アルミニウム酸化物と鉄の複合焼結体、およびその製造方法
【課題】 ＭＨｚ帯域の高周波で損失の低い材料を提供する。
【解決手段】 アルミニウムを主成分とする化合物またはアルミニウムからなる粉末と、酸化鉄粉末とを混合する工程と、得られた混合粉を成形して成形体を得る工程と、酸化鉄を固相還元するために前記成形体を不活性ガス雰囲気中で熱処理する反応熱処理工程と、熱処理された成形体を不活性ガス雰囲気中で焼結する焼結熱処理工程とを有することを特徴とするアルミニウム酸化物と鉄の複合焼結体の製造方法。
【解決手段】 アルミニウムを主成分とする化合物またはアルミニウムからなる粉末と、酸化鉄粉末とを混合する工程と、得られた混合粉を成形して成形体を得る工程と、酸化鉄を固相還元するために前記成形体を不活性ガス雰囲気中で熱処理する反応熱処理工程と、熱処理された成形体を不活性ガス雰囲気中で焼結する焼結熱処理工程とを有することを特徴とするアルミニウム酸化物と鉄の複合焼結体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム酸化物と鉄の複合焼結体、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属の軟磁性材料としてＦｅ系合金やアモルファス合金が用いられており、インダクタ素子やトランス等の磁心材料、ノイズ対策シートの磁性コアなどに適用されている。近年の電子部品においては小型で高周波でも低損失で駆動することが要求されており、動作電流は大電流化する傾向にある。これらの要求に応えるためには従来のフェライトに比べて飽和磁化が大きく直流重畳特性に優れた金属軟磁性材料を用いることが望まれている。しかし金属材料は電気抵抗が低いために渦電流が流れやすく、数百ｋＨｚの高周波磁界の下では損失が大きくなってしまい（実部の透磁率が低下してしまい）軟磁性材料として用いることが困難であった。これを解決するべく、たとえばＦｅ系合金の粉末間を樹脂によって絶縁した状態で成形することで、５０ｋＨｚの高周波でもコアロスの低い圧粉磁心が開発されている（特許文献１）。特許文献１は、３０ＭＨｚの高周波のＱは記述しているが、ＭＨｚの高周波の損失を具体的に開示してはいない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２７４３００号公報（表１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
金属粉末の粒径を小さくしていくと絶縁性が向上するため高周波でも渦電流損失を抑制することができる。しかし金属粉末は微粒径化すると酸化劣化しやすくなり取り扱いが困難となるだけでなく、酸化皮膜の体積比が増大して保磁力の増大が無視できなくなる。その結果、ヒステリシス損失が渦電流損失の抑制分以上に増大してしまう。したがって、金属軟磁性材料はフェライト材料に比べて高い飽和磁化を有するものの、耐食性や絶縁性に課題があり、ＭＨｚ帯域の高周波での使用が困難であった。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、ＭＨｚ帯域の高周波で損失の低い材料を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のアルミニウム酸化物と鉄複合の焼結体は、アルミニウム酸化物相と粒状の鉄相を有し、前記アルミニウム酸化物中に粒状の鉄相が分散していることを特徴とする。アルミニウム酸化物は高い絶縁性（〜１０１４Ω・ｍ）を有するため、高い絶縁性と高い飽和磁化を備えたアルミニウム酸化物と鉄の複合焼結体を提供することができる。
【０００７】
前記アルミニウム酸化物と鉄の複合焼結体の飽和磁化は６０Ａｍ２／ｋｇ以上、２×１０２Ａｍ２／ｋｇ以下であることが好ましい。より好ましくは飽和磁化を６０Ａｍ２／ｋｇ以上、２０５Ａｍ２／ｋｇ以下とする。飽和磁化が６０Ａｍ２／ｋｇ未満であるとフェライトと同等の磁化となり優位性が無くなる。さらに鉄の含有率が低くなり実用的でない。飽和磁化が２×１０２Ａｍ２／ｋｇを超えるとアルミニウム酸化物の含有率が少なくなり、鉄を十分被覆することができず耐食性が低下してしまう。さらに絶縁性が低下してしまう。より好ましくは９０Ａｍ２／ｋｇ以上、１９０Ａｍ２／ｋｇ以下である。この範囲であれば十分な鉄含有量を有し、優れた耐食性および高い絶縁性を兼ね備える。
【０００８】
また、前記アルミニウム酸化物と鉄の複合焼結体において、前記粒状の鉄相の平均粒径は０．００５μｍ以上、１μｍ未満であることが好ましい。０．００５μｍ未満であるとＦｅの結晶化が十分ではなく、あるいはｂｃｃ構造のＦｅが生成しにくく十分な磁化が発現されない。一方、粒状の鉄相の粒径が１μｍ以上であると粒内に渦電流が流れやすくなり鉄損が大きくなるので好ましくない。さらに粒径の粗大化は鉄相同士の間隔を広げ、複合焼結体に分散する鉄相の密度を減少させる。これは粒状の鉄相同士の磁気的な結合を弱め、透磁率の低下につながるので好ましくない。前記粒状の鉄相の平均粒径はより好ましくは０．０１μｍ以上、０．５μｍ未満である。この範囲であればフェライトよりも高い飽和磁化を有し且つ高い絶縁性を備えることができる。さらに複合焼結体中の粒状の鉄相の密度が高く磁気的に結合した状態となり、実用的な透磁率が得られる。
【０００９】
前記アルミニウム酸化物と鉄の複合焼結体は高い絶縁性を有するため、高周波における損失が小さい。すなわち１００ＭＨｚの交流磁界中で測定した複素透磁率において実部透磁率と虚部透磁率の比率で表される損失係数ｔａｎδが０．３５以下であることを特徴とする。この範囲であれば損失が小さく実用的である。
ｔａｎδ＝虚部透磁率／実部透磁率
【００１０】
また前記アルミニウム酸化物と鉄の複合焼結体は高い飽和磁化を有するため、直流重畳特性に優れる。すなわち前記アルミニウム酸化物と鉄の複合焼結体に巻き線を施し、重畳電流を０Ａから２０Ａまで変えて流した際に、２０Ａにおけるインダクタンスは、０Ａにおけるインダクタンスに対して、８０％超、１００％以下の値であることを特徴とする。
【００１１】
前記アルミニウム酸化物と鉄の複合焼結体の製造方法において、その原料粉末はアルミニウムを主成分とする化合物またはアルミニウムから成る粉末と酸化鉄粉末とを用いる。そしてアルミニウム酸化物と鉄の複合焼結体を製造する工程は、これら混合物を成形する成形工程と、混合物において酸化鉄をアルミニウムで還元させる反応熱処理工程と、成形体の焼結を行う焼結熱処理工程の３工程を備える。前記原料粉末の混合粉を成形してから反応熱処理後に焼結熱処理を行っても良いし、反応と焼結を同時に行っても良い。また混合粉を反応熱処理して得た粉末を成形した後に焼結熱処理を行っても良い。
【００１２】
酸化鉄を還元するための反応熱処理温度は８００℃以上、１４００℃未満が好ましい。８００℃未満であると還元反応が十分に進行しない。また１４００℃以上で熱処理すると還元された鉄が焼結してしまい、粒状の鉄相の粒径が粗大化してしまう。より好ましくは８５０℃以上、１２００℃以下である。この範囲であれば粒径を粗大化させることなく十分な還元反応を実施することができる。
【００１３】
また焼結熱処理における熱処理温度は８００℃以上、１４００℃未満が好ましい。８００℃未満であると焼結が不十分となる。一方、１４００℃以上で熱処理すると還元された粒状の鉄相が焼結粒成長してしまい粒径が粗大化してしまうので好ましくない。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ＭＨｚ帯域の高周波で損失の低い材料およびその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施例１の粉砕粉のＸ線回折パターンを示すグラフである。
【図２】実施例１の複合焼結体の走査型電子顕微鏡写真である。
【図３】図２の写真に分析点とスケールを表示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明は、アルミニウム酸化物と鉄粒子を有し、アルミニウム酸化物相中に鉄相が分散していることを特徴とするアルミニウム酸化物と鉄の複合焼結体である。アルミニウム酸化物相中に前記鉄相が分散している形態は、アルミニウム酸化物が粒状の鉄相を包含している状態であり、鉄粒子の周囲に球形等のアルミニウム粒子が配置されている形態とは異なる。ここでいうアルミニウム酸化物と鉄の複合焼結体は、微粒子としての形態とは異なり、アルミニウム酸化物と鉄を有するバルク状の構造体である。したがって、アルミニウム酸化物（Ａｌ２Ｏ３）の焼結体と同様の用途に用いることができる。また、鉄を含有させることによって、かかる構造体に、磁界を利用した吸着能や、高周波磁界を利用した加熱能を付与することができる。
【００１７】
アルミニウム酸化物に分散している粒状の鉄相の平均粒径は０．００５μｍ以上、１μｍ未満が好ましい。そして鉄相はｂｃｃ構造のα相であることが好ましい。これは磁性を十分に発現するためである。粒状の鉄相の粒径が０．００５μｍ未満であるとｂｃｃ構造のα相が安定して得られない。また１μｍ以上に粗大化すると粒状の鉄相内部に渦電流が発生し、渦電流損失が現れるので好ましくない。ｂｃｃ構造の鉄相が磁気的に結合しながら均一に分散した複合焼結体を得るためには、粒状の鉄相の平均粒径は０．０１μｍ以上、０．１μｍ未満がより好ましい。
【００１８】
アルミニウム酸化物と鉄の複合焼結体における鉄含有率は２８ｍａｓｓ％以上、９４ｍａｓｓ％以下が好ましい。粒状の鉄相の粒径が上記範囲のもとで、鉄相間の磁気的結合を維持するためには鉄相の間隔が交換結合長に相当する３０ｎｍ以下であることが好ましい。鉄相の間隔を３０ｎｍ以下に保つことで分散している粒状の鉄相は磁気的に孤立することなく、焼結体として高い透磁率を得ることができる。このような複合組織を実現するための鉄含有率は２８ｍａｓｓ％以上、９４ｍａｓｓ％以下である。したがって飽和磁化の好適範囲は６０Ａ・ｍ２／ｋｇ以上、２×１０２Ａ・ｍ２／ｋｇ以下となる。飽和磁化が２×１０２Ａ・ｍ２／ｋｇを超えるとアルミニウム酸化物相による粒状の鉄相の被覆が不十分となり耐食性が低下してしまう。
【００１９】
本発明のアルミニウム酸化物と鉄の複合焼結体は、絶縁体であるアルミナ酸化物（抵抗率：１０６Ω・ｍ）をマトリックスとしているため、高い電気抵抗が得られる。抵抗率ρは金属系の圧粉磁心材料と同等である０．０１Ω・ｍ以上、より好ましくは０．１Ω・ｍ以上、さらに好ましくはＮｉＺｎフェライトと同等の１×１０６Ω・ｍ以上であることが好ましい。抵抗率ρが高いことにより高周波磁界の下で発生する渦電流が抑制され、鉄損を抑制することができる。
【００２０】
交流磁界の下で測定される複素透磁率から求められる損失係数ｔａｎδ（＝虚部透磁率／実部透磁率）は高周波でより小さいことが好ましい。周波数１００ＭＨｚにおけるｔａｎδは０．３５以下が好ましい。この範囲であれはＭＨｚ帯域で適用可能である。前記複素透磁率はインピーダンスアナライザーなどで測定することができる。
【００２１】
また当該アルミニウム酸化物と鉄の複合焼結体をインダクタ素子として適用する場合はコイルに流す電流が大電流であってもその性能が安定していることが望まれる。例えば当該焼結体に巻きつけたコイルに流す重畳電流が２０Ａである時のインダクタンスは重畳電流０Ａの時のインダクタンスに比べて減少率が２０％未満であることが好適である。
【００２２】
本発明に係るアルミニウム酸化物と鉄の複合焼結体は、アルミニウムを主成分とする化合物またはアルミニウムから成る粉末と酸化鉄粉末との混合物を成形して成形体を得る成形工程と、前記成形体を非酸化性不活性ガス雰囲気中で熱処理する熱処理工程とを有する製造工程によって得られる。熱処理工程においては酸化鉄粉をアルミニウムで固相還元する反応熱処理工程と、反応後の粉末を焼結する焼結熱処理工程を含んでいる。また前記素原料であるアルミニウムを主成分とする化合物またはアルミニウムから成る粉末と酸化鉄粉末とを予め反応熱処理工程にて反応させた粉末を成形し、焼結することもできる。この場合は成形工程の前に反応後の粉末から磁性粉末だけを磁気分離操作によって精製しておくことも可能である。また成形の際に高分子のバインダーや焼結助剤を添加することも可能である。特にバインダーを添加した場合は、バインダーの融点を考慮して脱脂熱処理工程を追加しても構わない。
【００２３】
アルミニウムを主成分とする化合物またはアルミニウムから成る粉末と酸化鉄粉末との混合には、乳鉢、Ｖ型ミキサー、ライカイ機、ボールミルなどの混合装置を用いればよい。アルミニウムを主成分とする化合物またはアルミニウムから成る粉末と酸化鉄粉末との配合比率は、酸化鉄を十分還元することができるアルミニウムが含まれていればよい。例えばＡｌとＦｅ２Ｏ３の場合は質量比で３０ｍａｓｓ％と７０ｍａｓｓ％とすればよい。アルミニウムを主成分とする化合物またはアルミニウムから成る粉末は、アルミニウム粉末や炭化アルミニウム、窒化アルミニウムなどの化合物粉末が用いられるがこの限りではなく、酸化鉄を還元するに足るアルミニウム化合物であれば当該用途に適する。アルミナなどの酸化アルミニウム粉末は当該用途には適さない。
【００２４】
上記アルミニウムを主成分とする化合物またはアルミニウムから成る粉末の粒径は０．００１〜１００μｍが好ましい。混合を均一に行う観点から、より好ましくは０．００１〜１０μｍである。酸化鉄粉末はＦｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４、ＦｅＯなどから選択されるが、原料費が安価であるという点でＦｅ２Ｏ３が好適である。上記酸化鉄粉末の粒径は０．０１〜１μｍが好ましい。粒径０．０１μｍ未満の酸化鉄粉末は凝集が激しく取り扱いが困難である上、原料コストが上昇してしまう。粒径が１μｍを越える酸化鉄粉末は比表面積が小さくなるため、反応熱処理時に還元が不十分となる場合がある。
【００２５】
熱処理は非酸化性不活性ガス雰囲気中で行う。非酸化性不活性ガス雰囲気は、窒素、アルゴン、ヘリウム、ネオン、キセノンまたはこれらの混合ガスでもよいが、コストの観点からは窒素、アルゴンまたはこれらの混合ガス雰囲気が好ましい。窒素ガス雰囲気がさらに好ましい。
【００２６】
反応熱処理温度は８００℃以上、１４００℃未満が好ましい。８００℃未満であると還元反応の進行が不十分である。また１４００℃以上の高温では還元された粒状の鉄相の焼結粒成長が懸念される。また焼結熱処理温度は５００℃以上、１４００℃未満が好ましい。より好ましくは８００℃以上、１４００℃未満が好ましい。本発明のアルミニウム酸化物と鉄の複合焼結体では、原料混合物を反応前に成形する。あるいは反応熱処理後の粉末を成形する。成形は金型を用いてプレス機にて所定の寸法形状に成形してもよいし、バインダーと混合してシート成形してもよい。
【００２７】
上記本発明のアルミニウム酸化物と鉄の複合焼結体の製造方法は、アルミニウム酸化物以外の酸化物と鉄との複合部材の製造方法にも適用できる。例えば上記還元反応も含め、元素Ｍ２を含む粉末において、酸化物の標準生成自由エネルギーがΔＧＭ１−Ｏ＞ΔＧＭ２−Ｏの関係を満足するものであればＭ１酸化物を還元することができる。ここでΔＧＭｉ−ＯとはＭｉ酸化物の標準生成エネルギーの値を表している（ｉは１または２）。
【００２８】
例えば、Ｍ１酸化物としてＦｅ２Ｏ３を考えた場合、ΔＧＦｅ２Ｏ３＝−７４０ｋＪ／ｍｏｌよりも小さいΔＧＭ２−Ｏを有するものは、Ａｌ２Ｏ３、ＣｅＯ２、Ｃｅ２Ｏ３、Ｃｏ３Ｏ４、Ｃｒ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３、ＨｆＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、Ｍｎ２Ｏ３、Ｍｎ３Ｏ４、Ｎｂ２Ｏ５、ＴｉＯ２、Ｔｉ２Ｏ３、Ｔｉ３Ｏ５、Ｖ２Ｏ３、Ｖ２Ｏ５、Ｖ３Ｏ５、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｓｃ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、希土類元素の酸化物各種、などが挙げられる。すなわち元素Ｍ２はＡｌ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｇａ、Ｈｆ、Ｉｎ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｓｃ、Ｙ、Ｔａ、各希土類元素、の中から選択されるのが好ましく、Ｍ２を含む粉末であればＦｅ２Ｏ３を還元することができる。また、Ｍ２を含む粉末は、異種または同種のＭ２を含む２種類以上の粉末を使用してもよい。特にＡｌ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖについては、Ａｌ２Ｏ３、Ｍｎ３Ｏ４、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔｉ２Ｏ３、Ｔｉ３Ｏ５、Ｖ２Ｏ５、Ｖ３Ｏ５のΔＧＦｅ２Ｏ３が小さく、酸化鉄を還元しやすいのでＭ２元素として好ましい。これらの元素を含む粉末と酸化鉄粉末の混合物を本発明と同様に処理することによって、これらの元素の酸化物と鉄の複合焼結体を得ることができる。
【００２９】
以下、本願発明について実施例を用いて具体的に説明するが、本願発明がかかる実施例に必ずしも限定されるものではない。
【実施例】
【００３０】
（実施例１）
平均粒径６０ｎｍのα−Ｆｅ２Ｏ３粉（堺化学工業株式会社製：ＦＲＯ−６）と平均粒径３μｍのＡｌ粉（添川理化学製）を質量比で７：３となるように秤量し、ボールミル混合機で１０００分間混合した。得られた混合粉を大気中、室温にて２４時間乾燥後、乳鉢でバインダーを添加して混練し、５００メッシュの篩で造粒した。造粒粉を２００ＭＰａの圧力で成形し、内径３ｍｍ、外径７ｍｍのリング形状の成形体、および直方体形状の成形体を得た。成形体をアルミナ製の板上に載せ、窒素ガス中にて１２００℃で２時間の熱処理を行ない、バルク状の複合焼結体を得た。
【００３１】
得られた複合焼結体を粉砕した粉砕粉について測定した、粉末Ｘ線回折パターンを図１に示す。図１から粉砕粉中の生成物はα−Ｆｅ、Ａｌ２Ｏ３（コランダム）、少量のＡｌＮおよびＦｅＡｌ２Ｏ４に同定された。ＡｌＮは成形体表面が熱処理中に雰囲気ガスであるＮ２と反応し、生成したものと考えられる。なお、Ｘ線回折パターンにおいて、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）のピークは確認されなかった。
【００３２】
上記複合焼結体の断面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像を図２に示す。図２の（ａ）は低倍率の観察像、（ｂ）は高倍率の観察像である。Ｆｅ及びＡｌ２Ｏ３の同定はＥＤＸ分析により実施した。図３は、図２に分析点とスケールを記入した図である。図３中、白く見える分析点１および分析点２ではＦｅが検出されるとともに、酸素Ｏは０．０ａｔ％と検出されなかった。図３中でグレーに見える分析点３〜５ではＡｌとＯが主として検出されており、これらの領域はＡｌ２Ｏ３相であることが確認できた。図２、３から１μｍ未満の微細な粒状のＦｅ相がＡｌ２Ｏ３中に分散していることがわかる。また、最大径が１０μｍを超える、細長い粒形状のＦｅ相も形成されている。この結果から、ＳＥＭ観察した試料中にはＦｅおよびＡｌ２Ｏ３が形成しており、粒状のＦｅがＡｌ２Ｏ３マトリックス中に分散していることが確認できた。以上、粉末Ｘ線回折測定及びＳＥＭ解析により、熱処理後の上記試料はアルミニウム酸化物（Ａｌ２Ｏ３）中に粒状のＦｅ相が結晶粒として分散した構造を有する複合焼結体であることが確認された。
【００３３】
更に、上記複合焼結体を粉砕した粉砕粉の磁気特性をＶＳＭ（振動型磁力計）により測定した。最大印加磁界を１．６ＭＡ／ｍとして測定した結果、飽和磁化Ｍｓは９７Ａ・ｍ２／ｋｇ、保磁力Ｈｃは３．７ｋＡ／ｍであった。飽和磁化の値はバルクＦｅの飽和磁化値（＝２１８Ａ・ｍ２／ｋｇ）の４４．５％に相当するため、本実施例の複合部材のＦｅ含有率は質量比で４４．５％である。なお、複合焼結体の密度をアルキメデス法で測定した結果、３．８×１０３ｋｇ／ｍ３であった。更に、複合焼結体の電気的な抵抗率を測定した。測定用試料として、外径１３ｍｍ、高さ５ｍｍの円柱状の複合焼結体を作製し、その上面と下面を研磨した。抵抗率の測定には抵抗率計（ＭＩＴＳＵＢＩＳＨＩ ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ製：Ｈｉｒｅｓｔａ−ＵＰ ＭＣＰ−ＨＴ４５０）を使用し、印加電圧１０Ｖ、印加時間３０秒で測定した。その結果、抵抗率は９．３８×１０４Ω・ｍであり、高抵抗の複合焼結体が得られていることがわかる。
【００３４】
（実施例２）
出発原料として、前記ＦＲＯ−６の代りに平均粒径５０ｎｍのα−Ｆｅ２Ｏ３粉（ケミライト工業製：ＣＭ−１０００）を用いた以外は実施例１と同様にして、リング形状のアルミニウム酸化物と鉄の複合焼結体を得た。このリング形状の複合焼結体について複素透磁率をインピーダンスアナライザー（アジレント製：４２９１Ｂ）を用いて測定し、１００ＭＨｚにおけるｔａｎδを求めた。得られた結果を表１に示す。また、リング形状の複合焼結体に銅線を１５ターン巻き、高周波用インダクタとして、ＬＣＲメータ（アジレント製：４２８４Ａ）で直流重畳特性を測定するべく、重畳電流を０〜２０Ａの範囲で変化させて、周波数１ＭＨｚにてインダクタンス（Ｌ）を測定した。重畳電流２０Ａの時のインダクタンスＬ２０Ａと重畳電流０Ａの時のインダクタンスＬ０Ａの差をＬ０Ａで規格化したΔＬ（％）を表１にまとめた。
ΔＬ＝１００×（Ｌ２０Ａ−Ｌ０Ａ）／Ｌ０Ａ
【００３５】
（実施例３）
実施例２と同様にしてリング形状の複合焼結体をもう１つ作製し、得られた高周波用インダクタについて、ｔａｎδを測定すると０．３１であった。
（実施例４）
熱処理温度を１０００℃とした以外は実施例２と同様にしてリング形状の複合焼結体を作製し、得られた高周波用インダクタについて、ｔａｎδ、ΔＬを求めた。結果を表１にまとめた。
【００３６】
（実施例５）
熱処理温度を９００℃とした以外は実施例２と同様にしてリング形状の複合焼結体を作製し、得られた高周波用インダクタについて、ｔａｎδ、ΔＬを求めた。結果を表１にまとめた。
【００３７】
（実施例６）
出発原料として、平均粒径５０ｎｍのα−Ｆｅ２Ｏ３粉（ケミライト工業製：ＣＭ−１０００）と平均粒径２０ｎｍのＡｌＮ粉（（株）ＡＴＲ製）を質量比で５：５となるように秤量した以外は実施例２と同様にして、造粒粉を作製し、成形体を作製し、複合焼結体を得た。この複合焼結体の磁気特性を実施例１と同様に測定したところ、飽和磁化Ｍｓは８０Ａ・ｍ２／ｋｇであった。得られた高周波用インダクタについて、ｔａｎδを実施例２と同様にして評価したところ、０．０１であった。
【００３８】
【表１】
【００３９】
（実施例７）
実施例１と同様にしてリング形状の成形体を作製した。得られた成形体をアルミナ製の板上に載せ、不活性な窒素ガス中で熱処理を開始した。１０００℃で２時間保持する反応熱処理によって、Ｆｅ２Ｏ３を固相還元してＦｅ粒子を生成させ、同時にアルミニウムを酸化してアルミニウム酸化物を生成させる反応と隣り合うアルミニウム酸化物同士を焼結させてアルミニウム酸化物を一体のバルク状と為す焼結熱処理を行い、アルミニウム酸化物相中に粒状のＦｅ相が分散した複合焼結体を得た。
【００４０】
（実施例８）
Ｆｅ２Ｏ３粉末をアルミニウム粉末により固相還元して粒状のＦｅ相が分散したアルミニウム酸化物粉末を得るべく、実施例１と同様の混合粉を不活性な窒素ガス中で１０００℃で反応熱処理し、熱処理粉を作製した。得られた熱処理粉を実施例１と同様に造粒して成形し、リング形状の成形体を作製した。ついで、成形体中のアルミニウム酸化物同士が焼結するよう、得られた成形体を窒素ガス中で１０００℃で焼結熱処理することにより、アルミニウム酸化物相中に粒状のＦｅ相が分散した複合焼結体を得た。
【００４１】
（実施例９）
実施例６と同様にしてリング形状の成形体を作製した。得られた成形体をアルミナ製の板上に載せ、不活性な窒素ガス中で反応熱処理を開始した。１０００℃で２時間保持する熱処理によって、Ｆｅ２Ｏ３を固相還元してＦｅ粒子を生成させ、同時にアルミニウムを酸化してアルミニウム酸化物を生成させる反応と隣り合うアルミニウム酸化物同士を焼結させてアルミニウム酸化物を一体のバルク状と為す焼結熱処理を行い、アルミニウム酸化物相中に粒状のＦｅ相が分散した複合焼結体を得た。
【００４２】
（実施例１０）
Ｆｅ２Ｏ３を固相還元してアルミニウム酸化物に被覆されたＦｅ粒子を形成するよう、実施例６と同様の混合粉を不活性な窒素ガス中で反応熱処理し、熱処理粉を作製した。得られた熱処理粉を実施例１と同様に造粒して成形し、リング形状の成形体を作製した。ついで、成形体中のアルミニウム酸化物同士が焼結するよう、得られた成形体を窒素ガス中で１０００℃で焼結熱処理することにより、アルミニウム酸化物相中に粒状のＦｅ相が分散した複合焼結体を得た。
【符号の説明】
【００４３】
１〜５：分析点
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム酸化物と鉄の複合焼結体、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属の軟磁性材料としてＦｅ系合金やアモルファス合金が用いられており、インダクタ素子やトランス等の磁心材料、ノイズ対策シートの磁性コアなどに適用されている。近年の電子部品においては小型で高周波でも低損失で駆動することが要求されており、動作電流は大電流化する傾向にある。これらの要求に応えるためには従来のフェライトに比べて飽和磁化が大きく直流重畳特性に優れた金属軟磁性材料を用いることが望まれている。しかし金属材料は電気抵抗が低いために渦電流が流れやすく、数百ｋＨｚの高周波磁界の下では損失が大きくなってしまい（実部の透磁率が低下してしまい）軟磁性材料として用いることが困難であった。これを解決するべく、たとえばＦｅ系合金の粉末間を樹脂によって絶縁した状態で成形することで、５０ｋＨｚの高周波でもコアロスの低い圧粉磁心が開発されている（特許文献１）。特許文献１は、３０ＭＨｚの高周波のＱは記述しているが、ＭＨｚの高周波の損失を具体的に開示してはいない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２７４３００号公報（表１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
金属粉末の粒径を小さくしていくと絶縁性が向上するため高周波でも渦電流損失を抑制することができる。しかし金属粉末は微粒径化すると酸化劣化しやすくなり取り扱いが困難となるだけでなく、酸化皮膜の体積比が増大して保磁力の増大が無視できなくなる。その結果、ヒステリシス損失が渦電流損失の抑制分以上に増大してしまう。したがって、金属軟磁性材料はフェライト材料に比べて高い飽和磁化を有するものの、耐食性や絶縁性に課題があり、ＭＨｚ帯域の高周波での使用が困難であった。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、ＭＨｚ帯域の高周波で損失の低い材料を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のアルミニウム酸化物と鉄複合の焼結体は、アルミニウム酸化物相と粒状の鉄相を有し、前記アルミニウム酸化物中に粒状の鉄相が分散していることを特徴とする。アルミニウム酸化物は高い絶縁性（〜１０１４Ω・ｍ）を有するため、高い絶縁性と高い飽和磁化を備えたアルミニウム酸化物と鉄の複合焼結体を提供することができる。
【０００７】
前記アルミニウム酸化物と鉄の複合焼結体の飽和磁化は６０Ａｍ２／ｋｇ以上、２×１０２Ａｍ２／ｋｇ以下であることが好ましい。より好ましくは飽和磁化を６０Ａｍ２／ｋｇ以上、２０５Ａｍ２／ｋｇ以下とする。飽和磁化が６０Ａｍ２／ｋｇ未満であるとフェライトと同等の磁化となり優位性が無くなる。さらに鉄の含有率が低くなり実用的でない。飽和磁化が２×１０２Ａｍ２／ｋｇを超えるとアルミニウム酸化物の含有率が少なくなり、鉄を十分被覆することができず耐食性が低下してしまう。さらに絶縁性が低下してしまう。より好ましくは９０Ａｍ２／ｋｇ以上、１９０Ａｍ２／ｋｇ以下である。この範囲であれば十分な鉄含有量を有し、優れた耐食性および高い絶縁性を兼ね備える。
【０００８】
また、前記アルミニウム酸化物と鉄の複合焼結体において、前記粒状の鉄相の平均粒径は０．００５μｍ以上、１μｍ未満であることが好ましい。０．００５μｍ未満であるとＦｅの結晶化が十分ではなく、あるいはｂｃｃ構造のＦｅが生成しにくく十分な磁化が発現されない。一方、粒状の鉄相の粒径が１μｍ以上であると粒内に渦電流が流れやすくなり鉄損が大きくなるので好ましくない。さらに粒径の粗大化は鉄相同士の間隔を広げ、複合焼結体に分散する鉄相の密度を減少させる。これは粒状の鉄相同士の磁気的な結合を弱め、透磁率の低下につながるので好ましくない。前記粒状の鉄相の平均粒径はより好ましくは０．０１μｍ以上、０．５μｍ未満である。この範囲であればフェライトよりも高い飽和磁化を有し且つ高い絶縁性を備えることができる。さらに複合焼結体中の粒状の鉄相の密度が高く磁気的に結合した状態となり、実用的な透磁率が得られる。
【０００９】
前記アルミニウム酸化物と鉄の複合焼結体は高い絶縁性を有するため、高周波における損失が小さい。すなわち１００ＭＨｚの交流磁界中で測定した複素透磁率において実部透磁率と虚部透磁率の比率で表される損失係数ｔａｎδが０．３５以下であることを特徴とする。この範囲であれば損失が小さく実用的である。
ｔａｎδ＝虚部透磁率／実部透磁率
【００１０】
また前記アルミニウム酸化物と鉄の複合焼結体は高い飽和磁化を有するため、直流重畳特性に優れる。すなわち前記アルミニウム酸化物と鉄の複合焼結体に巻き線を施し、重畳電流を０Ａから２０Ａまで変えて流した際に、２０Ａにおけるインダクタンスは、０Ａにおけるインダクタンスに対して、８０％超、１００％以下の値であることを特徴とする。
【００１１】
前記アルミニウム酸化物と鉄の複合焼結体の製造方法において、その原料粉末はアルミニウムを主成分とする化合物またはアルミニウムから成る粉末と酸化鉄粉末とを用いる。そしてアルミニウム酸化物と鉄の複合焼結体を製造する工程は、これら混合物を成形する成形工程と、混合物において酸化鉄をアルミニウムで還元させる反応熱処理工程と、成形体の焼結を行う焼結熱処理工程の３工程を備える。前記原料粉末の混合粉を成形してから反応熱処理後に焼結熱処理を行っても良いし、反応と焼結を同時に行っても良い。また混合粉を反応熱処理して得た粉末を成形した後に焼結熱処理を行っても良い。
【００１２】
酸化鉄を還元するための反応熱処理温度は８００℃以上、１４００℃未満が好ましい。８００℃未満であると還元反応が十分に進行しない。また１４００℃以上で熱処理すると還元された鉄が焼結してしまい、粒状の鉄相の粒径が粗大化してしまう。より好ましくは８５０℃以上、１２００℃以下である。この範囲であれば粒径を粗大化させることなく十分な還元反応を実施することができる。
【００１３】
また焼結熱処理における熱処理温度は８００℃以上、１４００℃未満が好ましい。８００℃未満であると焼結が不十分となる。一方、１４００℃以上で熱処理すると還元された粒状の鉄相が焼結粒成長してしまい粒径が粗大化してしまうので好ましくない。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ＭＨｚ帯域の高周波で損失の低い材料およびその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施例１の粉砕粉のＸ線回折パターンを示すグラフである。
【図２】実施例１の複合焼結体の走査型電子顕微鏡写真である。
【図３】図２の写真に分析点とスケールを表示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明は、アルミニウム酸化物と鉄粒子を有し、アルミニウム酸化物相中に鉄相が分散していることを特徴とするアルミニウム酸化物と鉄の複合焼結体である。アルミニウム酸化物相中に前記鉄相が分散している形態は、アルミニウム酸化物が粒状の鉄相を包含している状態であり、鉄粒子の周囲に球形等のアルミニウム粒子が配置されている形態とは異なる。ここでいうアルミニウム酸化物と鉄の複合焼結体は、微粒子としての形態とは異なり、アルミニウム酸化物と鉄を有するバルク状の構造体である。したがって、アルミニウム酸化物（Ａｌ２Ｏ３）の焼結体と同様の用途に用いることができる。また、鉄を含有させることによって、かかる構造体に、磁界を利用した吸着能や、高周波磁界を利用した加熱能を付与することができる。
【００１７】
アルミニウム酸化物に分散している粒状の鉄相の平均粒径は０．００５μｍ以上、１μｍ未満が好ましい。そして鉄相はｂｃｃ構造のα相であることが好ましい。これは磁性を十分に発現するためである。粒状の鉄相の粒径が０．００５μｍ未満であるとｂｃｃ構造のα相が安定して得られない。また１μｍ以上に粗大化すると粒状の鉄相内部に渦電流が発生し、渦電流損失が現れるので好ましくない。ｂｃｃ構造の鉄相が磁気的に結合しながら均一に分散した複合焼結体を得るためには、粒状の鉄相の平均粒径は０．０１μｍ以上、０．１μｍ未満がより好ましい。
【００１８】
アルミニウム酸化物と鉄の複合焼結体における鉄含有率は２８ｍａｓｓ％以上、９４ｍａｓｓ％以下が好ましい。粒状の鉄相の粒径が上記範囲のもとで、鉄相間の磁気的結合を維持するためには鉄相の間隔が交換結合長に相当する３０ｎｍ以下であることが好ましい。鉄相の間隔を３０ｎｍ以下に保つことで分散している粒状の鉄相は磁気的に孤立することなく、焼結体として高い透磁率を得ることができる。このような複合組織を実現するための鉄含有率は２８ｍａｓｓ％以上、９４ｍａｓｓ％以下である。したがって飽和磁化の好適範囲は６０Ａ・ｍ２／ｋｇ以上、２×１０２Ａ・ｍ２／ｋｇ以下となる。飽和磁化が２×１０２Ａ・ｍ２／ｋｇを超えるとアルミニウム酸化物相による粒状の鉄相の被覆が不十分となり耐食性が低下してしまう。
【００１９】
本発明のアルミニウム酸化物と鉄の複合焼結体は、絶縁体であるアルミナ酸化物（抵抗率：１０６Ω・ｍ）をマトリックスとしているため、高い電気抵抗が得られる。抵抗率ρは金属系の圧粉磁心材料と同等である０．０１Ω・ｍ以上、より好ましくは０．１Ω・ｍ以上、さらに好ましくはＮｉＺｎフェライトと同等の１×１０６Ω・ｍ以上であることが好ましい。抵抗率ρが高いことにより高周波磁界の下で発生する渦電流が抑制され、鉄損を抑制することができる。
【００２０】
交流磁界の下で測定される複素透磁率から求められる損失係数ｔａｎδ（＝虚部透磁率／実部透磁率）は高周波でより小さいことが好ましい。周波数１００ＭＨｚにおけるｔａｎδは０．３５以下が好ましい。この範囲であれはＭＨｚ帯域で適用可能である。前記複素透磁率はインピーダンスアナライザーなどで測定することができる。
【００２１】
また当該アルミニウム酸化物と鉄の複合焼結体をインダクタ素子として適用する場合はコイルに流す電流が大電流であってもその性能が安定していることが望まれる。例えば当該焼結体に巻きつけたコイルに流す重畳電流が２０Ａである時のインダクタンスは重畳電流０Ａの時のインダクタンスに比べて減少率が２０％未満であることが好適である。
【００２２】
本発明に係るアルミニウム酸化物と鉄の複合焼結体は、アルミニウムを主成分とする化合物またはアルミニウムから成る粉末と酸化鉄粉末との混合物を成形して成形体を得る成形工程と、前記成形体を非酸化性不活性ガス雰囲気中で熱処理する熱処理工程とを有する製造工程によって得られる。熱処理工程においては酸化鉄粉をアルミニウムで固相還元する反応熱処理工程と、反応後の粉末を焼結する焼結熱処理工程を含んでいる。また前記素原料であるアルミニウムを主成分とする化合物またはアルミニウムから成る粉末と酸化鉄粉末とを予め反応熱処理工程にて反応させた粉末を成形し、焼結することもできる。この場合は成形工程の前に反応後の粉末から磁性粉末だけを磁気分離操作によって精製しておくことも可能である。また成形の際に高分子のバインダーや焼結助剤を添加することも可能である。特にバインダーを添加した場合は、バインダーの融点を考慮して脱脂熱処理工程を追加しても構わない。
【００２３】
アルミニウムを主成分とする化合物またはアルミニウムから成る粉末と酸化鉄粉末との混合には、乳鉢、Ｖ型ミキサー、ライカイ機、ボールミルなどの混合装置を用いればよい。アルミニウムを主成分とする化合物またはアルミニウムから成る粉末と酸化鉄粉末との配合比率は、酸化鉄を十分還元することができるアルミニウムが含まれていればよい。例えばＡｌとＦｅ２Ｏ３の場合は質量比で３０ｍａｓｓ％と７０ｍａｓｓ％とすればよい。アルミニウムを主成分とする化合物またはアルミニウムから成る粉末は、アルミニウム粉末や炭化アルミニウム、窒化アルミニウムなどの化合物粉末が用いられるがこの限りではなく、酸化鉄を還元するに足るアルミニウム化合物であれば当該用途に適する。アルミナなどの酸化アルミニウム粉末は当該用途には適さない。
【００２４】
上記アルミニウムを主成分とする化合物またはアルミニウムから成る粉末の粒径は０．００１〜１００μｍが好ましい。混合を均一に行う観点から、より好ましくは０．００１〜１０μｍである。酸化鉄粉末はＦｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４、ＦｅＯなどから選択されるが、原料費が安価であるという点でＦｅ２Ｏ３が好適である。上記酸化鉄粉末の粒径は０．０１〜１μｍが好ましい。粒径０．０１μｍ未満の酸化鉄粉末は凝集が激しく取り扱いが困難である上、原料コストが上昇してしまう。粒径が１μｍを越える酸化鉄粉末は比表面積が小さくなるため、反応熱処理時に還元が不十分となる場合がある。
【００２５】
熱処理は非酸化性不活性ガス雰囲気中で行う。非酸化性不活性ガス雰囲気は、窒素、アルゴン、ヘリウム、ネオン、キセノンまたはこれらの混合ガスでもよいが、コストの観点からは窒素、アルゴンまたはこれらの混合ガス雰囲気が好ましい。窒素ガス雰囲気がさらに好ましい。
【００２６】
反応熱処理温度は８００℃以上、１４００℃未満が好ましい。８００℃未満であると還元反応の進行が不十分である。また１４００℃以上の高温では還元された粒状の鉄相の焼結粒成長が懸念される。また焼結熱処理温度は５００℃以上、１４００℃未満が好ましい。より好ましくは８００℃以上、１４００℃未満が好ましい。本発明のアルミニウム酸化物と鉄の複合焼結体では、原料混合物を反応前に成形する。あるいは反応熱処理後の粉末を成形する。成形は金型を用いてプレス機にて所定の寸法形状に成形してもよいし、バインダーと混合してシート成形してもよい。
【００２７】
上記本発明のアルミニウム酸化物と鉄の複合焼結体の製造方法は、アルミニウム酸化物以外の酸化物と鉄との複合部材の製造方法にも適用できる。例えば上記還元反応も含め、元素Ｍ２を含む粉末において、酸化物の標準生成自由エネルギーがΔＧＭ１−Ｏ＞ΔＧＭ２−Ｏの関係を満足するものであればＭ１酸化物を還元することができる。ここでΔＧＭｉ−ＯとはＭｉ酸化物の標準生成エネルギーの値を表している（ｉは１または２）。
【００２８】
例えば、Ｍ１酸化物としてＦｅ２Ｏ３を考えた場合、ΔＧＦｅ２Ｏ３＝−７４０ｋＪ／ｍｏｌよりも小さいΔＧＭ２−Ｏを有するものは、Ａｌ２Ｏ３、ＣｅＯ２、Ｃｅ２Ｏ３、Ｃｏ３Ｏ４、Ｃｒ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３、ＨｆＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、Ｍｎ２Ｏ３、Ｍｎ３Ｏ４、Ｎｂ２Ｏ５、ＴｉＯ２、Ｔｉ２Ｏ３、Ｔｉ３Ｏ５、Ｖ２Ｏ３、Ｖ２Ｏ５、Ｖ３Ｏ５、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｓｃ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、希土類元素の酸化物各種、などが挙げられる。すなわち元素Ｍ２はＡｌ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｇａ、Ｈｆ、Ｉｎ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｓｃ、Ｙ、Ｔａ、各希土類元素、の中から選択されるのが好ましく、Ｍ２を含む粉末であればＦｅ２Ｏ３を還元することができる。また、Ｍ２を含む粉末は、異種または同種のＭ２を含む２種類以上の粉末を使用してもよい。特にＡｌ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖについては、Ａｌ２Ｏ３、Ｍｎ３Ｏ４、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔｉ２Ｏ３、Ｔｉ３Ｏ５、Ｖ２Ｏ５、Ｖ３Ｏ５のΔＧＦｅ２Ｏ３が小さく、酸化鉄を還元しやすいのでＭ２元素として好ましい。これらの元素を含む粉末と酸化鉄粉末の混合物を本発明と同様に処理することによって、これらの元素の酸化物と鉄の複合焼結体を得ることができる。
【００２９】
以下、本願発明について実施例を用いて具体的に説明するが、本願発明がかかる実施例に必ずしも限定されるものではない。
【実施例】
【００３０】
（実施例１）
平均粒径６０ｎｍのα−Ｆｅ２Ｏ３粉（堺化学工業株式会社製：ＦＲＯ−６）と平均粒径３μｍのＡｌ粉（添川理化学製）を質量比で７：３となるように秤量し、ボールミル混合機で１０００分間混合した。得られた混合粉を大気中、室温にて２４時間乾燥後、乳鉢でバインダーを添加して混練し、５００メッシュの篩で造粒した。造粒粉を２００ＭＰａの圧力で成形し、内径３ｍｍ、外径７ｍｍのリング形状の成形体、および直方体形状の成形体を得た。成形体をアルミナ製の板上に載せ、窒素ガス中にて１２００℃で２時間の熱処理を行ない、バルク状の複合焼結体を得た。
【００３１】
得られた複合焼結体を粉砕した粉砕粉について測定した、粉末Ｘ線回折パターンを図１に示す。図１から粉砕粉中の生成物はα−Ｆｅ、Ａｌ２Ｏ３（コランダム）、少量のＡｌＮおよびＦｅＡｌ２Ｏ４に同定された。ＡｌＮは成形体表面が熱処理中に雰囲気ガスであるＮ２と反応し、生成したものと考えられる。なお、Ｘ線回折パターンにおいて、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）のピークは確認されなかった。
【００３２】
上記複合焼結体の断面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像を図２に示す。図２の（ａ）は低倍率の観察像、（ｂ）は高倍率の観察像である。Ｆｅ及びＡｌ２Ｏ３の同定はＥＤＸ分析により実施した。図３は、図２に分析点とスケールを記入した図である。図３中、白く見える分析点１および分析点２ではＦｅが検出されるとともに、酸素Ｏは０．０ａｔ％と検出されなかった。図３中でグレーに見える分析点３〜５ではＡｌとＯが主として検出されており、これらの領域はＡｌ２Ｏ３相であることが確認できた。図２、３から１μｍ未満の微細な粒状のＦｅ相がＡｌ２Ｏ３中に分散していることがわかる。また、最大径が１０μｍを超える、細長い粒形状のＦｅ相も形成されている。この結果から、ＳＥＭ観察した試料中にはＦｅおよびＡｌ２Ｏ３が形成しており、粒状のＦｅがＡｌ２Ｏ３マトリックス中に分散していることが確認できた。以上、粉末Ｘ線回折測定及びＳＥＭ解析により、熱処理後の上記試料はアルミニウム酸化物（Ａｌ２Ｏ３）中に粒状のＦｅ相が結晶粒として分散した構造を有する複合焼結体であることが確認された。
【００３３】
更に、上記複合焼結体を粉砕した粉砕粉の磁気特性をＶＳＭ（振動型磁力計）により測定した。最大印加磁界を１．６ＭＡ／ｍとして測定した結果、飽和磁化Ｍｓは９７Ａ・ｍ２／ｋｇ、保磁力Ｈｃは３．７ｋＡ／ｍであった。飽和磁化の値はバルクＦｅの飽和磁化値（＝２１８Ａ・ｍ２／ｋｇ）の４４．５％に相当するため、本実施例の複合部材のＦｅ含有率は質量比で４４．５％である。なお、複合焼結体の密度をアルキメデス法で測定した結果、３．８×１０３ｋｇ／ｍ３であった。更に、複合焼結体の電気的な抵抗率を測定した。測定用試料として、外径１３ｍｍ、高さ５ｍｍの円柱状の複合焼結体を作製し、その上面と下面を研磨した。抵抗率の測定には抵抗率計（ＭＩＴＳＵＢＩＳＨＩ ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ製：Ｈｉｒｅｓｔａ−ＵＰ ＭＣＰ−ＨＴ４５０）を使用し、印加電圧１０Ｖ、印加時間３０秒で測定した。その結果、抵抗率は９．３８×１０４Ω・ｍであり、高抵抗の複合焼結体が得られていることがわかる。
【００３４】
（実施例２）
出発原料として、前記ＦＲＯ−６の代りに平均粒径５０ｎｍのα−Ｆｅ２Ｏ３粉（ケミライト工業製：ＣＭ−１０００）を用いた以外は実施例１と同様にして、リング形状のアルミニウム酸化物と鉄の複合焼結体を得た。このリング形状の複合焼結体について複素透磁率をインピーダンスアナライザー（アジレント製：４２９１Ｂ）を用いて測定し、１００ＭＨｚにおけるｔａｎδを求めた。得られた結果を表１に示す。また、リング形状の複合焼結体に銅線を１５ターン巻き、高周波用インダクタとして、ＬＣＲメータ（アジレント製：４２８４Ａ）で直流重畳特性を測定するべく、重畳電流を０〜２０Ａの範囲で変化させて、周波数１ＭＨｚにてインダクタンス（Ｌ）を測定した。重畳電流２０Ａの時のインダクタンスＬ２０Ａと重畳電流０Ａの時のインダクタンスＬ０Ａの差をＬ０Ａで規格化したΔＬ（％）を表１にまとめた。
ΔＬ＝１００×（Ｌ２０Ａ−Ｌ０Ａ）／Ｌ０Ａ
【００３５】
（実施例３）
実施例２と同様にしてリング形状の複合焼結体をもう１つ作製し、得られた高周波用インダクタについて、ｔａｎδを測定すると０．３１であった。
（実施例４）
熱処理温度を１０００℃とした以外は実施例２と同様にしてリング形状の複合焼結体を作製し、得られた高周波用インダクタについて、ｔａｎδ、ΔＬを求めた。結果を表１にまとめた。
【００３６】
（実施例５）
熱処理温度を９００℃とした以外は実施例２と同様にしてリング形状の複合焼結体を作製し、得られた高周波用インダクタについて、ｔａｎδ、ΔＬを求めた。結果を表１にまとめた。
【００３７】
（実施例６）
出発原料として、平均粒径５０ｎｍのα−Ｆｅ２Ｏ３粉（ケミライト工業製：ＣＭ−１０００）と平均粒径２０ｎｍのＡｌＮ粉（（株）ＡＴＲ製）を質量比で５：５となるように秤量した以外は実施例２と同様にして、造粒粉を作製し、成形体を作製し、複合焼結体を得た。この複合焼結体の磁気特性を実施例１と同様に測定したところ、飽和磁化Ｍｓは８０Ａ・ｍ２／ｋｇであった。得られた高周波用インダクタについて、ｔａｎδを実施例２と同様にして評価したところ、０．０１であった。
【００３８】
【表１】
【００３９】
（実施例７）
実施例１と同様にしてリング形状の成形体を作製した。得られた成形体をアルミナ製の板上に載せ、不活性な窒素ガス中で熱処理を開始した。１０００℃で２時間保持する反応熱処理によって、Ｆｅ２Ｏ３を固相還元してＦｅ粒子を生成させ、同時にアルミニウムを酸化してアルミニウム酸化物を生成させる反応と隣り合うアルミニウム酸化物同士を焼結させてアルミニウム酸化物を一体のバルク状と為す焼結熱処理を行い、アルミニウム酸化物相中に粒状のＦｅ相が分散した複合焼結体を得た。
【００４０】
（実施例８）
Ｆｅ２Ｏ３粉末をアルミニウム粉末により固相還元して粒状のＦｅ相が分散したアルミニウム酸化物粉末を得るべく、実施例１と同様の混合粉を不活性な窒素ガス中で１０００℃で反応熱処理し、熱処理粉を作製した。得られた熱処理粉を実施例１と同様に造粒して成形し、リング形状の成形体を作製した。ついで、成形体中のアルミニウム酸化物同士が焼結するよう、得られた成形体を窒素ガス中で１０００℃で焼結熱処理することにより、アルミニウム酸化物相中に粒状のＦｅ相が分散した複合焼結体を得た。
【００４１】
（実施例９）
実施例６と同様にしてリング形状の成形体を作製した。得られた成形体をアルミナ製の板上に載せ、不活性な窒素ガス中で反応熱処理を開始した。１０００℃で２時間保持する熱処理によって、Ｆｅ２Ｏ３を固相還元してＦｅ粒子を生成させ、同時にアルミニウムを酸化してアルミニウム酸化物を生成させる反応と隣り合うアルミニウム酸化物同士を焼結させてアルミニウム酸化物を一体のバルク状と為す焼結熱処理を行い、アルミニウム酸化物相中に粒状のＦｅ相が分散した複合焼結体を得た。
【００４２】
（実施例１０）
Ｆｅ２Ｏ３を固相還元してアルミニウム酸化物に被覆されたＦｅ粒子を形成するよう、実施例６と同様の混合粉を不活性な窒素ガス中で反応熱処理し、熱処理粉を作製した。得られた熱処理粉を実施例１と同様に造粒して成形し、リング形状の成形体を作製した。ついで、成形体中のアルミニウム酸化物同士が焼結するよう、得られた成形体を窒素ガス中で１０００℃で焼結熱処理することにより、アルミニウム酸化物相中に粒状のＦｅ相が分散した複合焼結体を得た。
【符号の説明】
【００４３】
１〜５：分析点
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウムを主成分とする化合物またはアルミニウムからなる粉末と、酸化鉄粉末とを混合する工程と、
得られた混合粉を成形して成形体を得る工程と、
酸化鉄を固相還元するために前記成形体を不活性ガス雰囲気中で熱処理する反応熱処理工程と、
熱処理された成形体を不活性ガス雰囲気中で焼結する焼結熱処理工程とを有することを特徴とするアルミニウム酸化物と鉄の複合焼結体の製造方法。
【請求項２】
アルミニウムを主成分とする化合物またはアルミニウムからなる粉末と、酸化鉄粉末とを混合する工程と、
得られた混合粉を、酸化鉄を固相還元するために、不活性ガス雰囲気中で熱処理する反応熱処理工程と、
熱処理された混合粉を成形して成形体を得る工程と、
前記成形体を不活性ガス雰囲気中で焼結する焼結熱処理工程とを有することを特徴とするアルミニウム酸化物と鉄の複合焼結体の製造方法。
【請求項３】
アルミニウム酸化物と鉄の複合焼結体であって、
アルミニウム酸化物相中に鉄相が分散しており、
前記鉄相は、アルミニウムで酸化鉄を固相還元して形成された還元鉄であり、
前記アルミニウム酸化物相は、アルミニウム化合物またはアルミニウムを酸化して形成された酸化物であり、
１００ＭＨｚでの損失係数ｔａｎδが０．３５以下であることを特徴とするアルミニウム酸化物と鉄の複合焼結体。
【請求項４】
飽和磁化の値が６０Ａｍ２／ｋｇ以上、２×１０２Ａｍ２／ｋｇ以下であることを特徴とする、請求項３に記載のアルミニウム酸化物と鉄の複合焼結体。
【請求項５】
前記アルミニウム酸化物相中に平均粒径０．００５μｍ以上、１μｍ未満の粒状の鉄相が分散していることを特徴とする、請求項３または４に記載のアルミニウム酸化物と鉄の複合焼結体。
【請求項６】
巻き線を施して１ＭＨｚの周波数でインダクタンスを測定する際に、巻き線に２０Ａの電流を重畳させたときのインダクタンスの値が、巻き線に０Ａの電流を重畳させたときのインダクタンスの８０％超、１００％以下であることを特徴とする、請求項３乃至５のいずれかに記載のアルミニウム酸化物と鉄の複合焼結体。
【請求項１】
アルミニウムを主成分とする化合物またはアルミニウムからなる粉末と、酸化鉄粉末とを混合する工程と、
得られた混合粉を成形して成形体を得る工程と、
酸化鉄を固相還元するために前記成形体を不活性ガス雰囲気中で熱処理する反応熱処理工程と、
熱処理された成形体を不活性ガス雰囲気中で焼結する焼結熱処理工程とを有することを特徴とするアルミニウム酸化物と鉄の複合焼結体の製造方法。
【請求項２】
アルミニウムを主成分とする化合物またはアルミニウムからなる粉末と、酸化鉄粉末とを混合する工程と、
得られた混合粉を、酸化鉄を固相還元するために、不活性ガス雰囲気中で熱処理する反応熱処理工程と、
熱処理された混合粉を成形して成形体を得る工程と、
前記成形体を不活性ガス雰囲気中で焼結する焼結熱処理工程とを有することを特徴とするアルミニウム酸化物と鉄の複合焼結体の製造方法。
【請求項３】
アルミニウム酸化物と鉄の複合焼結体であって、
アルミニウム酸化物相中に鉄相が分散しており、
前記鉄相は、アルミニウムで酸化鉄を固相還元して形成された還元鉄であり、
前記アルミニウム酸化物相は、アルミニウム化合物またはアルミニウムを酸化して形成された酸化物であり、
１００ＭＨｚでの損失係数ｔａｎδが０．３５以下であることを特徴とするアルミニウム酸化物と鉄の複合焼結体。
【請求項４】
飽和磁化の値が６０Ａｍ２／ｋｇ以上、２×１０２Ａｍ２／ｋｇ以下であることを特徴とする、請求項３に記載のアルミニウム酸化物と鉄の複合焼結体。
【請求項５】
前記アルミニウム酸化物相中に平均粒径０．００５μｍ以上、１μｍ未満の粒状の鉄相が分散していることを特徴とする、請求項３または４に記載のアルミニウム酸化物と鉄の複合焼結体。
【請求項６】
巻き線を施して１ＭＨｚの周波数でインダクタンスを測定する際に、巻き線に２０Ａの電流を重畳させたときのインダクタンスの値が、巻き線に０Ａの電流を重畳させたときのインダクタンスの８０％超、１００％以下であることを特徴とする、請求項３乃至５のいずれかに記載のアルミニウム酸化物と鉄の複合焼結体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−１７０５７（Ｐ２０１１−１７０５７Ａ）
【公開日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１６３０２８（Ｐ２００９−１６３０２８）
【出願日】平成２１年７月９日（２００９．７．９）
【出願人】（０００００５０８３）日立金属株式会社 (2,051)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月９日（２００９．７．９）
【出願人】（０００００５０８３）日立金属株式会社 (2,051)
【Ｆターム（参考）】
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