JP2015517024A - 単結晶ミクロ構造およびそれに関する方法と機器 - Google Patents

Abstract

製品、例えば、一つ以上の薄板であって、それぞれが単結晶の、またはほぼ単結晶の介在物含有磁性ミクロ構造を含む薄板が提供される。一つの態様において、介在物含有磁性ミクロ構造はガルフェノール炭化物ミクロ構造である。様々な方法と機器、ならびに組成物も記載される。【選択図】図２

Description

関連出願

[0001]本出願は米国仮出願６１／６１０２５６号（２０１２年３月１３日提出）の米国特許法第１１９条（ｅ）による利益について権利主張するものであり、その出願と公報は、それらの全体がそのままで参考文献として本明細書に取り込まれる。

本発明は、適切に配向した結晶粒から成る望ましいエータ（η）-繊維組織のような、望ましい繊維組織を有する単結晶の、またはほぼ単結晶の磁歪性ミクロ構造を含む介在物含有磁性材料に関する。本発明はまた、その材料を製造および使用する方法、ならびにこれらのミクロ構造を含む機器に関する。

[0002]作動器（アクチュエーター）やセンサーなどの多くの機器は、望ましい結果を得るためには適切なフォームファクター（形状因子）を備えたスマートマテリアル（知的材料）を拠りどころとしている。しかし、多くのそのような材料は、適切なフォームファクターを備えているようには製造することができておらず、そして／または、それらを製造するのに用いられる方法が適切な特性を付与することを達成しないために、望ましい集合組織または最適な性能を備えていない。

[0003]最適な性能を得るために望ましい繊維組織（例えば、η-繊維組織）を伴った適切なフォームファクターを備えたスマートマテリアルに対する必要性を、発明者らは認識している。一つの態様において、一つ以上の薄板を含む製品であって、各々の薄板が単結晶の、またはほぼ単結晶の介在物含有磁性ミクロ構造を含んでいる製品が提供される。一つの態様において、介在物含有磁性ミクロ構造はガルフェノール（Galfenol）炭化物ミクロ構造である。

[0004]一つの態様において、一つ以上の薄板を製造する方法が提供され、この方法は、一種以上のフォームファクター成分をドーパント、磁性材料、磁性材料の性能向上剤および析出物形成剤とともに溶解し、それにより溶融した合金を製造すること；溶融した合金を型の中に注入し、それにより少なくとも一つのインゴットを製造すること；場合により、その少なくとも一つのインゴットをさらに加工すること；少なくとも一つのインゴットについて厚さの低減処理と焼鈍を行い、それにより一つ以上の焼鈍した薄板を製造すること；および、その一つ以上の焼鈍した薄板について集合組織焼鈍（texture annealing）を行い、それにより一つ以上の薄板であって各々の薄板が単結晶の、またはほぼ単結晶の介在物含有磁性ミクロ構造を含む薄板を製造すること；を含む。

[0005]一つの態様において、一つ以上の磁性の薄板（磁気シート）の性能を向上させる方法が提供され、この方法は、磁性材料に一種以上のフォームファクター成分、ドーパント、磁性材料の性能向上剤および析出物形成剤を添加し、それにより溶融した合金を得ること；溶融した合金を型の中に注入し、それにより一つ以上のインゴットを製造すること；場合により、その一つ以上のインゴットをさらに加工すること；一つ以上のインゴットについて厚さの低減処理と焼鈍を行い、それにより一つ以上の焼鈍した薄板を製造すること；および、その一つ以上の焼鈍した薄板について集合組織焼鈍を行い、それにより一つ以上の磁性の薄板であって各々の薄板が単結晶の、またはほぼ単結晶の介在物含有磁性ミクロ構造を含む薄板を製造すること；を含む。

[0006]一つの態様において、（Ｆｅ-Ｇａ-Ａｌ-Ｍｏ-Ｇｅ-Ｓｎ-Ｓｉ-Ｂｅ）_ａ（Ｎｂ_ｄ-Ｔｉ_ｄ-Ｍｏ_ｄ-Ｔａ_ｄ-Ｗ_ｄ）_ｂ（Ｃ-Ｎ-Ｂ-Ｓ）_ｃ（ここで、ａ≧９８、ｂ≦１、ｃ≦１、ｄ≦２、そして（ａ＋ｂ＋ｃ＝１００））の組成式を有する磁性ミクロ構造を含む組成物が提供される。一つの態様において、ｄ＝１または２である。一つの態様において、この組成物は（Ｆｅ-Ｇａ）_９９（Ｎｂ）_０．５（Ｃ）_０．５から成る。

[0007]一つの態様において、各々が単結晶の、またはほぼ単結晶の介在物含有磁性ミクロ構造を含む薄板または薄板の集まりを含む機器が提供される。この機器には、例えば、約２０ｋＨｚ以下、またはそれ以上、例えば５０ｋＨｚ以下といった高い周波数で作動する作動器、センサーまたは環境発電機が含まれる。そのような機器は、医療機器の分野（例えば、組織や骨を切断するための刃を作動させる作動器）、製造プラント（例えば、プラントの内部の無線センサー網に動力を供給するために振動エネルギーを収集するための振動式モーターに付属したもの）、その他同種類のものなどの、広範囲の用途で用いることができる。

[0008]この特許または出願の書類にはカラーで制作された少なくとも一つの図面が含まれる。この特許または特許出願をカラー図面とともに公表したもののコピーは、要求があったときに、必要な料金を支払うとともに特許庁に提出されるだろう。
[0009]図１は、介在物を含まないガルフェノールの薄板の一般的な走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）／後方散乱電子回折（ＳＥＭ／ＥＢＳＤ）の画像を示す。 [0010]図２は、一つの態様に従って単結晶の、またはほぼ単結晶の介在物を含む磁性ミクロ構造を含む薄板を製造する方法を示す流れ図である。 [0011]図３は、本発明に従って図２のインゴットについて厚さを低減して焼鈍する方法を示す流れ図である。 [0012]図４は、一つの態様に従って図２のインゴットをさらに加工する方法を示す流れ図である。 [0013]図５は、様々な態様に係る一般的な磁歪（ｐｐｍ）対回転角度（度）の曲線を示すグラフである。 [0014]図６は、実施例１において製造した集合組織焼鈍をした薄板の一部の巨視的な（肉眼で見える）画像を示し、様々な態様に係るＳＥＭ／ＥＢＳＤと磁歪のそれぞれについての試験サンプルの位置（実線）が示されている。 [0015]図７は、一つの態様に関して図６で示した磁歪サンプルの領域のＳＥＭ／ＥＢＳＤ画像（２００倍）を示す。 [0016]図８は、様々な態様に関して図７で示す結晶粒についてのエータ（η）-繊維組織と圧延方向（ＲＤ）との間の配向不整角度（すなわち、以下では「配向不整」という）を示すヒストグラム（度数分布図）である。 [0017]図９は、様々な態様に関して図７で示す結晶粒についての極点図の解析を示す。 [0018]図１０は、実施例２において製造した集合組織焼鈍をした薄板の一部の巨視的な画像を示し、様々な態様に係る磁歪の解析と集合組織の解析（ＳＥＭ／ＥＢＳＤ）のそれぞれについての試験サンプルの位置（破線）が示されている。 [0019]図１１Ａ（５００倍）と図１１Ｂ（１５００倍）は、一つの態様に関して図１０で示した磁歪サンプルの領域のＳＥＭ画像を示す。 [0020]図１２Ａは、図１０の磁歪サンプルの領域における結晶粒についてのＥＢＳＤによる方位画像化マップ（２００倍）を示し、「＃１」、「＃２」および「＃３」と番号付けしたものは様々な態様に係る三つの異なる結晶粒の領域を示す。 [0021]図１２Ｂは、様々な態様に関して図１２Ａで示す三つの結晶粒についての配向不整を示すヒストグラムである。 [0022]図１３は、様々な態様に関して図１２Ｂで示す三つの結晶粒についての極点図の解析を示す。 [0023]図１４は、実施例３において製造した集合組織焼鈍をした薄板の一部の巨視的な画像を示し、様々な態様に係る集合組織の解析（ＳＥＭ／ＥＢＳＤ）と磁歪の解析（＃１および＃２）についての試験サンプルの位置（破線）が示されている。 [0024]図１５は、図１４の磁歪サンプルの領域における結晶粒についてのＥＢＳＤによる方位画像化マップを示し、＃１（６°の配向不整）および＃２（１５°の配向不整）と番号付けしたものは様々な態様に係る二つの異なる結晶粒の領域を示す。 [0025]図１６は、様々な態様に関して図１５で示す二つの結晶粒についての配向不整を示すヒストグラムである。 [0026]図１７は、様々な態様に関して図１５で示す二つの結晶粒についての極点図の解析を示す。 [0027]図１８は、実施例４において製造した集合組織焼鈍をした薄板の一部の巨視的な画像を示し、様々な態様に係る磁歪（「ＭＳ」）とＳＥＭ／ＥＢＳＤ（「Ａ」）のそれぞれについての試験サンプルの位置（実線）が示されている。 [0028]図１９は、図１８の磁歪サンプルの領域における結晶粒についてのＥＢＳＤによる方位画像化マップを示し、「＃１」、「＃２」および「＃３」と番号付けしたものは様々な態様に係る三つの異なる結晶粒の領域を示す。 [0029]図２０は、様々な態様に関して図１９で示す三つの結晶粒についての配向不整を示すヒストグラムである。 [0030]図２１は、様々な態様に関して図１９で示す三つの結晶粒についての極点図の解析を示す。 [0031]図２２は、一つの態様に関して図１８において「ＭＳ」と表示した領域からのサンプルについてのマイクロプローブ分析によるＳＥＭ画像（１５０倍）である。 [0032]図２３は、実施例５において製造した集合組織焼鈍をした薄板の集合組織の解析（ＳＥＭ／ＥＢＳＤ）である。 [0033]図２４は、図２３で示す結晶粒についての配向不整を示すヒストグラムである。 [0034]図２５は、図２３で示す結晶粒についての極点図の解析を示す。 [0035]図２６は、様々な態様に係る幾つかの典型的なサンプルについての測定された飽和磁歪対配向不整角度を示すグラフである。

[0036]本発明の態様についての以下の詳細な説明において、各態様は当業者がそれらを実施できる程度に十分に詳しく説明され、本発明の主題の真意と範囲から逸脱することなく他の態様を用いることができて、また化学的な変更または手順上の変更を成しうるということが理解されるべきである。従って、以下の詳細な説明は限定的な意味で解釈されるべきではなく、本発明の態様の範囲は添付する特許請求の範囲によってのみ確定される。以下の詳細な説明は定義づけの項で始まり、続いてガルフェノールについての簡潔な概略、実施態様についての説明、実施例の項、および簡潔な結論と続く。

[0037]ここで用いられる「インゴット」という用語は、さらなる加工に適した形状に鋳造された中間製品を指す。

[0038]ここで用いられる「薄板（sheet）」という用語は、圧延などによってさらに加工されたインゴットを指す。

[0039]「スマートマテリアル（知的材料）」という用語は、応力、温度、湿度、ｐＨ、電界または磁界のような外部からの刺激によって制御されたやり方で変化しうる一つ以上の特性を有する材料を指す。

[0040]ここで用いられる「磁歪」という用語は、磁界に晒されたときに強磁性材料がその形状または寸法の変化を起す強磁性材料の特性を指し、そのような特性は材料の磁気ひずみが変化する結果として生じる。加えた磁界によって材料の磁化が変化することによって、磁気ひずみはその飽和値λに達するまで変化する。磁歪性材料はスマートマテリアルの一種である。本明細書において条件をつけずに用いる場合、「磁歪」という用語は「飽和磁歪」を指すことを意図している。

[0041]ここで用いられる「うず電流損」という用語は、変化する磁界またはＡＣ状態（交流状態）に晒されたときに、磁歪性材料のような導電体の中で発生する電流を指す。そのような電流は内部磁界の形成を誘導し、それは外部で変化する磁界を妨害し、従って、磁歪性材料の効率を低下させる。

[0042]ここで用いられる「ガルフェノール（Galfenol）」という用語は、主として鉄とガリウムで構成される合金を指す。

[0043]ここで用いられる「軟質」という用語は、１ｋＡ/ｍ（１２．５ Ｏｅ）未満の保磁力を有するか、あるいは飽和に達するのに低い磁界（すなわち、＜１０００Ｏｅ）を要する磁性材料を指す。

[0044]ここで用いられる「環境発電機（energy harvester）」という用語は、その周囲からエネルギーを収集する機器を指す。太陽電池と風力タービンは環境発電機の例である。ポンプ、モーター、送風機、その他同種類のものからの振動は、磁歪性材料から製造された振動に基づく環境発電機を使用して電気エネルギーに変換することができる。

[0045]ここで用いられる「繊維組織」または「集合組織」または「エータ（η）-繊維組織」という用語は、結晶方位を指す。ガルフェノールについて望ましい繊維組織は、ミラー指数の表示法によって定義すると、加えた磁界または応力の方向に平行な＜００１＞である。ガルフェノールのような体心立方晶（ｂｃｃ）金属については、この集合組織は「エータ（η）-繊維組織」とも定義される。

[0046]ここで用いられる「圧延方向」または「（ＲＤ）」という用語は、圧延される金属の薄板の面内の方向であって、圧延を行う際のロールの軸（すなわち、縦方向）に垂直な方向を指す。

[0047]ここで用いられる「繊維組織の配向不整（エータ（η））」または「繊維組織の配向不整角度」または「配向不整」という用語は、エータ（η）-繊維組織結晶粒（すなわち、エータ（η）-繊維組織）と圧延方向（ＲＤ）との間の（角度の）ずれを指す。弱い配向不整は約１５度未満である。中程度の配向不整は約１６度と約３０度の間である。強い配向不整は少なくとも約３１度である。

[0048]ここで用いられる「薄い」という用語は、０．１１０インチ（２．８ｍｍ）未満の厚さを有する材料を指す。

[0049]ここで用いられる「ほぼ単結晶」という用語は、比較的大きな単結晶の領域の中に数個の小さな結晶粒を含むミクロ構造を指す。従って、「ほぼ単結晶の薄板」はそのようなミクロ構造を含む薄板を指す。

[0050]ここで用いられる「注入温度」または「注入点」という用語は、溶融した金属を型の中に注ぎ、そして実質的に型を満たすことのできる過熱温度を指す。これは、固体が固体から液体へと状態を変化させるもっと低い温度である「溶融温度」とは異なる。

[0051]ここで用いられる「トランプエレメント」という用語は、鉄鉱石の中に含まれる不純物元素であって、鉄鉱石をシムストックに転化するプロセスの間に除去されない元素を指す。トランプエレメントには周期表を通しての多くの様々な元素が含まれ、それらの濃度は典型的に１０ｐｐｍｗ未満である。

[0052]ここで用いられる「シムストック（shim stock）」という用語は、金属（例えば、アルミニウム、黄銅、低炭素鋼など）の薄い（≦０．０３１インチ（０．０７９ｃｍ））板を指す。１００８〜１０１０低炭素鋼はシムストックの一例である。

[0053]ここで用いられる「ドーパント（微量添加元素）」という用語は、物質の特性を変えるためにその物質に添加される元素を指す。結晶質の物質の場合、ドーパントの原子は材料の結晶格子の中にあった元素と入れ代わることができ、あるいは結晶格子の周期性によって作り出される空間の中に割り込む。溶融工程の前に合金系において用いられる場合、ドーパントは後続の加工工程においてマトリックス（の混合物）の全体に分散して残る。

[0054]ここで用いられる「介在物」という用語は、材料の特性を変えるためにその材料の中に意図的に含ませる粒子を指す。介在物は添加されるドーパントと析出物形成剤の組み合わせから形成される。例としては、（これらに限定はされないが）金属の酸化物、窒化物、炭化物、カルシウム化物または硫化物がある。従って、望ましくない外来の粒子を指すものである「介在物」という用語についての一般的な用法と比較すると、ここで用いられる「介在物」という用語は、望ましい析出物を指すことが意図されている。

[0055]ここで用いられる「均一密度の倍数（Multiples of Uniform Density）」または「ＭＵＤ」という用語は、ランダムな分布による強度と比較しての極点（結晶面または結晶方向）の集まりの強度の尺度を指す。ＭＵＤの値は標準化した値であり、従って、様々なデータのセットどうしの間での直接の比較を考慮するものである。データのセットを比較する場合、より大きなＭＵＤ値は集合組織のより強い度合いを示す。

[0056]ここで用いられる「異常結晶粒成長（Abnormal Grain Growth）」または「ＡＧＧ」という用語は、不連続な結晶粒成長を指す。異常結晶粒成長は、少数の極めて大きな結晶粒によって占められたミクロ構造を生じさせる場合がある。弱いＡＧＧは、望ましい繊維組織とともに３５面積％未満のミクロ構造を有する。中程度のＡＧＧは、望ましい繊維組織とともに３５面積％と５０面積％の間のミクロ構造を有する。強いＡＧＧは、望ましい繊維組織とともに５０面積％よりも大きなミクロ構造を有する。

[0057]ジュール効果を用いると、ガルフェノールに磁界を加えることができ、このとき、この材料は公知で制御可能な形状または寸法の変化を伴った反応を示す。磁界はＤＣ（直流）からｋＨｚの範囲までで、これと同じ周波数で振動するガルフェノールのひずみ反応とともに、振動させることができる。ヴィラリー効果を利用して、ガルフェノールは外部から加えた応力に対してこの材料内での磁化の変化を伴って反応する。

[0058]従って、ガルフェノールは機械的な状態（応力、ひずみ、および力）の変化を感知するためのセンサーとして、作動器として、および環境発電機として用いることができる。エネルギーを収集すること（環境発電）において、例えば、ポンプ発動機からの振動する機械的応力をガルフェノール含有材料と結びつけることができ、それによって生じるガルフェノール内での振動する磁化の変化を電気エネルギーに変換して、これを警報器またはその他のセンサーによって直接用いるか、あるいは将来使用するための電池またはコンデンサーのようなエネルギー貯蔵機器において貯蔵する。

[0059]明確な結晶方位（例えば、繊維組織）は、ガルフェノール材料が上記の条件に対して好都合に反応することを可能にする。この特性は、ガルフェノール（およびその他の軟磁歪性材料）中に存在する異方性を相殺するのを助ける。ガルフェノールについて、これらの好都合な結果を生じさせるための望ましい繊維組織（η-繊維組織）は、ミラー指数の表示法によって定義すると、加えた磁界または応力の方向に平行な＜００１＞である。

[0060]ガルフェノールにおける最大の効率（最小のうず電流損）は、作動器、センサーまたは環境発電機の適切な操作を可能にする。うず電流損は、次のように定義される一つの表皮深さ未満の適切なフォームファクター（形状因子）を選択することによって最小化することができる：

ここで、ω＝角周波数（２πｆ）、σ＝導電率、μ_０＝空間の透磁率、およびμ_ｒ＝材料の比透磁率である。このようなフォームファクターとしては、例えば、適当な厚さまたは直径の薄板、線材、薄膜または粉末がある。一例として、０．０１５インチ（０．３８１ｍｍ）未満の薄板の厚さまたは線材の直径が、作動器、センサーまたは環境発電機として２０ｋＨｚ以下で作動するガルフェノールにおけるうず電流損を最小にするのに有用である。

[0061]棒状の望ましいη-繊維組織を有するガルフェノールを製造するための指向性凝固の製造法が開発された（例えば、ブリッジマン・フリースタンド帯溶融法（ＦＳＺＭ））。しかし、ガルフェノールを一つの表皮深さ未満のフォームファクターまで薄く打ち延ばすために、凝固後の高価な加工工程が必要となる。ガルフェノールを適当なフォームファクターで製造するために、圧延や線引き加工のような一般的な金属成形方法を用いることもできる。しかし、これらの方法は、最適な性能を得るための望ましいη-繊維組織の開発を伴わない。

[0062]ガルフェノールを薄板の形に圧延するための試みが成された。しかし、結果は満足できるものではなく、ＥＢＳＤによって証明されたように、飽和磁歪は１５４ｐｐｍ以下となり、またサンプルのわずかに３８面積％だけが圧延方向から３０度以下で配向不整したエータ（η）-繊維組織を有する低い集合組織ないしは中程度の集合組織となった。介在物の存在を伴わずに得られたミクロ構造と極点図（すなわち、繊維組織の分析）の一例を図１に示す。図１において、エータ（η）-繊維組織の配向を有する結晶粒を黒色で示していて、このサンプルの３８面積％を包含する。極点図からの５．６３の最大のＭＵＤ値は弱い集合組織を示唆している。E. Summers, R. Meloy, Suok-Min Na,「焼鈍したガルフェノール合金における磁歪と集合組織の関係」Journal of Applied Physics, 105巻, 2009, 07A922, 2009年2月19日, を参照されたい。

[0063]ここで説明する様々な態様は、適切に配向した結晶粒から成る望ましいエータη-繊維組織のような、望ましい繊維組織を有する単結晶の、またはほぼ単結晶の磁歪性ミクロ構造を含む介在物含有磁性材料を提供する。様々な態様はさらに、その材料を製造および使用する方法、ならびにこれらのミクロ構造を含む機器を提供する。一つの態様において、磁歪性ミクロ構造はガルフェノールを含む。

[0064]望ましい特性を有する単結晶の、またはほぼ単結晶の磁歪性ミクロ構造を製造することができることは驚くべきことである。何故ならば、加工を行う間に介在物を形成するためにドーパントを使用することは、これまでは、得られる材料に対して有害な影響があるために、望ましくないと考えられてきたからである。例えば、一般的な変圧器用鋼（すなわち、電気用鋼）の製造プロセスにおいて、炭素のドーパントを添加することは、それが材料の変圧器性能に悪影響を及ぼすことがあるので、通常は回避される。従って、従来の知識によれば、単結晶の、またはほぼ単結晶のミクロ構造を形成する際にドーパントを意図的に添加することは否定される。

[0065]それに対して、ここで説明する様々な態様は、望ましい特性を有する介在物含有ミクロ構造を製造するためにドーパントを望ましい量で意図的に添加することによって製造される製品を含む。一つの態様において、ドーパントは炭素（Ｃ）である。一つの態様において、ドーパントをマトリックス中に存在する析出物形成剤と組み合わせ（すなわち、出発成分の混合物）、それにより最終製品中に介在物（例えば、炭化物の介在物）を形成する。一つの態様において、析出物形成剤はＮｂであり、生じる介在物は炭化ニオブ（ＮｂＣおよび／またはＮｂ_２Ｃ））である。ＮｂＣだけを含む材料よりもむしろ、少なくともある量のＮｂ_２Ｃが存在すると、材料の性能が改善されるかもしれない。

[0066]公知の（結晶粒）方向性変圧器用鋼（すなわち、電気用鋼）（例えば、Ｆｅ-Ｓｉ合金）もまた、望ましい「ゴス組織」（cube-on-edge）を有する薄板を製造するために冷却を行う間のオーステナイト相（γ相）からフェライト相（α相）への相変態を拠りどころとしている。それに対して、ここで説明する態様においては、プロセスのいずれの段階においてもフェライト相が変態しない（すなわち、不変のままである）材料（例えば、ガルフェノール合金）が用いられる。

[0067]様々な態様は、これまでに未達成であった高いエータ（η）-繊維組織を有する材料を提供する。一つの態様において、エータ（η）-繊維組織は約４５．３面積％よりも大きく約８０面積％以上まで、例えば約１００面積％までであり、それらの間のすべての範囲を含む。一つの態様において、エータ（η）-繊維組織は約４５．４面積％と約８０面積％の間であり、例えば約５０面積％と約８０面積％の間である。

[0068]様々な態様はまた、従来の材料と比較して（本明細書で定義している用語としての）繊維組織の配向不整が低減した材料を提供する。一つの態様において、配向不整は約２０°未満、例えば約１０°未満、約５°未満、約２°以下である。

[0069]磁歪は、ある程度、繊維組織および配向不整と相関する。一つの態様において、また所定の量の磁性材料の性能向上剤（例えばガリウム）について、ここで説明する結晶質ミクロ構造は、一般的な単結晶の（またはほぼ単結晶の）ミクロ構造と比較して、実質的に同等の磁歪を有する。また、一つの態様において、ここで説明する結晶質ミクロ構造は、一般的な単結晶の（またはほぼ単結晶の）ミクロ構造と比較して増大した磁歪を有することができ、例えばその磁歪は約２００ｐｐｍよりも大きく約３００ｐｐｍ以上まで、例えば３５０ｐｐｍ以上まで、例えば３９０ｐｐｍ以上、例えば約３９９．９ｐｐｍである。一つの態様において、磁歪は約２００．１ｐｐｍと約３００ｐｐｍの間である。一つの態様において、磁歪は少なくとも約２００ｐｐｍである。一つの態様において、単結晶のミクロ構造は本質的に完全な単結晶（すなわち、欠陥の無いもの）であり、４００．０ｐｐｍの磁歪を有する。

[0070]様々な態様は、圧延方向（ＲＤ）−横断方向（ＴＤ）の面で大きな結晶粒径を有する材料を提供する。一つの態様において、結晶粒径は少なくとも約８ｍｍからその１〜２桁以上の大きさである（例えば、少なくとも約８００ｍｍ以上）。一つの態様において、結晶粒径は約８．１ｍｍと約９０ｍｍ以上の間、例えば少なくとも約２５０ｍｍである。一つの態様において、ＲＤ−ＴＤ面における結晶粒径は少なくとも約１０ｍｍである。
さらに大きな粒径も可能であろう。

[0071]様々な態様は、一つの態様において約０．１１８インチ（３ｍｍ）以下の厚さを有する薄い材料を提供する。一つの態様において、その厚さは０．１１０インチ（２．８ｍｍ）未満からその１桁以下までの小ささであり、例えば約０．０８インチ（０．０２ｍｍ）未満、例えば約０．０４インチ（０．１ｍｍ）未満、例えば約０．０１インチ（０．２５４ｍｍ）以下であり、これらの間の任意の範囲が含まれる。一つの態様において、その材料は約０．０１５インチ（０．３８１ｍｍ）以下の厚さを有する。一つの態様において、厚さは約０．００６インチ（０．１７ｍｍ）以下である。一つの態様において、厚さは約０．００５インチ（０．１２７ｍｍ）から約０．０１５インチ（０．３８１ｍｍ）までの範囲である。

[0072]材料が示す周波数での性能は、ある程度、材料の厚さに依存する。ここで説明している新規な材料は数１０Ｈｚからその１〜２桁以上までの周波数を示す（すなわち、数１００Ｈｚ、数１０００Ｈｚ）。一つの態様において、作動周波数は少なくとも約１ｋＨｚ以上であり、例えば約２５ｋＨｚ以上、例えば約３０ｋＨｚ以下であり、これらの間の任意の範囲が含まれる。一つの態様において、周波数は約２０ｋＨｚよりも大きい。一つの態様において、材料は約０．３８ｍｍ以下の厚さを有し、そして作動周波数は約１０ｋＨｚ程度の高さである。一つの態様において、材料は約０．１２ｍｍ以下の厚さを有し、そして作動周波数は約２０ｋＨｚまたは約３０ｋＨｚ程度の高さである。もっと高い周波数（例えば、５０ｋＨｚ）も得られるだろう。

[0073]一つの態様において、得られる材料は薄板として提供される。一つの態様において、薄板のサイズは大きく、そして薄板を形成するために用いられる機械によってのみ限定される。一つの態様において、薄板は少なくとも１平方インチ（約６．４５ｃｍ^２）または約１〜約１９平方インチ（６．４５〜１２２．５８ｃｍ^２）の面積を有し、これらの間の任意の範囲が含まれる。一つの態様において、薄板は少なくとも５平方インチ（３２．３６ｃｍ^２）の面積、または約５平方インチ（３２．３６ｃｍ^２）と約１０平方インチ（６４．５２ｃｍ^２）の間の面積を有し、これらの間の任意の範囲が含まれ、あるいはもっと大きくて、例えば約１５平方インチ（９６．７７ｃｍ^２）以上、例えば約２０平方インチ（１２９．０３ｃｍ^２）であり、これらの間の任意の面積サイズが含まれる。幾つかの態様において、薄板は約２０平方インチ（１２９．０３ｃｍ^２）よりも大きな面積、例えばそれよりも１〜２桁以上大きな面積を有する。

[0074]ここで説明している材料を製造するために、様々な方法が用いられる。しかし、得られる材料が所望のサイズと機能性を有する単結晶の、またはほぼ単結晶の磁歪性ミクロ構造を含むことを確実にするために、特定の工程が用いられる。

[0075]図２に示す態様において、方法２００は、フォームファクター成分を析出物形成剤、ドーパント、磁性材料、および磁性材料の性能向上剤を含む成分とともに溶解し（例えば、誘導溶解し）、それにより溶融した合金を製造する工程２０２；溶融した合金を型の中に注入し、それによりインゴットを製造する工程２０４；場合により、そのインゴットをさらに加工する工程２０５；インゴットについて厚さの低減処理と焼鈍を行い、それにより厚さが低減して焼鈍した薄板を製造する工程２０６；および、その厚さが低減して焼鈍した薄板について集合組織焼鈍（texture annealing）を行い、それにより単結晶の、またはほぼ単結晶の介在物含有磁性ミクロ構造を含む薄板を製造する工程２０８；を含む。一つの態様において、一つよりも多くのインゴットを製造することができる。一つの態様において、一つよりも多くのインゴットから一つよりも多くの薄板を製造することができる。

[0076]一つの態様において、溶解は真空または部分真空（例えば、約１５インチＨｇ（０．５気圧））の下で行われる。

[0077]一つの態様において、フォームファクター成分は、薄い壁の閉じた円筒に形成された適当な長さを有する１個のシムストックを含み、その長さは用途に応じて変えることができる。様々な態様において、シムストックはその長さを約２０〜約２５ｃｍとすることができ、例えば約２３〜約２４ｃｍの長さとし、これらの間の任意の範囲が含まれる。一つの態様において、約２３．５ｃｍの長さを有するシムストックが用いられる。フォームファクター成分は、溶解の工程の間にこのフォームファクター成分が装入される容器（例えば、るつぼ）の中を埋めて、少量の炭素と合金の成形性を改善するトランプエレメントを含む溶融物を提供し、従って、得られる薄板の圧延性を改善する。

[0078]一つの態様において、シムストックは炭素鋼であり、例えば、約４００ｐｐｍｗ未満のＣ（炭素）を含む低炭素鋼合金である。一つの態様において、フォームファクター成分として１００８低炭素鋼合金が用いられる。一つの態様において、１０１８、１０２０またはその他の低炭素鋼合金が用いられる。一つの態様において、約０．０１インチと約０．３１インチの間（０．０２５〜０．７９ｃｍ）の厚さを有する１００８〜１０１０低炭素鋼が用いられる。一つの態様において、厚さはおよそ０．０１±０．０５インチ（０．０２５±０．１３ｃｍ）である。

[0079]一つの態様において、鉄は磁性材料のものとする。一つの態様において、鉄と炭素が鉄-炭素（Ｆｅ-Ｃ）母合金として添加され、炭素は最終的な合金の成形性を改善し、従って、その最終的な合金は通常の金属加工技術を用いて加工することができる。鉄-炭素合金中の炭素はまた、炭化物を形成するための炭素供給源（すなわち、ドーパント）も提供する。

[0080]一つの態様において、電解鉄も用いられる。一つの態様において、合金中の不純物の量を制御するための「基礎」成分として高純度の電解鉄（例えば、少なくとも約９９．９５％の純度）が用いられる。

[0081]一つの態様において、磁性材料向上剤はガリウム（Ｇａ）である。ガリウムは磁性材料（例えば鉄）の磁気性能を増大させることができる。一つの態様において、Ｇａは４Ｎの純度（９９．９９％の純度）を有する。一つの態様において、Ｇａは約０．１重量％（０．０８原子％）と約２４重量％（２０．２原子％）の間の範囲で添加され、これらの間の任意の範囲が含まれ、例えば約２０重量％と約２４重量％の間、例えば約２２重量％と約２４重量％の間、例えば約２２重量％（１８．４原子％）と約２３重量％（１９．３原子％）の間であり、これらの間の任意の範囲が含まれる。一つの態様において、磁性材料の性能向上剤はＧａ、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、スズ（Ｓｎ）、ケイ素（Ｓｉ）、ベリリウム（Ｂｅ）またはこれらの組み合わせから選択される。

[0082]任意の適当なドーパントを用いることができる。一つの態様において、ドーパントは炭素である。一つの態様において、炭素は鉄-炭素合金の中に存在し、例えば鉄中に約１．５〜約３．５重量％炭素の範囲で存在する。従って、一つの態様において、炭素は鉄-炭素合金の一部としてか、あるいは単独で、重量で約１．５％〜約３．５％の範囲で添加され、例えば約１．５〜約３．０重量％の範囲、また例えば約２．０〜約２．５重量％の範囲で添加され、これらの間の任意の範囲が含まれる。一つの態様において、少なくとも約２．１重量％の炭素が添加される。

[0083]一つの態様において、溶解されるときに炭素の含有量は低減され（すなわち、「希釈」され）、例えば約０．１４重量％（重量で１００万分の１４００部（ｐｐｍｗ）、０．６８原子％Ｃ）の量まで、あるいはもっと低い量、例えば０．０２３重量％（２３０ｐｐｍｗ）まで低減され、これらの間の任意の範囲が含まれる。一つの態様において、炭素量の低減は最少限にまでされ、例えば約２００ｐｐｍｗ以下にされる。

[0084]一つの態様において、ドーパントには追加として、あるいは代替として、窒素（Ｎ）および／またはホウ素（Ｂ）が含まれていてもよい。合金が脆くなって成形不能になるのが防止されるように注意が払われるならば、ドーパントとして硫黄（Ｓ）を用いてもよい。

[0085]ここで説明している様々な態様では、最終製品の特性と特徴に影響を及ぼす複数の介在物を利用する。一つの態様において、プロセスの集合組織焼鈍の工程を行う間に、すなわち、異常結晶粒成長（ＡＧＧ）をさせる間に、適切な集合組織を発現させるために介在物が有用である。ドーパントと析出物形成剤を組み合わせると介在物が形成される。任意の適当な析出物形成剤を用いることができる。一つの態様において、マトリックス（母相）において固溶強化の効果を与え、それにより合金の機械的強靭さを改善するために、過剰な析出物形成剤が添加される。

[0086]一つの態様において、析出物形成剤としてニオブ（Ｎｂ）が用いられる。用いられるＮｂの量は、目標とする介在物の総含有量によって決定される。一つの態様において、ドーパントの大部分が析出して過剰なＮｂが固溶体の中に留まるように、十分なＮｂが添加される。一つの態様において、ドーパントは炭化物として析出する炭素であり、そしてＮｂは約０．８重量％（０．５原子％Ｎｂ）以上の量で添加される。

[0087]生じる介在物が集合組織焼鈍の温度において安定で、マトリックスの溶体の中に入って行かない限りにおいて、他の析出物形成剤を用いてもよい。そのような析出物形成剤としては、例えば、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）およびタンタル（Ｔａ）がある。しかし、炭化バナジウムは集合組織焼鈍温度において安定ではなく、磁歪が低くなり、また測定できるほどのＡＧＧが生じないようである（３８．３重量％の１００８低炭素鋼（Earle M. Jorgensen Co., Lynwood, カリフォルニア州）、３９．７重量％の電解鉄（９９．９５％最低純度、Less Common Metals）、２１．８重量％のガリウム（９９．９９％最低純度、Continental Metals）、および０．１８重量％のバナジウム金属（９９．７％最低純度、Alfa Aesar）を用いて試験した）。

[0088]ドーパントと析出物形成剤の濃度は、任意の適当なやり方で増減させて変えることができる。あまりに多くのドーパントと析出物形成剤を用いると、あまりに多くの介在物が形成される場合があり、そのため、高い集合組織焼鈍温度（すなわち、保持温度）においてさえＡＧＧが生じない。むしろ、介在物は小さな結晶粒を固定する場合があり、従って、それらは優先サイズについての利点を得ることができない。

[0089]ここで提示する理論によって拘束されることは望まないが、集合組織焼鈍のプロセスの際に、熱処理を行う間に温度が上昇するとき、介在物が存在することによって全てのタイプの配向した結晶粒（すなわち集合組織）の著しい成長が抑制されると考えられる。一つの態様において、保持温度に達したとき、顕著な結晶粒成長または集合組織の発達はまだ生じていない。特定の潜伏期（すなわち、保持時間）の後、エータ（η）-繊維組織に配向した結晶粒は介在物の固着効果を克服するためのかなりの熱エネルギーを吸収することができ、一方、非エータ（η）結晶粒は固着されたままとなる。やがてはエータ（η）-繊維組織となる結晶粒はこの潜伏期の後に急速に成長し始めることができ、そして残っているマトリックスの結晶粒の大部分を消費する大きなサイズによる有利性を得て、その結果、単結晶状の生成物が生じる、すなわち異常結晶粒成長（ＡＧＧ）の反応が生じる。

[0090]様々な集合組織焼鈍のパラメーターを用いることができる。満足なＡＧＧ反応を生じさせるのに十分な熱が与えられ、そしてエータ（η）-繊維組織の結晶粒が介在物の固着効果を克服するのに十分な熱エネルギーが与えられるように、保持温度が選択される。一つの態様において、保持温度は約１１００℃から約１２５０℃までの範囲とすることができる。ＡＧＧ反応に悪影響を及ぼさない限りにおいて、もっと高い温度を用いることができるだろう。そのような悪影響とは、理想的でない結晶粒が固着を解かれて、そしてエータ（η）-繊維組織の結晶粒と平行に成長し、それによりＡＧＧ反応の大きさが低下する、といったことである。温度が低すぎる場合は、供給される熱エネルギーの量は、エータ（η）-繊維組織の結晶粒が介在物の固着効果を克服するのには不十分となる。

[0091]ＡＧＧを生じさせるためには十分な保持時間が必要となる。一つの態様において、保持時間は約１２時間未満であり、例えば約６時間未満、またはそれよりも短く、例えば約２．５時間以下である。

[0092]保持温度（焼鈍温度）と保持時間は逆比例の関係にあり、例えば、保持温度が高いほど、より短い保持時間を用いることができる。任意の適当な保持温度を用いることができる。一つの態様において、保持温度は約１１００℃と約１２５０℃の間である。

[0093]任意の適当な加熱および冷却の速度を用いることができる。一つの態様において、加熱と冷却の速度は約１℃／分から約１０℃／分まで変えることができる。

[0094]集合組織焼鈍の工程を行う間、任意の適当な大気環境または組み合わせた環境を用いることができる。一つの態様において、アルゴンまたはヘリウムのような不活性の環境が用いられる。一つの態様において、その環境は追加して、または代替として、（プロセスにおける異なる時点において）１００％の乾燥水素（Ｈ_２）を含む。一つの態様において、その環境は追加して、または代替として、５０％乾燥Ｈ_２／５０％窒素（Ｎ_２）の混合物を含む。

[0095]一つの態様において、保持温度は１２５０℃を超えず、そして保持時間は約６時間未満であり、例えばアルゴンの環境中で約２．５時間である。

[0096]一つの態様において、１００％の乾燥Ｈ_２環境中での集合組織焼鈍によって、わずかの残留マトリックス結晶粒（すなわち、島）を有するミクロ構造が生成する。一つの態様において、そのような環境中で生成した材料のミクロ構造の分析によれば、それは、アルゴンの環境中で製造した材料と比較して、およそ３３．３％少ない残留マトリックス結晶粒を有する。一つの態様において、１００％の乾燥Ｈ_２環境中では明確な全体にわたるエータ（η）-繊維組織を形成することができ、それはＲＤ（圧延方向）との不整合さが、アルゴンの環境中で製造した材料の全体的なエータ（η）-繊維組織よりも平均して約３３％低い。一つの態様において、全体的なエータ（η）-繊維組織は、アルゴンの環境についてはＲＤとの不整合さが平均して少なくとも約１８°であるのと比較して、ＲＤとの不整合さが平均して約１３°以下である。

[0097]エータ（η）配向不整の低減とエータ（η）-繊維組織の面積％の増大は磁歪性能の改善に寄与する。一つの態様において、磁性材料の性能向上剤はガリウムであり、集合組織焼鈍を行う際の環境は１００％の乾燥Ｈ_２環境であり、このとき材料は、アルゴンの環境中で製造する材料の飽和磁歪よりも、平均して少なくとも８％以上、例えば約９％以上、あるいはもっと高い飽和磁歪を示す。一つの態様において、アルゴンの環境については飽和磁歪は平均して約２３１ｐｐｍ以下であるのと比較して、飽和磁歪は平均して少なくとも約２５２ｐｐｍである。しかしながら、一つの態様において、ここで説明している他の態様と組み合わせてアルゴンを用いると、先行技術のプロセスと比較して改善された製品が得られる。

[0098]一つの態様において、ＡＧＧは中程度であるか、あるいは強く、そして炭素のような添加されるドーパントの量に依存する。一つの態様において、約２３０ｐｐｍ（０．１原子％）以下のＣが存在し、そして生じるＡＧＧは弱い。一つの態様において、約２３０〜約１４００ｐｐｍｗ（０．１〜０．６８原子％）のＣが存在し、生じるＡＧＧは中程度ないしは強い。一つの態様において、炭素が約７００ｐｐｍｗ（０．３４原子％）と約１０００ｐｐｍｗ（０．５原子％）の間の範囲で添加され、生じるＡＧＧは中程度ないしは強い。もっと多くの炭素含有量を用いる態様は集合組織焼鈍を行った後に残る残留マトリックス結晶粒をもたらし、それは磁歪のような磁気特性に悪影響を及ぼすかもしれない。

[0099]一つの態様において、図３に示すように、厚さを低減させる工程２０６は、最初にインゴットを熱間圧延し、それにより第一の厚さが低減した薄板を製造する工程３０２；薄板の表面に対してビーズブラスティング（ビーズ吹付け）を行い、それにより周囲のき裂がない第二の厚さが低減した薄板を製造する工程３０４；第二の厚さが低減した薄板を温間圧延し、それにより第三の厚さが低減した薄板を製造する工程３０６；第三の厚さが低減した薄板について封孔処理と焼鈍を行い、それにより焼鈍した薄板を製造する工程３０８；および、焼鈍した薄板を圧延し、それにより厚さが低減して焼鈍した薄板を製造する工程３１０（冷間圧延）；を含み、これによる製品は、図２で説明した集合組織焼鈍の工程２０８に供される。この場合もまた、一つの態様において、一つよりも多いインゴットおよび／または一つよりも多い薄板であって前述したタイプの任意のものを製造することができる。

[00100]一つの態様において、熱間圧延の工程は選択的に行うクロスローリングの工程であり、これは薄板の幅を大きくするために行うことができる（９０°の回転）。封孔処理と焼鈍の工程（３０８）は、冷間圧延の工程（３１０）を行う前に内部応力を低減または除去するのに有用である。封孔処理と焼鈍の工程（３０８）は、ステンレス鋼のバッグのような任意の適当な容器の中で行うことができる。この工程においては任意の適当な温度と時間を用いることができる。圧延工程３１０は潤滑剤と重ね圧延の組み合わせを用いて行うことができる。

[00101]一つの態様において、図４に示すように、インゴットをさらに加工する選択的な工程２０５は、図２の鋳造工程２０４において製造したインゴットを分割し、それにより分割したインゴットを製造する工程４０２、およびその分割したインゴットの表面を研磨し、それにより研磨されたインゴットを製造する工程４０４を含み、このインゴットは図１および図２に示す厚さを低減する工程２０６に供される。この場合もまた、一つの態様において、一つよりも多いインゴットおよび／または一つよりも多い薄板であって前述したタイプの任意のものを製造することができる。

[00102]一つの態様において、用いられる炉のサイズの制限のために、鋳造物をもっと小さな部分に分割する。一つの態様において、分割を行わずに、鋳造物の全体を一つの部分として圧延する。

[00103]一つの態様において、（Ｆｅ-Ｇａ-Ａｌ-Ｍｏ-Ｇｅ-Ｓｎ-Ｓｉ-Ｂｅ）_ａ（Ｎｂ_ｄ-Ｔｉ_ｄ-Ｍｏ_ｄ-Ｔａ_ｄ-Ｗ_ｄ）_ｂ（Ｃ-Ｎ-Ｂ-Ｓ）_ｃ（ここで、ａ≧９８、ｂ≦１、ｃ≦１およびｄ≦２（例えば、ｄ＝１または２）、そして（ａ＋ｂ＋ｃ＝１００））の組成式を有する組成物が提供される。一つの態様において、（Ｆｅ-Ｇａ）_９９（Ｎｂ）_０．５（Ｃ）_０．５の組成を有する組成物が提供される。

[00104]得られる材料は、例えば変換器、作動器、環境発電機、その他同種類のものを含めた様々な機器において有用である。一つの態様において、得られる材料は、組織を除去して骨を切断するために刃を作動させる動きを与える、磁歪性を有する医療用ハンドピース工具に合体される。一つの態様において、得られる材料は、振動式モーターに結合される環境発電用機器に合体される。モーターの振動は得られる材料に磁化の変化を誘導し、その材料に結合したコイルにおいて電圧が発生し、それにより電池またはコンデンサーに蓄えるための電流が生じ、あるいはこの電流をセンサーまたは電灯において直接使用する。

[00105]以下の実施例を参照して本発明の態様をさらに説明するが、これらの実施例は本発明の様々な態様をさらに例証するために提供される。しかし、本明細書で説明している様々な態様の範囲内で多くの変形や修正が成されうることを理解すべきである。

実施例１： ８０３ｐｐｍｗのＣ、５０Ｈ _２ ／５０Ｎ _２ の環境
出発材料
[00106]０．８重量％の１００８低炭素鋼（Earle M. Jorgensen Co., Lynwood, カリフォルニア州）、７２．６重量％の電解鉄（９９．９５％最低純度、Less Common Metals, Birkenhead, 英国）、２１．５重量％のガリウム（９９．９９％最低純度、Continental Metals, Union City, カリフォルニア州）、２．４重量％の炭素を含む４．３重量％の鉄-炭素母合金（Ames Laboratory, Ames, アイオワ州）および０．８重量％のニオブ（Ｎｂ）金属（９９．８％最低純度、Alfa Aesar, Ward Hill, マサチューセッツ州）をるつぼの中で一緒にした。このガルフェノール合金系はおよそ１４５０℃の溶融温度を有する。

[00107]この内容物をＭＫ１１誘導溶解装置（Pillar Induction, Brookfield, ウィスコンシン州）を用いて約１５８７℃の最大温度になるまで溶解した。注湯温度は約１５６０℃であった。

[00108]この溶解した内容物をおよそ１．４５インチ×０．６インチ×１２インチ（３６．８３ｍｍ×１５．２４ｍｍ×３０４．８ｍｍ）のサイズを有する鋼製の鋳型に鋳込んでインゴットを製造し、その後、インゴットの化学組成を測定した。

[00109]インゴットを、（反応を最小限にするために）アルゴンの被覆ガスの下で、International Rolling Mills (IRM) Model 2050 5x8 Hot Lab Rolling Mill（５インチ（１２７ｍｍ）の直径と８インチ（２０３．２ｍｍ）の長さを有するローラーと７．５ＨＰモーターを備えているもの、International Rolling Mills, Pawtucket, ロードアイランド州）を用いて９００℃で熱間圧延し、このとき、３０分間予熱し、次いで、１パス当り５分間の再加熱を行った。ローラーに入る前に、インゴットは０．６１０インチ（１５．４９４ｍｍ）の最初の厚さを有し、次いで、１パス当り２５％の圧下率となった。１２パスの後、最終の厚さは０．０４９インチ（１．２４５ｍｍ）であった。

[00110]次いで、得られた薄板をアルゴンガスの下でＩＲＭ圧延機で３００℃において温間圧延し、このとき、１５分間予熱し、次いで、２パス毎に２〜３分間の再加熱を行った。最初のパスの後、得られた薄板は０．０４９インチ（１．２４５ｍｍ）の厚さを有し、その後、１パス当り０．００２インチ（０．０５１ｍｍ）圧下した。３３回のパスの後、最終的な厚さは０．０２３インチ（０．５８４ｍｍ）であった。

[00111]各々の薄板を、アルゴンガスを充填したステンレス鋼製のバッグの中に密封し、そしてアルゴンを流す環境を用いて８５０℃で約１時間、炉中での中間焼鈍に供した。

[00112]その後、各々の薄板を室温（ＲＴ）でＩＲＭ圧延機で冷間圧延した。最初のパスの後、得られた薄板は０．０２３インチ（０．５８４ｍｍ）の厚さを有し、その後、１パス当り０．００１インチ（０．０２５ｍｍ）圧下した。３８回のパスの後、最終的な厚さは０．０１５インチ（０．３８１ｍｍ）であった。従って、０．６１０インチ（１５．４９４ｍｍ）の最初の厚さからの合計の厚さの減少率は９７．５％であり、最終的な薄板のサイズは約１．７５インチ（幅）（４４．４５ｍｍ）×約１２インチ（長さ）（３０４．８ｍｍ）であった。

[00113]それに続く熱処理すなわち集合組織焼鈍の工程を外部の設備においてバッチ炉の中で、５分の保持時間を含む比較的複雑な熱処理サイクルの下で、８００℃において湿潤水素雰囲気（５０℃の露点）の中で行った。次いで、送風機を用いて薄板を室温まで強制的に空冷し、次に３５℃／分で室温から９５０℃まで加熱し、次いで１℃／分で１１７５℃まで加熱し、このとき５０％乾燥Ｈ_２／５０％Ｎ_２のガス混合物の中で１２時間の保持時間を用いた。

特徴づけの方法
マクロ構造
[00114]各々の集合組織焼鈍した薄板を巨視的に分析して、異常結晶粒成長（ＡＧＧ）の程度、結晶粒の性質、および繊維組織を判定した。図６は、前述した条件の下で製造した集合組織焼鈍をした薄板の一部の巨視的な（肉眼で見える）画像を示し、ＳＥＭ／ＥＢＳＤと磁歪のそれぞれについての試験サンプルの位置（実線）が示されている。図６に示すように（目盛線：ｍｍ）、およそ９．５インチ×１．５インチ（２４１．３ｍｍ×３８．１ｍｍ）である薄板全体の１００％近くが一つの結晶粒（およそ１４平方インチ）（９０．３２２ｃｍ^２）であり、輪郭を示したＡ、Ｂ、Ｃはもっと小さな三つの結晶粒である。

化学組成
[00115]上記のインゴットの組成を測定するための化学分析を行った。特に、炭素の含有量を測定するために、LECO Model CS-444LS装置（LECO Corp., St. Joseph, ミシガン州）による燃焼分析法を用いた。Ｎｂの含有量を測定するために、真空発生器であるModel VG9000装置（Newburyport, マサチューセッツ州）によるグロー放電質量分析法（ＧＤＭＳ）を用い、そして誘導結合プラズマ質量分析法（ＩＣＰ-ＭＳ）を用いてＧａの含有量を測定し、これは真空発生器であるModel PQ3装置を用いて行った。例えば、http://northernanalytical.com/techniques.htm), Northern Analytical Laboratory Inc.,（これは参考文献として本明細書に取り込まれる）を参照されたい。介在物の化学組成と化学量論量を、五つの波長分散型分光測定器（ＷＤＳ）を備えたJEOL JXA-8200電子ミクロプローブ装置（Peabody, マサチューセッツ州）を用いて測定した。
合計の量を表１に示す。

集合組織とミクロ構造
[00116]各々の薄板について、結晶粒の特徴と繊維組織を評価するために、ＳＥＭ／ＥＢＳＤを用いてミクロ構造も検査した。特に、方位画像化マップと極点図の測定を用いてミクロ構造と集合組織の量を定めるために、各々の薄板について後方散乱電子回折（ＥＢＳＤ）の分析を行った。ＥＢＳＤ分析法は、Carl Zeiss Evo 50走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）（Carl Zeiss Microscopy LLC, Thornwood, ニューヨーク）、Oxford Instruments Nordlys電子後方散乱パターン（ＥＢＳＰ）検出器、およびHKL Channel 5方位画像化検鏡法（ＯＩＭ）入力ソフトウェア（Oxford Instruments, Tubney Woods, Abingdon, Oxfordshire, 英国）を用いて行った。ＳＥＭ加速電圧は１５〜２０ｋＶ ＳＥＭ、典型的なステップ幅は３５μｍ、そして走査面積は１２ｍｍ×１０ｍｍであった。

[00117]図７は、図６で示した磁歪サンプルの領域のＳＥＭ／ＥＢＳＤ画像（２００倍）を示す。エータ（η）-繊維に配向した結晶粒の領域区画分析によって、単結晶が９９面積％を構成していて、少量の島状結晶粒が存在することが示された。図８は、このサンプルにおける９〜１３°の配向不整を示すヒストグラムである。

[00118]図９はこのサンプルについての極点図の解析を示す。そこでわかるように、ＲＤ（圧延方向）に平行な極めて強い｛１００｝集合組織があり、最大のＭＵＤは２６．１３である。この集合組織は望ましいエータ（η）-繊維組織の一部である。

磁歪
[00119]熱処理した薄板からの多数のサンプルについて、５０ｍｍの間隙を横切って２テスラの磁界を発生する電磁石付きステッピングモーター装置を用いて試験を行った。典型的なサンプルのサイズは１５ｍｍ×１０ｍｍであり、１５ｍｍの方向はサンプルのＲＤに平行であった。

[00120]各々の薄板のサンプルをＲＤに平行なVishay CEA-06-250UN-350歪ゲージに取り付け、そして磁界の中に置き、それをステッピングモーターによって薄板の面内で４００度回転させた。

[00121]試験によって磁歪対回転角度のコサインプロットが得られ、これにおいて、飽和磁歪の値（λ_ｓａｔ）はピークの値（λ_||）（０°または１８０°における）と谷の値（λ_⊥）（９０°または２７０°における）の間の差であるとみなされ、λ_ｓａｔ＝λ_||−λ_⊥である。図５はこのタイプの特徴づけによって得ることのできるタイプのグラフの一般的な表現である。

[00122]このサンプルについての飽和磁歪は、約９°と１３°の間の配向不整に対して２８４ｐｐｍと測定された（図８を参照されたい）。この大きな磁歪の値は、強いエータ（η）-繊維の配向を伴う（またはＲＤ（圧延方向）について配向不整が無い）単結晶の、またはほぼ単結晶のミクロ構造が、この材料系を利用する用途に望ましいことの証拠である。

実施例２： ６２１ｐｐｍｗのＣ、アルゴンの環境
出発材料
[00123]０．５重量％の１００８低炭素鋼（Earle M. Jorgensen Co., Lynwood, カリフォルニア州）、７１．７重量％の電解鉄（９９．９５％最低純度、Less Common Metals）、２２．７重量％のガリウム（９９．９９％最低純度、Continental Metals）、４．３重量％の炭素を含む４．３重量％の鉄-炭素母合金（Ames Laboratory）および０．８重量％のＮｂ金属（９９．８％最低純度、Alfa Aesar）をるつぼの中で一緒にした。このガルフェノール合金系はおよそ１４５０℃の溶融温度を有する。

[00124]この内容物をＭＫ１１誘導溶解装置を用いて約１５８１℃の最大温度になるまで溶解した。注湯温度は約１５６０℃であった。

[00125]この溶解した内容物を、実施例１におけるものと同じサイズの鋼製の鋳型に鋳込んだ。実施例１で説明したようにして、ＣとＮｂの含有量を測定するために化学分析を行った。（この場合、ガルフェノールは測定しなかったが、しかしそれは約２０〜約２２重量％の範囲にあると考えられた。）合計の量を表２に示す。

[00126]この内容物を、（反応を最小限にするために）アルゴンの被覆ガスの下で、実施例１に記載したＩＲＭ圧延機を用いて９００℃で熱間圧延し、このとき、３０分間予熱し、次いで、１パス当り５分間の再加熱を行った。ローラーに入る前に、インゴットは０．６０３インチ（１５．３１６ｍｍ）の最初の厚さを有し、次いで、１パス当り２５％の圧下率となった。１２パスの後、最終の厚さは０．０４６インチ（１．１６８ｍｍ）であった。

[00127]次いで、得られた薄板をアルゴンガスの下でＩＲＭ圧延機で３００℃において温間圧延し、このとき、１５分間予熱し、次いで、２パス毎に２〜３分間の再加熱を行った。最初のパスの後、得られた薄板は０．０４６インチ（１．１６８ｍｍ）の厚さを有し、その後、１パス当り０．００２インチ（０．０５０８ｍｍ）圧下した。２６回のパスの後、最終的な厚さは０．０２３インチ（０．５８４ｍｍ）であった。

[00128]各々の薄板を、アルゴンガスを充填したステンレス鋼製のバッグの中に密封し、そしてアルゴンを流す環境を用いて８５０℃で約１時間、炉中での中間焼鈍に供した。

[00129]その後、各々の薄板を室温（ＲＴ）でＩＲＭ圧延機で冷間圧延した。最初のパスの後、得られた薄板は０．０２３インチ（０．５８４ｍｍ）の厚さを有し、その後、１パス当り０．００１インチ（０．０２５ｍｍ）圧下した。３８回のパスの後、最終的な厚さは０．０１４インチ（０．３５６ｍｍ）であった。従って、０．６０３インチ（１５．３１６ｍｍ）の最初の厚さからの合計の厚さの減少率は９７．７％であり、最終的な薄板のサイズは約１．７５インチ（幅）（４４．４５ｍｍ）×約１２インチ（長さ）（３０４．８ｍｍ）であった。

[00130]それに続く熱処理すなわち集合組織焼鈍の工程を、社内でCarbolite（登録商標）Model CTF 12/65/550管状炉（Hope Valley, 英国）を用いて行った。焼鈍工程の全体を通してアルゴンガスを流す環境を維持し、このとき、各々の薄板を１０℃／分で室温から８５０℃まで加熱し、次いで１０℃／分で１１７５℃まで加熱し、１２時間の保持時間を設けた。

特徴づけと結果
[00131]実施例１で説明したようにしてサンプルの特徴づけを行った。

[00132]図１０は、製造した集合組織焼鈍をした薄板の一部の巨視的な画像を示し、磁歪の解析と集合組織の解析（ＳＥＭ／ＥＢＳＤ）のそれぞれについての試験サンプルの位置（破線）が示されている。図１１Ａ（５００倍）と図１１Ｂ（１５００倍）は、磁歪サンプルの領域のＳＥＭ画像を示す。ImageJ 1.44pソフトウェア（NIH, 米国）を用いて取り込んだ画像の解析によって、炭化物の面積％は２．４％であることが示された。

[00133]図１２Ａは、磁歪サンプルの領域における結晶粒についてのＥＢＳＤによる方位画像化マップを示し、「＃１」、「＃２」および「＃３」と番号付けしたものは三つの異なる結晶粒の領域を示す。取り込んだ画像の解析によれば、三つの結晶は８７面積％を構成していて、少量の島状の結晶粒が存在する。図１２Ｂは三つの結晶粒についての配向不整を示すヒストグラムであり、測定された最大の配向不整は１８°である。図１３は、このサンプルについての極点図の解析を示す。そこでわかるように、ＲＤ（圧延方向）に平行な極めて強い｛１００｝集合組織があり、最大のＭＵＤは２１．５６である。この集合組織は望ましいエータ（η）-繊維組織の一部である。

[00134]＃３の結晶粒（これは１８°の配向不整角度を有する）から取り出したサンプルについて飽和磁歪を測定すると、２２５ｐｐｍであった。

実施例３： ６２１ｐｐｍｗのＣ、１００％の乾燥Ｈ _２ の環境
[00135]実施例２で説明したものと同じ材料を、実施例２において行ったのと同じやり方で集合組織焼鈍のサイクルまで加工処理した。

[00136]本実施例においては、熱処理すなわち集合組織焼鈍の工程を、外部の実験室で管状炉を用いて行った。焼鈍工程の全体を通して流通する１００％の乾燥Ｈ_２の環境を維持し、このとき、各々の薄板を１０℃／分で室温から８５０℃まで加熱し、次いで約１℃／分の速度で約１２５０℃の温度まで加熱し、およそ１２時間の保持時間を設けた。

特徴づけと結果
[00137]前の各実施例で行ったようにしてサンプルの特徴づけを行った。

[00138]図１４は、製造した集合組織焼鈍をした薄板の一部の巨視的な画像を示し、磁歪の解析と集合組織の解析（ＳＥＭ／ＥＢＳＤ）のそれぞれについての試験サンプルの位置（破線）が示されている。領域１４０２における多数の結晶粒界の輪郭によって示されているように、図１４（目盛線：インチ）は、このサンプルが大きなＡＧＧ反応を示したことを表している。

[00139]図１５は、領域＃１と領域＃２（図１４）についてのＥＢＳＤによる方位画像化マップを示し、二つの結晶粒がエータ（η）-繊維組織の本質的に全てを包含していることを示す。＃１についての配向不整角度は６°以内であり、＃２についての配向不整角度は１５°以内である。従って、両方の結晶粒は１５°以内で配向している（９３面積％）。

[00140]図１６は、二つの結晶粒についてのエータ（η）-繊維組織とＲＤ（圧延方向）との間の６°と１５°の配向不整角度を示すヒストグラムである。

[00141]図１７は、このサンプルについての極点図の解析を示す。そこでわかるように、ＲＤ（圧延方向）に平行な極めて強い｛１００｝集合組織があり、最大のＭＵＤは２２．３４である。この集合組織は望ましいエータ（η）-繊維組織の一部である。

[00142]（６°の配向不整角度を有する）このサンプルについて、飽和磁歪は２２５ｐｐｍと測定された。これらの結果は、この材料系において大きな磁歪を達成するためには強いエータ（η）-繊維組織が必要である、という理論を支持する。

実施例４： １４０２ｐｐｍｗのＣ、アルゴンの環境
[00143]１．１重量％のＮｂ金属（９９．８％最低純度、Alfa Aesar, Ward Hill, マサチューセッツ州）、３．０重量％の１００８低炭素鋼（Earle M. Jorgensen Co., Lynwood, カリフォルニア州）、６７．９重量％の電解鉄（９９．９５％最低純度、Less Common Metals）、２１．６重量％のガリウム（９９．９９％最低純度、Continental Metals）、および２．２重量％の炭素を含む６．４重量％の鉄-炭素母合金（Ames Laboratory）をるつぼの中で一緒にした。このガルフェノール合金系はおよそ１４５０℃の溶融温度を有する。

[00144]この内容物をＭＫ１１誘導溶解装置を用いて約１６００℃の最大温度になるまで溶解した。注湯温度は約１５５５℃であった。

[00145]この溶解した内容物を、実施例１で説明した鋼製の鋳型に鋳込んだ。Ｃの含有量を測定するために実施例１で説明したようにして化学分析を行い、１４０２ｐｐｍｗであった。炭素との最小限の１：１原子比率を維持するために、Ｎｂの量はおそらく約１〜１．３重量％であった。Ｇａの量はおそらく約２０〜約２２重量％であった。

[00146]この内容物を、（反応を最小限にするために）アルゴンの被覆ガスの下で、実施例１に記載したＩＲＭ圧延機を用いて９００℃で熱間圧延し、このとき、３０分間予熱し、次いで、１パス当り５分間の再加熱を行った。ローラーに入る前に、インゴットは０．６０３インチ（１５．３１６ｍｍ）の最初の厚さを有し、次いで、１パス当り２５％の圧下率となった。１２パスの後、最終の厚さは０．０４４インチ（１．１１８ｍｍ）であった。

[00147]次いで、得られた薄板をアルゴンガスの下でＩＲＭ圧延機で３００℃において温間圧延し、このとき、１５分間予熱し、次いで、２パス毎に２〜３分間の再加熱を行った。最初のパスの後、得られた薄板は０．０４４インチ（１．１１８ｍｍ）の厚さを有し、その後、１パス当り０．００２インチ（０．０５１ｍｍ）圧下した。３０回のパスの後、最終的な厚さは０．０２０インチ（０．５０８ｍｍ）であった。

[00148]各々の薄板を、アルゴンガスを充填したステンレス鋼製のバッグの中に密封し、そしてアルゴンを流す環境を用いて８５０℃で約１時間、炉中での中間焼鈍に供した。

[00149]その後、各々の薄板を室温（ＲＴ）でＩＲＭ圧延機で冷間圧延した。最初のパスの後、得られた薄板は０．０２０インチ（０．５０８ｍｍ）の厚さを有し、その後、１パス当り０．００１インチ（０．０２５ｍｍ）圧下した。１８回のパスの後、最終的な厚さは０．０１５インチ（０．３８１ｍｍ）であった。従って、０．６０３インチ（１５．３１６ｍｍ）の最初の厚さからの合計の厚さの減少率は９７．７％であり、最終的な薄板のサイズは約１．７５インチ（幅）（４４．４５ｍｍ）×約１２インチ（長さ）（３０４．８ｍｍ）であった。

[00150]それに続く熱処理すなわち集合組織焼鈍の工程を、社内のCarbolite（登録商標）管状炉を用いて行った。焼鈍工程の全体を通してアルゴンガスを流す環境を維持し、このとき、各々の薄板を１０℃／分で室温から１１８５℃まで加熱し、１２時間の保持時間を設けた。

特徴づけと結果
[00151]前の各実施例と同様にサンプルの特徴づけを行った。

[00152]図１８は、集合組織焼鈍をした薄板の一部の巨視的な画像を示す。結晶粒界の輪郭によって示されているように、このサンプルは大きなＡＧＧ反応を示した。ＲＤは矢印によって示されていて、磁歪（「ＭＳ」）とＳＥＭ／ＥＢＳＤ（「Ａ」）についての試験サンプルの位置（実線）が示されている。

[00153]図１９は磁歪サンプルの領域における結晶粒についてのＥＢＳＤによる方位画像化マップを示し、「＃１」、「＃２」および「＃３」と番号付けしたものは様々な態様に係る三つの異なる結晶粒の領域を示す。三つの結晶粒はエータ（η）-繊維組織の本質的に全てを包含していた。

[00154]図２０は三つの結晶粒についての配向不整を示すヒストグラムである。そこでわかるように、全ての結晶粒は２０°以内に配向していた（８７．１面積％）。

[00155]図２１は三つの結晶粒についての極点図の解析を示す。そこでわかるように、ＲＤ（圧延方向）に平行な極めて強い｛１００｝集合組織があり、最大のＭＵＤは１２．３５である。この集合組織は望ましいエータ（η）-繊維組織の一部である。しかし、図１９でわかるように、多くの数の島状結晶粒が存在するために、このＭＵＤ値は他の実験の場合よりも弱い。この結果は、炭素が多すぎると集合組織焼鈍をした後に残る島の数が増大することがある、という仮説を確証するものである。

[00156]図２２は、図１８のＳＥＭ／ＥＢＳＤサンプルの領域についてのJEOLマイクロプローブを用いるマイクロプローブ分析によるＳＥＭ画像（１５０倍）を示す。そこでわかるように、集合組織焼鈍をした薄板の中にかなりの数の介在物（明るい点）が存在する。マイクロプローブ分析によって測定されたこの介在物の化学組成は２：１のＮｂ：Ｃ比が示され、これはＮｂ_２Ｃ粒子の存在を示唆している。

[00157]（１６°の配向不整角度を有する）＃１の結晶粒から取り出したサンプルについて、飽和磁歪は２４５ｐｐｍと測定された。

[00158]この大きな磁歪の結果は、小さな配向不整角度を有するように形成された強いエータ（η）-繊維組織によるものであると予想される。

実施例５： 介在物または粒子を含まず、アルゴンの環境
出発材料
[00159]３９重量％の１００８低炭素鋼（Earle M. Jorgensen Co., Lynwood, カリフォルニア州）、３９重量％の電解鉄（９９．９５％最低純度、Less Common Metals）および２２重量％のガリウム（９９．９９％最低純度、Continental Metals）をるつぼの中で一緒にした。重要なことは、Ｎｂのような析出物形成剤を用いなかったことである。

[00160]この内容物をＭＫ１１誘導溶解装置を用いて約１５７０℃の最大温度になるまで溶解した。注湯温度は約１５６０℃であった。

[00161]この溶解した内容物を、実施例１のものと同じサイズの鋼製の鋳型に鋳込んだ。１００８低炭素鋼からの炭素含有量は最低限であり、約２５０ｐｐｍｗ未満であったと考えられる。加工を行う間のＧａの減量は最少限であったので、Ｇａの量は約２０〜２２重量％であったと考えられる。重要なことは、析出物形成剤を用いなかったために、介在物が形成されなかったことである。

[00162]この内容物を、アルゴンの被覆ガスの下で、実施例１に記載したＩＲＭ圧延機を用いて９００℃で熱間圧延し、このとき、３０分間予熱し、次いで、１パス当り５分間の再加熱を行った。最初のパスの後、得られた薄板は０．５９３インチ（１５．０６２ｍｍ）の厚さを有し、その後、１パス当り２５％の圧下率となった。１３パスの後、最終の厚さは０．０４７インチ（１．１９４ｍｍ）であった。

[00163]次いで、得られた薄板をアルゴンガスの下でＩＲＭ圧延機で３００℃において温間圧延し、このとき、１５分間予熱し、次いで、２パス毎に２〜３分間の再加熱を行った。最初のパスの後、得られた薄板は０．０４７インチ（１．１９４ｍｍ）の厚さを有し、その後、１パス当り０．００２インチ（０．０５１ｍｍ）圧下した。５２回のパスの後、最終的な厚さは０．０２２インチ（０．５５９ｍｍ）であった。

[00164]各々の薄板を、アルゴンガスを充填したステンレス鋼製のバッグの中に密封し、そしてアルゴンを流す環境を用いて８５０℃で約１時間、炉中での中間焼鈍に供した。

[00165]その後、各々の薄板を室温（ＲＴ）でＩＲＭ圧延機で冷間圧延した。最初のパスの後、得られた薄板は０．０２２インチ（０．５５９ｍｍ）の厚さを有し、その後、１パス当り０．００１インチ（０．０２５ｍｍ）圧下した。３８回のパスの後、最終的な厚さは０．０１４インチ（０．３５６ｍｍ）であった。従って、０．５９３インチ（１５．０６２ｍｍ）の最初の厚さからの合計の厚さの減少率は９７．７％であり、最終的な薄板のサイズは約１．７５インチ（幅）（４４．４５ｍｍ）×約１２インチ（長さ）（３０４．８ｍｍ）であった。

[00166]それに続く熱処理すなわち集合組織焼鈍の工程を、社内のCarbolite（登録商標）管状炉を用いて行った。焼鈍工程の全体を通してアルゴンガスを流す環境を維持し、このとき、各々の薄板を１０℃／分で室温から１１００℃まで加熱し、２４時間の保持時間を設けた。

[00167]図２３は集合組織焼鈍をした薄板の集合組織の解析（ＳＥＭ／ＥＢＳＤ）である。図２３でわかるように、介在物が存在しないとＡＧＧが生じず、平均の結晶粒サイズは３４０μｍ以下と小さくなる。

[00168]図２４は、図２３で示す結晶粒についての配向不整を示すヒストグラムである。そこでわかるように、存在する様々なエータ（η）-繊維組織に配向した結晶粒は強い優先方位を持たない。さらに、エータ（η）-繊維組織の配向不整を伴うサンプルの総面積％はわずかに２３．９％であり、ＡＧＧサンプルにおいて観察される典型的な８０％以上にはかなり不足している。

[00169]図２５は、図２３で示す結晶粒についての極点図の解析を示す。そこでわかるように、極点図の解析によってＲＤ（圧延方向）に平行な弱い｛１００｝集合組織が示され、最大のＭＵＤは２．６９である。この弱い集合組織は望ましいエータ（η）-繊維組織の一部である。このＭＵＤ値は異常結晶粒成長（ＡＧＧ）が無いために弱いのであり、これはサンプル中に炭化物（介在物）が無いことの結果である。

[00170]磁歪の特徴づけを行うために、集合組織焼鈍した薄板から五つのサンプルを取り出した。磁歪の範囲は９４〜１３６ｐｐｍで、測定された平均の磁歪は１１７ｐｐｍであった。この低い磁歪の値は加工を行う間に生じた弱い結晶集合組織の結果であり、これも炭化物のような介在物が無い中で生じる不十分な結果を証明している。

[00171]様々な態様は、当分野においてこれまでに得られなかったミクロ構造、方法および機器を提供する。一つの態様において、例えばガルフェノール-炭化物ミクロ構造のような、単結晶の、またはほぼ単結晶の介在物含有磁性ミクロ構造を含む製品が提供される。一つの態様において、その製品は一つ以上の薄板を含む。様々な態様において、介在物含有磁性ミクロ構造における介在物は炭化ニオブであり、それにはある量のＮｂ_２Ｃが含まれてもよい。

[00172]その製品は様々な特徴を有することができて、そのような特徴とは、（これらに限定はされないが）約４５．３面積％よりも多くて約１００面積％以下のエータ（η）-繊維組織と約３０度未満の配向不整；および／または約２００．１ｐｐｍと約４００ｐｐｍの間の磁歪；および／または圧延方向（ＲＤ）−横断方向（ＴＤ）の面での少なくとも約１０ｍｍの結晶粒径；および／または約３ｍｍ以下（例えば、約０．３８１ｍｍ以下）の厚さ；および／またはほぼ直流（ＤＣ）から約３０ｋＨｚまでの動作周波数；および／または約２３０〜約１４００ｐｐｍｗのＣ（０．１〜０．６８原子％）および中程度から強い程度までのＡＧＧである。一つの態様において、ＡＧＧは弱い。一つの態様において、製品は（Ｆｅ-Ｇａ）_９９（Ｎｂ）_０．５（Ｃ）_０．５を含んでいてもよい。

[00173]その製品は作動器、センサーまたは環境発電機などの機器において用いるように構成または改造することができる。一つの態様において、環境発電機はモーターからのモーター振動を電気エネルギーに変換するように構成されたモーターマウントである。

[00174]一つの態様において、一つ以上の薄板を製造することを含む方法が提供され、この方法は、一種以上のフォームファクター成分（例えば、薄い壁の閉じた円筒に形成されるシムストック）をドーパント（例えば、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）、ホウ素（Ｂ）、硫黄（Ｓ）またはこれらの組み合わせ）、磁性材料（例えば、鉄）、磁性材料の性能向上剤（例えば、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、スズ（Ｓｎ）、ケイ素（Ｓｉ）、ベリリウム（Ｂｅ）またはこれらの組み合わせ）および析出物形成剤（例えば、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）またはこれらの組み合わせ）と一緒にして、それにより溶融した合金を製造すること；溶融した合金を型の中に注入し、それにより少なくとも一つのインゴットを製造すること；場合により、その少なくとも一つのインゴットをさらに加工すること；少なくとも一つのインゴットについて厚さの低減処理と焼鈍を行い、それにより一つ以上の焼鈍した薄板を製造すること；および、その一つ以上の焼鈍した薄板について集合組織焼鈍を行い、それにより一つ以上の薄板において異常結晶粒成長（ＡＧＧ）を生じさせること；を含み、このとき一つ以上の薄板の各々は単結晶の、またはほぼ単結晶の介在物含有磁性ミクロ構造（例えば、ガルフェノール炭化物ミクロ構造）を含む。

[00175]一つの態様において、上で述べた方法はさらに、（例えば、Ｆｅ-Ｃ合金中のものとして）炭素を１．５重量％と３．５重量％の間の範囲で添加すること、および／または集合組織焼鈍を約１１００℃から約１２５０℃までの保持温度および／または約１２時間未満の保持時間で行うこと、および／または磁性材料の性能向上剤は約０．１重量％（０．０８原子％）と約２４重量％（２０．２原子％）の間の範囲で添加されるガリウムであること、および／または集合組織焼鈍は水素、水素と窒素、アルゴン、またはこれらの組み合わせから選択される環境の中で行われることを含む。

[00176]一つの態様において、ここで説明している方法のいずれか、またはそれらの全てに従って製造される製品が提供される。

[00177]一つの態様において、一つ以上の磁性の薄板（磁気シート）の性能を向上させる方法が提供され、この方法は、磁性材料に一種以上のフォームファクター成分、ドーパント、磁性材料の性能向上剤および析出物形成剤を溶解し、それにより溶融した合金を得ること；溶融した合金を型の中に注入し、それにより一つ以上のインゴットを製造すること；場合により、その一つ以上のインゴットをさらに加工すること；一つ以上のインゴットについて厚さの低減処理と焼鈍を行い、それにより一つ以上の焼鈍した薄板を製造すること；および、その一つ以上の焼鈍した薄板について集合組織焼鈍を行い、それにより一つ以上の磁性の薄板であって各々の薄板が単結晶の、またはほぼ単結晶の介在物含有磁性ミクロ構造を含む薄板を製造すること；を含む。一つの態様において、溶解は真空または部分真空の下で行われる誘導溶解である。

[00178]一つの態様において、（Ｆｅ-Ｇａ-Ａｌ-Ｍｏ-Ｇｅ-Ｓｎ-Ｓｉ-Ｂｅ）_ａ（Ｎｂ_ｄ-Ｔｉ_ｄ-Ｍｏ_ｄ-Ｔａ_ｄ-Ｗ_ｄ）_ｂ（Ｃ-Ｎ-Ｂ-Ｓ）_ｃ（ここで、ａ≧９８、ｂ≦１、ｃ≦１、ｄ≦２、そしてａ＋ｂ＋ｃ＝１００）の組成式を有する磁性ミクロ構造を含む組成物が提供される。一つの態様において、ｄ＝１または２である。一つの態様において、この組成物は（Ｆｅ-Ｇａ）_９９（Ｎｂ）_０．５（Ｃ）_０．５から成る。

[00179]一つの態様において、ハウジングと、このハウジングの中に収容された一つ以上の薄板とを含む機器が提供され、一つ以上の薄板の各々は単結晶の、またはほぼ単結晶の介在物含有磁性ミクロ構造を含む。

[00180]ここで説明している様々な態様は、薄板の形でのかなり長いスケールの単一結晶粒の成長反応を与える。一つの態様において、結晶粒の大きさは薄板の全体のサイズによってのみ限定されると思われる。一つの態様において、単一結晶粒の薄板は、少なくとも１平方インチ（約６．４５ｃｍ^２）の面積または約１〜約１９平方インチ（６．４５〜１２２．５８ｃｍ^２）の面積を有するものとして提供され、これらの任意の範囲が含まれ、また単一結晶粒の薄板は、サイズが約１９平方インチ（１２２．５８ｃｍ^２）以下で厚さが０．０１５インチ（０．０３８ｍｍ）である。これらの大きな単結晶は、ＲＤ（圧延方向）に平行に配向した＜００１＞磁化容易軸を有する望ましいエータ（η）-繊維組織の方位を有する。一つの態様において、この望ましい方位と大きな単結晶の面積が組み合わさって、約２００ｐｐｍよりも大きな磁歪が生じる。加えて、一つの態様において、組成と加工方法により、厚さが０．０１５インチ（０．０３８１ｍｍ）またはそれよりも薄い高度に集合した組織の薄板材料を製造することができて、それは５０ｋＨｚ以下の周波数で作動する機器のために理想的なものである。

[00181]図２６は幾つかの典型的なサンプルについての測定された飽和磁歪対配向不整角度を示すグラフである。図２６に示した全てのサンプルは、実施例１〜４の条件と内容ならびにそれら実施例に記載した条件と内容の変形を用いて製造した。最も注目すべきは、三つの異なる熱処理雰囲気が用いられ、用いられた環境の如何にかかわらず、それぞれが、ＲＤ（圧延方向）の３０度以内の強いエータ-繊維組織の方位を伴う好結果をもたらした、ということである。

[00182]全ての刊行物、特許および特許文献は、個々にそっくりそのまま引用文献として本明細書に取り込まれる。何らかの不一致がある場合は、本明細書中の定義を含めて、本明細書の開示が優先される。

[00183]本明細書において特定の態様を例示して説明したが、同じ目的を達成すると判断されるいかなる手順もここに示された特定の態様の代わりになりうると、当業者であれば認識するであろう。例えば、様々な態様をＸに関して説明したが、Ｙであっても可能である。本出願は、本発明の主題のいかなる改作または変形にも及ぶことが意図されている。従って、本発明の態様は特許請求の範囲とその同等物によってのみ限定されることが、明白に意図されている。

Claims (33)

1. 単結晶の、またはほぼ単結晶の介在物含有磁性ミクロ構造を含む製品。
2. 一つ以上の薄板を含む、請求項１に記載の製品。
3. 介在物含有磁性ミクロ構造はガルフェノール炭化物ミクロ構造である、請求項２に記載の製品。
4. 介在物含有磁性ミクロ構造の中の介在物は炭化ニオブである、請求項３に記載の製品。
5. ある量のＮｂ_２Ｃが炭化ニオブの中に含まれている、請求項４に記載の製品。
6. 約４５．３面積％よりも多くて約１００面積％以下のエータ（η）-繊維組織と約３０度未満の配向不整を有する、請求項４に記載の製品。
7. 約２００．１ｐｐｍと約４００ｐｐｍの間の磁歪を有する、請求項４に記載の製品。
8. 圧延方向（ＲＤ）−横断方向（ＴＤ）の面での少なくとも約１０ｍｍの結晶粒径および約３ｍｍ以下の厚さを有する、請求項４に記載の製品。
9. 厚さは約０．３８１ｍｍ以下である、請求項８に記載の製品。
10. ほぼ直流（ＤＣ）から約３０ｋＨｚまでの動作周波数を有する、請求項１から９のいずれかに記載の製品。
11. 約２３０〜約１４００ｐｐｍｗのＣ（０．１〜０．６８原子％）が存在し、ＡＧＧは中程度から強い程度までである、請求項１０に記載の製品。
12. （Ｆｅ-Ｇａ）_９９（Ｎｂ）_０．５（Ｃ）_０．５を含む、請求項１１に記載の製品。
13. 作動器、センサーまたは環境発電機を含む機器において用いるように構成された、請求項９に記載の製品。
14. 環境発電機はモーターからのモーター振動を電気エネルギーに変換するように構成されたモーターマウントである、請求項１３に記載の製品。
15. 一つ以上の薄板を製造する方法であって、次の工程：
    一種以上のフォームファクター成分をドーパント、磁性材料、磁性材料の性能向上剤および析出物形成剤と一緒にして、それにより溶融した合金を製造すること；
    溶融した合金を型の中に注入し、それにより少なくとも一つのインゴットを製造すること；
    場合により、その少なくとも一つのインゴットをさらに加工すること；
    少なくとも一つのインゴットについて厚さの低減処理と焼鈍を行い、それにより一つ以上の焼鈍した薄板を製造すること；および
    その一つ以上の焼鈍した薄板について集合組織焼鈍を行い、それにより一つ以上の薄板において異常結晶粒成長（ＡＧＧ）を生じさせること（このとき、一つ以上の薄板の各々は単結晶の、またはほぼ単結晶の介在物含有磁性ミクロ構造を含む）；
    を含む、前記方法。
16. フォームファクター成分は薄い壁の閉じた円筒に形成されたシムストックを含む、請求項１５に記載の方法。
17. ドーパントは炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）、ホウ素（Ｂ）、硫黄（Ｓ）およびこれらの組み合わせから選択される、請求項１５に記載の方法。
18. ドーパントは１．５重量％と３．５重量％の間の範囲でＦｅ-Ｃ合金として添加される炭素である、請求項１５に記載の方法。
19. 集合組織焼鈍は約１１００℃から約１２５０℃までの保持温度および約１２時間未満の保持時間で行われる、請求項１５に記載の方法。
20. 磁性材料は鉄であり、そして磁性材料の性能向上剤はガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、スズ（Ｓｎ）、ケイ素（Ｓｉ）、ベリリウム（Ｂｅ）およびこれらの組み合わせから選択される、請求項１５から１９のいずれかに記載の方法。
21. 磁性材料の性能向上剤は約０．１重量％（０．０８原子％）と約２４重量％（２０．２原子％）の間の範囲で添加されるガリウムである、請求項２０に記載の方法。
22. 析出物形成剤はチタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）およびこれらの組み合わせから選択される、請求項２１に記載の方法。
23. 介在物含有磁性ミクロ構造はガルフェノール炭化物ミクロ構造である、請求項２２に記載の方法。
24. 集合組織焼鈍は水素、水素と窒素、アルゴン、およびこれらの組み合わせから選択される環境の中で行われる、請求項２３に記載の方法。
25. 請求項２４に記載の方法に従って製造された製品。
26. 一つ以上の磁性の薄板の性能を向上させる方法であって、次の工程：
    磁性材料に一種以上のフォームファクター成分、ドーパント、磁性材料の性能向上剤および析出物形成剤を溶解し、それにより溶融した合金を得ること；
    溶融した合金を型の中に注入し、それにより一つ以上のインゴットを製造すること；
    場合により、その一つ以上のインゴットをさらに加工すること；
    一つ以上のインゴットについて厚さの低減処理と焼鈍を行い、それにより一つ以上の焼鈍した薄板を製造すること；および
    その一つ以上の焼鈍した薄板について集合組織焼鈍を行い、それにより一つ以上の磁性の薄板であって各々の薄板が単結晶の、またはほぼ単結晶の介在物含有磁性ミクロ構造を含む薄板を製造すること；
    を含む、前記方法。
27. 溶解は真空または部分真空の下で行われる誘導溶解である、請求項２６に記載の方法。
28. （Ｆｅ-Ｇａ-Ａｌ-Ｍｏ-Ｇｅ-Ｓｎ-Ｓｉ-Ｂｅ）_ａ（Ｎｂ_ｄ-Ｔｉ_ｄ-Ｍｏ_ｄ-Ｔａ_ｄ-Ｗ_ｄ）_ｂ（Ｃ-Ｎ-Ｂ-Ｓ）_ｃ（ここで、ａ≧９８、ｂ≦１、ｃ≦１、ｄ≦２、そしてａ＋ｂ＋ｃ＝１００）の組成式を有する磁性ミクロ構造を含む組成物。
29. ｄ＝１または２である、請求項２８に記載の組成物。
30. （Ｆｅ-Ｇａ）_９９（Ｎｂ）_０．５（Ｃ）_０．５を含む、請求項２９に記載の組成物。
31. ハウジング；および
    ハウジングの中に収容された一つ以上の薄板（これら一つ以上の薄板の各々は単結晶の、またはほぼ単結晶の介在物含有磁性ミクロ構造を含む）；
    を含む機器。
32. 作動器、センサーまたは環境発電機を含む、請求項３１に記載の機器。
33. 環境発電機はモーターからのモーター振動を電気エネルギーに変換するように構成されたモーターマウントである、請求項３２に記載の機器。