JPH0888110A - 永久磁石材料 - Google Patents
永久磁石材料Info
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- JPH0888110A JPH0888110A JP6248705A JP24870594A JPH0888110A JP H0888110 A JPH0888110 A JP H0888110A JP 6248705 A JP6248705 A JP 6248705A JP 24870594 A JP24870594 A JP 24870594A JP H0888110 A JPH0888110 A JP H0888110A
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- 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
- H01F1/032—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of hard-magnetic materials
- H01F1/04—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of hard-magnetic materials metals or alloys
- H01F1/047—Alloys characterised by their composition
- H01F1/053—Alloys characterised by their composition containing rare earth metals
- H01F1/055—Alloys characterised by their composition containing rare earth metals and magnetic transition metals, e.g. SmCo5
- H01F1/059—Alloys characterised by their composition containing rare earth metals and magnetic transition metals, e.g. SmCo5 and Va elements, e.g. Sm2Fe17N2
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Hard Magnetic Materials (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 大きな磁化を持つことで大きな最大エネルギ
−積を有する優れた永久磁石材料を提供する。 【構成】 約5〜約100nmの径のFeNX(0.0
2≦X≦0.2)を約1〜約20nmの厚さのRaTMb
McADdNe(Rは希土類元素のうち少なくとも一種,
TMはFe,Co,Niのうち少なくとも一種、MはS
i、Ti,V,Cr,Mo,W、のうち少なくとも一
種、ADはAl、Zn,Cu,Ga,Ge,Zr,N
b,Sn,Sb,Hf,Taのうち少なくとも一種、N
は窒素で、5≦a≦18at%、65≦b≦85at
%、0≦c≦20at%、0≦d≦8at%、0≦e≦
15at%)の相がかこんだ結晶粒を主相とする永久磁
石材料。
−積を有する優れた永久磁石材料を提供する。 【構成】 約5〜約100nmの径のFeNX(0.0
2≦X≦0.2)を約1〜約20nmの厚さのRaTMb
McADdNe(Rは希土類元素のうち少なくとも一種,
TMはFe,Co,Niのうち少なくとも一種、MはS
i、Ti,V,Cr,Mo,W、のうち少なくとも一
種、ADはAl、Zn,Cu,Ga,Ge,Zr,N
b,Sn,Sb,Hf,Taのうち少なくとも一種、N
は窒素で、5≦a≦18at%、65≦b≦85at
%、0≦c≦20at%、0≦d≦8at%、0≦e≦
15at%)の相がかこんだ結晶粒を主相とする永久磁
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−積を有する優れた永久磁石材料
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−積を有する優れた永久磁石材料
を提供するものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、約5〜約10
0nmの径のFeNX(0.02≦X≦0.2)を約1
〜約20nmの厚さのRaTMbMcADdNe(RはYを
含む希土類元素のうち少なくとも一種,TMはFe,C
o,Niのうち少なくとも一種、MはSi、Ti,V,
Cr,Mo,W、のうち少なくとも一種、ADはAl、
Zn,Cu,Ga,Ge,Zr,Nb,Sn,Sb,H
f,Taのうち少なくとも一種、Nは窒素で、5≦a≦
18at%、65≦b≦85at%、0≦c≦20at
%、0≦d≦8at%、0≦e≦15at%)なる組成
の希土類を含む相がとりかこんだ構造の結晶粒を主相と
する永久磁石材料を提供する。上記希土類を含む相は、
ThMn12型、Th2Zn17型あるいはTh2Ni17型結
晶構造の何れか一つあるいはこれらの複合相とすること
が出来る。上記永久磁石材料は結合材と共にボンド磁石
材料とすることが出来る。
0nmの径のFeNX(0.02≦X≦0.2)を約1
〜約20nmの厚さのRaTMbMcADdNe(RはYを
含む希土類元素のうち少なくとも一種,TMはFe,C
o,Niのうち少なくとも一種、MはSi、Ti,V,
Cr,Mo,W、のうち少なくとも一種、ADはAl、
Zn,Cu,Ga,Ge,Zr,Nb,Sn,Sb,H
f,Taのうち少なくとも一種、Nは窒素で、5≦a≦
18at%、65≦b≦85at%、0≦c≦20at
%、0≦d≦8at%、0≦e≦15at%)なる組成
の希土類を含む相がとりかこんだ構造の結晶粒を主相と
する永久磁石材料を提供する。上記希土類を含む相は、
ThMn12型、Th2Zn17型あるいはTh2Ni17型結
晶構造の何れか一つあるいはこれらの複合相とすること
が出来る。上記永久磁石材料は結合材と共にボンド磁石
材料とすることが出来る。
【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、軟磁性相からより高い磁束密度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、あまり狭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.Skomski 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(BH)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
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、あまり狭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.Skomski 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(BH)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。
【0009】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。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よても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。
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。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よても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。
【0010】しかし、T.K.Kim and M.Takahashi(Appl.P
hys.Lett.20(1972)p701)や、Y.Sugita, K.Mitsuoka, M.
Komuro, H.Hoshiya, Y.Kozono and M.Hanazono(J.Appl.
Phys.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るか或いは支持する結果を報告
している。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。
hys.Lett.20(1972)p701)や、Y.Sugita, K.Mitsuoka, M.
Komuro, H.Hoshiya, Y.Kozono and M.Hanazono(J.Appl.
Phys.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るか或いは支持する結果を報告
している。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。
【0011】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、Fe16N
2のA及びKの値はFeと同じと仮定した。従って、F
e16N2の磁壁幅は60nm程度と見積もられ、この相
の大きさもせいぜい100nm以下である必要がある。
一方、硬磁性相がThMn12型、Th2Zn17型あるい
はTh2Ni17型結晶構造の希土類金属間化合物もしく
はこれらの格子間に窒素を侵入させた化合物の場合、磁
壁幅は約1nm〜10nm程度であり、体積比fhから
考えても硬磁性相の大きさはせいぜい1nm〜20nm
が望ましい。硬磁性相の大きさが最低の1nmの場合に
は、Fe16N2相の大きさが5nm程度で最大の(B
H)maxが得られることから、Fe16N2相の大きさの範
囲としては5nm〜100nmが導かれる。
は、fh=33%で、(BH)max=1.18MJ/m3
(147.0MGOe)が期待される。但し、Fe16N
2のA及びKの値はFeと同じと仮定した。従って、F
e16N2の磁壁幅は60nm程度と見積もられ、この相
の大きさもせいぜい100nm以下である必要がある。
一方、硬磁性相がThMn12型、Th2Zn17型あるい
はTh2Ni17型結晶構造の希土類金属間化合物もしく
はこれらの格子間に窒素を侵入させた化合物の場合、磁
壁幅は約1nm〜10nm程度であり、体積比fhから
考えても硬磁性相の大きさはせいぜい1nm〜20nm
が望ましい。硬磁性相の大きさが最低の1nmの場合に
は、Fe16N2相の大きさが5nm程度で最大の(B
H)maxが得られることから、Fe16N2相の大きさの範
囲としては5nm〜100nmが導かれる。
【0012】本発明者は上記の考察結果に基づき(R−
(Fe、Co)−M−N)1-X(FeNy)X(M:V,
Cr,Mo、Si、W,Ti)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Fe
Ny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
磁化はFeより小さくなる。
(Fe、Co)−M−N)1-X(FeNy)X(M:V,
Cr,Mo、Si、W,Ti)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Fe
Ny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
磁化はFeより小さくなる。
【0013】
【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の投入組成で各元素粉末を秤量し、A
rガス雰囲気のボールミル容器にいれ、100時間の機
械的合金化(メカニカルアロイング)を行った。
rガス雰囲気のボールミル容器にいれ、100時間の機
械的合金化(メカニカルアロイング)を行った。
【0014】
【表1】
【0015】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
気特性を表1に示す。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。得られた磁気特性
を表1に示す。
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
気特性を表1に示す。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。得られた磁気特性
を表1に示す。
【0016】
【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。
Claims (3)
- 【請求項1】 約5〜約100nmの径のFeN
X(0.02≦X≦0.2)を約1〜約20nmの厚さ
のRaTMbMcADdNe(RはYを含む希土類元素のう
ち少なくとも一種,TMはFe,Co,Niのうち少な
くとも一種、MはSi、Ti,V,Cr,Mo,W、の
うち少なくとも一種、ADはAl、Zn,Cu,Ga,
Ge,Zr,Nb,Sn,Sb,Hf,Taのうち少な
くとも一種、Nは窒素で、5≦a≦18at%、65≦
b≦85at%、0≦c≦20at%、0≦d≦8at
%、0≦e≦15at%)なる組成の希土類を含む相が
とりかこんだ構造の結晶粒を主相とすることを特徴とす
る永久磁石材料。 - 【請求項2】 請求項1において希土類を含む相は、T
hMn12型、Th2Zn17型あるいはTh2Ni17型結晶
構造の何れか一つあるいはこれらの複合相とする永久磁
石材料。 - 【請求項3】 請求項1記載の永久磁石材料と結合材と
から構成されるボンド磁石材料。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6248705A JPH0888110A (ja) | 1994-09-16 | 1994-09-16 | 永久磁石材料 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6248705A JPH0888110A (ja) | 1994-09-16 | 1994-09-16 | 永久磁石材料 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0888110A true JPH0888110A (ja) | 1996-04-02 |
Family
ID=17182113
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6248705A Pending JPH0888110A (ja) | 1994-09-16 | 1994-09-16 | 永久磁石材料 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0888110A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2012099202A1 (ja) * | 2011-01-21 | 2012-07-26 | 戸田工業株式会社 | 強磁性粒子粉末及びその製造方法、並びに異方性磁石、ボンド磁石及び圧粉磁石 |
-
1994
- 1994-09-16 JP JP6248705A patent/JPH0888110A/ja active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2012099202A1 (ja) * | 2011-01-21 | 2012-07-26 | 戸田工業株式会社 | 強磁性粒子粉末及びその製造方法、並びに異方性磁石、ボンド磁石及び圧粉磁石 |
CN103328134A (zh) * | 2011-01-21 | 2013-09-25 | 户田工业株式会社 | 强磁性颗粒粉末及其制造方法、以及各向异性磁铁、粘结磁铁和压粉磁铁 |
US9378876B2 (en) | 2011-01-21 | 2016-06-28 | Toda Kogyo Corporation | Ferromagnetic particles and process for producing the same, and anisotropic magnet, bonded magnet and compacted magnet |
TWI583465B (zh) * | 2011-01-21 | 2017-05-21 | Toda Kogyo Corp | Strong magnetic particle powder and its manufacturing method and anisotropic magnet, bonded magnet and dust magnet |
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