CN104252941A - 磁性材料以及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种磁性材料，其具备：多个磁性金属粒子；和填充磁性金属粒子之间的间隙的比磁性金属粒子的电阻高的基体相，所述磁性金属粒子含有：含有选自由Fe、Co、Ni组成的组中的至少一种元素的磁性金属；和包含于磁性金属内的第1化合物，该第1化合物为选自由Fe、Al、Si、B、Mg、Ca、Zr、Ti、Hf、Zn、Mn、Nb、Ta、Mo、Cr、Cu、W、稀土类元素、Ba和Sr组成的组中的至少一种元素的氧化物、氮化物或碳化物。

Description

磁性材料以及装置
对相关申请的交叉参考
本申请基于2013年6月25日提交的日本专利申请2013-133106号主张优先权，在此以参考的形式援引其全部内容。
技术领域
本发明主要涉及磁性材料以及装置。
背景技术
现在，磁性材料适用于电感器、电磁波吸收体、磁性油墨、天线装置等各种各样的装置，是非常重要的材料。这些装置根据所需目的来利用磁性材料所具有的导磁率或磁损耗的特性。磁损耗包括：由强磁性共振产生的损耗，由磁畴壁共振产生的损耗，由外加磁场时的诱导电流产生的涡电流损耗，磁化过程中的热能损耗即磁滞损耗。电感器和天线装置利用高导磁率和低磁损耗，电磁波吸收体利用高磁损耗。由此，实际中作为装置使用时，必须根据设备的利用频带来控制导磁率和磁损耗。
具有高导磁率和低磁损耗的磁性材料在应用于功率半导体装置中使用的功率电感器方面受到关注。功率半导体是以MOSFET或功率二极管等为代表的以高效率控制高电力和能量的半导体，从节能的观点来看，在家电、计算机、汽车等所有的设备中广泛应用。
对于功率半导体来说，现在，Si为主流，但据认为，为了进一步进行高效率化和设备的小型化，利用SiC、GaN是有效的。SiC和GaN比Si的带隙和绝缘击穿电场大，能够提高耐电压，因此能够使元件薄型化。由此，能够降低半导体的导通电阻，对低损耗化和高功率化是有效的。此外，因为SiC和GaN的载流子迁移性高，所以能够使开关频率高频率化，能够使元件小型化。据预测，系统的驱动频率能够从Si的kHz带高频率化至MHz带。
考虑到上述观点，使用了SiC、GaN的功率半导体的开发正在活跃地进行。另外，为了将功率半导体装载到各种设备中，功率电感器的开发、即在MHz带具有高导磁率、低磁损耗磁性材料的开发是不可缺少的。还有，需要能够对应大电流的高饱和磁化。如果饱和磁化较高，则即使外加高磁场也难以引起磁饱和，能够抑制实际的电感值的降低。由此，提高装置的电流重叠特性，提高系统的效率。
现在，已作为电感器实用化的磁性材料有硅钢板或FINEMENT(日立金属公司制微结晶材料)等金属系材料、由铁氧体所代表的氧化物材料。金属系材料虽然是高饱和磁化和高导磁率的材料，但电阻小且在1MHz以上的高频带会增大涡电流损耗。另外，对于氧化物材料来说，因为材料本身的电阻大，所以即使在高频带也是低磁损耗，但因为饱和磁化低，所以容易引起磁饱和，电感值降低，不适合于功率电感器。
对于SiC和GaN等面向功率半导体的电感器来说，开发在1MHz以上的MHz频带满足高饱和磁化、高导磁率、低磁损耗的材料是不可缺少的。
此外，在高频带具有高导磁率和低磁损耗的磁性材料除了被期待应用于功率电感器以外，还被期待应用于天线装置等高频率通信设备的装置。作为天线的小型化、省电力化的方法，有下述方法：通过将高导磁率、低磁损耗的绝缘基板作为天线基板，卷入到达通信设备内的电子部件和基板的电波，使电波不到达电子部件地进行电波的收发。由此，使天线小型化和省电力化成为可能，同时，还使天线的共振频率宽频带化成为可能，因此是优选的。由此，如果开发出功率电感器用磁性材料，则也可能应用于天线装置。
此外，对于电磁波吸收体来说，利用高磁损耗，吸收从电子设备产生的噪音，使电子设备的误动作等故障减低。电子设备是在各种频带使用，在规定的频带下要求高磁损耗。一般来说，磁性材料在强磁性共振频率附近显示出高磁损耗。在MHz频带低损耗磁性材料的强磁性共振频率大约变为GHz频带。由此，MHz带功率电感器用磁性材料也可以应用于例如在GHz带使用的电波吸收体。
这样，如果能够开发在MHz频带具有高导磁率和低磁损耗的磁性材料，则也能够使用于MHz带以上的高频带的功率电感器、天线装置、电磁波吸收体等。但至今已提出的任何磁性材料都未必具备充分的特性。
附图说明
图1是第1实施方式的磁性材料的示意图。
图2是第2实施方式的磁性材料的示意图。
图3是第3实施方式的磁性材料的示意图。
图4A、图4B是第5实施方式的装置的概念图。
图5是第5实施方式的装置的概念图。
图6是第5实施方式的装置的概念图。
发明内容
本发明所要解决的问题是，提供在高频带具备优良的高导磁率和低磁损耗的特性的磁性材料以及装置。
本发明的磁性材料具备：多个磁性金属粒子；和填充所述磁性金属粒子之间的间隙的比所述磁性金属粒子的电阻高的基体相，所述磁性金属粒子含有：含有选自由Fe、Co、Ni组成的组中的至少一种元素的磁性金属；和包含于所述磁性金属内的第1化合物，该第1化合物为选自由Fe、Al、Si、B、Mg、Ca、Zr、Ti、Hf、Zn、Mn、Nb、Ta、Mo、Cr、Cu、W、稀土类元素、Ba和Sr组成的组中的至少一种元素的氧化物、氮化物或碳化物。
通过上述构成，可以提供在高频带具备优良的高导磁率和低磁损耗的特性的磁性材料。
具体实施方式
以下，用附图对本发明的实施方式进行说明。
(第1实施方式)
本实施方式的磁性材料具备：多个磁性金属粒子；和填充磁性金属粒子之间的间隙的比磁性金属粒子的电阻高的基体相，所述磁性金属粒子含有：含有选自由Fe、Co、Ni组成的组中的至少一种元素的磁性金属；和包含于磁性金属内的第1化合物，该第1化合物为选自由Fe、Al、Si、B、Mg、Ca、Zr、Ti、Hf、Zn、Mn、Nb、Ta、Mo、Cr、Cu、W、稀土类元素、Ba和Sr组成的组中的至少一种元素的氧化物、氮化物或碳化物。
本实施方式的磁性材料通过具备上述构成，从而实现在1MHz以上的MHz频带的高饱和磁化、高导磁率、低磁损耗。
图1是本实施方式的磁性材料的截面示意图。本实施方式的磁性材料由磁性金属粒子10和基体相14构成。磁性金属粒子10由磁性金属11和磁性金属11中含有的第1化合物12构成。
磁性金属11是含有选自由Fe、Co、Ni组成的组中的至少一种元素的磁性金属。磁性金属11也可以是Fe、Co、Ni单质金属。磁性金属11也可以是Fe基合金、Co基合金、FeCo基合金、FeNi基合金等合金。Fe基合金可以列举出例如FeNi合金、FeMn合金、FeCu合金。Co基合金可以列举出例如CoNi合金、CoMn合金、CoCu合金。FeCo基合金可以列举出例如FeCoNi合金、FeCoMn合金、FeCoCu合金。
磁性金属粒子10为球状粒子，磁性金属11为多结晶质或非晶质。
第1化合物12是含有选自由Fe、Al、Si、B、Mg、Ca、Zr、Ti、Hf、Zn、Mn、Nb、Ta、Mo、Cr、Cu、W、稀土类元素、Ba和Sr组成的组中的至少一种元素的氧化物、氮化物或碳化物。第1化合物12存在于磁性金属粒子10的磁性金属11的结晶晶界或非晶质中。
基体相14比磁性金属粒子10的电阻高。从抑制由流过整个材料的涡电流产生的涡电流损耗的观点来看，优选基体相14为电阻高的材料。可以列举出例如空气、玻璃、有机物树脂、氧化物、氮化物、碳化物等。基体相14的材料的电阻值优选为例如1mΩ·cm以上。
基体相14的电阻比磁性金属粒子10的电阻高这一事项可以通过从端子间的电流和电压值求出电阻的四端子法或二端子法电阻测量来判定。例如，有下述的方法：用扫描电子显微镜一边观察磁性金属粒子和基体相混合而成的试样的电子图像，一边使端子(探针)与磁性金属粒子和基体相的各自接触来测量电阻。
本实施方式的磁性材料通过在磁性金属粒子10内包含比磁性金属11的电阻高的第1化合物12，从而可以抑制磁性金属粒子10内的涡电流，可以制成低磁损耗的磁性材料。
此外，由于第1化合物12存在于磁性金属11的结晶晶界，因而可以抑制介由晶界进行的氧的扩散。因此，可以抑制磁性金属11的氧化，可以制成高可靠性的磁性材料。
第1化合物12的刚性优选比磁性金属11的刚性高。由于磁性金属粒子10内包含比磁性金属11的刚性高的第1化合物12，因而能够具备高机械强度。
在将磁性金属粒子10切断的截面中，粒子内部所含有的第1化合物12的面积比例A优选为0.1％≤A≤20％。如果第1化合物12的面积大于20％，则有可能会降低整个磁性材料的磁化。如果第1化合物12的面积小于0.1％，则有可能无法获得充分的机械强度、可靠性、低磁损耗性。
第1化合物12的面积比例A例如通过用TEM等进行截面观察来算出。例如可以从TEM像通过磁性金属11和氧化物12的图像处理来确定边界，求出面积比例。
此外，在只用图像处理等难以确定边界的情况下，第1化合物12的面积比例A是通过用透射型电子显微镜(TEM)和能量分散型X射线分光法(EDX)观察磁性金属粒子10的截面来算出的。在磁性金属粒子10的截面TEM像中照射EDX，进行元素分布表征(element mapping)，综合由截面TEM图像和元素分布表征所得到的信息，规定A′＝氧或氮或碳元素被检出的粒子截面面积/磁性金属粒子10的截面面积。规定A为任意的10个磁性金属粒子的A′的平均值。
在磁性材料中的磁性金属粒子10的体积率优选是相对于整个磁性材料占20％以上80％以下的体积率。如果体积率超过80％，则整个磁性材料的电阻变小，有可能会增大由流过整个试样的涡电流而产生的涡电流损耗。如果体积率低于20％，则有可能会因磁性金属的体积率降低而导致磁性材料的饱和磁化降低，导磁率降低。
磁性金属粒子10的平均粒径优选为100nm以上15μm以下。一般来说，涡电流损耗与频率的平方成比例，在高频带会增大涡电流损耗。如果磁性粒子10的粒径大于15μm，则粒子内发生的涡电流损耗大约在1MHz以上变得明显，因此不优选。此外，强磁性共振频率降低，在MHz频带呈现由强磁性共振导致的损耗，因此不优选。如果磁性金属粒子10的粒径小于100nm，则在MHz频带的涡电流损耗较小，但矫顽力较大，磁滞损耗增大，因此不优选。这样，对于实现在MHz带低磁损耗的磁性材料来说，有磁性金属粒子的合适的粒径范围。此外，如果磁性金属粒子的粒径变小，则因自然氧化而发生饱和磁化的下降。在本实施方式中，通过使得在磁性金属粒子10的结晶晶界或非晶质中含有第1化合物12，从而可以抑制由氧向磁性金属粒子10内的扩散而产生的磁性金属11的氧化，即使适合于MHz带的小粒径的磁性金属粒子也可以实现高饱和磁化。由此，也可以获得高导磁率。这样，通过本实施方式，可以制成在MHz带高饱和磁化、高导磁率、低磁损耗的磁性材料。
在制造本实施方式的磁性材料时，为了使磁性金属粒子内部含有化合物(第1化合物)，用研磨机加工时，优选使用大功率研磨机。有下述方法等：用研磨机混合磁性金属和化合物，使磁性金属粒子内部机械地含有化合物的方法；通过大功率研磨机使氧化物、氮化物或碳化物从在Fe、Co或Ni中含有氧、氮或碳的原料析出的方法。在用研磨机混合磁性金属和化合物的情况下，所使用的化合物的粒径优选为5nm以上100nm以下。在化合物的粒径为5nm以下的情况下，有可能不能充分增大磁性金属粒子的内阻。在化合物的粒径为100nm以上的情况下，化合物有可能难以包含在磁性金属粒子内。只要是能够施加强重力加速度的装置就行，不需选择装置的种类。可以列举出例如旋转球磨机、振动球磨机、搅拌球磨机(超细磨碎机)、砂磨机、行星研磨机、喷射研磨机等。重力加速度优选为40G以上，特别优选为100G以上。使用的球和珠的直径优选为0.1mm以上10mm以下。如果球的直径小于0.1mm，则粉末的回收变难，不能提高收率，因此不优选。如果球的直径大于10mm，则球与磁性金属粒子接触的概率变低，使磁性金属粒子内部无法含有化合物。对于用研磨机的加工来说，优选使用溶剂的湿式研磨机。这是因为通过加入溶剂，可以进行均匀的粒子合成。
(第2实施方式)
关于本实施方式的磁性材料，除了磁性金属粒子进一步含有包含于磁性金属内的比第1化合物的电阻高的第2化合物以外，其它与第1实施方式相同，上述第2化合物为选自由Fe、Al、Si、B、Mg、Ca、Zr、Ti、Hf、Zn、Mn、Nb、Ta、Mo、Cr、Cu、W、稀土类元素、Ba和Sr组成的组中的至少一种元素的氧化物、氮化物或碳化物。因此，省略了对与第1实施方式重复的内容进行的记述。
图2是本实施方式的磁性材料的截面示意图。本实施方式的磁性材料由磁性金属粒子10和基体相14构成。磁性金属粒子10由磁性金属11和磁性金属11中含有的第1化合物12和第2化合物13构成。
第1化合物12例如为氧化铁。另外，第2化合物13为与第1化合物12不同的化合物。第2化合物13例如为铝(Al)的氧化物即氧化铝。
本实施方式的磁性材料由于在磁性金属粒子内具有比第1化合物12的电阻高的第2化合物13，因而可以制成磁性金属粒子的内阻更高、涡电流损耗更低的磁性材料。此外，通过将第2化合物13设定为比第1化合物12的刚性高的材料，可以进一步提高磁性材料的强度。因此，可以制成可靠性更高的磁性材料。另外，通过调整第1化合物以及第2化合物的含量，从而更容易将涡电流损耗和刚性调整为适合于装置使用条件的值。
关于第2化合物13的电阻比第1化合物12的电阻高这一事项例如可以通过下述方法来判定：使用原子力显微镜，使探针接触在化合物12和13上，测量电流和电压来算出电阻。
(第3实施方式)
关于本实施方式的磁性材料，除了磁性金属粒子不是球状粒子而是扁平粒子以外，其它与第1实施方式相同。因此，省略了对与第1实施方式重复的内容进行的记述。
磁性金属粒子10也可以是球状粒子，但更优选为扁平粒子。关于扁平粒子，优选的是，在将沿着扁平粒子的最长直径切断的截面的长轴记为X、短轴记为Y时，100nm≤X≤15μm，20nm≤Y≤7.5μm，长宽比X/Y为2以上。
图3是本实施方式的磁性材料的示意图。
如果使磁性金属粒子10为长宽比较大的扁平粒子，则可以赋予依赖于形状的磁各向异性(易磁化轴、难磁化轴)。通过使易磁化轴和扁平粒子的长轴方向一致，可以使导磁率增大。另外，通过使用扁平粒子，可以使磁性粒子的填充率增大，增大磁性材料每单位体积或每单位重量的饱和磁化，形成高饱和磁化和高导磁率的材料。
如果长轴X大于15μm，则在MHz频带的由强磁性共振产生的损耗和粒子内涡电流损耗增大，因此不优选。如果长轴X小于100nm，则矫顽力变大，磁滞损耗增大，因此不优选。如果短轴Y为7.5μm以上，则长宽比变小，有可能不能得到导磁率增大的效果。如果短轴Y小于20nm，则在磁性金属粒子10内难以含有化合物12，有可能不能得到充分的强度和内阻。
用透射型电子显微镜(TEM)观察上述的长轴X、短轴Y。从沿着磁性金属粒子10的最长直径切断的截面的TEM图像来测量该粒子的长轴、短轴的长度。对任意10个磁性金属粒子同样地进行测量，将它们的长轴的平均值记为X、短轴的平均值记为Y。
(第4实施方式)
关于本实施方式的磁性材料，除了含有凝聚了的磁性金属粒子以外，其它与第1实施方式相同。因此，省略了对与第1实施方式重复的内容进行的记述。在此，凝聚了的磁性金属粒子是指，使磁性金属粒子10与别的1个以上的磁性金属粒子10未隔着基体相14地接触的状态。
例如，对粒径为5μm的磁性金属粒子(1次粒子)以2个进行了凝聚、形成粒径的最长部分为10μm的2次粒子的情况进行考虑。因为即使粒子彼此之间的接触点小，也是磁性强地结合，所以上述2次粒子显示出与粒径为10μm的磁性金属粒子(1次粒子)的情况同样的磁特性，但电流变得难以流过粒子彼此之间的接触点部分。由此，能够使上述粒径为10μm的2次粒子比粒径为5μm的粒子的矫顽力降低，即，磁滞损耗降低，而且，能够使得与粒径为10μm的磁性金属粒子(1次粒子)相比涡电流损耗降低。
优选磁性金属粒子10以2个以上10个以下进行了凝聚。如果以多于10个进行了凝聚，则2次粒子的粒径变大，强磁性共振频率降低，有可能会呈现出由强磁性共振产生的损耗，因此不优选。
(第5实施方式)
本实施方式的装置具备在上述实施方式中所说明的磁性材料。因此，省略了对与上述实施方式重复的内容进行的记述。
本实施方式的装置例如为电感器、扼流圈、滤波器、变压器等高频率磁性部件，天线基板及部件，电波吸收体等。
上述实施方式的磁性材料的特征最易于发挥的用途为电感器。特别是，如果适用于在1MHz以上的MHz频带被施加了高电流的功率电感器，则容易发挥磁性材料所具备的高饱和磁化、高导磁率、低磁损耗的效果。
图4、图5、图6是本实施方式的电感器的概念图的一个例子。
作为最基本的结构，可以列举出图4A的在环状磁性材料上施加了线圈绕线的形态、图4B的在棒状的磁性材料上施加了线圈绕线的形态等。为了使磁性金属粒子和基体相一体化成环状和棒状，优选以0.1kgf/cm2以上的压力进行压制成型。如果压力小于0.1kgf/cm2，则成型体内部的空隙变多，磁性金属粒子的体积率降低，饱和磁化、导磁率有可能会降低。压制成型可以列举出单轴压制成型法、热压成型法、CIP(冷等静压)法、HIP(热等静压)法、SPS(放电等离子体烧结)法等方法。关于本实施方式的磁性材料，通过使磁性金属粒子内部含有化合物，能够获得高强度，所以本实施方式的装置为成型体的裂纹少、高可靠性的装置。
进而也能够制成图5A所示的线圈绕线与磁性材料成为一体的片式电感器和图5B所示的平面型电感器等。片式电感器也可以如图5A所示制成层叠型。
图6示出了变压器结构的电感器。
图4～图6只不过记载了代表性的结构，实际上，优选的是根据用途和所要求的电感器的特性来改变结构和尺寸。
根据本实施方式的装置，通过使用特别是在1MHz以上的MHz频带具有高饱和磁化、高导磁率、低磁损耗而且具有高强度的磁性材料，可以制成优良特性的装置。
实施例
以下，对本发明的实施例进行说明。
(实施例1)
将粒径为3μm的Fe粒子和丙酮放入到使用了ZrO2容器和ZrO2球的行星式研磨机中，在Ar气氛下以1000rpm用研磨机加工10小时，得到了磁性金属为Fe、粒子内部所包含的第1化合物为氧化铁、直径为100nm的磁性金属粒子。用透射型电子显微镜(TEM)观察上述磁性金属粒子的截面，粒子内部所含有的氧化铁的面积比例的平均值为0.1％。将上述磁性金属粒子与乙烯基树脂(聚氯乙烯树脂)以重量比为100：10进行混合，通过压制成型来制造环状的评价用材料。
对于上述评价用材料，用振动试样磁力计(VSM)，测量对应于外加磁场的磁化的大小，结果饱和磁化为1.0T。
将铜线在上述评价用材料上缠绕40圈，用岩通计测公司制B－H分析仪SY－8232，测量在1MHz下的相对导磁率和磁损耗(铁心损耗)。在测量磁损耗时，必须根据材料的导磁率来选定磁通密度条件。在将磁通密度记为B、导磁率记为μ、电感记为L、电流记为I、体积记为V时，成立公式B2＝μLI2/V。在本实施例中L、I、V为恒定的情况下，以μ＝10时B＝9.38mT的方式选定各材料的磁通密度条件(例如如果μ＝5则B＝6.63mT)。如上所述制造的评价用材料的相对导磁率为9.1、磁损耗为0.71W/cc。将以上的测量结果汇总示于表1中。
(比较例1)
将粒径为100nm的Fe粒子与乙烯基树脂以重量比为100：10进行混合，通过压制成型制造了环状的评价用材料。该磁性金属粒子为Fe，粒子内部不含有第1化合物。对该评价用材料与实施例1相同地进行测量。将其结果示于表1中。
(实施例2)
将粒径为3μm的Fe粒子和粒径为300nm的氧化铁以重量比为100：8进行混合，加入丙酮，放入到使用了ZrO2容器和ZrO2球的行星式研磨机中，在Ar气氛下以2000rpm用研磨机加工10小时。由此，得到了磁性金属为Fe、粒子内部所包含的第1化合物为氧化铁、直径为100nm的磁性金属粒子。除了使用该磁性金属粒子以外，与实施例1相同地进行了评价材料的制造、测量。将其结果示于表1中。
(实施例3)
除了将粒径为3μm的Fe粒子和粒径为300nm的氧化铁以重量比为100:15进行混合以外，与实施例2相同地进行了评价材料的制造、测量。将其结果示于表1中。
(实施例4)
除了将磁性金属粒子与乙烯基树脂以重量比为100：1.5进行混合以外，与实施例1相同地进行了评价材料的制造、测量。将其结果示于表1中。
(实施例5)
除了将磁性金属粒子与乙烯基树脂以重量比为100：20进行混合以外，与实施例1相同地进行了评价材料的制造、测量。将其结果示于表1中。
(实施例6)
除了将磁性金属粒子与乙烯基树脂以重量比为100：1进行混合以外，与实施例1相同地进行了评价材料的制造、测量。将其结果示于表1中。
(实施例7)
除了将磁性金属粒子与乙烯基树脂以重量比为100：25进行混合以外，与实施例1相同地进行了评价材料的制造、测量。将其结果示于表1中。
(实施例8)
将粒径为50μm的Fe粒子和丙酮在Ar气氛下用超细磨碎机加工2小时，得到了磁性金属为Fe、粒子内部所包含的第1化合物为氧化铁、直径为15μm的磁性金属粒子。除了使用该磁性金属粒子以外，与实施例1相同地进行了评价材料的制造、测量。将其结果示于表1中。
(实施例9)
除了加工时间为1小时以外，与实施例8相同地进行了评价材料的制造、测量。将其结果示于表1中。
(实施例10)
除了研磨机加工时间为20分钟以外，与实施例1相同地进行了评价材料的制造、测量。将其结果示于表1中。
(实施例11)
除了研磨机加工时间为2小时以外，与实施例1相同地进行了评价材料的制造、测量。将其结果示于表1中。磁性金属粒子以2～10个进行了凝聚。
(实施例12)
将粒径为3μm的Fe粒子和Al2O3以重量比为100：2进行混合，加入丙酮，放入到使用了ZrO2容器和ZrO2球的行星式研磨机中，在Ar气氛下以700rpm用研磨机加工2小时。由此，得到了磁性金属为Fe、粒子内部所包含的第1化合物为氧化铁、第2化合物为Al2O3、直径为10μm、厚度为200nm的扁平粒子即磁性金属粒子。除了使用该磁性金属粒子以外，与实施例1相同地进行了评价材料的制造、测量。将其结果示于表1中。
(实施例13)
除了使用SiO2替代Al2O3以外，与实施例1相同地进行了评价材料的制造、测量。将其结果示于表1中。
表1
实施例1～13的磁性金属粒子在粒子内部含有第1化合物、或含有第1化合物和第2化合物，从表1中可知，与不含有第1化合物的比较例1相比，在1MHz下的磁损耗较小，在高频带具有优良的磁特性。
此外，磁性金属粒子内部所含有的化合物的面积为0.1％以上20％以下、磁性材料中的磁性金属粒子的体积率为20％以上80％以下、磁性金属粒子的粒径为100nm以上15μm以下的实施例1、2、4、5和8与不满足这些范围之中的任一个的实施例6、9和比较例1相比，在1MHz下的磁损耗较小，还有，与不满足这些范围之中的任一个的实施例3、7相比，饱和磁化和相对导磁率较高，在高频带具有优良的磁特性。
此外，磁性金属粒子为扁平粒子、粒子的长轴为100nm以上15μm以下、短轴为20nm以上7.5μm以下、长宽比为2以上的范围的实施例10～13与实施例1～9相同程度地在1MHz下的磁损耗低，在高频带具有优良的磁特性。
此外，在磁性金属粒子内部中含有第1化合物和第2化合物的实施例12和13与不含有第2化合物的实施例10、11相比，在1MHz下的磁损耗较低，在高频带具有优良的磁特性。
虽然本说明书中记载了特定的实施方式，但这些实施方式仅是示例，并不意欲限定本发明的范围。实际上，这里所述的磁性材料以及装置也可以表现为各种其他形式。此外，在不脱离本发明主旨的范围内，能够对这里所说明的装置和方法进行各种省略、替换和更改。所附的权利要求书及其等同范围意欲包括落入本发明的范围和主旨内的各种形式或修改。

Claims (8)

1.一种磁性材料，其特征在于，其具备：多个磁性金属粒子；和填充所述磁性金属粒子之间的间隙的比所述磁性金属粒子的电阻高的基体相，
所述磁性金属粒子含有：含有选自由Fe、Co、Ni组成的组中的至少一种元素的磁性金属；和包含于所述磁性金属内的第1化合物，该第1化合物为选自由Fe、Al、Si、B、Mg、Ca、Zr、Ti、Hf、Zn、Mn、Nb、Ta、Mo、Cr、Cu、W、稀土类元素、Ba和Sr组成的组中的至少一种元素的氧化物、氮化物或碳化物。
2.根据权利要求1所述的磁性材料，其特征在于，在所述磁性金属粒子的截面中，所述磁性金属粒子内部所含有的所述第1化合物的面积比例的平均值为0.1％以上20％以下。
3.根据权利要求1所述的磁性材料，其特征在于，在所述磁性材料中的所述磁性金属粒子的体积率为20％以上80％以下。
4.根据权利要求1所述的磁性材料，其特征在于，所述磁性金属粒子的粒径为100nm以上15μm以下。
5.根据权利要求1所述的磁性材料，其特征在于，所述磁性金属粒子为扁平粒子，在将沿着所述扁平粒子的最长直径切断的截面的长轴的平均值记为X、短轴的平均值记为Y时，100nm≤X≤15μm，20nm≤Y≤7.5μm，长宽比X/Y为2以上。
6.根据权利要求1所述的磁性材料，其特征在于，所述磁性金属粒子以2个以上10个以下进行了凝聚。
7.根据权利要求1所述的磁性材料，其特征在于，所述磁性金属粒子进一步含有包含于所述磁性金属内的比所述第1化合物的电阻高的第2化合物，该第2化合物为选自由Fe、Al、Si、B、Mg、Ca、Zr、Ti、Hf、Zn、Mn、Nb、Ta、Mo、Cr、Cu、W、稀土类元素、Ba和Sr组成的组中的至少一种元素的氧化物、氮化物或碳化物。
8.使用了权利要求1所述的磁性材料的装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112015004097T5 (de) 2014-09-08 2017-05-24 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Magnetischer pulverkern, pulver für magnetische kerne und verfahren zu deren herstellung
JP6378156B2 (ja) * 2015-10-14 2018-08-22 トヨタ自動車株式会社 圧粉磁心、圧粉磁心用粉末、および圧粉磁心の製造方法
KR101883036B1 (ko) * 2015-12-29 2018-08-24 삼성전기주식회사 적층 전자 부품 및 적층형 칩 안테나
US20210035720A1 (en) * 2019-07-31 2021-02-04 Tdk Corporation Soft magnetic metal powder and electronic component

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1336793A (zh) * 2000-04-10 2002-02-20 株式会社日立制作所 电磁波吸收体、其制造方法和使用该电磁波吸收体的器具
JP2004281846A (ja) * 2003-03-18 2004-10-07 Toshiba Corp 高周波磁性材料およびそれを用いた高周波磁性部品、並びに製造方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4543208A (en) * 1982-12-27 1985-09-24 Tokyo Shibaura Denki Kabushiki Kaisha Magnetic core and method of producing the same
JP4686494B2 (ja) * 2007-03-12 2011-05-25 株式会社東芝 高周波磁性材料及びその製造方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1336793A (zh) * 2000-04-10 2002-02-20 株式会社日立制作所 电磁波吸收体、其制造方法和使用该电磁波吸收体的器具
JP2004281846A (ja) * 2003-03-18 2004-10-07 Toshiba Corp 高周波磁性材料およびそれを用いた高周波磁性部品、並びに製造方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Y.J. LIU: "INFLUENCES OF OXIDE PHASES ON THE COERCIVITY OF MECHANICALLY ALLOYED MULTICOMPONENT Fe-BASED AMORPHOUS ALLOYS", 《SCRIPTA MATER》 *

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