JP2008270796A - Magnetic material and magnet using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁性材料及びこれを用いた磁石に関する。 The present invention relates to a magnetic material and a magnet using the same.
希土類元素を含有する希土類磁石は、高磁気特性を有する磁石として種々の用途に用いられている。例えば、下記特許文献1に記載されたような所定の組成を有するR−Fe−B系の希土類磁石が、優れた磁気特性を発揮し得るものとして知られている。
Rare earth magnets containing rare earth elements are used in various applications as magnets having high magnetic properties. For example, an R—Fe—B rare earth magnet having a predetermined composition as described in
希土類磁石においては、希少な希土類元素の使用量をできるだけ少なくしながら高い特性を得ることが望まれる。希土類元素の使用量を少なくできる希土類磁石としては、例えば、希土類元素を含む相と、希土類元素を含まない相とを組み合わせた複合型の希土類磁石が考えられる。このような複合型の希土類磁石によれば、希土類元素を含まない相を有しているため、単一の金属間化合物から構成される希土類磁石に比べて、希土類元素の量を少なくできる。 In rare earth magnets, it is desired to obtain high characteristics while minimizing the amount of rare earth elements used. As a rare earth magnet capable of reducing the amount of rare earth element used, for example, a composite rare earth magnet in which a phase containing a rare earth element and a phase not containing a rare earth element are combined can be considered. According to such a composite rare earth magnet, since it has a phase that does not contain a rare earth element, the amount of rare earth element can be reduced as compared with a rare earth magnet composed of a single intermetallic compound.
複合型の希土類磁石としては、例えば、下記特許文献2に記載されたような、Sm(Co,Cu)5の組成を有する硬磁性相と、Feからなる軟磁性相とが交互に繰り返し積層された多層膜構造を有するナノコンポジット磁石が知られている。
しかしながら、上記従来のナノコンポジット磁石は、多層膜構造からなる薄膜磁石であり、広い用途に適用できるボンド磁石や焼結磁石といったバルク形状の磁石を形成することは困難であった。また、従来の単一材料から構成されるNd−Fe−B系の希土類磁石と比べると、未だ十分な磁気特性が得られるものではなかった。 However, the conventional nanocomposite magnet is a thin film magnet having a multilayer film structure, and it has been difficult to form a bulk-shaped magnet such as a bonded magnet or a sintered magnet applicable to a wide range of applications. Further, compared with a conventional Nd—Fe—B rare earth magnet composed of a single material, sufficient magnetic properties have not been obtained yet.
そこで、本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、少ない希土類元素の含有量で十分な磁気特性を有しており、しかもバルク形状を有する磁石を容易に形成することができる磁性材料、及び、これを用いた磁石を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of such circumstances, and has a sufficient magnetic property with a small content of rare earth elements, and can easily form a magnet having a bulk shape. An object is to provide a material and a magnet using the same.
上記目的を達成するため、本発明の磁性材料は、Feを主成分とする主相粒子と、この主相粒子の周囲の少なくとも一部を被覆しており、少なくとも希土類元素を含みCaCu5型の結晶構造を有する金属間化合物からなる被覆層とを有する粒子を含むことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the magnetic material of the present invention covers main phase particles mainly composed of Fe and at least a part of the periphery of the main phase particles, and contains at least a rare earth element and is of the CaCu 5 type. It includes particles having a coating layer made of an intermetallic compound having a crystal structure.
本発明の磁性材料は、Feを主成分とする主相粒子と、希土類元素を含む被覆層との複合構造を有することから、単一の材料から構成される希土類磁石と比べて希土類元素の量を少なくできる。また、主相粒子を被覆層が被覆した粒子を含むため、上記従来のような多層膜構造とした場合に比べて容易にバルク形状を有する磁石を形成することができる。さらに、本発明の磁性材料は、上記のように主相粒子が被覆層によって被覆された複合構造を有することから、希土類元素の含有量が少ないのにも関わらず、優れた磁気特性を有するものとなる。 Since the magnetic material of the present invention has a composite structure of main phase particles containing Fe as a main component and a coating layer containing a rare earth element, the amount of rare earth elements is larger than that of a rare earth magnet composed of a single material. Can be reduced. In addition, since the main phase particles include particles coated with a coating layer, a magnet having a bulk shape can be easily formed as compared with the conventional multilayer film structure. Furthermore, since the magnetic material of the present invention has a composite structure in which the main phase particles are coated with a coating layer as described above, it has excellent magnetic properties despite its low content of rare earth elements. It becomes.
ここで、本発明の磁性材料が優れた磁気特性を有するのは、必ずしも明らかではないが、以下のような要因によると考えられる。すなわち、本発明の磁性材料においては、主相粒子を覆う被覆層が、CaCu5型の結晶構造を有する金属間化合物によって構成されている。このCaCu5型の結晶構造においては、希土類元素が密に存在する面が層状に重なった異方性構造が形成されており、しかも希土類元素が六方晶のc軸方向に連なった構成を有しているため、大きな異方性が発現されると考えられる。そのため、このような金属間化合物によって構成される被覆層は、極めて大きな異方性磁界を有するものとなる。そして、本発明の磁性材料は、このような被覆層が主相粒子を被覆した構造を有していることから、磁石を形成した場合にこれらによって構成される相間での交換結合を強く生じることができる。そのため、保磁力に影響する希土類元素(を含む金属間化合物)が少なくても、高い保磁力が得られるようになる。また、主相粒子が被覆されていることで、主相粒子同士の接近によるこれらの単磁区構造の不安定化も避けることができ、これによっても高い保磁力が維持される傾向にある。これらの要因により、本発明の磁性材料によれば、希土類元素の量が少なくても優れた磁気特性を有する磁石を形成できるものと考えられる。 Here, although it is not necessarily clear that the magnetic material of the present invention has excellent magnetic properties, it is considered to be due to the following factors. That is, in the magnetic material of the present invention, the coating layer covering the main phase particles is composed of an intermetallic compound having a CaCu 5 type crystal structure. This CaCu 5 type crystal structure has an anisotropic structure in which rare-earth elements are densely layered and layered in layers, and the rare-earth elements are arranged in a hexagonal c-axis direction. Therefore, it is considered that large anisotropy is expressed. Therefore, the coating layer constituted by such an intermetallic compound has a very large anisotropic magnetic field. Since the magnetic material of the present invention has a structure in which such a coating layer covers the main phase particles, when a magnet is formed, exchange coupling between the phases constituted by these strongly occurs. Can do. Therefore, even if there are few rare earth elements (including intermetallic compounds) that affect the coercive force, a high coercive force can be obtained. Further, since the main phase particles are coated, it is possible to avoid instability of these single magnetic domain structures due to the close proximity of the main phase particles, and this also tends to maintain a high coercive force. Due to these factors, it is considered that the magnetic material of the present invention can form a magnet having excellent magnetic properties even if the amount of rare earth elements is small.
上記本発明の磁性材料においては、主相粒子は、針状の形状を有することが好ましい。主相粒子が針状の形状を有すると、これが被覆層に被覆された粒子も全体として針状形状を有するようになり、その形状に起因して軸方向に大きな異方性エネルギーを有することができる。したがって、このような粒子から構成される磁性材料は、更に優れた磁気特性を発揮することができる。一方、上述した従来技術のような多層膜の構造とした場合、このような形状に由来する異方性エネルギーを十分に利用できないため、本発明のような高磁気特性は得られなくなるものと考えられる。 In the magnetic material of the present invention, the main phase particles preferably have an acicular shape. When the main phase particles have a needle-like shape, the particles covered with the coating layer also have a needle-like shape as a whole, and may have a large anisotropic energy in the axial direction due to the shape. it can. Therefore, a magnetic material composed of such particles can exhibit further excellent magnetic properties. On the other hand, in the case of the multilayer film structure as in the above-described prior art, the anisotropic energy derived from such a shape cannot be sufficiently utilized, so that the high magnetic characteristics as in the present invention cannot be obtained. It is done.
本発明はまた、上記本発明の磁性材料を用いて好適な磁石を提供する。すなわち、本発明の磁石は、Feを主成分とする主相粒子と、主相粒子の周囲の少なくとも一部を被覆しており、少なくとも希土類元素を含みCaCu5型の結晶構造を有する金属間化合物からなる被覆層とを有する粒子を含むことを特徴とする。 The present invention also provides a suitable magnet using the magnetic material of the present invention. That is, the magnet of the present invention covers main phase particles mainly composed of Fe and at least part of the periphery of the main phase particles, and includes at least a rare earth element and has a CaCu 5 type crystal structure. It is characterized by including particles having a coating layer consisting of.
このような本発明の磁石は、上記本発明と同様の複合構造を有する磁性材料によって構成されることから、容易にバルク形状を有することができ、希土類元素の含有量を少なくした場合であっても、高い磁気特性を有するものとなる。 Such a magnet of the present invention is composed of a magnetic material having a composite structure similar to that of the present invention, so that it can easily have a bulk shape and has a reduced rare earth element content. Also have high magnetic properties.
本発明の磁石においては、主相粒子が針状の形状を有することが好ましい。このような主相粒子を含む磁石は、上記と同様の理由により、一層優れた磁気特性を有するものとなる。 In the magnet of the present invention, the main phase particles preferably have a needle shape. A magnet including such main phase particles has more excellent magnetic properties for the same reason as described above.
上記本発明の磁石は、より具体的には、主相粒子及び被覆層からなる粒子を結合させる結合剤を更に含む構成を有することが好ましい。このように粒子が結合剤によって結合された構造を有するとバルク化が一層容易となり、本発明の磁石は、多様な用途に適した形状を有することができるようになる。 More specifically, the magnet of the present invention preferably has a configuration further including a binder that binds the particles composed of the main phase particles and the coating layer. When the particles have a structure in which the particles are bound by the binder as described above, the bulking is further facilitated, and the magnet of the present invention can have a shape suitable for various applications.
本発明によれば、少ない希土類元素の含有量で十分な磁気特性を有しており、しかもバルク形状を有する磁石を容易に形成することができる磁性材料、及び、これを用いた磁石を提供することが可能となる。 According to the present invention, there are provided a magnetic material that has sufficient magnetic properties with a small content of rare earth elements and can easily form a magnet having a bulk shape, and a magnet using the same. It becomes possible.
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、好適な実施形態に係る磁石の断面構成を拡大して示す模式図である。図1に示すように、磁石1は、多数の粒子2と、この粒子2間を満たしてこれらを結合する結合剤4とからなる構造を有している。このように、磁石1は、多数の粒子2からなる磁性粉末(磁性材料)が、結合剤4で結合されることによって構成されている。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an enlarged cross-sectional configuration of a magnet according to a preferred embodiment. As shown in FIG. 1, the
粒子2は、針状の形状を有する主相粒子6と、この主相粒子6の表面を覆うように形成された被覆層8とから構成されており、全体としても針状の形状を有している。ここで、針状の形状とは、特定の一方向の軸(長軸)に沿う断面がいずれもこの長軸方向に扁平な形状となる形状であり、回転楕円体のような形状がこれに該当する。具体的には、例えば、長軸が、これとほぼ直交する方向の軸(短軸)に対して3倍以上の長さとなるような形状が挙げられる。
The
粒子2における主相粒子6は、鉄(Fe)を主成分として含む磁性相である。この主相粒子6は、Feのみから構成されてもよく、Fe以外の元素を組み合わせて含んでいてもよい。主相粒子6に含まれるFe以外の元素としては、例えば、コバルト(Co)や窒素(N)が挙げられ、Coを20〜50%含む組成を有しているとより好ましい。Feに加えてCoを含有することで、粒子2の飽和磁束密度が向上する傾向にある。
The main phase particle 6 in the
また、主相粒子6は、還元処理の際の焼結防止の目的で、アルミニウム(Al)やイットリウム(Y)を含有していてもよい。すなわち、AlやYを含むことにより、後述するような主相粒子6の形成時に行う還元処理の際に焼結が生じるのを防止することができる。主相粒子6は、必要に応じて他の金属を更に含んでいてもよく、その他、不可避的に混入する成分が含まれることもある。主相粒子6の具体的な組成としては、Fe−20%Co−3%Al−2.8%Yの組成が例示できる。 Further, the main phase particles 6 may contain aluminum (Al) or yttrium (Y) for the purpose of preventing sintering during the reduction treatment. That is, by containing Al and Y, sintering can be prevented from occurring during the reduction treatment performed when forming the main phase particles 6 as described later. The main phase particles 6 may further contain other metals as necessary, and may contain components that are inevitably mixed. As a specific composition of the main phase particle 6, a composition of Fe-20% Co-3% Al-2.8% Y can be exemplified.
粒子2における被覆層8は、少なくとも希土類元素を含み、CaCu5型の結晶構造を有する金属間化合物からなる磁性相である。この金属間化合物がCaCu5型構造を有しているか否かは、X線回折(XRD)によって確認することができる。被覆層8を構成する金属間化合物は、希土類元素と他の金属元素とが金属結合によって結合した化合物である。
The covering layer 8 in the
金属間化合物に含まれる希土類元素としては、サマリウム(Sm)、エルビウム(Er)やツリウム(Tm)が挙げられ、Smが好ましい。また、希土類元素と組み合わせる他の金属元素としては、鉄族元素(Fe、Co又はニッケル(Ni))が挙げられ、特にコバルト(Co)が好ましい。このような金属間化合物としては、Sm−Co系の化合物が挙げられる。Smは、CaCu5型構造において、c軸方向に大きな異方性を付与することができ、また、Coは、CaCu5型構造を安定化できる特性を有していると考えられる。Sm−Co系の金属間化合物としては、具体的には、SmCo5が好ましい。SmCo5の組成を有する金属間化合物は、特に大きな異方性磁界を有する傾向にある。 Examples of the rare earth element contained in the intermetallic compound include samarium (Sm), erbium (Er), and thulium (Tm), and Sm is preferable. In addition, examples of other metal elements to be combined with rare earth elements include iron group elements (Fe, Co, or nickel (Ni)), and cobalt (Co) is particularly preferable. Examples of such intermetallic compounds include Sm—Co compounds. Sm is the CaCu 5 type structure, can be given a large anisotropy in the c-axis direction, also, Co is considered to have a characteristic that can be stabilized CaCu 5 type structure. Specifically, as the Sm—Co based intermetallic compound, SmCo 5 is preferable. Intermetallic compounds having a composition of SmCo 5 tend to have a particularly large anisotropic magnetic field.
さらに、金属間化合物としては、Sm−Co系においてCoの一部がホウ素(B)に置換されたSm−Co−B系の化合物がより好ましい。このようにCoの一部がBに置換されることによって、BはCoよりも原子半径が小さいため、CaCu5型構造においてc軸方向のSm同士の距離を小さくすることができ、より高い異方性磁界が得られると考えられる。Sm−Co−B系の金属間化合物としては、例えば、SmCo4B、SmCo3B2、Sm2Co7B3や、Sm3Co11B4等のSmNCo3N+2B2N−2(Nは2以上)で表される組成を有するものが挙げられる。 Further, the intermetallic compound is more preferably an Sm—Co—B based compound in which a part of Co is substituted with boron (B) in the Sm—Co based. By substituting part of Co with B in this way, since B has a smaller atomic radius than Co, the distance between Sm in the c-axis direction can be reduced in the CaCu 5 type structure. It is thought that a isotropic magnetic field is obtained. Examples of the Sm—Co—B-based intermetallic compound include Sm N Co 3N + 2 B 2N-2 (N, such as SmCo 4 B, SmCo 3 B 2 , Sm 2 Co 7 B 3 , and Sm 3 Co 11 B 4. Are those having a composition represented by 2 or more).
さらにまた、金属間化合物としては、Sm−Co−B系の組成において、Coの一部をFeで置換したSm−Co−Fe−B系の組成を有するものが更に好ましい。このように、Coの一部をFeで置換することで、金属間化合物の異方性磁界を高めながら、キュリー温度を十分に高くすることも可能となる。キュリー温度の高い金属間化合物からなる被覆層8を有することで、磁石1は高温でも優れた磁気特性を維持できるものとなる。十分に高いTc及びHcを両立する観点からは、Sm−Co−B系の組成に対し、CoをFeで置換した割合(原子数基準)は、75%以下であると好ましく、25〜75%であるとより好ましい。
Further, as the intermetallic compound, a compound having an Sm—Co—Fe—B composition in which a part of Co is substituted with Fe in the Sm—Co—B composition is more preferable. Thus, by replacing part of Co with Fe, the Curie temperature can be sufficiently increased while increasing the anisotropic magnetic field of the intermetallic compound. By having the coating layer 8 made of an intermetallic compound having a high Curie temperature, the
このような構成を有する粒子2において、主相粒子6の大きさは、針状の長軸が好ましくは0.05〜3μm、より好ましくは0.1〜2μmとなる程度の大きさを有していると好ましい。また、被覆層8は、主相粒子6を均一に被覆しており、その厚さが0.01〜0.2μmであると好ましく、0.02〜0.1μmであるとより好ましい。主相粒子6及び被覆層8がこのような条件を満たしていると、これらの相間で交換相互作用が生じ易くなり、磁石1の保磁力が向上する傾向にある。
In the
磁石1における結合剤4は、上述した粒子2同士を結合させる成分であり、少なくとも粒子2よりも飽和磁束密度が小さい材料から構成され、非磁性(常磁性、反磁性)又は反強磁性の材料からなるとより好ましい。具体的には、結合剤4としては、希土類金属(Sm又はLa)、Mn、Zn、Cu等の金属単体、NiO、FeMn、FeAl等の合金、或いは、樹脂等からなるものを適用できる。
The binder 4 in the
これらのうち、Smは、粒子2等の構造の乱れによる異方性の低下を抑制することができ、Znは融点が低いため粒子2を分散させるのに適しており、また、Cuは展性、延性に優れることから結合剤として適している上、めっきによる形成等が容易であるといった利点も有している。さらに、NiOやFeMnは安価で容易に結合剤4として利用でき、また、樹脂は、溶融が容易で粒子2を分散しやすい等の利点を有している。結合剤4としては、所望の特性に合わせて上記の成分を適宜選択して用いることが好ましい。
Among these, Sm can suppress a decrease in anisotropy due to disorder of the structure of the
なお、本発明の磁石は、上述した構造に限られず、Feを主成分とする主相粒子と、CaCu5型の結晶構造を有する金属間化合物からなる被覆層とを有する粒子を含む限り、適宜異なる構造を有していてもよい。 The magnet of the present invention is not limited to the structure described above, and may be appropriately selected as long as it includes particles having main phase particles mainly composed of Fe and a coating layer made of an intermetallic compound having a CaCu 5 type crystal structure. It may have a different structure.
例えば、主相粒子6は、Feを主成分とする単一の相であってもよいが、複数の相によって構成されていてもよい。主相粒子6が複数の相によって構成される場合、粒子中に各相が混在するように分布していてもよく、また、ある相の周囲を他の相が被覆するような構造となっていてもよい。また、磁石1中、単一の相からなる主相粒子6と、複数の相からなる主相粒子6とが混在していてもよい。
For example, the main phase particles 6 may be a single phase mainly composed of Fe, but may be composed of a plurality of phases. When the main phase particles 6 are composed of a plurality of phases, they may be distributed so that the phases are mixed in the particles, and the structure is such that the surroundings of a certain phase are covered with other phases. May be. In the
また、被覆層8も、CaCu5型の結晶構造を有する金属間化合物からなる限り、単一の相から構成される必要はなく、複数の相によって形成されていてもよい。被覆層8が複数の相によって構成される場合、当該被覆層8においては、各相がそれぞれ主相粒子6の一部ずつを被覆するように形成されていてもよく、また、一方の相が他方の相を覆うように形成された多層構造となっていてもよく、これらの構造が混在していてもよい。さらに、磁石1中、単一の相からなる被覆層8が形成された粒子2と、複数の相からなる被覆層8が形成された粒子2との両方が含まれていてもよい。
The covering layer 8 need not be composed of a single phase as long as it is made of an intermetallic compound having a CaCu 5 type crystal structure, and may be formed of a plurality of phases. When the coating layer 8 is composed of a plurality of phases, the coating layer 8 may be formed so that each phase covers a part of the main phase particle 6, and one phase is It may be a multilayer structure formed so as to cover the other phase, and these structures may be mixed. Further, the
主相又は被覆層が複数の相、特に多層構造からなる場合、主相と被覆層とが段階的に磁気的に移行するため、これらの相互作用がより強力に生じることになる。その結果、主相と被覆層とを組み合わせて有することにより、磁気特性の向上が可能となる場合もある。なお、このような複数の相が含まれる構造は、後述するような、主相用の鉄を主成分とする原料と、被覆層用の金属間化合物の原料とを混合して反応させる方法によって、特に形成され易い傾向にある。 When the main phase or the coating layer is composed of a plurality of phases, particularly a multilayer structure, the main phase and the coating layer are magnetically transferred in a stepwise manner, and these interactions occur more strongly. As a result, the combination of the main phase and the coating layer may improve the magnetic characteristics. Such a structure including a plurality of phases is obtained by a method of mixing and reacting a raw material mainly composed of iron for the main phase and a raw material for the intermetallic compound for the coating layer as described later. Especially, it tends to be easily formed.
一例として、被覆層が複数の相からなる多層構造を有する磁石の断面構成を図2に示す。図2に示すように、この形態の磁石10は、複数の粒子12と、この粒子12間の結合剤14とから構成されている。粒子12においては、主相粒子16の周囲を被覆層18が被覆しているが、この被覆層18は、主相粒子16を覆う第1の被覆層18aと、この第1の被覆層18aを更に覆う第2の被覆層18bとの2層構造となっている。
As an example, FIG. 2 shows a cross-sectional configuration of a magnet having a multilayer structure in which a coating layer is composed of a plurality of phases. As shown in FIG. 2, the
さらに、磁石1は、必ずしも上述した結合剤4を有していなくてもよい。また、結合剤4は、被覆層8と同じ組成のものであってもよい。この場合、結合剤4も強磁性体となることから、この結合剤4内に非磁性又は反強磁性の材料が混在するようにすることが好ましい。
Furthermore, the
次に、上述した構成を有する磁石1の製造方法の好適な例について説明する。
Next, a preferred example of a method for manufacturing the
磁石1の製造においては、まず、粒子2における主相粒子6を形成するための鉄を主成分とする針状粒子を準備する。この針状粒子は、例えば、第1鉄塩水溶液とアルカリ水溶液とを反応させた後、反応後の懸濁液に空気等の酸素を含有するガスを通気して酸化反応を生じさせ、これによりゲータイト粒子粉末を生成させる。その後、このゲータイト粉末を加熱脱水した後、水素雰囲気下、高温(500℃程度)で還元することによって、鉄を主成分とする針状粒子が得られる。
In manufacturing the
次に、鉄を主成分とする針状粒子の表面を、被覆層8を構成する金属間化合物で被覆することによって粒子2を形成させる。金属間化合物による被覆は、金属間化合物の原料を蒸着やスパッタ等のPVD法によって針状粒子の表面に堆積させる方法、針状粒子と金属間化合物の微粒子とを混合する方法、金属間化合物の原料の溶液中に針状粒子を浸漬させる方法等によって行うことができる。
Next,
また、鉄を主成分とする針状粒子と、金属間化合物の原料とを混合し、反応させることによって、針状粒子を金属間化合物で被覆することもできる。このような方法によれば、粒子2の製造が容易となるためより好ましい。かかる方法としては、例えば、短時間の熱処理による共晶反応等を用いる方法や、金属間化合物の原料粒子として希土類水素化物を用い、真空熱処理により水素を除いて反応させる方法、或いは、金属間化合物の原料粒子として希土類酸化物を用い、Caで還元して反応させる方法等が挙げられる。
Further, the needle-like particles can be coated with the intermetallic compound by mixing and reacting the needle-like particles containing iron as a main component with the raw material of the intermetallic compound. According to such a method, since manufacture of the particle |
例えば、上述したPVD法による方法において、レーザーアブレーション法により、Sm−Co−B系の金属間化合物で針状粒子を被覆する場合は、まず、Sm、Co及びBそれぞれの原料化合物等を、所望の組成が得られるように秤量する。これらを高周波溶解したものを、型に鋳込んで鋳造品とし、所望の大きさとなるように切り出し・研磨等を行った後、1100℃で60時間程度の条件で溶体化処理を行うことにより、スパッタに用いるターゲットを得る。 For example, in the method based on the PVD method described above, when the acicular particles are coated with the Sm—Co—B intermetallic compound by the laser ablation method, first, raw material compounds of Sm, Co, and B are desired. Weigh so that the composition of By performing high frequency melting of these, casting into a mold to make a cast product, cutting and polishing so as to have a desired size, and performing a solution treatment at about 1100 ° C. for about 60 hours, A target used for sputtering is obtained.
次いで、このターゲットをターゲットホルダーにセットするとともに、振動機構上に配置されたサンプル容器等に、上述した針状粒子を入れ、装置内を真空に調整する。この際、針状粒子は、大気に触れないように準備することが好ましい。そして、高真空条件下、針状粒子を間欠的に振動させながら、ターゲットにレーザーを照射し、これにより生じたSm−Co−Bクラスターを針状粒子に堆積させることで、針状粒子の表面にSm−Co−B系の金属間化合物からなる層を形成する。その結果、針状粒子からなる主相粒子6、及び、この表面を覆い金属間化合物からなる被覆層8を有する粒子2を含む磁性粉末(磁性材料)が得られる。
Next, the target is set on the target holder, and the above-mentioned needle-like particles are put into a sample container or the like arranged on the vibration mechanism, and the inside of the apparatus is adjusted to a vacuum. At this time, it is preferable to prepare the acicular particles so as not to touch the atmosphere. Then, the surface of the acicular particles is obtained by irradiating the target with laser while intermittently vibrating the acicular particles under high vacuum conditions, and depositing the Sm-Co-B clusters generated thereby on the acicular particles. A layer made of an Sm—Co—B intermetallic compound is formed. As a result, a magnetic powder (magnetic material) including main phase particles 6 made of needle-like particles and
磁石1の製造においては、その後、このようにして得られた磁性粉末を、結合剤4により結合させることによってバルク状の磁石1を得る。このバルク化は、例えば、磁性粉末を構成する粒子2を結合剤4で覆った後にこれを成形する方法や、結合剤4中に粒子2を分散させた状態で成形する方法等によって実施することができる。
In the production of the
例えば、結合剤4としてZnを用いる場合は、まず、Znを収容した容器を500℃程度に加熱し、Znを溶融した後、この中に上記の磁性粉末を加えて分散させる。次いで、この混合物を徐々に昇温し、さらに磁場中で成形を行いながらZnを蒸発させることによって、バルク状の磁石1を得る。なお、所望の製品形状を得るために、一旦得られた磁石1を粗粉砕した後、これを更に磁場中で成形してもよい。
For example, when using Zn as the binder 4, first, a container containing Zn is heated to about 500 ° C. to melt Zn, and then the above magnetic powder is added and dispersed therein. Next, the temperature of the mixture is gradually raised, and Zn is evaporated while forming in a magnetic field, thereby obtaining a
以上、説明した本実施形態の磁石1は、主相粒子6とこれを覆う被覆層8とからなる粒子2によって主に構成される。このような複合構造を有する粒子2は、被覆層8が高い磁気異方性を有するCaCu5型の結晶構造を有するほか、主相粒子6と被覆層8とが交換相互作用を生じたナノコンポジット構造を有しているため、優れた磁気特性(残留磁束密度や保磁力)を発揮し得る。
As described above, the
そして、磁石1は、粒子2によって構成される磁性材料が結合剤4によって結合されたものであるためバルク化が容易であるほか、この結合剤4が、非磁性又は反磁性を有しているため、粒子2による優れた磁気特性が阻害されずに十分に維持されたものとなる。したがって、このような磁石1は、単一の金属間化合物によって構成される従来の希土類磁石と比べて、希土類元素の含有量が少ないにもかかわらず、優れた磁気特性を有するものとなる。
The
なお、本発明の磁性材料又は磁石は、必ずしも上述した実施形態のものに限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。例えば、まず、上述の実施形態では、主相粒子6(更には粒子2)として針状の形状を有するものについてのみ説明を行ったが、本発明においては、主相粒子や粒子は必ずしも針状でなくてもよく、球状その他の形状を有していてもよい。ただし、優れた磁気異方性を得る観点からは、これらは針状を有していることが好ましい。 The magnetic material or magnet of the present invention is not necessarily limited to that of the above-described embodiment, and can be appropriately changed without departing from the spirit of the present invention. For example, in the above-described embodiment, only the main phase particles 6 (and particles 2) having an acicular shape have been described. However, in the present invention, the main phase particles and particles are not necessarily acicular. They may not be spherical and may have other shapes. However, from the viewpoint of obtaining excellent magnetic anisotropy, these preferably have a needle shape.
また、上記では、主相粒子6の全面を被覆層8が被覆した構造の粒子2を例示したが、例えば、被覆層8は、主相粒子6の少なくとも一部を覆っていればよい。さらに、本発明の磁石は、本発明の磁性材料を含むものであればよく、磁石の形状を維持できる限り、必ずしも上述したような結合剤を含有していなくてもよい。
In the above description, the
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention still in detail, this invention is not limited to these Examples.
[比較試験1]
37.9Sm−59.4Co−2.7B(数値は重量%)の組成が得られるように、Sm、Co及びBのそれぞれの元素の原料化合物を秤量し、これらの高周波溶解を行った。得られた合金を、Arフロー中において、1100℃で72時間処理して、溶体化させた。こうして得られたサンプルについて、X線回折により相の同定を行った。得られた結果を図3に示す。図3より、得られたサンプルはほぼCaCu5型の結晶構造を有するSmCo4B相であることが確認された。このサンプルの磁気特性をVSMにより測定したところ、保磁力(HcJ)が3.6(kOe)であり、飽和磁化(Ms)が3.4(kG)であり、残留磁束密度(Br)が3.3(kG)であった。
[Comparative test 1]
The raw material compounds of each element of Sm, Co, and B were weighed so that a composition of 37.9Sm-59.4Co-2.7B (the numerical value was wt%) was obtained, and high frequency dissolution of these was performed. The obtained alloy was treated at 1100 ° C. for 72 hours in an Ar flow to form a solution. About the sample obtained in this way, the phase was identified by X-ray diffraction. The obtained results are shown in FIG. From FIG. 3, it was confirmed that the obtained sample was an SmCo 4 B phase having a CaCu 5 type crystal structure. When the magnetic properties of this sample were measured by VSM, the coercive force (HcJ) was 3.6 (kOe), the saturation magnetization (Ms) was 3.4 (kG), and the residual magnetic flux density (Br) was 3 .3 (kG).
[試験1]
比較試験1と同様にして製造したSmCo4Bの合金に、250℃で水素を吸蔵させ、水素粉砕を行うことにより粗粉化した。得られた粗粉を窒素雰囲気中でジェットミル粉砕して、平均粒径が4μmである微粉を得た。得られた微粉に対し、100μmの球状Feを混合して混合粉を得た。なお、試験1では、SmCo4B:Feが重量比で、95:5、99:1及び100:0となるようにそれぞれ変化させて各種の混合粉を得た。
[Test 1]
The alloy of SmCo 4 B produced in the same manner as in
次いで、得られた各混合粉を、3Tの磁場中、50kNの条件で磁場中成形して、成形体を得た。それから、得られた各成形体に、急昇温及び短時間の焼結を施し、焼結体を得た。この際、急昇温の条件は0℃から850℃までは0.5℃/秒、850℃から焼結温度までは1℃/秒とした。また、焼結は、混合粉の成分割合が異なる各成形体について、1200℃、1250℃及び1280℃の3通りの温度条件でそれぞれ5秒間保持するようにして行った。焼結後、Ar中で室温まで30分間冷却させて、各種の希土類磁石を作製した。 Subsequently, each obtained mixed powder was molded in a magnetic field under a condition of 50 kN in a 3T magnetic field to obtain a molded body. Then, the obtained compacts were subjected to rapid temperature increase and sintering for a short time to obtain sintered bodies. At this time, the conditions for rapid temperature increase were 0.5 ° C./second from 0 ° C. to 850 ° C., and 1 ° C./second from 850 ° C. to sintering temperature. Sintering was performed by holding the molded bodies having different component ratios of the mixed powder for 5 seconds under three temperature conditions of 1200 ° C, 1250 ° C, and 1280 ° C. After sintering, it was cooled to room temperature in Ar for 30 minutes to produce various rare earth magnets.
得られた各希土類磁石について、比較試験1と同様に磁気特性を測定した。得られた結果を表1に示す。
About each obtained rare earth magnet, it carried out similarly to the
表1より、SmCo4BにFeを混合しても(SmCoB4が95%及び99%のサンプル)、Feを混合しなかった場合(SmCoB4が100%のサンプル)と比べて、十分に高い磁気特性が維持されるか、またはこれを上回る磁気特性が得られることが確認された。なお、表中の「>19.5」は今回使用したVSM装置の最大印加磁場が19.5kOeであり、サンプルのHcJがそれ以上であったことを意味する。
From Table 1, be mixed Fe in SmCo 4 B (sample SmCoB 4 is 95% and 99%), when not mixed Fe (
[比較試験2]
39.5Sm−56.7Co−3.8B(数値は重量%)の組成が得られるように、Sm、Co及びBのそれぞれの元素の原料化合物を秤量して用いたこと以外は、比較試験1と同様にしてサンプルを作製した。得られたサンプルについて、X線回折により相の同定を行った。得られた結果を図4に示す。図4より、得られたサンプルはほぼCaCu5型派生構造を有するSm3Co11B4相が主相であることが確認された。このサンプルの磁気特性をVSMにより測定したところ、HcJが3.1(kOe)であり、Msが2.1(kG)であり、Brが2.0(kG)であった。
[Comparison Test 2]
[試験2]
比較試験2と同様にして製造したSm3Co11B4の合金を用い、試験1と同様にして、Sm3Co11B4:Feの割合が重量比でそれぞれ95:5、99:1及び100:0となるようにし、それぞれについて1200℃、1250℃及び1280℃の3通りの温度条件で焼結を行った場合の各種希土類磁石を製造した。
[Test 2]
Using an alloy of Sm 3 Co 11 B 4 produced in the same manner as in
得られた各希土類磁石について、比較試験1と同様に磁気特性を測定した。結果を表2に示す。
About each obtained rare earth magnet, it carried out similarly to the
表2より、Sm3Co11B4にFeを混合しても(Sm3Co11B4が95%及び99%のサンプル)、Feを混合しなかった場合(Sm3Co11B4が100%のサンプル)と比べて、十分に高い磁気特性が維持されるか、これを上回る磁気特性が得られることが確認された。 From Table 2, even when mixed with Fe in Sm 3 Co 11 B 4 (Sm 3 Co 11 B 4 is 95% and 99% samples), when not mixed Fe (Sm 3 Co 11 B 4 100 It was confirmed that sufficiently high magnetic characteristics were maintained or higher than that of the samples (%).
[試験3]
まず、市販の針状形状を有する酸化鉄(Fe2O3)を準備し、これに水素フロー中で500℃、3時間の還元処理を行い、針状のFe粉を得た。そして、このFe粉を、球状Feに代えて用いたこと以外は、試験1と同様にして、SmCo4BとFeとの割合、及び、焼結温度が異なる各種の希土類磁石を得た。
[Test 3]
First, commercially available iron oxide (Fe 2 O 3 ) having a needle-like shape was prepared, and this was subjected to reduction treatment at 500 ° C. for 3 hours in a hydrogen flow to obtain needle-like Fe powder. Then, various rare earth magnets having different ratios of SmCo 4 B and Fe and sintering temperatures were obtained in the same manner as in
得られた各希土類磁石について、比較試験1と同様に磁気特性を測定した。得られた結果を表3に示す。
表3より、針状のFe粉を用いた場合、SmCo4BとFeの割合がどのような値であっても高いHcJが得られており、また、SmCo4BとFeを混合した場合(SmCoB4が95%及び99%のサンプル)は、Feを混合しなかった場合(SmCoB4が100%のサンプル)と比べて、同等以上のBrが得られることが確認された。 From Table 3, when using a needle-like Fe particles, whatever value the ratio of SmCo 4 B and Fe have been obtained high HcJ, also when mixed with SmCo 4 B and Fe ( It was confirmed that the samples having SmCoB 4 of 95% and 99%) obtained Br equal to or higher than the case where Fe was not mixed (sample having SmCoB 4 of 100%).
1,10…磁石、2,12…粒子、4,14…結合剤、6,16…主相粒子、8,18…被覆層。
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