JP2014529682A - 窒化鉄永久磁石および窒化鉄永久磁石の形成技術 - Google Patents
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Abstract
Description
Co(NH2)2→NH3+HNCO (1)
HNCO+H2O→2NH3+CO2 (2)
2NH3→2N+3H2 (3)
2N→N2 (4)
である。このような反応過程では窒素原子の場合、式(4)に示すように再結合して分子になるのが比較的容易である。したがって幾つかの例では、尿素拡散工程の間ずっと尿素をバルク鉄材料の隣りまたはすぐ近くに置くことによって窒素原子の再結合を減らすことができる。例えば幾つかの事例では、尿素はバルク鉄材料の表面と直接に接していることも、またバルク材料の約1センチメートル以内にあることもできる。
Claims (87)
- 少なくとも1個の鉄結晶を含む鉄線または鉄板を前記鉄結晶の<001>結晶軸に実質上平行な方向に歪ませるステップ、
前記鉄線または鉄板を窒化して窒化された鉄線または鉄板を形成するステップ、および
前記窒化された鉄線または鉄板を焼鈍して、前記窒化された鉄線または鉄板の少なくとも一部分でFe16N2相構成を形成させるステップ
を含む方法。 - 前記鉄線または鉄板が、単一鉄結晶構造または集合組織構造を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記鉄線または鉄板が複数個の鉄結晶を含み、かつ前記少なくとも1個の鉄結晶を含む前記鉄線または鉄板を前記鉄結晶の前記<001>結晶軸に実質上平行な方向に歪ませるステップが、前記複数個の鉄結晶を含む前記鉄線または鉄板を前記複数個の鉄結晶のうちの少なくとも幾つかの前記<001>結晶軸に実質上平行な方向に歪ませるステップを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記鉄線または鉄板が前記鉄線を含み、かつ前記鉄線が主軸を画定し、かつ前記少なくとも1個の鉄結晶を含む前記鉄線または鉄板を前記鉄結晶の前記<001>結晶軸に実質上平行な方向に歪ませるステップが、前記鉄線を前記鉄線の前記主軸に実質上平行な方向に歪ませるステップを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記少なくとも1個の鉄結晶を含む前記鉄線または鉄板を前記鉄結晶の前記<001>結晶軸に実質上平行な方向に歪ませるステップが、前記鉄線または鉄板の第一端を第一の方向に引っ張り、かつ前記鉄線または鉄板の前記第二端を前記第一の方向と実質上反対の第二の方向に引っ張ることによって前記鉄線または鉄板に引張力を加えるステップを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記少なくとも1個の鉄結晶を含む前記鉄線または鉄板を前記鉄結晶の前記<001>結晶軸に実質上平行な方向に歪ませるステップが、前記少なくとも1個の鉄結晶を含む前記鉄線または鉄板を前記鉄結晶の前記<001>結晶軸に実質上平行な方向に約0.3%から約7%の間の歪みまで歪ませるステップを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記鉄線または鉄板を窒化して前記窒化された鉄線または鉄板を形成するステップが、前記鉄線または鉄板を約125℃から約600℃の間の温度に加熱するステップを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記鉄線または鉄板を約125℃から約600℃の間の温度に加熱するステップが、前記鉄線または鉄板を約125℃の温度で約8.85時間加熱するステップを含む、請求項7に記載の方法。
- 前記鉄線または鉄板を約125℃から約600℃の間の温度に加熱するステップが、前記鉄線または鉄板を約600℃の温度で約2.4時間加熱するステップを含む、請求項7に記載の方法。
- 前記鉄線または鉄板を窒化して前記窒化された鉄線または鉄板を形成するステップが、前記鉄線または鉄板を原子状窒素物質に曝すステップを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記原子状窒素物質が、N2ガスまたはNH3ガスの中の少なくとも1種類を含む窒素前駆体から形成される、請求項10に記載の方法。
- 前記窒素前駆体がキャリヤーガスと混合される、請求項11に記載の方法。
- 前記窒素前駆体が、約0.02から約0.1の間の分圧まで前記キャリヤーガスと混合される、請求項12に記載の方法。
- 前記鉄線または鉄板を前記原子状窒素物質に曝すステップが、前記鉄線または鉄板を約0.133Paから約1333Paの間の圧力で窒素前駆体に曝すステップを含む、請求項10に記載の方法。
- 前記窒化された鉄線または鉄板を焼鈍して前記窒化された鉄線または鉄板の少なくとも前記一部分で前記Fe16N2相構成を形成させるステップが、前記窒化された鉄線または鉄板を約100℃から約300℃の間で加熱するステップを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記窒化された鉄線または鉄板を焼鈍して前記窒化された鉄線または鉄板の少なくとも前記一部分で前記Fe16N2相構成を形成させるステップが、前記窒化された鉄線または鉄板を約100℃から約300℃の間で約20時間から約100時間加熱するステップを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記窒化された鉄線または鉄板を焼鈍して前記窒化された鉄線または鉄板の少なくとも前記一部分で前記Fe16N2相構成を形成させるステップが、前記窒化された鉄線または鉄板を不活性雰囲気下で焼鈍するステップを含む、請求項1に記載の方法。
- Fe16N2相構成を含む複数本(枚)の鉄線または鉄板を圧縮してFe16N2相構成を含む永久磁石を形成するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記Fe16N2相構成を含む前記複数本(枚)の窒化された鉄線または鉄板を圧縮して前記Fe16N2相構成を含む前記永久磁石を形成するステップが、前記Fe16N2相構成を含む前記多数本(枚)の窒化された鉄線または鉄板を冷間圧縮して前記Fe16N2相構成を含む前記永久磁石を形成するステップを含む、請求項18に記載の方法。
- 前記Fe16N2相構成を含む前記複数本(枚)の窒化された鉄線または鉄板を圧縮して前記Fe16N2相構成を含む前記永久磁石を形成するステップが、前記Fe16N2相構成を含む第一の窒化された鉄線または鉄板の<001>結晶軸を、前記Fe16N2相構成を含む第二の窒化された鉄線または鉄板の<001>結晶軸と、前記第一の窒化された鉄線または鉄板および前記第二の鉄線または鉄板の圧縮に先立って実質上一列に整列させるステップを含む、請求項18に記載の方法。
- 前記Fe16N2相構成を含む前記複数本(枚)の鉄線または鉄板を圧縮して前記Fe16N2相構成を含む前記永久磁石を形成するステップが、前記Fe16N2相構成を含む前記複数本(枚)の鉄線または鉄板を圧縮して、前記Fe16N2相構成を含み、かつ少なくとも0.1mmの少なくとも1つの寸法が大きさを画定する前記永久磁石を形成するステップを含む、請求項18に記載の方法。
- 前記Fe16N2相構成を含む前記複数本(枚)の鉄線または鉄板を圧縮して前記Fe16N2相構成を含む前記永久磁石を形成するステップが、前記Fe16N2相構成を含む前記複数本(枚)の鉄線または鉄板を圧縮して、前記Fe16N2相構成を含み、かつ少なくとも1mmの少なくとも1つの寸法が大きさを画定する前記永久磁石を形成するステップを含む、請求項18に記載の方法。
- 前記鉄線または鉄板を窒化して前記窒化された鉄線または鉄板を形成するステップが、前記鉄線または鉄板を原子状窒素物質に曝すステップを含み、前記原子状窒素物質が尿素から形成される、請求項1に記載の方法。
- 前記Fe16N2相構成を含む前記窒化された鉄線または鉄板中に磁区壁ピン止めサイトを導入するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記Fe16N2相構成を含む前記窒化された鉄線または鉄板中に磁区壁ピン止めサイトを導入するステップが、前記Fe16N2相構成を含む前記窒化された鉄線または鉄板をドーパント元素でイオンボンバード処理するステップを含む、請求項24に記載の方法。
- 前記少なくとも1個の鉄結晶を含む前記鉄線または鉄板を前記鉄結晶の前記<001>結晶軸に実質上平行な方向に歪ませるステップの前に、前記窒化された鉄線または鉄板中に磁区壁ピン止めサイトを導入するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記窒化された鉄線または鉄板中に磁区壁ピン止めサイトを導入するステップが、前記窒化された鉄線または鉄板をドーパント元素でイオンボンバード処理するステップを含む、請求項26に記載の方法。
- Co、Ti、Cu、またはZnのうちの少なくとも1種類を含む相安定化ドーパント元素を前記鉄線または鉄板中に導入するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 少なくとも1個の体心立方晶(bcc)鉄結晶を含む鉄線または鉄板に前記bcc鉄結晶の<001>軸に実質上平行な方向に歪みを与えるように構成された歪みを生じさせる装置、
前記歪みのかかった鉄線または鉄板を加熱するように構成された第一加熱装置、
前記歪みのかかった鉄線または鉄板を原子状窒素物質に曝して窒化された鉄線または鉄板を形成するように構成された前記原子状窒素物質の供給源、および
前記窒化された鉄線または鉄板を焼鈍して前記窒化された鉄線または鉄板の少なくとも一部分でFe16N2相構成を形成させるのに十分な温度まで前記窒化された鉄線または鉄板を加熱するように構成された第二加熱装置
を含むシステム。 - Fe16N2相構成を含む複数本(枚)の窒化された鉄線または鉄板を圧縮してFe16N2相構成を含む実質上単一の永久磁石を形成させるように構成されたプレスをさらに含む、請求項29に記載のシステム。
- 前記プレスが、前記Fe16N2相構成を含む複数本(枚)の窒化された鉄線または鉄板を圧縮して、前記Fe16N2相構成を含み、かつ少なくとも0.1mmの少なくとも1つの寸法が大きさを画定する実質上単一の永久磁石を形成させるように構成される、請求項30に記載のシステム。
- 前記プレスが、前記Fe16N2相構成を含む複数本(枚)の窒化された鉄線または鉄板を圧縮して、前記Fe16N2相構成を含み、かつ少なくとも1mmの少なくとも1つの寸法が大きさを画定する実質上単一の永久磁石を形成させるように構成される、請求項30に記載のシステム。
- 前記原子状窒素物質の前記供給源が尿素を含む、請求項29に記載のシステム。
- 前記窒化された鉄線または鉄板中に磁区壁ピン止めサイトを導入するための手段をさらに含む、請求項29に記載のシステム。
- 前記歪みを生じさせる装置が、前記鉄線または鉄板の第一端を受けるように構成された第一ローラーと、前記鉄線または鉄板の第二端を受けるように構成された第二ローラーとを含み、かつ前記第二端が前記第一端の実質上反対の位置にあり、かつ前記第一ローラーおよび前記第二ローラーが、回転して前記鉄線または鉄板の前記第一端と前記鉄線または鉄板の前記第二端の間に引張力を加えるように構成される、請求項29に記載のシステム。
- 前記第一ローラーおよび前記第二ローラーが、回転して前記鉄線または鉄板に約0.3%から約7.0%の間で歪ませるように構成される、請求項35に記載のシステム。
- 前記第一加熱装置が、るつぼ加熱ステージを含む、請求項29に記載のシステム。
- 前記第一加熱装置が、輻射熱源を含む、請求項29に記載のシステム。
- 前記第一加熱装置が、プラズマアークランプを含む、請求項29に記載のシステム。
- 前記第二加熱装置が、加熱用るつぼを含む、請求項29に記載のシステム。
- 前記第二加熱装置が、輻射熱源を含む、請求項29に記載のシステム。
- 前記第二加熱装置が、プラズマアークランプを含む、請求項29に記載のシステム。
- 前記第二加熱装置が、オーブンを含む、請求項29に記載のシステム。
- 前記第二加熱装置が、密閉されたレトルトを含む、請求項29に記載のシステム。
- Fe16N2相構成を含む線材を含む永久磁石。
- 前記線材が、少なくとも約0.01ミリメートルの直径を有する、請求項45に記載の永久磁石。
- 前記線材が、約0.1ミリメートルの直径を有する、請求項45に記載の永久磁石。
- 前記線材が、約30MGOeを超えるエネルギー積を有する、請求項45に記載の永久磁石。
- 前記線材が、約60MGOeを超えるエネルギー積を有する、請求項45に記載の永久磁石。
- 前記線材が、約65MGOeを超えるエネルギー積を有する、請求項49に記載の永久磁石。
- 前記線材が、約100MGOeを超えるエネルギー積を有する、請求項50に記載の永久磁石。
- 前記線材が、約60MGOeから約135MGOeの間のエネルギー積を有する、請求項49に記載の永久磁石。
- 前記線材が、前記線材の第一端から前記線材の第二端まで延びる主軸を画定し、かつ前記線材が、少なくとも1個の体心正方晶(bct)窒化鉄結晶を含み、かつ前記少なくとも1個のbct窒化鉄結晶の<001>軸が、前記線材の前記主軸に実質上平行である、請求項45に記載の永久磁石。
- 少なくとも1個の磁区壁ピン止めサイトをさらに含む、請求項45に記載の永久磁石。
- Ti、Co、Ti、Ta、Ni、Mn、Zr、Mo、Nb、Nd、Ga、Ge、C、B、Si、P、Cr、Cu、またはZnのうちの少なくとも1種類を含む相安定化ドーパント元素をさらに含む、請求項45に記載の永久磁石。
- 前記線材が、Fe8N相構成をさらに含む、請求項45に記載の永久磁石。
- 前記線材が、実質上Fe16N2相構成からなる、請求項45に記載の永久磁石。
- Fe16N2相構成を含む薄板を含む永久磁石。
- 前記薄板が、少なくとも約0.01ミリメートルの厚さを有する、請求項58に記載の永久磁石。
- 前記薄板が、約0.1ミリメートルの厚さを有する、請求項58に記載の永久磁石。
- 前記薄板が、約30MGOeを超えるエネルギー積を有する、請求項58に記載の永久磁石。
- 前記薄板が、約60MGOeを超えるエネルギー積を有する、請求項61に記載の永久磁石。
- 前記薄板が、約65MGOeを超えるエネルギー積を有する、請求項62に記載の永久磁石。
- 前記薄板が、約100MGOeを超えるエネルギー積を有する、請求項63に記載の永久磁石。
- 前記薄板が、約60MGOeから約135MGOeの間のエネルギー積を有する、請求項62に記載の永久磁石。
- 前記薄板が、前記薄板の第一端から前記薄板の第二端まで延びる主軸を画定し、かつ前記薄板が、少なくとも1個の体心正方晶(bct)窒化鉄結晶を含み、かつ前記少なくとも1個のbct窒化鉄結晶の<001>軸が、前記薄板の前記主軸に実質上平行である、請求項58に記載の永久磁石。
- 少なくとも1個の磁区壁ピン止めサイトをさらに含む、請求項58に記載の永久磁石。
- Ti、Co、Ti、Ta、Ni、Mn、Zr、Mo、Nb、Nd、Ga、Ge、C、B、Si、P、Cr、Cu、またはZnのうちの少なくとも1種類を含む相安定化ドーパント元素をさらに含む、請求項58に記載の永久磁石。
- 前記薄板が、Fe8N相構成をさらに含む、請求項58に記載の永久磁石。
- 前記薄板が、実質上Fe16N2相構成からなる、請求項58に記載の永久磁石。
- Fe16N2相構成を含む永久磁石であって、前記永久磁石は少なくとも1つの寸法が少なくとも0.1mmの大きさである、永久磁石。
- 前記永久磁石は、少なくとも1つの寸法が少なくとも1mmの大きさである、請求項71に記載の永久磁石。
- 前記永久磁石は、少なくとも1つの寸法が少なくとも1cmの大きさである、請求項71に記載の永久磁石。
- 前記永久磁石が、約30MGOeを超えるエネルギー積を有する、請求項71に記載の永久磁石。
- 前記永久磁石が、約60MGOeを超えるエネルギー積を有する、請求項74に記載の永久磁石。
- 前記永久磁石が、約65MGOeを超えるエネルギー積を有する、請求項75に記載の永久磁石。
- 前記永久磁石が、約100MGOeを超えるエネルギー積を有する、請求項76に記載の永久磁石。
- 前記永久磁石が、約60MG×Oeから約135MG×Oeの間のエネルギー積を有する、請求項75に記載の永久磁石。
- 少なくとも1個の磁区壁ピン止めサイトをさらに含む、請求項71に記載の永久磁石。
- Ti、Cu、またはZnのうちの少なくとも1種類を含む相安定化ドーパント元素をさらに含む、請求項71に記載の永久磁石。
- Fe8N相構成をさらに含む、請求項71に記載の永久磁石。
- 前記永久磁石が、実質上Fe16N2相構成からなる、請求項71に記載の永久磁石。
- 尿素拡散法により金属部材を窒化するステップを含む方法。
- 前記尿素拡散により金属部材を窒化するステップは、前記尿素の窒素原子を分解し、前記窒素原子がチャンバー内で前記金属部材中に拡散するように選択された温度まで前記チャンバー内で尿素と前記金属部材を一緒に加熱するステップを含む、請求項83に記載の方法。
- 前記金属部材が鉄を含む、請求項83に記載の方法。
- 前記金属部材が実質上鉄からなる、請求項85に記載の方法。
- 前記尿素拡散工程後に前記金属部材が実質上前記Fe16N2相構成からなるように尿素対鉄の比が選択される、請求項83に記載の方法。
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