JP3328693B2 - バルク磁気抵抗材料、同材料の製造方法、同材料用ウスタイト粉及びウスタイトバルク材の製造方法 - Google Patents
バルク磁気抵抗材料、同材料の製造方法、同材料用ウスタイト粉及びウスタイトバルク材の製造方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気ヘッド、磁気
センサ等に使用できるバルク磁気抵抗材料、同材料の製
造方法、同材料用ウスタイト粉及びウスタイトバルク材
の製造方法に関する。
センサ等に使用できるバルク磁気抵抗材料、同材料の製
造方法、同材料用ウスタイト粉及びウスタイトバルク材
の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、金属又は非金属（酸化物を含む）
のマトリックス中にナノサイズの磁性体粒子が分散した
グラニュラー型磁気抵抗材料が知られている。これらの
材料が磁気抵抗効果を示す原因としては、金属マトリッ
クスに磁性体粒子が分散している場合には伝導電子の磁
性体に対するスピン依存散乱効果であり、非金属マトリ
ックスに磁性体粒子が分散している場合には高い比抵抗
を有する非金属相を介した伝導電子のスピン依存トンネ
リング効果によるものと考えられている。
のマトリックス中にナノサイズの磁性体粒子が分散した
グラニュラー型磁気抵抗材料が知られている。これらの
材料が磁気抵抗効果を示す原因としては、金属マトリッ
クスに磁性体粒子が分散している場合には伝導電子の磁
性体に対するスピン依存散乱効果であり、非金属マトリ
ックスに磁性体粒子が分散している場合には高い比抵抗
を有する非金属相を介した伝導電子のスピン依存トンネ
リング効果によるものと考えられている。
【０００３】これらは、いずれの場合も磁性体の厚さを
ナノサイズに制御する必要があるために、スパッタリン
グや蒸着等の薄膜形成装置を使用し、これにより磁気抵
抗材料を作製する必要があった。しかし、このように磁
気抵抗材料を気相状態で作製する場合には、成膜速度が
遅く生産効率が悪いという問題があり、また数μｍ以上
の厚い膜の場合には、基板との応力による膜の剥離等の
問題が生ずるために、厚い膜とすることができず、数μ
ｍ以下の薄膜に制限されるという欠点があった。
ナノサイズに制御する必要があるために、スパッタリン
グや蒸着等の薄膜形成装置を使用し、これにより磁気抵
抗材料を作製する必要があった。しかし、このように磁
気抵抗材料を気相状態で作製する場合には、成膜速度が
遅く生産効率が悪いという問題があり、また数μｍ以上
の厚い膜の場合には、基板との応力による膜の剥離等の
問題が生ずるために、厚い膜とすることができず、数μ
ｍ以下の薄膜に制限されるという欠点があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、膜の厚さに
制限がなく、１ｎｍ〜５μｍ程度までの磁性体粒径の調
節が可能であり、これらの磁性体が酸化物のマトリック
スに分散したバルク材を効率的に形成し、より高次の使
用環境に適した磁気ヘッド、磁気センサ等に使用できる
バルク磁気抵抗材料、同材料の製造方法、同材料用ウス
タイト粉及びウスタイトバルク材の製造方法の開発を課
題とする。
制限がなく、１ｎｍ〜５μｍ程度までの磁性体粒径の調
節が可能であり、これらの磁性体が酸化物のマトリック
スに分散したバルク材を効率的に形成し、より高次の使
用環境に適した磁気ヘッド、磁気センサ等に使用できる
バルク磁気抵抗材料、同材料の製造方法、同材料用ウス
タイト粉及びウスタイトバルク材の製造方法の開発を課
題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、１）平均結晶
粒径が１ｎｍ〜５μｍである体心立方構造の鉄を主成分
とする微細結晶粒が、マグネタイトを主成分とする鉄酸
化物マトリックス中に分散していることを特徴とするバ
ルク磁気抵抗材料、２）マトリックス中に分散する体心
立方構造の鉄を主成分とする微細結晶粒が、３０〜７０
体積％であることを特徴とする上記１）のバルク磁気抵
抗材料、３）体心立方構造の鉄粉とマグネタイト粉とを
混合撹拌し、メカニカルアロイングによりウスタイト粉
とすることを特徴とするバルク磁気抵抗材料用ウスタイ
ト粉の製造方法、４）鉄粉７〜１５ｗｔ％、残部マグネ
タイト粉を用いることを特徴とする上記３）のバルク磁
気抵抗材料用ウスタイト粉の製造方法、５）体心立方構
造の鉄粉とマグネタイト粉をメカニカルアロイングによ
りウスタイト粉とし、これを５７０°Ｃ未満の温度で焼
結して、平均結晶粒径が１ｎｍ〜５μｍである体心立方
構造の鉄を主成分とする微細結晶粒をマグネタイトを主
成分とする鉄酸化物マトリックス中に分散させたことを
特徴とするバルク磁気抵抗材料の製造方法、６）体心立
方構造の鉄粉とマグネタイト粉をメカニカルアロイング
によりウスタイト粉とし、これを５７０°Ｃ以上の温度
で焼結して、ウスタイト焼結体とすることを特徴とする
磁気抵抗材料用ウスタイトバルク材の製造方法、７）ウ
スタイトバルク材を５７０°Ｃ未満の温度で熱処理する
ことにより、平均結晶粒径が１ｎｍ〜５μｍである体心
立方構造の鉄を主成分とする微細結晶粒がマグネタイト
を主成分とする鉄酸化物マトリックス中に分散した複合
組織とすることを特徴とするバルク磁気抵抗材料の製造
方法、８）体心立方構造の鉄粉とマグネタイト粉をメカ
ニカルアロイングによりウスタイト粉とし、これを５７
０°Ｃ以上の温度で焼結してウスタイトバルク材とし、
このウスタイトバルク材をさらに５７０°Ｃ未満の温度
で熱処理することにより、平均結晶粒径を１ｎｍ〜５μ
ｍに制御した体心立方構造の鉄を主成分とする微細結晶
粒をマグネタイトを主成分とする鉄酸化物マトリックス
中に分散させることを特徴とするバルク磁気抵抗材料の
製造方法、９）ウスタイトとマグネタイト及び体心立方
構造の鉄との可逆的酸化還元反応により製造することを
特徴とする上記８）のバルク磁気抵抗材料の製造方法、
を提供するものである。
粒径が１ｎｍ〜５μｍである体心立方構造の鉄を主成分
とする微細結晶粒が、マグネタイトを主成分とする鉄酸
化物マトリックス中に分散していることを特徴とするバ
ルク磁気抵抗材料、２）マトリックス中に分散する体心
立方構造の鉄を主成分とする微細結晶粒が、３０〜７０
体積％であることを特徴とする上記１）のバルク磁気抵
抗材料、３）体心立方構造の鉄粉とマグネタイト粉とを
混合撹拌し、メカニカルアロイングによりウスタイト粉
とすることを特徴とするバルク磁気抵抗材料用ウスタイ
ト粉の製造方法、４）鉄粉７〜１５ｗｔ％、残部マグネ
タイト粉を用いることを特徴とする上記３）のバルク磁
気抵抗材料用ウスタイト粉の製造方法、５）体心立方構
造の鉄粉とマグネタイト粉をメカニカルアロイングによ
りウスタイト粉とし、これを５７０°Ｃ未満の温度で焼
結して、平均結晶粒径が１ｎｍ〜５μｍである体心立方
構造の鉄を主成分とする微細結晶粒をマグネタイトを主
成分とする鉄酸化物マトリックス中に分散させたことを
特徴とするバルク磁気抵抗材料の製造方法、６）体心立
方構造の鉄粉とマグネタイト粉をメカニカルアロイング
によりウスタイト粉とし、これを５７０°Ｃ以上の温度
で焼結して、ウスタイト焼結体とすることを特徴とする
磁気抵抗材料用ウスタイトバルク材の製造方法、７）ウ
スタイトバルク材を５７０°Ｃ未満の温度で熱処理する
ことにより、平均結晶粒径が１ｎｍ〜５μｍである体心
立方構造の鉄を主成分とする微細結晶粒がマグネタイト
を主成分とする鉄酸化物マトリックス中に分散した複合
組織とすることを特徴とするバルク磁気抵抗材料の製造
方法、８）体心立方構造の鉄粉とマグネタイト粉をメカ
ニカルアロイングによりウスタイト粉とし、これを５７
０°Ｃ以上の温度で焼結してウスタイトバルク材とし、
このウスタイトバルク材をさらに５７０°Ｃ未満の温度
で熱処理することにより、平均結晶粒径を１ｎｍ〜５μ
ｍに制御した体心立方構造の鉄を主成分とする微細結晶
粒をマグネタイトを主成分とする鉄酸化物マトリックス
中に分散させることを特徴とするバルク磁気抵抗材料の
製造方法、９）ウスタイトとマグネタイト及び体心立方
構造の鉄との可逆的酸化還元反応により製造することを
特徴とする上記８）のバルク磁気抵抗材料の製造方法、
を提供するものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】本発明のバルク磁気抵抗材料用ウ
スタイト（ＦｅＯ）粉は、体心立方構造の鉄（Ｆｅ）粉
とマグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）粉を回転ミル、遊星ミル
又は振動ミル等を使用し、メカニカルアロイングにより
製造する。高温安定相であるＦｅＯ粉は、７〜１５ｗｔ
％Ｆｅ、残部Ｆｅ３Ｏ４粉を用いることにより得ること
ができる。Ｆｅ粉とＦｅ３Ｏ４粉の混合比率は重要であ
り、Ｆｅ粉７ｗｔ％未満では、Ｆｅ３Ｏ４は変化せず、
Ｆｅ粉１５ｗｔ％を超えるとＦｅＯと原料であるＦｅ、
Ｆｅ３Ｏ４との混合物となり、純度９９％以上のＦｅＯ
粉は得られない（なお、本明細書で記述するウスタイト
粉（ＦｅＯ）は、特に記載しない限り、純度９９％以上
のウスタイト粉を意味する）。メカニカルアロイングに
よりＦｅ粉とＦｅ３Ｏ４粉からＦｅＯを製造する例はな
く、本発明によりＦｅＯ粉を低コストで安定して製造す
ることが可能となった。
スタイト（ＦｅＯ）粉は、体心立方構造の鉄（Ｆｅ）粉
とマグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）粉を回転ミル、遊星ミル
又は振動ミル等を使用し、メカニカルアロイングにより
製造する。高温安定相であるＦｅＯ粉は、７〜１５ｗｔ
％Ｆｅ、残部Ｆｅ３Ｏ４粉を用いることにより得ること
ができる。Ｆｅ粉とＦｅ３Ｏ４粉の混合比率は重要であ
り、Ｆｅ粉７ｗｔ％未満では、Ｆｅ３Ｏ４は変化せず、
Ｆｅ粉１５ｗｔ％を超えるとＦｅＯと原料であるＦｅ、
Ｆｅ３Ｏ４との混合物となり、純度９９％以上のＦｅＯ
粉は得られない（なお、本明細書で記述するウスタイト
粉（ＦｅＯ）は、特に記載しない限り、純度９９％以上
のウスタイト粉を意味する）。メカニカルアロイングに
よりＦｅ粉とＦｅ３Ｏ４粉からＦｅＯを製造する例はな
く、本発明によりＦｅＯ粉を低コストで安定して製造す
ることが可能となった。
【０００７】このＦｅＯ粉を、焼結装置（パルス通電焼
結装置）、ホットプレス装置、またはＨＩＰ装置等を用
い、焼結温度、時間、雰囲気（真空、酸素又は酸素とア
ルゴンガスの混合ガスを使用）をコントロールして、Ｆ
ｅＯ単相（なお、本明細書で記述するＦｅＯ相またはＦ
ｅＯ単相は、特に記載しない限り、９９体積％以上のＦ
ｅＯ相を意味する）、またはＦｅとＦｅ３Ｏ４の２相組
織を有するバルク材を製造することができる。すなわ
ち、具体的には例えば５７０°Ｃ未満の温度で焼結する
ことにより、平均結晶粒径が１ｎｍ〜５μｍである体心
立方構造のＦｅを主成分とする微細結晶粒（本明細書で
は、特に記載しない限り８０体積％以上のＦｅの含有す
る微細結晶粒を意味する）が、Ｆｅ３Ｏ４を主成分とす
る（１０体積％以下のＦｅＯ等の鉄酸化物を含有する場
合を含む）マトリックス中に分散した、バルク磁気抵抗
材料が得られる。このようなバルク磁気抵抗材料は、従
来に比べ特に厚さに制限はなく、磁気ヘッド、磁気セン
サ等に有効である。特に、Ｆｅ３Ｏ４を主成分とするマ
トリックス中に分散する、体心立方構造のＦｅを主成分
とする微細結晶粒が、好ましくは３０〜７０体積％であ
るのが望ましい。
結装置）、ホットプレス装置、またはＨＩＰ装置等を用
い、焼結温度、時間、雰囲気（真空、酸素又は酸素とア
ルゴンガスの混合ガスを使用）をコントロールして、Ｆ
ｅＯ単相（なお、本明細書で記述するＦｅＯ相またはＦ
ｅＯ単相は、特に記載しない限り、９９体積％以上のＦ
ｅＯ相を意味する）、またはＦｅとＦｅ３Ｏ４の２相組
織を有するバルク材を製造することができる。すなわ
ち、具体的には例えば５７０°Ｃ未満の温度で焼結する
ことにより、平均結晶粒径が１ｎｍ〜５μｍである体心
立方構造のＦｅを主成分とする微細結晶粒（本明細書で
は、特に記載しない限り８０体積％以上のＦｅの含有す
る微細結晶粒を意味する）が、Ｆｅ３Ｏ４を主成分とす
る（１０体積％以下のＦｅＯ等の鉄酸化物を含有する場
合を含む）マトリックス中に分散した、バルク磁気抵抗
材料が得られる。このようなバルク磁気抵抗材料は、従
来に比べ特に厚さに制限はなく、磁気ヘッド、磁気セン
サ等に有効である。特に、Ｆｅ３Ｏ４を主成分とするマ
トリックス中に分散する、体心立方構造のＦｅを主成分
とする微細結晶粒が、好ましくは３０〜７０体積％であ
るのが望ましい。
【０００８】上記体心立方構造のＦｅ粉とＦｅ３Ｏ４粉
との混合撹拌によるメカニカルアロイングにより得たＦ
ｅＯ粉を５７０°Ｃ以上の温度で焼結すると、ＦｅＯ単
相の焼結体からなる磁気抵抗材料用ウスタイトバルク材
が得られる。ＦｅＯとＦｅ及びＦｅ３Ｏ４の反応は可逆
的酸化還元反応（Ｆｅ＋Ｆｅ３Ｏ４⇔ＦｅＯ）であり、
前記ウスタイトバルク材をさらに５７０°Ｃ未満の温度
で熱処理することにより、平均結晶粒径を１ｎｍ〜５μ
ｍに制御した体心立方構造のＦｅを主成分とする微細結
晶粒をＦｅ３Ｏ４を主成分とするＦｅ酸化物マトリック
ス中に分散させたバルク磁気抵抗材料を得ることができ
る。以上のようにして製造したバルク磁気抵抗材料は、
電流ｉと磁場Ｈとの向きに関係なく、外部磁場に対する
比抵抗の変化、Δρ（（ρＨ＝０）−ρ（Ｈ））が減少
する巨大磁気抵抗材料が得られる。
との混合撹拌によるメカニカルアロイングにより得たＦ
ｅＯ粉を５７０°Ｃ以上の温度で焼結すると、ＦｅＯ単
相の焼結体からなる磁気抵抗材料用ウスタイトバルク材
が得られる。ＦｅＯとＦｅ及びＦｅ３Ｏ４の反応は可逆
的酸化還元反応（Ｆｅ＋Ｆｅ３Ｏ４⇔ＦｅＯ）であり、
前記ウスタイトバルク材をさらに５７０°Ｃ未満の温度
で熱処理することにより、平均結晶粒径を１ｎｍ〜５μ
ｍに制御した体心立方構造のＦｅを主成分とする微細結
晶粒をＦｅ３Ｏ４を主成分とするＦｅ酸化物マトリック
ス中に分散させたバルク磁気抵抗材料を得ることができ
る。以上のようにして製造したバルク磁気抵抗材料は、
電流ｉと磁場Ｈとの向きに関係なく、外部磁場に対する
比抵抗の変化、Δρ（（ρＨ＝０）−ρ（Ｈ））が減少
する巨大磁気抵抗材料が得られる。
【０００９】
【実施例および比較例】次に、本発明を実施例および比
較例に基づいて説明する。なお、本実施例は好適な例を
示し、かつ本発明の理解を容易にするためのものであ
り、これらの例によって本発明が制限されるものではな
い。すなわち、本発明の技術思想の範囲における他の態
様および例は、当然本発明に含まれるものである。
較例に基づいて説明する。なお、本実施例は好適な例を
示し、かつ本発明の理解を容易にするためのものであ
り、これらの例によって本発明が制限されるものではな
い。すなわち、本発明の技術思想の範囲における他の態
様および例は、当然本発明に含まれるものである。
【００１０】（実施例１）Ｆｅ粉１０ｗｔ％、残部Ｆｅ
３Ｏ４粉からなる原料粉を、振動ミルを使用して１００
時間のミリングを実施した。この結果、微細なＦｅＯ単
相の粉末が得られた。このメカニカルアロイングのＸ線
回折パターンを図１に示す。図１に示す通り、ＦｅＯピ
ークのみが見られることから、この粉末はＦｅＯ単相で
あることが確認できる。このＦｅＯ９９体積％以上の粉
末は、同様の試験によりＦｅ粉７〜１５ｗｔ％、残部Ｆ
ｅ３Ｏ４粉からなる原料粉を使用することにより、得る
ことが確認できた。
３Ｏ４粉からなる原料粉を、振動ミルを使用して１００
時間のミリングを実施した。この結果、微細なＦｅＯ単
相の粉末が得られた。このメカニカルアロイングのＸ線
回折パターンを図１に示す。図１に示す通り、ＦｅＯピ
ークのみが見られることから、この粉末はＦｅＯ単相で
あることが確認できる。このＦｅＯ９９体積％以上の粉
末は、同様の試験によりＦｅ粉７〜１５ｗｔ％、残部Ｆ
ｅ３Ｏ４粉からなる原料粉を使用することにより、得る
ことが確認できた。
【００１１】（比較例１）Ｆｅ粉５ｗｔ％、残部Ｆｅ３
Ｏ４粉からなる原料粉を、振動ミルを使用して実施例１
と同様に、１００時間のミリングを実施した。この結
果、粉末はより微細化したが、ＦｅＯ単相の粉末とはな
らず、Ｆｅ粉と多くのＦｅ３Ｏ４粉が残存した。このメ
カニカルアロイングのＸ線回折パターンを同様に図１に
示す。図１に示す通り、Ｘ線回折パターンは殆どのＦｅ
３Ｏ４粉と少量のＦｅ粉の存在を示すのみである。
Ｏ４粉からなる原料粉を、振動ミルを使用して実施例１
と同様に、１００時間のミリングを実施した。この結
果、粉末はより微細化したが、ＦｅＯ単相の粉末とはな
らず、Ｆｅ粉と多くのＦｅ３Ｏ４粉が残存した。このメ
カニカルアロイングのＸ線回折パターンを同様に図１に
示す。図１に示す通り、Ｘ線回折パターンは殆どのＦｅ
３Ｏ４粉と少量のＦｅ粉の存在を示すのみである。
【００１２】（比較例２）Ｆｅ粉２０ｗｔ％、残部Ｆｅ
３Ｏ４粉からなる原料粉を、振動ミルを使用して実施例
１と同様に、１００時間のミリングを実施した。この結
果、粉末はより微細化したが、ＦｅＯ単相の粉末とはな
らず、ＦｅＯ粉、Ｆｅ粉、Ｆｅ３Ｏ４粉混在した。この
メカニカルアロイングのＸ線回折パターンを同様に図１
に示す。図１に示す通り、Ｘ線回折パターンはＦｅＯ
粉、Ｆｅ粉、Ｆｅ３Ｏ４粉がそれぞれ存在するのが確認
できる。以上の実施例及び比較例に示す通り、過少なＦ
ｅ粉又は過剰なＦｅ粉をＦｅ３Ｏ４粉に混合しメカニカ
ルアロイングを実施しても、ＦｅＯが効果的に得ること
はできず、Ｆｅ粉７〜１５ｗｔ％、残部Ｆｅ３Ｏ４粉か
らなる原料粉を使用することが最適であることが分か
る。
３Ｏ４粉からなる原料粉を、振動ミルを使用して実施例
１と同様に、１００時間のミリングを実施した。この結
果、粉末はより微細化したが、ＦｅＯ単相の粉末とはな
らず、ＦｅＯ粉、Ｆｅ粉、Ｆｅ３Ｏ４粉混在した。この
メカニカルアロイングのＸ線回折パターンを同様に図１
に示す。図１に示す通り、Ｘ線回折パターンはＦｅＯ
粉、Ｆｅ粉、Ｆｅ３Ｏ４粉がそれぞれ存在するのが確認
できる。以上の実施例及び比較例に示す通り、過少なＦ
ｅ粉又は過剰なＦｅ粉をＦｅ３Ｏ４粉に混合しメカニカ
ルアロイングを実施しても、ＦｅＯが効果的に得ること
はできず、Ｆｅ粉７〜１５ｗｔ％、残部Ｆｅ３Ｏ４粉か
らなる原料粉を使用することが最適であることが分か
る。
【００１３】（実施例２）次に、上記実施例１で得たメ
カニカルアロイングによる微細なＦｅＯ単相の粉末を使
用し、パルス通電焼結装置により、５７０°Ｃ未満の温
度、すなわち５５０°Ｃで焼結した。この結果、ＦｅＯ
が分解し、Ｆｅ３Ｏ４を主成分とするマトリックス中
に、α−Ｆｅの微細結晶粒が分散したＦｅ３Ｏ４とＦｅ
の２相組織の焼結体が得られた。このＸ線回折パターン
を図２に示す。図２に示す通り、Ｆｅ３Ｏ４と少量のＦ
ｅの存在が認められる。なお、同様のテストにより、５
７０°Ｃ未満の温度でＦｅＯが分解し、Ｆｅ３Ｏ４を主
成分とするマトリックス中に、α−Ｆｅの微細結晶粒が
分散したＦｅ３Ｏ４とＦｅの２相組織の焼結体が得られ
ることが確認できた。
カニカルアロイングによる微細なＦｅＯ単相の粉末を使
用し、パルス通電焼結装置により、５７０°Ｃ未満の温
度、すなわち５５０°Ｃで焼結した。この結果、ＦｅＯ
が分解し、Ｆｅ３Ｏ４を主成分とするマトリックス中
に、α−Ｆｅの微細結晶粒が分散したＦｅ３Ｏ４とＦｅ
の２相組織の焼結体が得られた。このＸ線回折パターン
を図２に示す。図２に示す通り、Ｆｅ３Ｏ４と少量のＦ
ｅの存在が認められる。なお、同様のテストにより、５
７０°Ｃ未満の温度でＦｅＯが分解し、Ｆｅ３Ｏ４を主
成分とするマトリックス中に、α−Ｆｅの微細結晶粒が
分散したＦｅ３Ｏ４とＦｅの２相組織の焼結体が得られ
ることが確認できた。
【００１４】（実施例３）次に、上記実施例１で得たメ
カニカルアロイングによる微細なＦｅＯ単相の粉末を使
用し、パルス通電焼結装置により、５７０°Ｃ以上の温
度、すなわち１０００°Ｃで焼結した。この結果、高温
で安定なＦｅＯ単相のみの焼結体が得られた。このＸ線
回折パターンを同様に図２に示す。図２に示す通り、Ｆ
ｅＯのみである。なお、同様のテストにより、５７０°
Ｃ以上の温度ではＦｅＯ単相なることが確認できた。
カニカルアロイングによる微細なＦｅＯ単相の粉末を使
用し、パルス通電焼結装置により、５７０°Ｃ以上の温
度、すなわち１０００°Ｃで焼結した。この結果、高温
で安定なＦｅＯ単相のみの焼結体が得られた。このＸ線
回折パターンを同様に図２に示す。図２に示す通り、Ｆ
ｅＯのみである。なお、同様のテストにより、５７０°
Ｃ以上の温度ではＦｅＯ単相なることが確認できた。
【００１５】（実施例４）次に、上記実施例３で得たバ
ルクＦｅＯ焼結材を、５７０°Ｃ未満すなわち５００°
Ｃで３時間、熱処理した。この結果、ＦｅＯが分解し、
ＦｅＯとＦｅ３Ｏ ４を主成分とするマトリックス中に、
α−Ｆｅの微細結晶粒が分散したＦｅＯ、Ｆｅ３Ｏ４の
混合相組織のバルク材が得られた。これは、ＦｅＯとＦ
ｅ及びＦｅ ３Ｏ４の反応は可逆的酸化還元反応であり、
熱処理温度及び時間を調節することによりＦｅ＋Ｆｅ３
Ｏ４⇔ＦｅＯの反応をコントロールすることができる、
すなわちＦｅ３Ｏ４またはＦｅＯとＦｅ３Ｏ４を主成分
とするマトリックス中に、α−Ｆｅの微細結晶粒が分散
した複合組織を得ることができる。このバルク材のＸ線
回折パターンを同様に図３に示す。図３に示す通り、Ｆ
ｅＯとＦｅ３Ｏ４、Ｆｅの存在が確認できる。
ルクＦｅＯ焼結材を、５７０°Ｃ未満すなわち５００°
Ｃで３時間、熱処理した。この結果、ＦｅＯが分解し、
ＦｅＯとＦｅ３Ｏ ４を主成分とするマトリックス中に、
α−Ｆｅの微細結晶粒が分散したＦｅＯ、Ｆｅ３Ｏ４の
混合相組織のバルク材が得られた。これは、ＦｅＯとＦ
ｅ及びＦｅ ３Ｏ４の反応は可逆的酸化還元反応であり、
熱処理温度及び時間を調節することによりＦｅ＋Ｆｅ３
Ｏ４⇔ＦｅＯの反応をコントロールすることができる、
すなわちＦｅ３Ｏ４またはＦｅＯとＦｅ３Ｏ４を主成分
とするマトリックス中に、α−Ｆｅの微細結晶粒が分散
した複合組織を得ることができる。このバルク材のＸ線
回折パターンを同様に図３に示す。図３に示す通り、Ｆ
ｅＯとＦｅ３Ｏ４、Ｆｅの存在が確認できる。
【００１６】（確認テスト）実施例２で得られた焼結体
から切り出した試料（Ｆｅ３Ｏ４を主成分とするマトリ
ックス中に、α−Ｆｅの微細結晶粒が分散したＦｅ３Ｏ
４とＦｅの２相組織の焼結体）の、室温における磁気抵
抗変化（Δρ／ρ−Ｈ図）を測定した。この結果を図４
に示す。図４において、⊥で示す○印を結ぶ曲線が電流
ｉと外部磁場を垂直にした場合の測定値を示し、‖で示
す●印を結ぶ曲線が電流ｉと外部磁場を平行にした場合
の測定値を示す。⊥と‖の両方とも外部磁場に対する磁
気抵抗が減少しており、１０ｋＯｅの外部磁場でΔρ／
ρが１．２％の巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）が得られる
ことが分かった。また、このＦｅとＦｅを含む酸化物か
らなるバルク材料に磁気抵抗効果を生ずることから、分
散したＦｅ粒子がナノサイズであることが分かる。
から切り出した試料（Ｆｅ３Ｏ４を主成分とするマトリ
ックス中に、α−Ｆｅの微細結晶粒が分散したＦｅ３Ｏ
４とＦｅの２相組織の焼結体）の、室温における磁気抵
抗変化（Δρ／ρ−Ｈ図）を測定した。この結果を図４
に示す。図４において、⊥で示す○印を結ぶ曲線が電流
ｉと外部磁場を垂直にした場合の測定値を示し、‖で示
す●印を結ぶ曲線が電流ｉと外部磁場を平行にした場合
の測定値を示す。⊥と‖の両方とも外部磁場に対する磁
気抵抗が減少しており、１０ｋＯｅの外部磁場でΔρ／
ρが１．２％の巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）が得られる
ことが分かった。また、このＦｅとＦｅを含む酸化物か
らなるバルク材料に磁気抵抗効果を生ずることから、分
散したＦｅ粒子がナノサイズであることが分かる。
【００１７】
【発明の効果】以上から、本発明は体心立方構造の鉄
（Ｆｅ）粉とマグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）粉をメカニカ
ルアロイングによりＦｅＯ粉を容易に製造することが可
能となり、これをさらに５７０°Ｃ未満の温度で焼結し
て、平均結晶粒径が１ｎｍ〜５μｍである体心立方構造
の鉄を主成分とする微細結晶粒をマグネタイトを主成分
とする鉄酸化物マトリックス中に分散させたバルク磁気
抵抗材料とし、また５７０°Ｃ以上の温度で焼結してウ
スタイトバルク材とした後、さらにこのウスタイトバル
ク材を５７０°Ｃ未満の温度で熱処理することにより、
平均結晶粒径が１ｎｍ〜５μｍである体心立方構造の鉄
を主成分とする微細結晶粒がマグネタイトを主成分とす
る鉄酸化物マトリックス中に分散した複合組織としたバ
ルク磁気抵抗材料を容易に製造できる優れた特徴を有す
る。これによって、磁気抵抗材料の生産効率を高め、生
産コストを低減化することが可能となり、より高次の使
用環境に適した磁気ヘッド、磁気センサ等に使用できる
バルク磁気抵抗材料を得ることができるという著しい効
果を有する。
（Ｆｅ）粉とマグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）粉をメカニカ
ルアロイングによりＦｅＯ粉を容易に製造することが可
能となり、これをさらに５７０°Ｃ未満の温度で焼結し
て、平均結晶粒径が１ｎｍ〜５μｍである体心立方構造
の鉄を主成分とする微細結晶粒をマグネタイトを主成分
とする鉄酸化物マトリックス中に分散させたバルク磁気
抵抗材料とし、また５７０°Ｃ以上の温度で焼結してウ
スタイトバルク材とした後、さらにこのウスタイトバル
ク材を５７０°Ｃ未満の温度で熱処理することにより、
平均結晶粒径が１ｎｍ〜５μｍである体心立方構造の鉄
を主成分とする微細結晶粒がマグネタイトを主成分とす
る鉄酸化物マトリックス中に分散した複合組織としたバ
ルク磁気抵抗材料を容易に製造できる優れた特徴を有す
る。これによって、磁気抵抗材料の生産効率を高め、生
産コストを低減化することが可能となり、より高次の使
用環境に適した磁気ヘッド、磁気センサ等に使用できる
バルク磁気抵抗材料を得ることができるという著しい効
果を有する。
【図１】実施例１、比較例１及び比較例２のメカニカル
アロイング粉末のＸ線回折パターンを示す図である。
アロイング粉末のＸ線回折パターンを示す図である。
【図２】実施例１で得たメカニカルアロイングによる微
細なＦｅＯ単相の粉末を使用し、パルス通電焼結装置に
より、実施例２の５５０°Ｃ及び実施例３の１０００°
Ｃで焼結した焼結体のＸ線回折パターンを示す図であ
る。
細なＦｅＯ単相の粉末を使用し、パルス通電焼結装置に
より、実施例２の５５０°Ｃ及び実施例３の１０００°
Ｃで焼結した焼結体のＸ線回折パターンを示す図であ
る。
【図３】実施例３で得たバルクＦｅＯ焼結材を、５００
°Ｃで３時間、熱処理した熱処理材のＸ線回折パターン
を示す図である。
°Ｃで３時間、熱処理した熱処理材のＸ線回折パターン
を示す図である。
【図４】実施例２で得られた焼結体から切り出した試料
の、室温における磁気抵抗変化（Δρ／ρ−Ｈ図）を測
定した場合の測定結果を示す図である。
の、室温における磁気抵抗変化（Δρ／ρ−Ｈ図）を測
定した場合の測定結果を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き 審査官 中村 豊 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G11B 5/39 H01F 10/14
Claims (7)
- 【請求項１】 平均結晶粒径が１ｎｍ〜５μｍである体
心立方構造の鉄を主成分とする微細結晶粒が、マグネタ
イトを主成分とする鉄酸化物マトリックス中に分散して
いることを特徴とするバルク磁気抵抗材料。 - 【請求項２】 マトリックス中に分散する体心立方構造
の鉄を主成分とする微細結晶粒が、３０〜７０体積％で
あることを特徴とする請求項１記載のバルク磁気抵抗材
料。 - 【請求項３】 体心立方構造の鉄粉７〜１５ｗｔ％と残
部マグネタイト粉とを混合撹拌し、メカニカルアロイン
グによりウスタイト粉とすることを特徴とするバルク磁
気抵抗材料用ウスタイト粉の製造方法。 - 【請求項４】 体心立方構造の鉄粉７〜１５ｗｔ％と残
部マグネタイト粉をメカニカルアロイングによりウスタ
イト粉とし、これを５７０°Ｃ未満の温度で焼結して、
平均結晶粒径が１ｎｍ〜５μｍである体心立方構造の鉄
を主成分とする微細結晶粒を、マグネタイトを主成分と
する鉄酸化物マトリックス中に分散させたことを特徴と
するバルク磁気抵抗材料の製造方法。 - 【請求項５】 体心立方構造の鉄粉７〜１５ｗｔ％と残
部マグネタイト粉をメカニカルアロイングによりウスタ
イト粉とし、これを５７０°Ｃ以上の温度で焼結して、
ウスタイト焼結体とすることを特徴とする磁気抵抗材料
用ウスタイトバルク材の製造方法。 - 【請求項６】 体心立方構造の鉄粉７〜１５ｗｔ％と残
部マグネタイト粉をメカニカルアロイングによりウスタ
イト粉とし、これを５７０°Ｃ以上の温度で焼結してウ
スタイトバルク材とし、このウスタイトバルク材をさら
に５７０°Ｃ未満の温度で熱処理することにより、平均
結晶粒径を１ｎｍ〜５μｍに制御した体心立方構造の鉄
を主成分とする微細結晶粒を、マグネタイトを主成分と
する鉄酸化物マトリックス中に分散させることを特徴と
するバルク磁気抵抗材料の製造方法。 - 【請求項７】 ウスタイトとマグネタイト及び体心立方
構造の鉄との可逆的酸化還元反応により製造することを
特徴とする請求項６記載のバルク磁気抵抗材料の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23641899A JP3328693B2 (ja) | 1999-08-24 | 1999-08-24 | バルク磁気抵抗材料、同材料の製造方法、同材料用ウスタイト粉及びウスタイトバルク材の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23641899A JP3328693B2 (ja) | 1999-08-24 | 1999-08-24 | バルク磁気抵抗材料、同材料の製造方法、同材料用ウスタイト粉及びウスタイトバルク材の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001060308A JP2001060308A (ja) | 2001-03-06 |
| JP3328693B2 true JP3328693B2 (ja) | 2002-09-30 |
Family
ID=17000469
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23641899A Expired - Lifetime JP3328693B2 (ja) | 1999-08-24 | 1999-08-24 | バルク磁気抵抗材料、同材料の製造方法、同材料用ウスタイト粉及びウスタイトバルク材の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3328693B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5138961B2 (ja) * | 2007-03-27 | 2013-02-06 | 株式会社神戸製鋼所 | ウスタイトバルク材の製造方法 |
-
1999
- 1999-08-24 JP JP23641899A patent/JP3328693B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001060308A (ja) | 2001-03-06 |
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