DE69210090T2

DE69210090T2 - Material für Dauermagnet

Info

Publication number: DE69210090T2
Application number: DE69210090T
Authority: DE
Inventors: Akihisa Inoue; Naomasa Kimura; Tadashi Yamaguchi
Original assignee: YKK Corp
Current assignee: YKK Corp
Priority date: 1991-05-28
Filing date: 1992-05-20
Publication date: 1996-11-21
Anticipated expiration: 2012-05-21
Also published as: EP0515971A3; EP0515971A2; EP0515971B1; US5362336A; DE69210090D1; JPH0594917A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung:

Diese Erfindung betrifft ein Dauermagnetmaterial oder Hartmagnetmaterial und insbesondere ein Dauermagnetmaterial vom Typ der Seltenerdiegierung.

2. Beschreibung des Standes der Technik:

Dauermagnetmaterialien vom Seltenerdlegierungstyp sind für einen breiten Anwendungsbereich für Magnetaufzeichnungsmaterialien wie Magnetbänder, Magnetaufzeichnungseinrichtungen und Motoren geeignet, und sie haben in verschiedenen technischen Gebieten Anwendung gefunden.
Es ist bekannt, daß Stickstoff in Matrixlegierungen vom Typ Seltenerdelement-Übergangselement, insbesondere in Matrixiegierungen vom Sm-Fe-Typ, eingebaut wird, um die magnetischen Eigenschaften hiervon zu verbessern. Diese Dauermagnetmaterialien werden dadurch hergestellt, daß eine Matrixlegierung vom Sm-Fe-Typ in kleinste Teilchen, welche mehrere µm Durchmesser nicht übersteigen, zerkleinert wird, b und die feinsten Teilchen einer Nitridierungsbehandlung in einer Atmosphäre von N&sub2;-Gas bei einer Temperatur in dem Bereich von 400 bis 650ºC unterzogen werden.
Die konventionellen Dauermagnetmaterialien vom Seltenerdlegierungstyp erfahren jedoch Zersetzung bei 650ºC übersteigenden Temperaturen. Während ein gepreßtes Teil aus pulverisierten Teilchen, hergestellt durch Kompressionsformen der Teilchen, in einem Magnetfeld zur Herstellung eines Permanentmagneten für die praktische Anwendung gesintert wird, wird die Retention von Stickstoff und die magnetischen Eigenschaften des Magneten nennenswert verschlechtert. Daher ist es unmöglich, einen Dauermagnet bzw. Permanentmagnet für die praktische Anwendung nach dem Sinterverfahren zu formen, ohne die überragenden Magneteigenschaften, welche durch die Nitridierungsbehandlung erzeugt werden, in irgendeiner Weise zu opfern.
Im Journal of Applied Physics 69(9), 1.5.1991, Seiten 6735-6737, werden metallgebundene Sm&sub2;Fe&sub1;&sub7;N3-δ Magnete beschrieben, welche durch Sintern von Sm&sub2;Fe&sub1;&sub7;N3-δ Pulver von µm-Größe und einem Gehalt von 15 oder 25 Vol.-% eines weichen niedrigschmelzenden Metalls bei einer Temperatur niedriger als 650ºC erhalten wurden. Die großen Mengen an weichen niedrigschmelzenden Metallen, ausgewählt unter Zn, Bi, Sn und Al, sollen dazu dienen, SmFeN Magnetteilchen aneinander zu binden, um aniostrope dichte Sm&sub2;Fe&sub1;&sub7;N3-δ Magnete zu erhalten, wobei jedoch das Sintern des Magnetmaterials bei Temperaturen erfolgt, welche 630ºC nicht übersteigen (10ºC oberhalb des Schmelzpunkts der weichen Metalle).
Die EP 0 369 097 beschreibt Magnetmaterialien, welche ein Seltenerdelement, Eisen, Stickstoff und Wasserstoff und wahlweise eine Zusatzkomponente, ausgewählt aus der aus Sn, Ga, In, Bi, Pb, Zn, Al, Zr, Cu, Mo, Ti, Si, MgO, Al&sub2;O&sub3;, Sm&sub2;O&sub3;, AlF&sub3;, ZnF&sub2;, SiC, TiC, AIN und Si&sub3;N&sub2; bestehenden Gruppe, enthalten. Das Verfahren zur Herstellung dieser Magnetmaterialien besteht darin, daß ein pulverisiertes Grundlegierungspulver der Stickstoff- und Wasserstoffabsorption unterzogen wird. Nach diesen Absorptionsstufen kann das Zusatzkomponentenpulver zu dem feinpulverisierten nitridierten Magnetmaterial zugemischt werden. Es gibt keine Angaben hinsichtlich des Sinterns des erhaltenen nitridierten Pulvers bei einer Temperatur oberhalb 650ºC oder hinsichtlich der weiteren Verarbeitung des resultierenden Magnetmaterials.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Eine Aufgabe dieser Erfindung ist daher die Bereitstellung eines Dauermagnetmaterials, welches ausgezeichnete magnetische Eigenschaften besitzt, so daß eine Matrixlegierung vom Seltenerdelement-Übergangselementtyp in die Lage versetzt wird, Stickstoff positiv während des Verfahrens der Herstellung eines Magnetes zu assimilieren und gleichzeitig geformt zu werden, während das als Folge hiervon gebildete Nitrid vor einer thermischen Zersetzung bewahrt wird.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Dauermagnetmaterials, welches bei dem Verfahren zur Herstellung eines Dauermagnetes für die praktische Anwendung nach der Sintermethode nur einen geringfügigen Abbau der Stickstoffretention und der Magneteigenschaften des Magneten erfährt und eine sichere Beibehaltung der ausgezeichneten Magneteigenschaften ermöglicht.
Zur Lösung der zuvor beschriebenen Aufgaben betrifft die beanspruchte Erfindung ein Dauermagnetmaterial, welches als Hauptkomponenten hiervon ein Seltenerdelement, ein Übergangselement (ausgenommen Seltenerdelemente und Cu und Ag) und Stickstoff hat und als eine Zusatzkomponente wenigstens ein Element, ausgewählt aus Cu, Ag, Al, Ga, Zn, Sn, In, Bi oder Pb enthält.
Gemäß der Erfindung wird die Zusatzkomponente in das Magnetmaterial als ein Inhibitor der thermischen Zersetzung von Nitriden zugesetzt.
Der Gehalt des Seltenerdelementes liegt in dem Bereich von 6 bis 30 Atom-%.
Der Gehalt des Übergangselementes liegt in dem Bereich von 60 bis 91 Atom-%.
Der Gehalt an Stickstoff liegt in dem Bereich von 3 bis 15 Atom-%.
Der Gehalt der Zusatzkomponente beträgt nicht mehr als 4,5 Atom-%.
Darüber hinaus ist die Anwesenheit von Wasserstoff in dem Dauermagnetmaterial ausgeschlossen.
Der Gehalt der Zusatzkomponente muß in einem Bereich eingestellt sein, bei welchem die Magneteigenschaften eines nur aus den Hauptkomponenten geformten Magnetmaterials nicht als Folge des Einsatzes der Zusatzkomponente hierin verschlechtert werden.
Wie weiter beansprucht umfaßt das Verfahren gemäß der Erfindung zur Herstellung eines Dauermagnetmaterials, welches als Hauptkomponenten hiervon ein Seltenerdelement, ein Übergangselement (ausgenommen Seltenerdelemente und Cu und Ag) und Stickstoff hat und als eine Zusatzkomponente wenigstens ein Element, ausgewählt aus Cu, Ag, Al, Ga, Zn, Sn, In, Bi oder Pb enthält:
(i) Verdampfen eines Materials, welches das Seltenerdelement, das Übergangselement und wenigstens ein Element, ausgewählt aus Cu, Ag, Al, Ga, Zn, Sn, In, Bi oder Pb, umfaßt, unter vermindertem Druck,
(ii) Nitridieren des Materials in einem Dampfphasenzustand in einer ein stickstoffhaltiges Gas enthaltenden Atmosphäre zum Erhalt eines nitridierten Materials, und
(iii) Ablagern des nitridierten Materials auf einem auf eine Temperatur bis etwa 800ºC erhitzten Substrat.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung, welche ein erstes Beispiel der Vorrichtung zur Herstellung eines Dauermagnetmaterials gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert.
Fig. 2 ist ein Diagramm, welches die Beziehung des Ga- Gehaltes in einer Legierung von Sm&sub1;&sub1;Fe77-XN&sub1;&sub2;GaX und die magnetische Eigenkoerzitivfeldstärke der Legierung zeigt.
Fig. 3 ist ein Diagramm, welches die Beziehung des Cu- Gehaltes in einer Legierung von Sm&sub1;&sub1;Fe77-XN&sub1;&sub2;CuX und die magnetische Eigenkoerzitivfeldstärke der Legierung zeigt.
Fig. 4 ist ein Diagramm, welches die Beziehung des Ag- Gehaltes in einer Legierung von Sm&sub1;&sub1;Fe77-XN&sub1;&sub2;AgX und die magnetische Eigenkoerzitivfeldstärke der Legierung zeigt.
Fig. 5 ist ein Diagramm, welches die Beziehung des Al- Gehaltes in einer Legierung von Sm&sub1;&sub1;Fe77-XN&sub1;&sub2;AlX und die magnetische Eigenkoerzitivfeldstärke der Legierung zeigt.
Fig. 6 ist ein Diagramm, welches die Beziehung des Al- Gehaltes in einer Legierung von Sm&sub1;&sub1;Fe76-XN&sub1;&sub2;Cu1,0AlX und die magnetische Eigenkoerzitivfeldstärke der Legierung zeigt.
Fig. 7 ist ein Diagramm, welches die Beziehung des Ga- Gehaltes in einer Legierung von Sm&sub1;&sub1;Fe76-XN&sub1;&sub2;Cu1,0GaX und die magnetische Eigenkoerzitivfeldstärke der Legierung zeigt.
Fig. 8 ist ein Diagramm, welches die Beziehung des Zn- Gehaltes in einer Legierung von Sm&sub1;&sub1;Fe77-XN&sub1;&sub2;ZnX und die magnetische Eigenkoerzitivfeldstärke der Legierung zeigt.
Fig. 9 ist ein Diagramm, welches die Beziehung des Sn- Gehaltes in einer Legierung von Sm&sub1;&sub1;Fe77-XN&sub1;&sub2;SnX und die magnetische Eigenkoerzitivfeldstärke der Legierung zeigt.
Fig. 10 ist ein Diagramm, welches die Beziehung des Pb- Gehaltes in einer Legierung von Sm&sub1;&sub1;Fe77-XN&sub1;&sub2;PbX und die magnetische Eigenkoerzitivfeldstärke der Legierung zeigt.
Fig. 11 ist ein Diagramm, welches die Beziehung des In- Gehaltes in einer Legierung von Sm&sub1;&sub1;Fe77-XN&sub1;&sub2;InX und die magnetische Eigenkoerzitivfeldstärke der Legierung zeigt.
Fig. 12 ist eine schematische Darstellung, welche ein zweites Beispiel der Vorrichtung zur Herstellung eines Dauermagnetmaterials gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG

Das Dauermagnetmaterial dieser Erfindung ist aus Hauptkomponenten und einer Zusatzkomponente zusammengesetzt. Die Hauptkomponenten schließen ein Seltenerdelement, ein Übergangselement (mit der Ausnahme von Seltenerdelementen und Cu und Ag) und Stickstoff ein, und die Zusatzkomponente ist wenigstens ein Element, ausgewählt aus der aus Cu, Ag, Al, Ga, Zn, Sn, In, Bi und Pb bestehenden Gruppe.
In den Hauptkomponenten wird beispielsweise Sm als Seltenerdelement verwendet. Der Gehalt dieses Elementes wird auf einen Wert von nicht weniger als 6 Atom-% und nicht mehr als 30 Atom-% eingestellt. Irgendeine Abweichung des Gehaltes dieses Seltenerdelementes von diesem Bereich ist unerwünscht, da die magnetische Eigenkoerzitivfeldstärke in nicht geeigneter Weise niedrig liegt, falls der Gehalt weniger als 6 Atom-% beträgt, während die Sättigungsmagnetisierung beträchtlich niedrig liegt, falls der Gehalt 30 Atom-% übersteigt.
Fe oder Co werden beispielsweise als ein Übergangselement verwendet. Der Gehalt des Übergangselementes wird auf einen Wert von nicht weniger als 60 Atom-% und nicht mehr als 91 Atom-% eingestellt. Irgendeine Abweichung von dem Gehalt dieses Übergangselementes von dem Bereich ist nicht erwünscht, weil die Sättigungsmagnetisierung verschlechtert wird, falls der Gehalt weniger als 60 Atom-% beträgt, während die magnetische Eigenkoerzitivfeldstärke in nicht geeigneter Weise niedrig liegt, falls der Gehalt 91 Atom-% übersteigt.
Der Gehalt an N wird auf einen Wert von nicht weniger als 3 Atom-% und nicht mehr als 15 Atom-% eingestellt. Irgendeine Abweichung des Gehaltes von Stickstoff von diesem Bereich ist nicht erwünscht, weil die Legierung vom Seltenerdelement-Übergangselementtyp keine uniaxiale magnetische Anisotropie aufweist, falls der N-Gehalt weniger als 3 Atom- % beträgt, während die Legierung eine Phasentrennung erfährt und magnetische Koerzitivfeldstärke verliert, falls der Gehalt 15 Atom-% übersteigt.
Die Zusatzkomponente bei dem Verfahren zur Herstellung eines Dauermagnetes dient dazu, eine mögliche thermische Zersetzung des Nitrids der zuvor beschriebenen Hauptkomponenten zu unterdrücken. Der Gehalt der Zusatzkomponente wird in einem Bereich eingestellt, in welchem die magnetischen Eigenschaften des Nitrids nicht als Folge der Verwendung dieser Zusatzkomponente verschlechtert werden.
Unter den anderen zuvor erwähnten Elementen, welche als Zusatzkomponente brauchbar sind, sind Cu, Ag, Al und Ga in der Lage, die magnetischen Eigenschaften des Nitrids weiter zu verbessern, abhängig von dem Gehalt hiervon. Andererseits sind Zn, Sn, In und Bi kaum bei der Verbesserung der magnetischen Eigenschaften des Nitrides effektiv. Der Gehalt der Zusatzkomponente wird mehr im einzelnen im folgenden beschrieben.
Im folgenden wird die Erfindung mehr spezifisch unter Bezugnahme auf Arbeitsbeispiele erläutert. Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die folgneden Beispiele beschränkt. Für den Fachmann liegt es auf der Hand, daß die vorliegende Erfindung verschiedene Modifikationen innerhalb des Umfanges der vorliegenden Erfindung ermöglicht.
Fig. 1 erläutert eine Vorrichtung, welche für die Herstellung eines Dauermagnetmaterials, wie es von der vorliegenden Erfindung vorgesehen wird, verwendet werden kann.
Diese Vorrichtung ist mit einer Hauptkammer 1 und einer Unterkammer 2, welche unterhalb der Hauptkammer 1 angeordnet ist, ausgerüstet. Diese zwei Kammern 1 und 2 stehen über einen Kanal 3 miteinander in Verbindug, dessen oberer offener Teil 4 auf einen aus Kupfer hergestellten Herd 8 gerichtet ist, der innerhalb der Hauptkammer 1 angeordnet ist. In der Hauptkammer 1 ist eine W-Elektrode 6 eingesetzt und derart angeordnet, daß der führende Endteil 7 hiervon oberhalb des Herdes 8 aus Cu angeordnet ist. Die W-Elektrode 6 und der Cu-Herd 8 sind mit einer Stromquelle 9 verbunden. Innerhalb der Unterkammer 2 ist ein Substrat 11 mit einer eingebauten Heizeinrichtung 10 unterhalb des unteren Öffnungsteils 5 des Kanals 3 vorgesehen.
Die Hauptkammer 1 ist über ein erstes Ventil 12 mit einer ersten Vakuumpumpe 13 verbunden, während die Unterkammer 2 über ein zweites Ventil 14 mit einer zweiten Vakuumpumpe 15 verbunden ist. Die Hauptkammer 1 ist weiterhin über ein drittes Ventil 16 mit einer Versorgungsquelle 17 für Prozeßgas, beispielsweise zur Handhabung von N&sub2;-Gas, verbunden.
Für die Herstellung des Dauermagnetmaterials kann die folgende Arbeitsweise angewandt werden.
(1) Eine Matrixiegierung A wird in dem Herd 8 angeordnet und das Substrat 11 wird auf eine vorgeschriebene Temperatur erhitzt.
(2) Bei geschlossenen zweiten und dritten Ventilen 14 und 16 und geöf fnetem ersten Ventil 12 wird die erste Vakuumpumpe 13 in Betrieb genommen, um das Innere der Hauptkammer 1 und das Innere der Unterkammer 2 jeweils auf die Größenordnung von etwa 10&supmin;&sup5; Torr zu evakuieren.
(3) Bei geschlossenen ersten und zweiten Ventilen 12 und 14 und geöffnetem dritten Ventil 16 wird die Versorgungsquelle 17 für Prozeßgas in Betrieb genommen, um ein solches Prozeßgas wie N&sub2;-Gas in die Hauptkammer 1 und die Unterkammer 2 einzuführen. Die Mengen des so zugeführten Prozeßgases werden so eingeregelt, daß der Innendruck der Hauptkammer in die Nachbarschaft von 50 cmHg fällt.
(4) Eine Spannung von 20 V wird zwischen der W-Elektrode 6 und dem Herd 8 angelegt, um eine Bogenentladung zu induzieren und die Matrixlegierung A zu verdampfen.
(5) Der Innendruck der Unterkammer 2 wird durch Öffnen des zweiten Ventiles 14 und Inbetriebnahme der zweiten Vakuumpumpe 15 erniedrigt, und gleichzeitig wird die Menge des zuzuführenden Prozeßgases so eingeregelt, daß das Prozeßgas aus der Hauptkammer 1 in die Unterkammer 2 über den Kanal 3 strömt.
Der Dampf der Matrixlegierung reagiert mit dem Prozeßgas. Das Produkt dieser Reaktion wird auf der Strömung des Prozeßgases getragen und dann auf dem Substrat 11 innerhalb der Unterkammer 2 angesammelt, um das Wachsen eines Films aus Dauermagnet M zu bewirken.
Außer N&sub2;-Gas sind HCN-Gas, NH&sub3;-Gas und B&sub3;N&sub3;H&sub6;-Gas etc. als Prozeßgas verfügbar.

Beispiel 1:

Unter Verwendung der zuvor beschriebenen Vorrichtung und Befolgung der zuvor beschriebenen Arbeitsweise wurde ein Dauermagnetmaterial, Sm&sub1;&sub1;Fe&sub7;&sub5;N&sub1;&sub2;Ga&sub2; (worin die Indexzahlen die relevanten Anteile in Atom-% wiedergeben; in ähnlicher Weise im folgenden angegeben) gemäß dieser Erfindung von etwa 3 µm Stärke hergestellt.
Die Herstellungsbedingungen waren wie folgt: Matrixlegierung: Sm&sub1;&sub7;Fe&sub8;&sub1;Ga&sub2;, Gewicht 150 g Substrat: Hitzefeste Glasplatte, Temperatur 460ºC Prozeßgas: N&sub2;-Gas (Reinheit nicht geringer als 99,99%) Dauer des Ansammelns: 20 min.

Vergleichsexperiment 1:

Zum Vergleich wurde ein Dauermagnetmaterial, Sm&sub1;&sub1;Fe&sub7;&sub8;N&sub1;&sub1; unter Befolgung der zuvor beschriebenen Arbeitsweise hergestellt, mit der Ausnahme, daß Sm&sub1;&sub7;Fe&sub8;&sub3; als Matrixlegierung verwendet wurde.
Tabelle 1 zeigt die magnetischen Eigenschaften des Dauermagnetmaterials dieser Erfindung und des Vergleichsexperiments. Tabelle 1 magnetische Eigenkoerzitivfeldstärke, iHc (KOe) Sättigungsmagnetisierung Ms (emu/g) Beispiel Vergl.-Experiment
Aus Tabelle 1 ist klar ersichtlich, daß das Dauermagnetmaterial dieser Erfindung als Folge der Inkorporation von Ga bessere magnetische Eigenkoerzitivfeldstärke als das Dauermagnetmaterial des Vergleichsexperimentes besitzt.
Zur Untersuchung der Dauermagnetmaterialien dieser Erfindung und des Vergleichsexperimentes hinsichtlich der Empfänglichkeit gegenüber thermischer Zersetzung wurden die zwei Dauermagnetmaterialien einem Hitzetest unterzogen, der bei 650ºC, der Temperatur, bei welcher die Materialien während ihrer Herstellung verformt wurden, für fünf Stunden erfolgte, und dann auf magnetische Eigenschaften und Restanteil von N getestet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt. Der Restanteil von N wurde nach folgender Formel berechnet: Menge von N nach dem Erhitzen Restanteil von N (%) = Menge von N nach dem Erhitzen/Menge von N vor dem Erhitzen x 100 Tabelle 2 magnetische Eigenkoerzitivfeldstärke, iHc (KOe) Restanteil von N (%) Beispiel Vergl.-Experiment
Aus Tabelle 2 ist deutlich ersichtlich, daß das Dauermagnetmaterial dieser Erfindung zu einem Zersetzungsprodukt nur in einer geringen Menge bei dem Erhitzungstest führte und seine ausgezeichneten magnetischen Eigenschaften selbst nach dem Erhitzungstest beibehielt, während das Dauermagnetmaterial des Vergleichsexperirnentes der Zersetzung in dem Erhitzungstest ausgesetzt war und als Folge hiervon eine nennenswerte Verschlechterung der magnetischen Eigenschaften erlitt.

Beispiel 2:

Verschiedene Dauermagnetmaterialien wurden unter Befolgung der Arbeitsweise von Beispiel 1 mit der Ausnahme, daß verschiedene Zusatzkomponenten eingesetzt wurden, hergestellt.
Fig. 2 zeigt die Beziehung zwischen dem Ga-Gehalt in dem Dauermagnetmaterial dieser Erfindung, Sm&sub1;&sub1;Fe77-XN&sub1;&sub2;GaX (einschließlich des zuvorgenannten Sm&sub1;&sub1;Fe&sub7;&sub5;N&sub1;&sub2;Ga&sub2;) und die magnetische Eigenkoerzitivfeldstärke hiervon. Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß der Gehalt von Ga auf einen Wert nicht mehr als 4 Atom-% unter den Bedingungen, daß die magnetische Eigenkoerzitivfeldstärke von Sm&sub1;&sub1;Fe77-XN&sub1;&sub2;GaX nicht unter diejenige von Sm&sub1;&sub1;Fe&sub7;&sub5;N&sub1;&sub2;Ga&sub2; abfällt, eingestellt wird.
Fig. 3 zeigt die Beziehung zwischen dem Cu-Gehalt in dem Dauermagnetmaterial dieser Erfindung, Sm&sub1;&sub1;Fe77-XN&sub1;&sub2;CuX und die magnetische Eigenkoerzitivfeldstärke hiervon. Aus Fig.3 ist ersichtlich, daß der Gehalt von Cu auf einen Wert von nicht mehr als 4,5 Atom-% unter den Bedingungen eingestellt werden sollte, daß die magnetische Eigenkoerzitivfeldstärke von Sm&sub1;&sub1;Fe77-XN&sub1;&sub2;CuX nicht unter diejenige von Sm&sub1;&sub1;Fe&sub7;&sub8;N&sub1;&sub1; fallen sollte.
Fig. 4 zeigt die Beziehung zwischen dem Ag-Gehalt in dem Dauermagnetmaterial dieser Erfindung, Sm&sub1;&sub1;Fe77-XN&sub1;&sub2;AgX und die magnetische Eigenkoerzitivfeldstärke hiervon. Aus Fig. 4 ist ersichtlich, daß der Gehalt von Ag auf einen Wert von nicht mehr als 4 Atom-% unter den Bedingungen eingestellt werden sollte, daß die magnetische Eigenkoerzitivfeldstärke von Sm&sub1;&sub1;Fe77-XN&sub1;&sub2;AgX nicht unter diejenige von Sm&sub1;&sub1;Fe&sub7;&sub8;N&sub1;&sub1; fallen sollte.
Fig. 5 zeigt die Beziehung zwischen dem Al-Gehalt in dem Dauermagnetmaterial dieser Erfindung, Sm&sub1;&sub1;Fe77-XN&sub1;&sub2;AlX und die magnetische Eigenkoerzitivfeldstärke hiervon. Aus Fig. 5 ist ersichtlich, daß der Gehalt von Al auf einen Wert von nicht mehr als 4,5 Atom-% unter den Bedingungen eingestellt werden sollte, daß die magnetische Eigenkoerzitivfeldstärke von Sm&sub1;&sub1;Fe77-XN&sub1;&sub2;AlX nicht unter diejenige von Sm&sub1;&sub1;Fe&sub7;&sub8;N&sub1;&sub1; fallen sollte.
Fig. 6 zeigt die Beziehung zwischen dem Al-Gehalt in dem Dauermagnetmaterial dieser Erfindung, Sm&sub1;&sub1;Fe76-XN&sub1;&sub2;Cu1,0AlX und die magnetische Eigenkoerzitivfeldstärke hiervon. Aus Fig. 6 ist ersichtlich, daß der Gehalt von Al auf einen Wert von nicht mehr als 3,5 Atom-% unter den Bedingungen eingestellt werden sollte, daß die magnetische Eigenkoerzitivfeldstärke von Sm&sub1;&sub1;Fe76-XN&sub1;&sub2;Cu1,0AlX nicht unter diejenige von Sm&sub1;&sub1;Fe&sub7;&sub8;N&sub1;&sub1; fallen sollte, und daß der Gehalt von Cu auf 1 Atom-% (konstant) gehalten wird.
Fig. 7 zeigt die Beziehung zwischen dem Ga-Gehalt in dem Dauermagnetmaterial dieser Erfindung, Sm&sub1;&sub1;Fe76-XN&sub1;&sub2;Cu1.0GaX und die magnetische Eigenkoerzitivfeldstärke hiervon. Aus Fig. 7 ist ersichtlich, daß der Gehalt von Ga auf einen Wert von nicht mehr als 3 Atom-% unter den Bedingungen eingestellt werden sollte, daß die magnetische Eigenkoerzitivfeldstärke von Sm&sub1;&sub1;Fe76-XN&sub1;&sub2;Cu1,0GaX nicht unter diejenige von Sm&sub1;&sub1;Fe&sub7;&sub8;N&sub1;&sub1; fallen sollte, und daß der Gehalt von Cu auf 1 Atom-% (konstant) gehalten wird.
Fig. 8 zeigt die Beziehung zwischen dem Zn-Gehalt in dem Dauermagnetmaterial dieser Erfindung, Sm&sub1;&sub1;Fe77-XN&sub1;&sub2;ZnX und die magnetische Eigenkoerzitivfeldstärke hiervon. Aus Fig. 8 ist ersichtlich, daß der Gehalt von Zn auf einen Wert von nicht mehr als 2,5 Atom-% unter den Bedingungen eingestellt werden sollte, daß die magnetische Eigenkoerzitivfeldstärke von Sm&sub1;&sub1;Fe77-XN&sub1;&sub2;ZnX nicht unter diejenige von Sm&sub1;&sub1;Fe&sub7;&sub8;N&sub1;&sub1; fallen sollte.
Fig. 9 zeigt die Beziehung zwischen dem Sn-Gehalt in dem Dauermagnetmaterial dieser Erfindung, Sm&sub1;&sub1;Fe77-XN&sub1;&sub2;SnX und die magnetische Eigenkoerzitivfeldstärke hiervon. Aus Fig. 9 ist ersichtlich, daß der Gehalt von Sn auf einen Wert von nicht mehr als 2,5 Atom-% unter den Bedingungen eingestellt werden sollte, daß die magnetische Eigenkoerzitivfeldstärke von Sm&sub1;&sub1;Fe77-XN&sub1;&sub2;SnX nicht unter diejenige von Sm&sub1;&sub1;Fe&sub7;&sub8;N&sub1;&sub1; fallen sollte.
Fig. 10 zeigt die Beziehung zwischen dem Pb-Gehalt in dem Dauermagnetmaterial dieser Erfindung, Sm&sub1;&sub1;Fe77N&sub1;&sub2;PbX und die magnetische Eigenkoerzitivfeldstärke hiervon. Aus Fig. 10 ist ersichtlich, daß der Gehalt von Pb auf einen Wert von nicht mehr als 2 Atom-% unter den Bedingungen eingestellt werden sollte, daß die magnetische Eigenkoerzitivfeldstärke von Sm&sub1;&sub1;Fe77-XN&sub1;&sub2;PbX nicht unter diejenige von Sm&sub1;&sub1;Fe&sub7;&sub8;N&sub1;&sub1; fallen sollte.
Fig. 11 zeigt die Beziehung zwischen dem In-Gehalt in dem Dauermagnetmaterial dieser Erfindung, Sm&sub1;&sub1;Fe77-XN&sub1;&sub2;InX und die magnetische Eigenkoerzitivfeldstärke hiervon. Aus Fig. 11 ist ersichtlich, daß der Gehalt von In auf einen Wert von nicht mehr als 2,5 Atom-% unter den Bedingungen eingestellt werden sollte, daß die magnetische Eigenkoerzitivfeldstärke von Sm&sub1;&sub1;Fe77-XN&sub1;&sub2;InX nicht unter diejenige von Sm&sub1;&sub1;Fe&sub7;&sub8;N&sub1;&sub1; fallen sollte.
Verschiedene in den Fig. 3 bis Fig. 11 gezeigte Dauermagnetmaterialien wurden mehrmals demselben Erhitzungstest bei 650ºC für fünf Stunden, wie zuvor beschrieben, unterworfen. Die Ergebnisse waren wie in Tabelle 3 gezeigt. Die chemischen Formeln in der Tabelle geben die Zusammensetzungen der Dauermagnete dieser Erfindung vor dem Erhitzungstest an. Tabelle 3 Dauermagnet magnetische Eigenkoerzitivfeldstärke iHc (KOe) Restanteil von N (%) vor Erhitzen nach Erhitzen
Aus Tabelle 3 ist deutlich ersichtlich, daß die Dauermagnetmaterialien dieser Erfindung ausgezeichnete magnetische Eigenschaften selbst nach dem Erhitzungstest beibehielten.
Das in Fig. 1 dargestellte Herstellungsverfahren ist dadurch vorteilhaft, daß die Geschwindigkeit der Ansammlung des Produktes hoch ist, die Zunahme der Oberfläche leicht erreicht werden kann, die Pulverisierung des Produktes in kleinste Teilchen realisiert wird, weil der Schmelzpunkt der Matrixlegierung durch die Zugabe wie beispielsweise von Cu erniedrigt wird, und daß der Dauermagnet mit gleichförmig hochdichter Textur erhalten wird.
Fig. 12 erläutert eine andere Vorrichtung, welche bei der Herstellung eines Dauermagnetes entsprechend dieser Erfindung verwendet werden kann.
Bei dieser Vorrichtung ist der wassergekühlte Tiegel 22 in einer Kammer 21 angeordnet, und ein Paar von mit einer Stromquelle 23 verbundenen Entladungselektroden 24 und 25 sind jeweils gegenüberliegend oberhalb des Tiegels 22 angeordnet. Eine Heizplatte 26 ist oberhalb der zwei Entladungselektroden 24 und 25 angebracht. Ein aus beispielsweise Quarzglas oder Strontiumtitanat geformtes Substrat 27 ist an der unteren Oberfläche der Heizplatte 26 befestigt. Ein Laseroszillator 28 ist in dem Dachabschnitt der Kammer 21 installiert und so ausgelegt, daß ein aus diesem Oszillator 28 austretender gepulster Laser durch eine in der Heizplatte 26 und dem Substrat 27 geformte Perforation 29 durchtritt und auf den wassergekühlten Tiegel 22 auftrifft. Die Kammer 21 ist über erste und zweite Ventile 30 bzw. 32 mit einer Vakuumpumpe 31 und einer Versorgungsquelle 33 für Prozeßgas verbunden.
Für die Herstellung eines Dauermagnetes kann die folgende Arbeitsweise angewandt werden.
(1) Eine Matrixlegierung A wird in dem wassergekühlten Tiegel 22 angeordnet, und das Substrat 27 wird auf eine Temperatur in dem Bereich von 400 bis 800ºC erhitzt.
(2) Bei geschlossenem zweiten Ventil 32 und geöffnetem ersten Ventil 30 wird die Vakuumpumpe 31 in Betrieb gesetzt, um den Innendruck der Kammer 21 auf einen Wert von etwa 5 x 10&supmin;&sup5; Torr zu erniedrigen.
(3) Bei geschlossenem ersten Ventil 30 und geöffnetem zweiten Ventil 32 wird die Versorgungsquelle 33 für Prozeßgas in Betrieb genommen, um das Prozeßgas zu der Kammer 21 zuzuführen. Die Versorgungsmenge des Prozeßgases wird so eingestellt, daß der Innendruck der Kammer 21 einen Wert in dem Bereich von etwa 10 bis etwa 70 cmHg erreicht.
(4) Eine Spannung von 2 kV wird zwischen den zwei Entladungselektroden 24 und 25 angelegt, um die Erzeugung von Plasma zu induzieren. Die Matrixlegierung A wird dadurch verdampft, daß der Pulslaser aus dem Laseroszillator 28 auf die Matrixlegierung A fallengelassen wird.
Der erhaltene Dampf der Matrixlegierung reagiert mit dem Plasma des Prozeßgases, und das Produkt dieser Reaktion wird auf dem Substrat 27 abgeschieden, wodurch ein Dauermagnet M aufgebaut wird.
Das in Fig. 12 wiedergegebene Herstellungsverfahren ist dadurch vorteilhaft, daß der Dampf der Matrixlegierung in einfacher Weise mit N kombiniert, da die Behandlung unter dem reaktiven Plasma fortschreitet, die Verschmutzung des Produktes mit Schmutz aus der Atmosphäre nur kaum auftritt und die Einstellung der Zusammensetzung des Endproduktes und derjenigen der Matrixlegierung als Folge des Zusatzes wie von Cu einfach durchzuführen ist (da die Matrixlegierung mit dem Pulslaser geschmolzen wird, ist eine lokale Verarbeitung einfach zu erreichen).

Claims

1. Dauermagnetmaterial, welches als Hauptkomponenten hiervon ein Seltenerdelement, ein Übergangselement (ausgenommen Seltenerdelemente und Cu und Ag) und Stickstoff hat und als Zusatzkomponente wenigstens ein Element, ausgewählt aus Cu, Ag, Al, Ga, Zn, Sn, In, Bi oder Pb, enthält, dadurch gekennzeichnet, daß

die Zusatzkomponente in dem Magnetmaterial als ein Inhibitor für thermische Zersetzung von Nitriden zugesetzt ist, und daß der Gehalt des Seltenerdelementes in dem Bereich von 6 bis 30 Atom-% liegt,

der Gehalt des Übergangselementes in dem Bereich von 60 bis 91 Atom-% liegt,

der Gehalt an Stickstoff in dem Bereich von 3 bis 15 Atom-% liegt,

der Gehalt der Zusatzkomponente nicht mehr als 4,5 Atom-% beträgt,

die Anwesenheit von Wasserstoff in dem Dauermagnetmaterial ausgeschlossen ist.

2. Dauermagnetmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Seltenerdelement Sm ist.

3. Dauermagnetmaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Übergangselement Fe ist.

4. Dauermagnetmaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Übergangselement Co ist.

5. Dauermagnetmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Sm-Fe-N-Magnetmaterial ist, das als Zusatzkomponente nicht mehr als 4,5 Atom-% Cu und/oder Al enthält.

6. Dauermagnetmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Sm-Fe-N-Magnetmaterial ist, das als Zusatzkomponente nicht mehr als 4 Atom-% Ga und/oder Ag enthält.

7. Dauermagnetmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Sm-Fe-N-Magnetmaterial ist, das als Zusatzkomponente nicht mehr als 4 Atom-% Ga und/oder Cu enthält.

8. Dauermagnetmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Sm-Fe-N-Magnetmaterial ist, das als Zusatzkomponente nicht mehr als 2,5 Atom-% wenigstens eines Elementes, ausgewählt unter Zn, Sn und In, enthält.

9. Dauermagnetmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Sm-Fe-N-Magnetmaterial ist, das als Zusatzkomponente nicht mehr als 2 Atom-% Pb enthält.

10. Verfahren zur Herstellung eines Dauermagnetmaterials, welches als Hauptkomponenten hiervon ein Seltenerdelement, ein Übergangselement (ausgenommen Seltenerdelemente und Cu und Ag) und Stickstoff hat und als Zusatzkomponente wenigstens ein Element, ausgewählt aus Cu, Ag, Al, Ga, Zn, Sn, In, Ei oder Pb, enthält, dadurch gekennzeichnet, daß es besteht in:

(i) Verdampfen eines Materials, welches das Seltenerdelement, das Übergangselement und wenigstens ein Element, ausgewählt aus Cu, Ag, Al, Ga, Zn, Sn, In, Ei oder Pb, umfaßt, unter vermindertem Druck,

(ii) Nitridieren des Materials in einem Dampfphasenzustand in einer ein stickstoffhaltiges Gas enthaltenden Atmosphäre zum Erhalt eines nitridierten Materials, und

(iii) Ablagern des nitridierten Materials auf einem auf eine Temperatur bis etwa 800º C erhitzten Substrat.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das stickstoffhaltige Gas ein Gas ist, ausgewählt aus der aus Stickstoffgas, HCN-Gas, NH&sub3;-Gas und E&sub3;N&sub3;H&sub6;-Gas bestehenden Gruppe.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat auf eine Temperatur zwischen 400º C und 800º C erhitzt wird.