JP2020139183A - SmZrFeCo磁性化合物およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
[1]式(Sm(1−x)Zrx)a(Fe(1−y)Coy)12Mb
(上式中、Mは不可避不純物元素並びにAl、Cr、Cu、Ga、Ag及びAuからなる群より選ばれる1種以上の元素であり、0≦x≦0.5、0≦y≦0.6、0.97≦a≦1.57、0≦b≦0.4である)
により表される磁性化合物であって、ThMn12型の結晶構造を有し、磁化が1.80T以上である磁性化合物である。
[2]式(Sm(1−x)Zrx)a(Fe(1−y)Coy)12Mb
(上式中、Mは不可避不純物元素並びにAl、Cr、Cu、Ga、Ag及びAuからなる群より選ばれる1種以上の元素であり、0≦x≦0.3、0≦y≦0.3、0.97≦a≦1.57、0≦b≦0.1である)
により表される磁性化合物であって、ThMn12型の結晶構造を有し、磁化が1.80T以上である磁性化合物。
[3]式(Sm(1−x)Zrx)a(Fe(1−y)Coy)12Mb
(上式中、Mは不可避不純物元素並びにAl、Cr、Cu、Ga、Ag及びAuからなる群より選ばれる1種以上の元素であり、0.1≦x≦0.2、0.1≦y≦0.2、0.97≦a≦1.27、0.01≦b≦0.1である)
により表される磁性化合物であって、ThMn12型の結晶構造を有し、磁化が1.80T以上である磁性化合物。
(上式中、Mは不可避不純物元素並びにAl、Cr、Cu、Ga、Ag及びAuからなる群より選ばれる1種以上の元素であり、0≦x≦0.5、0≦y≦0.6、0.97≦a≦1.57、0≦b≦0.4である)
で表される組成の合金の溶湯を準備する工程と、
前記溶湯を1×102〜1×107K/secの速度で急冷する工程と、
を含む磁性化合物の製造方法である。
[5]本発明のSmZrFeCo磁性化合物の製造方法において、好ましくは、前記急冷工程後、800〜1300℃にて2〜120時間熱処理を行う工程をさらに含むとよい。
[6]本発明のSmZrFeCo磁性化合物の製造方法は、式(Sm(1−x)Zrx)a(Fe(1−y)Coy)12Mb
(上式中、Mは不可避不純物元素並びにAl、Cr、Cu、Ga、Ag及びAuからなる群より選ばれる1種以上の元素であり、0≦x≦0.5、0≦y≦0.6、0.97≦a≦1.57、0≦b≦0.4である)
で表される組成の合金を基板上に堆積させる磁性化合物の製造方法であって、
サマリウム(Sm)、ジルコニウム(Zr)、鉄(Fe)及びコバルト(Co)を前記基板上に供給する複数のスパッタリングターゲットを準備し、
高真空状態でアルゴンガスを前記スパッタリングターゲットに衝突させて、前記組成の合金を前記基板上に堆積させると共に、前記基板上に堆積した前記組成の合金を急冷する工程と、を含む磁性化合物の製造方法である。
[7]本発明のSmZrFeCo磁性化合物の製造方法において、好ましくは、前記基板は、単結晶MgO(100)、Ta、Mo、Al2O3、石英ガラス、Si(100)、熱酸化膜付Siの何れかであることよい。
[9]本発明の磁性化合物を用いた電動機、発電機、又は電動機及び発電機[8]を用いた電気自動車用モーター、内燃機関と蓄電池を併用したハイブリット自動車、若しくは電気製品。
本発明のSmZrFeCo磁性化合物の製造方法によれば、製造過程において溶湯の冷却速度を調整することにより、冷却の際に析出するα−(Fe、Co)相を減らし、ThMn12型の結晶を多く析出させることにより異方性磁界を向上させることができる。
パラメータaについては、好ましくはa=0.90〜1.57の範囲((Sm、Zr)が約7〜12at%相当)、さらに好ましくはa=0.96〜1.57の範囲((Sm、Zr)が約7〜12at%相当)、最適な組成はa=0.96〜1.27の範囲((Sm、Zr)が約7〜10at%相当)である。パラメータaが0.90未満では、磁化が低く、1.80T未満である。パラメータaが1.57超えでは、磁化が低く、1.80T未満であると共に、希少な元素であるSmの含有量が増えて、量産に適さない。好ましい組成は、α−(Fe、Co)などの副相がかなり混在するが、1−12相の単相も得られている組成範囲である。さらに好ましい組成は、α−(Fe、Co)などの副相がほとんど存在せずに,ほぼ1−12相の単相が得られている組成範囲である。最適な組成は、Zr添加によって,無添加の磁化値1.78Tに対して磁化向上の効果があった組成範囲である。
なお、パラメータx、yについては、後で述べる。
非磁性構造安定化元素はチタン(Ti)、バナジウム(V)、モリブデン(Mo)及びタングステン(W)からなる群より選ばれる1種以上の元素である。希土類元素R−Feの2元系合金に第3の元素としてTi、V、Mo、Wを添加することによりThMn12型の結晶構造が安定化され、優れた磁気特性を示すことが知られている。しかし、本発明においては非磁性構造安定化元素の添加は不要である。非磁性構造安定化元素量が0の場合でも、SmZrFeCo磁性化合物の成分組成の調整と熱処理等によってThMn12型結晶相の安定化を図ることができ、異方性磁界が高まる。
Mは、不可避不純物元素、並びにアルミニウム(Al)、クロム(Cr)、銅(Cu)、ガリウム(Ga)、銀(Ag)、及び金(Au)からなる群より選ばれる1種以上の元素である。これらの元素は、原料及び/又は製造工程で、SmZrFeCo磁性化合物に不可避に混入してしまう元素である。
本発明の磁性化合物は、図5に示すようなThMn12型の正方晶系の結晶構造を有する希土類元素含有磁性化合物である。この結晶構造は、ピアソン記号(Pearson symbol)ではtl26、空間群(space group)ではl4/mmmと表記される。
本発明の磁性化合物をバルクとして製造する場合、基本的には金型鋳造法やアーク溶解法などの従来の製造方法により製造することができるが、従来の方法では、ThMn12相以外の安定相(α−(Fe、Co)相)が多く析出してしまい、異方性磁界を低下させてしまう可能性がある。ここで、
{ThMn12型結晶が析出する温度}<{α−(Fe、Co)が析出する温度}
であることに着目し、合金の溶湯を1×102〜1×107K/secの速度で急冷することにより、α−(Fe、Co)が析出する温度付近に長くとどまらないようにしてα−(Fe、Co)の析出を低減させ、ThMn12型結晶を多く生じさせる製造方法を用いるとよい。
(Sm 1−x Zr x ) y (Fe 0.8 Co 0.2 ) 12 エピタキシャル薄膜の作製:
薄膜作製は、蒸着法の一種であるDCマグネトロンスパッタ法により行った。
マグネトロンスパッタ法では、真空中にアルゴンガスを導入して数百ボルトの電圧をかけ、プラズマ状態を作る。このプラズマ中には、アルゴン分子とプラスに荷電したアルゴン原子(アルゴンイオン)と自由電子が混在している。電場の影響で、プラスに荷電したアルゴンイオンはマイナスに荷電したカソード(ターゲット)のほうへ引き寄せられる。そこで、それらは数10〜100電子ボルト(eV)の高い運動エネルギーでターゲットの表面に衝突する。そうすると、アルゴンイオンがスパッタリングターゲットの表面から原子をたたき出す。成膜材料はそのようにして少しずつ侵食されていく。ターゲットから放出された原子は反対側の基板のほうへ真空中を飛んでいき、当該反対側の基板に付着して薄膜を形成する。
なお、基板としては、単結晶MgO(100)に代えて、タンタル(Ta)、モリブデン(Mo)、アルミナ(Al2O3)、石英ガラス、Si(100)、熱酸化膜付Siを用いてもよい。例えば、アモルファスの基板(熱酸化膜付Si基板)を用いた場合でも、例えばNiTa/MgO/Vなる積層構造の下地を用いることにより、ThMn12構造のSm(Fe、Co) 12化合物が生成される。
図4(B)は図4(A)に示す測定点の数値を示す表で、実施例1〜5と比較例1〜3における、元素組成のパラメータx、aと磁化の数値を示している。
(Sm(1−x)Zrx)a(Fe(1−y)Coy)12Mb
(上式中、Mは不可避不純物元素並びにAl、Cr、Cu、Ga、Ag及びAuからなる群より選ばれる1種以上の元素であり、0≦x≦0.5、0≦y≦0.6、0.97≦a≦1.57、0≦b≦0.4である)
との関係では、y=0.2の場合に相当しており、0≦y≦0.6まで磁化の特性が予見可能である。
11 溶解炉
12 合金の溶湯
13 タンディッシュ
14 冷却ロール
Claims (9)
- 式(Sm(1−x)Zrx)a(Fe(1−y)Coy)12Mb
(上式中、Mは不可避不純物元素並びにAl、Cr、Cu、Ga、Ag及びAuからなる群より選ばれる1種以上の元素であり、
0≦x≦0.5、
0≦y≦0.6、
0.90≦a≦1.57、
0≦b≦0.4である)
により表される磁性化合物であって、ThMn12型の結晶構造を有し、磁化が1.80T以上である磁性化合物。 - 式(Sm(1−x)Zrx)a(Fe(1−y)Coy)12Mb
(上式中、Mは不可避不純物元素並びにAl、Cr、Cu、Ga、Ag及びAuからなる群より選ばれる1種以上の元素であり、
0≦x≦0.3、
0≦y≦0.3、
0.97≦a≦1.57、
0≦b≦0.1である)
により表される磁性化合物であって、ThMn12型の結晶構造を有し、磁化が1.80T以上である磁性化合物。 - 式(Sm(1−x)Zrx)a(Fe(1−y)Coy)12Mb
(上式中、Mは不可避不純物元素並びにAl、Cr、Cu、Ga、Ag及びAuからなる群より選ばれる1種以上の元素であり、
0.1≦x≦0.2、
0.1≦y≦0.2、
0.97≦a≦1.27、
0.01≦b≦0.1である)
により表される磁性化合物であって、ThMn12型の結晶構造を有し、磁化が1.80T以上である磁性化合物。 - 式(Sm(1−x)Zrx)a(Fe(1−y)Coy)12Mb
(上式中、Mは不可避不純物元素並びにAl、Cr、Cu、Ga、Ag及びAuからなる群より選ばれる1種以上の元素であり、0≦x≦0.5、0≦y≦0.6、0.97≦a≦1.57、0≦b≦0.4である)
で表される組成の合金の溶湯を準備する工程と、
前記溶湯を1×102〜1×107K/secの速度で急冷する工程と、
を含む磁性化合物の製造方法。 - 前記急冷工程後、800〜1300℃にて2〜120時間熱処理を行う工程をさらに含む、請求項4に記載の磁性化合物の製造方法。
- 式(Sm(1−x)Zrx)a(Fe(1−y)Coy)12Mb
(上式中、Mは不可避不純物元素並びにAl、Cr、Cu、Ga、Ag及びAuからなる群より選ばれる1種以上の元素であり、0≦x≦0.5、0≦y≦0.6、0.97≦a≦1.57、0≦b≦0.4である)
で表される組成の合金を基板上に堆積させる磁性化合物の製造方法であって、
サマリウム(Sm)、ジルコニウム(Zr)、鉄(Fe)及びコバルト(Co)を前記基板上に供給する複数のスパッタリングターゲットを準備し、
高真空状態でアルゴンガスを前記スパッタリングターゲットに衝突させて、前記組成の合金を前記基板上に堆積させると共に、前記基板上に堆積した前記組成の合金を急冷する工程と、
を含む磁性化合物の製造方法。 - 前記基板は、単結晶MgO(100)、Ta、Mo、Al2O3、石英ガラス、Si(100)、熱酸化膜付Siの何れかであることを特徴とする請求項7に記載の磁性化合物の製造方法。
- 請求項1、2、3の何れか一項に記載の磁性化合物を用いた電動機、発電機、又は電動機及び発電機。
- 請求項8に記載の電動機、発電機、又は電動機及び発電機を用いた電気自動車用モーター、内燃機関と蓄電池を併用したハイブリット自動車、若しくは電気製品。
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