JP3135665B2 - 磁性材料およびボンド磁石 - Google Patents

磁性材料およびボンド磁石

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JP3135665B2 JP04054717A JP5471792A JP3135665B2 JP 3135665 B2 JP3135665 B2 JP 3135665B2 JP 04054717 A JP04054717 A JP 04054717A JP 5471792 A JP5471792 A JP 5471792A JP 3135665 B2 JP3135665 B2 JP 3135665B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、永久磁石、ボンド磁石
の素材等に有用な磁性材料に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、高性能希土類永久磁石としては、
Sm−Co系磁石、Nd−Fe−B系磁石などが知られ
おり、量産化が進められている。これらの磁石には、F
eまたはCoが多量に含まれ、飽和磁束密度の増大に寄
与している。また、これらの磁石にはNd、Smなどの
希土類元素が含まれており、希土類元素は結晶場中にお
ける4f電子の挙動に由来する非常に大きな磁気異方性
をもたらす。これにより保磁力の増大化が図られ、高性
能の磁石が実現されている。このような高性能磁石は、
主としてスピーカ、モータ、計測器などの電気機器に使
用されている。
【0003】一方、最近、ThMn12構造結晶構造を有
する希土類鉄金属間化合物が注目されている。前記化合
物は、希土類元素の鉄に対する化学量論的組成量が前記
Sm−Co系磁石、Nd−Fe−B系磁石に属するSm
2 Co17、Nd2 Fe14Bなどの金属間化合物に比べて
小さく、鉄を多量に含有する。このため、大きな飽和磁
束密度と高い最大エネルギー積を実現できる可能性があ
る。また、前記化合物は高価な希土類元素の組成比が小
さいため安価に製造できる利点を有する。
【0004】しかしながら、前記ThMn12構造結晶構
造を主相とする希土類鉄金属間化合物からなる永久磁石
材料は主にα−Feの不純物相の生成が見られ、これに
より磁気特性が劣化するという問題があった。
【0005】また、主相の結晶格子間にN、C、P等の
侵入型元素を導入した組成を有する磁性材料が開発され
ている。前記磁性材料は、主相のキュリー温度、飽和磁
束密度、磁気異方性が大きく改善される。
【0006】しかしながら、これまでのような主相中に
侵入型元素を取り入れた磁性材料においては、主相の温
度安定性が低く、例えばR2 Fe17窒素化合物は600
℃によりα−Feと希土類窒化物(RN)との分解が開
始する。また、ThMn12構造をもつRFe11Ti1
化物においては450℃で分解が開始される。その結
果、分解を抑制しながら侵入型元素含有化合物を構成す
ることは非常に困難である。また、前記磁性材料の分解
温度以上に昇温するホットプレス、焼結等により緻密な
磁石を形成できないという問題があった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、F
e、CoまたはFe−Co合金の不純物相の生成を抑制
すると共に安定したThMn12型結晶構造が主相として
存在し、優れた磁気特性を有し、さらに低コスト化が図
られた磁性材料を提供しようとするものである。
【0008】本発明の別の目的は、Fe、CoまたはF
e−Co合金の不純物相の生成を抑制すると共に侵入型
元素が導入されたThMn12型結晶構造が主相として存
在して優れた磁気特性を有し、かつ前記ThMn12型結
晶構造の温度安定性が向上され、キュリ−温度が向上さ
れ、さらに低コスト化が図られた磁性材料を提供しよう
とするものである。
【0009】本発明のさらに別の目的は、Fe、Coま
たはFe−Co合金の不純物相の生成を抑制すると共に
安定したTbCu7 型型結晶構造が主相として存在し、
優れた磁気特性を有し、さらに低コスト化が図られた磁
性材料を提供しようとするものである。
【0010】本発明のさらに別の目的は、Fe、Coま
たはFe−Co合金の不純物相の生成を抑制すると共に
侵入型元素が導入されたTbCu7 型結晶構造が主相と
して存在して優れた磁気特性を有し、かつ前記TbCu
7 型結晶構造の温度安定性が向上され、キュリ−温度が
向上され、さらに低コスト化が図られた磁性材料を提供
しようとするものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明に係わる磁性材料
は、一般式 R1 x R2 y Si z u 1-x-y-z (ただし、R1はZrおよびHfから選ばれる少なくと
も1種の元素、R2は少なくとも1種の希土類元素、M
はC、NおよびPから選ばれる少なくとも1種の元素、
TはFeもしくはFeおよびCo、x,y,z,uは原
子比でそれぞれ0.005≦x≦0.2、0.02≦y
≦0.2、0.02<z≦0.2、0≦u≦0.2を示
す)にて表され、主相がThMn 12 型結晶構造を有す
る。
【0012】より具体的には、一般式R1 x R2 y Si z 1-x-y-z (ただし、R1はZrおよびHfから選ばれる少なくと
も1種の元素、R2は少なくとも1種の希土類元素、T
はFeもしくはFeおよびCo、x,y,zは原子比で
それぞれ0.005≦x≦0.2、0.02≦y≦0.
2、0.02<z≦0.2を示す)にて表され、主相が
ThMn 12 型結晶構造を有する 磁性材料、並びに一般式R1 x R2 y Si z u 1-x-y-z (ただし、R1はZrおよびHfから選ばれる少なくと
も1種の元素、R2は少なくとも1種の希土類元素、M
はC、NおよびPから選ばれる少なくとも1種の元素、
TはFeもしくはFeおよびCo、x,y,z,uは原
子比でそれぞれ0.005≦x≦0.2、0.02≦y
≦0.2、0.02<z≦0.2、u≦0.2を示す)
にて表され、主相がThMn 12 型結晶構造を有する 磁性
材料が提供される。ここで、前記主相とは化合物中の各
結晶相および非結晶相のうちで最大の体積占有率を有す
る相を意味するものである。以下、本発明の磁性材料を
構成する各成分ついて詳細に説明する。
【0013】(1)R1元素 R1元素としては、Zr、HfまたはZrとHfの混合
物が使用される。このようなR1元素は、前記R2の希
土類サイトに占有して温度安定性に優れたThMn12
結晶構造の生成に寄与する。また、R1は前記M元素
(侵入型元素)を必須成分として用いた場合には化合物
の温度安定性に寄与するものである。
【0014】前記R1元素を0.5原子%未満にすると
(すなわち原子比で0.005未満、以降原子割合は原
子%で論ずる)、多量のα−Feが生成して大きな保磁
力が得られなくなる。一方、前記R1元素が20原子%
を越えると、前記T元素(Fe、Co)の量が相対的に
少なくなり、飽和磁束密度が著しく低下する。より好ま
しいR1元素の量は、0.5〜6原子%の範囲である。
【0015】(2)R2元素 R2元素である希土類元素としては、La、Ce、P
r、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、E
r、Tm、Lu、Yが挙げられ、これらは1種または2
種以上の混合物て使用される。このようなR2元素は、
ThMn12型結晶構造の生成に必要な成分であると共
に、磁気異方性の改善に寄与する。
【0016】特に、前記希土類元素の中でSmが磁気特
性を向上する上で有用である。ただし、前記M元素(侵
入型元素)を必須成分として添加した場合には、前記希
土類元素の中でPrおよびNdの少なくとも1種を用い
ることが磁気特性を向上する上で有用である。
【0017】前記R2元素を2原子%未満にすると、T
hMn12型結晶構造の生成が困難になる。一方、前記R
2元素が20原子%を越えると、前記T元素(Fe、C
o)の量が相対的に少なくなり、飽和磁束密度が著しく
低下する。より好ましいR2元素の量は、2〜16原子
%の範囲である。
【0018】なお、前記R1元素およびR2元素の合計
量は、4〜20原子%の範囲にすることが好ましい。こ
のようにR1元素およびR2元素の合計量を規定するこ
とにより、優れた磁気異方性と高い保磁力が付与されれ
た磁性材料を得ることが可能になる。より好ましい前記
R1元素およびR2元素の合計量は、6〜16原子%の
範囲である。
【0019】また、前記R2元素の一部をTiで置換す
ることを許容する。前記Tiの置換量は、磁性材料の磁
気特性に悪影響を及ぼさない量、例えば前記R1元素の
量の90%以内にすることが望ましい。
【0020】(3)Si Siは、安定したThMn12相を生成のするために有効
な成分元素である。また、Siは前記M元素(侵入型元
素)を含有するThMn12相の温度安定性を向上する上
でも極めて有効である。
【0021】前記Siによる効果は、0.5原子%以上
添加することにより達成されるが、20原子%を越える
と飽和磁束密度が著しく低下する。より好ましいSiの
量は、0.5〜15原子%の範囲である。
【0022】(4)T元素 T元素は、Fe、Coから選ばれる少なくとも1種から
なるものである。前記T元素は、50原子%以上添加す
ることによりその効果を達成することが可能になる。
【0023】前記T元素の一部をCr、V、Mo、W、
Mn、Ni、Ga、Alから選ばれる1種以上で置換す
ることにより化合物全体に対するThMn12相の割合を
増加させることが可能である。ただし、前記元素で前記
T元素を多量に置換すると、磁束密度の低下を招くた
め、その置換量は原子%でT元素の20%以下にするこ
とが望ましい。
【0024】(5)M元素 M元素は、C、NおよびPが挙げられ、これらは1種ま
たは2種以上の混合物て使用される。このようなM元素
を添加すると、主としてThMn12型結晶構造のインタ
ースティシャル位置に存在し、M元素を含まない場合と
比較して結晶格子を拡大させたり、電子帯構造変化をさ
せることによりキュリー温度、飽和磁束密度、磁気異方
性を向上させる働きを有する。
【0025】前記M元素の量が20原子%を越えるとT
hMn12相の生成が困難となる。前記M元素の添加によ
る効果を達成するためには、その下限値を0.5原子%
にすることが好ましい。
【0026】また、本発明に係わる別の磁性材料は、一
般式 R1x R2y Siz u v (ただし、R1はZrおよびHfからなる選ばれる少な
くとも1種を示し、R2は少なくとも1種の希土類元素
(Yを含む)を示し、MはC、NおよびPから選ばれる
少なくとも1種を示し、TはFeおよびCoから選ばれ
る少なくとも1種を示し、x+y+z+u+v=10
0、x、y、z、u、vは原子%でそれぞれ0.1≦x
≦20、2≦y≦20、0.5≦z≦20、0≦u≦2
0、v≧50を示す)にて表され、主相がTbCu7
結晶構造を有するものである。本発明に係わる別のボン
ド磁石は、前記磁性材料とバインダとを混合し、この混
合物を所望形状に成形してなるものである。
【0027】より具体的には、一般式 R1x R2y Siz v (ただし、R1はZrおよびHfからなる選ばれる少な
くとも1種を示し、R2は少なくとも1種の希土類元素
(Yを含む)を示し、TはFeおよびCoから選ばれる
少なくとも1種を示し、x+y+z+v=100、x、
y、z、vは原子%でそれぞれ0.1≦x≦20、2≦
y≦20、0.5≦z≦20、v≧50を示す)にて表
され、主相がTbCu7 型結晶構造を有する磁性材料、
並びに一般式 R1x R2y Siz u v (ただし、R1はZrおよびHfからなる選ばれる少な
くとも1種を示し、R2は少なくとも1種の希土類元素
(Yを含む)を示し、MはC、NおよびPから選ばれる
少なくとも1種を示し、TはFeおよびCoから選ばれ
る少なくとも1種を示し、x+y+z+u+v=10
0、x、y、z、u、vは原子%でそれぞれ0.1≦x
≦20、2≦y≦20、0.5≦z≦20、0<u、v
≧50を示す)にて表され、主相がTbCu7 型結晶構
造を有する磁性材料が提供される。ここで、前記主相と
は化合物中の各結晶相および非結晶相のうちて最大の体
積占有率を有する相を意味するものである。以下、本発
明に係わる主相がTbCu7 型結晶構造を有する磁性材
料を構成する各成分ついて詳細に説明する。
【0028】R1元素、R2元素については、前述した
のと同様な作用により添加される。前記R2元素につい
ては、Smを選択することが磁気特性を向上する上で有
用である。ただし、前記M元素(侵入型元素)を必須成
分として添加した場合には、前記R2元素の中でPr、
NdおよびSmの少なくとも1種を用いることが磁気特
性を向上する上で有用である。
【0029】Siは、安定したTbCu7 相を生成のす
るために有効な成分元素である。また、Siは前記M元
素(侵入型元素)を含有するTbCu7 相の温度安定性
を向上する上でも極めて有効である。このようなSiの
添加量を限定したのは前述したのと同様な理由によるも
のである。
【0030】T元素は、Fe、Coから選ばれる1種以
上のものであるが、T元素の一部をCr、V、Mo、
W、Mn、Ni、Ga、Alから選ばれる1種以上で置
換することが可能である。M元素は、主としてTbCu
7 型結晶構造のインタースティシャル位置に存在し、そ
の添加量を限定したのは前述したのと同様な理由による
ものである。次に、本発明に係わる磁性材料の製造方法
について説明する。まず、次のような方法により合金粉
末を調製する。
【0031】(1)所定量のR1、R2、Si、Tの各
元素および必要に応じてM元素を含む合金粉末を調製す
る。この場合、原料粉末をアーク溶解または高周波溶解
により溶解後、鋳造して所定組成の合金を調製し、得ら
れた合金を粉砕する。
【0032】(2)前記R1、R2、Si、Tの各元素
および必要に応じてM元素を含む混合体に機械的エネル
ギーを付加して合金化させるメカニカルアロイイング法
またはメカニカルグラインティング法を採用することが
できる。これらの方法は、R1、R2、Si、Tの各元
素を含有する粉末の混合体を固相反応させて合金化する
方法である。前記固相反応を起こす具体的な方法として
は、遊星ボールミル、回転式ボールミル、アトライタ、
振動ボールミル、スクリュー式ボールミル等に原料混合
体を投入し、粉末粒子に機械的な衝撃を与える方法が採
用される。これらの方法によれば、原料粉末が薄片状に
粉砕され、その薄片が相互に面接触した部位で異種原子
が相互に拡散することにより、原料混合体が均質に一体
化される。 (3)液体急冷法によって所定組成の合金粉末を調製す
る。 本発明者らの実験結果よると、前記アーク溶解または高
周波溶解により溶解して得られた前記合金においては、
ThMn12相が主相となり易い。また、前記メカニカル
アロイイング法またはメカニカルグラインティング法の
後に熱処理を施して調製された合金粉末はTbCu7
が主相となり易い。
【0033】さらに、前記液体急冷法により調製された
合金粉末は、その冷却速度や組成によってThMn12
が主相となる場合とTbCu7 相が主相となる場合があ
る。例えば、合金中にSiを15原子%含有させた場
合、冷却速度が小さい時にはThMn12相が主相とな
り、大きい時にはTbCu7 相が主相となる化合物が存
在する。また、冷却速度を一定とした場合、Siを15
原子%含有させた合金ではThMn12相が主相となり、
8原子%含有させた合金ではTbCu7 相が主相となる
化合物が存在する。
【0034】得られた合金粉末は、300〜1000℃
の不活性ガス雰囲気また真空中で0.1〜100時間熱
処理することにより保磁力が大幅に改善される。ただ
し、後述するM元素として窒素を含有する磁性材料の製
造のように窒化処理を別途施す場合には前記熱処理を省
略することが可能である。また、後述する永久磁石を得
るためのホットプレス、熱間塑性変形加工を行う場合に
も前記熱処理を省略することが可能である。次に、M元
素として窒素を含有する磁性材料の製造方法を説明す
る。
【0035】1番目の方法は、前記合金粉末を0.00
1〜2気圧の窒素ガス雰囲気中で0.1〜100時間、
300〜800℃の温度下で熱処理(窒化処理)を施す
ことによりM元素として窒素を含有させる方法である。
【0036】前記窒化処理の雰囲気は、窒素ガスに代え
てアンモニア等の窒素化合物ガスを用いてもよい。前記
窒素もしくは窒素化合物ガスまたはその混合ガスの分圧
は、0.001〜2気圧の範囲にすることが好ましい。
【0037】前記窒化処理においては、窒素もしくは窒
素化合物ガスの他に窒素を含まない別のガスを混合する
ことが可能である。ただし、酸素を混合する場合には熱
処理中の酸化物生成による磁気特性の劣化を避けるため
に、酸素分圧を0.02気圧以下にすることが望まし
い。前記窒化処理は、前記保磁力の改善ために採用され
る熱処理の後に行うことも可能である。
【0038】2番目の方法は、前記合金粉末の調製過程
においてSiN、RN等の窒素化合物を原料として用
い、固相反応により調製することによってM元素として
窒素を含有させる方法である。前述した各方法より得ら
れた本発明に係わる合金粉末(磁性材料)から以下に説
明する永久磁石、ボンド磁石を製造することができる。
【0039】(a)前記合金粉末をホットプレスまたは
熱間静水圧プレス(HIP)により高密度の成型体(圧
粉体)として一体化することにより永久磁石を製造す
る。ここで、前記成型体に磁場を印加し、結晶方位を揃
えることにより、高磁束密度を有する磁石体を得ること
が可能となる。また、ホットプレス、HIPの後、30
0〜700℃の温度下で加圧しながら塑性変形加工を行
うことにより磁化容易軸への磁気的配向を得ることがで
きる。 (b)前記合金粉末をAl、Pb、Sn、Zn、Mgな
どの金属または合金からなる金属系バインダにより結合
して永久磁石を製造する。 (c)前記合金粉末を焼結することにより永久磁石を製
造する。
【0040】(d)前記合金粉末をエポキシ樹脂、ナイ
ロン系などの樹脂と混合した後、成形することによりボ
ンド磁石を製造する。前記エポキシ樹脂系熱硬化性樹脂
を用いる場合には、圧縮成形の後に100〜200℃の
温度でキュア処理を施すことが望ましい。前記ナイロン
系の熱可塑性樹脂を用いる場合には、射出成形法を採用
することが望ましい。
【0041】
【作用】本発明に係わる磁性材料によれば、Fe、Co
またはFe−Co合金の不純物相の生成を抑制すると共
に安定したThMn12型結晶構造を主相として生成で
き、優れた磁気特性を発揮でき、さらに低コスト化を達
成することができる。
【0042】すなわち、ThMn12型結晶構造の希土類
鉄系金属間化合物においては主相としてThMn12相の
安定的な生成が希土類サイトにおける元素の原子半径に
大きく依存する。具体的には、希土類サイトを占める元
素の原子半径を小さくすると、安定したThMn12相を
生成することができる。反対に、希土類サイトを占める
元素の原子半径が1.84Aを越えると安定したThM
12相を生成することができなくなる。
【0043】希土類元素は、原子量が大きくなるほど、
ランタニド収縮により原子半径が小さくなる。例えば、
原子量の小さい、つまり原子半径の大きい軽希土類元素
を用いた希土類鉄系金属間化合物の場合にはFeを主と
する不純物相の生成が支配的になり、ThMn12相を主
相として存在する希土類鉄系金属間化合物を得ることが
できない。
【0044】一方、原子半径の大きい軽希土類元素であ
っても、それより原子量の大きい軽希土類元素、つまり
原子半径の小さい軽希土類元素もしくは重希土類元素と
の混合により希土類サイトにある希土類元素全体の平均
原子半径を縮めることができる。その結果、安定したT
hMn12相を生成することができる。しかしながら、こ
のようなThMn12型結晶構造の希土類鉄系金属間化合
物は、特定の希土類元素の組み合わせによる制約を受け
る。このため、前記希土類元素の組み合わせから磁気特
性が犠牲になる場合がある。
【0045】本発明は、前記一般式R1 x R2 y Si z
u 1-x-y-z にて表される組成に示すようにR2であ
る希土類元素の一部をR1であるZrまたはHfで置き
換えることによって、Fe、CoまたはFe−Co合金
の不純物相の生成を抑制でき、ThMn12結晶構造を主
相として安定的に生成した磁性材料を得ることができ
る。すなわち、前記ZrまたはHfは希土類元素に比べ
て原子半径が小さいために、前記ZrまたはHfを希土
類元素に混合することによって、希土類サイトを占める
元素の原子半径を広い範囲に亘って制御できる。その結
果、希土類元素の種類に制約されず、種々の希土類元素
との組み合わせによりThMn12結晶構造を主相として
安定的に生成できる。
【0046】したがって、ThMn12結晶構造を主相と
し、磁気特性の優れた磁性材料を得ることができる。ま
た、組成の一部としてT元素(Fe、Co)を用いると
ともに前記R1であるZrまたはHfにより希土類元素
の一部を代替することによって、高価な希土類元素の使
用量を大幅に低減できる。このため、低コストの磁性材
料を得ることができる。
【0047】また、本発明に係わる別の磁性材料によれ
ばFe、CoまたはFe−Co合金の不純物相の生成を
抑制すると共に侵入型元素が導入されたThMn12型結
晶構造を主相として生成して磁気特性を向上でき、かつ
前記ThMn12型結晶構造の温度安定性を向上でき、キ
ュリ−温度を向上でき、さらに低コスト化を図ることが
できる。
【0048】希土類鉄系金属間化合物において、安定し
たThMn12型結晶構造を生成するには、Si、Cr、
V、Ti、Mo、W、Mn、Ga、Al等の元素を相当
量添加する必要がある。
【0049】一方、Th2 Zn17型結晶構造およびTh
2 Ni17型結晶構造は希土類鉄系二元系化合物において
も生成される。これらのTh2 Zn17相およびTh2
17相の結晶格子間にN、C等の侵入型元素を導入する
ことにより磁気特性を向上させる効果があることが知ら
れている。また、前記ThMn12型結晶構造において、
安定化元素としてTi、V、Moを用いた場合、上述の
侵入型元素による効果が認められることが知られてい
る。
【0050】本発明は、一般式R1 x R2 y Si z u
1-x-y-z で表される組成を有ることによって、前述し
たようにFe、CoまたはFe−Co合金の不純物相の
生成を抑制した磁性材料を得ることができる。
【0051】また、前記一般式に示すように侵入型元素
Mを導入したThMn12結晶構造を主相とすることによ
って、キュリー温度が向上され、かつ優れた磁気特性を
有する磁性材料を得ることができる。さらに、Siを安
定化元素として添加することによって、前記侵入型元素
Mの導入に伴う前記ThMn12結晶構造の熱的な不安定
性を改善することができる。特に、本発明の磁性材料は
前述した侵入型元素が導入された所定の結晶構造相にT
i、Moを含有させた場合に比べて温度安定性の面で極
めて優位である。このような温度安定性の改善により侵
入型元素を含有する化合物のを容易に合成することがで
きる。また、高温でのホットプレスを行うことができる
ため、より緻密な圧粉体によって磁気特性の優れた永久
磁石を得ることができる。さらに、前記R1元素も前記
侵入型元素Mが導入されたThMn12結晶構造の温度安
定性の向上に寄与する。
【0052】さらに、本発明に係わる別の磁性材料によ
れば一般式R1x R2y Siz vにて表される組成を
有することによって、Fe、CoまたはFe−Co合金
の不純物相の生成を抑制すると共に安定したTbCu7
結晶構造を主相として生成でき、優れた磁気特性を発揮
でき、さらに低コスト化を達成することができる。
【0053】さらに、本発明に係わる別の磁性材料によ
れば一般式R1x R2y Siz uv にて表される組
成を有し、Fe、CoまたはFe−Co合金の不純物相
の生成を抑制すると共に侵入型元素が導入されたTbC
7 型結晶構造を主相として生成して磁気特性を向上で
き、かつ前記TbCu7 型結晶構造の温度安定性を向上
でき、キュリ−温度を向上でき、さらに低コスト化を図
ることができる。その結果、前述したThMn12結晶構
造を有する磁性材料と同様、高温でのホットプレスを行
うことができるため、より緻密な圧粉体によって磁気特
性の優れた永久磁石を得ることができる。
【0054】
【実施例】以下、本発明の好ましい実施例を詳細に説明
する。
【0055】実施例1 高純度のZr、Nd、SiおよびFeを原子分率でZr
が2atm%、Ndが6atm%、Siが16atm
%、残部がFeとなるように調合した。この原料をAr
雰囲気中でアーク溶解してインゴットを作製した。前記
インゴットを下端に内径0.8mmの穴を有する縦置き
の石英管に装填し、Ar雰囲気中で前記インゴットを高
周波誘導加熱して溶融した。その後、前記石英管の上部
側に約300torrの圧力でArガスを供給し、前記
石英管内の溶融合金をその下端から10m/sの周速度
で高速回転する銅ロールに噴射して急速冷却することに
より合金薄帯試料を得た。
【0056】実施例2〜11 下記表1に示す組成の原料を前記実施例1と同様な処理
を施することにより10種の合金薄帯試料を得た。
【0057】比較例1 高純度のNd、SiおよびFeの粉末を原子分率でNd
が8atm%、Siが16atm%、残部がFeとなる
ように調合した原料を前記実施例1と同様な処理を施す
ることにより合金薄帯試料を得た。得られた実施例1〜
11の合金薄帯試料の結晶構造をX線回折法により測定
した。その結果、下記表1に併記した。
【0058】
【表1】 また、前記実施例1および比較例1により得られた試料
におけるCuKα線を用いたX線回折パターンを求め
た。その結果を図1、図2にそれぞれ示す。
【0059】前記表1および図1から明らかなように実
施例1〜11の試料は、ThMn12相が主相として存在
するものであることがわかる。これに対し、実施例1と
Zrが添加されていない以外、ほぼ同様な組成である比
較例1の試料は図2から明らかなようにα−Feの生成
が多く、ThMn12相が全く生成されないことがわか
る。
【0060】実施例12 高純度のZr、Sm、SiおよびFeを原子分率でZr
が0.5atm%、Smが8atm%、Siが16at
m%、残部がFeとなるように調合した。この原料をA
r雰囲気中でアーク溶解してインゴットを作製した。前
記インゴットを下端に内径0.8mmの穴を有する縦置
きの石英管に装填し、Ar雰囲気中で前記インゴットを
高周波誘導加熱して溶融した。その後、前記石英管の上
部側に約300torrの圧力でArガスを供給し、前
記石英管内の溶融合金をその下端から30m/sの周速
度で高速回転する銅ロールに噴射して急速冷却すること
により合金薄帯試料を得た。得られた試料の結晶構造を
X線回折法により測定した。その結果、主相がThMn
12相であった。
【0061】また、前記試料を真空中で800℃、10
分間の熱処理を施した後、磁気特性を測定した。その結
果、残留磁束密度が5.6kG、保磁力が3.6kOe
と極めて良好な磁気特性を有することが確認された。
【0062】実施例13 高純度のZr、Nd、SiおよびFeの粉末を原子分率
でZrが4atm%、Ndが4atm%、Siが4at
m%、残部がFeとなるように調合した。この原料をA
r雰囲気中でアーク溶解してインゴットを作製した。前
記インゴットを下端に内径0.8mmの穴を有する縦置
きの石英管に装填し、Ar雰囲気中で前記インゴットを
高周波誘導加熱して溶融した。その後、前記石英管の上
部側に約300torrの圧力でArガスを供給し、前
記石英管内の溶融合金をその下端から30m/sの周速
度で高速回転する銅ロールに噴射して急速冷却すること
により合金薄帯試料を得た。
【0063】実施例14〜22 下記表2に示す組成の原料を前記実施例13と同様な処
理を施することにより9種の合金薄帯試料を得た。得ら
れた実施例13〜22の合金薄帯試料の結晶構造をX線
回折法により測定した。その結果、下記表2に併記し
た。
【0064】
【表2】 また、実施例13により得られた試料におけるCuKα
線を用いたX線回折パターンを求めた。その結果を図3
に示す。前記表2および図3から明らかなように実施例
13〜22の試料は、TbCu7 相が主相として存在す
るものであることがわかる。
【0065】実施例23〜27 まず、高純度のNd、Sm、Pr、Zr、Hf、Ti、
Mo、Si、W、Ga、C、Fe、Coの粉末を所定量
調合し、Ar雰囲気中でアーク溶解した後、鋳型に注入
して5種のインゴットを調製した。つづいて、これらイ
ンゴットを乳鉢を用いて平均粒径50〜100μmにそ
れぞれ粉砕し、1気圧の窒素ガス雰囲気中、500〜7
00℃の温度下で2時間熱処理を施した。熱処理後の各
試料の組成を下記表3に示す。なお、表3には窒素雰囲
気中での熱処理温度を併記した。得られた実施例23〜
27の試料の結晶構造をX線回折法により測定した。そ
の結果、下記表3に併記した。
【0066】
【表3】 また、得られた実施例23の試料におけるCuKα線を
用いたX線回折パターンを求めた。その結果を図4に示
す。前記表3および図4から明らかなように実施例23
〜27の試料は、いずれもThMn12相を主相として存
在するがわかる。
【0067】さらに、実施例23〜27の試料をZn粉
末をバインダとして磁場中で成形した後、Ar雰囲気
中、300〜600℃で熱処理して永久磁石を作製し、
保磁力および飽和磁束密度を測定した。その結果、これ
らの永久磁石はいずれも飽和磁束密度が0.4〜0.5
T、保磁力が4000〜6000 Oeと優れた磁気特
性を有することが確認された。
【0068】実施例28〜32 まず、平均粒径が0.5mmのSm、Pr、Nd、E
r、Zr、Hfの粉末、平均粒径が3〜40μmのF
e、Co、Cr、V、Si、Tiの粉末を所定量調合し
て5種の混合粉末を調製した。つづいて、前記各混合粉
末をボールミルに投入し、Ar雰囲気中で65時間粉砕
混合処理した後、メカニカルアロイイングによってそれ
ぞれ合金化した。次いで、前記各合金粉末を成形金型に
充填し、1気圧の窒素ガス雰囲気中、500〜700℃
の温度下でそれぞれ2時間熱処理を施した。熱処理後の
各試料の組成を下記表4に示す。なお、表4には窒素雰
囲気中での熱処理温度を併記した。得られた実施例28
〜32の試料の結晶構造をX線回折法により測定した。
その結果、下記表4に併記した。
【0069】
【表4】 また、得られた実施例28の試料におけるCuKα線を
用いたX線回折パターンを求めた。その結果を図5に示
す。前記表4および図5から明らかなように実施例28
〜32の試料は、いずれもTbCu7 相を主相として存
在するがわかる。
【0070】さらに、実施例28〜32の試料を実施例
23と同様な方法により永久磁石を作製し、保磁力およ
び飽和磁束密度を測定した。その結果、これらの永久磁
石いずれも飽和磁束密度が0.4〜0.5T、保磁力が
4000〜6000 Oeと優れた磁気特性を有するこ
とが確認された。
【0071】比較例2〜4 まず、高純度のNd、Sm、Zr、Ti、Mo、Fe、
Coの粉末を下記表5に示す組成に調合し、Ar雰囲気
中でアーク溶解した後、鋳型に注入して3種のインゴッ
トを調製した。つづいて、これらのインゴットを実施例
23と同様に平均粒径50〜100μmに粉砕し、1気
圧の窒素ガス雰囲気中、500〜700℃の温度下でそ
れぞれ2時間熱処理を施した。なお、下記表5には窒素
雰囲気中での熱処理温度を併記した。
【0072】
【表5】 前記表5の試料におけるCuKα線を用いたX線回折パ
ターンを求めた。その結果を図6に示す。
【0073】図6から明らかなように比較例2の試料
は、化合物中に大量のα−Feが析出することがわか
る。これは、組成中にSiが含まれていないために化合
物の温度安定性が低く、前記表6の熱処理温度で分解が
起こるためであると考えられる。なお、比較例3、4の
試料におけるCuKα線を用いたX線回折パターンを求
めた結果、図6(比較例2のX線回折パターン)と同様
なX線回折パターンを示した。
【0074】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によればF
e、CoまたはFe−Co合金の不純物相の生成を抑制
すると共に安定したThMn12型結晶構造を主相とする
か、またはTbCu7 型結晶構造を主相とし、優れた飽
和磁束密度、保磁力等の磁気特性を有し、ホットプレス
などの加工が施される永久磁石、ボンド磁石の素材等に
有効な低コストの磁性材料を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1における磁性材料のX線回折
パターンを示す線図。
【図2】比較例1における磁性材料のX線回折パターン
を示す線図。
【図3】本発明の実施例13における磁性材料のX線回
折パターンを示す線図。
【図4】本発明の実施例23における磁性材料のX線回
折パターンを示す線図。
【図5】本発明の実施例28における磁性材料のX線回
折パターンを示す線図。
【図6】比較例2における磁性材料のX線回折パターン
を示す線図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平井 隆大 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社東芝総合研究所内 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01F 1/053 C22C 38/00 C22C 38/28

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一般式 R1 x R2 y Si z u 1-x-y-z (ただし、R1はZrおよびHfから選ばれる少なくと
    も1種の元素、R2は少なくとも1種の希土類元素、M
    はC、NおよびPから選ばれる少なくとも1種の元素、
    TはFeもしくはFeおよびCo、x,y,z,uは原
    子比でそれぞれ0.005≦x≦0.2、0.02≦y
    ≦0.2、0.02<z≦0.2、0≦u≦0.2を示
    す)にて表され、主相がThMn 12 型結晶構造を有する
    磁性材料。
  2. 【請求項2】 一般式 R1x R2y Siz u v (ただし、R1はZrおよびHfから選ばれる少なくと
    も1種を示し、R2は少なくとも1種の希土類元素(Y
    を含む)を示し、MはC、NおよびPから選ばれる少な
    くとも1種を示し、TはFeおよびCoから選ばれる少
    なくとも1種を示し、x+y+z+u+v=100、
    x、y、z、u、vは原子%でそれぞれ0.1≦x≦2
    0、2≦y≦20、0.5≦z≦20、0≦u≦20、
    v≧50を示す)にて表され、主相がTbCu7 型結晶
    構造を有する磁性材料。
  3. 【請求項3】 請求項記載の磁性材料とバインダとを
    混合し、この混合物を所望形状に成形してなることを特
    徴とするボンド磁石。
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