ２基が有機部又は部分を含有することを意味する。Ｒ２は、１〜６個、好ましくは１〜３個の炭素原子を含むことができる。Ｒ２は、Ｎ、Ｏ、Ｓ及びＰからなる群から選択される１個又は複数個のヘテロ原子をさらに含むことができる。Ｒ２基は、直鎖、分岐、環状、又は芳香族であってもよい。
【００３９】
Ｒ２は、以下の官能基の１つ又は複数を含むことができる。アミン、ジアミン、アミド、イミド、エポキシ、ヒドロキシル、エチレンオキシド、ウレイド、ウレタン、イソシアネート、アクリレート、グリセリルアクリレート、ベンジルアミノ、ビニルベンジルアミノ。Ｒ２基は、ここで挙げた官能性Ｒ２基のいずれか及び疎水性アルキル基の間でも繰り返し可能な単位で変わることができる。
【００４０】
金属有機化合物は、シラン、シロキサン及びシルセスキオキサンの誘導体、中間体若しくはオリゴマー又は対応するチタネート、アルミネート又はジルコネートから選択することができる。
【００４１】
一具体例によれば、１つの金属有機層中の少なくとも１つの金属有機化合物はモノマー（ｎ＝１）である。
【００４２】
他の具体例によれば、１つの金属有機層中の少なくとも１つの金属有機化合物はオリゴマー（ｎ＝２〜２０）である。
【００４３】
さらに他の具体例によれば、第１層の外側に位置する金属有機層は金属有機化合物のモノマーであり、最も外側の金属有機層は、金属有機化合物のオリゴマーである。モノマー及びオリゴマーの化学的官能性は同じでないことが必要である。金属有機化合物のモノマーの層と金属有機化合物のオリゴマーの層の重量比は、１：０〜１：２、好ましくは２：１〜１：２であることができる。
【００４４】
金属有機化合物がモノマーであれば、それは、トリアルコキシ及びジアルコキシシラン、チタネート、アルミネート、又はジルコネートの群から選択することができる。したがって、金属有機化合物のモノマーは、３−アミノプロピル−トリメトキシシラン、３−アミノプロピル−トリエトキシシラン、３−アミノプロピル−メチル−ジエトキシシラン、Ｎ−アミノエチル−３−アミノプロピル−トリメトキシシラン、Ｎ−アミノエチル−３−アミノプロピル−メチル−ジメトキシシラン、１，７−ビス（トリエトキシシリル）−４−アザヘプタン、トリアミノ−官能性プロピル−トリメトキシシラン、３−ウレイドプロピル−トリエトキシシラン、３−イソシアネートプロピル−トリエトキシシラン、トリス（３−トリメトキシシリルプロピル）−イソシアヌレート、Ｏ−（プロパルギルオキシ）−Ｎ−（トリエトキシシリルプロピル）−ウレタン、１−アミノメチル−トリエトキシシラン、１−アミノエチル−メチル−ジメトキシシラン、又はそれらの混合物から選択することができる。
【００４５】
金属有機化合物のオリゴマーは、シランのアルコキシ末端のアルキル−アルコキシ−オリゴマー、チタネート、アルミネート、又はジルコネートから選択することができる。したがって、金属有機化合物のオリゴマーは、メトキシ、エトキシ又はアセトキシ末端のアミノシルセスキオキサン、アミノシロキサン、オリゴマー状３−アミノプロピル−メトキシ−シラン、３−アミノプロピル／プロピル−アルコキシ−シラン、Ｎ−アミノエチル−３−アミノプロピル−アルコキシ−シラン、又はＮ−アミノエチル−３−アミノプロピル／メチル−アルコキシ−シラン又はそれらの混合物から選択することができる。
【００４６】
金属有機化合物の合計量は、組成物の０．０５〜０．６重量％、好ましくは０．０５〜０．５重量％、より好ましくは０．１〜０．４重量％、及び最も好ましくは０．２〜０．３重量％であってもよい。これらの種類の金属有機化合物は、Ｅｖｏｎｉｋ  Ｉｎｄ．、Ｗａｃｋｅｒ  Ｃｈｅｍｉｅ  ＡＧ、Ｄｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ、その他などの会社から市販で入手することができる。
【００４７】
金属有機化合物は、アルカリ性を呈し、連結特性、即ち鉄基粉末の第１の無機層に連結するいわゆる連結剤も含むことができる。この物質は、過剰の酸及び第１層由来の酸性副生物を中和する。アミノアルキルアルコキシ−シラン、−チタネート、−アルミネート、又は−ジルコネートの群からの連結剤が使用されれば、この物質は、加水分解して部分的に重合する。（したがって、アルコキシ基の一部のものは、加水分解されてアルコールを形成する）。金属有機化合物の連結又は架橋する性質は、金属又は半金属の粒子状化合物に連結するとも考えられ、それは、成形された複合部材の機械的安定性を改善することができる。
【００４８】
金属又は半金属の粒子状化合物
被覆された軟磁性鉄基粉末は、少なくとも１つ金属又は半金属の粒子状化合物を含有するもできる。金属又は半金属の粒子状化合物は、軟質で、３．５未満のモース硬度を有し、微粒子又はコロイドを構成する。この化合物は、好ましくは５μｍ未満、好ましくは３μｍ未満、及び最も好ましくは１μｍ未満の平均粒子サイズを有することができる。この金属又は半金属の粒子状化合物は、９５重量％超、好ましくは９８重量％超、最も好ましくは９９重量％超の純度を有することができる。金属又は半金属の粒子状化合物のモース硬度は、好ましくは３以下、より好ましくは２．５以下である。ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ及びＴｉＯ２は、研磨剤であり、３．５を十分超えるモース硬度を有し、本発明の範囲内ではない。研磨剤化合物は、ナノサイズの粒子であっても、不可逆的損傷を電気絶縁コーティングに与え、熱処理された部材の排出を難しくし、磁性及び／又は機械的性質を低下させる。
【００４９】
金属又は半金属の粒子状化合物は、鉛、インジウム、ビスマス、セレン、ホウ素、モリブデン、マンガン、タングステン、バナジウム、アンチモン、スズ、亜鉛、セリウムからなる群から選択される少なくとも１種であってもよい。
【００５０】
金属又は半金属の粒子状化合物は、酸化物、水酸化物、水和物、炭酸塩、リン酸塩、フッ素酸塩、硫化物、硫酸塩、亜硫酸塩、酸塩化物、又はそれらの混合物であってもよい。
【００５１】
好ましい具体例によれば、金属又は半金属の粒子状化合物は、ビスマス、又はより好ましくは酸化ビスマス（ＩＩＩ）である。金属又は半金属の粒子状化合物は、アルカリ金属又はアルカリ土類金属から選択される第２の化合物と混合することができて、この化合物は、炭酸塩、好ましくは、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、リチウム、カリウム又はナトリウムの炭酸塩であってもよい。
【００５２】
金属又は半金属の粒子状化合物又は化合物混合物は、組成物の０．０５〜０．５重量％、好ましくは０．１〜０．４重量％、最も好ましくは０．１５〜０．３重量％の量で存在することができる。
【００５３】
金属又は半金属の粒子状化合物は、少なくとも１つの金属有機層に付着させられる。本発明の一具体例では、金属又は半金属の粒子状化合物は、最も外側の金属有機層に付着させられる。
【００５４】
金属有機層は、異なった量の第１の塩基性アミノアルキル−アルコキシシラン（Ｄｙｎａｓｙｌａｎ（登録商標）Ａｍｅｏ）と、その後アミノアルキル／アルキル−アルコキシシランのオリゴマー（Ｄｙｎａｓｙｌａｎ（登録商標）１１４６）（両方ともＥｖｏｎｉｋ  Ｉｎｃにより製造）と共に、例えば１：１の比を使用して、攪拌することにより粉末を混合して形成できる。この組成物は、酸化ビスマス（ｌｌｌ）の微粉末（＞９９重量％、Ｄ５０〜０．３μｍ）の異なった量とさらに混合することができる。
【００５５】
本発明による材料により達成されるこの好適な飽和磁束密度により、誘導子部材を小型化して、なお良好な磁気特性を維持することが可能になる。
【００５６】
成形及び熱処理
成形の前に、被覆された鉄基組成物は、ワックス、オリゴマー又はポリマー、脂肪酸を主成分とする誘導体又はそれらの組合せなどの適当な有機潤滑剤と混合してもよい。適当な潤滑剤の例は、Ｈｏｇａｎａｓ  ＡＢ（スウェーデン）から入手できるＥＢＳ、即ちエチレンビスステアルアミド、Ｋｅｎｏｌｕｂｅ（登録商標）、ステアリン酸亜鉛などの金属ステアリン酸塩又は脂肪酸又はそれらの他の誘導体である。潤滑剤は、全混合物の０．０５〜１．５重量％、好ましくは０．１〜１．２重量％の量で添加できる。
【００５７】
成形は、４００〜１２００ＭＰａの成形圧力により、周囲温度又は昇温された温度で実施できる。
【００５８】
成形の後、成形された部材は、７００℃まで、好ましくは５００〜６５０℃の温度で熱処理を施される。熱処理の適当な雰囲気の例は、窒素若しくはアルゴンなどの不活性雰囲気又は空気などの酸化性雰囲気である。
【００５９】
本発明の粉末磁心は、電気絶縁コーティングにより被覆された鉄基磁性粉末を加圧形成することにより得られる。磁心は、２〜１００ｋＨｚ、通常５〜１００ｋＨｚの周波数範囲における低い合計損失、２０ｋＨｚの周波数及び０．０５Ｔの誘導で約１０Ｗ／ｋｇ未満の合計損失により特徴付けることができる。さらに１０００μΩｍを超える、好ましくは２０００μΩｍを超える、最も好ましくは３０００μΩｍを超える抵抗率ｐ、及び１．０Ｔ、又は好ましくは１．１Ｔを超える、好ましくは１．２Ｔを超える、最も好ましくは１．３Ｔを超える飽和磁束密度Ｂｓにより特徴付けることができる。さらに、保磁力は２００Ａ／ｍ未満、好ましくは１９０Ａ／ｍ未満、最も好ましくは１８０Ａ／ｍ未満であり、４０００Ａ／ｍでＤＣバイアスは５０％以上であるべきである。
【実施例】
【００６０】
以下の実施例は、特定の具体例を意図するもので、本発明の範囲の限定として解釈されるべきではない。
【００６１】
「実施例１」
原子％でＦｅ７３．５％、Ｓｉ１５．５％、Ｂ７％、Ｎｂ３％、Ｃｕ１％の組成を有するスピンメルトされたリボン（厚さ２０μｍ）を粉砕してテンパー処理したナノ結晶粒を準備した。粒子を２００メッシュの篩いで篩った。篩いに残ったものは取り除いた。ナノ結晶粒子を国際公開第２００８／０６９７４９号に従ってリン含有溶液で処理した。簡単に説明すると、コーティング溶液は、２０ｍｌの８５重量％リン酸を１０００ｍｌのアセトンに溶解することにより調製して、１０００ｇの粉末当たり３０ｍｌのアセトン溶液を使用した。リン酸溶液を金属粉末と混合した後、混合物を乾燥させた。以下の実施例では、このコーティングをタイプ１と記す。
【００６２】
「実施例２」
９９．５重量％超の鉄成分を有する２００メッシュの水アトマイズ鉄粉の試料１ｋｇを、基材粉末のための核粒子として使用した。平均粒子サイズは篩い分析により決定して約４５μｍであった。核粒子を、国際公開第２００８／０６９７４９号に従ってリン含有溶液で処理した。簡単に説明すると、コーティング溶液を、２０ｍｌの８５重量％リン酸を１０００ｍｌのアセトンに溶解することにより調製して、１０００グラムの粉末当たり３０ｍｌのアセトン溶液を使用した。リン酸溶液を金属粉末と混合した後、混合物を乾燥させた。以下の実施例では、このコーティングをタイプ１と記す。
【００６３】
「実施例３」
得られた乾燥リン被覆鉄粉末（実施例１）又は非晶質粉末（実施例２）をカオリン及びケイ酸ナトリウムと適当な量でさらに混合して、１２０℃で乾燥させた。以下の実施例では、このコーティングをタイプ２と記す。
【００６４】
「実施例４」
得られた乾燥したリン被覆鉄粉末（実施例１）又はナノ結晶粉末（実施例２）を第２の（金属有機）コーティング層と、国際公開第２００９／１１６９３８号に記載されたようにさらに混合した。すなわち、粉末を、攪拌により異なった量の最初は塩基性アミノアルキル−アルコキシシラン（Ｄｙｎａｓｙｌａｎ（登録商標）Ａｍｅｏ）と、その後でアミノアルキル／アルキル−アルコキシシランのオリゴマー（Ｄｙｎａｓｙｌａｎ（登録商標）１１４６）（両方ともＥｖｏｎｉｋ  Ｉｎｃ．製）と、１：１の比で混合した。この組成物を異なった量の酸化ビスマス（ＩＩＩ）微粉（＞９９重量％、Ｄ５０〜０．３μｍ）とさらに混合した。以下の実施例では、このコーティングをタイプ３と記す。
【００６５】
「実施例５」
実施例１から実施例４で得られた粉末を潤滑剤と、種々の混合比で混合した。混合比を表１に示す。
【００６６】
【表１】
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【００６７】
「実施例６」
実施例５で得られた混合物を、８００ＭＰａ又は１１００ＭＰａで内径４５ｍｍ、外径５５ｍｍ及び高さ５ｍｍのリングに成形した。成形された部材をその後６５０℃、窒素雰囲気下で３０分間、熱処理を施した。
【００６８】
「実施例７」
得られた試料の比抵抗を４点測定により測定した。最大透磁率μｍａｘ、及び保磁力測定の目的で、上記リングに一次回路として１００回巻き、二次回路として１００回巻きで「配線」して、ヒステリシスグラフＢｒｏｃｋｈａｕｓ  ＭＰＧ２００による磁気特性の測定を可能にした。鉄損の目的では、Ｗａｌｋｅｒ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｉｎｃ．のＡＭＨ−４０１  ＰＯＤ装置により、このリングに、一次回路として１００回巻き、二次回路として３０回巻きで「配線」した。
【００６９】
アトマイズされた鉄をナノ結晶粒子と共に使用することによる効果、成形及び熱処理された部材の特性に対するリンコーティング層の影響、及びカオリン及びケイ酸ナトリウム又は金属有機物の鉄粉末の第２のコーティングの影響を示すために、表２に示す試料１〜１６を準備した。表２は、部材の試験結果も示す。
【００７０】
【表２】
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【００７１】
表２から、アトマイズ鉄粒子とナノ結晶粒子との組合せは、上の全ての組合せについて保磁力及び鉄損をかなり減少させることがわかる。
【国際調査報告】
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