JPH06256912A

JPH06256912A - 高磁歪特性を有する超磁歪焼結体の製造法

Info

Publication number: JPH06256912A
Application number: JP7522493A
Authority: JP
Inventors: Masato Sagawa; 眞人佐川; Hiroshi Nagata; 浩永田; Hiroyuki Mizutani; 博之水谷; Masahisa Naoe; 正久直江
Original assignee: Intermetallics Co Ltd; Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Current assignee: Intermetallics Co Ltd; Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Priority date: 1993-03-08
Filing date: 1993-03-08
Publication date: 1994-09-13

Abstract

(57)【要約】【目的】粉末冶金法による超磁歪焼結体の改善された
製造法を提供し、且つ粉末冶金法の特徴を維持しつつ、
酸化を抑制して、高密度、高磁歪特性の超磁歪焼結体を
有利に得る。【構成】主相組成合金粉末として、ＲＥＦｅ₂ （但
し、ＲＥはＬａ、Ｙを含む希土類元素のうち、少なくと
も１種以上の元素を示す）なる組成の合金鋳塊を粉砕し
て得られる第一の粉末を用いる一方、液相組成合金粉末
として、ガスアトマイズ法若しくは回転電極法によって
調製された、前記ＲＥとＦｅの共晶組成を有する第二の
粉末を用い、それら第一の粉末と第二の粉末とを重量で
４０：１〜５：１の割合で混合せしめた後、微粉砕し
て、平均粒径が５〜１００μｍの微粉末と為し、更に磁
場プレスにより〈１１１〉方位を揃えた圧粉体を形成し
た後、かかる圧粉体を焼結せしめることにより、目的と
する高磁歪特性を有する超磁歪焼結体を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、高磁歪特性を有する超磁歪焼結
体の製造法に係り、特に高焼結密度で、高磁歪特性の超
磁歪粉末焼結体を、粉末冶金法によって有利に製造する
方法に関するものである。

【０００２】

【背景技術】近年、ＲＥＦｅ₂ （但し、ＲＥはＬａ、Ｙ
を含む希土類元素のうち、少なくとも１種以上の元素を
示す。以下同じ）にて表わされる金属間化合物は、従来
のＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ等の材料に比べて１０〜１００倍の
磁歪を発生し、超磁歪合金と呼ばれて注目され、そして
そのような超磁歪現象の多方面にわたる利用乃至は応用
が、種々報告されている。そのなかでも、Ｔｂ_0.3 Ｄｙ
_0.7 Ｆｅ_1.9-2.0合金は、TERFENOL組成と呼ばれてお
り、室温で、１０００ｐｐｍ以上の磁歪を発生すること
が知られている。

【０００３】ところで、かかる超磁歪材、特にTERFENOL
組成材は、立方晶のラーベス構造を有し、〈１１１〉方
向に大きな磁歪を発生するものであるところから、現在
のところ、単結晶法や一方向凝固法により、〈１１１〉
方位を揃えた単結晶或いは多結晶の丸棒において、その
製造が行なわれている。しかしながら、それらの方法
は、〈１１１〉方位の配列の不安定による磁歪特性のバ
ラツキや、結晶育成時の凝固組成偏析から生じる磁歪特
性のバラツキにより、生産歩留りが悪い等という問題を
内在しており、またTERFENOL組成にあっては、高価なＴ
ｂ及びＤｙ元素を含むところから、そのような生産歩留
りの低さは、コストを著しく割高としてしまう問題を内
在している。

【０００４】このため、かかる超磁歪材を粉末冶金法で
作製することが考えられている。この粉末冶金法は、超
磁歪組成のインゴットを用い、それを粉砕して、微粉末
とした後、磁場プレスにより〈１１１〉方位を揃えた圧
粉体とし、そしてその圧粉体を焼結することにより、目
的とする超磁歪材を得るものであって、このような粉末
冶金法で超磁歪材を作製すれば、生産工程が増えるもの
の、製品の磁歪特性のバラツキが少なく、更に形状の自
由度が大きいところから、加工コストが低減され得、総
合的な見地からすれば、生産コストが低減する利点があ
る。

【０００５】しかしながら、このような粉末冶金法を用
いた従来の超磁歪材の作製手法にあっては、未だ解決さ
れるべき幾つかの問題が内在しているのである。例え
ば、米国特許第４１５２１７８号明細書においては、前
記したTERFENOL組成の合金を粉砕して得られる粉末を磁
場配向した後、静水圧プレスし、そして焼結せしめるこ
とにより、超磁性焼結体を製造する方法が明らかにされ
ているが、この方法によれば、超磁歪組成合金の粉末の
酸化が著しく、そのため磁歪特性が低下する問題に加え
て、高密度焼結体とするために静水圧プレスが行なわれ
ているが、そのような静水圧プレス操作の採用は、コス
ト高を惹起して、粉末冶金法の特徴を阻却している。

【０００６】また、「Journal of less-Common Metals
」１７２−１７４（１９９１）、１２８５〜１２９６
には、（ａ）ＲＥＦｅ_1.5 組成合金、（ｂ）ＲＥＦｅ
_1.5 組成合金とＲＥＦｅ_1.9 組成合金の混合物、または
（ｃ）ＲＥＦｅ_1.5 組成合金とＲＥＦｅ_2.5 組成合金の
混合物を用いて、それらを水素吸蔵処理した後、粉砕を
行ない、そして圧縮成形、脱ガス処理した後、焼結する
ことにより、超磁歪粉末焼結体を得ることが明らかにさ
れているが、この方法にあっても、粉末の酸化が著し
く、また焼結密度も低く、従って得られる超磁歪焼結体
の磁歪特性が充分でない問題を内在しているのである。

【０００７】さらに、特開平１−１８０９４３号公報に
おいては、ＴｂＦｅ₂ 合金とＤｙＦｅ₂ 合金とを用い
て、それらを粉砕し、そして両合金粉末を混合した後、
磁場プレスして、その得られた圧粉体を焼結せしめる手
法が明らかにされている。この方法は、ＴｂＦｅ₂ 合金
粉末とＤｙＦｅ₂ 合金粉末とからなる圧粉体の固相焼結
によって、固相拡散させ、磁化容易軸〈１１１〉方向が
揃ったＴｂ_0.3 Ｄｙ_0.7Ｆｅ₂ の焼結体を得るものであ
るが、ＴｂＦｅ₂ の磁化容易軸方向は〈１１１〉方向で
あるものの、ＤｙＦｅ₂ の磁化容易軸方向は〈１００〉
であるため、前記した固相焼結による固相拡散によっ
て、焼結体において〈１１１〉方向に磁化容易軸が揃う
とは限らない問題を内在している。

【０００８】

【解決課題】ここにおいて、本発明は、かかる事情を背
景にして為されたものであって、その課題とするところ
は、粉末冶金法による超磁歪焼結体の改善された製造法
を提供することにあり、また粉末冶金法の特徴を維持し
つつ、酸化を抑制して、高密度且つ高磁歪特性の超磁歪
焼結体を有利に得ることにある。

【０００９】

【解決手段】そして、本発明は、かかる課題を解決する
ために、主相組成合金粉末として、ＲＥＦｅ₂ （但し、
ＲＥはＬａ、Ｙを含む希土類元素のうち、少なくとも１
種以上の元素を示す）なる組成の合金鋳塊を粉砕して得
られる第一の粉末を用いる一方、液相組成合金粉末とし
て、ガスアトマイズ法若しくは回転電極法によって調製
された、前記ＲＥとＦｅの共晶組成を有する第二の粉末
を用い、それら第一の粉末と第二の粉末とを重量で４
０：１〜５０：１の割合で混合せしめた後、微粉砕し
て、平均粒径が５〜１００μｍの微粉末と為し、更に磁
場プレスにより〈１１１〉方位を揃えた圧粉体を形成し
た後、かかる圧粉体を焼結せしめることを特徴とする、
高磁歪特性を有する超磁歪焼結体の製造法を、その要旨
とするものである。

【００１０】

【具体的構成・作用】このように、本発明は、目的とす
る超磁歪焼結体の主相組成を与える合金粉末と、そのよ
うな焼結体の焼結温度での液相組成を与える合金粉末と
を異ならしめ、前者の主相組成合金粉末としては、磁場
配向の容易な超磁歪組成（ＲＥＦｅ₂）の第一の粉末を
用いる一方、希土類リッチ層である液相組成を与える後
者の液相組成合金粉末としては、ＲＥとＦｅの共晶組成
を有する、アモルファス構造の第二の粉末を用いるとこ
ろに、一つの大きな特徴を有しているのである。

【００１１】ところで、かかる本発明において、主相組
成合金粉末として用いられる第一の粉末は、ＲＥＦｅ₂
として表わされる超磁歪組成の合金鋳塊を粉砕して得ら
れたものであり、そこで、ＲＥは、Ｌａ、Ｙを含む希土
類元素のうち、少なくとも１種以上の元素を示すもので
あって、具体的にはＬａ、Ｙの他に、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎ
ｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｂ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｙ
ｂ、Ｌｕ等があり、好ましくはそれらの元素のうち、少
なくとも２種或いはそれ以上が用いられることとなる。
そして、そのような組成の合金鋳塊は、その凝固方向が
〈１１１〉方向に結晶軸が揃っているところから、それ
を粉砕して得られる粉末を、磁場配向操作によって〈１
１１〉方向に容易に揃えることが出来るのである。

【００１２】なお、そのような第一の粉末の製造は、具
体的には、ＲＥＦｅ₂ 組成の合金材料を高周波溶解して
合金溶湯を調製し、従来と同様にして鋳塊と為した後、
適当な熱処理（例えば、９５０℃×４８時間）を施し
て、かかる鋳塊中に存在するＲＥＦｅ₃ 相の除去を行な
い、そしてＡｒガス等の不活性ガス雰囲気中において、
粗粉砕して、第一の粉末を得るのである。なお、かかる
粉末の平均粒径は、一般に、１００〜１０００μｍ程度
が適当であり、好ましくは４２５μｍを越えないように
する。かかる粉末粒径があまりにも大きくなり過ぎる
と、液相組成合金と均一に混合することが困難となり、
焼結体の組成が均一でなくなるおそれがあるからであ
り、またあまりにも小さな粉末粒径では、酸素濃度が３
０００ｐｐｍにも達し、その後の粉砕操作によって更に
酸化されて、高密度の焼結体を得ることが困難となる。
この意味において、粉末中の酸素濃度は、２０００ｐｐ
ｍ以下とされることが望ましく、またその下限としては
３００ｐｐｍ程度である。

【００１３】また、本発明において、液相組成合金粉末
として用いられる第二の粉末は、焼結体の焼結温度での
液相組成となる希土類リッチ層を与えるものであって、
ＲＥとＦｅの共晶組成、一般にＲＥとＦｅが約４：１の
割合の組成からなるものである。なお、この第二の粉末
において、ＲＥが多過ぎると、主相組成合金粉末に対す
る液相組成合金粉末の体積比率が低下し、それら両粉末
を均一に混合し難くなる問題があり、またＲＥが少な過
ぎると、焼結に寄与する液相組成が少なくなり、焼結密
度が低下する問題がある。

【００１４】そして、かかる第二の粉末は、例えば、高
周波溶解操作等によって、上記した共晶組成を与える合
金溶湯を溶製した後、通常のガスアトマイズ法若しくは
回転電極法によって、調製されることとなる。即ち、ガ
スアトマイズ法によれば、かかる共晶組成の合金溶湯
が、Ａｒガス等の不活性ガスを粉化媒体として用いて、
アトマイズ（噴霧）されることにより、粉末とされるの
であり、また回転電極法にあっては、固定タングステン
電極または電子銃に対応して、前記共晶組成の合金溶湯
から得られた消耗電極が設けられ、放電または電子照射
をさせながら、かかる消耗電極を高速回転させて、その
先端の溶融部を飛散せしめることにより、目的とする粉
末とされることとなる。

【００１５】このようなガスアトマイズ法や回転電極法
によって得られる共晶組成の第二の粉末は、従来の乳鉢
粉砕等の機械的粉砕手法によって得られる粉末とは異な
り、実質的に球形形状を呈し、且つ粉末の粒径分布が鋭
く、その粒径が揃っている特徴を有するものであり、ま
たその表層がアモルファス化しているために、酸化され
難く、低酸素濃度の粉末として有利に得られるのであ
る。中でも、本発明にあっては、平均粒径が１〜１００
０μｍ程度の粉末が好適に用いられることとなる。な
お、１μｍよりも粒径が小さくなると酸素濃度が高くな
る問題を惹起し、また粒径が１０００μｍを越えるよう
になると主相組成粉末と均一に混合することが困難とな
り、焼結体の組成が均一でなくなるおそれがあるからで
ある。また、そのような粉末の酸素濃度は２００〜１２
００ｐｐｍ程度であり、このような低酸素濃度の粉末
が、ガスアトマイズ法または回転電極法によって、有利
に製造されるのである

【００１６】本発明は、かくの如き第一の粉末と第二の
粉末とからなる２種類の粉末を用いて、目的とする超磁
歪焼結体を得るものであるが、そのような２種類の粉末
の混合比は、重量で、第一の粉末：第二の粉末＝４０：
１〜５：１とされ、これによって最終組成（焼結体組
成）がＲＥＦｅ_1.95-1.7組成となる様にされる。第一の
粉末の配合比が前記規定の範囲外となると、高密度若し
くは高磁歪特性が得られ難くなる。

【００１７】そして、第一の粉末と第二の粉末とを上記
の割合において混合して得られた混合物に対して、ジェ
ットミル等による微粉砕操作が施され、平均粒径が５〜
１００μｍの微粉末とされる。なお、この微粉砕操作に
おいて、平均粒径が５μｍよりも小さくなると、焼結体
の保磁力が大きくなり、ヒステリシスの大きな超磁歪焼
結体となってしまうことに加えて、得られる粉末中の酸
素濃度が高くなり、高密度の焼結体が得られない問題が
あり、また平均粒径が１００μｍを越えるようになる
と、圧粉体の成形が困難となる問題を惹起する。なお、
好ましくは、４０μｍ以下の平均粒径の微粉末とされる
こととなる。また、このような微粉砕操作によって得ら
れた微粉末の酸素濃度は、一般に、２５００〜５０００
ｐｐｍ程度とされる。酸素濃度が５０００ｐｐｍを越え
るようになると、高密度且つ高磁歪特性の焼結体を得る
ことが困難となるからであり、また２５００ｐｐｍより
も少ない酸素濃度の微粉末は得られ難いからである。な
お、この微粉砕操作をジェットミルにて行なうようにす
れば、助剤による粉末の酸化や汚染を有利に回避するこ
とが出来、焼結密度を向上させることが出来る。

【００１８】次いで、このように微粉砕して得られた微
粉末は、磁場を印加した状態下においてプレス成形操作
を行なう磁場プレス手法によって、所望の形状に成形さ
れ、以て〈１１１〉方位を揃えた圧粉体が形成される。
なお、この磁場プレスに際して、印加磁場としては、直
流磁場または交流磁場の何れかが適宜に採用されること
となるが、上記の如き微粉末を用いれば、１５〜２０kO
e 程度の直流磁場にて、その配向を有利に行なうことが
出来、またプレス圧：２〜４t/cm² 程度の圧力にて、目
的とする圧粉体を得ることが出来るのである。

【００１９】そして、その後、かくして得られた圧粉体
を焼結せしめることにより、目的とする高焼結密度、高
磁歪特性の超磁歪焼結体を低コストにて得ることが出来
るのである。なお、この圧粉体の焼結操作は、従来から
公知の条件下において実施され得、また焼結温度として
は、１０００〜１２００℃程度の温度が採用されること
となる。

【００２０】

【実施例】以下に、本発明の代表的な実施例を示し、本
発明を更に具体的に明らかにすることとするが、本発明
が、かかる実施例の記載によって、何等制限的に解釈さ
れるものでないことは、言うまでもないところである。
なお、本発明が、以下の実施例の他にも、また上記具体
的記述の他にも、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内にお
いて、当業者の知識に基づいて種々なる変更、修正、改
良等を加えて、実施され得るものであることが、理解さ
れるべきである。

【００２１】実施例１先ず、主相組成合金粉末を得るために、Ｔｂ_0.3 Ｄｙ
_0.7 Ｆｅ₂ 組成の合金材料を高周波溶解して、その合金
溶湯を作製し、次いで、常法に従って鋳造した後、その
得られた合金鋳塊を９５０℃×４８時間の条件下で熱処
理し、ＲＥＦｅ₃層を除去した後、Ａｒガス中において
ＳＵＳ乳鉢にて粗粉砕し、４２５μｍ以下の粒径の粉末
を得た。

【００２２】一方、液相組成合金粉末を得るために、共
晶組成の８２重量％（Ｔｂ，Ｄｙ）−１８重量％Ｆｅ合
金を、常法に従って高周波溶解により溶製し、その得ら
れた合金溶湯を、Ａｒガスを粉化媒体とするアルゴンガ
スアトマイズ法によって、粉末化した。そして、そのア
トマイズ粉末を篩るい分けて、粒径が４２５μｍ以下の
粉末を得た。

【００２３】かくして得られた主相組成粉末の２０重量
部に対して、共晶組成粉末の１重量部の割合で配合し、
Ｖ型混合器にて均一に混合せしめた。なお、最終組成
は、Ｔｂ_0.3 Ｄｙ_0.7 Ｆｅ_1.9 となるようにした。

【００２４】次いで、かかる混合粉末をジェットミル粉
砕し、下記表１に示される平均粒径の異なる３種の微粉
末を得た。なお、ジェットミル粉砕は、混合粉末をＡｒ
ガスジェットにて衝突板に高速で衝突せしめて、微粉砕
するものであり、ここでは、ガス圧として５kg/cm²の条
件を採用した時に、平均粒径が９．７μｍのものが得ら
れた。

【００２５】次いで、このようにして得られた各種の微
粉末を用いて、印加磁場：２０kOe、成形圧：４t/cm²
の条件下に、Ａｒガス中にて磁場プレスして、所定の圧
粉体を得た後、それら圧粉体を１１００〜１１５０℃の
温度で３時間焼結することにより、目的とする超磁歪焼
結体を得た。そして、この得られた超磁歪焼結体につい
て、原料微粉末の酸素濃度と共に、焼結度及び磁歪特性
の測定結果を、下記表１に示した。

【００２６】

【表１】

【００２７】また、かかる表１に示される、それぞれの
焼結体に対して、予圧（プレストレス）を付加して、磁
歪を測定したところ、下記表２に示される磁歪特性を得
た。

【００２８】

【表２】

【００２９】これらの表の結果から明らかなように、最
高焼結度が９５％で、１０３０ｐｐｍの磁歪を発生する
焼結体を得ることが出来、またそれら焼結体の磁歪特性
は、大略１kOe あたりの印加磁場で１０^-3程度となり、
従来の単結晶法や一方向凝固法により厳密に〈１１１〉
方位を揃えた超磁歪材と略同等のものであることを認め
た。

【００３０】実施例２実施例１において作製した主相組成粉末と液相組成粉末
とを用い、それらを各種の混合比率にて混合せしめて、
実施例１と同様にして、微粉砕、磁場プレス焼結を行な
うことにより、各種の焼結体を製造し、それぞれの焼結
度及び磁歪特性を測定し、その結果を、下記表３に示し
た。なお、磁歪特性は、プレストレス：０．７Kgf/mm²
を付加した場合の値である。また、比較のために、液相
組成粉末としての共晶組成粉末を用いることなく、主相
組成粉末が焼結体の最終組成と一致する粉末のみを用
い、実施例１と同様にして焼結体を製造し、それぞれの
焼結度や磁歪を上記と同様にして測定し、その結果を、
「混合なし」の場合として、下記表３に併せ示した。

【００３１】

【表３】

【００３２】かかる表３の結果から明らかなように、主
相組成粉末に対して液相組成粉末を混合せしめて、超磁
歪焼結体を製造することにより、単一の超磁歪組成の合
金粉末を用いる場合、即ち「混合なし」の場合に比べて
焼結度が高く、また磁歪特性においても優れていること
が認められる。

【００３３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、高密度且つ高磁歪特性の超磁歪焼結体を有利
に得ることが出来るのであり、また、通常の粉末冶金手
法を採用し、特別の工程を付加する必要がないところか
ら、形状の自由度に加えて、原料歩留りの向上によるコ
スト低減（低コスト化）を達成し得たのであり、そこに
本発明の大きな技術的意義が存するのである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者水谷博之東京都港区新橋５丁目11番３号住友軽金属工業株式会社内 (72)発明者直江正久東京都港区新橋５丁目11番３号住友軽金属工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】主相組成合金粉末として、ＲＥＦｅ₂
（但し、ＲＥはＬａ、Ｙを含む希土類元素のうち、少な
くとも１種以上の元素を示す）なる組成の合金鋳塊を粉
砕して得られる第一の粉末を用いる一方、液相組成合金
粉末として、ガスアトマイズ法若しくは回転電極法によ
って調製された、前記ＲＥとＦｅの共晶組成を有する第
二の粉末を用い、それら第一の粉末と第二の粉末とを重
量で４０：１〜５：１の割合で混合せしめた後、微粉砕
して、平均粒径が５〜１００μｍの微粉末と為し、更に
磁場プレスにより〈１１１〉方位を揃えた圧粉体を形成
した後、かかる圧粉体を焼結せしめることを特徴とする
高磁歪特性を有する超磁歪焼結体の製造法。