WeChatの連絡先 WeChatの連絡先
1947597645
0755-2658-4313
TOP
サービスサポート

サービスサポート

私たちはあなたの専属コンサルタントです

サービスサポート

磁性材料とデバイス技術の最新の開発

作者:麦格雷博10-30 | 2020

1.はじめに 

磁性材料には、モーター、ソレノイド、スピーカー、センサーなどに使用される永久磁石材料と、変圧器、コイル(誘導器)、センサー、および磁気ヘッドに使用されるソフトフェライトコア材料が含まれます。 電子コンプリートマシンの小型化、軽量化、高性能化に加えて、より高い磁気性能と優れた温度特性を備えた磁性材料の開発が急務となっています。


2。永久磁石材料

永久磁石材料は、その種類に応じて、焼結永久磁石と結合永久磁石に大きく分けられ、フェライト永久磁石と希土類永久磁石に分けられます。 焼結永久磁石は、磁性粉末を型に流し込んで焼結および鋳造することによって作製され、結合永久磁石は、少量のプラスチックまたはゴムを磁性粉末に混合してそれを形成することによって作製される。 最も一般的に使用されているフェライト永久磁石は、その安定した磁気特性と低価格のためです。

これまでで最も使用されているバリウムおよびストロンチウムフェライト永久磁石であるフェライト永久磁石が、上記の2つのフェライト永久磁石と比較して、新世代のランタン-コバルトフェライト永久磁石が現在開発されています。 、モーターへの応用を中心に、優れた磁気性能と温度特性により、需要は絶えず拡大しています。

希土類の永久磁石は、主にサマリウムコバルトとネオジメチル鉄ボロン永久磁石を含む強力な磁気エネルギー生成物を持っています。

サマリウムコバルトベースの希土類永久磁石は、耐食性、耐熱性に優れており、ネオジミウム鉄ホウ素永久磁石では扱いにくい自動車やセンサーなどの分野で広く使用されています。

NdFeB永久磁石は永久磁石の中で最も強い磁気エネルギー積を持っています。近年、応用分野はますます大きくなり、電子コンプリートマシンの小型化に大きく貢献しています。 NdFeB永久磁石の高い磁気性能、安定性、耐熱性の精力的な開発により、現在の最大磁気エネルギー積は、世界最高の生産レベルである560KJ / m3(57.8MGOe)に達しました。接着永久磁石に関しては、耐食性に優れ、充填率が高く、残留磁気が高い等方性NdFeB接着永久磁石を開発しました。接着永久磁石用のナノコンポジット磁性粉末を使用して、発電機やスーパーを製造しています。磁気伝導軸受用のリング状接合ネオジメチル鉄ホウ素永久磁石は最大径300mmで、異方性接合永久磁石を使用し、過去のモーターで使用されていたフェライト永久磁石より約50%軽量で広く使用されています。自動車用DCモーター用。NdFeB結合永久磁石は、焼結永久磁石の磁場強度ほど強力ではありませんが、亀裂やエッジの落下が発生しにくく、需要が拡大し続けています。 現在、磁化性能を大幅に向上させる小型モーター用のフェライトゴム結合永久磁石が開発されており、薄いシートになりやすく、モーターのステーターやローターハウジングに取り付け可能な円筒形になっています。 過去の等方性結合永久磁石に対応するNdFeB結合永久磁石に関しては、高い磁気特性を有する異方性結合永久磁石が開発され、実用化された段階に入った。


2.1焼結永久磁石


a。フェライト永久磁石

フェライト永久磁石は、酸化鉄を主成分とした永久磁石であり、他の永久磁石と比較して、低価格で安定性に優れていることから、モーター、スピーカー、リレー、センサー、玩具などの分野で広く使用されています。 近年では、自動車用電化製品やオフィスオートメーション機器にも広く使用されています。 フェライト永久磁石の最大エネルギー積は42.9KJ(5.4MGOe)です。 その磁気エネルギー製品はほぼ限界に達しており、現在、改良された技術を通じて強制力の向上を目指しています。

フェライト永久磁石は、ストロンチウムやバリウムなどの原材料を酸化鉄と混合し、予備焼結して固相反応によりフェライトを超微粉末にすることで製造されます。 超微粉を必要な形状にプレスし、約1200℃の温度で焼結します。 成形方法には、乾式異方性、乾式異方性、湿式異方性があります。

最近では、磁気特性や温度特性に優れたランタンコバルトフェライト永久磁石がモーターやソレノイドに広く使用されています。 この種の永久磁石は、ランタンを使用してストロンチウムの一部を置き換え、コバルトを使用して鉄の一部を置き換えます。これにより、磁気特性と温度特性が大幅に向上します。 従来のフェライト永久磁石と比較して、最大エネルギー積([BH] max)が30〜40%増加し、残留磁気(Br)が10〜15%増加し、高い強制力と温度安定性も備えています。 それも増加しています。 このため、従来のストロンチウムベースのフェライト永久磁石と比較して、小型軽量化を実現しています。


b。希土類永久磁石

代表的な希土類永久磁石は、一定の磁場強度を持ち、耐熱性にも優れたサマリウムコバルト永久磁石で、自動車用センサー、超小型モーター、ソレノイド、ピックアップ、高品質のヘッドホンに使用されています。製品に。

新しいタイプのサマリウムコバルト磁性鋼として、粉末成形で成形された製品であり、最大エネルギー積が239KJ / m3(30MGOe)、強制力が1194KA / m3(15KOe)、残留磁束密度が11KGの製品が商品化されています。

押し出し後の成形体密度が均一であるため、薄い形状の製品でもクラックやエッジドロップがなく、切断後の上下の磁束密度誤差が小さく、リングやフラット製品の製造に適しています。良い価格/性能比。

日本の新悦化学工業株式会社は、ネオジミウム・アイアン・ボロン永久磁石の開発技術ノウハウを活かし、サマリウム・コバルト永久磁石への応用に成功し、磁気性能を大幅に向上させました。最高の磁気性能を実現する製品は、最大エネルギー積が230〜270 KJ / m3(29〜34MGOe)のR33H、最大エネルギー積が191〜239KJ / m3(24〜30MGOe)のR26H、耐高温性が250℃を超える製品で、バッチを開始します。作物。


c。NdFeB永久磁石

ネオジミウム鉄ホウ素(Nd-Fe-B)は、永久磁石の中で最も高い磁気エネルギー積を持ち、サマリウムコバルト永久磁石と比較して、低価格が特徴です。このため、さまざまな小型電子機械モーター、HDD(ハードディスクドライブ)VCM(ボイスコイルモーター)、小型スピーカー、センサー、ソレノイド、リレー、および医療機器のアプリケーションを推進してきました。

NdFeB永久磁石の磁気特性は、大量生産された焼結製品を例にとると、最大エネルギー製品は278〜438KJ / m3(35〜55MGOe)であり、理論値は512KJ / m3(64MGOe)に達します。永久磁石の保圧性は、従来の製品よりも優れています。

NEOMAXが製造する高性能NdFeB永久磁石は、最大磁気エネルギー積が460KJ / m3(57.8MGOe)であり、世界最高レベルです。この永久磁石の保圧性は784KA / m3(9.85KOe)の高レベルに維持でき、ネオジメチル鉄ホウ素永久磁石として世界最高の磁気性能を発揮します。また、NEOMAX AHシリーズの耐熱ネオジミウム鉄ホウ素永久磁石を開発し、量産を開始しました。必要な耐熱性に応じて、140℃〜240℃の温度範囲で5つの材料から永久磁石を選択できます。今後もNdFeB永久磁石の弱点の耐熱性の問題を解決していくことが期待されます。

TDKは、乾式法を使用して、最大エネルギー積が420 KJ / m3(53MGOe)のNdFeB永久磁石のNEOREC53シリーズを開発しました。この製品は、最大磁気エネルギー製品を以前の50シリーズ製品と比較して7〜9%増加させました。

NdFeB永久磁石の製造方法には、粉末材料を不活性ガス中で形成する乾式法と、材料を液体状態で形成する湿式法があります。乾式法は、片面で酸化しやすい希土類元素を主成分とするネオジミウム鉄ホウ素永久磁石であり、酸素含有量は磁気特性に一定の影響を及ぼします。 TDKは、乾式工程に独自の新しい低酸素工程技術を導入し、材料の破砕から成形工程までの酸素含有量をほぼゼロにし、原料粉末の酸化を完全に抑制します。

また、特殊油を溶媒とする湿式法を用いて、酸素含有量の少ない高性能ネオジメチル鉄ホウ素永久磁石を開発・大量生産しています。湿式法と乾式法を比較します。マイクロパウダーの粒子サイズは酸素含有量とは関係がないため、磁場に配向したマイクロパウダーがほとんど影響を及ぼさない範囲でマイクロパウダーの粒子サイズを小さくすることができます。この永久磁石の最大エネルギー積は438KJ / m3(55MGOe)です。

株式会社新悦化学工業株式会社製のNdFeB永久磁石で、最大エネルギー積は382〜422KJ / m3(48〜53MGOe)、高磁気性能のN52シリーズ製品も量産されており、耐熱性・耐高性の高いネオジミウム鉄 ボロンベースの永久磁石も市場に出始めています。

NdFeB永久磁石は、主成分である鉄やネオジムなどの多くの成分により錆びやすい。 このため、製品に表面処理を施す必要があります。 表面処理には、ニッケルおよびアルミニウムイオンコーティング、ニッケルメッキおよび樹脂コーティングが含まれます。 現在、ニッケルメッキが標準的な表面処理方法であり、耐食性、表面洗浄性、硬度に優れています。


2.2接着永久磁石

接着永久磁石は、磁性粉末に少量のプラスチックやゴムなどのバインダーを加え、射出成形や押出成形などの成形方法で作製します。 複雑な形状のさまざまな製品を製造できます。 大量生産が可能なため、コストも安く、メリットもあり、近年広く利用されています。

焼結永久磁石のような結合永久磁石は、フェライト系と希土類系結合永久磁石を持っています。 フェライト系接着永久磁石は、冷蔵庫のドアシール、モーター、エンコーダーローター、センサー、磁性フィルム、コピー機の磁気ローラー、CRTの色調整用のリング磁石などに使用されます。 希少なアースベースの接着永久磁石は、HDD(ハードディスクドライブ)モーター、CD-ROMスピンドルモーター、振動モーター、小型スピーカー、およびさまざまなセンサーで使用されています。


a。磁性粉末

永久磁石の接合に使用される磁性粉末は、焼結永久磁石で作られたフェライトとサマリウム-コバルト磁性粉末です。ネオジミウム-鉄-ホウ素システムは、液体急冷によって作られたアモルファスリボンです。等方性永久磁石は、熱処理によって得られます。磁性粉末。

NEOMAXは、新しいタイプの磁性粉末として、ナノ複合磁性粉末を開発しました。磁性粉末でできた接着永久磁石は、ナノ結晶相が硬磁性相を取り囲むナノコンポジット構造を持ち、少量の希土類元素を添加して高い強制力を得ています。さらに、大量生産のための高速連続鋳造法の使用は、ナノ結晶化を達成することができます。レアアースエレメントが小さいため、コーティングが不要で、耐食性に優れています。

より高い性能を実現するためには、アイソトロピーを異方性に変換する技術を研究・開発し、実用化する必要があります。日本は、磁気異方性のNdFeB結合永久磁石として、HDDR処理法を開発しました。この方法は、NdFeB合金を水素と反応させると同時に、磁気特性を再現しながら磁気異方性を実行する方法です。


b。接着剤(接着剤)

使用する接着剤には、ゴム永久磁石に使用される塩化ポリビニルや塩素化ポリエチレンゴム、プラスチック永久磁石に使用されるナイロン、PPS樹脂、エポキシ樹脂など、さまざまな合成ゴムやニトリルゴムが含まれます。 成形方法として、ゴム製の永久磁石をカレンダーロールまたは押し出し成形で成形し、プラスチック製の永久磁石を圧縮成形します(熱可塑性接着剤を使用する場合)。 熱間押出し加工された異方性リング状永久磁石も実用段階に入っています。 永久磁石の接合に通常使用される接合材料の含有量は、圧縮成形の場合は2〜4重量%、射出成形の場合は6〜8重量%です。


c。開発動向

接着磁石で得られる磁気特性のうち、フェライト系の最大エネルギー積は17.5 KJ / m3(2.2MGOe)、サマリウムコバルト系は約31.8〜80 KJ / m3(4〜10MGOe:等方性)、119 KJ / m3(15MGOe:異方性)、NdFeBは約80〜88 KJ / m3(10〜11MGOe:等方性)です。

異方性接着永久磁石に関しては、HDDR(水素化、相分解、脱水素、再結合)法を用いて異方性接着永久磁石を開発しており、これまでの等方接着永久磁石よりも生産量が多い。 磁気性能は2倍の159KJ / m3(20MGOe)になります。

また、NdFeB結合永久磁石は依然として耐熱性が悪いなどの問題があるため、今後の開発目標は耐熱性の高い結合永久磁石の開発です。

日本のAichiSteel Corporationは、コバルトを添加せずにNdFeB異方性磁性粉末の新しいプロセス(d-HDDR法)の開発に成功しました。このプロセスで製造された磁性粉末は、プラスチック結合永久磁石の製造に使用されます。 。その最大磁気エネルギー積は199KJ / m3(25MGOe)に達します。作られた薄いリング状の磁性鋼はモーターに使用され、優れた耐熱性を備えています。従来、異方性磁性粉末は、貴金属コバルトを大量に添加する必要があり、製造コストが大幅に上昇していましたが、コバルトを添加せずに、ネオジメチル鉄ホウ素合金と水素の反応を利用して反応速度を制御する新しいプロセスを採用しました。

新しいタイプの等方性結合永久磁石には、日本のダトン特殊鋼およびダトンエレクトロニクスのサマリウム(Sm)、鉄(Fe)、および窒素(N)等方性結合永久磁石も含まれます。永久磁石の最大エネルギー積は、世界最高の磁気性能である110KJ / m3(14MGOe)に達し、優れた耐食性と耐熱性を備えています。オフィスオートメーション用の超小型モーター、通信機器、センサー、自動車用の小型高出力モーター、ウォーターポンプなどに広く使用されています。この種の接着永久磁石の製造方法は、指定された組成の合金を調整し、それを窒素中で処理してSm-Fe-N磁性粉末を生成し、それを樹脂と混合して成形することです。磁性粉末の製造工程は、従来のNdFeB結合永久磁石とは異なり、NdFeB磁性粉末に対応するサマリウム磁性粉末は、特殊装置の急冷法を採用しており、真空溶解炉を使用して簡単に製造できます。


3。フェライトコア材料

磁気コア材料には、フェライト系と金属系の2種類がありますが、近年、電子機器の使用頻度が高く、高品質な高周波特性を備えた最も使用されているフェライト材料(ソフトフェライト)です。

フェライト材料は、電力変圧器、通信変圧器、CRT偏向コイル、チョーク、フィルター、およびノイズ抑制装置で使用される磁気コアに広く使用されています。

フェライト材料として、MnZn(マンガン、亜鉛)ベースのフェライト材料が現在最も目を引くものです。 他のフェライト材料と比較して、この材料は磁気異方性が低く、自然磁化が大きい。 このため、透過性が高く、損失が少なく、磁束密度が高いという特徴があり、通信トランス、パワートランス、インバータトランス、チョークなどに広く使用されています。

現在の電源はスイッチング電源が主流であり、スイッチング電源に使用される変圧器は、高周波特性の良いフェライトコアにコイルを巻いて製造されています。 変圧器をより小さく、より薄くするためには、高性能のフェライトコアが必要です。 特に近年、機械全体の小型化・高効率化への要求が高まる中、変圧器のフェライト芯材として電力損失を小さくする必要があります。

消費電力は、入力エネルギーの一部によって生成される熱であり、温度上昇を引き起こし、効率を低下させます。消費電力を削減すれば、変圧器の損失を減らし、温度上昇を抑えることができます。

ニッケル亜鉛(NiZn)系のフェライトと比較して、このパワーフェライトコア材料は、結晶磁気異方性定数と磁気収縮係数が小さく、自然磁化が大きいという特徴があります。このため、電力損失が小さく、飽和磁束密度が高いため、スイッチング電源トランスの製造に適しています。

変圧器と同様に、チョークコイルもフェライトコアをコイルで巻きます。移動体通信などの機器のDCコンバーターに使用されるチョークは、小型化と薄型化が必要であり、使用されるコア材料は、高い磁束密度と低い漏れ磁束を備えている必要があります。

近年、コンピューターなどの電化製品が低電圧・大電流の方向に発展し始めており、高電流に対応して、チョークコイルは低損失・小型化が求められています。また、近年、コンピューターシミュレーションにより、変圧器用のさまざまな形状のフェライトコアを製造することができます。

TDKは、通信のコア材料として、高温LANシステムおよび高速LANシステムのパルストランス用のフェライト材料と、高調波歪みを低減するxDSLモジュールトランス用のフェライト材料を開発しました。

電力変圧器の磁気コア材料は、低い電力損失を必要とします。最近、25°Cから120°Cの広い温度範囲で電力損失を大幅に低減する電力変圧器用のMnZnフェライト材料が開発されました。電源を切り替えるための一般的な変圧器としてだけでなく、次世代自動車の主変圧器にも特に適しています。最近では、高温での飽和磁束密度が高いMnZnフェライト材料も開発されており、液晶インバータトランスや自動車用トランスに適しています。

通信変圧器は、高透過性のフェライト材料を使用しています。最近、高速LANシステムでは多数のパルストランスが使用されています。パルストランスには、DCバイアス負荷のインダクタンスに関する特定の要件があり、その性能を確保する必要があります。このため、初期透過性レベルでのインダクタンスを保証する必要があるだけでなく、優れたDC重ね合わせ特性も重要です。 DC重ね合わせ特性を改善したフェライト材料の開発が今後の開発の方向性です。