JPH0869907A - 永久磁石材料及びそれを用いたボンド磁石材料 - Google Patents
永久磁石材料及びそれを用いたボンド磁石材料Info
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- JPH0869907A JPH0869907A JP6205292A JP20529294A JPH0869907A JP H0869907 A JPH0869907 A JP H0869907A JP 6205292 A JP6205292 A JP 6205292A JP 20529294 A JP20529294 A JP 20529294A JP H0869907 A JPH0869907 A JP H0869907A
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- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
- H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
- H01F1/03—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
- H01F1/0302—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity characterised by unspecified or heterogeneous hardness or specially adapted for magnetic hardness transitions
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 大きな飽和磁化を持つことで大きな最大エネ
ルギ−積を有する優れた磁石材料を提供する。 【構成】 各々が約１ｎｍ〜約７００ｎｍの大きさであ
る硬磁性相と軟磁性相の複合構造からなる交換スプリン
グ磁石において、軟磁性相がＦｅＮX（０．０２≦Ｘ≦
０．２）の組成であることを特徴とする永久磁石材料。
ルギ−積を有する優れた磁石材料を提供する。 【構成】 各々が約１ｎｍ〜約７００ｎｍの大きさであ
る硬磁性相と軟磁性相の複合構造からなる交換スプリン
グ磁石において、軟磁性相がＦｅＮX（０．０２≦Ｘ≦
０．２）の組成であることを特徴とする永久磁石材料。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はスピーカー、ＶＣＭ、回
転器等に使用される磁石材料に関するものである。
転器等に使用される磁石材料に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】現在実用化されている希土類磁石は大別
してＳｍ−Ｃｏ系とＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系がある。前者は保
磁力は高く温度特性にも優れているが、飽和磁化Ｍが低
いという難点があった。これは元来飽和磁化Ｍの大きい
Ｆｅをベースに用いたＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系の開発によって
解決され、高価なＣｏを含まないことも手伝って、産業
的にはＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石に移行しつつある。
してＳｍ−Ｃｏ系とＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系がある。前者は保
磁力は高く温度特性にも優れているが、飽和磁化Ｍが低
いという難点があった。これは元来飽和磁化Ｍの大きい
Ｆｅをベースに用いたＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系の開発によって
解決され、高価なＣｏを含まないことも手伝って、産業
的にはＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石に移行しつつある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】今後需要の増大が予想
されるエレクトロニクス機器の磁石にはより小型、軽量
化および高性能化が求められるため、現在のＮｄ−Ｆｅ
−Ｂ系磁石より更に大きな飽和磁化Ｍが要求されるよう
になり、その対策のための開発あるいは新しい磁石の探
索が進められている。本発明は、大きな飽和磁化を持つ
ことで大きな最大エネルギ−積を有する優れた磁石材料
を提供するものである。
されるエレクトロニクス機器の磁石にはより小型、軽量
化および高性能化が求められるため、現在のＮｄ−Ｆｅ
−Ｂ系磁石より更に大きな飽和磁化Ｍが要求されるよう
になり、その対策のための開発あるいは新しい磁石の探
索が進められている。本発明は、大きな飽和磁化を持つ
ことで大きな最大エネルギ−積を有する優れた磁石材料
を提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明では、上記課題解
決の為に、各々が約１ｎｍ〜約７００ｎｍの大きさであ
る硬磁性相と軟磁性相の複合構造からなる交換スプリン
グ磁石において、軟磁性相がＦｅＮX（０．０２≦Ｘ≦
０．２）の組成である永久磁石材料を提供する。さら
に、硬磁性相を一軸異方性を有し、室温における磁気異
方性定数が１０6Ｊ／ｍ3以上である永久磁石材料を提供
する。各ＦｅＮX相の大きさを、約５〜約１００ｎｍと
することによりより優れた永久磁石材料とすることが出
来る。本発明として、上記の永久磁石材料と結合材から
構成されるボンド磁石材料をも提供する。
決の為に、各々が約１ｎｍ〜約７００ｎｍの大きさであ
る硬磁性相と軟磁性相の複合構造からなる交換スプリン
グ磁石において、軟磁性相がＦｅＮX（０．０２≦Ｘ≦
０．２）の組成である永久磁石材料を提供する。さら
に、硬磁性相を一軸異方性を有し、室温における磁気異
方性定数が１０6Ｊ／ｍ3以上である永久磁石材料を提供
する。各ＦｅＮX相の大きさを、約５〜約１００ｎｍと
することによりより優れた永久磁石材料とすることが出
来る。本発明として、上記の永久磁石材料と結合材から
構成されるボンド磁石材料をも提供する。
【０００５】
【作用】硬磁性相と軟磁性相の二相からなる超微細結晶
組織で構成される永久磁石は Coehoorn 等（J.dePhys.
vol.49,p669(1988))や Kneller 等（IEEE Trans. Mag.v
ol.27,p3588(1991))によって提案され、交換スプリング
磁石と呼ばれている。これは、一般に磁化の大きい軟磁
性相と保磁力の大きい硬磁性相とを組み合わせ、これら
を交換相互作用により磁気的に結合させることで高いエ
ネルギ−積を得ようというものである。一般に永久磁石
材において、硬磁性相と交換結合する軟磁性相がある
と、逆磁界下で軟磁性相から先に磁化反転が始まり、保
磁力低下の主要因となる。しかし、軟磁性相のサイズを
磁壁幅以下に抑えると、逆磁界下における不均一磁化反
転が抑制される。その結果、保磁力は主に硬磁性相の磁
気異方性に支配され低下は抑えられる。
組織で構成される永久磁石は Coehoorn 等（J.dePhys.
vol.49,p669(1988))や Kneller 等（IEEE Trans. Mag.v
ol.27,p3588(1991))によって提案され、交換スプリング
磁石と呼ばれている。これは、一般に磁化の大きい軟磁
性相と保磁力の大きい硬磁性相とを組み合わせ、これら
を交換相互作用により磁気的に結合させることで高いエ
ネルギ−積を得ようというものである。一般に永久磁石
材において、硬磁性相と交換結合する軟磁性相がある
と、逆磁界下で軟磁性相から先に磁化反転が始まり、保
磁力低下の主要因となる。しかし、軟磁性相のサイズを
磁壁幅以下に抑えると、逆磁界下における不均一磁化反
転が抑制される。その結果、保磁力は主に硬磁性相の磁
気異方性に支配され低下は抑えられる。
【０００６】一方、軟磁性相によって一層高い磁束密度
Ｂを得るためには、軟磁性相の体積比を上げる必要があ
り、このためには一つの硬磁性相のサイズをできる限り
小さくすればよい。硬磁性相のサイズはやはり磁壁幅以
下であればよいが、あまり小さいと保磁力を維持するの
が困難になるため磁壁幅程度に抑えるのが好ましい。磁
壁幅はπ（Ａ／Ｋ）1/2（Ａ：交換スティッフネス定
数、Ｋ：磁気異方性エネルギ−）で見積もられるので、
軟磁性相をＦｅ、硬磁性相をＮｄ2Ｆｅ14Ｂとすると、
それぞれ６０ｎｍおよび数ｎｍ程度となる。 R.Skomsk
i andJ.M.D.Coey(Phys.Rev.B48(1993)p15812)によると
交換スプリング磁石において、最大エネルギ−積（Ｂ
Ｈ）maxが最も大きくなるときの硬磁性相の体積比ｆhは
近似的に
Ｂを得るためには、軟磁性相の体積比を上げる必要があ
り、このためには一つの硬磁性相のサイズをできる限り
小さくすればよい。硬磁性相のサイズはやはり磁壁幅以
下であればよいが、あまり小さいと保磁力を維持するの
が困難になるため磁壁幅程度に抑えるのが好ましい。磁
壁幅はπ（Ａ／Ｋ）1/2（Ａ：交換スティッフネス定
数、Ｋ：磁気異方性エネルギ−）で見積もられるので、
軟磁性相をＦｅ、硬磁性相をＮｄ2Ｆｅ14Ｂとすると、
それぞれ６０ｎｍおよび数ｎｍ程度となる。 R.Skomsk
i andJ.M.D.Coey(Phys.Rev.B48(1993)p15812)によると
交換スプリング磁石において、最大エネルギ−積（Ｂ
Ｈ）maxが最も大きくなるときの硬磁性相の体積比ｆhは
近似的に
【０００７】
【数１】 で与えられ、このときの最大エネルギ−積は
【０００８】
【数２】 となる。一般に、Ｓｍ−ＣｏやＮｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石の磁
気異方性エネルギ−Ｋhは１０7Ｊ／ｍ3程度であるのに
対し、Ｆｅ等の軟磁性体のμ0Ｍs 2／４は１０6Ｊ／ｍ3
程度であるので、硬磁性相の体積比ｆhは１０％程度あ
ればよいことになる。従って、（ＢＨ）maxは主に軟磁
性相の特性に支配され定量的にはμ0Ｍs 2／４に僅かな
補正が加わる形となる。
気異方性エネルギ−Ｋhは１０7Ｊ／ｍ3程度であるのに
対し、Ｆｅ等の軟磁性体のμ0Ｍs 2／４は１０6Ｊ／ｍ3
程度であるので、硬磁性相の体積比ｆhは１０％程度あ
ればよいことになる。従って、（ＢＨ）maxは主に軟磁
性相の特性に支配され定量的にはμ0Ｍs 2／４に僅かな
補正が加わる形となる。
【０００９】以上より、（ＢＨ）maxの主要項はμ0Ｍs 2
／４であるので、より大きなエネルギ−積を得るために
はより大きなＭsを持った軟磁性体を採用すればよいこ
とが分かる。一方、物質の磁化の起源は原子当たりの磁
気モーメントであるが、これは有名なスレーターポーリ
ング曲線にみられるように磁性元素のいかなる組み合わ
せに依ってもＦｅ−Ｃｏ合金の２．４μB（μB：ボーア
磁子）を最大値としてこれを越えることはないと考えら
れてきた。しかし、T.K.Kim and M.Takahashi(Appl.Phy
s.Lett.20(1972)p701)や、Y.Sugita, K.Mitsuoka, M.Ko
muro, H.Hoshiya, Y.Kozono and M.Hanazono(J.Appl.Ph
ys.70(1991)p5977) はＦｅ16Ｎ2なる物質が室温でスレ
ーターポリング曲線をはるかに上回る２．８μB以上の
磁気モーメントを有することを報告し、最近の他の多く
の研究はこれを裏付け、或いは支持する結果を報告して
いる。
／４であるので、より大きなエネルギ−積を得るために
はより大きなＭsを持った軟磁性体を採用すればよいこ
とが分かる。一方、物質の磁化の起源は原子当たりの磁
気モーメントであるが、これは有名なスレーターポーリ
ング曲線にみられるように磁性元素のいかなる組み合わ
せに依ってもＦｅ−Ｃｏ合金の２．４μB（μB：ボーア
磁子）を最大値としてこれを越えることはないと考えら
れてきた。しかし、T.K.Kim and M.Takahashi(Appl.Phy
s.Lett.20(1972)p701)や、Y.Sugita, K.Mitsuoka, M.Ko
muro, H.Hoshiya, Y.Kozono and M.Hanazono(J.Appl.Ph
ys.70(1991)p5977) はＦｅ16Ｎ2なる物質が室温でスレ
ーターポリング曲線をはるかに上回る２．８μB以上の
磁気モーメントを有することを報告し、最近の他の多く
の研究はこれを裏付け、或いは支持する結果を報告して
いる。
【００１０】上記の Sugita 等によればＦｅ16Ｎ2は室
温で２．９Ｔの磁化を示すことから、これを上述した軟
磁性相に用い、硬磁性相としてＳｍ2Ｆｅ17Ｎ3を考えれ
ば、最大の（ＢＨ）maxを与える硬磁性相の体積比ｆhは
１４％で、このとき（ＢＨ）max＝１．４６ＭＪ／ｍ
3（１８２．７ＭＧＯｅ）となる。Ｎｄ2Ｆｅ14Ｂを硬磁
性相とした場合には、ｆh＝３３％で、（ＢＨ）max＝
１．１８ＭＪ／ｍ3（１４７．０ＭＧＯｅ）が期待され
る。但し、Ｆｅ16Ｎ2のＡ及びＫの値はＦｅと同じと仮
定した。従って、Ｆｅ16Ｎ2の磁壁幅は６０ｎｍ程度で
あり、この相の大きさもせいぜい１００ｎｍ以下である
必要がある。また、このＦｅ16Ｎ2を軟磁性相として含
んで（２）式で与えられるエネルギ−積を得るために
は、硬磁性相のＫhは、Ｋh≧μ0Ｍs 2／４を満たす必要
性から、最低でも１０6Ｊ／ｍ3以上が必要である。Ｓｍ
−ＣｏやＮｄ−Ｆｅ−Ｂ等の希土類磁石の場合、Ｋhは
１０7Ｊ／ｍ3程度であるので、磁壁幅は数ｎｍ程度と考
えられる。従って、Ｆｅ16Ｎ2相の大きさの好ましい範
囲としては５ｎｍ〜１００ｎｍが得られる。
温で２．９Ｔの磁化を示すことから、これを上述した軟
磁性相に用い、硬磁性相としてＳｍ2Ｆｅ17Ｎ3を考えれ
ば、最大の（ＢＨ）maxを与える硬磁性相の体積比ｆhは
１４％で、このとき（ＢＨ）max＝１．４６ＭＪ／ｍ
3（１８２．７ＭＧＯｅ）となる。Ｎｄ2Ｆｅ14Ｂを硬磁
性相とした場合には、ｆh＝３３％で、（ＢＨ）max＝
１．１８ＭＪ／ｍ3（１４７．０ＭＧＯｅ）が期待され
る。但し、Ｆｅ16Ｎ2のＡ及びＫの値はＦｅと同じと仮
定した。従って、Ｆｅ16Ｎ2の磁壁幅は６０ｎｍ程度で
あり、この相の大きさもせいぜい１００ｎｍ以下である
必要がある。また、このＦｅ16Ｎ2を軟磁性相として含
んで（２）式で与えられるエネルギ−積を得るために
は、硬磁性相のＫhは、Ｋh≧μ0Ｍs 2／４を満たす必要
性から、最低でも１０6Ｊ／ｍ3以上が必要である。Ｓｍ
−ＣｏやＮｄ−Ｆｅ−Ｂ等の希土類磁石の場合、Ｋhは
１０7Ｊ／ｍ3程度であるので、磁壁幅は数ｎｍ程度と考
えられる。従って、Ｆｅ16Ｎ2相の大きさの好ましい範
囲としては５ｎｍ〜１００ｎｍが得られる。
【００１１】本発明者は上記の考察結果に基づき（Ｒ−
（Ｆｅ、Ｃｏ）−Ｂ）1-X（ＦｅＮy）Xおよび（Ｒ−
（Ｆｅ、Ｃｏ）−Ｍ）1-X（ＦｅＮy）X（Ｍ：Ｖ，Ｃ
ｒ，Ｍｏ）を作成し、磁気特性の評価を行ったところ、
何れにおいても０．４≦Ｘ≦０．８、０．０２≦ｙ≦
０．２の範囲において良好な一軸異方性を有する永久磁
石特性が確認された。Ｘ＞０．８では一軸異方性は得ら
れない。また、Ｘ＜０．４ではＦｅＮyの効果は認めら
れなかった。また、ｙ＜０．０２では窒化の効果は認め
られず、ｙ＞０．２ではＦｅＮyの飽和磁化はＦｅより
小さくなることが判明した。
（Ｆｅ、Ｃｏ）−Ｂ）1-X（ＦｅＮy）Xおよび（Ｒ−
（Ｆｅ、Ｃｏ）−Ｍ）1-X（ＦｅＮy）X（Ｍ：Ｖ，Ｃ
ｒ，Ｍｏ）を作成し、磁気特性の評価を行ったところ、
何れにおいても０．４≦Ｘ≦０．８、０．０２≦ｙ≦
０．２の範囲において良好な一軸異方性を有する永久磁
石特性が確認された。Ｘ＞０．８では一軸異方性は得ら
れない。また、Ｘ＜０．４ではＦｅＮyの効果は認めら
れなかった。また、ｙ＜０．０２では窒化の効果は認め
られず、ｙ＞０．２ではＦｅＮyの飽和磁化はＦｅより
小さくなることが判明した。
【００１２】
【実施例】以下、実施例により本発明を説明する。 （実施例１）表１に示す棒状のインゴットをアーク溶解
により作製した。得られたインゴットを再度加熱溶解
し、高速回転するロール上に溶湯を噴出させた。その時
のロール速度は３０ｍ／秒であった。得られたフレーク
状試料を５００〜８００℃で１時間真空中熱処理した。
これらの試料を粉砕し、３８μｍ以下に粒度調整した。
により作製した。得られたインゴットを再度加熱溶解
し、高速回転するロール上に溶湯を噴出させた。その時
のロール速度は３０ｍ／秒であった。得られたフレーク
状試料を５００〜８００℃で１時間真空中熱処理した。
これらの試料を粉砕し、３８μｍ以下に粒度調整した。
【００１３】
【表１】
【００１４】窒化にはＮＨ3とＨ2の混合ガスを用いた。
窒化の条件は、一気圧、６５０℃、１０時間であった。
得られた磁石粉末をエポキシ樹脂と混練し、造粒した
後、６ｔ／ｃｍ2の圧力で成形し、ボンド磁石とした。
得られた磁気特性も表１に示してある。得られた磁石は
磁気的に等方的であるが、充分実用可能な特性である。
窒化の条件は、一気圧、６５０℃、１０時間であった。
得られた磁石粉末をエポキシ樹脂と混練し、造粒した
後、６ｔ／ｃｍ2の圧力で成形し、ボンド磁石とした。
得られた磁気特性も表１に示してある。得られた磁石は
磁気的に等方的であるが、充分実用可能な特性である。
【００１５】（実施例２）表２の投入組成で各元素粉末
を秤量し、Ａｒガス雰囲気のボールミル容器にいれ、１
００時間の機械的合金化（メカニカルアロイング）を行
った。
を秤量し、Ａｒガス雰囲気のボールミル容器にいれ、１
００時間の機械的合金化（メカニカルアロイング）を行
った。
【００１６】
【表２】
【００１７】得られた合金粉末を７００〜９００℃で１
時間真空中熱処理した。これらの試料をＮＨ3とＨ2の混
合ガス（ＮＨ3：Ｈ2＝６：４）で窒化処理した。窒化の
条件は１気圧、６３０℃、１２時間であった。得られた
磁石粉末を実施例１と同様の方法によりボンド磁石とし
た。得られた磁気特性も表２に示してある。
時間真空中熱処理した。これらの試料をＮＨ3とＨ2の混
合ガス（ＮＨ3：Ｈ2＝６：４）で窒化処理した。窒化の
条件は１気圧、６３０℃、１２時間であった。得られた
磁石粉末を実施例１と同様の方法によりボンド磁石とし
た。得られた磁気特性も表２に示してある。
【００１８】
【発明の効果】本発明の特定合金組成によれば大きな最
大エネルギ−積を有する優れた永久磁石材料が得られ
る。
大エネルギ−積を有する優れた永久磁石材料が得られ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｆ 1/08
Claims (4)
- 【請求項１】 各々が約１ｎｍ〜約７００ｎｍの大きさ
である硬磁性相と軟磁性相の複合構造からなる交換スプ
リング磁石において、軟磁性相がＦｅＮX（０．０２≦
Ｘ≦０．２）の組成であることを特徴とする永久磁石材
料。 - 【請求項２】 請求項１において硬磁性相は一軸異方性
を有し、室温における磁気異方性定数が１０6Ｊ／ｍ3以
上であることを特徴とする永久磁石材料。 - 【請求項３】 請求項１において各ＦｅＮX相の大きさ
が、約５〜約１００ｎｍであることを特徴とする永久磁
石材料。 - 【請求項４】 請求項１に記載の永久磁石材料と結合材
から構成されるボンド磁石材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6205292A JPH0869907A (ja) | 1994-08-30 | 1994-08-30 | 永久磁石材料及びそれを用いたボンド磁石材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6205292A JPH0869907A (ja) | 1994-08-30 | 1994-08-30 | 永久磁石材料及びそれを用いたボンド磁石材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0869907A true JPH0869907A (ja) | 1996-03-12 |
Family
ID=16504561
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6205292A Pending JPH0869907A (ja) | 1994-08-30 | 1994-08-30 | 永久磁石材料及びそれを用いたボンド磁石材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0869907A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001069612A3 (en) * | 2000-03-13 | 2002-03-07 | Sanei Kasei Co Ltd | Structure of crude pellet for plastic magnet |
| JP2010212501A (ja) * | 2009-03-11 | 2010-09-24 | Tdk Corp | 交換スプリング磁性粉末 |
| JP2017126755A (ja) * | 2013-02-07 | 2017-07-20 | リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ ミネソタ | 窒化鉄永久磁石及び窒化鉄永久磁石を形成するための技術 |
-
1994
- 1994-08-30 JP JP6205292A patent/JPH0869907A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001069612A3 (en) * | 2000-03-13 | 2002-03-07 | Sanei Kasei Co Ltd | Structure of crude pellet for plastic magnet |
| JP2010212501A (ja) * | 2009-03-11 | 2010-09-24 | Tdk Corp | 交換スプリング磁性粉末 |
| JP2017126755A (ja) * | 2013-02-07 | 2017-07-20 | リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ ミネソタ | 窒化鉄永久磁石及び窒化鉄永久磁石を形成するための技術 |
| US10692635B2 (en) | 2013-02-07 | 2020-06-23 | Regents Of The University Of Minnesota | Iron nitride permanent magnet and technique for forming iron nitride permanent magnet |
| US11217371B2 (en) | 2013-02-07 | 2022-01-04 | Regents Of The University Of Minnesota | Iron nitride permanent magnet and technique for forming iron nitride permanent magnet |
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