DE112018002560T5

DE112018002560T5 - Magnetisches Material, das eine geordnete Fe-Ni-Legierung aufweist, und Verfahren zum Herstellen desselben

Info

Publication number: DE112018002560T5
Application number: DE112018002560.8T
Authority: DE
Inventors: Eiji Watanabe; Yuta Saiga; Hidehiko Hiramatsu; Sho Goto; Ryota Shinozaki; Hiroaki Kura
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2017-05-17
Filing date: 2018-05-17
Publication date: 2020-01-30
Also published as: US20200071811A1; JP2018195804A; CN110651337B; JP6733700B2; US11667998B2; CN110651337A

Abstract

Eine geordnete L1₀-FeNi-Legierung, die in einem magnetischen Material enthalten ist, wird als ein granuläres Teilchen (1) bereitgestellt und mit einem leichten Element dotiert. Insbesondere weist die geordnete L1₀-FeNi-Legierung eine Struktur auf, bei der beispielsweise B, C, N als das leichte Element an einem oktaedrischen Mittenort einer Ni-Schicht oder einem oktaedrischen Mittenort einer Fe-Schicht enthalten ist. Mit einer derartigen Struktur kann ein magnetisches Material mit einer geordneten L1₀-FeNi-Legierung erhalten werden, das eine Koerzitivkraft von 87,5 kA/m oder mehr und eine Sättigungsmagnetisierung von 1,0 [T] oder mehr aufweist.

Description

Querverweis auf betreffende Anmeldungen
Diese Anmeldung basiert auf der am 17. Mai 2017 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2017-98304 und der am 12. April 2018 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2018-77090 , deren Inhalte hiermit durch Bezugnahme darauf enthalten sind.
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein magnetisches Material, das eine geordnete L10-FeNi-Legierung aufweist, die eine geordnete L1₀-Struktur aufweist, und ein Herstellungsverfahren für dasselbe.
Stand der Technik
Ein geordnete FeNi-Legierung vom L1o-Typ, die Fe (Eisen) und Ni (Nickel) als Hauptkomponenten aufweist, wird als ein vielversprechendes magnetisches Material erwartet und wird als ein vielversprechendes magnetisches Aufzeichnungsmaterial erwartet, für das insgesamt kein Element einer seltenen Erde und kein Edelmetall verwendet werden. Hier ist die geordnete L1 ₀-Struktur eine Kristallstruktur, die ein flächenzentriertes kubisches Gitter als Grundstruktur aufweist und bei der Fe und Ni in der (001)-Richtung geschichtet sind. Eine derartige geordnete L1 ₀-Struktur wird in Legierungen wie beispielsweise FePt, FePd und AuCu gefunden und wird typischerweise durch thermisches Behandeln einer zufälligen Legierung mit gleich oder kleiner als einer Ordnung-Unordnung-Übergangstemperatur Tλ und Fördern der Diffusion erhalten.
Um ein magnetisches Material, das diese geordnete L1₀-FeNi-Legierung aufweist, für ein magnetisches Material oder ein magnetisches Aufzeichnungsmaterial zu verwenden, wird eine große Koerzitivkraft benötigt. Die unten angegebene Nicht-Patentliteratur 1 schlägt ein Abstoppen der Kristallisation der geordneten L1₀-FeNi-Legierung vor, um eine große Koerzitivkraft in der geordneten L1₀-FeNi-Legierung zu erhalten. Unter Verwendung dieses Herstellungsverfahrens ist es möglich, eine geordnete L1 ₀-FeNi-Legierung zu erhalten, die eine Koerzitivkraft von 56 [kA/m] aufweist. Es wird berichtet, dass die geordnete FeNi-Legierung, die auf diese Weise erhalten wird, auch einen hohen Ordnungsgrad nicht insgesamt, sondern lokal und eine Magnetisierung von 100 [emu/g] und einen Volumenanteil von grob 8 [%] aufweist.
Literatur des Stands der Technik
Patentliteratur
Nicht-Patentliteratur 1: Artificially produced rare-earth free cosmic magnet, A. Makino et al., Scientific Reports 5, (2015) 16627
Zusammenfassung der Erfindung
Die Verwendung eines magnetischen Materials, das die geordnete FeNi-Legierung aufweist, für ein magnetisches Material oder ein magnetisches Aufzeichnungsmaterial benötigt eine große Koerzitivkraft, insbesondere von 87,5 [kA/m] oder mehr. Die Koerzitivkraft kann wie folgt erhalten werden: Das Magnetfeld wird auf die erhaltende geordnete FeNi-Legierung aufgebracht, und die Koerzitivkraft wird als die Stärke des Magnetfeldes erhalten, bei dem eine Magnetisierungsrichtung der geordneten Fe-Ni-Legierung aufgrund des Magnetfeldes geändert wird. In dem SI-Einheitssystem wird die Koerzitivkraft in der Einheit kA/m ausgedrückt. In dem OGS-Einheitssystem wird die Koerzitivkraft in der Einheit Oe [Oersted] ausgedrückt. Somit gelten 1 [A/m] = 4π ×10^-3 [Oe] und 87,5 [kA/m] = 1100 [Oe].
Die Verwendung des magnetischen Materials, das die geordnete FeNi-Legierung aufweist, für ein magnetisches Material oder ein magnetisches Aufzeichnungsmaterial benötigt nicht nur eine große Koerzitivkraft, sondern auch eine große Sättigungsmagnetisierung. Insbesondere wird eine große Sättigungsmagnetisierung von 1,0 [T] oder mehr benötigt.
Diesbezüglich weisen die Sättigungsmagnetisierung und die Koerzitivkraft eine Kompromissbeziehung dahingehend auf, dass sich die Koerzitivkraft verringert, wenn sich die Sättigungsmagnetisierung erhöht, und umgekehrt sich die Koerzitivkraft erhöht, wenn sich die Sättigungsmagnetisierung verringert. Daher ist es wünschenswert, sowohl eine große Koerzitivkraft als auch eine große Sättigungsmagnetisierung zu realisieren, während eine Kontrolle der Koerzitivkraft und der Sättigungsmagnetisierung möglich ist.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein magnetisches Material, das eine geordnete L1₀-FeNi-Legierung aufweist, und ein Herstellungsverfahren für dasselbe zu schaffen, die eine Steuerung bzw. Kontrolle einer Koerzitivkraft und einer Sättigungsmagnetisierung ermöglichen und die sowohl eine große Koerzitivkraft als auch eine große Sättigungsmagnetisierung realisieren.
Ein magnetisches Material gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine geordnete FeNi-Legierung auf, die eine geordnete L1o-Struktur aufweist, mit einem leichten Element dotiert ist und als ein granuläres Teilchen bereitgestellt wird bzw. vorhanden ist.
Wie es oben beschrieben ist, ist die geordnete FeNi-Legierung, die in dem magnetischen Material enthalten ist, als ein granuläres Teilchen vorhanden und mit dem leichten Element dotiert. Diese Struktur macht es möglich, ein magnetisches Material mit einer geordneten FeNi-Legierung zu schaffen, das eine Koerzitivkraft von 87,5 [kA/m] oder mehr und eine Sättigungsmagnetisierung von 1,0 [T] oder mehr aufweist.
Ein Verfahren zum Herstellen eines magnetischen Materials, das eine geordnete FeNi-Legierung mit einer geordneten L1₀-Struktur aufweist, gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist auf: Erstellen bzw. Herstellen einer geordneten FeNi-Legierung, die als ein granuläres Teilchen bereitgestellt wird; und Dotieren eines leichten Elements in die geordnete FeNi-Legierung.
Durch Vorbereiten bzw. Herstellen der geordneten FeNi-Legierung als granulares Teilchen und anschließendes Dotieren des leichten Elements in die geordnete FeNi-Legierung auf die obige Weise ist es möglich, ein magnetisches Material mit einer geordneten FeNi-Legierung zu schaffen, das bzw. die eine Koerzitivkraft von 87,5 [kA/m] oder mehr und eine Sättigungsmagnetisierung von 1,0 [T] oder mehr aufweist.
Man beachte, dass die Bezugszeichen in den Klammern bei den Elementen Beispiele einer Entsprechungsbeziehung der Elemente zu konkreten Elementen angeben, die in den folgenden Ausführungsformen beschrieben werden.
Figurenliste

1A ist ein Diagramm, das eine Querschnittstruktur eines granulären Teilchens einer geordneten FeNi-Legierung zeigt, die in einem magnetischen Material gemäß einer ersten Ausführungsform enthalten ist.
1B ist ein Diagramm, das eine Querschnittstruktur eines granulären Teilchens einer geordneten FeNi-Legierung zeigt, die in einem magnetischen Material gemäß der ersten Ausführungsform enthalten ist.
1C ist ein Diagramm, das eine Querschnittstruktur eines granulären Teilchens einer geordneten FeNi-Legierung zeigt, die in einem magnetischen Material gemäß der ersten Ausführungsform enthalten ist.
2A ist ein Diagramm, das eine Gitterstruktur einer geordneten FeNi-Legierung zeigt.
2B ist ein Diagramm, das einen Zustand zeigt, in dem ein leichtes Element in einer Fe-Schicht einer geordneten FeNi-Legierung enthalten ist.
2C ist ein Diagramm, das einen Zustand zeigt, in dem ein leichtes Element in einer Ni-Schicht einer geordneten FeNi-Legierung enthalten ist.
3 ist ein Flussdiagramm, das Details eines Dotierungsprozesses zeigt.
4 ist ein Diagramm, das eine Herstellungsvorrichtung für eine geordnete FeNi-Legierung zeigt.
5 ist ein Diagramm, das schematisch eine Dotierungsvorrichtung zeigt, die in einem Dotierungsprozess verwendet wird.
6 ist ein Flussdiagramm, das Details eines Dotierungsprozesses zeigt.
7 ist ein Diagramm, das Bedingungen in einem Dotierungsprozess jeweiliger Arbeitsbeispiele und Messergebnisse einer Sättigungsmagnetisierung und einer Koerzitivkraft der jeweiligen Arbeitsbeispiele und eines Vergleichsbeispiels zeigt.
8A ist ein Diagramm, das ein Messergebnis eines Dotierungsverhältnisses in einem Sample bzw. einer Probe des Arbeitsbeispiels 1 zeigt.
8B ist ein Diagramm, das ein Messergebnis eines Dotierungsverhältnisses in einem Sample des Arbeitsbeispiels 2 zeigt.
8C ist ein Diagramm, das ein Messergebnis eines Dotierungsverhältnisses in einem Sample des Arbeitsbeispiels 3 zeigt.
8D ist ein Diagramm, das ein Messergebnis eines Dotierungsverhältnisses in einem Sample des Vergleichsbeispiels 3 zeigt.
9 ist ein Diagramm, das ein Messergebnis eines Röntgenspektrographen (im Folgenden als XDR bezeichnet) zeigt.
10 ist ein Diagramm, das eine Gitterstruktur von FeNiN zeigt, das ein Zwischenprodukt ist.
11 ist ein Diagramm, das ein Ergebnis einer Röntgenspektralanalyse einer geordneten L1o-FeNi-Legierung zeigt, die in einem magnetischen Material gemäß einer zweiten Ausführungsform enthalten ist.
12 ist ein Diagramm, das Messergebnisse einer Koerzitivkraft zeigt.

Beschreibung der Ausführungsformen
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. In den folgenden Ausführungsformen werden hauptsächlich dieselben Bezugszeichen für dieselben oder äquivalenten Teile verwendet.
Erste Ausführungsform
Im Folgenden wird die erste Ausführungsform beschrieben. Die geordnete L1₀-FeNi-Legierung gemäß der vorliegenden Ausführungsform, das heißt ein magnetisches Material, das ein FeNi-Supergitter aufweist, wird für ein magnetisches Material, ein magnetisches Aufzeichnungsmaterial oder Ähnliches verwendet.
Die geordnete L1₀-FeNi-Legierung, die in dem magnetischen Material gemäß der vorliegenden Ausführungsform enthalten ist, ist ein granuläres Teilchen, mit einem leichten Element dotiert, weist eine Koerzitivkraft von 87,5 kA/m oder mehr auf, und weist eine Sättigungsmagnetisierung von 1,0 [T] oder mehr auf. Insbesondere ist die geordnete L1₀-FeNi-Legierung beispielsweise mit B (Bor), C (Kohlenstoff) und N (Stickstoff) als leichte Elemente dotiert oder kann mit mindestens einem von mehreren Typen von zwei oder mehr der leichten Elemente dotiert sein.
Die granularen Teilchen der geordneten L1₀-FeNi-Legierung weisen eine mittlere Teilchengröße von beispielsweise 40 µm auf. Wie es in 1A gezeigt ist, weist in den granulären Teilchen 1 der geordneten L1₀-FeNi-Legierung ein jeweiliges einzelnes granuläres Teilchen insgesamt, das heißt ein gesamter Bereich eines Querschnitts eines jeweiligen einzelnen granulären Teilchens, eine dotierte Phase auf, in der das leichte Element enthalten ist. Wie es in 1B gezeigt ist, weist alternativ in den granulären Teilchen 1 der geordneten L1₀-FeNi-Legierung ein jeweiliges individuelles granuläres Teilchen auf: eine Hauptphase mit einem mittleren Abschnitt 1a, in dem fast kein leichtes Element in dem L1₀-FeNi enthalten ist; und eine dotierte Phase an einer Oberflächenschicht 1b, die den mittleren Abschnitt 1a umgibt, wobei das leichte Element in der dotierten Phase enthalten ist. Wie es in 1C gezeigt ist, weist alternativ in den granulären Teilchen 1 der geordneten L1₀-FeNi-Legierung ein jeweiliges individuelles granuläres Teilchen auf: eine dotierte Phase in dem mittleren Abschnitt 1a, in dem das leichte Element enthalten ist; und eine Hauptphase in der Oberflächenschicht 1b, die den mittleren Abschnitt 1a umgibt, wobei nahezu kein leichtes Element in der Hauptphase enthalten ist.
Die regelmäßige L1₀-Sturktur ist eine Struktur, die auf einem flächenzentrierten kubischen Gitter basiert, und weist eine Gitterstruktur wie in 2A gezeigt auf. In dieser Zeichnung ist die oberste Schicht in der geschichteten Struktur der [001]-Ebene des flächenzentrierten kubischen Gitters eine Ni-Schicht, in der hauptsächlich Ni vorhanden ist (im Folgenden einfach als Ni-Schicht bezeichnet). Die Zwischenschicht, die zwischen der obersten Schicht und der untersten Schicht angeordnet ist, ist eine Fe-Schicht, in der hauptsächlich Fe vorhanden ist (im Folgenden einfach als Fe-Schicht bezeichnet).
In der geordneten L1₀-FeNi-Legierung, die eine Struktur aufweist, wie sie in 2B gezeigt ist, ist das leichte Element in einem oktaedrischen mittleren Ort in der Fe-Schicht, das heißt in der Mittenposition zwischen Fe-Atomen angeordnet. Wie es in 2C gezeigt ist, ist das leichte Element auf ähnliche Weise an dem oktaedrischen mittleren Ort in der Ni-Schicht, das heißt an der mittleren Position zwischen den Ni-Atomen angeordnet. Es wurde bestätigt, dass, wenn das leichte Element in der Fe-Schicht oder der Ni-Schicht angeordnet ist, sich die Koerzitivkraft im Vergleich zu einer geordneten L1₀-FeNi-Legierung erhöht bzw. größer ist, in der kein leichtes Element enthalten ist.
Daher ist die geordnete L1₀-FeNi-Legierung, die in dem magnetischen Material gemäß der vorliegenden Ausführungsform enthalten ist, als granuläres Teilchen 1 vorhanden bzw. bereitgestellt, wie es in den 1A bis 1C gezeigt ist, während die gesamte oder ein Teil der Oberflächenschicht 1b des jeweiligen granulären Teilchens 1 die dotierte Phase aufweist, in der das leichte Element enthalten ist. Mit derartigen Strukturen wird die Koerzitivkraft des magnetischen Materials, das die geordnete L1₀-FeNi-Legierung aufweist, erhöht.
Dieses magnetische Material mit der geordneten L1₀-FeNi-Legierung gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann beispielsweise mittels Durchführung eines Dotierungsprozesses der geordneten L1o-FeNi-Legierung mit einem leichten Element erhalten werden; das magnetische Material wird jedoch mittels Durchführung verschiedener Prozesse gemäß dem Flussdiagramm der 3 erhalten.
Zunächst wird in Schritt S100 eine geordnete FeNi-Legierung vorbereitet bzw. hergestellt, und es wird eine Nitrierungs-Denitrierungs-Behandlung mit dieser durchgeführt, um eine geordnete L1₀-FeNi-Legierung zu erhalten. Insbesondere wird nach der Durchführung einer Nitrierungsbehandlung zum Nitrieren der ungeordneten FeNi-Legierung eine Denitrierungsbehandlung zum Entfernen von Stickstoff aus der nitrierten ungeordneten FeNi-Legierung durchgeführt, um eine geordnete FeNi-Legierung zu erhalten. Hier ist eine zufällige Legierung eine Legierung, in der eine Anordnung von Atomen keine Ordnung aufweist, sondern zufällig ist.
Anschließend wird in Schritt S110 die erhaltene geordnete FeNi-Legierung einer elektrochemischen Behandlung unterzogen, wodurch ein Dotierungsprozess mit einem leichten Element durchgeführt wird. Insbesondere wird der Dotierungsprozess mit dem leichten Element durch Borieren, Karbonisieren und Nitrieren mittels der elektrochemischen Behandlung durchgeführt. Dann wird nach Bedarf in Schritt S120 eine Reinigungsbehandlung durchgeführt. Auf diese Weise ist es möglich, das magnetische Material mit der geordneten L1₀-FeNi-Legierung gemäß der vorliegenden Ausführungsform herzustellen.
Insbesondere können die Nitrierungsbehandlung und die Denitrierungsbehandlung unter Verwendung beispielsweise einer Nitrierungs-Denitrierungs-Behandlungsvorrichtung durchgeführt werden, die in 4 gezeigt ist. Diese Nitrierungs-Denitrierungs-Behandlungsvorrichtung enthält: einen röhrenförmigen Ofen 10 als einen Heizofen, der durch eine Heizeinrichtung 11 aufgeheizt wird; und eine Handschuhbox 20 zum Platzieren eines Samples bzw. einer Probe in dem röhrenförmigen Ofen 10. Wie es in 4 gezeigt ist, enthält die Nitrierungs-Denitrierungs-Behandlungsvorrichtung außerdem einen Gaseinleitungsteil 30, der das Gas, das in den röhrenförmigen Ofen 10 eingeleitet wird, zwischen Ar (Argon), das als ein Spülgas dient, NH₃ (Ammoniak) für die Nitrierungsbehandlung und H₂ (Wasserstoff) für die Denitrierungsbehandlung wechselt.
Die Nitrierungs-Denitrierungsbehandlung unter Verwendung einer derartigen Nitrierungs-Denitrierungs-Behandlungsvorrichtung ist die folgende. Zunächst wird ein Pulver-Sample einer zufälligen FeNi-Legierung 100 in dem röhrenförmigen Ofen 10 angeordnet. Bei der Nitrierungsbehandlung wird NH₃-Gas in den röhrenförmigen Ofen 10 eingeleitet, sodass das Innere des röhrenförmigen Ofens 10 eine NH₃-Atmosphäre aufweist, und die zufällige FeNi-Legierung wird bei einer vorbestimmten Temperatur während einer vorbestimmten Zeitdauer geheizt, um die Nitrierung durchzuführen. Gleichzeitig wird durch die Nitrierungsbehandlung N in FeNi eingebracht, und es tritt eine Kristallordnung auf. Wenn FeNiN, das eine FeNi-Verbindung ist, erzeugt wird, wird insbesondere die Struktur einer Metallelementanordnung der geordneten FeNi-Legierung in der Stufe der Nitrierungsbehandlung erhalten.
Dann wird in der Denitrierungsbehandlung H₂-Gas in den Heizofen eingeleitet, sodass das Innere des röhrenförmigen Ofens 10 eine H₂-Atmosphäre aufweist, und die zufällige, nitrierte FeNi-Legierung wird bei einer vorbestimmten Temperatur während einer vorbestimmten Zeitdauer geheizt, um Stickstoff zu entfernen. Durch derartiges Entfernen des Stickstoffs wird eine geordnete L1₀-FeNi-Legierung erhalten, in die das leichte Element eindotiert wird.
Der Dotierungsprozess kann unter Verwendung beispielsweise einer Dotierungsvorrichtung durchgeführt werden, wie sie in 5 gezeigt ist. In dieser Dotierungsvorrichtung wird ein geschmolzenes Salz 41 in einen Behälter 40 zum Speichern von Flüssigkeit gefüllt, und die Dotierung mit dem leichten Element wird durch Anlegen einer vorbestimmten Spannung über eine DC-Stromquelle 45 in einem Zustand durchgeführt, in dem eine Arbeitselektrode 42, eine Gegenelektrode 43 und eine Bezugselektrode 44 in das geschmolzene Salz 41 eingetaucht sind.
Das geschmolzene Salz 41 ist eine Lösung, in der eine Dotierungsquelle eines leichten Elements aufgelöst ist, und weist Ionen der Dotierungsquelle auf. Dadurch, dass die Arbeitselektrode 42 die Ionen absorbiert, wird das leichte Element in die Arbeitselektrode 42 dotiert. Das geschmolzene Salz 41 wird für die Dotierungsquelle verschiedener leichter Elemente wie beispielsweise B, C und N verwendet. K₂O₃ oder KBF₄ ist beispielsweise als Dotierungsquelle von B verwendbar. K₂CO₃, CaC₂ oder Ähnliches ist als Dotierungsquelle von C verwendbar. Li₃N, NH₄Cl oder Ähnliches ist als Dotierungsquelle von N verwendbar. Als geschmolzenes Salz 41 zum Schmelzen dieser ist ein Alkalimetallhalid verwendbar. Das Alkalimetallhalid, das verwendet wird, kann LiF, NaF, KF, CsF, LiCl, NaCl, KCl, CsCl, LiBr, NaBr, KBr, CsBr, Lil, Nal, Kl, Csl oder Ähnliches verwendet werden. Es kann eine Kombination von zwei oder mehr aus diesen verwendet werden. Es kann beispielsweise Lithiumchlorid-Kaliumchlorid-Cäsiumchlorid (LiCl-KCl-CsCl), Lithiumfluorid-Natriumfluorid-Kaliumfluorid (LiF-NaF-KF) oder Lithiumbromid-Kaliumbromid-Cäsiumbromid (LiBr-KBr-CsBr) verwendet werden. Hinsichtlich mehrerer Arten von Dotierungsquellen eines leichten Elements kann eine Kombination der oben beschriebenen Materialien für die Dotierungsquelle des leichten Elements verwendet werden. Es kann beispielsweise Lithiumchlorid-Kaliumchlorid-Cäsiumchlorid-Kaliumborfluorid-Kaliumkarbonat (LiCl-KCl-CsCl-KBF₄-K₂CO₃) als Dotierungsquelle für B und C verwendet werden.
Die Arbeitselektrode 42 ist beispielsweise ein flaches Metall, das aus dem Material besteht, das mit dem leichten Element zu dotieren ist, das heißt der geordneten L1₀-FeNi-Legierung vor der Dotierung. Da die geordnete L1₀-FeNi-Legierung als granulare Teilchen 1 bereitgestellt wird, sind diese in eine Plattengestalt verfestigt. Obwohl hier die geordnete L1₀-FeNi-Legierung verwendet wird, kann eine Verbindung, die dieselbe Metallelementanordnung wie die geordnete L1₀-FeNi-Legierung aufweist, beispielsweise das oben beschriebene FeNiN, verwendet werden wie sie ist.
Die Gegenelektrode 43 ist beispielsweise ein flaches Metall, das aus einem anderen Metall als die Arbeitselektrode 42 besteht, beispielsweise aus Al (Aluminium).
Die Bezugselektrode 44 stellt einen Bezugspunkt zum Messen eines Gleichgewichtspotentials zwischen der Bezugselektrode 44 und der Arbeitselektrode 42 bereit und besteht aus einem Material, das stabil ist, beispielsweise aus Silber-Silberchlorid. Ein Voltmeter 46 ist zwischen der Bezugselektrode 44 und der Arbeitselektrode 42 angeordnet, und das Gleichgewichtspotential wird durch das Voltmeter 46 gemessen.
Auf der Grundlage des Gleichgewichtspotentials, das von dem Voltmeter 46 gemessen wird, erzeugt die DC-Stromquelle 45 zwischen der Arbeitselektrode 42 und der Gegenelektrode 43 eine Potentialdifferenz, die das elektrolytische Potential überschreitet, bei dem die Ionen, die als die Dotierungsquelle des leichten Elements dienen, die in dem geschmolzenen Salz 41 enthalten ist, an der Arbeitselektrode 42 adsorbiert werden. Die Spannung, die von der DC-Stromquelle 45 erzeugt wird, und die Richtung dieser Spannung, das heißt die Polarität, sind steuerbar und werden auf der Grundlage der Stärke des Gleichgewichtspotentials gesteuert, das von dem Voltmeter 46 gemessen wird.
Da die positiven und negativen Polaritäten des Gleichgewichtspotentials grundlegend entsprechend den Materialien der jeweiligen Elektroden bestimmt werden, kann die Richtung der Spannung, die durch die DC-Stromquelle 45 erzeugt wird, entsprechend den Materialien der jeweiligen Elektroden festgelegt werden, und die Stärke der Spannung kann auf der Grundlage des Gleichgewichtspotentials festgelegt werden, das von dem Voltmeter 46 gemessen wird. Wenn beispielsweise das geschmolzene Salz 41 KBF₄ enthält, das als B-Dotierungsquelle dient, wird aufgrund von „KBF₄ zu K⁺ + BF₄ ^-“ die Richtung der Spannung der DC-Stromquelle 45 derart festgelegt, dass die Arbeitselektrode 42 positiv wird bzw. ist. In den Fällen, in denen das geschmolzene Salz 41 Li₃N aufweist, das als N-Dotierquelle dient, wird aufgrund von „Li₃N zu 3Li++ N³-“ die Richtung der Spannung der DC-Stromquelle 45 derart festgelegt, dass die Arbeitselektrode 42 negativ wird bzw. ist.
Der Behälter 40 ist in einer Kernröhre 47 untergebracht, die eine Innenwand definiert, und das geschmolzene Salz 41 wird durch eine Temperatureinstellheizeinrichtung 48 aufgeheizt, die um die Kernröhre 47 angeordnet ist.
Unter Verwendung dieser Dotierungsvorrichtung werden die Arbeitselektrode 42, die Gegenelektrode 43 und die Bezugselektrode 44 in das geschmolzene Salz 41 eingetaucht, und das geschmolzene Salz 41 wird durch die Heizeinrichtung 48 auf 300 bis 500 Grad Celsius (C) aufgeheizt. Auf der Grundlage des Gleichgewichtspotentials, das von dem Voltmeter 46 gemessen wird, wird durch die DC-Stromquelle 45 eine gewünschte Spannung angelegt. Als Ergebnis werden die Ionen der Dotierungsquelle, die in dem geschmolzenen Salz 41 enthalten ist, an der Arbeitselektrode 42 adsorbiert und in die Arbeitselektrode 42 dotiert. Auf diese Weise wird das leichte Element in die geordnete L1₀-FeNi-Legierung dotiert. Danach wird nach Bedarf die Arbeitselektrode 42 gereinigt, und es wird das magnetische Material mit der geordneten L1₀-FeNi-Legierung gemäß der vorliegenden Ausführungsform erhalten. Die geordnete L1₀-FeNi-Legierung, die wie oben beschreiben erhalten wird, weist eine Plattengestalt auf, die ein Aggregat von granulären Teilchen 1 ist, und somit wird die geordnete L1₀-FeNi-Legierung, die wie oben beschrieben erhalten wird, als granulare Teilchen bereitgestellt.
Der Dotierungsprozess kann durch eine Gasbehandlung anstelle oder zusätzlich zu der elektrochemischen Behandlung durchgeführt werden. Insbesondere kann hinsichtlich N eine geordnete L1₀-FeNi-Legierung durch Gasnitrierung nitriert werden. Wie es beispielsweise in dem Flussdiagramm der 6 gezeigt ist, wird nach der Nitrierungs-Denitrierungs-Behandlung in Schritt S100 ähnlich wie in 3 die Gasnitrierung in Schritt S105 durchgeführt. Die Gasnitrierungsbehandlung kann hier unter Verwendung der in 4 gezeigten Nitrierungs-Denitrierungs-Behandlungsvorrichtung unter denselben Bedingungen wie die Nitrierungsbehandlung in Schritt S100 durchgeführt werden. Außerdem wird in Schritt S110 dieselbe elektrochemische Behandlung wie in 3 durchgeführt. Gleichzeitig kann N durch die elektrochemische Behandlung dotiert werden; da jedoch die Dotierung von N bereits in Schritt S105 durchgeführt wurde, kann auch nur ein Dotieren von B und C durchgeführt werden. Danach kann nach Bedarf in Schritt S120 das magnetische Material mit der geordneten L1o-FeNi-Legierung gemäß der vorliegenden Ausführungsform mittels einer Reinigungsbehandlung erhalten werden.
Wie es oben beschrieben wurde, ist es möglich, die geordnete L1₀-FeNi-Legierung durch die Gasnitrierung zu nitrieren. Daher muss der elektrochemische Prozess, der in Schritt S110 gezeigt ist, in dem Flussdiagramm der 6 in dem Dotierungsprozess nicht durchgeführt werden, und es kann auch nur die Gasnitrierungsbehandlung durchgeführt werden.
Im Folgenden werden die Sättigungsmagnetisierung und die Koerzitivkraft der geordneten L1 ₀-FeNi-Legierung gemäß der vorliegenden Ausführungsform, die durch das obige Herstellungsverfahren erhalten wird, für Arbeitsbeispiele 1 bis 8 und ein Vergleichsbeispiel 1 mit Bezug auf 7 beschrieben.
Die Arbeitsbeispiele 1 bis 8 in 7 zeigen Fälle, in denen magnetische Materialien mit einer geordneten L1₀-FeNi-Legierung durch jeweilige Schritte entsprechend dem Flussdiagramm der 3 oder der 6 hergestellt wurden. Das Vergleichsbeispiel 1 zeigt einen Fall, in dem ein magnetisches Material mit einer geordneten L1₀-FeNi-Legierung ohne einen in dem Flussdiagramm der 3 oder 6 gezeigten Schritt, insbesondere ohne Durchführung des Dotierungsprozesses, hergestellt wurde. 7 zeigt die Werte der Sättigungsmagnetisierung und der Koerzitivkraft in den jeweiligen Fällen der Arbeitsbeispiele 1 bis 8 und des Vergleichsbeispiels 1. Für die Arbeitsbeispiele 1 bis 8 sind die Bedingungen der jeweiligen Schritte in der Zeichnung ebenfalls gezeigt. Unter Verwendung von kühlmittelfreien PPMS-VersaLab kleiner Größe von Quantum Design wurden die Magneteigenschaften beispielsweise mit einer Magnetfeld-Sweep-Rate bzw. -Durchlaufrate von 10 [Oe] erhalten.
Wie es in 7 gezeigt ist, wurden die Arbeitsbeispiele 1, 2 und 4 mittels Durchführung der jeweiligen Schritte des Flussdiagramms der 3 erhalten. In dem Dotierungsprozess für die jeweiligen Arbeitsbeispiele 1, 2 und 4 wurde die elektrochemische Behandlung für 20 Stunden unter Verwendung nur einer der Dotierungsquellen B, C und N durchgeführt. In den Arbeitsbeispielen 1, 2 und 4 betrug die Koerzitivkraft jeweils 88 [kA/m], 95 [kA/m] und 101 [kA/m], und die Magnetsättigung betrug in allen Fällen 1,0 [T].
In dem Arbeitsbeispiel 3 wurde nur die Gasnitrierungsbehandlung in S105 für den Dotierungsprozess in dem Flussdiagramm der 3 durchgeführt. Die Gasnitrierungsbehandlung wurde für 4 Stunden durchgeführt. In dem Arbeitsbeispiel 3 betrug die Sättigungsmagnetisierung 1,1 [T], und die Koerzitivkraft betrug 105 [kA/m].
In dem Arbeitsbeispiel 5 wurden die jeweiligen Schritte in dem Flussdiagramm der 3 durchgeführt. In dem Dotierungsprozess des Arbeitsbeispiels 5 wurde die elektrochemische Behandlung für 20 Stunden unter Verwendung von zwei der Dotierungsquellen von B, C und N, insbesondere einer Dotierungsquelle aus einer Kombination von B und C, durchgeführt. In dem Arbeitsbeispiel 5 betrug die Sättigungsmagnetisierung 1,2 [T], und die Koerzitivkraft betrug 96 [kA/m].
In den Arbeitsbeispielen 6 und 7 wurde jeder Schritt in dem Flussdiagramm der 6 durchgeführt. In den Dotierungsprozessen der Arbeitsbeispiele 6 und 7 wurde nach der Gasnitrierung die elektrochemische Behandlung unter Verwendung der Dotierungsquelle von B oder C für 20 Stunden durchgeführt. In beiden Fällen der Arbeitsbeispiele 6 und 7 betrug die Sättigungsmagnetisierung 1,0 [T] oder mehr, und die Koerzitivkraft betrug 99 bzw. 110 [kA/m].
In dem Arbeitsbeispiel 8 wurde jeder Schritt in dem Flussdiagramm der 6 durchgeführt. In dem Dotierungsprozess des Arbeitsbeispiels 8 wurde nach der Gasnitrierung die elektrochemische Behandlung unter Verwendung der Dotierungsquelle von B und C für 20 Stunden durchgeführt. In dem Arbeitsbeispiel 8 betrug die Sättigungsmagnetisierung 1,0 [T], und die Koerzitivkraft betrug 114 [kA/m].
Andererseits wies in dem Fall des Vergleichsbeispiels 1, bei dem weder die Gasbehandlung noch die elektrochemische Behandlung durchgeführt wurde, die Sättigungsmagnetisierung einen großen Wert von 1,4 [T] auf, aber die Koerzitivkraft hatte einen kleinen Wert von 72 [kA/m].
Wie es in den Arbeitsbeispielen 1 bis 8 gezeigt ist, wird mittels Durchführung des Dotierungsprozesses durch die Gasbehandlung oder die elektrochemische Behandlung ein magnetisches Material mit der geordneten L1₀-FeNi-Legierung, die mit dem leichten Element wie B, C und N dotiert ist, erhalten, das sowohl eine große Sättigungsmagnetisierung als auch eine große Koerzitivkraft aufweist.
Außerdem wurde in den Arbeitsbeispielen 1 bis 3 und in dem Vergleichsbeispiel 1 ein Dotierungsverhältnis des Dotierungselements in dem erhaltenen magnetischen Material mit der geordneten L1 ₀-FeNi-Legierung untersucht. Um zu bestätigen, dass die Dotierelemente einheitlich dotiert wurden, wurde das Dotierungsverhältnis in dem Arbeitsbeispiel 1 an mehreren Messpunkten (1) bis (4) gemessen. Die 8A bis 8D zeigen die Messergebnisse. Das Dotierungsverhältnis wurde unter Verwendung eines SEM/EDS gemessen, das ein Abtastelektronenmikroskop (im Folgenden als SEM bezeichnet) ist, an dem ein energiedispersiver Röntgenanalysator (im Folgenden als EDS bezeichnet) angebracht ist. Die numerischen Werte in der Zeichnung repräsentieren das Elementverhältnis eines jeweiligen Samples, das durch das SEM/EDS gemessen wurde.
Wie es in 8A gezeigt ist, war in dem Arbeitsbeispiel 1 das Element B mit einem Verhältnis von 58% oder mehr an den jeweiligen Messpunkten (1) bis (4) vorhanden. Dieses zeigt, dass das Element B genau und gleichmäßig in dem magnetischen Material mit der geordneten L1₀-FeNi-Legierung enthalten war. Wie es in 8B gezeigt ist, war in dem Arbeitsbeispiel 2 das Element C mit einem Verhältnis von 39% vorhanden, und dieses zeigt, dass wie in dem Arbeitsbeispiel 1 das Element C genau in dem magnetischen Material mit der geordneten L1o-FeNi-Legierung enthalten war. Wie es in 8C gezeigt ist, war in dem Arbeitsbeispiel 3 das Element N mit einem Verhältnis von 43% vorhanden, und dieses zeigt, dass wie in den Arbeitsbeispielen 1 und 2 das Element N genau in dem magnetischen Material mit der geordneten L1 ₀-FeNi-Legierung enthalten war. Wie es in 8D gezeigt ist, war andererseits in dem Vergleichsbeispiel 1 das Verhältnis des Elements B oder Ähnlichem gleich 0%, und dieses zeigt, dass nur Fe und Ni in dem magnetischen Material mit der geordneten L1 ₀-FeNi-Legierung enthalten waren.
Außerdem wurde die Messung bei dem Arbeitsbeispiel 1 mittels XRD durchgeführt. 9 zeigt die XRD-Messergebnisse. Diese XRD-Messergebnisse zeigen, dass es zwei Komponenten gab, das heißt eine L1 ₀-FeNi-Phase und eine B-dotierte Phase, und dass eine Verbindung einer geordneten L1 ₀-FeNi-Legierung, das heißt ein Borid, erzeugt wurde. Somit ist es durch Ausbilden einer Verbindung durch Dotieren des leichten Elements wie beispielsweise B möglich, ein magnetisches Material mit einer geordneten L1 ₀-FeNi-Legierung zu erhalten, das sowohl eine große Sättigungsmagnetisierung als auch eine große Koerzitivkraft erzielt.
Als das Volumenverhältnis eines jeweiligen Elements in dem Arbeitsbeispiel 1 untersucht wurde, wurde herausgefunden, dass das Verhältnis der L1₀-FeNi-Phase zu der B-dotierten Phase gleich 95:5 war. Auf der Grundlage dieses Ergebnisses und der mittleren Teilchengröße von 40 µm der granulären Teilchen 1 der geordneten L1₀-FeNi-Legierung war die Dicke der B-dotierten Phase von der Teilchenoberfläche als Ergebnis der Berechnung gleich 3 µm. Das heißt, es wurde bei dem Arbeitsbeispiel 1 bestätigt, dass der mittlere Abschnitt 1a eines jeweiligen granulären Teilchens 1 der geordneten L1₀-FeNi-Legierung die Hauptphase war, in der fast kein B enthalten war, und dass deren Oberflächenschicht 1b die B-dotierte Phase war. Sogar wenn die Oberflächenschicht 1b hauptsächlich mit dem leichten Element dotiert ist, ist es somit möglich, ein magnetisches Material mit einer geordneten L1₀-FeNi-Legierung zu erhalten, das sowohl eine große Sättigungsmagnetisierung als auch eine große Koerzitivkraft erzielt. Das Verhältnis bzw. der Anteil und die Dicke der dotierten Phase sind entsprechend den Bedingungen des Dotierungsprozesses einstellbar. Es ist durch Bereitstellen der dotierten Phase nicht nur in der Oberflächenschicht 1b, sondern auch in dem gesamten granulären Teilchen 1 möglich, eine große Koerzitivkraft zu erhalten.
Wie es oben beschrieben wurde, ist die geordnete L1₀-FeNi-Legierung, die in dem magnetischen Material gemäß der vorliegenden Ausführungsform enthalten ist, als granuläres Teilchen 1 vorhanden und mit dem leichten Element dotiert. Insbesondere weist die geordnete L1₀-FeNi-Legierung eine Struktur auf, bei der beispielsweise B, C und N als leichtes Element in dem oktaedrischen mittleren Ort der Ni-Schicht oder dem oktaedrischen mittleren Ort der Fe-Schicht enthalten sind. Mit dieser Struktur kann ein magnetisches Material mit einer geordneten L1₀-FeNi-Legierung erhalten werden, das eine Koerzitivkraft von 87,5 [kA/m] oder mehr und eine Sättigungsmagnetisierung von 1,0 [T] oder mehr aufweist. Wenn nicht nur einige der granulären Teilchen 1, die das magnetische Material ausbilden, sondern die gesamten granulären Teilchen 1 die in den 1A bis 1C gezeigte Struktur aufweisen, ist es möglich, eine größere Koerzitivkraft und eine größere Sättigungsmagnetisierung zu erhalten. Wenn nur einige der granulären Teilchen 1, die das magnetische Material ausbilden, mindestens eine in den 1A bis 1C gezeigte Struktur aufweisen und es eine geordnete L1 ₀-FeNi-Legierung gibt, die nicht mit dem leichten Element dotiert ist, ist es selbstverständlich möglich, eine hohe Koerzitivkraft und eine hohe Sättigungsmagnetisierung zu erhalten. Wenn jedoch die granulären Teilchen 1 insgesamt die in den 1A bis 1C gezeigte Struktur aufweisen, können eine größere Koerzitivkraft und eine größere Sättigungsmagnetisierung erhalten werden.
Zweite Ausführungsform
Im Folgenden wird die zweite Ausführungsform beschrieben. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein magnetisches Material, das eine mit leichten Elementen dotierte geordnete L1₀-FeNi-Legierung aufweist, mit einem anderen Herstellungsverfahren als in der ersten Ausführungsform hergestellt.
Insbesondere wird in der ersten Ausführungsform nach der Durchführung der Nitrierungsbehandlung und der Denitrierungsbehandlung der Dotierungsprozess durchgeführt, um das leichte Element in die geordnete L1₀-FeNi-Legierung zu dotieren. In der vorliegenden Ausführungsform wird andererseits die mit dem leichten Element dotierte geordnete L1₀-FeNi-Legierung durch Einstellen der Bedingungen der Denitrierungsbehandlung derart, dass das leichte Element N verbleibt, wobei die Denitrierungsbehandlung nach der Nitrierungsbehandlung durchgeführt wird, hergestellt.
Zunächst wird wie in der ersten Ausführungsform die ungeordnete NeNi-Legierung vorbereitet, und es wird die Nitrierung unter Verwendung der in 4 gezeigten Nitrierungs-Denitrierungs-Behandlungsvorrichtung durchgeführt, sodass N in FeNi eingebracht wird und die Kristallordnung auftritt. Dadurch wird FeNiN, das eine FeNi-Verbindung ist, als ein Zwischenprodukt erzeugt. Das FeNiN weist die in 10 gezeigte Kristallstruktur auf, d.h. weist eine Gitterstruktur auf, bei der das Element N zwischen den Elementen Fe in der Fe-Schicht benachbart zu dem Element Fe angeordnet ist.
Danach wird als Denitrierungsbehandlung unter Verwendung der Nitrierungs-Denitrierungs-Vorrichtung die Denitrierungsbehandlung unter Bedingungen derart durchgeführt, dass die Denitrierung noch langsamer als in der ersten Ausführungsform durchgeführt wird. Hier wird die Denitrierungsbehandlung in der H₂-Atmosphäre bei der Atmosphärentemperatur von 150 bis 400 Grad Celsius (C), beispielsweise 250 Grad Celsius (C), für eine Behandlungszeit von 0,1 bis 7 Stunden durchgeführt. Die H₂-Atmosphäre wird durch Einleiten von H₂-Gas in Ar, das als Spülgas dient, erzeugt, und das Verhältnis der H₂-Atmosphäre wird auf 5% oder mehr eingestellt.
Die Behandlungstemperatur, die Behandlungszeit und das Verhältnis der H₂-Atmosphäre sind geeignet einstellbar und weisen die folgenden Beziehungen auf: Wenn die Behandlungstemperatur höher ist, ist die Behandlungszeit kürzer; wenn die Behandlungstemperatur niedriger ist oder die Behandlungszeit kürzer ist, ist ein größeres Verhältnis (Anteil) der H₂-Atmosphäre verwendbar. Obwohl ein Bereich, der auf den Experimenten basiert, gezeigt ist, können hier die Behandlungstemperatur, die Behandlungszeit und das Verhältnis der H₂-Atmosphäre auf der Grundlage der obigen Beziehungen eingestellt werden.
Außerdem kann NH₃, das für die Nitrierungsbehandlung verwendet wird, gleichzeitig eingeleitet werden, sodass die Denitrierung in der Denitrierungsbehandlung langsam durchgeführt wird. Durch Einleiten von N₂ anstelle oder zusammen mit NH₃, um die Stickstoffatmosphäre zu erzeugen, oder durch Bereitstellen einer Atmosphäre, in der N₂ und H₂ reagieren, um NH₃ zu erzeugen, ist es außerdem möglich, im Vergleich zu Fällen, in denen kein N₂ eingeleitet wird, das Auftreten der Denitrierung zu verhindern.
Wenn die langsame Denitrierung unter diesen Bedingungen durchgeführt wird, führt eine Trennung von Stickstoff von FeNiN, das als Zwischenprodukt dient, dazu, dass nicht sämtliches FeNiN zu FeNi wird, sondern dass ebenfalls L1 ₀-Fe₂Ni₂N synthetisiert wird, sodass eine Mischphase aus FeNi und Fe₂Ni₂N geschaffen wird. L1₀-Fe₂Ni₂N weist eine Metallelementanordnung der geordneten L1 ₀-FeNi-Legierung auf und weist außerdem eine Struktur auf, bei der N an einer Zwischenposition zwischen Fe-Atomen enthalten ist, wie es in 2B gezeigt ist, und Stickstoff teilweise von FeNiN getrennt ist, aber ein Teil des Stickstoffes nicht getrennt ist und verbleibt. Die Struktur des granulären Teilchens 1 der geordneten L1 ₀-FeNi-Legierung, die L1₀-Fe₂Ni₂N aufweist, kann die in 1A gezeigte Struktur sein, bei der das gesamte Teilchen das L1₀-Fe₂Ni₂N aufweist, oder kann die in 1B gezeigte Struktur sein, bei der nur die Oberfläche das L1₀-Fe₂Ni₂N aufweist.
Im Folgenden werden die Gitterstruktur und die Gitterkonstante des durch das obige Herstellungsverfahren synthetisierte L1₀-Fe₂Ni₂N mit Bezug auf das L1₀-FeNi und Ähnliches beschrieben.
Das L1₀-FeNi weist eine Gitterstruktur basierend auf dem in 2 gezeigten flächenzentrierten kubischen Gitter auf. Wenn in L1₀-FeNi ein Ni-Isotopenhäufigkeitsverhältnis in der Ni-Schicht gleich 100% ist und ein Fe-Isotopenhäufigkeitsverhältnis in der Fe-Schicht gleich 100% ist, sind die Längen der x-Achse und der y-Achse in der Gitterstruktur, das heißt der Abstand a und die Länge b jeweils zwischen den Ni-Atomen gleich, sodass a = b = 0,3576 nm bis 0,3582 nm erfüllt ist. Außerdem unterscheidet sich die Länge der z-Achse, das heißt der Abstand c zwischen den Ni-Atomen von dem Abstand a und beträgt c = 0,3589 nm bis 0,3607 nm.
Andererseits weist das L1₀-Fe₂Ni₂N die in 2B gezeigt Struktur auf, bei der N an der mittleren Position zwischen den Fe-Atomen enthalten ist, und weist dieselbe geordnete Struktur wie das L1₀-FeNi auf. Wenn in dem L1₀-Fe₂Ni₂N das Ni-Isotopenhäufigkeitsverhältnis in der Ni-Schicht gleich 100% ist und das Fe-Isotopenhäufigkeitsverhältnis in der Fe-Schicht gleich 100% ist, sind die Längen der x-Achse und der y-Achse in der Gitterstruktur, das heißt der Abstand a und der Abstand b zwischen den Ni-Atomen, gleich, sodass a = b = 0,377 nm erfüllt ist. Außerdem unterscheidet sich die Länge der z-Achse, das heißt der Abstand c zwischen den Ni-Atomen, von den Abständen a und b und ist als c = 0,374 nm gegeben. Das L1₀-Fe₂Ni₂N weist spezielle Gitterkonstanten auf.
Als ähnliches Material gibt es Fe₂Ni₂N, bei dem N an der Körpermittelposition von L1₂-FeNi angeordnet ist. Dieses ist eine ähnliche Struktur wie die Gitterstruktur der 2B, aber die Flächenmittenposition ist nicht definiert, sodass diese ein kubisches Kristall ist und die Länge jeder Achse a = b = c = 0,773 nm ist, und daher ist keine Anisotropie vorhanden. Die Fe-Schicht enthält außerdem viel Ni und weist eine Struktur auf, bei der der Anteil von Fe gleich 2/3 ist und der Anteil von Ni gleich 1/3 ist. Eine Menge Fe ist ebenfalls bei Ni in der Mitte der Ni-Schicht vorhanden, und der Anteil von Fe ist 1/3 und der Anteil Ni ist 2/3 in der Struktur.
Die Kristallstruktur der geordneten L1₀-FeNi-Legierung, die in dem magnetischen Material enthalten ist, das durch das obige Herstellungsverfahren hergestellt wird, wurde mittels Röntgenstrahlenbeugung untersucht. Insbesondere wurde ein Röntgenstrahl mit einer Wellenlänge von λ = 1,75653 Angström aufgebracht, und es wurde ein Beugungspeak untersucht. 11 zeigt die Ergebnisse. Als Bezug wurde die Röntgenstrahlenbeugungsuntersuchung der Kristallstrukturen von L1₀-Fe₂Ni₂N und L1₀-FeNi ebenfalls mittels Simulationen untersucht. Das Ergebnis ist in 10 gezeigt. Das L1₀-Fe₂Ni₂N, das bei der Simulation verwendet wurde, weist eine Ni-Isotopenhäufigkeit von 100% in der Ni-Schicht und eine Fe-Isotopenhäufigkeit von 100% in der Fe-Schicht auf. Auf ähnliche Weise weist das L1₀-Fe₂Ni₂N, das in der Simulation verwendet wurde, eine Ni-Isotopenhäufigkeit von 100% in der Ni-Schicht und eine Fe-Isotopenhäufigkeit von 100% in der Fe-Schicht auf.
Wie es aus dem Simulationsergebnis ersichtlich ist, wiesen das L1₀-Fe₂Ni₂N und das L1₀-FeNi unterschiedliche Beugungspeakwerte des Einfallswinkels [2θ (Grad)] auf, als die Röntgenstrahlenbeugungsuntersuchung durchgeführt wurde. Insbesondere erscheinen in dem L1₀-Fe₂Ni₂N zwei Peaks in dem Fall eines Einfallswinkels von etwa 55 Grad, und der Beugungspeak trat bei L1₀-FeNi nicht auf. In der geordneten L1₀-FeNi-Legierung, die tatsächlich durch das obige Herstellungsverfahren hergestellt wurde, erschienen zwei Peaks bei dem Einfallswinkel von etwa 55 Grad. Dieses zeigt, dass das L1₀-Fe₂Ni₂N in der geordneten L1₀-FeNi-Legierung vorhanden ist, die durch das obige Herstellungsverfahren hergestellt wurde. Aus diesem Ergebnis ist ersichtlich, dass eine geordnete L1₀-FeNi-Legierung, die aus einer dotierten Phase von L1₀-Fe₂Ni₂N besteht, erfolgreich durch das obige Herstellungsverfahren hergestellt wird.
Außerdem wurde die Koerzitivkraft der geordneten L1₀-FeNi-Legierung, die eine gemischte Phase aus L1₀-FeNi und L1₀-Fe₂Ni₂N der vorliegenden Ausführungsform aufweist, untersucht. 12 zeigt das Ergebnis. Als ein Vergleichsbeispiel wurde auch die Koerzitivkraft einer herkömmlichen geordneten L1₀-FeNi-Legierung untersucht. Dieses Ergebnis ist ebenfalls in 12 gezeigt.
Wie es in dieser Zeichnung gezeigt ist, ist in der geordneten L1₀-FeNi-Legierung, die eine gemischte Phase aus L1₀-FeNi und L1₀-Fe₂Ni₂N gemäß der vorliegenden Ausführungsform aufweist, die erhaltene Koerzitivkraft gleich 92 [kA/m], die größer als 87,5 [kA/m] ist. Außerdem erhöht sich die Koerzitivkraft in der geordneten L1₀-FeNi-Legierung, die eine gemischte Phase aus FeNi und Fe₂Ni₂N gemäß der vorliegenden Ausführungsform aufweist, um 4,5 [kA/m] im Vergleich zu der herkömmlichen geordneten L1₀-FeNi-Legierung. Durch Bereitstellen einer geordneten L1₀-FeNi-Legierung, die L1₀-Fe₂Ni₂N wie in der vorliegenden Ausführungsform aufweist, können sowohl eine hohe Koerzitivkraft als auch eine hohe Sättigungsmagnetisierung wie in der ersten Ausführungsform erhalten werden, und es kann die Koerzitivkraft weiter erhöht werden.
Weitere Ausführungsformen
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand der obigen Ausführungsformen beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Ausführungsformen beschränkt, sondern deckt verschiedene Änderungen und Modifikationen innerhalb des Äquivalenzbereiches ab. Zusätzlich zu den verschiedenen Kombinationen und Formen sind weitere Kombinationen und Formen einschließlich einem, mehr oder weniger Elementen ebenfalls innerhalb des Bereiches der vorliegenden Erfindung möglich.
In den oben beschriebenen Ausführungsformen wird die geordnete L1₀-FeNi-Legierung, die als das granulare Teilchen 1 bereitgestellt wird, beispielsweise mittels der Nitrierungsbehandlung und der Denitrierungsbehandlung erhalten. Die geordnete L1₀-FeNi-Legierung kann jedoch durch ein anderes Verfahren als die Nitrierungsbehandlung und die Denitrierungsbehandlung erhalten werden. Insbesondere nach einem Prozess zum Synthetisieren einer Verbindung, in der Fe und Ni in derselben Gitterstruktur wie in der geordneten L1₀-FeNi-Struktur ausgerichtet sind, kann ein Prozess zum Entfernen anderer, unnötiger Elemente als Fe und Ni aus dieser Verbindung durchgeführt werden, um die geordnete L1₀-FeNi-Legierung zu erhalten, die als granulares Teilchen 1 bereitgestellt wird. Außerdem muss ein Prozess zum Synthetisieren einer Verbindung, die dieselben ausgerichteten Gitterstrukturen wie die geordnete L1₀-FeNi-Legierung aufweist, nicht durchgeführt werden.
In den obigen Ausführungsformen sind Beispiele der Nitrierungsbehandlung und der Denitrierungsbehandlung dargestellt, und ein Beispiel der Gasnitrierungsbehandlung und der elektrochemischen Behandlung, die als Dotierungsprozess durchgeführt werden, sind dargestellt. Die Bedingungen, die dargestellt sind, sind jedoch nur Beispiele. Solange wie ein magnetisches Material, das eine geordnete L1₀-FeNi-Legierung aufweist, die mit einem leichten Element dotiert ist, erhalten werden kann, sind die obigen Verarbeitungsbeispiele nicht einschränkend zu verstehen.
Außerdem stellen die obigen Ausführungsformen Fälle dar, in denen in granulären Teilchen 1, die die geordnete L1₀-FeNi-Legierung bilden, eine mittlere Teilchengröße von 40 µm und eine Dicke der Oberflächenschicht 1b von 3 µm aufweisen. Dieses sind jedoch nur Beispiele. Die mittlere Teilchengröße der granulären Teilchen 1 kann einen geeigneten Wert aufweisen und kann in einem Bereich von 40 µm +/-10 µm liegen oder diesen Bereich überschreiten. Außerdem muss die Dicke der Oberflächenschicht 1b nicht notwendigerweise 3 µm betragen und kann weniger oder mehr sein. Solange wie die dotierte Phase in mindestens der Oberflächenschicht 1b ausgebildet wird, ist es möglich, eine große Sättigungsmagnetisierung und eine große Koerzitivkraft wie in den obigen Ausführungsformen zu gewährleisten, und die dotierte Phase kann über den gesamten Querschnitt des granulären Teilchens 1 ausgebildet werden bzw. sein.
Nach der in der zweiten Ausführungsform beschriebenen Denitrierungsbehandlung kann der Dotierungsprozess zum Einleiten von B oder C als das leichte Element durchgeführt werden, und außerdem kann der Dotierungsprozess zum Einleiten von N mittels der Gasnitrierungsbehandlung durchgeführt werden.
Wenn in der zweiten Ausführungsform in dem L1₀-Fe₂Ni₂N das Ni-Isotopenhäufigkeitsverhältnis in der Ni-Schicht gleich 100% ist und das Fe-Isotopenhäufigkeitsverhältnis in der Fe-Schicht gleich 100% ist, erfüllen der Abstand a und der Abstand b die Gleichung a = b = 0,377 nm und der Abstand c erfüllt die Gleichung c = 0,374 nm. Dieses ist auf ein Beispiel von Fe₂Ni₂N gerichtet, das das Ni-Isotopenhäufigkeitsverhältnis von 100% in der Ni-Schicht und das Fe-Isotopenhäufigkeitsverhältnis von 100% in der Ni-Schicht aufweist. Das Ni-Isotopenhäufigkeitsverhältnis in der Ni-Schicht muss jedoch nicht 100% betragen, und das Fe-Isotopenhäufigkeitsverhältnis in der Ni-Schicht muss nicht 100% betragen. Sogar in diesem Fall ist der Abstand a gleich dem Abstand b, und der Abstand c unterscheidet sich von den Abständen a und b. Insbesondere kann es ausreichend sein, wenn a/c gleich oder größer als 1,005 ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 201798304 [0001]
JP 201877090 [0001]

Claims

Magnetisches Material, das eine geordnete FeNi-Legierung aufweist, wobei die geordnete FeNi-Legierung eine geordnete L1₀-Struktur aufweist, mit einem leichten Element dotiert ist und als granuläres Teilchen bereitgestellt wird.
Magnetisches Material, das die geordnete FeNi-Legierung aufweist, nach Anspruch 1, wobei zusätzlich zu der geordneten L1₀-FeNi-Legierung, die als das granulare Teilchen bereitgestellt wird, das mit dem leichten Element dotiert ist, das magnetische Material außerdem eine geordnete L1₀-FeNi-Legierung aufweist, die als ein granuläres Teilchen bereitgestellt wird, das nicht mit dem leichten Element dotiert ist.
Magnetisches Material, das die geordnete FeNi-Legierung aufweist, nach Anspruch 1, wobei das granulare Teilchen, das mit dem leichten Element dotiert ist, als mindestens eines aus den folgenden bereitgestellt wird: ein granuläres Teilchen, das eine dotierte Phase aufweist, die über einen gesamten Querschnitt des granulären Teilchens, das die geordnete FeNi-Legierung bildet, das leichte Element enthält; ein granuläres Teilchen, das eine Hauptphase, die nicht mit dem leichten Element dotiert ist, an einem mittleren Abschnitt des granulären Teilchens aufweist, das die geordnete FeNi-Legierung bereitstellt, und das eine dotierte Phase, die das leichte Element enthält, in einer Oberflächenschicht aufweist, die den mittleren Abschnitt umgibt; und ein granuläres Teilchen, das eine dotierte Phase aufweist, die das leichte Element an einem mittleren Abschnitt des granulären Teilchens enthält, das die geordnete FeNi-Legierung bildet, und das eine Hauptphase, die nicht mit dem leichten Element dotiert ist, in einer Oberflächenschicht aufweist, die den mittleren Abschnitt umgibt.
Magnetisches Material, das die geordnete FeNi-Legierung aufweist, nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die geordnete L1₀-FeNi-Legierung mit mindestens einem oder mehreren der folgenden Elemente dotiert ist: B; C; und N.
Magnetisches Material, das die geordnete FeNi-Legierung aufweist, nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die geordnete L1₀-FeNi-Legierung eine geschichtete Struktur einer [001]-Ebene eines flächenzentrierten kubischen Gitters aufweist; und das leichte Element in mindestens einem aus den folgenden enthalten ist: einer mittleren Position von Ni-Atomen in einer Ni-Schicht, in der hauptsächlich N vorhanden ist; und einer mittleren Position von Fe-Atomen in einer Fe-Schicht, in der hauptsächlich Fe vorhanden ist.
Magnetisches Material, das die geordnete FeNi-Legierung aufweist, nach Anspruch 5, wobei das magnetische Material außerdem L1₀-Fe₂Ni₂N aufweist, in dem N enthalten ist, das als das leichte Element dient.
Magnetisches Material, das die geordnete FeNi-Legierung aufweist, nach Anspruch 6, wobei das L1₀-Fe₂Ni₂N eine tetragonale Struktur aufweist, bei der Abstände zwischen Ni-Atomen, die Längen jeweiliger Achsen sind, die eine Gitterstruktur bilden, ein Abstand a, ein Abstand b und ein Abstand c sind, die erfüllen: der Abstand a ist gleich dem Abstand b; und der Abstand a geteilt durch den Abstand c ist gleich oder größer als 1,005.
Magnetisches Material, das die geordnete FeNi-Legierung aufweist, nach Anspruch 7, wobei in dem L1₀-Fe₂Ni₂N die Abstände zwischen den Ni-Atomen, die die Längen jeweiliger Achsen sind, die die Gitterstruktur bilden, der Abstand a, der Abstand b und der Abstand c sind, die erfüllen: der Abstand a und der Abstand b sind gleich 0,377 nm; und der Abstand c ist gleich 0,374 nm.
Verfahren zum Herstellen eines magnetischen Materials, das eine geordnete FeNi-Legierung aufweist, die eine geordnete L1₀-Struktur aufweist, wobei das Verfahren aufweist: Vorbereiten einer geordneten FeNi-Legierung, die als ein granuläres Teilchen bereitgestellt wird; und Dotieren eines leichten Elements in die geordnete FeNi-Legierung.
Verfahren zum Herstellen des magnetischen Materials, das die geordnete FeNi-Legierung aufweist, nach Anspruch 9, wobei das Dotieren des leichten Elements ein Durchführen einer elektrochemischen Behandlung unter Verwendung einer Dotierungsquelle von einem oder mehreren Elementen B, C und N enthält, die als das leichte Element dienen.
Verfahren zum Herstellen des magnetischen Materials, das die geordnete FeNi-Legierung aufweist, nach Anspruch 9 oder 10, wobei das Dotieren des leichten Elements ein Durchführen einer Gasnitrierungsbehandlung zum Dotieren von N als dem leichten Element enthält.
Verfahren zum Herstellen des magnetischen Materials, das die geordnete FeNi-Legierung aufweist, nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei das Vorbereiten der geordneten FeNi-Legierung und das Dotieren des leichten Elements enthalten: Synthetisieren der geordneten FeNi-Legierung und von L1₀-Fe₂Ni₂N mittels Durchführung einer Nitrierungsbehandlung und anschließender Durchführung einer Denitrierungsbehandlung, wobei das L1₀-Fe₂Ni₂N durch Dotieren N in die geordnete FeNi-Legierung bereitgestellt wird.
Verfahren zum Herstellen des magnetischen Materials, das die geordnete FeNi-Legierung aufweist, nach Anspruch 12, wobei das Dotieren des leichten Elements enthält: Erzeugen von FeNiN, das mit N dotiert ist und ein Zwischenprodukt ist, mittels Durchführung der Nitrierungsbehandlung; und anschließendes Synthetisieren des L1₀-Fe₂Ni₂N mittels Durchführung der Denitrierungsbehandlung.
Verfahren zum Herstellen des magnetischen Materials, das die geordnete FeNi-Legierung aufweist, nach Anspruch 12 oder 13, wobei die Denitrierungsbehandlung in einer H₂-Atmosphäre bei einer Atmosphärentemperatur von 150 Grad Celsius bis 400 Grad Celsius während einer Behandlungszeit von 0,1 bis 7 Stunden durchgeführt wird.