JPH08222422A - 磁性体およびその製造方法 - Google Patents

磁性体およびその製造方法

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JPH08222422A
JPH08222422A JP7048999A JP4899995A JPH08222422A JP H08222422 A JPH08222422 A JP H08222422A JP 7048999 A JP7048999 A JP 7048999A JP 4899995 A JP4899995 A JP 4899995A JP H08222422 A JPH08222422 A JP H08222422A
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JP
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permalloy
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JP7048999A
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English (en)
Inventor
Osamu Ishii
修 石井
Koji Takei
弘次 武井
Masakatsu Senda
正勝 千田
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y25/00Nanomagnetism, e.g. magnetoimpedance, anisotropic magnetoresistance, giant magnetoresistance or tunneling magnetoresistance
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F10/00Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
    • H01F10/32Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
    • H01F10/324Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer
    • H01F10/3254Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer the spacer being semiconducting or insulating, e.g. for spin tunnel junction [STJ]

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  • Power Engineering (AREA)
  • Soft Magnetic Materials (AREA)
  • Manufacturing Cores, Coils, And Magnets (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 卑金属酸化物を絶縁層とした金属軟磁性板材
の積層構造複合磁性材料において、金属軟磁性板材の厚
みを減らすこと。 【構成】 パーマロイ板と超超ジュラルミン箔を交互に
重ね合わした材料を(a参照)圧延して(b参照)、次
に純酸素中で加熱し、超超ジュラルミン層を金属酸化物
へ酸化し(c参照)、最後に窒素と水素の混合ガス雰囲
気中で加熱し、(d)に示すようなパーマロイとAl2
3 を主成分とする金属酸化物の多層構造材料を得るこ
とができた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は軟磁性材料の高周波応用
分野全てにおいて、低損失な複合磁性材料およびその製
造方法を提供するものである。特に、板状材料における
渦電流損失の低減が主目的である。
【0002】
【従来の技術】Fe−Ni合金であるパーマロイに代表
される軟磁性材料を高周波デバイスとして応用する場合
には渦電流損失を減らすために薄板状の試料が用いられ
る。パーマロイを例に取ると圧延法では約10μmの板
厚までの圧延が可能な状況である。しかし、より一層の
薄層化は現有技術では困難である。一方、電子機器の使
用周波数はますます高まっており、磁気デバイスを適用
するためには板厚が数μm以下のパーマロイが必要とさ
れている。このような要請に対してはスパッタリング法
やメッキ法による薄膜が適用される。しかし、これらの
薄膜作製法では生産性が低くトランスのコア等のように
ボリュームが必要な用途に材料を供することは困難であ
った。従って、圧延法のように大量の材料を連続的に生
産できる方法でパーマロイを酸化物等の絶縁層で区切っ
た構造をなし、しかもパーマロイの層厚を数μm以下と
できれば極めて有用である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の問題を
解決するために提案されたもので、その目的は卑金属酸
化物を絶縁層とした金属軟磁性板材の積層構造複合磁性
材料において、金属軟磁性板材の厚さを減らすことにあ
る。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は金属軟磁性板材と絶縁体層とが交互に積層
された磁性体において、前記絶縁体層が非金属板材の加
熱生成物である磁性体を発明の特徴とする。さらに、本
発明は金属軟磁性板材とこれを分離する卑金属板材の積
層材料を圧延後酸化雰囲気中で加熱し、しかる後に還元
雰囲気中で加熱する磁性体の製造方法を発明の特徴とす
る。
【0005】金属軟磁性板材としてパーマロイ,卑金属
板材としてAl合金板材を用いた場合を例に説明する。
パーマロイ板を圧延する場合に他の金属板と積層した素
材を圧延することでパーマロイ層の厚さを通常の圧延材
料よりも薄くすることができる。ただし、渦電流を減ら
すためにはパーマロイ層を分離する材料は絶縁体である
ことも必要である。従って、パーマロイを区切るために
用いた金属板を何等かの方法で絶縁体とする必要があ
る。Alを主成分とした合金は酸化雰囲気中で容易に酸
化して絶縁体であるAl2 3 等の金属酸化物になる。
また、一旦生成したAl2 3 は水素等の還元雰囲気中
で加熱してもAl合金へと還元されることはない。従っ
て、パーマロイ中のFeやNiが酸化したとしても水素
雰囲気中で加熱することで再度金属へと還元することが
可能である。
【0006】
【作用】複合磁性材料の圧延処理に際して機械強度が著
しく異なると、低強度の材料のみが圧延され、材料内で
破断してしまう恐れがある。微量のZnとMgを含むA
lは、ジュラルミンとして知られ純Alに比較すると格
段に機械強度が高く、パーマロイと同等の機械強度の材
料もたやすく得られる。従って、ジュラルミンが前記の
中間層として適当である。また、ジュラルミンの構成元
素であるAl,Zn,Mg等の卑金属は酸素中の熱処理
によって容易に酸化しAl2 3 やZnO2 ,MgOと
いった絶縁材料となる。金属中を酸素が拡散して卑金属
のみを酸化する現象は内部酸化として知られており、母
相金属の中にAlやZn,Mgのような酸化しやすい卑
金属を用いた場合にはしばしば見られる。内部酸化現象
を利用して生成したAl2 3 等の金属酸化物をパーマ
ロイ積層材の絶縁層材料として用いることで、高周波に
おける渦電流損失の少ない複合材料を得ることができ
る。
【0007】
【実施例】本発明で記述した複合磁性材料の作製方法の
概略を図1に示す。工業的に容易に加工できる数十μm
厚のパーマロイ板とAl合金板を積層した素材を出発材
料とし、これを圧延することでパーマロイ層厚を数μm
以下まで薄くした後、酸素雰囲気中で加熱することでA
l合金をAl2 3 を主成分とする酸化物へと酸化し絶
縁体でパーマロイ層を区切ることが可能となる。Feや
Niが酸化した場合に備えて、上記の処理を施した後に
還元雰囲気中で加熱する処理を施す。パーマロイ材料と
して83at%Ni−17at%Fe合金板を作製し
た。具体的には、冷間圧延処理で厚さ50μmまで薄く
した板材から幅10mm,長さ1mに切り出した。この
降伏点は20〜28Kg/mm2 ,引っ張り強さは45
〜50Kg/mm2 である。ジュラルミンとしては通称
〔超超ジュラルミン〕と呼ばれる87.7at%Al−
8at%Zn−1.5at%Mg−2at%Cu−0.
5at%Mn−0.3at%Cr合金を300℃に1時
間加熱後水焼き入れ処理を施している。この材料の降伏
点は25Kg/mm2 ,引っ張り応力は45Kg/mm
2 であり、パーマロイとほぼ等しい。超超ジュラルミン
を圧延処理で20μmまで薄くした後に幅10mm,長
さ1mに切り出した。上記のパーマロイ板と超超ジュラ
ルミン箔を交互に40層重ねた材料〔図1(a)に相
当〕を再度圧延し厚さを100μmまで低減し、図1
(b)に示す複合材料を得た。この状態では一層当りの
パーマロイの厚さは約2.5μmであり、通常の圧延処
理では得られない厚さである。
【0008】次に純酸素中で500℃に1時間加熱して
図1(c)に示す通り超超ジュラルミン層をAl2 3
を主成分とする金属酸化物へと酸化した。最後に、窒素
と水素の混合ガス雰囲気中で950℃に1時間加熱し、
図1(d)に示したパーマロイとAl2 3 を主成分と
する金属酸化物の多層構造材料を得た。窒素と水素の比
率は1:2であり、この雰囲気中の加熱はパーマロイの
構成元素であるFeやNiが部分的に酸化した場合に、
それを還元して金属状態とするために施すものである。
パーマロイは優れた耐熱性を示すので、酸化される量は
微量なので図1(c)と図1(d)の表記は同一となっ
ている。
【0009】先に述べた通り、薄いパーマロイ層では渦
電流損失が減少する。この様子は高周波インピーダンス
特性の測定から知ることができる。すなわち、低周波で
は透磁率が大きく渦電流損失が少ないので抵抗Rよりも
リアクタンスXが大きいが、パーマロイ層厚が表皮厚さ
と等しい場合にR=Xが成り立つものである。この事情
は以下の通り解釈できる。複素初透磁率(μr=μr′
−jμr″)のμr′,μr″は回転磁化機構を仮定し
た場合に以下の式で表される。
【数1】 ここで、tm は磁性層の厚さ,ρm は磁性体の抵抗率,
fは周波数,μ0 は真空の透磁率である。一方、表皮深
さ(δ)は、 δ={2ρm /(2πf・μr′(0)・μ0 )}0.5 (3) と表される。
【0010】図2はμr′(f)/μr′(0),μ
r″(f)/μr′(0)のtm /δ依存性を示す。磁
性層厚みが表皮深さと等しい場合(tm /δ=1)にμ
r′(f)=μr″(f)となり、前述の通りR=Xと
なる。従って、インピーダンス(Z)を測定することで
パーマロイ層厚を推測することができる。
【0011】インピーダンスメータを用い上記複合磁性
材料のZ,R,Xを測定した結果を図3に示す。R=X
となる周波数(fc)は30MHzである。一方、パー
マロイ厚10μmの材料のインピーダンスの周波数依存
性を図4に示す。fcは約2.5MHzである。式
(3)より表皮深さ即ちパーマロイ厚はfcの平方根に
反比例するので複合磁性材料のパーマロイ厚はパーマロ
イ板材の厚みの約0.28倍と算出される。即ち、複合
磁性材料のパーマロイ層厚は2.8μmと算出され、圧
延率から求めたパーマロイ厚(2.5μm)とほぼ等し
い。以上の結果から、本発明による複合材料では従来得
られなかった薄層のパーマロイが絶縁層を介して積層し
ており、高周波磁界を印加した場合の損失が低減できる
ことが示された。上記の実施では、パーマロイ・ジュラ
ルミンの組合せについて説明したが、本発明はこの組合
せに限定されるものではない。
【0012】
【発明の効果】従来はパーマロイに代表される軟磁性材
料を薄層化するために圧延を行っても10μm程度まで
しか薄くならなかったが、例えば母材をパーマロイとA
l合金との複合磁性材料とすることでパーマロイ層厚を
数μmまで薄くできること、また、酸素雰囲気中で加熱
することでパーマロイ層間の絶縁を保つことが可能にな
った。この材料は高周波磁界を加えても渦電流が少ない
ため高い透磁率を得られる。なお、上記複合磁性材料は
強磁性共鳴周波数,fc,以上の帯域では高損失特性を
示し、例えばノイズフィルタ等に用いることも可能であ
る。この場合にも、磁気モーメントが外部磁界に追従す
るのは表面から表皮深さ程度である。従って、同一体積
で磁気損失を増すためには積層構造にして表面積を増す
ことが有効である。即ち、磁性層厚を表皮深さ10%以
下の程度と設定した場合には低損失材を、磁性層厚を表
皮深さ程度と設定した場合には高損失材を得ることが出
来る。この事情は図2に示した透磁率の磁性層厚依存性
からも明らかである。結果的に、本方法は低損失な複合
磁性材料の作製方法のみならず、高損失な複合磁性材料
の作製方法としても有用である。
【図面の簡単な説明】
【図1】複合磁性材料の作製工程図を示すもので、
(a)〜(d)は各工程を示す。
【図2】複素比透磁率の磁性膜厚依存性を示す。
【図3】複合磁性材料のインピーダンスの周波数依存性
を示す。
【図4】パーマロイ板材のインピーダンスの周波数依存
性を示す。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属軟磁性板材と絶縁体層とが交互に積
    層された磁性体において、前記絶縁体層が非金属板材の
    加熱生成物であることを特徴とする磁性体。
  2. 【請求項2】 金属軟磁性板材とこれを分離する卑金属
    板材の積層材料を圧延後酸化雰囲気中で加熱し、しかる
    後に還元雰囲気中で加熱することを特徴とする磁性体の
    製造方法。
  3. 【請求項3】 卑金属板材としてAlを主成分とする板
    材を用いることを特徴とする請求項1記載の磁性体。
  4. 【請求項4】 金属軟磁性板材としてパーマロイを、A
    lを主成分とする合金材料として超超ジュラルミンを用
    いることを特徴とする請求項1または3記載の磁性体。
JP7048999A 1995-02-13 1995-02-13 磁性体およびその製造方法 Pending JPH08222422A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017059816A (ja) * 2015-09-14 2017-03-23 株式会社東芝 軟磁性材料、回転電機、モータ及び発電機
CN108130412A (zh) * 2017-12-25 2018-06-08 安徽迈德福新材料有限责任公司 一种低温快速加热提高电沉积铁基合金箔材料磁性能的方法

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