本发明涉及呈圆球状的、具有特定的铁氧体组成、且具有一定粒径的圆球状铁氧体粒子以及其制造方法，具体涉及能够作为磁性填料用原料或成型体原料使用的，粉体的分散性优异、均一性优异的成型后凹凸少的圆球状铁氧体粒子以及其制造方法。
背景技术：
作为铁氧体粒子的制造方法，通常的做法是混合指定量的铁氧体粒子的原料后，进行预煅烧、粉碎、造粒，之后进行烧制，而且视情况而有省略预煅烧的做法。
但是，在这样的铁氧体粒子的制造方法中存在各种问题。具体而言，由于借助铁氧体化反应而产生磁化的工序、即烧制工序通常使用隧道式炉，而且将原料填充在匣钵中进行烧制，因此，粒子间的影响导致形状容易变成异形，特别是在形成的铁氧体粒子的粒径越小时越发显著，且烧制后形成块状，在进行击碎时产生碎片，会有异形粒子的混入。而且，当制造小粒径的铁氧体粒子时，如果不加强粉碎，则无法得到形状良好的粒子。再者，烧制时间一旦包括升温时间、最高温度保持时间以及降温时间，则需要12小时左右，且必须对烧制后形成的块状物进行击碎，有生产稳定性不好的问题。
为了解决这样的问题，提出了铁氧体粒子的新的制造方法。例如在专利文献1(日本特开昭62‐50839号公报)中记载了如下铁氧体载体的制造方法：将掺混有金属氧化物构成的掺混物作为铁氧体形成用原料，并使其通过高温的火焰环境，由此使掺混物瞬间铁氧体化。
另外，在专利文献2(日本特开2008‐216339号公报)中公开了在一定条件下制造电子照相用铁氧体载体芯材的方法，所述方法是在大气中，将平均粒径为20～50μm的原料粉末与原料粉末载气一起投入燃烧火焰中，进行热喷涂而使其铁氧体化，然后进行急冷凝固，并对其加以收集、回收来制造电子照相用铁氧体载体芯材。
进而，在专利文献3(日本特开2008‐249855号公报)中记载了一种电子照相显影剂用树脂涂层载体，其铁氧体载体芯材的BET比表面积为900～5000cm2/g、表观密度为2.30～2.80g/cm3。该铁氧体载体芯材的制造方法也优选在大气中，将原料粉末与原料粉末载气一起投入燃烧火焰中，进行热喷涂而使其铁氧体化，然后进行急冷凝固，并对其加以收集、回收。
但在这些制造方法中，氧气/燃烧气体的比是在3.5以下进行的，取决于铁氧体原料，烧制变得困难。另外，这些制造方法并不适用于小粒径铁氧体的制造，无法得到球状均匀的铁氧体粒子。
在专利文献4(日本特开平3‐233464号公报)中记载了作为电子照相显影剂用载体的制造方法而采用直流等离子法、高频等离子法或复合等离子法来熔融载体原料。
然而，由于在该制造方法中使用了氩气、氦气等的高价气体，因此，在经济上极为不利，并不实用。
另外，现有的填料使用的是对铁氧体粉或作为其前体的预煅烧粉进行粉碎而得的粉体，其形状不规则。因此，用涂装等方法进行成型时，粒子彼此间容易产生间隙，如果进行成形后的后处理(加热和烧制)，则不能发生均一的体积变化，例如会导致涂装物或成型物的细孔生成、成型物的烧制不均匀。这些现象在成型物和涂装物越薄且越小的情况下，其倾向会越强。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开昭62‐50839号公报
专利文献2：日本特开2008‐216339号公报
专利文献3：日本特开2008‐249855号公报
专利文献4：日本特开平3‐233464号公报
如上所述，并未找到粉体的分散性优异、均一性优异的成型后凹凸少的铁氧体粒子以及其制造方法。
技术实现要素：
发明要解决的问题
因此，本发明的目的在于提供粉体的分散性优异、均一性优异的成型后凹凸少的、作为磁性填料用原料或成型体用原料使用的铁氧体粒子以及其制造方法。
用于解决问题的方法
本发明人为了解决上述问题而进行了潜心研究，其结果发现圆球状、且具有特定的铁氧体组成、具有一定粒径的铁氧体粒子具备满足上述目的的特性，从而完成了本发明。
即，本发明提供平均粒径为1～2000nm、圆球状的Mn‐Mg类铁氧体粒子。
本发明的上述铁氧体粒子优选含有13～25重量％的Mn、1～3.5重量％的Mg、43～57重量％的Fe。
本发明的上述铁氧体粒子优选进一步含有0～1.5重量％的Sr。
在本发明的上述铁氧体粒子中，优选用Al化合物对表面进行表面处理。
在本发明的上述铁氧体粒子中，优选用偶联剂对表面进行表面处理。
另外，本发明提供上述铁氧体粒子的制造方法，所述铁氧体粒子的制造方法的特征在于，在大气中对通过调整铁氧体组成而得的铁氧体原料进行热喷涂而使其铁氧体化，然后进行急冷凝固。
发明的效果
本发明的铁氧体粒子由于呈圆球状，且具有特定的铁氧体组成，具有一定的粒径，粉体的分散性优异、均一性优异，从而成型后的凹凸少。因此，本发明的铁氧体粒子能够作为磁性填料用原料或成型体用原料使用。
附图说明
图1是根据实施例1得到的铁氧体粒子的扫描电子显微镜照片(×50000)。
具体实施方式
以下对用于实施本发明的实施方式进行说明。
本发明的铁氧体粒子
如下所述，本发明的铁氧体粒子具有一定的粒径、呈圆球状且具有Mn‐Mg类的铁氧体组成。通过具有这样的形状和粒径，从而粉体的分散性以及均一性优异。
这里所说的圆球状指的是平均球状率为1～1.2、优选为1～1.1、更优选为无限接近1的形状。如果平均球状率超过1.2，则会损害铁氧体粒子的球状性。
平均球状率
关于球状率，用场发射扫描电镜(FE‐SEM)(日立高新技术公司制造的SU‐8020)在倍率200000倍下，以能数出共100粒子以上的方式来改变视野，并进行成像。用扫描仪导入拍摄的SEM图像，使用Media Cybernetics公司的图像解析软件“Image‐Pro PLUS”进行图像解析，通过手动测量求出各粒子的外接圆直径、内接圆直径，将它们的比值(外接圆直径/内接圆直径)作为球状率。如果两个直径相同，则比值为1，在粒子为圆球的情况下，该比值为1。将针对100个粒子求出的平均值作为平均球状率。
平均粒径(水平费雷特直径)
与平均球状率相同，拍摄倍率为200000倍的图像后，通过手动测量方式测量水平费雷特直径，将平均值作为平均粒径。
另外，本发明的铁氧体粒子其组成优选为13～25重量％的Mn、1～3.5重量％的Mg、43～57重量％的Fe。由于具有这样的铁氧体组成，从而能够适合用作在1MHz～10GHz的范围中吸收电磁波的成型体原料。且，铁氧体粒子混合、分散在树脂等中后，可不用经过烧制等工序来使用，也可以对铁氧体粒子进行成型、造粒、涂装等工序来形成所需的形状后，进行烧制，使用其烧结体。
如果Mn的含量不足13重量份，或者Mg的含量超过3.5重量％，则铁氧体的磁矩变小，从而电磁波屏蔽能力有变低的可能性，因此不优选。如果Mn的含量超过25重量份，或者Mg的含量不足1重量％，则虽然可增大磁矩，但频率特性有向低频侧偏移的可能性，因此不优选。如果Fe的含量不足43重量％，则虽然铁氧体的电阻容易高电阻化，但磁矩变小，从而电磁波屏蔽能力有变低的可能性。如果Fe的含量超过57重量％，则频率特性有向低频侧偏移的可能性，因此不优选。
本发明的铁氧体粒子在上述组成的基础上，还优选含有Sr。Sr不但有助于烧制时均一性的调整，而且通过含有Sr，可容易地进行铁氧体粒子的频率特性的微调整。Sr的含量优选为0～1.5重量％。如果Sr的含量超过1.5重量％，则由于作为硬铁氧体的影响开始出现，因此电磁波屏蔽能力有快速变差的可能性。
Fe、Mn、Mg以及Sr的含量
按照如下方法测定上述Fe、Mn、Mg以及Sr的含量。
称量0.2g铁氧体粒子，在60ml纯水中加入1N盐酸20ml、以及1N硝酸20ml后进行加热，制出铁氧体粒子完全溶解的水溶液，用ICP分析装置(岛津制作所制造的ICPS‐1000IV)测定Fe、Mn、Mg以及Sr的含量。
本发明的铁氧体粒子的平均粒径为1～2000nm。如果平均粒径不足1nm，则即使进行表面处理，也会有粒子严重凝集而粒子的分散性差的情况。如果平均粒径超过2000nm，则成型后的凹凸容易变大。平均粒径优选为1～800nm。更优选为1～300nm。
在本发明的铁氧体粒子中，优选用Al化合物对表面进行表面处理。通过用Al化合物进行表面处理，使得在成型物中，铁氧体粒子彼此变得难以接触，从而可提高电阻。作为Al化合物可例举出硫酸铝、铝酸钠等。表面处理量以Al换算，为铁氧体粒子的0.2～1重量％。
在本发明的铁氧体粒子中，优选用偶联剂对表面进行表面处理。通过用偶联剂进行表面处理，可提高铁氧体粒子对成型物中使用的树脂的分散性。作为偶联剂可使用各种硅烷偶联剂、钛酸酯类偶联剂、铝酸酯类偶联剂。更优选使用正癸基三甲氧基硅烷、正辛基三乙氧基硅烷。表面处理量既可根据粒子的BET比表面积来计算，也可以硅烷偶联剂换算，其为铁氧体粒子的0.05～2重量％。
本发明的铁氧体粒子的制造方法
下面，对本发明的铁氧体粒子的制造方法进行说明。
本发明的铁氧体粒子的制造方法是将通过调整指定比例的铁氧体组成而得的铁氧体原料在大气中进行热喷涂，使其铁氧体化，然后进行急冷凝固。
作为制备具有上述比例组成的铁氧体原料的方法没有特别限制，可采用现有公知的方法，也可使用干式法或湿式法。
现举出铁氧体原料(造粒物)的制备方法的一个例子：称量出适量铁氧体组成后，加水粉碎而制成浆料，所述铁氧体组成是由Fe原料和从Mn、Mg、Sr中选出的至少1种原料构成的。用喷雾干燥器对制出的粉碎浆料进行造粒，分级后制备指定粒径的造粒物。如果考虑到获得的铁氧体粒子的粒径，则造粒物的粒径优选为3～10μm大小。另外，作为其他例子，可称量出适量铁氧体组成用原材料后，混合后进行干式粉碎，使各原材料粉碎分散，用造粒机对该混合物进行造粒，分级后制备指定粒径的造粒物。
将由此制备的造粒物在大气中进行热喷涂，使其铁氧体化。在热喷涂中，作为可燃性气体燃焰可使用燃烧气体和氧，燃烧气体和氧的容积比为1：3.5～1：6.0。相对于燃烧气体，可燃性气体燃焰的氧的比例如果不足3.5，则熔融不充分，而相对于燃烧气体，如果氧的比例超过6.0，则铁氧体化变得困难。例如，相对于10Nm3/hr的燃烧气体，氧可按照35～60Nm3/hr的比例进行使用。
作为在上述热喷涂中使用的燃烧气体可采用丙烷气体、丙烯气体、乙炔气体等，尤其可适用丙烷气体。另外，造粒物载气可使用氮、氧或空气。造粒物流速优选为20～60m/sec。
将这样进行热喷涂而得以铁氧体化的铁氧体粒子在水中或室温的大气中进行急冷凝固，并用过滤器对其进行收集。
之后，根据需要对由收集用过滤器所回收的铁氧体粒子进行分级。作为分级方法，可采用已知的风力分级、丝网过滤法、沉淀法等，将粒度调整为所需的粒径。且，也可用旋风分离器等将所需的粒径的粒子与大粒径的粒子分离后进行回收。
以下，基于实施例等对本发明作具体说明。
实施例
实施例1
以摩尔比50：40：10的比例对氧化铁、氧化锰以及氧化镁进行计量，进而相对于总计100摩尔的上述物质，添加0.5摩尔的氧化锶后，一并进行混合。加水粉碎，制出固含量为50重量％的浆料。用喷雾干燥器对制出的浆料进行造粒，分级后得到平均粒径5μm的造粒物。
然后，将得到的造粒物在丙烷：氧＝10Nm3/hr：35Nm3/hr的可燃性气体燃焰中，以流速约40m/sec的条件进行热喷涂，并进行急冷，用过滤器收集，进行分级后制出铁氧体粒子。
实施例2
除了以摩尔比38：40：12的比例对氧化铁、氧化锰以及氧化镁进行计量，进而相对于总计100摩尔的上述物质，添加0.5摩尔的氧化锶后，一并进行混合以外，与实施例1相同地制出铁氧体粒子。
实施例3
除了以摩尔比46：44：10的比例对氧化铁、氧化锰以及氧化镁进行计量，进而相对于总计100摩尔的上述物质，添加0.5摩尔的氧化锶后，一并进行混合以外，与实施例1相同地制出铁氧体粒子。
实施例4
除了以摩尔比58：32：10的比例对氧化铁、氧化锰以及氧化镁进行计量，进而相对于总计100摩尔的上述物质，添加0.5摩尔的氧化锶后，一并进行混合以外，与实施例1相同地制出铁氧体粒子。
实施例5
除了以摩尔比47.8：44.5：7.7的比例对氧化铁、氧化锰以及氧化镁进行计量，进而相对于总计100摩尔的上述物质，添加0.55摩尔的氧化锶后，一并进行混合以外，与实施例1相同地制出铁氧体粒子。
实施例6
除了相对于总计100摩尔的氧化铁、氧化锰以及氧化镁，添加1.25摩尔的氧化锶后，一并进行混合以外，与实施例1相同地制出铁氧体粒子。
实施例7
除了不添加氧化锶以外，与实施例1相同地制出铁氧体粒子。
比较例1
除了使用电炉，并在1200℃、4小时、氧浓度0体积％(N2)环境下对造粒物进行烧制，粉碎得到的烧制物以外，与实施例1相同地制出铁氧体粒子。
比较例2
除了改变喷雾干燥器的条件，制出平均粒径39μm的造粒物，使用电炉，并在1200℃、4小时、氧浓度0体积％(N2)环境下进行烧制，击碎得到的烧制物以外，与实施例1相同地制出铁氧体粒子。
将实施例1～7以及比较例1～2的装料摩尔比、制造方法、化学分析、粉体特性/磁力特性(形状、平均粒径、BET比表面积、磁化以及粉体电阻)示于表1。此处，表1的形状中的圆球状指的是平均球状率1.2以下的形状。另外，对于平均粒径，实施例1～7根据上述的水平费雷特直径进行测定，比较例1～2根据下述的体积平均粒径进行测定。在表1中，BET比表面积、磁力特性以及电阻的测定方法如下所述，其他项目的测定方法如上述。另外，将实施例1得到的铁氧体粒子的扫描电子显微镜照片(×50000)示于图1。
体积平均粒径(微磁道)
按照如下方法测定该体积平均粒径。即，用日机装株式会社制造的微磁道粒度分析仪(Model9320‐X100)进行测定。分散介质中使用了水。将10g试样(树脂包覆的铁氧体载体)和80ml水加入到100ml的烧杯中，添加2～3滴分散剂(六甲基磷酸钠)。然后，用超声波均质器(SMT.Co.LTD.制造的UH‐150型号)，并设定为输出等级4，进行20秒的分散。之后，除去烧杯表面产生的泡沫，将试样投入到装置中。
BET比表面积
该BET比表面积的测定使用的是比表面积测定装置(型号：Macsorb HM model‐1208(Mountech公司制))。将约0.5～4g的测定试样(铁氧体粒子)加入到比表面积测定装置专用的标准样品单元格中，用精密天平正确称量，将试样设置在测定端口后，开始测定。使用一点法进行测定，如果在测定结束时输入试样的重量，则会自动算出BET比表面积。且，作为测定前的预处理，分取10g左右的测定试样置于包药用纸后，用真空干燥机脱气至‐0.1MPa，当确认真空度到达‐0.1MPa以下后，在200℃加热2小时。
环境：温度为10～30℃、湿度为20～80％的相对湿度无凝结
磁力特性
用振动试样型磁力测定装置(型号：VSM‐C7‐10A(东英工业公司制))测定磁力特性。将测定试样(铁氧体粒子)放入到内径为5mm、高度为2mm的样品单元格中，进而设置在上述装置中。测定时，施加外加磁场并扫描至3K·1000/4π·A/m。随后，减小外加磁场，在记录纸上绘制滞后曲线。根据该曲线的数据，读取外加磁场为5K·1000/4π·A/m时的磁化。
粉体电阻
将试样(铁氧体粒子)填充到截面积为4cm2的氟树脂制的量筒中直至试样高度达到4mm后，在两端安装电极，进而在其上放置1kg的重物后，测定电阻。电阻的测定使用株式会社TFF制造的型号6517A的绝缘电阻测定器，在施加25V的测定电压60秒后对电阻进行测定，算出体积电阻。
表1
实施例8
将实施例1得到的铁氧体粒子分散在水中并使固含量为10重量％，通过把硫酸铝水溶液滴加到分散而成的浆料中来进行表面处理。此时，添加氨水溶液使分散而成的浆料的pH维持在7.5～8.5。处理量用铝换算，为铁氧体粒子(粉体)的0.5重量％，并以使硫酸铝水溶液中的铝浓度为10重量％的方式进行制备。对含有经表面处理的铁氧体粒子的浆料进行过滤，在120℃干燥8小时来除去水分，之后借助样品粉碎机进行粉碎，制出用Al化合物进行了表面处理的铁氧体粒子。
实施例9
将实施例1得到的铁氧体粒子分散在水中并使固含量为10重量％，通过把铝酸钠水溶液滴加到分散而成的浆料中来进行表面处理。此时，添加醋酸水溶液使分散而成的浆料的pH值维持在8.5～9.5。处理量用铝换算，为铁氧体粒子(粉体)的0.5重量％，并通过调整使得铝酸钠水溶液中的铝浓度为10重量％。对含有经表面处理的铁氧体粒子的浆料进行过滤，在120℃下干燥8小时来除去水分，之后借助样品粉碎机进行粉碎，制出用Al化合物进行了表面处理的铁氧体粒子。
实施例10
准备分散有水、正癸基三甲氧基硅烷和醋酸的水溶液，添加实施例1得到的铁氧体粒子并使其固含量为10重量％，进而使其分散。之后，通过添加氨水溶液使浆料的pH值维持在8来进行表面处理。此时，处理量用硅烷偶联剂换算，为铁氧体粒子(粉体)的1重量％。将含有经表面处理的铁氧体粒子的浆料在180℃下干燥6小时来除去水分，之后借助样品粉碎机进行粉碎，制出用硅烷偶联剂进行了表面处理的铁氧体粒子。
实施例11
除了使用实施例8得到的Al表面处理铁氧体粒子以外，与实施例10相同地，制出用正癸基三甲氧基硅烷进行了表面处理的铁氧体粒子。
实施例12
用正辛基三乙氧基硅烷对实施例8得到的Al表面处理铁氧体粒子进行表面处理。处理条件为180℃、6小时，处理量用硅烷偶联剂换算，为铁氧体粒子(粉体)的0.08重量％。
将实施例8～12得到的铁氧体粒子的原料粒子、基于Al化合物的表面处理条件(表面处理剂、处理量以及pH)、基于硅烷偶联剂的表面处理条件(表面处理剂、处理量以及热处理条件)以及粉体电阻示于表2。且，粉体电阻的测定方法如上所述。
表2
将实施例1～12以及比较例1～2得到的铁氧体粒子分别与粘合剂混合，制成涂料。将涂膜用油墨的制造条件(铁氧体粒子和粘合剂的混合方法以及粘合剂的种类)、凹凸性评估(基材以及干燥后的表面凹凸)以及致密性的评估(基材、正式烧制温度以及致密性)示于表3。
涂膜制造用油墨的制备(水系)
在实施例1～9以及比较例1～2中，将铁氧体粒子和水进行混合，使固含量大约为60重量％，添加琼脂，使得琼脂为水的1.5重量％。在使用IKA公司制造的ULTRA‐TURRAX进行分散的同时加热至100℃，且在溶解琼脂的同时蒸发水分进行调整，使得固含量为65重量％。之后，在冷却至50℃的同时继续分散、搅拌，得到涂膜制造用油墨。其中，比较例2使用了搅拌机进行混合。
涂膜制造用油墨的制备(溶剂系)
在实施例10～12中，将铁氧体粒子、丙烯酸类树脂和甲苯进行混合，使得铁氧体粒子为65重量％、丙烯酸类树脂的树脂固含量为12重量％、甲苯为48重量％，并使用ULTRA‐TURRAX使用进行分散，进而得到涂膜制造用油墨。
涂膜的制备方法
以4mil(101.6μm)的设定使用宽10cm的贝氏涂抹器在PET膜以及玻璃板上制出涂膜。制出涂膜后，并使溶剂干燥后，使用测微计并改变测定部位，对膜厚测量9次，以Δ＝最大膜厚‐最小膜厚的方式进行评估。
干燥后的表面凹凸的评估
基于下述内容进行干燥后的表面凹凸的评估。
〇：最大膜厚‐最小膜厚＝2μm以下
△：最大膜厚‐最小膜厚＝2～5μm
×：最大膜厚‐最小膜厚＝5μm以上
致密性的测定方法
针对实施例1～9以及比较例1～2，将上述制出的铁氧体涂膜从玻璃板剥离，在650℃下进行脱粘合剂处理，进而用电炉在烧制温度1200℃、氧浓度0体积％(N2)下保持4小时进行烧制。对从炉中取出时的烧制物的色泽进行目视评估(通过目视可以确认到金属光泽的情形是表示：铁氧体烧制后粒子紧密地聚集，达到了铁氧体的表面能够反射作为电磁波的一种类型的可见光的程度。)。
致密性的评估
基于下述内容进行致密性的评估。
◎：有金属光泽
〇：亮灰色～金属光泽
△：暗灰色～亮灰色
×：红黑色～暗灰色
表3
如表3所示，实施例1～12的干燥后的凹凸都良好。尤其，实施例10～12确认到疏水性得到了提高，且在非水溶剂类溶剂中也确保了充分的分散性。另外，对于实施例1～9，烧结后的致密性良好。
另一方面，由于比较例1的粒子形状是不规则的，从而与实施例相比，干燥后的涂膜凹凸大，烧结后也未能得到致密的烧制物。进而，在比较例2中，其结果为粒径大，干燥后的涂膜凹凸也大。烧结后也未能得到致密的烧制物。
工业实用性
现有的填料，如上所述，其形状不规则，粒子间彼此容易产生间隙，如果进行成形后的后处理(加热/烧制)，则不发生均一的体积变化，导致涂装物或成型物的细孔的生成、成型物的烧制不均匀，与此相对地，本发明的铁氧体粒子不仅已经被热处理而形成铁氧体，而且由于其还呈圆球状，即使进行成形后的热处理，体积变化也小，可期望均一的体积变化。
另外，本发明的铁氧体粒子由于粉体的分散性优异，成型后的均一性优异，从而成型后的凹凸少。
因此，本发明的铁氧体粒子能优选作为磁性填料用原料或成型体用原料使用，尤其适于作为电磁波屏蔽用树脂组合物的填料或磁性流体使用。