JPH0849046A - 稀土類−鉄系磁歪材料及びその製造方法 - Google Patents

稀土類−鉄系磁歪材料及びその製造方法

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JPH0849046A
JPH0849046A JP7126280A JP12628095A JPH0849046A JP H0849046 A JPH0849046 A JP H0849046A JP 7126280 A JP7126280 A JP 7126280A JP 12628095 A JP12628095 A JP 12628095A JP H0849046 A JPH0849046 A JP H0849046A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、Dy−Fe合金系に少量のBを添
加し、適切な冷却速度で急冷凝固させた優れた磁歪特性
を持つ稀土類−鉄系磁歪合金とその製造方法を提供する
ことを目的とする。 【構成】本発明の磁歪合金は25≦Dy≦30原子%,
56≦Fe<75原子%及び、残りの原子%のBからな
る母合金を溶解させた溶湯を不活性気体雰囲気下で10
〜50m/秒の線速度で回転する冷却ロール上に噴射さ
せ、薄帯形態に急冷させることにより製造する。本発明
の稀土類−鉄系磁歪材料は10nm大きさの結晶粒が均
一に分布した微細構造を持ち、低い磁場内でも大きい磁
歪特性を現す。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、稀土類−鉄系磁歪材料
に関するもので、特にDy−Fe合金系に少量のBを添
加した3元系合金やDyとFeを適正量混合させたDy
−Fe合金を溶融状態から適切な線速度で回転する冷却
ロール上で急速凝固させ、微細構造の結晶粒が均一に分
布するようにすることで、磁歪特性を向上させた稀土類
−鉄系磁歪材料及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】1970年代初めに、常温で大きな磁歪
特性を現すR−TM(ここで、Rは稀土類元素、TMは
遷移金属である)系金属間化合物が開発された。その中
の代表的なものにTbFe2 を挙げることができる〔参
照:Physics Letters A, Vol.37, P413, 1971:Physical
Review B, Vol.5, P3642, 1972 〕。
【0003】TbFe2 合金の飽和磁歪定数は、常温で
1750×10-6(又は1750ppm)程度で、とて
も大きくはあるが、この合金は結晶磁気異方性もまたと
ても大きいために、大きい磁歪を得るためには、相応の
強磁場を加えねばならないという欠点を持っている。磁
歪材料の実用化においては、弱い磁場で大きい磁歪を得
るのが、最も重要であるため、磁歪材料と関連した研究
の多くがこの様な方向に進行してきた。言い換えれば、
新しい磁歪材料の開発と関連した研究では、結晶磁気異
方性を減少させ、磁歪特性を向上させようとすることに
重点を置いている。これを達成するための既存の方法に
は次のような2種が主に行われてきた。
【0004】その一つは、初期に多く研究された方法
で、合金の成分及び組成の変化(即ち、合金設計)を通
じ、結晶磁気異方性を減少させることである。このよう
な方法の最も代表的な例として、TbFe2 合金のTb
の一部を他の稀土類元素に置換させた擬似2元系
(R1 ,R2 )−TM合金をあげることができる。この
ような研究の結果開発された磁歪材料では、“Terf
enol−D”という商品名で市販されているTb0.3
Dy0.7 Fe2 が知られている。
【0005】もう一つは、R−TM系合金の結晶粒の大
きさを微細化させるか、若しくは非晶質化させて磁歪の
磁場敏感性を増加させる方法である。これは、結晶粒を
微細化させれば個々の結晶粒固有の結晶磁気異方性は変
化しないが、材料全体としての磁気異方性が減少し、又
非晶質化させれば結晶磁気異方性が消滅するからであ
る。しかし、このような結晶粒の微細化若しくは非晶質
化した材料では、一般的には飽和磁歪定数が減少する傾
向がみられる。特に非晶質化においては飽和磁歪定数が
急激に減少するという難点がある。
【0006】また最近では、Bを含有したTb−Fe−
B合金を急速凝固させ、非晶質状に作った後、適正熱処
理を行い、約10nmの大きさのTbFe2 相を析出さ
せた材料で、磁歪の印加磁場依存性の大きいものが報告
されている。〔参照:日本応用磁気学会誌,Vol.17, P2
71, 1993〕
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところで、今まで研究
されてきたTbFe系合金はTb元素が非常に高価であ
るため、優秀な磁歪特性を保有しているにもかかわら
ず、経済的な側面での短所を持っている。上記TbFe
系合金の短所を克服する1つの方法として、TbをDy
と代替したDy−Fe系合金がある。Dyは周期率表上
でTbに隣接していて、諸般の物理的特性がTbと類似
しながらも、価格はずっと安いという面がある。
【0008】ところで、DyFe2 は、飽和磁歪定数は
高いが、結晶磁気異方性も又とても大きいために、数十
kOeの磁場でも飽和しないという特性を示す。このこ
とは、逆にDyFe2 で微細構造を適切に制御し、磁歪
の磁場敏感性を改善した場合、磁歪特性を大幅に向上で
きる可能性があることを意味している。本発明はDy−
Fe合金系に少量のBを添加したDy−Fe−B3元素
合金やDyとFeを適正量混合させたDy−Fe合金を
母合金にし、これを溶解させた後、適切な冷却速度で急
冷させることで結晶粒の微細化が起こるようにし、優秀
な磁歪の磁場敏感性を現すようにした稀土類−鉄系磁歪
材料及びその製造方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段及びその作用】本発明者ら
は上記の事項を総合的に考慮し、Dy−Fe系合金に適
正量のBを添加し、またはDyとFeの混合割合を調整
し、冷却速度を調節しながら急速凝固させ得た試料の磁
歪特性を測定した結果、優秀な特性を示すことを明らか
にした。
【0010】具体的には、第1の発明の磁歪材料は、D
X FeY Z を基本組成とし、 25≦X≦30 56≦Y<75 0<Z≦15 (但し、X、Y、Zは原子%で、X+Y+Z=100)
の組成範囲をもつことを特徴とする。
【0011】このような磁歪材料の製造方法は、DyX
FeY Z を基本組成とし、 25≦X≦30 56≦Y<75 0<Z≦15 (但し、X、Y、Zは原子%で、X+Y+Z=100)
の組成範囲をもつ母合金を溶解させた溶湯を、不活性気
体雰囲気下で10〜50m/秒の線速度で回転する冷却
ロール上に噴射し、急冷させ、薄帯形態に形成すること
よりなる。
【0012】また、第2の発明の磁歪材料は、DyX
Y を基本組成とし、 25≦X≦30 70≦Y≦75 (但し、X、Yは原子%で、X+Y=100)の組成範
囲を持つことを特徴とする。
【0013】このような磁歪材料の製造方法は、DyX
FeY を基本組成とし、 25≦X≦30 70≦Y≦75 (但し、X、Yは原子%で、X+Y=100)の組成範
囲を持つ母合金を溶解させた溶湯を、不活性気体雰囲気
下で10〜50m/秒の線速度で回転する冷却ロール上
に噴射し、急冷させ、薄帯形態に形成することよりな
る。
【0014】本発明の方法により得た合金は、10nm
大きさの結晶粒が均一に分布した微細構造を持ち、低い
磁場内でも大きい磁歪特性を現す。
【0015】
【実施例】以下に本発明の実施例を示す。 〔実施例1〕Dy30原子%,Fe56原子%及びB1
4原子%からなる母合金を、真空アーク溶解法で溶解さ
せた。この合金をノズルの直径が約0.5mmである石
英管に入れ、真空及び不活性雰囲気を維持できる単ロー
ル型液体急冷装置を利用し、薄帯形態の試料を製造し
た。
【0016】合金の溶解と溶湯の噴射時、急冷装置の内
部(chamber) を2×10-2MPa の圧力で、不活性気体
(例, アルゴン)で充たし、試料の酸化を防止した。溶
湯が適切な温度に到達したとき、1.85×10-1MPa
の圧力で不活性気体を加えることで、ノズルを通じ、1
0,20,30,40,50m/秒の線速度で回転する
銅からなる冷却ロール(常温)に溶湯を噴射させた。こ
のようにして得た試料に対し、磁歪値(λ)を3単子電
気容量法で測定した。測定は室温で行い、磁場は最大8
kOeまで加えた。印加磁場に伴う磁歪の大きさに対す
る結果は図1に示した。
【0017】本実施例で得た試料の微細構造は、X線回
折試験と透過電子顕微鏡試験を通じ観察した結果、Dy
Fe2 相からなり、結晶粒の大きさは10nm程度でと
ても微細で、結晶粒の大きさ分布ともに均一であった。
透過電子顕微鏡により観察した微細構造は図2に示し、
透過電子顕微鏡の制限視野回折(selected area diffrac
tion) の結果は図3に示した。
【0018】〔実施例2〕Dy30原子%,Fe63原
子%及びB7原子%からなる母合金を利用したのを除外
しては、実施例1と同一な方法で急冷凝固薄帯を製造し
た。このようにして製造した薄帯を実施例1と同一な方
法で磁歪を測定し、その結果は図4に示した。
【0019】〔実施例3〕Dy25原子%,Fe60原
子%及びB15原子%からなる母合金を利用したのを除
外しては、実施例1と同一な方法で急冷凝固薄帯を製造
した。このようにして製造した薄帯を実施例1と同一な
方法で磁歪を測定し、その結果は図5に示した。
【0020】〔実施例4〕Dy25原子%,Fe67.
5原子%及びB7.5原子%からなる母合金を利用した
のを除外しては、実施例1と同一な方法で急冷凝固薄帯
を製造した。このようにして製造した薄帯を実施例1と
同一な方法で磁歪を測定し、その結果は図6に示した。
【0021】〔実施例5〕第2の発明の実施例として、
Dy30原子%,Fe70原子%からなる母合金を利用
したのを除外しては、実施例1と同一な方法で急冷凝固
薄帯を製造した。このようにして製造した薄帯を実施例
1と同一な方法で磁歪を測定し、その結果は図7に示し
た。
【0022】〔比較例1〕本実施例の合金試料に対する
測定結果と比較するために、DyとFeの組成比が本実
施例で提示した組成らと類似し、Bを含有しないDy3
3.3原子%,Fe66.7原子%からなる多結晶バル
ク(bulk)試料に対し、磁歪が印加磁場に従い変化する様
子 Ferromagnetic Materials, Vol.1, North-Holland,
Amsterdam,1980, p543 を図1に示した。
【0023】以上、本実施例で提示した組成の合金を液
体急冷装置を利用し、不活性雰囲気の中で溶解した後、
適切な冷却速度で急冷凝固させた薄帯を製造した結果、
磁歪特性の優秀な材料を得た。その結果を要約すれば次
の通りである。磁歪変化特性の優秀な磁歪材料が得られ
る冷却速度は、材料組成に依存する。Dyが30原子%
である時、Bの含量が7原子%以下で少ない場合には、
冷却ロールの線速度が40m/秒で磁歪変化特性の優秀
な磁歪材料が得られ、Bの含量が14%で多い場合に
は、冷却ロールの線速度が20ないし30m/秒で磁歪
の磁場敏感性の優秀な磁歪材料が得られる。Dyが25
原子%である時は、Bの含量が4ないし11原子%で少
ない場合には、冷却ロールの線速度が50m/秒で磁歪
の磁場敏感性の優秀な磁歪材料が得られ、Bの含量が1
5%で多い場合には、冷却ロールの線速度が10ないし
20m/秒で磁歪の印加磁場依存性の大きな磁歪材料が
得られる。
【0024】また、第2の発明であるDyが25〜30
原子%でFeが70〜75原子%である時(即ち、Bを
含まない場合)には、Bを添加した3元系におけるBの
含量が7原子%以下の場合と同様、冷却ロールの線速度
が40m/秒で磁歪変化特性の優秀な磁歪材料が得られ
た。本発明で特に注目すべき事項は、10nm大のDy
Fe2 結晶粒が均一に分布している超微細結晶粒構造材
料が熱処理過程を経なくとも、急速凝固から直ちに得ら
れ、その磁歪材料の磁歪変化特性が極めて優秀な点であ
る。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば従
来の稀土類−鉄系の多結晶バルク磁歪材料に比べ、微細
構造の結晶粒が均一に分布することにより優れた磁歪変
化特性をもつ新規な磁歪材料を得ることができる。従っ
て、磁歪材料の用途拡大を図ることができる。
【0026】また、本発明の製造方法によれば、10n
m大のDyFe2 結晶粒が均一に分布している超微細結
晶粒構造材料が、熱処理過程を経なくとも急速凝固から
直ちに得られるため、製造工程を単純化でき製造コスト
を軽減できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明磁歪材料の実施例1の印加磁場に伴う
磁歪値変化を表したグラフ。
【図2】 実施例1の微細組織拡大写真。
【図3】 実施例1の制限視野回折紋写真。
【図4】 本発明磁歪材料の実施例2の印加磁場に伴う
磁歪値変化を表したグラフ。
【図5】 本発明磁歪材料の実施例3の印加磁場に伴う
磁歪値変化を表したグラフ。
【図6】 本発明磁歪材料の実施例4の印加磁場に伴う
磁歪値変化を表したグラフ。
【図7】 本発明磁歪材料の実施例5の印加磁場に伴う
磁歪値変化を表したグラフ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 林 相 鎬 大韓民国ソウル特別市城北区下月谷洞39− 1 (72)発明者 金 相 ▲ろく▼ 大韓民国ソウル特別市城北区安岩洞1街80

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】DyX FeY Z を基本組成とし、 25≦X≦30 56≦Y<75 0<Z≦15 (但し、X、Y、Zは原子%で、X+Y+Z=100)
    の組成範囲を持つ稀土類−鉄系磁歪材料。
  2. 【請求項2】DyX FeY を基本組成とし、 25≦X≦30 70≦Y≦75 (但し、X、Yは原子%で、X+Y=100)の組成範
    囲を持つ稀土類−鉄系磁歪材料。
  3. 【請求項3】DyX FeY Z を基本組成とし、 25≦X≦30 56≦Y<75 0<Z≦15 (但し、X、Y、Zは原子%で、X+Y+Z=100)
    の組成範囲を持つ母合金を溶解させた溶湯を、不活性気
    体雰囲気下で10〜50m/秒の線速度で回転する冷却
    ロール上に噴射し、急冷させることにより、薄帯形態に
    製造するのを特徴とする稀土類−鉄系磁歪材料の製造方
    法。
  4. 【請求項4】DyX FeY を基本組成とし、 25≦X≦30 70≦Y≦75 (但し、X、Yは原子%で、X+Y=100)の組成範
    囲を持つ母合金を溶解させた溶湯を、不活性気体雰囲気
    下で10〜50m/秒の線速度で回転する冷却ロール上
    に噴射し、急冷させることにより、薄帯形態に製造する
    のを特徴とする稀土類−鉄系磁歪材料の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN115229144A (zh) * 2022-08-05 2022-10-25 桂林电子科技大学 一种TbDyHoEr薄带及其制备方法和应用
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