JP6766746B2 - ＦｅＮｉ規則合金を含む磁性材料およびその製造方法 - Google Patents

ＦｅＮｉ規則合金を含む磁性材料およびその製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、Ｌ１0型の規則構造を有するＬ１0型のＦｅＮｉ規則合金を含む磁性材料、および、その製造方法に関するものである。
Ｌ１0型の鉄（Ｆｅ）とニッケル（Ｎｉ）を主成分とするＦｅＮｉ規則合金は、レアアースや貴金属を全く使用しない磁石材料および磁気記録材料として期待されている。ここで、Ｌ１0型規則構造とは、面心立方格子を基本としてＦｅとＮｉとが（００１）方向に層状に配列した結晶構造である。このようなＬ１0型規則構造は、ＦｅＰｔ、ＦｅＰｄ、ＡｕＣｕなどの合金にみられ、通常、不規則合金を規則−不規則転移温度Ｔλ以下で熱処理し、拡散を促すことで得られる。
Ｌ１0型のＦｅＮｉ規則合金を磁石材料や磁気記録媒体として使用するには、８７．５ｋＡ／ｍ以上という高い保磁力Ｈｃが求められる。保磁力Ｈｃは、得られたＦｅＮｉ規則合金に対して磁場を印加し、ＦｅＮｉ規則合金の磁化方向が磁場の影響で切り替わるときの磁場の強さとして求められる。保磁力Ｈｃは、ＳＩ単位ではｋＡ／ｍで表されるが、ＯＧＳ単位ではＯｅ［エルステッド］で表され、１Ａ／ｍ＝４π×１０-3［Ｏｅ］であるため、８７．５ｋＡ／ｍ＝１１００［Ｏｅ］である。
従来、Ｌ１0型のＦｅＮｉ規則合金において高い保磁力を得るために、Ｌ１0型のＦｅＮｉ規則合金を薄膜状にすることが提案されている（非特許文献１参照）。Ｌ１0型のＦｅＮｉ規則合金を薄膜状にすると、形状磁気異方性の向きが薄膜の平面方向の一方向に向くため、その方向において磁化が起こりやすくなる。これにより、高い保磁力を得るようにしている。
Ｔ． Ｋｏｊｉｍａ ｅｔ ａｌ．， Ｊｐｎ． Ｊ． Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． ５１， ０１０２０４ （２０１２）．
しかしながら、Ｌ１0型のＦｅＮｉ規則合金を薄膜状にした場合、ＦｅとＮｉの元素は、薄膜の平面に対する垂直方向、つまり面直方向に積層される。Ｌ１0型のＦｅＮｉ規則合金では、ＦｅとＮｉの積層方向が結晶磁気異方性による磁化容易軸となるｃ軸の向きになることから、形状磁気異方性の向きとなる薄膜の平面方向の一方向に対してｃ軸の向きが直交してしまう。したがって、形状磁気異方性を利用することができず、高い保磁力を得ることができない。
本発明は上記点に鑑みて、磁石材料や磁気記録材料としても用いることができる高い保磁力が得られるＦｅＮｉ規則合金を含む磁性材料、および、その製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、請求項１に記載の磁性材料は、Ｌ１０型の規則構造とされ、長軸と短軸を有する針状粒子で構成されており、針状粒子の短軸の寸法に対する長軸の寸法の比となるアスペクト比が１．５以上とされ、針状粒子の短軸の寸法が２０〜２５０ｎｍとされているＦｅＮｉ規則合金を含んでいる。
このように、針状粒子で構成されたＬ１0型のＦｅＮｉ規則合金では、長軸方向が形状磁気異方性の向きとなる。針状粒子としてＬ１0型のＦｅＮｉ規則合金を構成する場合、ＦｅとＮｉの元素は、針状粒子の長軸に沿った方向に積層される。Ｌ１0型のＦｅＮｉ規則合金では、ＦｅとＮｉの積層方向が結晶磁気異方性による磁化容易軸となるｃ軸の向きになることから、形状磁気異方性の向きとなる針状粒子の長軸の方向とｃ軸の向きが概ね揃う。したがって、形状磁気異方性を利用することができ、磁気異方性エネルギーを増加させることができるため、Ｌ１0型のＦｅＮｉ規則合金の異方性磁界が高くなる。このため、針状粒子で構成されるＬ１0型のＦｅＮｉ規則合金を含む磁性材料を磁石材料や磁気記録材料等に適用することで、高い保磁力を得ることが可能となる。
また、請求項４に記載の磁性材料の製造方法では、針状粒子で構成されたＦｅＮｉ不規則合金（１００）を用意することと、ＦｅＮｉ不規則合金を窒化する窒化処理を行うことと、窒化処理されたＦｅＮｉ不規則合金から窒素を除去する脱窒素処理を行うことにより、針状粒子で構成されおり、針状粒子の短軸の寸法に対する長軸の寸法の比となるアスペクト比が１．５以上とされ、針状粒子の短軸の寸法が２０〜２５０ｎｍとされているＬ１０型のＦｅＮｉ規則合金を得ることと、を含んでいる。
このように、針状粒子で構成されたＦｅＮｉ不規則合金を用意したのち、ＦｅＮｉ不規則合金を窒化する窒化処理と、窒化処理されたＦｅＮｉ不規則合金から窒素を除去する脱窒素処理を行うことにより、針状粒子で構成されたＬ１0型のＦｅＮｉ規則合金が得られる。
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。
第１実施形態にかかる針状粒子で構成されたＬ１0型のＦｅＮｉ規則合金の模式図である。 図１の部分拡大模式図である。 針状粒子を構成する各粒子と各粒子に含まれるＦｅ元素およびＮｉ元素の配列の関係を模式的に示した図である。 針状粒子で構成されたＬ１0型のＦｅＮｉ規則合金の他の構造例を示した模式図である。 図１に示すＬ１0型のＦｅＮｉ規則合金の製造に用いる針状粒子で構成されたＦｅＮｉ不規則合金の模式図である。 針状粒子で構成されたＦｅＮｉ不規則合金へのＮが拡散してできた構造体の模式図である。 ＦｅＮｉ不規則合金から生成されたＦｅＮｉ規則合金の模式図である。 図４Ａの破線部におけるＦｅ元素およびＮｉ元素の配列を模式的に示した図である。 図４Ｂの破線部におけるＦｅ元素、Ｎｉ元素およびＮ元素の配列を模式的に示した図である。 図４Ｃの破線部におけるＦｅ元素およびＮｉ元素の配列を模式的に示した図である。 ＦｅＮｉ規則合金の製造装置の構成を模式的に示す図である。 第１実施形態と比較例それぞれの場合におけるＬ１0型のＦｅＮｉ規則合金の異方性磁界を計測した結果を示す図である。 第２実施形態にかかる針状粒子で構成されたＬ１0型のＦｅＮｉ不規則合金の模式図である。
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。
（第１実施形態）
第１実施形態について説明する。本実施形態にかかるＬ１0型のＦｅＮｉ規則合金、すなわちＦｅＮｉ超格子を含む磁性材料は、磁石材料や磁気記録材料等に適用されるものである。
図１に示すように、本実施形態の磁性材料に含まれるＬ１0型のＦｅＮｉ規則合金は、針状粒子で構成されている。ここでいう、針状粒子とは、図１に示すような長軸と短軸を有する針状の粒子構造を有しているものを意味しているが、実際には、図２Ａに示すように、複数の粒子が連続的に繋がることで針状となっている。複数の粒子が連続的に繋がって針状となっていれば針状粒子と言え、必ずしもすべての粒子が直線状に繋がっている必要はない。また、針状の部分を有していれば針状粒子に含まれ、例えば図３に示すように、針状の部分に対して粒子が分岐して繋がった構造となっていても針状粒子に含まれる。
針状粒子で構成されたＬ１0型のＦｅＮｉ規則合金では、図１中に矢印で示したように、長軸方向が形状磁気異方性の向きとなる。そして、針状粒子としてＬ１0型のＦｅＮｉ規則合金を構成する場合、図２Ｂに示すように、ＦｅとＮｉの元素は、針状粒子の長軸に沿った方向に積層される。Ｌ１0型のＦｅＮｉ規則合金では、ＦｅとＮｉの積層方向が結晶磁気異方性による磁化容易軸となるｃ軸の向きになることから、形状磁気異方性の向きとなる針状粒子の長軸の方向とｃ軸の向きが概ね揃う。したがって、形状磁気異方性を利用することができ、磁気異方性エネルギーを増加させることができるため、Ｌ１0型のＦｅＮｉ規則合金の異方性磁界が高くなる。このため、本実施形態のように針状粒子で構成されるＬ１0型のＦｅＮｉ規則合金を含む磁性材料を磁石材料や磁気記録材料等に適用することで、高い保磁力Ｈｃを得ることが可能となる。
このようなＬ１0型のＦｅＮｉ規則合金を構成する針状粒子は、例えば短軸の寸法に対する長軸の寸法の比をアスペクト比として、アスペクト比が１．５以上のものとされていると好ましい。針状粒子の短軸の寸法とは、針状粒子を構成する各粒子のうちの短軸方向の寸法を意味している。針状粒子を構成する各粒子の寸法にバラつきがある場合には、各粒子の短軸方向の寸法の平均値を針状粒子の短軸の寸法とすることができる。また、針状粒子の長軸の寸法とは、針状粒子における針状の部分の両端を直線で結んだときの直線寸法を意味している。
Ｌ１0型のＦｅＮｉ規則合金を構成する針状粒子については、アスペクト比が大きいほど、形状磁気異方性が高くなる。実験やシミュレーションによれば、針状粒子のアスペクト比が１．５以上になると、形状磁気異方性の効果が現れ、長軸方向において磁気異方性が得られることが確認できた。また、磁気異方性の効果については、針状粒子のアスペクト比が大きくなるほど大きく表れていた。実験により得られた針状粒子の短軸の寸法は２０〜２５０ｎｍとなっていたが、少なくとも針状粒子の短軸の寸法がこの範囲となる場合において、アスペクト比が１．５以上のＬ１0型のＦｅＮｉ規則合金は、形状磁気異方性が得られていた。例えば針状粒子の短軸の寸法２０ｎｍの場合、長軸の寸法が３０ｎｍ以上のものであればアスペクト比が１．５以上となり、形状磁気異方性が得られるＬ１0型のＦｅＮｉ規則合金にできていた。
ただし、針状粒子の短軸の寸法が単磁区サイズを超える大きさになると、その後保磁力Ｈｃが低下することも確認している。例えば、針状粒子の短軸の寸法が２５０ｎｍを超えると、保磁力Ｈｃが低下するものが発生していた。このため、針状粒子の短軸の寸法が大き過ぎないようにすることが望ましい。針状粒子の短軸の寸法が２５０ｎｍを超えていても勿論構わないが、例えば２０ｎｍ以上かつ２５０ｎｍ以下にすれば、より確実に所望の保磁力Ｈｃを実現することができる。また、針状粒子の長軸の寸法については、任意であり、アスペクト比が１．５以上となる寸法であれば良く、少なくとも３０ｎｍ〜７５０ｎｍの範囲内において、高い保磁力Ｈｃが得られていた。
次に、本実施形態にかかる針状粒子のＬ１0型のＦｅＮｉ規則合金の製造方法について説明する。
本実施形態のＬ１0型のＦｅＮｉ規則合金は、例えば、針状粒子で構成されるＦｅＮｉ不規則合金を用意し、これを窒化する窒化処理を行った後、窒化処理されたＦｅＮｉ不規則合金から窒素を除去する脱窒素処理を行うことにより得られる。なお、不規則合金とは、原子の配列が規則性を持たずにランダムなものである。
針状粒子で構成されるＦｅＮｉ不規則合金については、例えば希薄ＦｅＮｉ分散液を用意し、この希薄ＦｅＮｉ分散液を加熱して水分を除去することによって得られる。このとき、得られるＦｅＮｉ不規則合金が酸化物となっている場合には、それを水素還元することによって針状粒子で構成されるＦｅＮｉ不規則合金にできる。また、Ｆｅの水酸化物であるゲータイト、つまり針状の水酸化物を用いて、その水酸化物を加熱して水分を除去することによって針状粒子で構成されるＦｅＮｉ不規則合金を得ることもできる。例えば、塩化鉄（ＦｅＣｌ2）に加えて塩化ニッケル（ＮｉＣｌ2）を入れた水溶液を作製することでＦｅとＮｉの水酸化物を得ることができるため、これを加熱して水分を蒸発させることによって、針状粒子で構成されるＦｅＮｉ不規則合金を得ることができる。
このとき、ＦｅＮｉ不規則合金は、図４Ａに示すような針状粒子となっているが、図中破線で囲んだ部分において針状粒子を構成している各粒子を拡大すると、図５Ａに示すように、Ｆｅ元素とＮｉ元素が規則性無くランダムに配置された状態となっている。
続いて、ＦｅＮｉ不規則合金を窒化する窒化処理や窒化したＦｅＮｉ不規則合金から窒素を脱離させる脱窒素処理を行うが、これらの処理は、例えば図６に示される製造装置を用いて行われる。この製造装置は、ヒータ１１により加熱される加熱炉としての管状炉１０と、管状炉１０内に試料を設置するためのグローブボックス２０と、を備える。また、この製造装置は、パージガスとしてのＡｒ（アルゴン）、窒化処理用のＮＨ3（アンモニア）、および、脱窒素処理用のＨ2（水素）を、切り替えて管状炉１０へ導入するガス導入部３０を備えている。
このような製造装置を用いて、まずは窒化処理を行う。すなわち、管状炉１０中にＦｅＮｉ不規則合金１００を設置しておく。窒化処理では、ＮＨ3ガスを管状炉１０に導入して管状炉１０内をＮＨ3雰囲気とし、所定温度で所定時間、ＦｅＮｉ不規則合金を加熱して窒化する。窒化処理の処理温度については３００℃以上５００℃以下としており、処理時間については１０時間以上としている。これにより、図４Ｂに示すように、ＦｅＮｉ不規則合金の表面でＮＨ3の分解が起こってＮとＨ2に分離し、ＮがＦｅＮｉ不規則合金の内部に拡散していく。そして、Ｎの侵入方向に基づき、その方向に規則化が起こって図５Ｂに示されるようにＦｅ元素とＮｉ元素が規則的に積層された構造体１０１、例えばＦｅＮｉＮにて構成される化合物が生成される。
その後、脱窒素処理では、Ｈ2ガスを加熱炉に導入して管状炉１０内をＨ2雰囲気とし、所定温度で所定時間、窒化処理されたＦｅＮｉ不規則合金を加熱して窒素を除去する。脱窒素処理の処理温度については２５０℃以上４００℃以下としている。脱窒素処理の処理時間については１時間以下の短い時間でも良い。このとき、図５Ｂに示す構造からＮが脱離されても、窒化処理されたときの結晶構造が維持され、図５Ｃに示すようにＦｅ元素とＮｉ元素とが規則的に積層された構造の粒子が連続的に繋がった構造となる。すなわち、図４Ｃに示すような針状粒子で構成されるＬ１0型のＦｅＮｉ規則合金１が得られる。
以上のような製造方法により、本実施形態にかかる針状粒子で構成されるＬ１0型のＦｅＮｉ規則合金１を製造することができる。実験によって製造したＬ１0型のＦｅＮｉ規則合金１の１つの針状粒子を確認したところ、短軸の寸法が４９．２ｎｍ、長軸の寸法が１３７．７ｎｍとなっており、アスペクト比が２．８となっていた。
また、比較例として、実験により、針状粒子ではなく、単なる粒状の粒子で構成されたＬ１0型のＦｅＮｉ規則合金についても、上記したようなＦｅＮｉ不規則合金を窒化する窒化処理を行った後、窒素を脱離させる脱窒素処理を行って作製した。そして、本実施形態のような針状粒子で構成されるＬ１0型のＦｅＮｉ規則合金１と、比較例のように単なる粒状としたＬ１0型のＦｅＮｉ規則合金それぞれについて、異方性磁界を計測した。その結果、図７に示すように、比較例では異方性磁界が９８１ｋＡ／ｍになっていたのに対して、本実施形態では１１２８ｋＡ／ｍという高い異方性磁界が得られた。比較例の異方性磁界が十分に高くならかったのは、単なる粒状としたＬ１0型のＦｅＮｉ規則合金の場合、Ｎの入る場所が決まらず、ｃ軸の向きがバラバラで異方性がないためと考えられる。これに対して、本実施形態のように針状粒子によって構成されたＬ１0型のＦｅＮｉ規則合金１とする場合、Ｎの入る場所が決まり、ｃ軸の向きが一定で異方性があるため、高い異方性磁界が得られたと考えられる。
これらの実験結果からも、本実施形態のように針状粒子によって構成されたＬ１0型のＦｅＮｉ規則合金１とすることで、磁石材料や磁気記録材料として使用することもできる高い保磁力Ｈｃを得ることが可能となることが判る。
（第２実施形態）
第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して更に保磁力Ｈｃを高くできるようにするものである。本実施形態においても、基本的な製造工程については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
本実施形態では、ＦｅＮｉ不規則合金からＬ１0型のＦｅＮｉ規則合金を形成する際に、中間生成物を生成することによって保磁力Ｈｃを更に高くする。上記第１実施形態においても、窒化処理と脱窒素処理を行っているが、本実施形態では、窒化処理を終えたときに中間生成物としてＦｅＮｉＮが生成されるようにする。このとき、窒化処理によって的確に中間生成物が生成されるように、窒化処理に先立ち、ＦｅＮｉ不規則合金の表面に形成されている酸化膜の除去処理を行うようにしている。そして、中間生成物となるＦｅＮｉＮから脱窒素処理を行うことで、Ｌ１0型のＦｅＮｉ規則合金を形成する。
まず、針状粒子で構成されたＦｅＮｉ不規則合金を用意する。そして、図８に示すように、ＦｅＮｉ不規則合金の表面に酸化膜１００ａが形成されていることから、窒化処理に先立ち、ＦｅＮｉ不規則合金の表面の酸化膜１００ａを除去する除去処理を行う。その後、除去処理に連続して窒化処理を行う。
除去処理としては、酸化膜１００ａのエッチング雰囲気において、例えば３００℃〜４５０℃の間での熱処理を行う。これにより、ＦｅＮｉ不規則合金の表面の酸化膜１００ａが除去され、窒化され易い表面状態となる。窒化処理としては、Ｎを含む雰囲気において、例えば２００℃〜４００℃の間での熱処理を行う。これにより、酸化膜除去によって窒化され易くなったＦｅＮｉ不規則合金を的確に窒化することが可能となり、中間生成物となるＦｅＮｉＮが形成される。なお、ここでの窒化処理については、酸化膜１００ａを除去してから行っているため、より窒化反応し易くなっており、第１実施形態の場合よりも低温度であっても良くなる。このため、窒化処理の温度を２００℃〜４００℃としているが、この温度を超えても良く、第１実施形態のように５００℃以下としていれば良い。
次に、中間生成物となるＦｅＮｉＮに対して脱窒素処理を行う。脱窒素処理としては、脱窒素雰囲気において、例えば２００〜４００℃の間での熱処理を行う。これにより、中間生成物から窒素が脱離し、Ｌ１0型のＦｅＮｉ規則合金を形成することができる。このように、中間生成物となるＦｅＮｉＮを形成してから、Ｌ１0型のＦｅＮｉ規則合金を形成することで、より高い保磁力Ｈｃを得ることが可能となる。
以上説明したように、本実施形態では、ＦｅＮｉ不規則合金に対して窒化処理を行って中間生成物であるＦｅＮｉＮを生成し、さらに脱窒素処理を行ってＬ１0型のＦｅＮｉ規則合金を生成している。このような製造方法により、より高い保磁力Ｈｃが得られるＬ１0型のＦｅＮｉ規則合金を生成することが可能となる。
特に、ＦｅＮｉ不規則合金の表面に形成されている酸化膜１００ａを除去するための除去処理を行ってから窒化処理を行うようにすることで、より的確に中間生成物を生成することが可能となる。したがって、除去処理を行うことで、より高い保磁力Ｈｃが得られるＬ１0型のＦｅＮｉ規則合金を得ることが可能となる。
（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
例えば、上記実施形態では、窒化処理および脱窒素処理を行うことによって、針状粒子で構成されるＬ１0型のＦｅＮｉ規則合金を得ているが、窒化処理および脱窒素処理以外の手法によってＬ１0型のＦｅＮｉ規則合金を得るようにしても良い。すなわち、ＦｅとＮｉとがＬ１0型のＦｅＮｉ規則構造と同じ格子構造で整列した化合物を合成する処理を行ったのち、この化合物からＦｅとＮｉ以外の不要な元素を除去する処理を行うことで針状粒子で構成されたＬ１0型のＦｅＮｉ規則合金を得ても良い。
また、上記実施形態では窒化処理および脱窒素処理の条件の一例について説明した。しかしながら、ここで説明したのは各条件の一例を示したに過ぎない。すなわち、窒化処理および脱窒素処理によって、針状粒子で構成されるＬ１0型のＦｅＮｉ規則合金を得ることができるならば、これら処理の処理温度、処理時間について、上記の例に限定するものではない。同様に、第２実施形態では、酸化膜１００ａの除去処理、窒化処理および脱窒素処理の条件の一例について説明したが、これらについても各条件の一例を示したに過ぎない。すなわち、針状粒子で構成されるＬ１0型のＦｅＮｉ規則合金を得ることができるならば、これら処理条件については任意である。
１ Ｌ１0型のＦｅＮｉ規則合金
１００ ＦｅＮｉ不規則合金
１０１ ＦｅＮｉ不規則合金にＮが拡散した構造体

Claims (4)

  1. Ｌ１０型の規則構造とされ、長軸と短軸を有する針状粒子で構成されており、
    前記針状粒子の短軸の寸法に対する長軸の寸法の比となるアスペクト比が１．５以上とされ、前記針状粒子の短軸の寸法が２０〜２５０ｎｍとされているＦｅＮｉ規則合金を含む磁性材料。
  2. 前記ＦｅＮｉ規則合金を構成するＦｅとＮｉの積層方向となる結晶磁気異方性による磁化容易軸の方向が前記針状粒子の長軸方向に沿っている請求項１に記載のＦｅＮｉ規則合金を含む磁性材料。
  3. 前記針状粒子は、複数の粒子が連続的に繋がって針状とされたものである請求項１または２に記載のＦｅＮｉ規則合金を含む磁性材料。
  4. 針状粒子で構成されたＦｅＮｉ不規則合金（１００）を用意することと、
    前記ＦｅＮｉ不規則合金を窒化する窒化処理を行うことと、
    前記窒化処理されたＦｅＮｉ不規則合金から窒素を除去する脱窒素処理を行うことにより、針状粒子で構成されており、前記針状粒子の短軸の寸法に対する長軸の寸法の比となるアスペクト比が１．５以上とされ、前記針状粒子の短軸の寸法が２０〜２５０ｎｍとされているＬ１０型のＦｅＮｉ規則合金を得ることと、を有するＦｅＮｉ規則合金を含む磁性材料の製造方法。
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JP4524078B2 (ja) 2002-05-31 2010-08-11 富士フイルム株式会社 磁性粒子およびその製造方法、並びに、磁気記録媒体およびその製造方法
JP2008081818A (ja) * 2006-09-28 2008-04-10 Sumitomo Osaka Cement Co Ltd ニッケル―鉄合金ナノ粒子の前駆体粉末の製造方法およびニッケル―鉄合金ナノ粒子の前駆体粉末、ニッケル―鉄合金ナノ粒子の製造方法およびニッケル―鉄合金ナノ粒子
WO2012141205A2 (ja) * 2011-04-11 2012-10-18 国立大学法人北海道大学 L10型FeNi合金粒子及びその製造方法、磁性組成物並びに磁石
US8840800B2 (en) 2011-08-31 2014-09-23 Kabushiki Kaisha Toshiba Magnetic material, method for producing magnetic material, and inductor element
JP5500184B2 (ja) * 2012-01-24 2014-05-21 株式会社デンソー 磁性合金粉末の製造方法
JP6388190B2 (ja) 2012-11-29 2018-09-12 善治 堀田 Ｌ１０型ＦｅＮｉ規則合金を含むＦｅＮｉ系材料の製造方法、及びＦｅＮｉ系材料
JP2014231624A (ja) * 2013-05-29 2014-12-11 株式会社デンソー Ｆｅ−Ｎｉ合金粉末の製造方法およびＦｅ−Ｎｉ合金粉末並びに磁石
JP2015225998A (ja) * 2014-05-29 2015-12-14 国立研究開発法人産業技術総合研究所 針状ゲーサイト微粒子、針状ゲーサイト複合体、針状鉄微粒子、及び針状酸化鉄微粒子
WO2017064989A1 (ja) * 2015-10-14 2017-04-20 株式会社デンソー ＦｅＮｉ規則合金およびＦｅＮｉ規則合金の製造方法
JP6332359B2 (ja) 2015-10-14 2018-05-30 株式会社デンソー ＦｅＮｉ規則合金、ＦｅＮｉ規則合金の製造方法、および、ＦｅＮｉ規則合金を含む磁性材料

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