(57)【要約】【課題】  膜厚の制御が容易で、均一な厚さでマグネタイトが被覆された鉄粉末を得ることができる方法を提案する。【解決手段】  鉄粉末の表面にマグネタイトを被覆する方法において、鉄ペンタカルボニルを含む反応液中に鉄粉末を入れ、酸化雰囲気中で加熱する工程を有することを特徴とする。または鉄ペンタカルボニルを含む反応液を還元雰囲気中で加熱して、鉄粒子を析出させる工程と、鉄粒子を析出させた前記反応液を酸化雰囲気中で加熱して、析出させた前記鉄粒子にマグネタイトを被覆する工程と、を有することを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄粉末の表面にマグネタイトを被覆する方法において、鉄ペンタカルボニルを含む反応液中に鉄粉末を入れ、酸化雰囲気中で加熱する工程を有することを特徴とするマグネタイト被覆鉄粉末の製造方法。
【請求項２】
鉄粉末の表面にマグネタイトを被覆する方法において、鉄ペンタカルボニルを含む反応液を還元雰囲気中で加熱して、鉄粒子を析出させる工程と、鉄粒子を析出させた前記反応液を酸化雰囲気中で加熱して、析出させた前記鉄粒子にマグネタイトを被覆する工程と、を有することを特徴とするマグネタイト被覆鉄粉末の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄粉末の表面にマグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）を被覆する方法であって、マグネタイトの膜厚の制御が容易である方法を提供するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器を構成する回路の動作周波数が、ＧＨｚレベルに達するような高周波領域になってきている。このため、回路を構成する電子部品にも高周波領域において正常に動作することが要求されてきている。磁性体コアに巻線を施した巻線型インダクタについても高周波領域で正常に動作することが要求されるようになってきた。このような高周波対応の巻線型インダクタに用いられる磁性体コアには、高い飽和磁化、高い透磁率および高い電気抵抗率を有することが必要である。このような電気特性を有する磁性体コアを形成する材料として、表面にマグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）を被覆した鉄粉末が用いられる。
【０００３】
マグネタイトを被覆した鉄粉末は、高い飽和磁化および高い透磁率を有するが電気抵抗率が低い鉄粉末粒子を、高い電気抵抗率を有するマグネタイトで被覆したものである。マグネタイトを被覆した鉄粉末を形成する方法としては、鉄粉末を熱処理して表面を酸化させる方法や、特開２００２−２５６３０４号公報に開示されているように、鉄粉末と酸化物粉末とを振動ミルで混合することによって接合させる方法が提案されている。  
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２５６３０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
高い飽和磁化、高い透磁率および高い電気抵抗率を併せ持つ磁性体コアを得るには、鉄粉末に被覆されたマグネタイトの膜厚を制御する必要がある。すなわちマグネタイトの膜厚が厚ければ電気抵抗率は高くなるが飽和磁化及び透磁率は低下し、マグネタイトの膜厚が薄ければ飽和磁化及び透磁率は高くなるが電気抵抗率が低くなる。そのため、飽和磁化及び透磁率と電気抵抗率とを両立させるようなマグネタイトの膜厚の調整が必要である。  
【０００６】
しかしながら、鉄粉末を熱処理して表面を酸化させる方法では、表面全体に酸化膜が形成されるとそれ以上酸化膜の形成が進まなくなるので、酸化膜の厚さを制御することが困難であった。また、特開２００２−２５６３０４号公報に開示されている方法では、機械的な処理による膜の形成なので、膜厚が不均一になりやすく、マグネタイトの厚さを制御することが困難であった。  
【０００７】
本発明は、このような問題を解決して、膜厚の制御が容易で、均一な厚さでマグネタイトが被覆された鉄粉末を得ることができる方法を提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明では第一の解決手段として、鉄粉末の表面にマグネタイトを被覆する方法において、鉄ペンタカルボニルを含む反応液中に鉄粉末を入れ、酸化雰囲気中で加熱する工程を有するマグネタイト被覆鉄粉末の製造方法を提案する。
【０００９】
鉄ペンタカルボニルを酸化雰囲気中で加熱すると、熱分解によりカルボニル配位子が外れるとともに、中心金属である鉄が酸化雰囲気によって酸化されてマグネタイトとなり、反応液中の鉄粉末の表面に析出する。このようにしてマグネタイトが次々に析出して膜が形成される。このような第一の解決手段によれば、マグネタイトの膜厚を均一に形成することができ、また、その膜厚の制御を容易に行うことができる。
【００１０】
また、本発明では第ニの解決手段として、鉄ペンタカルボニルを含む反応液を還元雰囲気中で加熱して、鉄粒子を析出させる工程と、鉄粒子を析出させた前記反応液を酸化雰囲気中で加熱して、析出させた前記鉄粒子にマグネタイトを被覆する工程と、を有するマグネタイト被覆鉄粉末の製造方法を提案する。
【００１１】
この第二の解決手段は、マグネタイトの膜厚を均一に形成することと膜厚の制御が容易できることについては前出の第一の解決手段と同様であるが、被覆される鉄粉末を鉄ペンタカルボニルの熱分解によって形成する点が異なる。鉄ペンタカルボニルを還元雰囲気中で熱分解させることにより鉄粒子を析出させ、次に析出させた鉄粒子を含む反応液を酸化雰囲気中で加熱することにより、マグネタイトを析出させて先に析出させた鉄粒子の表面に被覆させる。
【００１２】
第ニの解決手段によれば、被覆される鉄粒子が殆ど酸化されない状態でマグネタイトが被覆されるので、鉄粒子の純度が高くなる。よって第ニの解決手段によるマグネタイト被覆鉄粉末は、予め用意した鉄粉末を反応液に入れる場合に比べて高い透磁率及び高い飽和磁化を得ることができる。また、第二の解決手段では、芯となる鉄粉末の形成と、鉄粉末へのマグネタイトの被覆と、を連続的に行うことができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、膜厚の制御が容易で、均一な厚さのマグネタイトが被覆された鉄粉末を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の製造方法に係る第一の実施形態について説明する。図１は本発明に用いられる装置の概念図である。図１に示すように、加熱手段２及び攪拌手段４を備えた密閉容器１を用意する。この密閉容器１には反応液５を入れる溶液槽３が備えられている。
【００１５】
まず、溶液槽３に反応液５を入れる。反応液５は鉄ペンタカルボニルを含む溶液である。鉄ペンタカルボニルは常温で液体なので、そのまま反応液として用いても良いが、反応を緩やかにするために有機溶媒と混合しても良い。用いられる有機溶媒としては、エタノール、２−メトキシエタノール等のアルコール類やベンゼン、デカリンなどがある。鉄ペンタカルボニルと有機溶媒の混合割合は、容積比で１：８０〜１：２００が好ましい。なお、この鉄ペンタカルボニルと有機溶媒の混合割合を調節することによって析出させるマグネタイトの量を調節することができるので、これによってマグネタイト膜の厚さを調整することが可能である。
【００１６】
続いて反応液５中に鉄粉末を入れる。均一な被覆を行うために、攪拌手段４で反応液５を攪拌しながら鉄粉末を投入するのが好ましい。鉄粉末と反応液５の割合は、体積比で１：２０〜１：５０が好ましい。続いて酸化雰囲気を充填させてから密閉容器１を密閉する。なお、大気中で反応させる場合はそのまま密閉する。酸化雰囲気としては、大気でも良いが、反応を緩やかにするために窒素を混合して酸素濃度を下げたガスを用いても良い。また、攪拌手段４としては図１に示すような回転羽根等が挙げられる。
【００１７】
続いて加熱手段２によって密閉容器１の内部の酸化性雰囲気を加熱する。この加熱した酸化性雰囲気により反応液５を加熱して、鉄ペンタカルボニルを熱分解させる。密閉系での鉄ペンタカルボニルの分解温度は１５０℃なので、１５０℃以上の温度になるように加熱する。鉄ペンタカルボニルが分解して析出した鉄分子は、酸化雰囲気によって酸化され、マグネタイトとなる。このマグネタイトが鉄粉末の表面に付着して、マグネタイト膜が形成される。なお、マグネタイト膜の厚さは、加熱温度や反応時間によって調節が可能である。マグネタイト膜が所望の厚さになったら、反応液５をろ過して鉄粉末を取り出し、洗浄、乾燥を行う。このようにしてマグネタイト被覆鉄粉末が得られる。
【００１８】
次に本発明の製造方法に係る第ニの実施形態について説明する。用いる装置は図１に示す概念図のとおりで、第一の実施形態と同様である。異なる点は、被覆される鉄粉末を鉄ペンタカルボニルの熱分解によって形成する点である。
【００１９】
まず、溶液槽３に反応液５を入れる。反応液５は第一の実施形態と同じ鉄ペンタカルボニルを含む溶液で、そのまま反応液として用いても良いし、反応を緩やかにするために有機溶媒と混合しても良い。また、鉄ペンタカルボニルと有機溶媒の混合割合を調節することによって析出させる鉄粉末の量及び粒子径を調節することが可能である。続いて還元雰囲気を充填させてから密閉容器１を密閉する。還元雰囲気としては、水素ガス、窒素−水素混合ガス等が用いられる。
【００２０】
続いて加熱手段２によって密閉容器１の内部の還元雰囲気を加熱する。この加熱した還元雰囲気により反応液５を加熱して、攪拌手段４で反応液５を攪拌しながら鉄ペンタカルボニルを熱分解させる。鉄ペンタカルボニルが分解して析出した鉄分子は、還元雰囲気中にあるので、酸化されずに他の鉄分子と結合して鉄粒子を形成する。こうして得られた鉄粉末は純度が高いものとなる。なお、鉄粉末の粒子径は、加熱温度や反応時間によって調節が可能である。
【００２１】
鉄粉末の粒子径が所望の大きさになったら、密閉容器１を開けて還元雰囲気を酸化性雰囲気に入れ替える。酸化性雰囲気は第一の実施形態の場合と同様である。なお、反応液５は、前の反応によって鉄ペンタカルボニルの濃度が低くなっているので、マグネタイト膜を形成させる分の鉄ペンタカルボニルを、この雰囲気の入れ替えのときに反応液５に追加しても良い。雰囲気の入れ替えが終わったら密閉容器１を密閉する。
【００２２】
続いて加熱手段２によって密閉容器１の内部の酸化性雰囲気を加熱する。この加熱した酸化性雰囲気により反応液５を加熱して、攪拌手段４で反応液５を攪拌しながら鉄ペンタカルボニルを熱分解させる。鉄ペンタカルボニルが分解して析出した鉄分子は、第一の実施形態と同様に、酸化雰囲気によって酸化されてマグネタイトとなる。このマグネタイトが鉄粉末の表面に付着して、マグネタイト膜が形成される。マグネタイト膜が所望の厚さになったら、反応液５をろ過して鉄粉末を取り出し、洗浄、乾燥を行う。
【００２３】
こうして得られたマグネタイト被覆鉄粉末は、鉄粉末の純度が比較的高いので、予め用意した鉄粉末にマグネタイトを被覆して得られたものに比べて高い透磁率及び高い飽和磁化を有している。
【実施例】
【００２４】
（実施例１）
鉄ペンタカルボニル５００ｍｇと、デカリン５ｍｌと、を混合して反応液を作成した。次に攪拌用の回転羽根を備えた内径４．０ｃｍ、深さ１９ｃｍで密閉容器を用意し、この密閉容器の中に溶液槽として内径３．５ｃｍ、高さ８．０ｃｍのガラス製の容器を入れた。この溶液槽に上記の反応液を入れた。次に回転羽根で反応液を攪拌しながら粒子径の平均値が３μｍの鉄粉末を３２０ｍｇ溶液槽に投入した。次いで密閉容器の蓋を閉じて密閉した。
【００２５】
次に密閉容器の周囲に巻きつけたヒータによって加熱し、密閉容器内の温度が３５０℃になるようにした。３５０℃で５時間反応させ、その後室温まで温度が下がったら反応液を取り出した。取り出した反応液をろ紙（Ｎｏ．２）でろ過し、得られた鉄粉末をアセトンで洗浄して、１５０℃で１時間乾燥した。
【００２６】
上記のサンプル（サンプル１）の他に、反応温度を２５０℃にしたもの（サンプル２）、反応温度を３００℃にしたもの（サンプル３）を用意した。これらのサンプルについて、ＳＥＭ（走査電子顕微鏡）及びＸＲＤ（Ｘ線分析装置）によって観察し、マグネタイト膜が形成されていることの確認及び膜の厚さの測定を行った。また、これらのサンプルを所定量アクリル製サンプルケースに充填し、試料振動型磁力計により、飽和磁化を室温で評価した。
【００２７】
マグネタイト膜の厚さは、サンプル１が２２０ｎｍ、サンプル２が８０ｎｍ、サンプル３が１５０ｎｍであった。電気抵抗率は、サンプル１が１０．５２Ωｍ、サンプル２が０．３２Ωｍ、サンプル３が３．５８Ωｍであった。また、飽和磁化は、サンプル１が１７３ｅｍｕ／ｇ、サンプル２が２１６ｅｍｕ／ｇ、サンプル３が２０９ｅｍｕ／ｇであった。このように、本発明では、反応温度を制御することにより膜厚を容易に調節することができ、電気抵抗率及び飽和磁化を調節することができることがわかった。
【００２８】
（実施例２）
鉄ペンタカルボニル５００ｍｇと、デカリン５ｍｌと、を混合して反応液を作成した。次に攪拌用の回転羽根を備えた内径４．０ｃｍ、深さ１９ｃｍで密閉容器を用意し、この密閉容器の中に溶液槽として内径３．５ｃｍ、高さ８．０ｃｍのガラス製の容器を入れた。この溶液槽に上記の反応液を入れた。次いで密閉容器の内部に窒素９７％、水素３％の窒素−水素混合ガスを充填し、蓋を閉じて密閉した。
【００２９】
次に密閉容器の周囲に巻きつけたヒータによって加熱し、密閉容器内の温度が２５０℃になるようにした。回転羽根で反応液を攪拌しながら２５０℃で５時間反応させ、粒子径の平均値が３μｍの鉄粉末を９３ｍｇ形成した。
【００３０】
次に密閉容器の蓋を開けて窒素−水素混合ガスを大気に入れ替えた。次いで溶液槽中の反応液に鉄ペンタカルボニル１５０ｍｇを追加した。次いで密閉容器の蓋を閉じて密閉した。
【００３１】
次に密閉容器の周囲に巻きつけたヒータによって加熱し、密閉容器内の温度が３８０℃になるようにした。３８０℃で５時間反応させ、その後室温まで温度が下がったら反応液を取り出した。取り出した反応液をろ紙（Ｎｏ．２）でろ過し、得られた鉄粉末をアセトンで洗浄して、１５０℃で１時間乾燥した。
【００３２】
上記のサンプル（サンプル４）の他に、鉄ペンタカルボニル１００ｍｇを追加したもの（サンプル５）、鉄ペンタカルボニル２００ｍｇを追加したもの（サンプル６）を用意した。これらのサンプルについて、ＳＥＭ（走査電子顕微鏡）及びＸＲＤ（Ｘ線分析装置）によって観察し、マグネタイト膜が形成されていることの確認及び膜の厚さの測定を行った。また、これらのサンプルを実施例１と同様にして、電気抵抗率、飽和磁化の測定を行った。
【００３３】
マグネタイト膜の厚さは、サンプル４が２００ｎｍ、サンプル５が１２０ｎｍ、サンプル６が２８０ｎｍであった。電気抵抗率は、サンプル４が９．７２Ωｍ、サンプル５が３．０２Ωｍ、サンプル６が１２．５Ωｍであった。また、飽和磁化は、サンプル４が１９０ｅｍｕ／ｇ、サンプル５が２００ｅｍｕ／ｇ、サンプル６が１６２ｅｍｕ／ｇであった。このように、本発明では、鉄ペンタカルボニルの濃度を制御することにより膜厚を容易に調節することができ、電気抵抗率及び飽和磁化を調節することができることがわかった。また、サンプル１とサンプル４とを比較すると、サンプル４のほうが高い飽和磁化を有することがわかった。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、高周波対応の巻線インダクタの磁性体コアに用いられる磁性体材料の製造に用いることができる。また、鉄粉末の防錆処理に用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の製造方法に用いられる装置を示す概念図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  密閉容器
２  加熱手段
３  溶液槽
４  攪拌手段
５  反応液
【図１】
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