JP3023512B2 - 強磁性材料 - Google Patents

強磁性材料

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、強磁性材料に関し,特にLaを必須成分とす
る希土類元素とCo,Fe,Niの内の少なくとも1種の遷移金
属との新規金属間化合物である強磁性材料に関する。
[従来の技術] 従来,SmCo5,Sm2Co17,及びNd2Fe14B等金属間化合物を
有し,良好な磁石特性を示す,Sm−Co系,Nd−Fe−B系永
久磁石材料がスピーカーモーター等に使用されている。
ところが,Sm−Co系磁石材料は,Smの価格が高価でか
つ,供給が不安定であるため,比較的安価なNdを用いた
Nd−Fe−B系磁石材料に対し,用途が限定されている。
また,Nd−Fe−B系永久磁石材料も,磁石特性の熱的
安定性と耐食性に劣る欠点を有するため,広範な用途に
供するものに至っていない。
しかし,一般に,磁性材料は,電気・電子部品とし
て,その需要は大量であり,また,用途拡大を考えた場
合,供する磁性材料は安価であることも必要な条件であ
ることから,希土類金属と遷移金属との金属間化合物に
おいて,資源が豊富で安価である軽希土類金属原料とし
て用いる手法が要請されている。
このため,軽希土類金属の中でも資源の豊富なLaが着
目される。
特に希土類金属と遷移金属との金属間化合物では,そ
の磁性は遷移金属によるところが大きいため,遷移金属
の組成比の大きい金属間化合物ほど優れた磁気特性を有
する材料として適当であることが知られている。
そこで,上記条件に一致する希土類金属と遷移金属と
の金属間化合物として,RCo5及びR2Co17が考えられる。
第8図(a),(b)に示されるように,RCo5及びR2C
o17が,優れた飽和磁化4πIs(kG)及びキュリー温度
T(℃)を有することが分かる。また,R2Co17は,RCo5
比べて,より優れた飽和磁化4πIs(kG)及びキュリー
温度を有することも知られている。
[発明が解決しようとする課題] ところが,第9図(a),(b)に示すように,Laに
おいてはLaCo5は存在するが,La2Co17は存在せず,La−Fe
二元系においては,全く金属間化合物は存在しないこと
が知られている(IEEE Trans.Magn.MAG−8,p.p.511−51
5(1972),J.STRNAT)。
しかし,第9図(a),(b)のRCo5とR2Co17との比
較から,La2Co17が存在すると仮定すれば,その飽和磁化
4πIs(kG)及びキュリー温度は,Ce2Co17より優れてい
ると推察でき,十分有用な磁性材料となる可能性が大き
いことが予見された。
そこで,本発明の第1の技術的課題は,上記問題点に
鑑み,LaとCoFe,Niの遷移金属との二元系では存在し得な
いLa2T17金属間化合物を,他の金属元素を添加して安定
的に存在せしめることにより,磁気特性に優れコストパ
フォーマンスにも優れた強磁性材料を提供することにあ
る。
本発明の第2の技術的課題は,結晶C軸方向が磁化容
易軸である結晶磁気異方性を有する磁気異方性に優れた
強磁性材料を提供することにある。
本発明の第3の技術的課題は,400℃以下の高いキュリ
ー温度を有する強磁性材料を提供することにある。
本発明の第4の技術的課題は,安価なLaを原料とする
ことによりコストパフォーマンスに優れた強磁性材料を
提供することにある。
[課題を解決するための手段] 本発明によれば、化学式、R2(T1-yMy17(但し,Rは
Yを含む希土類元素の内のLaを主成分として含む少なく
とも1種,Tは,Co,Fe,Niの内のCoを主成分として含む少
なくとも1種の遷移金属,MはTi,V,Cr,Mn,Zr,Nb,Mo,Hf,T
a,Wの内の少なくとも1種,yは0.01〜0.2の数を表す。)
で表される金属間化合物であることを特徴とする強磁性
材料が得られる。
また、本発明によれば、化学式、R2(T1-yMy17(但
し,RはYを含む希土類元素の内のLaを主成分として含む
少なくとも1種,TはCo,Fe,Niの内のCoを主成分として含
む少なくとも1種の遷移金属,MはTi,V,Cr,Mn,Zr,Nb,Mo,
Hf,Ta,Wの内の少なくとも1種,yは0.01〜0.2の数を表
す。)で表される金属間化合物が菱面体結晶構造である
ことを特徴とする強磁性材料が得られる。
さらに、本発明によれば、化学式、R2(T1-x-yCu
xMy17(但し,RはYを含む希土類元素の内のLaを主成
分として含む少なくとも1種,TはCo,Fe,Niの内のCoを主
成分として含む少なくとも1種の遷移金属,MはTi,V,Cr,
Mn,Zr,Nb,Mo,Hf,Ta,Wの内の少なくとも1種,xは0.7以
下,yは0.01〜0.2の数を表す。)で表される金属間化合
物であることを特徴とする強磁性材料が得られる。
本発明者らは,Laと,Co,Fe,Niの内の少なくとも1種の
遷移金属とを主元素(第1及び第2の元素)とし,これ
に第3元素Mを添加するにより,R2T17,更に,詳しくは,
R2(T1-yMy17の式で表される組成の化合物の存在を調
査し,良好な結果を得た。
即ち,本発明は,前述したように,LaとCo,Fe,Niの遷
移金属との二元系では,存在しないR2T17の組成の化合
物を,La,及びCo,Fe,Niの内の少なくとも1種の遷移金属
に対してTi,V,Cr,Mn,Zr,Nb,Mo,Hf,Ta,Wの内の少なくと
も1種の元素を比較的少量添加することにより,新規に
La2(T1-yMy17の式で表される組成の金属間化合物と
して安定に得ることができることを見出したものであ
る。このLa2(T1-yMy17金属間化合物中のLaの一部は,
Ce,Nd,Pr,Sm,Tb,Dy等のYを含むLa以外の希土類元素
と,置換可能であり,特に高価な純度の高いLaを使用し
なくても製造できるので,コスト的に有利である。
さらに,本発明における金属間化合物は,菱面体構造
を呈し,結晶磁気異方性,及び結晶C軸方向に磁化容易
軸を有し,高い飽和磁化4πIs(kG)と400℃以上の高
いキュリー温度とが得られる磁気特性に優れた強磁性材
料である。
ここで,本発明において,yを0.01〜0.2の範囲の数で
あると限定したのは,yが0.01より小又は0.2より大なる
とき上記金属間化合物が有効に得られないからである。
[実施例] 本発明の実施例について図面を参照して説明する。
[実施例1] La2(Co0.93Ti0.0717の組成の強磁性材料を,この
組成の元素を相対分量,La;23.2wt%,Co;72.8wt%,Ti;4.
0wt%で融解することにより得た。なお,融解中の蒸発
損失を補償するため,融解開始時,若干過剰のLaを存在
させた。
得られたLa2(Co0.93Ti0.0717の合金を粉砕し,そ
の粉末を磁場中で成形した。振動試料型磁力計(V.S.
M)を用い,得られた成形体に対し,磁場中成形した際
の印加磁場と,直線1で示す平行な方向()と,直線
2で示す垂直な方向 に外部磁場を徐々に与えた時の室温での磁化の変化を測
定し,その変化を第1図に示す。
その結果,第1図のように,La2(Co0.93Ti0.0717
金属間化合物は,室温で,その異方性磁場HAは約40kOe,
飽和磁化Mは約10KG(99.5emu/g)を示したことから,
磁気異方性に優れた磁気特性を有する強磁性材料である
ことが認められた。
さらに,La2(Co0.93Ti0.0717の結晶構造と,磁化容
易方向とを決定するため,磁場中成形した成形体のX線
回折が行われ,その結果を第2図(a),(b)に示し
た。
第2図(a),(b)は,成形時の印加磁場方向と垂
直な面(a)と平行な面(b)との2つの面に対し,夫
々X線回折を行なった際の回折図形である。
その結果,La2(Co0.93Ti0.0717の金属間化合物は,T
h2Zn17型の菱面体結晶構造であり,垂直面に対する回折
図形において(006)面からの回折ピーク1が顕著に表
われ,平行面に対する回折図形では,(220)面からの
回折ピーク2が顕著であることから,結晶C軸方向に磁
化容易軸を有していることが分かった。しかるに,La
2(Co0.93Ti0.0717の金属間化合物の磁気異方性は,
結晶磁気異方性によるものであり,結晶C軸方向に磁化
容易軸を有することから,永久磁石への応用に対し,本
材料は極めて有用であることが認められた。
次に,La2(Co0.93Ti0.0717の合金に外部磁場を10kO
e与えた場合の磁化4πI10の温度Tに対する変化を,V.
S.Mを用いて測定し,その結果を第3図に示した。
第3図に示した磁化4πI10(kG)−温度T(℃)曲
線から分かるように,本材料のキューリー温度が約650
℃と高いことが分かった。このことから,使用温度によ
る制限の少ない実用上広範な用途に供することが可能と
考えられる。
[実施例2] 実施例1と同様の方法により,La2(Co1-x-yFexTiy
17(ただし,yは0.02〜0.15,xは0〜0.7)で表わされる
種々の組成を有する強磁性材料を作製した。
得られた各組成の材料の飽和磁化を,室温で,V.S.Mを
用いて測定し,その結果を第4図に示した。
その結果,第4図に示すように,La2(Co1-x-yFexT
iy17の組成に対する飽和磁化4πIsの変化は,Coの一
部をFeで置換した場合,Feの置換比(x)の増加に伴な
い,飽和磁化4πIs(kG)が向上することが認められ
た。
また,本材料は,Fe,Tiに対し,広い固溶範囲を許しな
がらも,良好な磁石特性を有することから,歩留り等,
製造上有利な材料であると言える。
尚,本実施例2で作製したLa2(Co1-x-yFexTiy
17は,上記x,yの範囲において,すべて菱面体結晶構造
を有していることが認められた。
[実施例3] 組成La2(Co0.950.0517の強磁性材料を各元素の
混合物を融解することにより得た。得られた合金を粉砕
し,粉末を成形した。得られた成形体に対し,X線回折を
行ない,その結果を第5図に示した。
第5図に示すとおり,La2(Co0.950.0517のX線回
折図形から,La2(Co0.950.0517の強磁性材料は,Th2
Zn17型菱面体結晶構造を呈することが認められた。ま
た,本材料は,結晶C軸と平行に磁化容易軸を有する結
晶磁気異方性の金属間化合物であることも認められた。
[実施例4] La2(Co1-x-yFexVy17(ただし,xは0〜0.6,yは0.01
〜0.12,)で表される種々の組成を有する強磁性材料を
作製した。作製したLa2(Co1-x-yFexVy17は,上記x,y
の範囲において,すべて菱面体結晶構造を有することが
認められた。また,得られた各組成の材料の飽和磁化4
πIs(kG)を室温でV.S.Mを用いて測定し,第6図にそ
の結果を示した。
第6図に示すとおり,La2(Co1-x-yFexVy17の組成に
対する飽和磁化4πIs(kG)の変化によれば,本材料
は,上記x,yの組成範囲において,良好な磁気特性を示
すことが認められた。
[実施例5] 次に,La2(Co1-x-yFexMy17(但し,MはCr,Mn,Zr,Nb,
Mo,Hf,Ta,W)で表される,種々の組成を有する強磁性材
料を作製した。
上記金属元素Mに対し,上式で表される組成化合物
が,安定に存在する,x,yの範囲を各金属元素Mに対して
表1に示す。
表1に示したM,x,yの組成に対し,本材料は,良好な
磁気特性を示した。
[実施例6] La2(Co1-x-yNixMy17(但し,MはTi,V,Cr,Zr,Nb,Mo,
Hf,Ta,W)で表される,種々の組成を有する強磁性材料
を作製した。
上記金属元素Mに対し,上式の組成化合物が安定に存
在するx,yの範囲をMと共に表2に示す。
[実施例7] La2(Co1-x-yCuxMy17(但し,MはTi,V,Cr,Mn,Zr,Nb,
Mo,Hf,Ta,W)で表される種々の組成を有する強磁性材料
を作製した。
上記金属元素Mに対し,上式で表される組成化合物が
安定に存在するx,yの範囲をMに対して表3に示す。
[実施例8] (La1-zREz(Co0.93Ti0.0717(但し,REはCe,N
d,Pr,zは0〜0.4)で表される種々の組成を有する強磁
性材料を作製した。
Laを上記REで置換した場合も,上式で表される組成化
合物は,菱面体結晶構造を有し,安定に存在する。
第7図に,RE及びzに対する(La1-zREz(Co0.93T
i0.0717の組成化合物の飽和磁化を示す。いずれのRE
の置換に対しても良好な磁気特性を示す。それ故,本材
料は純度の高いLaを原料として使用せずとも,磁気特性
を低下せしめず作製可能であり,製造上有利であると共
に,コストパフォーマンスにより優れるものであるいえ
る。また,上記REのうち,2種以上の置換に対しても,本
材料を得ることが可能であることは安易に推察できる。
[実施例9] (La1-zREz(Co0.93Ti0.0717(但し,REはSm,T
b,Dy,zは0〜0.3)で表される種々の組成を有する強磁
性材料を作製した。
Laを上記REで置換した場合も,上式で表される組成化
合物は,菱面体結晶構造を有し,安定に存在する。第8
図に,RE及びzに対する(La1-zREz(Co0.93T
i0.0717の組成化合物の飽和磁化を示す。いずれのRE
の置換に対しても,飽和磁化の低下がみられるが,強磁
性材料として供するに十分良好な磁気特性を示す。更
に,上記RE以外の重希土類元素の置換に対しても,本材
料を得ることが可能であると推察される。また,前記実
施例6と本実施例から,Laの一部をYを含む他の希土類
元素で置換しても,磁気特性の良好な本材料を得ること
が可能であることは容易に推察できる。
[発明の効果] 以上述べたように,本発明によれば,LaとCoを含む遷
移金属との二元系では存在し得ないLa2T17金属間化合物
を,他の金属元素を添加して安定的に存在せしめること
により,磁気特性に優れコストパフォーマンスにも優れ
た強磁性材料と, 結晶C軸が磁化容易軸である結晶磁気異方性を有する
磁気異方性に優れた強磁性材料と, 400℃以上の高いキューリー温度を有する強磁性材料
と, 安価なLaを主原料としコストパフォーマンスに優れた
強磁性材料を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はLa2(Co0.93Ti0.0717の初磁化曲線を示す
図, 第2図(a),及び(b)はLa2(Co0.93Ti0.0717
X線回折図形を示す図で,(a)は印加磁場方向に対し
て垂直な面,(b)は印加磁場方向に対して平行な面に
ついて夫々示し, 第3図はLa2(Co0.93Ti0.07)の10kG oeを与えた場合の
磁化4πI10−温度T曲線を示す図, 第4図はLa2(Co1-x-yFexTiy17の飽和磁化4πIsを示
す図, 第5図はLa2(Co0.950.0517のX線回折図形を示す
図, 第6図はLa2(Co1-x-yFexVy17の飽和磁化4πIsを示
す図, 第7図及び第8図は(La1-zREz(Co0.93Ti0.0717
の飽和磁化4πIsを示す図, 第9図(a)及び(b)は従来例に係るRCo5,R2Co17
飽和磁化4πIsとキューリー温度との関係を夫々示す図
である。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−224733(JP,A) 特開 昭60−218444(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01F 1/04 C22C 19/07

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】化学式、R2(T1-yMy17(但し,RはYを含
    む希土類元素の内のLaを主成分として含む少なくとも1
    種,TはCo,Fe,Niの内のCoを主成分として含む少なくとも
    1種の遷移金属,MはTi,V,Cr,Mn,Zr,Nb,Mo,Hf,Ta,Wの内
    の少なくとも1種,yは0.01〜0.2の数を表す。)で表さ
    れる金属間化合物であることを特徴とする強磁性材料。
  2. 【請求項2】化学式、R2(T1-yMy17(但し,RはYを含
    む希土類元素の内のLaを主成分として含む少なくとも1
    種,Tは,Co,Fe,Niの内のCoを主成分として含む少なくと
    も1種の遷移金属,MはTi,V,Cr,Mn,Zr,Nb,Mo,Hf,Ta,Wの
    内の少なくとも1種,yは0.01〜0.2の数を表す。)で表
    される金属間化合物が菱面体結晶構造であることを特徴
    とする強磁性材料。
  3. 【請求項3】化学式、R2(T1-x-yCuxMy17(但し,Rは
    Yを含む希土類元素の内のLaを主成分として含む少なく
    とも1種,TはCo,Fe,Niの内のCoを主成分として含む少な
    くとも1種の遷移金属,MはTi,V,Cr,Mn,Zr,Nb,Mo,Hf,Ta,
    Wの内の少なくとも1種,xは0.7以下,yは0.01〜0.2の数
    を表す。)で表される金属間化合物であることを特徴と
    する強磁性材料。
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