Title:
Magnetisches Material und Verfahren zu dessen Herstellung
Document Type and Number:
Kind Code:
T5

Abstract:

Ein Verfahren zum Herstellen eines magnetischen Materials, das durch eine chemische Strukturformel Fe(Al1-xMnx)2O4 dargestellt wird, wobei 0 < x < 1 ist, und das Ferromagnetismus zeigt, umfassend: das Herstellen einer gemischten wässrigen Lösung durch Auflösen, in destilliertem Wasser, von Fe-Nitrat, Al-Nitrat und einem Oxid, das Mn enthält, wobei das Fe-Nitrat, das Al-Nitrat und das Oxid Ausgangsmaterialien sind; das Herstellen eines Metall-Zitronensäure-Komplexes durch Vermischen von Zitronensäure und Ethylenglycol mit der gemischten wässrigen Lösung; das Erhalten eines Vorläufers durch Kochen des Metall-Zitronensäure-Komplexes zu einem Gel und Trocknen des Gels; und das Erhalten des magnetischen Materials durch Sintern des Vorläufers.





Inventors:
Hirota, Ken (Kyoto, Kyotanabe-shi, JP)
Kotani, Junichi (Osaka, Kadoma-shi, JP)
Kato, Msaki (Kyoto, Kyotanabe-shi, JP)
Matsutani, Nobuya (Osaka, Kadoma-shi, JP)
Application Number:
DE112016000609T
Publication Date:
10/12/2017
Filing Date:
01/28/2016
Assignee:
Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. (Osaka-shi, JP)
The Doshisha (Kyoto, Kyoto-shi, JP)
International Classes:
H01F1/34; C01G49/00
Attorney, Agent or Firm:
Grünecker Patent- und Rechtsanwälte PartG mbB, 80802, München, DE
Claims:
1. Ein magnetisches Material, das durch eine chemische Strukturformel Fe(Al1-xMnx)2O4 dargestellt wird, wobei 0 < x < 1 ist, und das Ferromagnetismus zeigt.

2. Das magnetische Material nach Anspruch 1, wobei ein Bereich eines Wertes der magnetischen Massensuszeptibilität σs [emu/g] des magnetischen Materials durch σs ≥ 10 dargestellt wird.

3. Das magnetische Material nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Bereich eines Wertes von x durch x ≥ 0,2 dargestellt wird.

4. Das magnetische Material nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das magnetische Material Mangandioxid MnO2 als ein Rohmaterial umfasst.

5. Verfahren zum Herstellen eines magnetischen Materials,
wobei das magnetische Material durch eine chemische Strukturformel Fe(Al1-xMnx)2O4 dargestellt wird, wobei 0 < x < 1 ist, und Ferromagnetismus zeigt,
wobei das Herstellungsverfahren umfasst:
das Herstellen einer gemischten wässrigen Lösung durch Auflösen, in destilliertem Wasser, von Fe-Nitrat, Al-Nitrat und einem Oxid, das Mn enthält, wobei das Fe-Nitrat, das Al-Nitrat und das Oxid Ausgangsmaterialien sind;
das Herstellen eines Metall-Zitronensäure-Komplexes durch Vermischen von Zitronensäure und Ethylenglycol mit der gemischten wässrigen Lösung;
das Erhalten eines Vorläufers durch Kochen des Metall-Zitronensäure-Komplexes zu einem Gel und Trocknen des Gels; und
das Erhalten des magnetischen Materials durch Sintern des Vorläufers.

6. Herstellungsverfahren nach Anspruch 5, wobei, beim Erhalten des magnetischen Materials, ein dreiwertiges Fe-Ion und ein vierwertiges Mn-Ion jeweils zu einem zweiwertigen Fe-Ion und einem dreiwertigen Mn-Ion reduziert werden.

7. Herstellungsverfahren nach Anspruch 5 oder 6,
wobei das Fe-Nitrat Eisen(III)nitrat·Nonahydrat Fe(NO3)3·9H2O ist,
das Al-Nitrat ist Aluminium(III)nitrat·Nonahydrat Al(NO3)2·9H2O, und
das Oxid, das Mn enthält, ist Mangandioxid MnO2.

8. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei, beim Herstellen des Metall-Zitronensäure-Komplexes, ein molares Verhältnis von einem Metallion, der Zitronensäure und dem Ethylenglycol in der gemischten wässrigen Lösung 1:3:9 beträgt.

Description:
[Technisches Gebiet]

Die vorliegende Offenbarung betrifft ein magnetisches Ferritmaterial, das ferromagnetisch ist, und ein Verfahren zu dessen Herstellung.

[Stand der Technik]

Es besteht gewöhnlich ein Bedarf an der Entwicklung eines magnetischen Materials mit einer hohen magnetischen Permeabilität μ im Hochfrequenzbereich. In den vergangenen Jahren wurde Ferrit als solch ein Material in Betracht gezogen.

Ein Ferrit ist eine Keramik, die hauptsächlich aus Eisenoxid zusammengesetzt ist, und Beispiele für den Ferrit umfassen Mg(Fe1-xMnx)2O4, FeAl2O4 (Hercynit) und dergleichen. Weiterhin, Ferrite werden in eine magnetische Substanz, die Magnetismus zeigt, und eine nichtmagnetische Substanz, die keinen Magnetismus zeigt, unterteilt. Die magnetische Substanz, insbesondere ein ferromagnetischer Ferrit, wird in verschiedensten Gebieten verwendet, beispielsweise als Induktoren für Hochfrequenz, magnetische Kerne für Transformatoren und Schwarzpigmentpulver für Anwendungen. (siehe beispielsweise Patentliteratur (PTL) 1.)

PTL 1 offenbart einen keramischen Brenner als eine Technik für die Verwendung eines Ferrits.

[Liste der Zitierungen][Patentliteratur]

  • [PTL 1] Veröffentlichung der ungeprüften japanischen Patentanmeldung Nr. S62-112907

[Zusammenfassung der Erfindung][Technisches Problem]

PTL 1 offenbart, als ein Material des keramischen Brenners, einen Ferrit mit einer Spinellstruktur von MgAl2O4, FeAl2O4, CoAl2O4 oder dergleichen. Die Verwendung von Hercynit FeAl2O4, das aus Fe und Al zusammengesetzt ist, ist manchmal insbesondere in solchen Gebieten erwünscht, in denen der Ferrit verwendet wird.

Hercynit FeAl2O4 ist jedoch eine nichtmagnetische Substanz und kann deshalb nicht verwendet werden, wenn es gewünscht ist, die magnetischen Eigenschaften des Ferrits zu nutzen. Deshalb bestand ein Bedarf an der Entwicklung eines magnetischen Materials, das aus Fe und Al zusammengesetzt ist und das hohe magnetische Eigenschaften hat.

Im Hinblick auf das zuvor beschriebene Problem besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein magnetisches Material mit hohen magnetischen Eigenschaften und ein Verfahren zu dessen Herstellung bereitzustellen.

[Lösung des Problems]

Ein magnetisches Material entsprechend einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein magnetisches Material, das durch eine chemische Strukturformel Fe(Al1-xMnx)2O4 dargestellt wird, wobei 0 < x < 1 ist, und das Ferromagnetismus zeigt.

[Vorteilhafte Effekte der Erfindung]

Entsprechend der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, ein magnetisches Material mit hohen magnetischen Eigenschaften und ein Verfahren zu dessen Herstellung bereitzustellen.

[Kurze Beschreibung der Zeichnungen]

1 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Herstellen von Fe(Al1-xMnx)2O4 entsprechend einer Ausführungsform zeigt.

2 ist ein Diagramm, das ein Röntgenbeugungsmuster von Fe(Al1-xMnx)2O4 im Fall von x = 0 zeigt.

3 ist ein Diagramm, das ein Röntgenbeugungsmuster eines Produktes zeigt, das jeweils unter verschiedenen Gasatmosphären wärmebehandelt wurde, im Fall von x = 0,2.

4 ist ein Diagramm, das ein Röntgenbeugungsmuster eines Produktes zeigt, das jeweils unter verschiedenen Gasatmosphären wärmebehandelt wurde, im Fall von x = 0,4.

5 ist ein Diagramm, das ein Röntgenbeugungsmuster eines Produktes zeigt, das jeweils unter verschiedenen Gasatmosphären wärmebehandelt wurde, im Fall von x = 0,5.

6 ist ein Diagramm, das ein Röntgenbeugungsmuster eines Produktes zeigt, das jeweils unter verschiedenen Gasatmosphären wärmebehandelt wurde, im Fall von x = 0,6.

7 ist ein Diagramm, das ein Röntgenbeugungsmuster eines Produktes zeigt, das jeweils unter verschiedenen Gasatmosphären wärmebehandelt wurde, im Fall von x = 0,8.

8 ist ein Diagramm, das ein Röntgenbeugungsmuster eines Produktes zeigt, das jeweils unter verschiedenen Gasatmosphären erhalten wurde, hervorgerufen durch Fe(Al1-xMnx)2O4 mit einer Spinellstruktur.

9A ist eine Tabelle, welche die Produkte zusammenfasst, wenn ein Wert von x und eine enthaltene Menge an H2 verändert werden.

9B ist ein Diagramm, das ein Röntgenbeugungsmuster eines Produktes zeigt, das durch Stromimpuls-Druck-Sintern (pulsed electric-current pressure sintering) im Fall von x = 0,5 hergestellt wurde.

9C ist ein Diagramm, das Röntgenbeugungsmuster von Produkten zeigt, die durch Stromimpuls-Druck-Sintern und atmosphärische Wärmebehandlung im Fall von x = 0,5 hergestellt wurden.

10A ist eine rasterelektronenmikroskopische (SEM) Aufnahme von Fe(Al1-xMnx)2O4-Pulver im Fall von x = 0.

10B ist eine SEM-Aufnahme von Fe(Al1-xMnx)2O4-Pulver im Fall von x = 0,2.

10C ist eine SEM-Aufnahme von Fe(Al1-xMnx)2O4-Pulver im Fall von x = 0,4.

10D ist eine SEM-Aufnahme von Fe(Al1-xMnx)2O4-Pulver im Fall von x = 0,5.

10E ist eine SEM-Aufnahme von Fe(Al1-xMnx)2O4-Pulver im Fall von x = 0,6.

10F ist eine SEM-Aufnahme von Fe(Al1-xMnx)2O4-Pulver im Fall von x = 0,8.

10G ist eine SEM-Aufnahme von Fe(Al1-xMnx)2O4-Pulver im Fall von x = 1,0.

11 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Wert von x und einem Gitterparameter von Fe(Al1-xMnx)2O4 zeigt.

12A ist ein Diagramm, das die B-H-Eigenschaften von Fe(Al1-xMnx)2O4 im Fall von x = 0 zeigt.

12B ist ein Diagramm, das die B-H-Eigenschaften von Fe(Al1-xMnx)2O4 im Fall von x = 0,2 zeigt.

12C ist ein Diagramm, das die B-H-Eigenschaften von Fe(Al1-xMnx)2O4 im Fall von x = 0,6 zeigt.

12D ist ein Diagramm, das die B-H-Eigenschaften von Fe(Al1-xMnx)2O4 im Fall von x = 0,7 zeigt.

12E ist ein Diagramm, das die B-H-Eigenschaften von Fe(Al1-xMnx)2O4 im Fall von x = 0,8 zeigt.

12F ist ein Diagramm, das die B-H-Eigenschaften von Fe(Al1-xMnx)2O4 im Fall von x = 0,9 zeigt.

13 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Wert von x in Fe(Al1-xMnx)2O4 und der magnetischen Massensuszeptibilität σs zeigt.

14 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Wert von x in Fe(Al1-xMnx)2O4 und einer magnetischen Sättigungsflussdichte BS zeigt.

15 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Wert von x in Fe(Al1-xMnx)2O4 und logHC zeigt.

16 ist eine Tabelle, welche eine Beziehung zwischen Werten von x in Fe(Al1-xMnx)2O4 und magnetischen Eigenschaften zusammenfasst.

[Beschreibung von Ausführungsformen](Das Wissen des Fachmanns, welches die Grundlage der vorliegenden Offenbarung bildet)

Vor der Beschreibung von Ausführungsformen eines magnetischen Materials und eines Verfahrens zu dessen Herstellung entsprechend der vorliegenden Offenbarung wird das Wissen des Fachmanns, welches die Grundlage der vorliegenden Offenbarung bildet, beschrieben.

Wie zuvor beschrieben ist Hercynit FeAl2O4, eine Art von Ferrit, eine nichtmagnetische Substanz und zeigt keinen Ferromagnetismus. Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben versucht, ein magnetisches Ferritmaterial zu entwickeln, welches Ferromagnetismus zeigt und eine neue Zusammensetzung hat, indem sie Mn, als das vierte Element zusätzlich zu Fe, Al und O, zu Hercynit FeAl2O4 gaben, um ein magnetisches Material mit hohen magnetischen Eigenschaften herzustellen. Die Erfinder fanden jedoch heraus, dass es schwierig ist, ein Pulver unter Anwendung des herkömmlichen Festkörperreaktionsverfahrens, Sol-Gel-Verfahrens und Zitronensäure-Gel-Verfahrens herzustellen, und dass es nicht möglich ist, solch ein komplexes magnetisches Material herzustellen. Auf der Grundlage dieser experimentellen Ergebnisse haben die Erfinder das folgende Wissen erlangt.

Wenn die Struktur von Ferrit durch AB2O4 (worin A und B Elemente sind) dargestellt wird, dann wird Ferrit mit einer neuen Zusammensetzung durch Fe(Al1-xMnx)2O4 dargestellt. In Hercynit FeAl2O4 ist Fe in der A-Position zweiwertig, und Al in der B-Position ist dreiwertig. Folglich muss in Ferrit mit der neuen Zusammensetzung Fe in der A-Position zweiwertig sein, und Mn in der B-Position muss dreiwertig sein.

Wenn Hercynit FeAl2O4 unter Anwendung des Festkörperreaktionsverfahrens hergestellt wird, dann wird hier davon ausgegangen, dass, nachdem α-Fe2O3(Fe3+) und feines γ-Al2O3 als Ausgangsmaterialien gleichmäßig miteinander vermischt wurden, α-Fe2O3(Fe3+) und γ-Al2O3 bei 900°C in N2-Gas mit etwas weniger als 1% H2 wärmebehandelt werden, wobei Fe3+ zu Fe2+ reduziert wird und FeAl2O4 hergestellt wird. Wenn jedoch das Festkörperreaktionsverfahren auf Ferrit Fe(Al1-xMnx)2O4 mit einer neuen Zusammensetzung angewandt wird, dann wird Mn in Mn-Oxid, ein Rohmaterial, zu Mn2+ reduziert und folglich in die A-Position eingebracht. Deshalb ist es schwierig, Fe(Al1-xMnx)2O4 zu erhalten, in dem ein Teil von Al in der B-Position von Fe(Al1-xMnx)2O4 durch Mn ersetzt ist.

Weiterhin, mit dem Sol-Gel-Verfahren, bei dem Metallalkoxid hydrolysiert wird, und dem Zitronensäure-Gel-Verfahren, bei dem ein Metallkomplex durch Zugabe von Zitronensäure und Ethylenglycol zu einer gemischten wässrigen Lösung von Metallnitrat gebildet wird, dann die organischen Bestandteile durch Erwärmen des Metallkomplexes in der Atmosphäre entfernt werden und schließlich ein Pulver durch weiteres Erwärmen des Metallkomplexes bei hoher Temperatur hergestellt wird, ist es schwierig, eine Wärmebehandlungsatmosphäre so zu steuern, dass Fe2+ und Mn3+ gleichzeitig vorliegen, so dass der gewünschte Ferrit Fe(Al1-xMnx)2O4 mit einer neuen Zusammensetzung erhalten wird.

Im Hinblick darauf ist ein magnetisches Material entsprechend einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ein magnetisches Material, das durch eine chemische Strukturformel Fe(Al1-xMnx)2O4 dargestellt wird, wobei 0 < x < 1 ist, und das Ferromagnetismus zeigt.

Mit dieser Konfiguration ist es möglich, ein magnetisches Material mit hohen magnetischen Eigenschaften bereitzustellen.

Weiterhin, ein Bereich eines Wertes der magnetischen Massensuszeptibilität σs [emu/g] des magnetischen Materials kann durch σs ≥ 10 dargestellt werden.

Mit dieser Konfiguration ist es möglich, ein magnetisches Material zu erhalten, das als ein Material für eine Vorrichtung geeignet ist, die hohe magnetische Eigenschaften haben muss.

Weiterhin, ein Bereich eines Wertes von x kann durch x ≥ 0,2 dargestellt werden.

Mit dieser Konfiguration ist es möglich, ein magnetisches Material zu erhalten, das als ein Material für eine Vorrichtung geeignet ist, die hohe magnetische Eigenschaften haben muss.

Weiterhin, das magnetische Material umfasst Mangandioxid MnO2 als ein Rohmaterial.

Mit dieser Konfiguration ist es möglich, Mn in die gleiche Position einzubringen, in der Al von Hercynit FeAl2O4 eingebracht ist, es ist möglich, ein magnetisches Ferritmaterial, das durch die chemische Strukturformel Fe(Al1-xMnx)2O4 dargestellt wird, leicht herzustellen.

Weiterhin, ein Verfahren zum Herstellen eines magnetischen Materials entsprechend einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Verfahren zum Herstellen eines magnetischen Materials, das durch eine chemische Strukturformel Fe(Al1-xMnx)2O4 dargestellt wird, wobei 0 < x < 1 ist, und das Ferromagnetismus zeigt, das Herstellungsverfahren umfasst: das Herstellen einer gemischten wässrigen Lösung durch Auflösen, in destilliertem Wasser, von Fe-Nitrat, Al-Nitrat und einem Oxid, das Mn enthält, wobei das Fe-Nitrat, das Al-Nitrat und das Oxid Ausgangsmaterialien sind; das Herstellen eines Metall-Zitronensäure-Komplexes durch Vermischen von Zitronensäure und Ethylenglycol mit der gemischten wässrigen Lösung; das Erhalten eines Vorläufers durch Kochen des Metall-Zitronensäure-Komplexes zu einem Gel und Trocknen des Gels; und das Erhalten des magnetischen Materials durch Sintern des Vorläufers.

Mit dieser Konfiguration ist es möglich, ein magnetisches Material mit hohen magnetischen Eigenschaften bereitzustellen.

Weiterhin, beim Erhalten des magnetischen Materials können ein dreiwertiges Fe-Ion und ein vierwertiges Mn-Ion jeweils zu einem zweiwertigen Fe-Ion und einem dreiwertigen Mn-Ion reduziert werden.

Mit dieser Konfiguration ist es möglich, Mn in die gleiche Position einzubringen, in der Al von Hercynit FeAl2O4 eingebracht ist, es ist möglich, ein magnetisches Ferritmaterial, das durch die chemische Strukturformel Fe(Al1-xMnx)2O4 dargestellt wird, leicht herzustellen.

Weiterhin, das Fe-Nitrat kann Eisen(III)nitrat·Nonahydrat Fe(NO3)3·9H2O sein, das Al-Nitrat kann Aluminium(III)nitrat·Nonahydrat Al(NO3)2·9H2O sein und das Oxid, das Mn enthält, kann Mangandioxid MnO2 sein.

Mit dieser Konfiguration ist es möglich, Mn in die gleiche Position einzubringen, in der Al von Hercynit FeAl2O4 eingebracht ist, es ist möglich, ein magnetisches Ferritmaterial, das durch die chemische Strukturformel Fe(Al1-xMnx)2O4 dargestellt wird, leicht herzustellen.

Weiterhin, beim Herstellen des Metall-Zitronensäure-Komplexes kann ein molares Verhältnis von einem Metallion, der Zitronensäure und dem Ethylenglycol in der gemischten wässrigen Lösung 1:3:9 betragen.

Mit dieser Konfiguration ist es möglich, ein magnetisches Einphasen-Ferritmaterial, das durch eine chemische Strukturformel Fe(Al1-xMnx)2O4 dargestellt wird, leicht herzustellen.

Im Folgenden werden Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen genauer beschrieben.

Es wird darauf hingewiesen, dass die im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen jeweils ein spezifisches Beispiel der vorliegenden Offenbarung zeigen. Die numerischen Werte, Formen, Materialien, Strukturelemente, die Anordnung und Verbindung der Strukturelemente, Verfahrensschritte, Reihenfolge der Verfahrensschritte usw., die in den folgenden Ausführungsformen angegeben sind, sind lediglich Beispiele und sollten deshalb nicht als Beschränkungen der vorliegenden Offenbarung ausgelegt werden. Weiterhin, von den Strukturelementen in den folgenden Ausführungsformen werden die Strukturelemente, die nicht in den unabhängigen Patentansprüchen, welche die breitesten erfinderischen Konzepte angeben, enthalten sind, als optionale Elemente beschrieben.

(Ausführungsform)[1. Definitionen von Begriffen]

Zuerst werden die Definitionen der Begriffe angegeben, die in einer Ausführungsform verwendet werden.

Ein Zitronensäure-Gel-Verfahren (oder ”polymerisierter Komple”-Verfahren) wird als das folgende Verfahren zum Herstellen eines Materials definiert. Zuerst wird ein beständiger Chelat-Komplex (Metall-Zitronensäure-Komplex) unter Verwendung von verschiedenen Arten von Metallionen und Zitronensäure hergestellt. Ethylenglycol wird zu dem Metall-Zitronensäure-Komplex gegeben, und der Metall-Zitronensäure-Komplex wird in Ethylenglycol gelöst und dispergiert. Ethylenglycol, in dem der Metall-Zitronensäure-Komplex dispergiert wurde, wird durch Erwärmen und Polymerisation verestert, und der Metall-Zitronensäure-Komplex (Polymer-Metall-Komplex) wird gleichförmig im Polyester eingeschlossen. Mit anderen Worten, Ethylenglycol wird zu dem Metall-Zitronensäure-Komplex gegeben und durch Erwärmen und Polymerisation verestert, um ein Gel zu erhalten. Nachfolgend wird der gelierte Metall-Zitronensäure-Komplex kalziniert (vorgebrannt oder gebrannt), um ein Oxid herzustellen, d. h. die gewünschte Substanz.

Die Netzwerkstruktur des Polymer-Metall-Komplexes, der mit dem Zitronensäure-Gel-Verfahren (oder ”polymerisierter Komplex”-Verfahren) erhalten wurde, wird hauptsächlich durch Esterpolymerisation und Copolymerisation gebildet und ist chemisch beständig. Folglich ist die Beweglichkeit der Metallionen gering, woraus ein Verfahrensvorteil resultiert, dass eine Aggregation oder Segregation von Metallelementen in einem nachfolgenden Kalzinierungsschritt verringert wird.

Ein Festphasenverfahren wird als das folgende Verfahren zum Herstellen eines Materials definiert. Verschiedenste Arten von Rohmaterialpulvern, die Ausgangsmaterialien sind, werden in einer vorherbestimmten Menge eingewogen und miteinander vermischt. Nach dem Vermischen wird das Gemisch zuerst temporär gebrannt und dann gebrannt. Entsprechend wird eine gewünschte Substanz hergestellt. Es wird darauf hingewiesen, dass das Festphasenverfahren auch als Festkörperreaktionsverfahren bezeichnet wird.

Ein Gitterparameter ist einer der Parameter, die als Kristalldaten verwendet werden, und ein signifikantes Element zum Identifizieren einer Substanz. Gitterparameter werden durch Längen a, b, c der Seiten einer Gittereinheit in einem Kristallgitter und Winkel α, β, γ zwischen den Seiten repräsentiert.

Weiterhin, das Einwirken eines magnetischen Feldes auf eine magnetische Substanz führt dazu, dass sich ein magnetisches Moment zu einer magnetischen Feldrichtung ausrichtet, was zu einer Magnetisierung führt. Mit anderen Worten, Magnetisierung bezeichnet das Ausrichten eines magnetischen Moments in eine Richtung durch Einwirken eines magnetischen Feldes auf eine magnetische Substanz. Weiterhin, die Magnetisierungseigenschaften einer magnetischen Substanz sind generell irreversibel und ändern sich kurvenförmig (nichtlinear). Solche irreversiblen Eigenschaften der magnetischen Substanz werden als Hysterese bezeichnet.

Weiterhin, das magnetische Moment einer magnetisierten Substanz wird ebenfalls als magnetische Suszeptibilität [emu] bezeichnet. In diesem Fall wird die magnetische Suszeptibilität durch einen Vektor repräsentiert und gibt die Intensität der Magnetisierung an. Ein magnetisches Moment pro Volumeneinheit wird als magnetische Volumensuszeptibilität [emu/cm3] bezeichnet, und ein magnetisches Moment pro Masseneinheit wird als magnetische Massensuszeptibilität [emu/g] bezeichnet. Diese geben die Intensität der Magnetisierung an. Es wird darauf hingewiesen, dass die magnetische Massensuszeptibilität σs in der im Folgenden beschriebenen Ausführungsform der Einfachheit halber als ”magnetische Suszeptibilität” bezeichnet werden kann.

Weiterhin, die Intensität der Magnetisierung, wenn ein magnetisches Feld auf eine magnetische Substanz einwirkt, bis das magnetische Feld gesättigt ist, wird als magnetische Sättigungssuszeptibilität JS bezeichnet.

Weiterhin, die magnetische Flussdichte B[T] bezeichnet die Oberflächendichte des magnetischen Flusses pro Flächeneinheit und kann der Einfachheit halber als eine magnetische Feldstärke bezeichnet werden. Zusätzlich, eine magnetische Flussdichte B, die einer magnetischen Sättigungssuszeptibilität JS entspricht, wird als magnetische Sättigungsflussdichte BS[T] bezeichnet. Es wird darauf hingewiesen, dass, bezüglich der magnetischen Sättigungsflussdichte BS, ein Punkt, bei dem die Intensität der Magnetisierung die Sättigung erreicht, als S-Punkt bezeichnet wird.

Ein Entfernen des magnetischen Feldes nach der Sättigungsmagnetisierung führt aufgrund der Hysterese nicht dazu, dass die Intensität der Magnetisierung Null wird, und es verbleibt eine Magnetisierung mit einer bestimmten Intensität. Die Intensität der Magnetisierung wird als Restmagnetisierung Jr bezeichnet. Weiterhin, das Einwirken eines entgegengesetzten magnetischen Feldes auf eine magnetische Substanz im Zustand der Restmagnetisierung führt dazu, dass die Intensität der Magnetisierung in einem einwirkenden magnetischen Feld mit einer bestimmten Intensität Null wird. Die Intensität des magnetischen Feldes zu diesem Zeitpunkt wird als Koerzitivfeldstärke HC [Oe] bezeichnet. Eine Substanz mit einer kleinen Koerzitivfeldstärke wird als ein weichmagnetisches Material bezeichnet. Im Gegensatz dazu wird eine Substanz mit einer hohen Koerzitivfeldstärke als ein hartmagnetisches Material (z. B. ein Permanentmagnet) bezeichnet. Der Wert der Koerzitivfeldstärke verändert sich stark in Abhängigkeit von einem magnetischen Material.

Die magnetische Permeabilität μ bezeichnet einen Index, der angibt, wie leicht ein magnetischer Fluss ein magnetisches Material durchdringt, d. h. den Grad einer Änderung des magnetischen Flusses, wenn ein magnetisches Feld mit einer bestimmten Intensität einwirkt. Die magnetische Permeabilität gibt die Leichtigkeit der Magnetisierung an und ist einer der Faktoren zum Bewerten der Eigenschaften einer magnetischen Substanz.

Ein Index wie die magnetische Permeabilität, der eine Beziehung zwischen einem magnetischen Feld und Magnetisierung angibt, wird als magnetische Suszeptibilität (Magnetisierbarkeit) bezeichnet. Die magnetische Suszeptibilität χ wird gewöhnlich mit der folgenden Gleichung definiert. χ = J/H

H bedeutet hier ein magnetisches Feld, und J bedeutet die Intensität der Magnetisierung. Die obige Gleichung bringt zum Ausdruck, dass, wenn ein magnetisches Feld auf eine magnetische Substanz einwirkt, die Magnetisierung eine Funktion des magnetischen Feldes ist.

Weiterhin, ein Material mit hochpermeablen Eigenschaften, durch die eine höhere magnetische Flussdichte durch Einwirkung eines schwachen magnetischen Feldes von außerhalb induziert wird, wird als magnetisches hochpermeables Material oder weichmagnetisches Material bezeichnet. Ein magnetisches hochpermeables Material muss eine hohe magnetische Permeabilität μ, eine niedrige Koerzitivfeldstärke HC und eine hohe magnetische Sättigungsflussdichte BS haben, und muss einen kleinen Verlust haben. Ferrit als ein weichmagnetisches Material, ein Oxid, hat gewöhnlich einen hohen elektrischen Widerstand und kann gewöhnlich für Hochfrequenz verwendet werden.

[2. Zusammensetzung von Ferrit Fe(Al1-xMnx)2O4]

Ein magnetisches Material entsprechend der Ausführungsform ist Ferrit Fe(Al1-xMnx)2O4, ein Oxid, das Fe, Al und Mn enthält.

Die Struktur von Ferrit kann gewöhnlich durch AB2O4 (worin A und B beliebige Metallelemente sind) dargestellt werden. Ferrit entsprechend der Ausführungsform hat eine Struktur, in der Fe in der A-Position ist und Al und Mn in der B-Position sind, und eine Zusammensetzung, in der ein Teil von Al in der B-Position von Hercynit FeAl2O4, das als eine Art von Ferrit bekannt ist, durch Mn ersetzt ist.

Ferrit Fe(Al1-xMnx)2O4 entsprechend der Ausführungsform hat nicht nur die gleichen Eigenschaften wie Hercynit, das Fe und Al als Bestandteile enthält, sondern zeigt, im Gegensatz zu Hercynit, auch Ferromagetismus.

[3. Verfahren zum Herstellen von Ferrit Fe(Al1-xMnx)2O4]

Im Folgenden wird ein Verfahren zum Herstellen von Ferrit Fe(Al1-xMnx)2O4 entsprechend der Ausführungsform beschrieben.

Das Verfahren zum Herstellen von Ferrit Fe(Al1-xMnx)2O4 entsprechend der Ausführungsform wird erhalten, indem das zuvor beschriebene Zitronensäure-Gel-Verfahren modifiziert wird. Bei dem Zitronensäure-Gel-Verfahren werden die folgenden verwendet: Eisen(III)nitrat·Nonahydrat Fe(NO3)3·9H2O und Aluminium(III)nitrat·Nonahydrat Al(NO3)3·9H2O, Metallnitrat, als Quellen für Metallelemente von Ferrit Fe(Al1-xMnx)2O4; und Mangan(II)nitrat·Hexahydrat Mn(NO3)2·6H2O als Quelle für Mn.

Im Gegensatz dazu werden bei dem Verfahren zum Herstellen von Ferrit Fe(Al1-xMnx)2O4 entsprechend der Ausführungsform die folgenden verwendet: Eisen(III)nitrat·Nonahydrat Fe(NO3)3·9H2O und Aluminium(III)nitrat·Nonahydrat Al(NO3)3·9H2O, Metallnitrat, als Quellen für Metallelemente von Ferrit Fe(Al1-xMnx)2O4. Zusätzlich wird Mangandioxid MnO2(Mn4+) als eine Quelle für Mn verwendet. Genauer gesagt, eine gemischte wässrige Lösung wird hergestellt, indem feine Teilchen von Mangandioxid MnO2 gleichmäßig mit einer wässrigen Nitratlösung, in der Eisen(III)nitrat·Nonahydrat Fe(NO3)3·9H2O und Aluminium(III)nitrat·Nonahydrat Al(NO3)3·9H2O miteinander vermischt sind, vermischt werden.

Weiterhin, Zitronensäure und Ethylenglycol werden mit der gemischten wässrigen Lösung vermischt, und die gemischte wässrige Lösung wird jeweils unter verschiedenen Gasatmosphären wärmebehandelt, bis die organischen Bestandteile entfernt sind. Auf diese Weise wird Fe(Al1-xMnx)2O4 hergestellt, indem dreiwertige Fe-Ionen Fe3+ und vierwertige Mn-Ionen Mn4+ jeweils zu zweiwertigen Fe-Ionen Fe2+ und dreiwertigen Mn-Ionen Mn3+ reduziert werden. Es wird darauf hingewiesen, dass im Folgenden Ferrit Fe(Al1-xMnx)2O4, ein neues Material, der Einfachheit halber als Fe(Al1-xMnx)2O4 bezeichnet wird, Eisen(III)nitrat·Nonahydrat Fe(NO3)3·9H2O wird der Einfachheit halber als Fe(NO3)3·9H2O bezeichnet, Aluminium(III)nitrat·Nonahydrat Al(NO3)3·9H2O wird der Einfachheit halber als Al(NO3)3·9H2O bezeichnet, und Mangandioxid MnO2 wird der Einfachheit halber als MnO2 bezeichnet.

Im Folgenden wird das Herstellungsverfahren genauer beschrieben.

1 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Herstellen eines magnetischen Ferritmaterials entsprechend der Ausführungsform zeigt.

Wie in 1 gezeigt werden zuerst eine Lösung 1a, eine Lösung 1b und eine Lösung 1c hergestellt.

Die Lösung 1a enthält, als Ausgangsmaterialien, Fe(NO3)3·9H2O und Al(NO3)3·9H2O, Metallnitrat, und MnO2 als eine Quelle für Mn. Sowohl Fe(NO3)3·9H2O als auch Al(NO3)3·9H2O enthalten H2O und sind deshalb löslich und mischbar. Zusätzlich, Fe in Fe(NO3)3·9H2O und Al in Al(NO3)3·9H2O werden in einer wässrigen Lösung ionisiert und liegen als Fe3+ und Al3+ vor. Durch das Ionisieren werden Fe und Al in der wässrigen Lösung gleichmäßig dispergiert. Es wird darauf hingewiesen, dass es bevorzugt ist, dass MnO2 in einer wässrigen Lösung dispergierbar gemacht wird und dass ein teilchenförmiges Pulver MnO2 mit einem Durchmesser von höchstens 0,5 μm verwendet wird.

Die Lösung 1b ist eine Zitronensäure C3H4(OH)(COOH)3-Lösung. Es wird darauf hingewiesen, dass die hier verwendete Zitronensäure wasserfreie Zitronensäure (C(CH2COOH)2(OH)(COOH)) oder Zitronensaure·Monohydrat C6H8O7·H2O sein kann.

Die Lösung 1c ist eine Ethylenglycol HOCH2CH2OH-Lösung.

Danach werden die Lösung 1a, die Lösung 1b und die Lösung 1c miteinander vermischt (Schritt S1). Es ist bevorzugt, dass, wenn eine Gesamtmolzahl von Metallionen in der Lösung 1a 1 ist, ein Mischungsverhältnis zwischen der Lösung 1b und der Lösung 1c 3 zu 9 ist.

Nachfolgend wird eine gemischte Lösung, erhalten durch Vermischen der Lösung 1a, der Lösung 1b und der Lösung 1c, 48 Stunden lang bei 120°C gekocht (Schritt S10). Zu diesem Zeitpunkt wird die gemischte Lösung, welche die Lösung 1a, die Lösung 1b und die Lösung 1c enthält, unter Rühren erwärmt. Folglich geliert die gemischte Lösung, welche die Lösung 1a, die Lösung 1b und die Lösung 1c enthält.

Danach wird die gelierte gemischte Lösung in einer Atmosphäre 12 Stunden lang bei 25°C getrocknet. Dabei wird ein Vorläufer von Fe(Al1-xMnx)2O4 gebildet (Schritt S12).

Danach wird der getrocknete Vorläufer von Fe(Al1-xMnx)2O4 wärmebehandelt (Schritt S14). Die Wärmebehandlung wird in einer Atmosphäre 12 Stunden lang bei 300°C durchgeführt. Folglich werden organische Bestandteile in dem Vorläufer entfernt. Es wird darauf hingewiesen, dass der Vorläufer nach der Wärmebehandlung amorph ist.

Nachfolgend wird der Vorläufer von Fe(Al1-xMnx)2O4 vorgebrannt und kristallisiert. Beispiele für das Vorbrennen umfassen eine atmosphärische Wärmebehandlung.

Genauer gesagt, der wärmebehandelte Vorläufer von Fe(Al1-xMnx)2O4 wird zuerst in eine Form gegeben und komprimiert. Zu diesem Zeitpunkt wird das uniaxiale Pressen mit einem konstanten Druck von 98 MPa durchgeführt (Schritt S16).

Danach wird der komprimierte Vorläufer von Fe(Al1-xMnx)2O4 zwei Stunden lang bei 900°C vorgebrannt. Zu diesem Zeitpunkt wird der komprimierte Vorläufer von Fe(Al1-xMnx)2O4 kalziniert, während N2-Gas, das H2-Gas in einer vorherbestimmten Menge enthält, freigesetzt wird (Schritt S18). Die Menge a% an H2-Gas beträgt beispielsweise a = 0, 0,01, 0,03, 0,05, 0,08, 0,1. Folglich wird der amorphe Vorläufer von Fe(Al1-xMnx)2O4 kristallisiert. Zu diesem Zeitpunkt werden dreiwertige Fe-Ionen Fe3+ zu zweiwertigen Fe-Ionen Fe2+ reduziert, und vierwertige Mn-Ionen Mn4+ werden zu dreiwertigen Mn-Ionen Mn3+ reduziert. Entsprechend können die dreiwertigen Mn-Ionen Mn3+ in die B-Position in die Struktur von Ferrit, dargestellt durch eine allgemeine chemische Strukturformel AB2O4 (worin A und B beliebige Metallelemente sind), eingebracht werden. Folglich werden dreiwertige Ionen Al3+ und Mn3+ in die B-Position eingebracht. Mit den zuvor beschriebenen Verfahrensschritten wird ein Ferrit Fe(Al1-xMnx)2O4-Pulver mit der Zusammensetzung erhalten, in der ein Teil von Al in Hercynit FeAl2O4 durch Mn ersetzt ist.

Nachfolgend wird das Ferrit Fe(Al1-xMnx)2O4-Pulver gesintert (Schritt S20). Es wird darauf hingewiesen, dass Beispiele für das Sintern eine atmosphärische Wärmebehandlung, die erneut durchgeführt wird, nachdem ein vorgebrannter Vorläufer durch uniaxiales Pressen gebildet wurde, ein Heißpressen und dergleichen umfassen. Heißpressen bezieht sich hier auf ein Verfahren, bei dem ein Pulver oder ein vorgeformtes Material in eine Form gegeben wird und das Pulver oder das vorgeformte Material unter Druck gesintert wird, während das Pulver oder das vorgeformte Material auf eine hohe Temperatur erwärmt wird. Durch Heißpressen kann nicht nur ein dicht gepackter gesinterter Körper mit einer Dichte, die nahe der theoretischen Dichte ist, erhalten werden, sondern es ist auch möglich, die Mikrostruktur eines gesinterten Körpers zu steuern. Durch Heißpressen ist es deshalb möglich, einen gesinterten Körper mit hervorragenden mechanischen und physikalischen Eigenschaften herzustellen, wie zum Beispiel einen gesinterten Körper mit einer hohen Festigkeit. Zusätzlich, Heißpressen zeichnet sich dadurch aus, dass ein Grenzflächenkontakt zwischen verschiedenen Materialien verbessert wird, wodurch Kristalle oder unterschiedliche Materialien und dergleichen gebunden werden. Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf diese Verfahren beschränkt und es kann ein anderes Verfahren zum Sintern eines Fe(Al1-xMnx)2O4-Pulvers angewandt werden. Weiterhin, die Temperaturen und Zeiten in den zuvor beschriebenen Verfahrensschritten sind lediglich beispielhaft und andere Temperaturen und Zeiten können verwendet werden.

Verschiedene Arten von Fe(Al1-xMnx)2O4-Pulvern wurden unter Anwendung des zuvor beschriebenen Herstellungsverfahrens hergestellt, wobei der Wert von x in Fe(Al1-xMnx)2O4 verändert wurde. Der Wert von x wurde auf einen von sieben Werten von x = 0, 0,2, 0,4, 0,5, 0,6, 0,7, 0,8 eingestellt. Weiterhin, die folgende Bewertung wurde durchgeführt, um die Kristallstruktur und die magnetischen Eigenschaften jedes Fe(Al1-xMnx)2O4-Pulvers, das beim Vorbrennen und Herstellen erhalten worden war, zu ermitteln.

[4. Bewertung der Kristallstruktur von Ferrit Fe(Al1-xMnx)2O4]

Wie zuvor beschrieben wurde eine Bewertung hinsichtlich der Kristallstruktur jedes Fe(Al1-xMnx)2O4 durchgeführt, wobei der Wert von x wie folgt verändert wurde: x = 0, 0,2, 0,4, 0,5, 0,6, 0,7, 0,8.

2 bis 7 sind jeweils ein Diagramm, das ein Röntgenbeugungsmuster eines Produktes zeigt, das bei der Wärmebehandlung eines Pulvers entsprechend einer Zusammensetzung x = 0, 0,2, 0,4, 0,5, 0,6, 0,7, 0,8 unter jeweils verschiedenen Gasatmosphären erhalten wurde. 8 ist ein Diagramm, das Gasatmosphären und Röntgenbeugungsmuster von Fe(Al1-xMnx)2O4 zeigt, dessen Kristallstruktur nach der Wärmebehandlung eine Kristallstruktur vom Spinell-Typ war, im Fall von x = 0, 0,2, 0,4, 0,5, 0,6, 0,7, 0,8.

Fe(Al1-xMnx)2O4 im Fall von x = 0 entspricht FeAl2O4 (Hercynit). Wie in 2 gezeigt entsprach das Röntgenbeugungsmuster von Fe(Al1-xMnx)2O4 im Fall von x = 0 dem Röntgenbeugungsmuster von FeAl2O4 mit einer Kristallstruktur vom Spinell-Typ.

Im Fall von x = 0,2 wurde Fe(Al1-xMnx)2O4 hergestellt, während eine Menge a% an H2-Gas, das im Vorbrennschritt in eine N2-Gasatmosphäre eingeleitet wurde, wie folgt geändert wurde: a = 0, 0,01, 0,03, 0,05, 0,08. Wie in 3 gezeigt wurden im Fall von a = 0, 0,01, 0,03 Peakmuster beobachtet, die den Röntgenbeugungsmustern von Spinell-Typ Fe(Al1-xMnx)2O4, Al2O3 und Fe3O4 entsprachen. Folglich wurde bestätigt, dass Al2O3 und Fe3O4 zusätzlich zu Fe(Al1-xMnx)2O4 hergestellt worden waren. Weiterhin, im Fall von a = 0,05, 0,08 wurden Peakmuster beobachtet, die den Röntgenbeugungsmustern von Spinell-Typ Fe(Al1-xMnx)2O4 entsprachen. Folglich wurde bestätigt, dass Fe(Al1-xMnx)2O4-Pulver vom Spinell-Typ hergestellt worden waren.

Im Fall von x = 0,4 wurde Fe(Al1-xMnx)2O4 hergestellt, während eine Menge a% an H2-Gas, das im Vorbrennschritt in N2-Gas eingebracht wurde, wie folgt geändert wurde: a = 0, 0,01, 0,03, 0,05, 0,065, 0,08. Wie in 4 gezeigt wurden im Fall von a = 0, 0,01, 0,03, 0,065 Peakmuster beobachtet, die den Röntgenbeugungsmustern von Spinell-Typ Fe(Al1-xMnx)2O4, Al2O3 und Fe2O3 entsprachen. Folglich wurde bestätigt, dass Al2O3 und Fe2O3 zusätzlich zu Fe(Al1-xMnx)2O4 hergestellt worden waren. Weiterhin, im Fall von a = 0,05 wurden Peakmuster beobachtet, die den Röntgenbeugungsmustern von Spinell-Typ Fe(Al1-xMnx)2O4, Fe2O3 und FeAl2O4 entsprachen. Folglich wurde bestätigt, dass Fe2O3 und FeAl2O4 zusätzlich zu Fe(Al1-xMnx)2O4 hergestellt worden waren. Weiterhin, im Fall von a = 0,08 wurden Peakmuster beobachtet, die den Röntgenbeugungsmustern von Spinell-Typ Fe(Al1-xMnx)2O4, Fe2O3, FeAl2O4 und MnO entsprachen. Folglich wurde bestätigt, dass Fe2O3, FeAl2O4 und MnO zusätzlich zu Fe(Al1-xMnx)2O4 hergestellt worden waren.

Im Fall von x = 0,5 wurde Fe(Al1-xMnx)2O4 hergestellt, während eine Menge a% an H2-Gas, das im Vorbrennschritt in N2-Gas eingebracht wurde, wie folgt geändert wurde: a = 0,01, 0,03, 0,05, 0,08, 0,1. Wie in 5 gezeigt wurden im Fall von a = 0,01, 0,03, 0,05 Peakmuster beobachtet, die den Röntgenbeugungsmustern von Spinell-Typ Fe(Al1-xMnx)2O4 und Al2O3 entsprachen. Folglich wurde bestätigt, dass Al2O3 zusätzlich zu Fe(Al1-xMnx)2O4 her gestellt worden war. Weiterhin, im Fall von a = 0,08 wurden Peakmuster beobachtet, die den Röntgenbeugungsmustern von Spinell-Typ Fe(Al1-xMnx)2O4 und MnO entsprachen. Folglich wurde bestätigt, dass Fe(Al1-xMnx)2O4 und MnO hergestellt worden waren. Weiterhin, im Fall von a = 0,1 wurden Peakmuster beobachtet, die den Röntgenbeugungsmustern von Spinell-Typ Fe(Al1-xMnx)2O4 (ein theoretischer Wert) und MnO entsprachen. Folglich wurde bestätigt, dass Fe(Al1-xMnx)2O4 und MnO hergestellt worden waren.

Im Fall von x = 0,6 wurde Fe(Al1-xMnx)2O4 hergestellt, während eine Menge a% an H2-Gas, das im Sinterschritt in N2-Gas eingebracht wurde, wie folgt geändert wurde: a = 0, 0,01, 0,03, 0,05, 0,08. Wie in 6 gezeigt wurden im Fall von a = 0 Peakmuster beobachtet, die den Röntgenbeugungsmustern von Spinell-Typ Fe(Al1-xMnx)2O4 und MnFe2O4 entsprachen. Folglich wurde bestätigt, dass MnFe2O4 zusätzlich zu Fe(Al1-xMnx)2O4 hergestellt worden war. Weiterhin, im Fall von a = 0,01 wurde ein Peakmuster beobachtet, das dem Röntgenbeugungsmuster von Spinell-Typ Fe(Al1-xMnx)2O4 entsprach. Folglich wurde bestätigt, dass Fe(Al1-xMnx)2O4 hergestellt worden war.

Weiterhin, im Fall von a = 0,03, 0,05, 0,08 wurden Peakmuster beobachtet, die den Röntgenbeugungsmustern von Spinell-Typ Fe(Al1-xMnx)2O4 und MnO entsprachen. Folglich wurde bestätigt, dass Fe(Al1-xMnx)2O4 und MnO hergestellt worden waren.

Im Fall von x = 0,8 wurde Fe(Al1-xMnx)2O4 hergestellt, während eine Menge a% an H2-Gas, das im Vorbrennschritt in N2-Gas eingebracht wurde, wie folgt geändert wurde: a = 0, 0,01, 0,03, 0,05, 0,08. Wie in 7 gezeigt wurde im Fall von a = 0, 0,01 ein Peakmuster beobachtet, das dem Röntgenbeugungsmuster von Spinell-Typ Fe(Al1-xMnx)2O4 entsprach. Folglich wurde bestätigt, dass Fe(Al1-xMnx)2O4 gebildet worden war. Weiterhin, im Fall von a = 0,03, 0,05, 0,08 wurden Peakmuster beobachtet, die den Röntgenbeugungsmustern von Spinell-Typ Fe(Al1-xMnx)2O4 und MnO entsprachen. Folglich wurde bestätigt, dass Fe(Al1-xMnx)2O4 und MnO hergestellt worden waren.

Zusammenfassend den Fall, bei dem nur Spinell-Typ Fe(Al1-xMnx)2O4 (einphasig) hergestellt wurde, wie in 8 gezeigt, wurden der Wert von x in Fe(Al1-xMnx)2O4 und die Menge a% an H2-Gas, das beim Vorbrennen in N2-Gas eingebracht wurde, auf (x, a) = (0,2, 0,08), (0,6, 0), (0,7, 0), (0,8, 0), (0,9, 0) eingestellt, das Peakmuster wurde beobachtet, das dem Röntgenbeugungsmuster von Spinell-Typ Fe(Al1-xMnx)2O4 entsprach. Folglich wurde bestätigt, dass Fe(Al1-xMnx)2O4 hergestellt worden war. Weiterhin, im Fall von (x, a) = (0,2, 0,08) wurden Peakmuster beobachtet, die den Röntgenbeugungsmustern von Spinell-Typ Fe(Al1-xMnx)2O4 und FeAl2O4 entsprachen. Folglich wurde bestätigt, dass FeAl2O4 zusätzlich zu Fe(Al1-xMnx)2O4 hergestellt worden war. Weiterhin, im Fall von (x, a) = (0,9, 0) wurden Peakmuster beobachtet, die den Röntgenbeugungsmustern von Spinell-Typ Fe(Al1-xMnx)2O4 und MnFe2O4 entsprachen. Folglich wurde bestätigt, dass MnFe2O4 zusätzlich zu Fe(Al1-xMnx)2O4 hergestellt worden war.

9A ist eine Tabelle, welche die Produkte zusammenfasst, wenn ein Wert von x und eine enthaltene Menge an H2 verändert werden. Es wird darauf hingewiesen, dass ”S” in 9A angibt, dass eine Verbindung mit einer Kristallstruktur vom Spinell-Typ gebildet worden ist. Zusätzlich, eine schraffierte Zelle für die Kombination (x, a) gibt eine Kombination (x, a) an, für die Fe(Al1-xMnx)2O4 vom Spinell-Typ bestätigt worden ist.

Zusammenfassend, wie in 9A gezeigt wurde gefunden, dass die Herstellung von Fe(Al1-xMnx)2O4 vom Spinell-Typ im Fall von (x, a) = (0,2, 0,05), (0,2, 0,08), (0,6, 0), (0,6, 0,01), (0,7, 0), (0,7, 0,01), (0,8, 0), (0,8, 0,01), (0,9, 0), (0,9, 0,01) bestätigt worden ist.

Es wird darauf hingewiesen, dass wie in 9A gezeigt, obwohl nicht bestätigt wurde, dass Fe(Al1-xMnx)2O4-Pulver vom Spinell-Typ lediglich durch Wärmebehandlung eines Vorläufers mit einer Zusammensetzung von x = 0,5 unter einer Atmosphäre hergestellt worden war, es bestätigt wurde, dass Fe(Al1-xMnx)2O4 vom Spinell-Typ selbst im Fall von x = 0,5 in den folgenden Fällen hergestellt worden war.

9B ist ein Diagramm, das ein Röntgenbeugungsmuster eines Produktes zeigt, das durch Stromimpuls-Druck-Sintern (PECPS) im Fall von x = 0,5 hergestellt wurde. 9C ist ein Diagramm, das Röntgenbeugungsmuster von Produkten zeigt, die durch Stromimpuls-Druck-Sintern und atmosphärische Wärmebehandlung im Fall von x = 0,5 hergestellt wurden.

Im Fall von x = 0,5 wurde ein Vorläufer von Fe(Al1-xMnx)2O4 bei einem Druck von 50 MPa gebildet, und der Vorläufer wurde weiterhin einem Stromimpuls-Druck-Sintern unter der Bedingung 600°C/10 Minuten/50 MPa/Vakuum unterworfen. Ein Röntgenbeugungsmuster des Produktes zu diesem Zeitpunkt wurde gemessen und das in 9B gezeigte Röntgenbeugungsmuster wurde erhalten. In dem Röntgenbeugungsmuster, das in 9B gezeigt ist, wurde ein Peakmuster beobachtet, das einem Beugungsmuster von Fe(Al1-xMnx)2O4 vom Spinell-Typ entsprach. Folglich wurde bestätigt, dass Fe(Al1-xMnx)2O4 vom Spinell-Typ hergestellt worden war. Es wird darauf hingewiesen, dass ein Sinterverfahren nicht auf das Stromimpuls-Druck-Sintern beschränkt ist und ein anderes Sinterverfahren sein kann.

Weiterhin, das Fe(Al1-xMnx)2O4-Pulver vom Spinell-Typ, das durch Stromimpuls-Druck-Sintern hergestellt worden war, wurde zwei Stunden lang bei 900°C unter der Atmosphäre wärmebehandelt. Ein Röntgenbeugungsmuster des Produktes zu diesem Zeitpunkt wurde gemessen und das in 9C gezeigte Röntgenbeugungsmuster wurde erhalten. Es wurde gefunden, dass sich, obwohl das in 9C gezeigte Röntgenbeugungsmuster hinsichtlich der Röntgenbeugung stärker als das in 9B gezeigte Röntgenbeugungsmuster war, ein Teil einer Kristallphase abgetrennt hatte. Dementsprechend kann im Fall von x = 0,5, um ein Fe(Al1-xMnx)2O4-Pulver vom Spinell-Typ herzustellen, gesagt werden, dass das Durchführen von nur PECPS besonders geeignet ist.

10A bis 10G sind rasterelektronenmikroskopische (SEM) Aufnahmen von agglomerierten Teilchen von Fe(Al1-xMnx)2O4-Pulvern im Fall von x = 0, 0,2, 0,4, 0,5, 0,6, 0,8, 1,0. Wie in 10A bis 10G gezeigt nimmt der Teilchendurchmesser der primären Teilchen, die in den agglomerierten Teilchen von Fe(Al1-xMnx)2O4 enthalten sind, mit zunehmendem Wert von x zu, wie bei x = 0, 0,2, 0,4, 0,5, 0,6, 0,8, 1,0.

11 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Wert von x und einem Gitterparameter von Fe(Al1-xMnx)2O4 zeigt.

Wie in 11 gezeigt nimmt der Gitterparameter von Fe(Al1-xMnx)2O4 mit zunehmendem Wert von x zu. Es kann gesagt werden, dass dies konsistent mit dem Ergebnis ist, dass die primären Teilchen mit zunehmendem Wert von x zunehmen, wie in x = 0, 0,2, 0,4, 0,5, 0,6, 0,8, 1,0 in 10A bis 10G.

[5. Bewertung der magnetischen Eigenschaften von Ferrit Fe(Al1-xMnx)2O4]

Nachfolgend werden die magnetischen Eigenschaften von Ferrit Fe(Al1-xMnx)2O4 beschrieben.

12A bis 12F sind jeweils ein Diagramm, das die B-H-Eigenschaften von Fe(Al1-xMnx)2O4 im Fall von x = 0, 0,2, 0,6, 0,7, 0,8, 0,9 zeigt. Es wird darauf hingewiesen, dass, obwohl die Skalierungen der vertikalen Achse und der horizontalen Achse der Einfachheit halber in 12A bis 12F weggelassen sind, die Größe der Skalierungen in 12A bis 12F standardisiert ist.

Die die B-H-Eigenschaften zeigen eine Veränderung der magnetischen Flussdichte (B, dargestellt durch die vertikale Achse), wenn ein äußeres magnetisches Feld (H, dargestellt durch die horizontale Achse) auf ein Material einwirkt. Die B-H-Eigenschaften werden für eine paramagnetische Substanz durch eine Linie (Proportion) dargestellt, und werden für eine ferromagnetische Substanz durch eine sogenannte Hysterese-Kurve dargestellt. Weiterhin, ein Material mit einer kleinen Differenz zwischen positiven und negativen Werten (Koerzitivfeldstärke HC) des äußeren magnetischen Feldes H, wenn die magnetische Flussdichte 0 (eine niedrige Koerzitivfeldstärke HC) in der Hysterese-Kurve ist, wird als ein weichmagnetisches Material bezeichnet, und ein Material mit einer großen Differenz zwischen positiven und negativen Werten des äußeren magnetischen Feldes H, wenn die magnetische Flussdichte 0 (eine hohe Koerzitivfeldstärke HC) in der Hysterese-Kurve ist, wird als ein hartmagnetisches Material bezeichnet. Ein Material wird schneller durch das äußere magnetische Feld magnetisiert, wenn das Material eine kleinere Differenz zwischen positiven und negativen Werten von H (niedrigere Koerzitivfeldstärke HC) hat. Dementsprechend kann gesagt werden, dass ein Material hervorragendere magnetische Eigenschaften hat, wenn das Material weichermagnetisch ist.

Im Fall von x = 0, d. h. FeAl2O4 (Hercynit)-Pulver, wie in 12A gezeigt, nimmt ein Wert von B mit steigendem Wert H zu, und die B-H-Eigenschaften werden durch eine Linie dargestellt. FeAl2O4 ist eine paramagnetische Substanz, und deshalb kann gesagt werden, dass das Ergebnis, dass die B-H-Eigenschaften durch eine Linie dargestellt werden, verständlich ist.

Weiterhin, hinsichtlich Fe(Al1-xMnx)2O4 im Fall von x = 0,2, wie in 12B gezeigt, werden die B-H-Eigenschaften durch eine Hysterese-Kurve dargestellt. Dementsprechend wurde gefunden, dass Fe(Al1-xMnx)2O4 im Fall von x = 0,2 eine ferromagnetische Substanz ist. Es wird darauf hingewiesen, dass, hinsichtlich eines Bereiches 0 < x < 0,2 für den Wert von x, obwohl es nicht möglich ist, aus 12A und 12B abzuleiten, dass Fe(Al1-xMnx)2O4 eine ferromagnetische Substanz ist, im Hinblick auf 12B gesagt werden kann, dass Fe(Al1-xMnx)2O4 zumindest im Fall von x = 0,2 eine ferromagnetische Substanz ist.

Weiterhin, hinsichtlich Fe(Al1-xMnx)2O4 im Fall von x = 0,6, 0,7, 0,8, 0,9, wie in 12C bis 12F gezeigt, werden die B-H-Eigenschaften durch eine Hysterese-Kurve dargestellt. Dementsprechend wurde gefunden, dass Fe(Al1-xMnx)2O4 im Fall von x = 0,6, 0,7, 0,8, 0,9 eine ferromagnetische Substanz ist.

Weiterhin ist gefunden worden, dass eine Differenz zwischen positiven und negativen Werten des äußeren magnetischen Feldes H, wenn die magnetische Flussdichte 0 in der Hysterese-Kurve ist, abnimmt (die Koerzitivfeldstärke HC nimmt ab), wenn der Wert von x zunimmt, wie in x = 0,2, 0,6, 0,7, 0,8, 0,9, und die Hysterese-Kurve zeigt den Weichmagnetismus. Als Ergebnis ist gefunden worden, dass Fe(Al1-xMnx)2O4 mit hervorragenderen magnetischen Eigenschaften erhalten wird, wenn der Wert von x für Fe(Al1-xMnx)2O4 größer ist.

Daraus kann gefolgert werden, dass Fe(Al1-xMnx)2O4 im Fall von x ≥ 0,2 eine ferromagnetische Substanz ist.

13 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Wert von x in Fe(Al1-xMnx)2O4 und einer magnetischen Massensuszeptibilität σs zeigt.

Wie in 13 gezeigt steigt ein Wert der magnetischen Massensuszeptibilität σs an, wenn der Wert von x in Fe(Al1-xMnx)2O4 zunimmt. Folglich kann gesagt werden, dass Fe(Al1-xMnx)2O4 mit einer hervorragenderen Magnetisierung pro Masseneinheit erhalten wird, wenn der Wert von x größer ist. Weiterhin, wenn Fe(Al1-xMnx)2O4 in einem Bereich verwendet wird, in dem hochmagnetische Eigenschaften gefordert werden, beispielsweise insbesondere Hochfrequenz-Vorrichtungen, ist es gewünscht, dass Fe(Al1-xMnx)2O4 ein Material mit einer hervorragenden magnetischen Sättigungsflussdichte ist. Es besteht ein enger Zusammenhang zwischen magnetischer Sättigungsflussdichte und magnetischer Massensuszeptibilität, und es ist bevorzugt, dass die magnetische Massensuszeptibilität σs beispielsweise durch σs ≥ 10 dargestellt wird. Folglich ist es erwünscht, dass Fe(Al1-xMnx)2O4 dessen magnetische Massensuszeptibilität σs die Bedingung σs ≥ 10 erfüllt, hergestellt wird.

14 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Wert von x in Fe(Al1-xMnx)2O4 und einer magnetischen Sättigungsflussdichte BS zeigt.

Wie in 14 gezeigt nimmt ein Wert der magnetischen Sättigungsflussdichte BS zu, wenn der Wert von x in Fe(Al1-xMnx)2O4 zunimmt. Folglich kann gesagt werden, dass Fe(Al1-xMnx)2O4 mit einer hervorragenderen magnetischen Sättigungsflussdichte BS, wenn der Wert von x größer ist.

15 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Wert von x in Fe(Al1-xMnx)2O4 und einer Koerzitivfeldstärke HC zeigt. Es wird darauf hingewiesen, dass die Koerzitivfeldstärke (vertikale Achse) in 15 logarithmisch aufgetragen ist.

Wie in 15 gezeigt nimmt die Koerzitivfeldstärke HC mit zunehmendem Wert von x in Fe(Al1-xMnx)2O4 ab. Es kann gesagt werden, dass dies bedeutet, dass Fe(Al1-xMnx)2O4 weiter weichmagnetisiert wird, wenn der Wert von x zunimmt. Die Koerzitivfeldstärke HC zeigt den Minimalwert, wenn der Wert von x ungefähr 0,8 ist. Die Koerzitivfeldstärke HC steigt wieder an, wenn der Wert von x 0,8 überschreitet. Folglich kann gesagt werden, dass, wenn der Wert von x ungefähr 0,8 beträgt, Fe(Al1-xMnx)2O4 mit dem besten Weichmagnetismus und mit der besten Koerzitivfeldstärke HC erhalten wird.

16 ist eine Tabelle, welche eine Beziehung zwischen Werten von x in Fe(Al1-xMnx)2O4 und Strukturen und magnetischen Eigenschaften von Fe(Al1-xMnx)2O4 zusammenfasst.

Wie in 16 gezeigt wurde, im Fall von x = 0,2, eine feste Lösung von Fe(Al1-xMnx)2O4 das erste Mal unter Anwendung des zuvor beschriebenen Herstellungsverfahrens erfolgreich hergestellt.

Weiterhin, obwohl eine einzige Phase durch Wärmebehandlung bei einer normalen Temperatur im Fall von x = 0,4 oder 0,5 nicht erhalten wurde, wurde ein Einphasen-Pulver beispielsweise durch Stromimpuls-Druck-Sintern im Fall von x = 0,5 erfolgreich hergestellt. Weiterhin, ebenfalls im Fall von x = 0,6, 0,7, 0,8, 0,9 wurde eine feste Lösung von Fe(Al1-xMnx)2O4 das erste Mal unter Anwendung des zuvor beschriebenen Herstellungsverfahrens erfolgreich hergestellt.

Wie beschrieben ist Fe(Al1-xMnx)2O4, hergestellt mit dem zuvor beschriebenen Herstellungsverfahren, ein Ferrit mit einer neuen Zusammensetzung und zeigt Ferromagnetismus. Fe(Al1-xMnx)2O4 hat beispielsweise eine magnetische Sättigungsflussdichte BS in einem Bereich von ungefähr 0,06 bis 0,11 [T], und beispielsweise eine Koerzitivfeldstärke HC in einem Bereich von 14 bis 18 [Oe]. Weiterhin, es ist bewertet worden, dass der Wert von x in Fe(Al1-xMnx)2O4, wenn Fe(Al1-xMnx)2O4 die besten magnetischen Eigenschaften hat, beispielsweise 0,8 ist, und zu diesem Zeitpunkt betragen die magnetische Sättigungsflussdichte BS und die Koerzitivfeldstärke HC jeweils 0,098 [T] und 14 [Oe].

Entsprechend dem magnetischen Material und dem Verfahren zu dessen Herstellung entsprechend der Ausführungsform kann, da es möglich ist, Mn in die gleiche Position einzubringen, in der Al von Hercynit FeAl2O4 eingebracht ist, ein magnetisches Ferritmaterial, das durch die chemische Strukturformel Fe(Al1-xMnx)2O4 dargestellt wird, leicht hergestellt werden. Folglich ist es möglich, ein magnetisches Ferritmaterial Fe(Al1-xMnx)2O4 mit hohen magnetischen Eigenschaften bereitzustellen.

Obwohl das magnetische Material und das Verfahren zu dessen Herstellung entsprechend der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zuvor beschrieben wurden, ist die vorliegende Offenbarung nicht auf die Ausführungsform beschränkt.

Beispielsweise, ein Sinterverfahren ist nicht auf das zuvor beschriebene Heißpressen beschränkt, und andere Verfahren wie beispielsweise Stromimpuls-Druck-Sintern können angewandt werden. Weiterhin, die Temperaturen und Zeiten in den zuvor beschriebenen Verfahrensschritten sind lediglich beispielhaft und andere Temperaturen und Zeiten können verwendet werden.

Weiterhin, die Lösung 1a, die Lösung 1b und die Lösung 1c können gleichzeitig miteinander vermischt werden, oder es kann beispielsweise eine gemischte Lösung, erhalten durch Vermischen der Lösung 1b und der Lösung 1c, hergestellt werden, und die gemischte Lösung kann dann weiterhin mit der Lösung 1a vermischt werden.

Weiterhin, obwohl Fe(Al1-xMnx)2O4 in der zuvor beschriebenen Ausführungsform mit einem Flüssigphasenverfahren hergestellt wird, bei dem die Lösung 1a, die Lösung 1b und die Lösung 1c miteinander vermischt werden, kann Fe(Al1-xMnx)2O4 mit dem Festphasenverfahren hergestellt werden.

Weiterhin, die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die Ausführungsform beschränkt. Formen, erhalten durch verschiedenste Modifikationen der Ausführungsform, die sich der Fachmann ausdenken kann, sowie Formen, die durch Kombination struktureller Elemente in verschiedenen Ausführungsformen gebildet werden, die zum Wesen der vorliegenden Offenbarung gehören, können in einen oder mehrere Aspekte eingebracht werden.

Ein magnetisches Material entsprechend der vorliegenden Offenbarung kann für Induktoren für Hochfrequenz, magnetische Kerne für Transformatoren und dergleichen verwendet werden.

Bezugszeichenliste

1a
Lösung (gemischte wässrige Lösung)
1b
Lösung (Zitronensäure)
1c
Lösung (Ethylenglycol)