DE112016004716T5

DE112016004716T5 - GEORDNETE FeNi-LEGIERUNG UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINER GEORDNETEN FeNi-LEGIERUNG

Info

Publication number: DE112016004716T5
Application number: DE112016004716.9T
Authority: DE
Inventors: Hiroaki Kura; Sho Goto; Yasushi Hayashi
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-10-14
Filing date: 2016-09-23
Publication date: 2018-06-28
Also published as: CN108138252A; US20200325551A1; CN110760717B; US20180251867A1; JP6528865B2; US10920292B2; JP2017075388A; CN108138252B; JP2018109238A; JP6729760B2; JP2019178426A; US10724112B2; CN110760717A; JP6332359B2

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer geordneten FeNi-Legierung mit einer Ordnungsstruktur vom L1-Typ bereitgestellt. Nach einem Durchführen eines Nitrierungsverfahrens zum Nitridieren einer in einem Röhrenofen (10) angeordneten Pulverprobe (100) aus einer ungeordnete FeNi-Legierung unter Verwendung eines NH-Gases, wird ein Denitrierungsverfahren zum Entfernen von Stickstoffs aus der mittels des Nitrierungsverfahrens bearbeiteten ungeordnete FeNi-Legierung unter Verwendung eines H-Gases durchgeführt. Auf diese Weise wird eine geordnete FeNi-Legierung vom L1-Typ mit einem als S definierten Ordnungsgrad von gleich oder größer als 0,5 erhalten.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung basiert auf den japanischen Patentanmeldungen JP 2015 - 203 067 A , eingereicht am 14. Oktober 2015, und JP 2016 - 159 001 A , eingereicht am 12. August 2016, deren Offenbarungen hierin durch Bezugnahme aufgenommen sind.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine geordnete FeNi-Legierung vom L1₀-Typ mit einer Ordnungsstruktur vom L1₀-Typ, ein Verfahren zur Herstellung einer geordneten FeNi-Legierung vom L1₀-Typ und ferner ein magnetisches Material, das aus einer geordneten FeNi-Legierung vom L1₀-Typ hergestellt ist. Insbesondere betrifft die vorliegende Offenbarung eine geordnete FeNi-Legierung vom L1₀-Typ mit einem Ordnungsgrad von gleich oder größer als 0,5.
STAND DER TECHNIK
Es wird erwartet, dass eine geordnete FeNi-Legierung (d.h. Eisen-Nickel-Legierung) vom L1o-Typ (d.h. L-Eins-Null-Typ) ein Magnetmaterial oder magnetisches Speichermaterial ohne irgendwelche Seltenerdmetalle oder irgendwelche Edelmetalle bereitstellt. Hierbei ist die Ordnungsstruktur vom L1₀-Typ eine Kristallstruktur mit einem flächenzentrierten kubischen Gitter als Einheitszelle, in der eine Fe-Schicht und eine Ni-Schicht in einer <001 >-Richtung schichtweise angeordnet sind. Eine solche Ordnungsstruktur vom L1₀-Typ wird durch eine aus FePt, FePd, AuCu oder dergleichen hergestellte Legierung bereitgestellt. Üblicherweise wird die Struktur hergestellt durch Wärmebehandeln einer ungeordneten Legierung bei einer Temperatur von gleich oder niedriger als die Ordnungs-Unordnungs-Übergangstemperatur Tλ, um die Diffusion zu erleichtern.
Die Übergangstemperatur Tλ für den Erhalt einer geordneten FeNi-Legierung vom L1₀-Typ beträgt jedoch 320 °C, was eine vergleichsweise niedrige Temperatur ist. Da die Diffusion bei einer Temperatur von gleich oder geringer als die Übergangstemperatur Tλ extrem langsam ist, ist es schwierig, sie nur mit einer Wärmebehandlung zu synthetisieren. Herkömmlicherweise werden somit verschiedene Ansätze versucht, um eine geordnete FeNi-Legierung vom L1₀-Typ zu synthetisieren.
Im Speziellen werden üblicherweise ein Verfahren zum abwechselnden Stapeln einer einzelnen atomaren Fe-Schicht und einer einzelnen atomaren Ni-Schicht unter Verwendung einer Molekularstrahlepitaxie (d.h. MBE), ein Verfahren zum Durchführen einer Wärmebehandlung in einem Magnetfeld unter Bestrahlen mit einem Neutronenstrahl oder dergleichen vorgeschlagen.
LITERATUREN DES STANDS DER TECHNIK
NICHTPATENTLITERATUR
Nichtpatentliteratur 1: Kojima et al., „Fe-Ni composition dependence of magnetic anisotropy in artificially fabricated L10 ordered FeNi films", J. Phys., Condensed Matter, Band 26, (2014), 064207.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Wir fanden Schwierigkeiten bei den herkömmlichen Verfahren, wie dem in der Nichtpatentliteratur 1 offenbarten Verfahren, das die Molekularstrahlepitaxie verwendet, und dem Verfahren, das eine Neutronenstrahlbestrahlung verwendet, dahingehend, dass es notwendig ist, komplizierte Prozesse und Wärmebehandlungen mit langen Prozesszeiten durchzuführen, um eine geordnete FeNi-Legierung vom L1₀-Typ zu synthetisieren.
Darüber hinaus ist es im Hinblick auf eine Verbesserung der Magneteigenschaften vorzuziehen, einen hohen Ordnungsgrad (regularity) aufzuweisen. Der Ordnungsgrad einer geordneten FeNi-Legierung vom L1o-Typ, die durch das obige herkömmliche Verfahren erhalten wird, beträgt maximal ungefähr 0,4, was vergleichsweise klein ist. Daher ist es notwendig, den Ordnungsgrad deutlich zu erhöhen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, ein Herstellungsverfahren zum Synthetisieren einer geordneten FeNi-Legierung vom L1o-Typ mit einem hohem Ordnungsgrad von gleich oder größer als 0,5 bereitzustellen.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zum Herstellen einer geordneten FeNi-Legierung mit einer Ordnungsstruktur vom L1₀-Typ bereitgestellt, wobei das Verfahren zum Herstellen der geordneten FeNi-Legierung umfasst: Durchführen eines Nitrierungsverfahrens zum Nitrieren einer ungeordneten FeNi-Legierung; und dann Durchführen eines Denitrierungsverfahrens zum Entfernen von Stickstoff aus der in dem Nitrierungsverfahren verarbeiteten ungeordneten FeNi-Legierung, um die geordnete FeNi-Legierung vom L1₀-Typ mit einem als S definierten Ordnungsgrad von gleich oder größer als 0,5 zu erhalten.
Das obige Verfahren zur Herstellung einer geordneten FeNi-Legierung wurde gemäß experimenteller Untersuchungen der Erfinder entdeckt. Gemäß der Untersuchungen wird die geordnete FeNi-Legierung vom L1o-Typ mit dem als S definierten hohen Ordnungsgrad von gleich oder größer als 0,5 leicht synthetisiert.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine geordnete FeNi-Legierung bereitgestellt, umfassend: eine Ordnungsstruktur vom L1₀-Typ; und ein als S definierter Ordnungsgrad, der gleich oder größer als 0,5 ist.
Die obige geordnete FeNi-Legierung wird durch das Herstellungsverfahren gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung hergestellt. Somit wird auf einfache Weise die geordnete FeNi-Legierung vom L1₀-Typ mit dem als S definierten hohen Ordnungsgrad von gleich oder größer als 0,5 erhalten.
Ferner wird ein magnetisches Material bereitgestellt, das die geordnete FeNi-Legierung mit der Ordnungsstruktur vom L1₀-Typ mit dem als S definierten hohen Ordnungsgrad von gleich oder größer als 0,5 umfasst.
Das obige magnetische Material wird unter Verwendung der geordneten FeNi-Legierung gemäß dem zweiten Aspekt hergestellt. Das magnetische Material enthält die geordnete FeNi-Legierung vom L1₀-Typ mit dem als S definierten hohen Ordnungsgrad von gleich oder größer als 0,5, und es wird daher ein magnetisches Material mit ausgezeichneter Magneteigenschaft bereitgestellt.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Verfahren zur Herstellung einer geordneten FeNi-Legierung mit einer Ordnungsstruktur vom L1₀-Typ: Synthetisieren einer Verbindung, in der Fe und Ni so ausgerichtet sind, dass sie eine Gitterstruktur aufweisen, die mit einer FeNi-Ordnungsstruktur vom L1₀-Typ identisch ist; und Entfernen eines unnötigen Elements, das von Fe und Ni verschieden ist, aus der Verbindung, um eine geordnete FeNi-Legierung vom L1₀-Typ zu erzeugen.
Somit wird eine Verbindung synthetisiert, in der Fe und Ni so ausgerichtet sind, dass sie eine Gitterstruktur aufweisen, die mit einer FeNi-Ordnungsstruktur vom L1₀-Typ identisch ist. Auf Basis der Verbindung wir die geordnete FeNi-Legierung vom L1₀-Typ hergestellt. Gemäß dem Herstellungsverfahren wird auf einfache Weise eine geordnete FeNi-Legierung vom L1₀-Typ mit dem als S definierten hohen Ordnungsgrad von gleich oder größer als 0,7 synthetisiert.
Figurenliste

1 ist ein schematisches Diagramm, das eine Gitterstruktur einer FeNi-Ordnungsstruktur vom L1₀-Typ zeigt.
2 ist ein schematisches Diagramm, das das Aussehen einer Gitterstruktur einer FeNi-Legierung bei jedem Ordnungsgrad S zwischen einer ungeordneten FeNi-Legierung mit einem Ordnungsgrad S von Null und einem FeNi-Supergitter mit einem Ordnungsgrad S von 1,0 zeigt.
3 ist ein Diagramm, das Bewertungsergebnisse und Herstellungsbedingungen in einer Ausführungsform gemäß einer ersten Ausführungsform und einem Vergleichsbeispiel zeigt.
4 ist ein schematisches Diagramm, das den Aufbau einer Herstellungsvorrichtung zum Herstellen der geordneten FeNi-Legierung in der Ausführungsform gemäß der ersten Ausführungsform und dem Vergleichsbeispiel zeigt.
5 ist ein Diagramm, das Simulationsergebnisse eines Röntgenbeugungsmusters einer geordneten FeNi-Legierung vom L1₀-Typ mit dem Ordnungsgrad S von 1 zeigt.
6 ist ein Diagramm, das Simulationsergebnisse eines Röntgenbeugungsmusters einer ungeordneten FeNi-Legierung zeigt.
7 ist ein Diagramm, das Messergebnisse eines Röntgenbeugungsmusters einer geordneten FeNi-Legierung gemäß den Vergleichsbeispielen S0 und S2 und dem Ausführungsbeispiel S3 zeigt.
8 ist ein Diagramm, das Messergebnisse eines Röntgenbeugungsmusters einer geordneten FeNi-Legierung gemäß dem Vergleichsbeispiel S1 und dem Ausführungsbeispiel S3 zeigt.
9 ist ein Diagramm, das Messergebnisse eines Röntgenbeugungsmusters einer geordneten FeNi-Legierung gemäß den Ausführungsbeispielen S3, S4 und S5 zeigt.
10 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen dem Ordnungsgrad S und der Prozesstemperatur des Denitrierungsverfahrens für die geordnete FeNi-Legierung gemäß den obigen Ausführungsbeispielen und den Vergleichsbeispielen zeigt.
11 ist ein schematisches Diagramm, das das Aussehen der Gitterstruktur zeigt, wenn das Denitrierungsverfahren durchgeführt wird, nachdem ein Zwischenprodukt synthetisiert wurde durch Ausführen des Nitrierungsverfahrens an der ungeordneten FeNi-Legierung.
12A ist ein Zeitdiagramm, das ein Profil eines Verfahrens zum Entfernen eines Oxidfilms und eines Nitrierungsverfahrens zeigt.
12B ist ein Zeitdiagramm, das ein Profil eines Denitrierungsverfahrens zeigt.
13 ist ein Diagramm, das ein Röntgenbeugungsmuster eines Pulvers einer geordneten FeNi-Legierung vom L1₀-Typ zeigt, wenn der Ordnungsgrad S gleich 1 ist.
14 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen dem Ordnungsgrad S und dem Beugungsintensitätsverhältnis zeigt.
15 ist ein Diagramm, das Messergebnisse eines Röntgenbeugungsmusters einer geordneten FeNi-Legierung vom L1₀-Typ zeigt, die durch ein Herstellungsverfahren gemäß einer zweiten Ausführungsform hergestellt wurde.

AUSFÜHRUNGSFORMEN ZUR DURCHFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Es werden Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen erläutert. Hierbei weisen dieselben oder äquivalenten Elemente gemäß jeder Ausführungsform dieselben Bezugszeichen auf.
Erste Ausführungsform
Es wird eine erste Ausführungsform erläutert. Eine geordnete FeNi-Legierung vom L1₀-Typ, d.h. Ein FeNi-Supergitter, gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird auf ein magnetisches Material wie ein Magnetmaterial oder ein magnetisches Speichermaterial angewendet. Der Ordnungsgrad S ist gleich oder größer als 0,5 und daher ist die magnetische Eigenschaft hervorragend.
Hierbei gibt der Ordnungsgrad S den Grad der Ordnung im FeNi-Supergitter an. Wie oben beschrieben, weist die Ordnungsstruktur vom L1₀-Typ eine Struktur mit einem flächenzentrierten kubischen Gitter als Einheitszelle auf. Die Struktur weist die in 1 gezeigte Gitterstruktur auf. In der Zeichnung ist eine äußerste obere Schicht in einer Stapelstruktur auf einer (001)-Ebene des kubisch flächenzentrierten Gitters als Stelle I definiert, und ist eine mittlere Schicht, die zwischen der äußersten oberen Schicht und einer äußersten unteren Schicht angeordnet ist, als Stelle II definiert. In diesem Fall ist der vorliegende Anteil des Metalls A an der Stelle I als x definiert und ist der vorliegende Anteil des Metalls B an der Stelle I als (1-x) definiert. Die vorliegenden Anteile des Metalls A und Metalls B an der Stelle I werden als A_xB_1-x ausgedrückt. Gleichermaßen ist der vorliegende Anteil des Metalls B an der Stelle II als x definiert und ist der vorliegende Anteil des Metalls A an der Stelle II als (1-x) definiert. Die vorliegenden Anteile des Metalls A und Metalls B an der Stelle II werden als A_1-xB_x ausgedrückt. Hierbei erfüllt x die Gleichung 0,5 ≤ x ≤ 1. In diesem Fall ist der Ordnungsgrad S als S = 2x-1 definiert.
Demgemäß ist in 2, wenn beispielsweise das Metall A Ni ist, das Metall B Fe ist, Ni als ein weißer Kreis dargestellt ist und Fe als ein schwarzer Kreis dargestellt ist, der Ordnungsgrad S der FeNi-Legierung zwischen einer ungeordneten FeNi-Legierung mit dem Ordnungsgrad S gleich Null und einem FeNi-Supergitter mit dem Ordnungsgrad S gleich 1 gezeigt. Hierbei bedeutet ein vollständig weißer Kreis, dass Ni 100 % und Fe 0 % ist. Ein vollständig schwarzer Kreis bedeutet, dass Ni 0 % und Fe 100 % ist. Ein halb weißer und halb schwarzer Kreis bedeutet, dass Ni 50 % ist und Fe 50 % ist.
Bezüglich dem oben definierten Ordnungsgrad S kann beispielsweise eine ausgezeichnete magnetische Eigenschaft erhalten werden, wenn die Stelle I hauptsächlich von dem Metall A, d.h. Ni, besetzt ist und die Stelle II hauptsächlich von dem Metall B, d.h. Fe, besetzt ist und zumindest ein mittlerer Ordnungsgrad S insgesamt gleich oder größer als 0,5 ist. In Bezug auf der Ordnungsgrad S ist es hierbei notwendig, im Mittel insgesamt einen hohen Wert zu haben. Selbst wenn der Wert lokal hoch ist, kann daher keine ausgezeichnete magnetische Eigenschaft erhalten werden. Selbst wenn der Wert lokal hoch ist, gehört das Material dementsprechend nicht zu einem Fall, in dem der mittlere Ordnungsgrad S als Ganzes gleich oder größer als 0,5 ist.
Die geordnete FeNi-Legierung vom L1₀-Typ wird hergestellt, indem das Denitrierungsverfahren zur Entfernung von Stickstoff aus der ungeordneten FeNi-Legierung, die mittels des Nitrierungsverfahrens verarbeitet wurde, durchgeführt wird nachdem das Nitrierungsverfahren zum Nitridieren der ungeordneten FeNi-Legierung durchgeführt wurde. Hierbei weist die ungeordnete Legierung keine Regelmäßigkeit einer atomaren Anordnung auf, so dass die Anordnung zufällig ist.
Das Herstellungsverfahren der geordneten FeNi-Legierung vom L1₀-Typ gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf die in 3 gezeigten Ausführungsbeispiele S3, S4, S5, S6, S7, S8, S9, S12, S13 und S14 und Vergleichsbeispiele SO, S1, S2, S10, S11, S15 und S16 ausführlich erläutert.
Die obigen Ausführungsbeispiele und Vergleichsbeispiele wurden hergestellt durch Ausführen des Nitrierungsverfahrens und des Denitrierungsverfahrens von Pulverproben der ungeordneten FeNi-Legierung, die durch ein thermisches Plasmaverfahren, ein Rahmensprühverfahren (frame spray method) und ein Copräzipitationsverfahren hergestellt wurde, wie in 3 gezeigt. Die Legierung nach der Bearbeitung wurde mittels einer Röntgenbeugungsmessung untersucht und beurteilt, ob die Ordnungsstruktur vom L1₀-Typ etabliert ist.
In Bezug auf die Pulverproben der ungeordneten FeNi-Legierung in den in 3 gezeigten Ausführungsbeispielen und Vergleichsbeispielen ist hierbei das Zusammensetzungsverhältnis ein atomares stöchiometrisches Verhältnis von Fe und Ni, und wird der Teilchendurchmesser als volumenmittlerer Durchmesser gezeigt (mit der Einheit Nanometer). Ferner sind die Nitrierungsverfahrensbedingungen und die Denitrierungsverfahrensbedingungen die Prozesstemperatur (mit der Einheit °C) und die Prozesszeit (mit der Einheit Stunde).
Das Nitrierungsverfahren und das Denitrierungsverfahren werden beispielsweise unter Verwendung einer in 4 gezeigten Herstellungsvorrichtung durchgeführt. Die Herstellungsvorrichtung umfasst einen Röhrenofen 10 als einen Heizofen, der durch eine Heizung 11 erwärmt wird, und eine Globebox 20 zum Anordnen einer Probe in dem Röhrenofen 10.
Wie in 4 gezeigt, umfasst die Herstellungsvorrichtung ferner eine Gaseinleiteinheit 30 zum Einleiten von Ar-Gas (d.h. Argongas) als Spülgas, NH₃-Gas (d.h. Ammoniakgas) zur Durchführung des Nitrierungsverfahrens und H₂-Gas (d.h. Wasserstoffgas) zur Durchführung des Denitrierungsverfahrens, die umgeschaltet und in den Röhrenofen 10 eingeleitet werden.
Das Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform unter Verwendung der obigen Herstellungsvorrichtung wird wie folgt beschrieben. Zuerst wird die aus der ungeordneten FeNi-Legierung bestehende Pulverprobe 100 in dem Röhrenofen 10 angeordnet. Im Nitrierungsverfahren wird das NH₃-Gas in den Röhrenofen 10 eingeleitet, so dass das Innere des Röhrenofens 10 mit einer NH₃-Atmosphäre gefüllt wird. Dann wird die ungeordnete FeNi-Legierung während eines vorbestimmten Zeitraums auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt, um die Legierung zu nitrieren.
In dem Denitrierungsverfahren wird dann das H₂-Gas in den Heizofen eingeleitet, so dass das Innere des Röhrenofens 10 mit einer H₂-Atmosphäre gefüllt wird. Dann wird die ungeordnete FeNi-Legierung, die mittels des Nitrierungsverfahrens verarbeitet wird, während eines vorbestimmten Zeitraums auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt, um den Stickstoff zu entfernen. Somit wird die geordnete FeNi-Legierung vom L1o-Typ mit dem mittleren Ordnungsgrad S im gesamten Material von gleich oder größer als 0,5 erhalten.
Hierbei ist in den in 3 gezeigten Ausführungsbeispielen und Vergleichsbeispielen die Pulverprobe aus einer ungeordnete FeNi-Legierung, die durch das thermische Plasmaverfahren hergestellt wurde, ein spezielles Produkt von Nisshin Engineering Inc. und besitzt ein Zusammensetzungsverhältnis Fe:Ni = 50:50 und einen volumenmittleren Durchmesser von 104 Nanometern.
Ferner ist die Pulverprobe aus einer durch das Rahmensprühverfahren hergestellten ungeordneten FeNi-Legierung ein Produkt von Sigma-Aldrich Japan LLC mit der Modellnummer 677426-5G, mit einem Zusammensetzungsverhältnis von Fe:Ni = 55:45 und einem volumenmittleren Durchmesser von 50 Nanometern.
Ferner wird die Pulverprobe aus einer ungeordneten FeNi-Legierung, die durch das Copräzipitationsverfahren hergestellt wurde, durch Wasserstoffreduktion von FeNi-Oxid hergestellt und besitzt ein Zusammensetzungsverhältnis von Fe: Ni = 47:53 und einen volumenmittleren Durchmesser von 200 Nanometern.
Wie in 3 gezeigt, wird in dem Vergleichsbeispiel S0 die ungeordnete FeNi-Legierung, die durch das thermische Plasmaverfahren hergestellt wurde und ein Zusammensetzungsverhältnis von Fe:Ni = 50:50 und einen volumenmittleren Durchmesser von 104 Nanometern aufweist, mittels des Röntgenbeugungsverfahrens ohne Durchführung des Nitrierungsverfahrens und des Denitrierungsverfahrens bewertet.
In dem Vergleichsbeispiel S1 wird dieselbe ungeordnete FeNi-Legierung wie im Vergleichsbeispiel S0 verwendet und wird dann während 4 Stunden bei 300 °C das Nitrierungsverfahren durchgeführt. Ohne Durchführen des Denitrierungsverfahrens wird die Probe dann mittels des Röntgenbeugungsverfahrens bewertet. Im Vergleichsbeispiel S2 wird dieselbe ungeordnete FeNi-Legierung wie im Vergleichsbeispiel S0 verwendet und wird ohne Durchführen des Nitrierungsverfahrens dann während 4 Stunden bei 300 °C das Denitrierungsverfahren durchgeführt. Dann wird die Probe mittels des Röntgenbeugungsverfahrens bewertet.
In dem Ausführungsbeispiel S3 wird dieselbe ungeordnete FeNi-Legierung wie im Vergleichsbeispiel S0 verwendet und wird dann während 4 Stunden bei 300 °C das Nitrierungsverfahren durchgeführt. Ferner wird während 4 Stunden bei 300 °C das Denitrierungsverfahren durchgeführt. Dann wird die Probe mittels des Röntgenbeugungsverfahrens bewertet. In dem Ausführungsbeispiel S4 wird die mittels des Rahmensprühverfahrens hergestellte ungeordnete FeNi-Legierung verwendet, und werden dann gleichermaßen wie bei dem Ausführungsbeispiel S3 das Nitrierungsverfahren und das Denitrierungsverfahren durchgeführt. Dann wird die Probe mittels des Röntgenbeugungsverfahrens bewertet. In dem Ausführungsbeispiel S5 wird die mittels des Copräzipitationsverfahrens hergestellte ungeordnete FeNi-Legierung verwendet, und werden dann gleichermaßen wie bei dem Ausführungsbeispiel S3 das Nitrierungsverfahren und das Denitrierungsverfahren durchgeführt. Dann wird die Probe mittels des Röntgenbeugungsverfahrens bewertet.
Die Ausführungsbeispiele S6, S7, S8 und S9 werden vergleichbar wie das Ausführungsbeispiel S3 ausgeführt, mit der Ausnahme, dass die Prozesstemperatur des Nitrierungsverfahrens auf 325 °C, 350 °C, 400 °C bzw. 500 °C geändert wird. Ferner werden die Vergleichsbeispiele S10 und S11, die Ausführungsbeispiele S12, S13 und S14 und die Vergleichsbeispiele S15 und S16 vergleichbar wie das Ausführungsbeispiel S3 ausgeführt, mit der Ausnahme, dass die Prozesstemperatur des Denitrierungsverfahrens auf 150 °C, 200 °C, 250 °C, 350 °C, 400 °C, 450 °C bzw. 500 °C geändert wird.
Die Auswertung mittels des Röntgenbeugungsverfahrens, im Hinblick darauf, ob die Ordnungsstruktur vom L1₀-Typ gebildet wird, wird durch einen Vergleich mit dem Röntgenbeugungsmuster einer wie in 5 gezeigten idealen geordneten FeNi-Legierung mit dem Ordnungsgrad S von 1 durchgeführt. Wie in 5 gezeigt weist die geordnete FeNi-Legierung vom L1₀-Typ zusätzlich zu einem Peak, der durch eine grundlegende Beugung P2 definiert ist, einen Peak auf, der durch eine Supergitterbeugung P1 definiert ist, der an der durch einen Pfeil markierten Position angeordnet ist.
Demgegenüber erscheint, wie in 6 gezeigt, in der ungeordneten FeNi-Legierung die Supergitterbeugung P1 nicht, obwohl die grundlegende Beugung P2 erscheint. Hierbei ist in den 5 und 6, der Röntgenstrahl eine kβ-Linie von Fe mit einer Wellenlänge von 1,75653 Angström.
Somit wird in den obigen Ausführungsbeispielen und Vergleichsbeispielen die Röntgenbeugungsmessung durchgeführt. Wenn in dem gemessenen Muster die Supergitterbeugung P1 erscheint, wird festgestellt, dass die Ordnungsstruktur vom L1₀-Typ gebildet ist. Wenn die Supergitterbeugung P1 in dem gemessenen Muster nicht erscheint, wird festgestellt, dass die Ordnungsstruktur vom L1₀-Typ nicht gebildet ist. Die Bestimmung wird hierbei dahingehend durchgeführt, ob die Peaks bei 28° und 40°, die in der Supergitterbeugung P2 leicht zu erkennen sind, eindeutig erscheinen.
Somit wird, wenn die Ordnungsstruktur vom L1₀-Typ gebildet wird, in 3 „JA“ angegeben, und wird wenn die Ordnungsstruktur vom L1₀-Typ nicht gebildet wird, „NEIN“ angegeben. Wie in 3 gezeigt, wird bei den Ausführungsbeispielen S3-S9, S12-S14 und dem Vergleichsbeispiel S11 „JA“ angegeben. Im Gegensatz zu S11 wird bei den Vergleichsbeispielen S0-S2, S10, S15 und S16 „NEIN“ angegeben.
In den obigen Ausführungsbeispielen und Vergleichsbeispielen wird der Ordnungsgrad S einer Probe, in der die Ordnungsstruktur vom L1₀-Typ gebildet ist, gemäß einem in der obigen Patentliteratur 1 beschriebenen Verfahren geschätzt. Die Schätzung des Ordnungsgrads S wird unter Verwendung einer Schätzungsgleichung für der Ordnungsgrad S in der geordneten FeNi-Legierung vom L1₀-Typ durchgeführt, die in der folgenden Gleichung 1 gezeigt ist.
$S = \sqrt{\frac{{(I_{sup} ⁄ I_{fund})}^{obs}}{{(I_{sup} ⁄ I_{fund})}^{cal}}}$
Hierbei bezeichnet in der Gleichung 1 „I_sup“ eine Integralintensität eines Peaks in der Supergitterbeugung P1. „I_fund“ bezeichnet eine Integralintensität eines Peaks in der grundlegenden Beugung P2 (fundamentale Beugung P2). „(I_sup/I_fund)^obs“ bezeichnet ein Verhältnis zwischen der Integralintensität der Supergitterbeugung P1 und der Integralintensität der grundlegenden Beugung P2 in dem Röntgenbeugungsmuster, das in jeder Ausführungsform und jedem Vergleichsbeispiel gemessen wird. Ferner bezeichnet „(I_sup/I_fund)^cal“ ein Verhältnis zwischen der Integralintensität der Supergitterbeugung P1 und der Integralintensität der grundlegenden Beugung P2 in dem in 6 gezeigten Röntgenbeugungsmuster.
Wie in Gleichung 1 gezeigt, wird der Ordnungsgrad S durch Berechnen einer Quadratwurzel einer Division von zwei Verhältnissen erhalten. Hierbei ist für das Vergleichsbeispiel S11 die Bildung der Ordnungsstruktur vom L1₀-Typ mit „JA“ angegeben. Gemäß der Schätzgleichung beträgt der Ordnungsgrad S ungefähr 0,25, was vergleichsweise gering ist. Da der Ordnungsgrad S in der vorliegenden Ausführungsform gleich oder größer als 0,5 ist, wird das Beispiel S11 somit als Vergleichsbeispiel definiert.
In jedem der Ausführungsbeispiele und Vergleichsbeispiele ist ein Teil einer typischen Probe des gemessenen Röntgenbeugungsmusters in den 7, 8 und 9 gezeigt. Es wird die Erläuterung dieser Zeichnungen beschrieben.
In 7 sind in dem Ausführungsbeispiel S3 die Peaks der Supergitterbeugung P2 bei 28° und 40° deutlich sichtbar. In den Vergleichsbeispielen S0 und S2 erscheint die Supergitterbeugung P2 nicht. Hierbei zeigt in 7 ein Peak, der durch ein umgedrehtes Dreieck in dem Vergleichsbeispiel S0 symbolisiert ist, Oxid FeNi an und ist daher der Peak nicht die Supergitterbeugung P2. Somit wird durch Ausführen von sowohl des Nitrierungsverfahrens als auch des Denitrierungsverfahrens die geordnete FeNi-Legierung vom L1₀-Typ erhalten.
In 8 sind in dem Ausführungsbeispiel S3 die Peaks der Supergitter-Beugung P2 bei 28° und 40° deutlich sichtbar. In dem Vergleichsbeispiel S1 erscheint die Supergitterbeugung P2 nicht. Hierbei erscheint in 8 bei dem Vergleichsbeispiel S1 ein Peak, der durch einen schwarzen Kreis gekennzeichnet ist, an einer Position, die sich von der Supergitterbeugung P2 unterscheidet. Der Peak zeigt FeNi-Nitrid an und daher ist der Peak nicht die Supergitter-Beugung P2. In dem Vergleichsbeispiel S1 wird, obwohl das Nitrierungsverfahren durchgeführt wird, das Denitrierungsverfahren nicht durchgeführt. Dementsprechend ist das Beispiel S1 FeNi-Nitrid.
In 9 stellen die Ausführungsbeispiele S3, S4 und S5 Proben dar, die unterschiedliche volumenmittlere Durchmessern aufweisen bzw. aus Pulverproben von ungeordneten FeNi-Legierungen mit unterschiedlichen Herstellungsverfahren hergestellt wurden. Bei jeder Probe erscheinen die Peaks der Supergitterbeugung P2 bei 28° und 40°. Hierbei wird der Unterschied der volumengemittelten Durchmesser leicht durch Beobachtung mit einem Elektronenmikroskop bestätigt. Somit wird die geordnete FeNi-Legierung vom L1₀-Typ hergestellt, indem sowohl das Nitrierungsverfahren als auch das Denitrierungsverfahren durchgeführt werden, selbst wenn die Proben unterschiedliche Korndurchmesser und unterschiedliche Herstellungsverfahren aufweisen.
Ferner wird für die obigen Ausführungsbeispiele und Vergleichsbeispiele unter Bezugnahme auf 10 die Beziehung zwischen dem Ordnungsgrad S und der Prozesstemperatur in dem Denitrierungsverfahren in Bezug auf die geordnete FeNi-Legierung erläutert. 10 zeigt für die Ausführungsbeispiele S6 und S12 bis S14 und die Vergleichsbeispiele S10, S11, S15 und S16, in denen dieselbe Probe verwendet wird, die Beziehung beim Durchführen des Nitrierungsverfahrens bei unterschiedlichen Prozesstemperaturen des Denitrierungsverfahrens.
Wie in 10 gezeigt, ist bei den Ausführungsbeispielen S12, S6, S13 und S14, in denen die Prozesstemperatur des Denitrierungsverfahrens gleich oder höher als 250 °C und gleich oder niedriger als 400 °C ist, der Ordnungsgrad S gleich oder größer als 0,5. Bei den Vergleichsbeispielen S10 und S11, bei denen die Prozesstemperatur niedriger als 250 °C ist, ist der Ordnungsgrad S jedoch geringer als 0,5. Ferner ist bei den Vergleichsbeispielen S15 und S16, bei denen die Prozesstemperatur höher als 450 °C ist, das Supergitter zersetzt, da die Prozesstemperatur zu hoch ist.
Wie bei den obigen Ausführungsbeispielen und den obigen Vergleichsbeispielen beschrieben, wird hierbei, nachdem die ungeordnete FeNi-Legierung durch das Nitrierungsverfahren bearbeitet wurde, das Denitrierungsverfahren zum Entfernen des Stickstoffs durchgeführt, so dass die geordnete FeNi-Legierung vom L1₀-Typ mit dem Ordnungsgrad S von gleich oder größer als 0,5 erhalten wird.
In Bezug auf eine Herstellungsvorrichtung und Herstellungsschritte ist das obige Verfahren ein einfaches Verfahren verglichen mit einem herkömmlichen Stapelverfahren unter Verwendung einer Molekularstrahlepitaxie und einem herkömmlichen thermischen Verarbeitungsverfahrens mit einer Neutronenstrahlbestrahlung. Somit wird in der vorliegenden Ausführungsform die geordnete FeNi-Legierung vom L1₀-Typ mit dem hohen Ordnungsgrad S von gleich oder größer als 0,5 auf einfache Weise synthetisiert.
Die geordnete FeNi-Legierung vom L1o-Typ mit dem hohen Ordnungsgrad S von gleich oder größer als 0,5 weist einen hohen Ordnungsgrad S auf, der nicht üblich ist. Das aus dieser Legierung hergestellte magnetische Material weist ausgezeichnete magnetische Eigenschaften auf, die mittels eines herkömmlichen magnetischen Materials, das aus einer herkömmlichen geordneten FeNi-Legierung vom L1₀-Typ hergestellt ist, nicht erhalten werden.
Ferner, wenn die Zusammensetzung von Fe etwa 50 Atom-% beträgt, wird das FeNi vom L1₀-Typ leicht gebildet. Wie in den obigen Ausführungsbeispielen und den obigen Vergleichsbeispielen beschrieben, wird in der vorliegenden Ausführungsform der hohe Ordnungsgrad mit dem Ordnungsgrad S von gleich oder größer als 0,5 erhalten, wenn die Legierung den Zusammensetzungsbereich von Fe zwischen 55 Atom-% und 47 Atom-% aufweist.
Ferner ist es bevorzugt, eine Pulverprobe der ungeordneten FeNi-Legierung herzustellen, wie oben beschrieben, um das Nitrierungsverfahren und das Denitrierungsverfahren zu verkürzen, obwohl die Konfiguration der Probe nicht spezifiziert ist. Insbesondere ist es bevorzugt, eine Nanopartikelprobe der ungeordneten FeNi-Legierung herzustellen, um diese Prozesse schnell durchzuführen.
Ferner wird in der vorliegenden Ausführungsform, wie oben beschrieben, der Ordnungsgrad bestätigt, selbst wenn die Herstellungsverfahren für das Pulver der ungeordneten FeNi-Legierung verschieden sind. Darüber hinaus sind die Herstellungsverfahren der ungeordneten Legierung nicht auf das oben beschriebene thermische Plasmaverfahren, das Rahmensprühverfahren und das Copräzipitationsverfahren beschränkt.
Wenn die geordnete FeNi-Legierung vom L1₀-Typ gebildet wird, liegt die Stickstoffkonzentration in dem Nitrid, das mittels des Nitrierungsverfahrens verarbeitet wird, ferner vorzugsweise in einem Bereich zwischen 20 Atom-% und 33 Atom-% als Atomgewichtsverhältnis in Bezug auf eine Gesamtmenge von Fe, Ni und Stickstoff.
Obwohl nicht auf das Nitrierungsverfahren und das Denitrierungsverfahren beschränkt, wird bei der vorliegenden Ausführungsform, wie oben beschrieben, die geordnete FeNi-Legierung vom L1₀-Typ durch Durchführen einer Nitrierung unter Verwendung von Ammoniakgas und Durchführen einer Denitrierung unter Verwendung von Wasserstoffgas ohne Kontaminieren einer Verunreinigung erhalten.
Ferner wird, wie in den obigen Ausführungsbeispielen und den obigen Vergleichsbeispielen beschrieben, wenn das Nitrierungsverfahren unter Verwendung von Ammoniakgas durchgeführt wird, beträgt die Verfahrenstemperatur vorzugsweise gleich oder mehr als 300 °C und gleich oder weniger als 500 °C. In jedem in 3 gezeigten Beispiel betragen die Prozesstemperaturen im Nitrierungsverfahren 300 °C, 325 °C, 350 °C, 400 °C bzw. 500 °C. Alternativ dazu ist die Prozesstemperatur des Nitrierungsverfahrens nicht auf diese Beispiele beschränkt.
Ferner ist es, wie oben in 10 beschrieben, wenn das Denitrierungsverfahren unter Verwendung von Wasserstoffgas durchgeführt wird, bevorzugt, die Prozesstemperatur in einem Bereich zwischen 250 °C und 400 °C einzustellen, um den Ordnungsgrad S auf gleich oder größer als 0,5 zu erhöhen. Wie in 10 gezeigt, wird beispielsweise in dem Ausführungsbeispiel S13 der Ordnungsgrad S von 0,53 erhalten.
Zweite Ausführungsform
Es wird eine zweite Ausführungsform erläutert. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Ordnungsgrad S verglichen mit der ersten Ausführungsform erhöht. In der vorliegenden Ausführungsform sind die grundlegenden Herstellungsschritte der ersten Ausführungsform ähnlich. Somit werden Merkmale erläutert, die von der ersten Ausführungsform verschieden sind.
Wenn in der vorliegenden Ausführungsform die geordnete FeNi-Legierung vom L1₀-Typ aus der ungeordneten FeNi-Legierung gebildet wird, wird der Ordnungsgrad S weiter erhöht, indem ein Zwischenprodukt erzeugt wird. In der ersten Ausführungsform werden das Nitrierungsverfahren und die Denitrierung durchgeführt. In der vorliegenden Ausführungsform wird nach Beendigung des Nitrierungsverfahrens als Zwischenprodukt FeNiN erzeugt. Zu diesem Zeitpunkt wird ein Prozess zum Entfernen eines auf einer Oberfläche der ungeordneten FeNi-Legierung gebildeten Oxidfilms vor dem Nitrierungsverfahren durchgeführt, um das Zwischenprodukt in geeigneter Weise in dem Nitrierungsverfahren zu erzeugen. Wenn das Denitrierungsverfahren basierend auf FeNiN als Zwischenprodukt durchgeführt wird, wird die geordnete FeNi-Legierung vom L1₀-Typ gebildet.
Im Speziellen wird, wie in 11 gezeigt, mittels Durchführen des Nitrierungsverfahrens bei der ungeordneten FeNi-Legierung FeNiN als Zwischenprodukt derart gebildet, dass der Stickstoff in die in 1 gezeigte Stelle II eingebracht wird, so dass die Stelle II viel Nickel enthält. Dann wird durch Ausführen des Denitrierungsverfahrens der Stickstoff von der Stelle II abgegeben, so dass die geordnete FeNi-Legierung vom L1₀-Typ gebildet wird.
Als erstes wird die ungeordnete FeNi-Legierung hergestellt. Da der Oxidfilm auf der Oberfläche der ungeordneten FeNi-Legierung gebildet ist, wird dann der Entfernungsprozess zum Entfernen des Oxidfilms auf der Oberfläche der ungeordneten FeNi-Legierung vor dem Nitrierungsverfahren ausgeführt. Dann wird das Nitrierungsverfahren nacheinander von dem Entfernungsprozess durchgeführt.
Bei dem Entfernungsprozess wird das thermische Verfahren bei beispielsweise einer Temperatur in einem Bereich zwischen 300 °C und 450 °C in einer Ätzatmosphäre des Oxidfilms durchgeführt. Somit wird der Oxidfilm auf der Oberfläche der ungeordneten FeNi-Legierung entfernt, so dass unter der Oberflächenbedingung die Probe leicht nitriert wird. In dem Nitrierungsverfahren wird das thermische Verfahren bei beispielsweise einer Temperatur in einem Bereich zwischen 200 °C und 400 °C in einer Stickstoff enthaltenden Atmosphäre durchgeführt. Somit wird die ungeordnete FeNi-Legierung, die durch Entfernen des Oxidfilms leicht nitriert wird, in geeigneter Weise leicht nitriert, so dass als Zwischenprodukt FeNiN gebildet wird.
Als nächstes wird das Denitrierungsverfahren in FeNiN als Zwischenprodukt durchgeführt. In dem Denitrierungsverfahren wird das thermische Verfahren bei beispielsweise einer Temperatur in einem Bereich zwischen 200 °C und 400 °C in einer Denitrierungsatmosphäre durchgeführt. Somit wird der Stickstoff aus dem Zwischenprodukt entfernt, so dass die geordnete FeNi-Legierung vom L1₀-Typ gebildet wird. Somit wird, nachdem FeNiN als das Zwischenprodukt gebildet wurde, die geordnete FeNi-Legierung vom L1₀-Typ gebildet, so dass der höhere Ordnungsgrad S erhalten wird.
Es wird ein konkretes Beispiel derart erläutert, dass tatsächlich der oben beschriebene Entfernungsprozess, das Nitrierungsverfahren und das Denitrierungsverfahren durchgeführt werden und die geordnete FeNi-Legierung vom L1₀-Typ gebildet wird.
Zuerst werden der Entfernungsprozess und das Nitrierungsverfahren gemäß einem in 12A gezeigten Profil durchgeführt.
Im Speziellen wird ein Heizofen wie der oben beschriebene Röhrenofen 10 oder ein Muffelofen vorbereitet. Die Nanopartikelprobe, die aus der ungeordneten FeNi-Legierung mit einem mittleren Durchmesser von 30 Nanometern hergestellt ist, wird im Heizofen angeordnet. Zum Entfernen des Oxidfilms wird dann die Temperatur des Heizofens von Raumtemperatur auf die Temperatur im Entfernungsprozess erhöht, in diesem Fall 400 °C. Zu diesem Zeitpunkt wird ein Inertgas in den Ofen eingeleitet, um zu verhindern, dass die Nanopartikelprobe durch im Heizofen vorhandenen Sauerstoff oxidiert wird. In diesem Fall wird N₂ (Stickstoff) eingeleitet und wird ein Tempererhöhungsschritt durchgeführt.
Hierbei wird N₂ als Inertgas verwendet, da N₂ auch im Nitrierungsverfahren verwendet wird. Alternativ kann ein anderes Inertgas als N₂, wie Ar (Argon) und He (Helium), verwendet werden.
Nachdem die Temperatur des Heizofens auf die Temperatur des Entfernungsprozesses erhöht wurde, wird das Einleiten von N₂ gestoppt und wird das Ätzgas des Oxidfilms eingeleitet, so dass eine Ätzatmosphäre erzeugt wird. Dann wird die Temperatur des Heizofens für eine vorbestimmte Zeit auf einer Temperatur gehalten, die notwendig ist, um den Oxidfilm zu entfernen. In diesem Experiment ist das Ätzgas H₂ (Wasserstoff). H₂ wird in den Heizofen mit einer Geschwindigkeit von 1 l/min eingeleitet und der Heizofen wird während einer Stunde auf 400 °C gehalten. Somit wird der Oxidfilm auf der Oberfläche der Nanopartikelprobe entfernt.
Die zum Entfernen des Oxidfilms erforderlich Prozesszeit kann beliebig sein. Wenn beispielsweise der Prozess während 10 Minuten oder länger durchgeführt wird, wird bestätigt, dass der Oxidfilm in einem gewissen Ausmaß entfernt wurde. Ferner kann die Temperatur zum Entfernen des Oxidfilms mindestens in einem Bereich zwischen 300 °C und 450 °C liegen.
Die Untergrenze der Temperatur zum Entfernen des Oxidfilms ist auf 300 °C festgesetzt, da bestätigt wird, dass der Oxidfilm bei einer Temperatur von mindestens 300 °C oder höher entfernt wird. Auch wenn hierbei die Temperatur niedriger als 300 °C ist, wird angenommen, dass der Oxidfilm entfernt werden kann, solange es viel Zeit benötigt. Die Obergrenze der Temperatur zum Entfernen des Oxidfilms wird derart festgesetzt, dass die Nitrierung der ungeordneten FeNi-Legierung danach leicht durchzuführen ist. Insbesondere wenn die Temperatur zum Entfernen des Oxidfilms auf mehr als 450 °C erhöht wird, wird die Oberfläche der ungeordneten FeNi-Legierung, auf der der Oxidfilm entfernt wird, gesintert, so dass die Nitrierung schwierig wird. Um die Oberfläche der ungeordneten FeNi-Legierung vor einem Sintern zu schützen, wird die Temperatur dementsprechend auf 450 °C oder darunter festgesetzt. Ferner kann die Einleitungsrate des Ätzgases in den Heizofen beliebig sein. Wenn beispielsweise H₂ verwendet wird, wird der Oxidfilm in mindestens einem Bereich zwischen 0,3 l/min und 5 l/min entfernt.
Auf diese Weise wird das Nitrierungsverfahren nach Abschluss des Entfernungsprozesses des Oxidfilms nacheinander in demselben Heizofen durchgeführt. Im Speziellen wird das Einleitungsgas in den Heizofen von dem Ätzgas auf das Nitrierungsgas umgeschaltet, so dass das Innere des Heizofens eine Stickstoff enthaltende Atmosphäre ist. Dann wird die für die Nitrierung erforderliche Temperatur aufrechterhalten. Im vorliegenden Experiment wird als Nitrierungsgas NH₃ (Ammoniak) verwendet. NH₃ wird in den Heizofen mit einer Einleitungsrate von 5 l/min eingeleitet. Der Heizofen wird während 50 Stunden auf 300 °C gehalten. Somit wird die Nanopartikelprobe nitriert und FeNiN als das Zwischenprodukt hergestellt.
Die für das Nitrierungsverfahren erforderliche Zeit kann beliebig sein. Wenn zum Beispiel das Verfahren während 10 Stunden durchgeführt wird, wird bestätigt, dass FeNiN als Zwischenprodukt erzeugt wird. Ferner kann die Temperatur des Nitrierungsverfahrens in einem Bereich zwischen 200 °C und 400 °C liegen. Die Einleitungsrate des Nitrierungsgases in den Heizofen zum Erzeugen der Stickstoff enthaltenden Atmosphäre kann beliebig sein. Wenn beispielsweise NH₃ verwendet wird, wird die Nanopartikelprobe in mindestens einem Bereich zwischen 0,1 l/min und 10 l/min nitriert.
Somit wird das Nitrierungsverfahren nacheinander nach dem Entfernungsprozess des Oxidfilms durchgeführt. In diesem Fall wird verhindert, dass der Oxidfilm erneut auf der Oberfläche der ungeordneten FeNi-Legierung gebildet wird, von der der Oxidfilm entfernt ist. Ferner ist der Temperaturerhöhungsschritt nicht erneut notwendig. Somit wird der thermische Prozess vereinfacht und die Prozesszeit verkürzt.
Dann wird das Denitrierungsverfahren durchgeführt. Das Denitrierungsverfahren wird gemäß dem in 12B gezeigten Profil durchgeführt. Hierbei wird das Denitrierungsverfahren durchgeführt, nachdem eine gewisse Zeit nach dem Nitrierungsverfahren verstrichen ist. Alternativ kann das Denitrierungsverfahren nacheinander nach dem Nitrierungsverfahren durchgeführt werden.
Zuerst wird ein Heizofen wie der oben beschriebene Röhrenofen 10 oder ein Muffelofen bereitgestellt. FeNiN ist in dem Heizofen als das Zwischenprodukt angeordnet, das gemäß dem in 12A gezeigten Profil hergestellt wird. Dann wird die Temperatur des Heizofens von Raumtemperatur auf die Temperatur des Denitrierungsverfahrens, d.h. 300 °C, erhöht. In diesem Fall wird ein Inertgas in den Ofen eingeleitet, um zu verhindern, dass FeNiN als das Zwischenprodukt durch im Heizofen vorhandenen Sauerstoff oxidiert wird. In diesem Fall wird N₂ eingeleitet und wird der Temperaturerhöhungsschritt durchgeführt.
Nachdem die Temperatur des Heizofens auf die Temperatur des Denitrierungsverfahrens erhöht wurde, wird die Einleitung von N₂ gestoppt und wird die Atmosphäre zur Durchführung des Denitrierungsverfahrens erzeugt. Die Temperatur des Heizofens wird während einer vorbestimmten Zeit auf einer Temperatur gehalten, die für die Denitrierung notwendig ist. In dem vorliegenden Experiment wird H₂ (Wasserstoff) zur Erzeugung der Atmosphäre zur Durchführung der Denitrierung verwendet. H₂ wird mit einer Geschwindigkeit von 1 l/min in den Heizofen eingeleitet. Dann wird der Heizofen während 4 Stunden bei 300 °C gehalten. So wird FeNiN als das Zwischenprodukt denitriert.
Die für das Denitrierungsverfahren erforderliche Zeit kann beliebig sein. Wenn beispielsweise während einer Stunde oder länger durchgeführt wird, wird bestätigt, dass die geordnete FeNi-Legierung vom L1₀-Typ erzeugt wird. Es wird bestätigt, dass die Temperatur des Denitrierungsverfahrens in einem Bereich zwischen 200 °C und 400 °C liegen kann. Ferner kann die Einleitungsrate des Gases in den Heizofen zur Erzeugung der Atmosphäre zur Durchführung des Denitrierungsverfahrens beliebig sein. Wenn beispielsweise H₂ verwendet wird, wird das Denitrierungsverfahren in mindestens einem Bereich zwischen 0,1 l/min und 5 l/min ausgeführt.
Somit wird mittels Durchführen des Denitrierungsverfahrens die geordnete FeNi-Legierung vom L1₀-Typ hergestellt. Dann wird der mittlere Ordnungsgrad S des gesamten Materials der hergestellten geordneten FeNi-Legierung vom L1₀-Typ erhalten. Im Speziellen wird der der Ordnungsgrad S unter Verwendung des Pulver-Röntgenbeugungsmusters erhalten.
Wenn beispielsweise der Ordnungsgrad S gleich 1 ist, ist das Pulver-Röntgenbeugungsmuster der geordneten FeNi-Legierung vom L1₀-Typ in 13 gezeigt. Der Ordnungsgrad S hat eine wie in 14 gezeigte Beziehung in Bezug auf das Beugungsstärkenverhältnis zwischen der Integralintensität des Peaks der Supergitterbeugung, d.h. der Beugungspeak einer (001)-Ebene als Supergitterreflexion, und der Integralintensität des Peaks der grundlegenden Beugung, d.h. der Beugungspeak einer (111)-Ebene, im Röntgenbeugungsmuster. Dementsprechend wird das Röntgenbeugungsmuster der geordneten FeNi-Legierung vom L1₀-Typ gemessen, die gemäß der vorliegenden Ausführungsform hergestellt wurde. Basierend auf den Messergebnissen wird der Ordnungsgrad S erhalten.
Im Speziellen wird in der vorliegenden Ausführungsform FeNiN als das Zwischenprodukt hergestellt, indem das Nitrierungsverfahren durchgeführt wird, nachdem der Entfernungsprozess des Oxidfilms von der ungeordneten FeNi-Legierung durchgeführt wurde. Dann wird das Denitrierungsverfahren durchgeführt, so dass die geordnete FeNi-Legierung vom L1₀-Typ gebildet wird. Dann wird das Röntgenbeugungsmuster erhalten. 15 zeigt ein Ergebnis der Röntgenbeugung.
Da, wie in 15 gezeigt, der Peak der Supergitterbeugung von der (001)-Ebene erscheint, wird bestimmt, dass das FeNi-Supergitter gebildet ist. Basierend auf den Ergebnissen wird das Beugungsstärkenverhältnis berechnet, so dass das Beugungsstärkenverhältnis 0,8 beträgt. Wenn das Beugungsstärkenverhältnis 0,8 beträgt, wird basierend auf 14 der Ordnungsgrad S berechnet. Der Ordnungsgrad S beträgt 0,71, was einen vergleichsweise hohen Wert darstellt.
Somit wird die geordnete FeNi-Legierung vom L1o-Typ erhalten, die den hohen Ordnungsgrad S aufweist und durch das Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform hergestellt wurde. Ferner wird eine Bewertung der magnetischen Eigenschaften der geordneten FeNi-Legierung vom L1₀-Typ durchgeführt, so dass das anisotrope Magnetfeld 981 kA/m beträgt, was einen vergleichsweise hohen Wert darstellt.
Wie oben beschrieben, wird in der vorliegenden Ausführungsform FeNiN als Zwischenprodukt hergestellt, indem das Nitrierungsverfahren der ungeordneten FeNi-Legierung durchgeführt wird. Ferner wird das Denitrierungsverfahren durchgeführt, so dass die geordnete FeNi-Legierung vom L1₀-Typ hergestellt wird. Gemäß dem Herstellungsverfahren wird auf einfache Weise die geordnete FeNi-Legierung vom L1₀-Typ mit dem hohen Ordnungsgrad S von gleich oder größer als 0,7 hergestellt.
Insbesondere wenn das Nitrierungsverfahren durchgeführt wird, nachdem der Entfernungsprozess zum Entfernen des auf der Oberfläche der ungeordneten FeNi-Legierung gebildeten Oxidfilms durchgeführt wurde, wird das Zwischenprodukt geeignet hergestellt. Demgemäß wird durch Ausführen des Entfernungsprozesses eine geordnete FeNi-Legierung vom L1₀-Typ mit viel höherem Ordnungsgrad S erhalten.
Andere Ausführungsformen
Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Es ist möglich, die Offenbarung im Rahmen der Ansprüche geeignet zu modifizieren.
Zum Beispiel wird in der ersten Ausführungsform ein Beispiel für Bedingungen für das Nitrierungsverfahren und das Denitrierungsverfahren erläutert. Diese Erläuterung ist jedoch nur ein Beispiel für jede der Bedingungen. Insofern die geordnete FeNi-Legierung vom L1o-Typ mit dem Ordnungsgrad S von gleich oder größer als 0,5 durch Ausführen des Nitrierungsverfahrens und des Denitrierungsverfahrens erhalten wird, sind die Verfahrenstemperatur eines jeden Verfahrens und die Prozesszeit eines jeden Verfahrens nicht auf das obige Beispiel begrenzt. Gleichermaßen wird in der zweiten Ausführungsform ein Beispiel für Bedingungen für den Entfernungsprozess des Oxidfilms, das Nitrierungsverfahren und das Denitrierungsverfahren erläutert. Diese Erläuterung ist jedoch lediglich ein Beispiel für jede der Bedingungen. Insofern die geordnete FeNi-Legierung vom L1₀-Typ mit dem Ordnungsgrad S von gleich oder größer als 0,7 erhalten wird, sind die Prozesstemperatur eines jeden Verfahrens und die Prozesszeit eines jeden Verfahrens nicht auf das obige Beispiel beschränkt.
In der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform wird die geordnete FeNi-Legierung vom L1₀-Typ durch Ausführen des Nitrierungsverfahrens und des Denitrierungsverfahrens erhalten. Alternativ kann die geordnete FeNi-Legierung vom L1₀-Typ durch Ausführen eines anderen Verfahrens als des Nitrierungsverfahrens und des Denitrierungsverfahrens erhalten werden. Zum Beispiel kann nachdem ein Verfahren zum Synthetisieren einer Verbindung, in der Fe und Ni mit derselben Gitterstruktur wie die FeNi-Ordnungsstruktur vom L1₀-Typ ausgerichtet sind, durchgeführt wurde, die geordnete FeNi-Legierung vom L1₀-Typ erhalten werden durch Ausführen eines Verfahrens zum Entfernen aus der Verbindung eines von Fe und Ni verschiedenen Elements, das ein unnötiges Element ist.
Ferner kann die geordnete FeNi-Legierung vom L1₀-Typ gemäß den obigen Ausführungsformen auf das magnetische Material wie das Magnetmaterial, das magnetische Speichermaterial oder dergleichen angewendet werden. Der Aspekt der geordneten FeNi-Legierung ist nicht auf das magnetische Material beschränkt.
Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Die vorliegende Offenbarung kann innerhalb des Umfangs der Ansprüche geändert werden. Die Inhalte der Beschreibung in den obigen Ausführungsformen sind zueinander nicht vollständig beziehungslos, sondern sie kombinieren miteinander in geeigneter Weise, außer in einem Fall, in dem sie nicht eindeutig miteinander kombinieren können. Darüber hinaus sind die obigen Ausführungsformen nicht auf die obigen Ausführungsbeispiele beschränkt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2015203067 A [0001]
JP 2016159001 A [0001]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

„Fe-Ni composition dependence of magnetic anisotropy in artificially fabricated L1₀ ordered FeNi films“, J. Phys., Condensed Matter, Band 26, (2014), 064207 [0006]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer geordneten FeNi-Legierung mit einer Ordnungsstruktur vom L1₀-Typ, wobei das Verfahren zur Herstellung der geordneten FeNi-Legierung umfasst: Durchführen eines Nitrierungsverfahrens zum Nitrieren einer ungeordneten FeNi-Legierung (100); und dann Durchführen eines Denitrierungsverfahrens zum Entfernen von Stickstoff aus der in dem Nitrierungsverfahren verarbeiteten ungeordneten FeNi-Legierung, um die geordnete FeNi-Legierung vom L1₀-Typ mit einem als S definierten Ordnungsgrad von gleich oder größer als 0,5 zu erhalten.
Verfahren zur Herstellung der geordneten FeNi-Legierung nach Anspruch 1, wobei: eine Prozesstemperatur des Nitrierungsverfahrens gleich oder größer als 300 °C und gleich oder niedriger als 500 °C ist.
Verfahren zur Herstellung der geordneten FeNi-Legierung nach Anspruch 1 oder 2, wobei: eine Prozesstemperatur des Denitrierungsverfahrens gleich oder größer als 250 °C und gleich oder niedriger als 400 °C ist.
Geordnete FeNi-Legierung, umfassend: eine Ordnungsstruktur vom L1₀-Typ und einen als S definierten Ordnungsgrad von gleich oder größer als 0,5.
Verfahren zur Herstellung einer geordneten FeNi-Legierung mit einer Ordnungsstruktur vom L1₀-Typ, wobei das Verfahren zur Herstellung der geordneten FeNi-Legierung umfasst: Synthetisieren einer Verbindung, in der Fe und Ni so ausgerichtet sind, dass sie eine Gitterstruktur aufweisen, die mit einer FeNi-Ordnungsstruktur vom L1₀-Typ identisch ist; und Entfernen eines unnötigen Elements, das von Fe und Ni verschieden ist, aus der Verbindung, um eine geordnete FeNi-Legierung vom L1₀-Typ zu erzeugen.
Verfahren zur Herstellung der geordneten FeNi-Legierung nach Anspruch 5, wobei: das Synthetisieren der Verbindung ein Synthetisieren von FeNiN als Verbindung umfasst.
Verfahren zur Herstellung der geordneten FeNi-Legierung nach Anspruch 5, ferner umfassend: Entfernen eines Oxidfilms von einer ungeordneten FeNi-Legierung, wobei: das Synthetisieren der Verbindung ein Durchführen eines Nitrierungsverfahrens der ungeordneten FeNi-Legierung einschließt, in der der Oxidfilm entfernt ist, nach dem Entfernen des Oxidfilms, um das FeNiN als ein Zwischenprodukt zu synthetisieren.
Verfahren zur Herstellung der geordneten FeNi-Legierung nach Anspruch 7, wobei: das Entfernen des Oxidfilms und das Synthetisieren der Verbindung nacheinander in demselben Heizofen (10) durchgeführt werden.
Geordnete FeNi-Legierung nach Anspruch 3, umfassend: eine Ordnungsstruktur vom L1₀-Typ und einen als S definierten mittleren Ordnungsgrad des gesamten Materials, der gleich oder größer als 0,7 ist.