WO2018155608A1 - 磁性材料とその製造法 - Google Patents

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真平 山本
今岡 伸嘉
尾崎 公洋
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国立研究開発法人産業技術総合研究所
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Definitions

  • the existing soft magnetic materials used for these applications are roughly classified into two types: metallic magnetic materials and oxide magnetic materials.
  • the former metallic magnetic materials include silicon steel (Fe—Si), which is a Si-containing crystalline material, which is a typical example of electromagnetic steel, and Sendust (Fe—Al—Si), which is an intermetallic compound containing Al. )
  • Electromagnetic soft iron (Fe) which is pure iron with a low carbon content and low impurity content with a C content of 0.3% by mass or less, permalloy mainly composed of Fe-Ni, and Metograss (Fe-Si-B)
  • nano means a size of 1 nm or more and less than 1 ⁇ m.
  • the nanocrystalline soft magnetic material is a heterogeneous system including a crystalline phase, an amorphous phase, a Cu-enriched phase, and the like, and magnetization reversal is considered to be mainly due to magnetization rotation.
  • Silicon steel is the most widely used soft magnetic material to date in high performance soft magnetic material applications. It has a high magnetization and low coercivity with a saturation magnetization of 1.6 to 2.0 T and a coercive force of 3 to 130 A / m. Magnetic material with magnetic force. This material is obtained by adding up to about 4% by mass of Si to Fe, reducing the coercive force by reducing the magnetocrystalline anisotropy and the saturation magnetostriction constant without significantly impairing the large magnetization of Fe. is there. In order to improve the performance of this material, by appropriately combining hot and cold rolling and annealing of appropriately controlled materials, the foreign matter that obstructs the domain wall movement is removed while increasing the crystal grain size. It is necessary to.
  • this material is a rolled material, it has a thickness of less than about 0.5 mm, and since it is a homogeneous metal material, it has a low electrical resistivity of about 0.5 ⁇ m.
  • each silicon steel sheet surface is covered with an insulating film. It has been applied to large-scale equipment with a thickness while punching with a mold and suppressing eddy current loss caused by high-speed applications such as for next-generation automobiles by lamination and welding. Therefore, process costs for punching and stacking and deterioration of magnetic characteristics are serious problems.
  • ferrite-based oxide materials have the least eddy current loss problem in high-speed applications.
  • the electrical resistivity of this material is 10 6 to 10 12 ⁇ m, and it can be easily bulked to 0.5 mm or more by sintering and formed into a molded body without eddy current loss. It is a suitable material.
  • it since it is an oxide, it does not rust and has excellent magnetic property stability.
  • the coercive force of this material is relatively high at 2 to 160 A / m, and the saturation magnetization is particularly small at 0.3 to 0.5 T, so that it is not suitable for, for example, a high-performance high-rotation motor for next-generation automobiles.
  • metal-based soft magnetic materials such as silicon steel have a problem of low eddy current loss for high-speed high-performance motors, and it is necessary to perform lamination to solve the problem. For this reason, the process becomes complicated, and the deterioration of magnetic characteristics due to insulation treatment and punching before stacking and the high cost for the process cost are serious problems.
  • oxide-based soft magnetic materials such as ferrite have high electrical resistance and no problem with eddy current loss, but their saturation magnetization is as low as 0.5T or less, making them suitable for next-generation automotive high-performance motors. Absent. From the viewpoint of oxidation resistance, oxide-based soft magnetic materials are more stable and superior to metal-based soft magnetic materials.
  • Patent Documents 1 and 2 show the upper limit of the thickness that can be used for a non-oriented electrical steel sheet made of silicon steel that is often produced for high-performance motors for next-generation automobiles that use permanent magnets.
  • the plate thickness is about 0.3 mm, but the thickness of the next-generation automobile motor is, for example, 9 cm. Therefore, when using a thin silicon steel plate with a thickness of 0.3 mm, about 300 sheets are insulated. Must be laminated. The process of insulating, punching, aligning, welding, and annealing such a thin plate is complicated and expensive. In order to increase the thickness of the laminated plates as much as possible, it is necessary to increase the electrical resistivity of the material.
  • soft magnetic materials that have higher electrical resistance than metallic silicon steel plates, saturation magnetization is higher than ferrite magnetic materials, and have physical properties to compensate for both problems, that is, high saturation magnetization of metal magnetic materials. And the appearance of soft magnetic materials that combine the advantages of both oxide-based magnetic materials with low eddy current loss, no lamination and complicated processes, and high oxidation resistance and good magnetic stability. It was rare.
  • An object of the present invention is to provide a new magnetic material with high magnetic stability and a method for manufacturing the same, which can solve the above-mentioned problems such as eddy current loss because the electric resistivity is higher than that of a magnetic material. .
  • an object is to provide a powder sintered magnetic material that can be reduced.
  • Ni-ferrite a magnetic material containing two or more crystal phases, or one crystal phase and an amorphous phase, was found by disproportionation during the reduction reaction, its composition and crystal structure, crystal grain size
  • the present invention has been achieved by controlling the particle diameter of the powder, establishing a method for producing the magnetic material, and establishing a method for solidifying the magnetic material without being laminated.
  • the saturation magnetization is 0.3 T, and the density of the magnetic material of the present invention is close to that of a metal system. Therefore, when calculated by the density of Fe, it is about 30 emu / g or higher.
  • a magnetic material having a resistivity of 1.5 ⁇ m or more is required.
  • the saturation magnetization is preferably 100 emu / g or more, more preferably 150 emu / g or more.
  • the present invention is as follows.
  • a soft magnetic or semi-hard magnetic material having a first phase having a bcc structure crystal containing Fe and Ni, and a second phase containing Ni, wherein Fe is contained in the second phase.
  • the magnetic material wherein the Ni content relative to the sum of Ni and Ni is greater than the Ni content relative to the sum of Fe and Ni contained in the first phase.
  • the magnetic material according to (1) which is soft magnetic.
  • the magnetic property according to (1) or (2), wherein the first phase has a composition represented by a composition formula of Fe 100-x Ni x (x is an atomic percentage of 0.001 ⁇ x ⁇ 30). material.
  • Ni content of the first phase is 100 atomic%, 0.001 atomic% or more and less than 50 atomic% of the Ni, Co, Zr, Hf, Ti, V, Nb, Ta, Cr, Mo
  • a phase having a bcc structure crystal containing Fe and Ni is included as the second phase, and the Ni content relative to the sum of Fe and Ni contained in the phase is based on the sum of Fe and Ni contained in the first phase.
  • Fe is 20 atom% or more and 99.998 atom% or less
  • Ni is 0.001 atom% or more and 50 atom% or less
  • O is 0.001 atom% or more and 55 atom% or less with respect to the composition of the whole magnetic material.
  • At least the first phase has a bcc phase represented by a composition represented by a composition formula of Fe 100-x Ni x (x is an atomic percentage of 0.001 ⁇ x ⁇ 30).
  • the above-mentioned (1) to (1), wherein the first phase and the second phase are continuously bonded directly or via a metal phase or an inorganic phase to form a lump as a whole magnetic material.
  • the nickel ferrite powder having an average powder particle diameter of 1 nm or more and less than 1 ⁇ m is reduced in a reducing gas containing hydrogen gas at a reduction temperature of 450 ° C. or more and 1425 ° C. or less, as described in (12) above.
  • a reducing gas containing hydrogen gas at a reduction temperature of 450 ° C. or more and 1425 ° C. or less, as described in (12) above.
  • a magnetic material By reducing nickel ferrite powder having an average powder particle diameter of 1 nm or more and less than 1 ⁇ m in a reducing gas containing hydrogen gas, and generating a first phase and a second phase by a disproportionation reaction, A method for producing the magnetic material according to any one of (1) to (13) above.
  • a magnetic material having a high saturation magnetization and a small eddy current loss in particular, a soft magnetic material suitably used for a high-rotation motor, and various soft magnetic materials and semi-hard magnetic materials having high oxidation resistance.
  • a soft magnetic material suitably used for a high-rotation motor, and various soft magnetic materials and semi-hard magnetic materials having high oxidation resistance.
  • it can be used in the form of a powder material such as ferrite, it can be easily bulked by sintering or the like. Therefore, such as lamination by using an existing thin metal-based soft magnetic material. Problems such as complicated processes and resulting high costs can also be solved.
  • magnetically coupled by exchange coupling refers to a state in which adjacent spins in a magnetic material are strongly linked by exchange interaction.
  • two adjacent crystal grains and / or amorphous grains are used.
  • the state in which the inner spin is strongly linked by exchange interaction across the crystal boundary.
  • grain refers to a lump composed of one or more “phases” and capable of recognizing that it is separated from a three-dimensional space with a boundary. “Ferromagnetic coupling” is synonymous with “magnetically coupled by exchange coupling”.
  • Disposing as used in the present invention means that two or more phases having different compositions or crystal structures are generated from a phase having a homogeneous composition by a chemical reaction. This results from the reduction reaction involving reducing substances such as hydrogen in the composition phase.
  • the chemical reaction that causes this “disproportionation” is referred to as “disproportionation reaction” in the present application, and water is often produced as a by-product during this “disproportionation” reaction.
  • Magnetic powder generally refers to powder having magnetism, but in the present application, the powder of the magnetic material of the present invention is referred to as “magnetic material powder”. Therefore, “magnetic material powder” is included in “magnetic powder”. In the present application, numerical ranges such as composition, size, temperature, pressure and the like include numerical values at both ends unless otherwise specified.
  • the composition of the first phase containing Fe and Ni, and the composition of the second phase enriched with Ni, the crystal structure and morphology, the crystal grain size and the powder grain size, and the production methods thereof Explains the method for producing nano-composite oxide powder that is the precursor of the magnetic material of the invention, the method for reducing the powder, the method for solidifying the reduced powder, and the method for annealing in each step of these production methods To do.
  • the Ni content is 30 atomic% or less in order to suppress a decrease in magnetization. Further, it is more preferable that the Ni content is 20 atomic% or less because magnetization exceeding 2T can be realized depending on the manufacturing method and conditions. Further, when the Ni content is 12 atomic% or less, a magnetic material having a saturation magnetization exceeding 2.1 T can be produced. Furthermore, depending on the manufacturing method and conditions, a magnetic material exceeding the magnetization of Fe can be manufactured when the Ni content is in the range of 1 atomic% to 12 atomic%. Moreover, it is preferable to make it 0.001 atomic% or more from the point which enables adjustment of the magnetic characteristic in a soft magnetic area
  • Ni and Co are particularly preferably added in the range of 50.001: 49.999 to 99.999: 0.001 because a magnetic material having a small anisotropic magnetic field and a large saturation magnetization is obtained.
  • inappropriate grain growth means that the nano-fine structure of the magnetic material of the present invention breaks down and crystals grow with a homogeneous crystal structure.
  • “appropriate grain growth” in the present invention refers to a disproportionation reaction after the powder particle size grows large while maintaining the nano-structure that is a feature of the present invention, or after the powder particle size grows large, Either the nanostructure appears in the crystal due to phase separation or the like, or both.
  • the term “grain growth” in the present invention refers to the above “inappropriate grain growth” and refers to grain growth that can be said to be generally appropriate. Note that, regardless of whether the grain growth is inappropriate or appropriate, the surface area of the magnetic material per unit mass or per unit volume is reduced, so that the oxidation resistance generally tends to be improved.
  • any M component the addition of 0.001 atomic% or more is preferable in terms of the atomic percentage when the total Ni content of the first phase is 100 atomic%, and the addition is less than 50 atomic%. Is preferable from the viewpoint of preventing inhibition of various effects of the Ni component in the magnetic material of the present invention.
  • Ni component when expressed as “Ni component” or in the formula such as “ ⁇ - (Fe, Ni)” phase or in the context of discussing magnetic material composition, it is expressed as “Ni” or “nickel”. In this case, not only the case of Ni alone but also the composition in which 0.001 to less than 50 atomic% of the Ni content is replaced with the M component is included.
  • the impurities are not included as long as they hinder the purpose of the present invention.
  • the volume fraction referred to here is the ratio of the volume occupied by the target component to the total volume of the magnetic material.
  • the second phase is a phase in which the content of Ni with respect to the sum of Fe and Ni contained in the phase is larger than the content of Ni with respect to the sum of Fe and Ni contained in the first phase.
  • cubic ⁇ - (Fe 1-y Ni y ) phase space group Im3m, the same crystal phase as the first phase, but a phase having a higher Ni content than the first phase
  • ⁇ - (Fe, Ni) phase space group Fm3m
  • FeNi 3 phase space group Fm3m
  • wustite phase typically composition is (Fe 1-z Ni z ) a O phase
  • a is usually 0.83 or more and 1 or less
  • FeO and A solid solution of NiO which may be simply referred to as a (Fe, Ni) O phase or a (Ni, Fe) O phase in the present specification.
  • NiO phase Ni-ferrite phase (typical composition is (Fe 1-w Ni w ) 3 O 4 phase, 0 ⁇ w ⁇ 1/3), etc. and FeNi phase of tetragonal, a rhombohedral ⁇ - (Fe, Ni) 2 O 3 phase (Ni- Emataito phase) etc., etc.
  • Ni-Fe amorphous phase or mixtures thereof.
  • the content of the Ni—Fe amorphous phase is between 0.001 vol% and 10 vol%, and it is preferable not to increase the content of the Ni—Fe amorphous phase from the viewpoint of suppressing the decrease in magnetization. Is preferably 5% by volume or less.
  • the second phase described above is inferior in saturation magnetization to the first phase, but the coexistence of these phases may greatly increase the electrical resistivity.
  • a small coercive force can be realized by ferromagnetic coupling with a phase crystal structure, composition, microstructure, interface structure, and the like.
  • less than 50 atomic% of the Ni content (provided that the total Ni content of the second phase is 100 atomic%) can be replaced with the M component.
  • a phase other than the first phase and the second phase ie, a wustite phase not containing Ni, a magnetite phase (Fe 3 O 4 ), a maghemite phase ( ⁇ -Fe 2 O 3 ), and a hematite phase ( ⁇ -Fe 2 O 3 )
  • Subphases such as ⁇ -Fe phase and ⁇ -Fe phase, and iron oxyhydroxide phases such as goethite, akagenite, lipidocrosite, ferrooxyhite, ferrihydrite, green last, with or without Ni content
  • Hydroxides such as potassium hydroxide and sodium hydroxide, chlorides such as potassium chloride and sodium chloride, fluoride, carbide, nitride, hydride, sulfide, nitrate, carbonate, sulfate, silicate, phosphorus Acidic acid salts and the like may also be included, but these volumes are used for the magnetic material of the present invention to have high saturation magnetization and to exhibit
  • the content of the M component in all phases including the first phase, the second phase, and the subphase must not exceed the content of Ni contained in the first phase and the second phase with respect to the above all phases.
  • the M component exceeds the Ni content, the effect on the electromagnetic characteristics peculiar to Ni, for example, the effect of improving the magnetization by adding a small amount or suppressing the decrease in magnetization even when adding more, the electrical resistivity This is because the unique characteristics such as improvement and remarkable effect on oxidation resistance are lost.
  • the Ni content of the first phase and / or the second phase refers to an amount including such an M component.
  • the second phase may have the same crystal structure as the first phase, but it is important that the compositions are sufficiently different from each other.
  • the Ni content of the second phase is the Ni content of the first phase.
  • Ni content of the second phase (that is, the Ni content in the second phase relative to the total of Fe and Ni contained in the second phase) is 2 atomic% or more and the first
  • the Ni content of the phase (that is, the Ni content in the first phase relative to the sum of Fe and Ni contained in the first phase) is preferably larger and satisfies both (ie, the Ni content in the second phase) Is more preferably 2 atomic% or more in an amount 1.1 times or more the Ni content of the first phase).
  • the Ni content of the second phase itself does not exceed 100%. Also, when the Ni content of the first phase is 0.001 atomic% of the lower limit is never Ni content of the second phase exceeds 10 5 times the Ni content of the first phase.
  • the Ni content of the second phase is preferably 80 atomic% or less. If the Ni content exceeds 80 atomic% while maintaining the same crystal structure as the first phase at room temperature (therefore, the Ni content in the second phase is 8 as the lower limit of the Ni content in the first phase). ⁇ more than 10 4 times as), because the thermal stability of the entire magnetic material of the present invention may become worse.
  • the Ni content of the second phase is “1.1 times or more” of the first phase
  • the Ni content of each phase is obtained with one or more significant digits, and then the second phase. It means that the Ni content of the phase is 1.1 times or more the Ni content of the first phase.
  • the present invention aims at lowering the coercive force using the above-mentioned random magnetic anisotropy model or the fluctuation of magnetic anisotropy according to the model.
  • 1 phase and 2nd phase are magnetically coupled by exchange coupling at nano level, or Ni content in bcc phase including 1st phase and 2nd phase is nanoscale and spatial change
  • concentration fluctuation is important.
  • the preferable Ni content of the second phase is 1.1 times or more that of the first phase, more preferably 1.2 times or more, and most preferably 1.5 times or more.
  • the lower limit is preferably 10 5 times.
  • phase (first phase) in which the Ni content is lower than the Ni content of the entire magnetic material of the present invention the phase (second phase) in which the Ni content is higher than that of the magnetic material of the present invention is also the same magnetic material Will exist within. Therefore, if they are ferromagnetically coupled to achieve isotropic properties, the magnetic material of the present invention, specifically, the soft magnetic material is obtained, and the coercive force is appropriately interposed through the interface of the first phase. If it has a function of increasing the electric resistance as a range, the magnetic material of the present invention, specifically, a semi-hard magnetic material can be obtained.
  • the magnetic material of the present invention whose coercive force is reduced by such a mechanism generally has a Ni content of 10 atomic% or less with respect to the sum of the Ni component and the Fe component in the magnetic material.
  • the above is a magnetic composition of the present invention that is not found in many existing soft magnetic materials such as magnetic steel sheets and sendust that are designed so that the heterogeneous phase is thoroughly removed and the domain wall motion is not hindered as a highly homogeneous composition. This is one of the characteristics of the material, and can be said to be a characteristic common to magnetic materials in which magnetization reversal occurs due to rotation of magnetization.
  • the present invention aims at reducing the coercive force by the above-mentioned random magnetic anisotropy model, and the first and second phases which are independent in crystallography and are adjacent to each other are magnetically exchange-coupled at the nano level. It is important to be connected. However, if the Ni composition ratio of the two phases is too close, the crystal orientations of the crystal phases may be aligned in the same direction, and the magnitude of the magnetocrystalline anisotropy constant is often that of the second phase. If the Ni content of the second phase is less than 1 atomic% with respect to the total of Fe and Ni in the second phase, the crystal magnetic anisotropy increases and the crystal is averaged.
  • the preferable Ni content of the second phase is 1 atomic% or more, more preferably 3 atomic% or more, with respect to the total of Fe and Ni in the second phase. If the Ni content is too high, the magnetic anisotropy is reduced, but the saturation magnetization is reduced.
  • the first phase and the second phase having a close composition are adjacent to each other, they are nano-dispersed, the crystal orientations are different and the easy magnetization directions do not coincide, and twin walls, grain boundaries, or crystals If exchange coupling is performed through a boundary or the like, the isotropic is realized and the coercive force is reduced.
  • the frequency per unit volume is much smaller than when the composition differs to some extent, the magnetocrystalline anisotropy may not be averaged by a sufficient random magnetic anisotropy model.
  • phase (first phase) in which the Ni content is lower than the Ni content of the entire magnetic material of the present invention the phase (second phase) in which the Ni content is higher than that of the magnetic material of the present invention is always the same.
  • the magnetic material of the present invention specifically, the soft magnetic material is obtained.
  • the above is a magnetic composition of the present invention that is not found in many existing soft magnetic materials such as magnetic steel sheets and sendust that are designed so that the heterogeneous phase is thoroughly removed and the domain wall motion is not hindered as a highly homogeneous composition. This is a characteristic of the material, and it can be said that the magnetization reversal is caused by the rotation of the magnetization and is common to magnetic materials.
  • the state in which the adjacent phase is only the first phase and the adjacent phase is only the second phase and is magnetically coupled by exchange coupling at the nano level may be included. It is important that the crystal axis orientation is not uniform and is isotropic, and / or that there is fluctuation of the Ni concentration at the nanoscale.
  • a magnetic material composed only of the first phase microcrystals and a magnetic material composed only of the second phase microcrystals are not achieved, and even when such a structure is included, In the present invention, the first phase and the second phase always exist in the magnetic material.
  • the nanocrystal generation itself is a ferrite powder containing nickel, which is used to produce the magnetic material of the present invention, and has a nanoscale size (in this application, “nickel ferrite”). This is because it is greatly involved in the disproportionation reaction in each step of the reduction process starting with the reduction of “nanopowder” or “Ni-ferrite nanopowder”. Therefore, in the magnetic material of the present invention, as the state of the phase adjacent to at least one of the first phase or the second phase, specifically, when the first phase and the second phase are adjacent, the first phases May be adjacent to each other, and these adjacent phases are in a state of being magnetically coupled by exchange coupling (a state of being ferromagnetically coupled).
  • the ferrite powder having a nanoscale size is also referred to as “ferrite nanopowder”, and the nanoscale means from 1 nm to less than 1 ⁇ m unless otherwise specified.
  • the first phase is an ⁇ - (Fe, Ni) phase, which mainly ensures high saturation magnetization.
  • the second phase is a phase in which the content of Ni with respect to the sum of Fe and Ni contained in the phase is larger than the content of Ni with respect to the sum of Fe and Ni contained in the first phase.
  • the second phase may be an ⁇ - (Fe, Ni) phase that is higher than the Ni content of the entire magnetic material, or may be another crystalline phase, an amorphous phase, or a mixed phase thereof.
  • the soft magnetic material of the present invention has an effect of keeping the coercive force low. Therefore, since the second phase is a total of the phases having these effects, the magnetic material of the present invention can be used if the presence of any of the phases exemplified above having a higher Ni content than the first phase can be shown. I understand that.
  • the Ni composition may change continuously with the first phase.
  • the Ni composition of the first phase and the second phase may be observed to change continuously.
  • the Ni content of the second phase ie, the Ni content in the second phase relative to the total of Fe and Ni contained in the second phase
  • the Ni content in the first phase is the same as the Ni content of the first phase (ie, the first phase).
  • Ni content in the first phase relative to the total of Fe and Ni contained in one phase more than 1.1 times the Ni content in the first phase, and / or 2 atomic percent or more It is desirable that there is a difference in composition.
  • composition ratio of Fe and Ni together with the first phase and the second phase is not particularly limited as long as the object of the present invention can be achieved, but is preferably 1: 1 or less, specifically, Fe and Ni.
  • the Ni content is preferably 0.01 atomic% or more and 50 atomic% or less, with the content of Ni being 100 atomic%.
  • the Ni content of the first phase and the second phase is 50 atomic% or less in order to avoid a decrease in saturation magnetization, and 0.01 atomic% or more is oxidation resistance. This is preferable for preventing the coercive force from becoming so high that it does not correspond to the intended application. Furthermore, the content of Ni including the first phase and the second phase, which is preferable from the viewpoint of a good balance between oxidation resistance and magnetic properties, is 0.01 atomic% or more and 30 atomic% or less, and a particularly preferable range thereof is 0.01 atomic% or more and 20 atomic% or less.
  • the volume ratio of the first phase and the second phase is arbitrary, but the first phase, the first phase, and the volume of the entire magnetic material of the present invention including the first phase, the second phase, and the subphase
  • the total volume of the ⁇ - (Fe, Ni) phase in the second phase is preferably 5% by volume or more. Since the ⁇ - (Fe, Ni) phase bears the main magnetization of the magnetic material of the present invention, it is preferably 5% by volume or more in order to avoid a decrease in magnetization. Furthermore, it is preferably 25% by volume or more, more preferably 50% by volume or more. In order to achieve particularly high magnetization without significantly reducing the electrical resistivity, it is desirable that the total volume of the ⁇ - (Fe, Ni) phase is 75% by volume or more.
  • the second phase of the soft magnetic material of the present invention it is preferable that there is a ferromagnetic or antiferromagnetic phase (in this application, weak magnetism is also included therein) because the first phase crystal magnetism This is because there is an effect of reducing anisotropy. This will be discussed in conjunction with the explanation of the random magnetic anisotropy model described later.
  • a representative example of the second phase preferable as a ferromagnet firstly has a higher Ni content than the first phase, and preferably this Ni content is higher than that in the second phase.
  • that is 0.1 atomic percent or more and 20 atomic percent or less, more preferably 0.5 atomic percent or more and 15 atomic percent or less, and particularly preferably 1 atomic percent or more and 8 atomic percent or less with respect to the total of Fe and Ni.
  • the first phase also has a low coercive force when the Ni content is 20 atomic% or more and 30 atomic% or less with respect to the total of Fe and Ni in the first phase. If the number increases, saturation magnetization close to 2T cannot be exhibited. Therefore, the first phase in which the Ni content is 0.01 atomic percent or more and 20 atomic percent or less with respect to the total of Fe and Ni in the first phase (more preferably, the first phase is 1 atomic percent or more and 12 atomic percent or less. It is preferable to realize a magnetic material having a large saturation magnetization and a small coercive force by combining one phase) and a second phase having a Ni content larger than that of the first phase.
  • the size of the crystal grains of the first phase is 100 nm or less, preferably 50 nm or less, and the orientation of the crystal axes of these crystal grains is preferably not random in one direction but random.
  • Examples of methods for verifying that the crystal orientation is random include the following various methods for investigating the orientation of crystal axes.
  • (V) Further, as a method of observing the orientation of the local crystal orientation, there is a method of examining by TEM observation by observing the direction of lattice fringes and the arrangement of atoms at the crystal boundary. That is, the crystal plane orientations of crystal grains on both sides separated by a crystal boundary are observed and compared.
  • (Vi) As a method of observing the crystal boundary in a macro, there is a method of knowing the direction of the twin wall and the shape of the crystal boundary using an FE-SEM (field emission scanning electron microscope). In an extreme case, when the crystal boundary draws an arc, a complicated curve, or a maize pattern, the intergranular structure is complicated and interlaced from various directions, and this proves that the crystal orientation is random.
  • the crystal grains of the magnetic material of the present invention can be combined.
  • the orientation can also be judged comprehensively.
  • the first phases, the first phase and the second phase, or the grain boundary region between the second phases, and the first phase and / or the second phase are more.
  • preferred examples of the second phase include both oxide phases of Ni-ferrite phase and wustite phase.
  • the former is ferromagnetic and the latter is antiferromagnetic, but both can promote ferromagnetic coupling if they are between the first phase.
  • Patent Document 1 International Publication No. 2009/057742 (hereinafter referred to as “Patent Document 1”), N. Imaoka, Y. Koyama. T. Nakao, S. Nakaoka, T. Yamaguchi, E. Kakimoto, M. Tada, T. Nakagawa and M. Abe, J. Appl. Phys., Vol. (Refer to non-patent document 3)), and in both cases, a ferrite phase exists between the Sm 2 Fe 17 N 3 phases of the hard magnetic material, and these phases are ferromagnetically coupled to constitute an exchange spring magnet. .
  • the present invention relates to a soft magnetic material, and has a completely different function from the hard magnetic exchange spring magnet.
  • the presence of the second phase which is a Ni-ferrite phase or a wustite phase mediates the exchange interaction between the first phases, and the second phase surrounds the first phase. If present, the electrical resistance is high and the coercive force is also reduced. Therefore, it is one of the very preferable second phases particularly in the soft magnetic material of the present invention.
  • oxide phases are preferably 95% by volume or less of the entire magnetic material.
  • Ni-ferrite is a ferromagnetic material
  • its magnetization is lower than that of the ⁇ - (Fe, Ni) phase
  • wustite is weak even though it is antiferromagnetic. This is because the magnetization of the entire magnetic material may be lowered if it exceeds 95 vol.
  • the content of the oxide phase is more preferably 75% by volume or less, particularly preferably 50% by volume or less.
  • the above oxide phase is preferably 25% by volume or less.
  • an oxide phase such as a wustite phase is present, the electrical resistivity increases.
  • the preferable volume fraction is 0.001% by volume or more, In particular, 0.01% by volume or more is more preferable, and 0.1% by volume or more is particularly preferable in order to allow the wustite phase or the like to be present without significantly reducing magnetization and to effectively improve the electrical resistivity.
  • the range of the volume fraction is the same.
  • the ⁇ - (Fe, Ni) phase, the Ni-ferrite phase, and the wustite phase, which have a higher Ni content than the first phase, are illustrated as preferred phases of the second phase.
  • a 1/4 major loop (when sweeping from 7.2 MA / m to zero magnetic field) out of the magnetic curve of the entire magnetic material obtained by performing magnetization measurement in a wide magnetic field range of external magnetic field 0 to 7.2 MA / m.
  • a 1/4 major loop When the shape of the magnetic curve is called a 1/4 major loop), a smooth step due to the above-mentioned circumstances or an inflection point based on it is certain on the 1/4 major loop. I can guess.
  • these dissimilar magnetic materials are integrated by ferromagnetic coupling, there is no smooth step or inflection point on the major loop in the range of 7.2 MA / m to zero magnetic field, and the monotonous increase. Exhibits a convex magnetic curve.
  • the wustite phase can exist stably even at a high reduction temperature and molding temperature. Therefore, it is a very preferable phase for constituting the magnetic material of the present invention. It is. Further, in the reduction step, the ⁇ - (Fe, Ni) phase having various compositions generated from this phase by the disproportionation reaction is used as the first phase or the first phase and the second phase. It is an important phase that plays the role of the magnetic body expressed by the magnetic material, and in the region where the Ni content is 0.5 atomic% or more, the reduction reaction proceeds to a highly magnetic metal phase, particularly via the wustite phase.
  • the ⁇ - (Fe, Ni) phase is already directly ferromagnetically coupled with the wustite phase from the stage of the disproportionation reaction, and the second phase of the magnetic material of the present invention, particularly the soft magnetic material, It is a very preferable phase to utilize as.
  • the local composition analysis of the metal element of the magnetic material of the present invention is mainly performed by EDX (energy dispersive X-ray spectroscopy), and the composition analysis of the entire magnetic material is performed by XRF (fluorescent X-rays). Elemental analysis method).
  • the Ni content of the first phase and the second phase is measured by an EDX apparatus attached to the SEM, FE-SEM, TEM or the like (in this application, the FE-SEM etc. attached to the EDX is referred to as FE-SEM / It may be described as EDX).
  • the crystal structure of the first phase and the second phase is a fine structure of 300 nm or less, accurate composition analysis cannot be performed by SEM or FE-SEM, but Ni of the magnetic material of the present invention If only the difference in the Fe component is detected, it can be used as an auxiliary.
  • a certain point in the magnetic material is observed, and the quantitative value is 5 atomic% or more as the Ni content.
  • a structure having a Ni content of 5 atomic% or more or a part of the structure exists within a range of 300 nm in diameter centering on one point.
  • the orientation of crystal grains and the distribution of the composition can be known, and the Ni composition which is a feature of the present invention is uneven. It is useful for verifying the existence of various crystal phases and the random orientation of their crystal axes. Furthermore, in order to distinguish the ⁇ - (Fe, Ni) phase from other oxide phases such as wustite phase, it is convenient and effective to analyze the oxygen characteristic X-ray surface distribution map using, for example, SEM-EDX. is there.
  • composition in the whole magnetic material in the present invention (that is, each composition in the case where the total content of the components constituting the whole magnetic material is 100 atomic%) is 20 atomic% or more and 99.999 atomic% or less of the Fe component, It is preferable that the Ni component is in the range of 0.001 atomic% to 50 atomic% and the O (oxygen) is in the range of 0 atomic% to 55 atomic% and satisfies these simultaneously. Furthermore, an alkali metal may be contained in an amount of 0.0001 atomic% to 5 atomic%. It is desirable that the subphase including K or the like does not exceed 50% by volume of the whole.
  • the range of 55 atomic% or less not only has a low saturation magnetization, but also the first phase and the second phase due to the reduction of the nickel ferrite nanopowder.
  • the magnetic material of the present invention does not necessarily contain oxygen, but it is desirable to include even a small amount in order to obtain a magnetic material with remarkably high oxidation resistance and electrical resistivity.
  • the surface of the metal powder reduced in the slow oxidation step described later is passivated, or an oxide layer such as a wustite phase is present in a part of the crystal grain boundary of the solid magnetic material by the operation.
  • the composition range with respect to the composition of the entire magnetic material of the present invention is as follows: the Fe component is 20 to 99.998 atomic% (20 atomic% to 99.998 atomic%), and the Ni component is 0.001 to 50 It is desirable to set the atomic% (0.001 atomic% to 50 atomic%) and O in the range of 0.001 to 55 atomic% (0.001 atomic% to 55 atomic%).
  • a more preferable composition of the magnetic material of the present invention is that the Fe component is 50 atomic% to 99.98 atomic%, the Ni component is 0.01 atomic% to 49.99 atomic%, and O is 0.01 atomic% to 49 atomic%. .99 atomic% or less, and the magnetic material of the present invention in this range has a good balance between saturation magnetization and oxidation resistance.
  • the Fe component is in the composition range of 66.95 atomic% to 99.9 atomic%, Ni component is 0.05 atomic% to 33 atomic%, and O is 0.05 atomic% to 33 atomic%.
  • the magnetic material of the invention is preferable in that it has excellent electromagnetic characteristics and excellent oxidation resistance.
  • the Fe component when the magnetic material of the present invention is particularly excellent in performance with a magnetization of 1 T or more, the Fe component is 79.95 atomic% or more and 99.9 atomic% or less, and the Ni component is 0. It is preferable that the composition range be from 0.05 atomic% to 20 atomic% and O is from 0.05 atomic% to 20 atomic%.
  • One of the present invention is a magnetic material having a magnetic characteristic suitable for soft magnetic applications having a coercive force of 800 A / m or less. This will be described below.
  • the “magnetic properties” referred to herein include material magnetization J (T), saturation magnetization J s (T), magnetic flux density (B), residual magnetic flux density B r (T), and exchange stiffness constant A (J / m). , Magnetocrystalline anisotropy magnetic field H a (A / m), magnetocrystalline anisotropy energy E a (J / m 3 ), magnetocrystalline anisotropy constant K 1 (J / m 3 ), coercive force H cB ( A / m), intrinsic coercive force H cJ (A / m), permeability ⁇ 0 , relative permeability ⁇ , complex permeability ⁇ r ⁇ 0 , complex relative permeability ⁇ r , its real term ⁇ ′, imaginary term ⁇ "and the absolute value
  • the saturation magnetization value M s in the SI unit system is 2.16T.
  • the coercive force refers to the intrinsic coercive force HcJ .
  • oxidation resistance refers to various oxidizing atmospheres such as room temperature in air. This is a change with time in the magnetic characteristics.
  • magnetic characteristics and electrical characteristics are also referred to as “electromagnetic characteristics”.
  • the magnetization, saturation magnetization, magnetic flux density, residual magnetic flux density, and electrical resistivity are preferably higher, and the saturation magnetization is preferably as high as 0.3 T or 30 emu / g, particularly soft magnetism.
  • the saturation magnetization is preferably as high as 0.3 T or 30 emu / g, particularly soft magnetism.
  • a height of 100 emu / g or more is desirable.
  • Other magnetic characteristics of the present invention such as the magnetocrystalline anisotropy constant, coercive force, magnetic permeability, and relative magnetic permeability, are appropriately controlled depending on the application. In particular, the magnetic permeability and the relative magnetic permeability do not necessarily need to be high depending on the application.
  • the relative magnetic permeability is set to a size of about 10 0 to 10 4.
  • the critical thickness at which eddy current loss occurs is not a magnetization reversal by domain wall movement, but a magnetization reversal mechanism mainly by direct rotation of magnetization, so that coercive force is low and eddy current loss due to domain wall movement is small, and iron loss is kept low.
  • the magnetic permeability can be reduced by causing some local magnetic anisotropy at the crystal boundary to suppress the magnetization rotation by the external magnetic field.
  • the factors that cause the magnetic material of the present invention to become soft magnetic are particularly closely related to its microstructure.
  • the ⁇ - (Fe, Ni) phase may be observed as a continuous phase at first glance.
  • the ⁇ - (Fe, Ni) phase includes many heterogeneous interfaces and crystal grain boundaries, and is simple such as contact twins and intrusion twins.
  • Twins, intergrowths, and skeletal crystals including repetitive twins such as twins, concentric twins, ring twins, and multiple twins (in the present invention, not only heterogeneous interfaces and polycrystalline grain boundaries but also various of these When crystals are separated by crystal habit, crystal phase, intergrowth structure, dislocation, etc., the boundary surfaces are collectively referred to as “crystal boundaries”). Unlike the linear grain boundaries, the crystal boundaries are often presented as a group of curves, and in such a structure, the Ni content varies greatly depending on the location.
  • the magnetic material of the present invention having the fine structure as described above is often a soft magnetic material.
  • the first phase and the second phase start from nickel ferrite nanopowder when the second phase is an ⁇ - (Fe, Ni) phase.
  • the reduction reaction proceeds with growth, oxygen in the crystal lattice is lost along with the disproportionation reaction of the composition, and finally a large volume reduction of up to 52% by volume usually occurs.
  • the first and second phases which are ⁇ - (Fe, Ni) phases, have a variety of microstructures such as crystals such as quartz, minerals such as pyrite, meteorite, and rock crystals. It is held in a reduced form on a scale and contains various phases and nanocrystals with various Ni contents.
  • the structure that appears to be a grain boundary or a continuous crystal also has a difference in Ni content depending on the observation location, and may be a heterogeneous interface. Accordingly, if the orientation of the magnetic crystal surrounded by these crystal boundaries is non-oriented within the ferromagnetic coupling length, the coercive force is greatly reduced according to the random magnetic anisotropy model described above.
  • ⁇ Random magnetic anisotropy model and coercivity lowering mechanism peculiar to the present invention It is desirable that the soft magnetic material of the present invention described by the random anisotropy model satisfies the following three conditions.
  • (1) The crystal grain size of the ⁇ - (Fe, Ni) phase is small, (2) being ferromagnetically coupled by exchange interaction; (3) Random orientation.
  • (3) it is not always essential, and even when random orientation is not performed, the coercive force can be lowered by a principle different from that of the random anisotropy model.
  • the magnetic anisotropy fluctuation based on the fluctuation of the concentration of the Ni component content at the nanoscale is caused by the interaction of one or more of the first phase, the second phase, the first homology, and the second homology.
  • the magnetization reversal is promoted, and the coercive force is reduced.
  • the magnetization reversal mechanism based on this mechanism is unique to the present invention and, as far as the present inventors can know, has been found for the first time by the present inventors.
  • the magnetic material powder of the present invention In order to bring the coercive force into the soft magnetic region, it is then solidified by sintering or the like, that is, “the first phase and the second phase are directly or via a metal phase or an inorganic phase. It is desirable to be in a state of being in a lump as a whole.
  • the exchange interaction is an interaction or force that works within a short-range order of several nanometers.
  • the second phase needs to be ferromagnetic or antiferromagnetic in order to transmit the exchange interaction. Even if a part of the first phase and / or the second phase is in the superparamagnetic region, the material itself is ferromagnetic or antiferromagnetic in the bulk state. If there is sufficient exchange coupling, there may be a phase where exchange interaction is transmitted.
  • the magnetic material of the present invention has the above-described characteristics because the present invention is a magnetic material that is highly magnetized and formed by a method that is essentially different from other metal-based soft magnetic materials for high frequency applications, that is, nickel. Because we mainly reduce the ferrite nano-powder to produce metal powder with nano-crystallites and then mold it into solid magnetic material, we mainly provide build-up type bulk magnetic materials. is there.
  • the average crystal grain size of the first phase or the second phase of the soft magnetic material of the present invention or the average crystal grain size of the entire magnetic material is preferably less than 10 ⁇ m, and more preferably in the nano region.
  • the average crystal grain size of the first phase and the second phase is in the nano region, the average crystal particle size of the entire magnetic material is in the nano region.
  • either the first phase or the second phase is in the nano region.
  • both the first phase and the second phase are ferromagnetic phases, both preferably have an average crystal grain size of less than 10 ⁇ m, and less than 1 ⁇ m realizes low coercivity based on a random magnetic anisotropy model.
  • the thickness is 500 nm or less, and if it is 200 nm or less, although depending on the content of the M component, there is also a remarkable reduction effect of the coercive force due to the mechanism unique to the present invention, which is particularly preferable.
  • the magnetic anisotropy energy of the first phase is often larger than that of the second phase, in particular, if the first phase is less than 10 ⁇ m, preferably 500 nm or less, more preferably 200 nm or less.
  • the coercive force becomes extremely small, and it becomes a soft magnetic material suitable for various transformers, motors and the like.
  • the second phase is not a ferromagnetic phase
  • the second phase is not involved in the coercive force reduction by the above-mentioned random anisotropy model, but the presence of the second phase is a preferable component because the electrical resistivity increases.
  • the first phase in order to express the coercive force contrary to the above, is maintained at an average crystal grain size at the nano level, and an appropriate surface oxide layer is used as the second phase.
  • An effective method is to provide the second phase with an average crystal grain size of several nanometers at the grain boundary of the first phase to maintain high magnetization while providing the coercive force of the semi-hard magnetic region and to impart oxidation resistance. It is.
  • ⁇ Measurement of crystal grain size> In the measurement of the crystal grain size of the present invention, an image obtained by the SEM method, the TEM method or the metal microscope method is used. Within the observed range, not only the heterogeneous interface and the grain boundaries, but also all the crystal boundaries are observed, and the diameter of the crystal region surrounded by the boundaries is defined as the crystal grain size. If the crystal boundary is difficult to see, it is better to etch the crystal boundary using a wet method using a nital solution or the like, or a dry etching method. In principle, the average crystal grain size is selected from a representative portion and measured in a region containing at least 100 crystal grains.
  • the average crystal grain size is obtained by photographing the observation region, defining an appropriate right-angled rectangular region on the photographic plane (enlarged projection surface on the subject photographing surface), and applying the Jeffry method to the inside.
  • the crystal boundary width may be too small to be observed with respect to the resolution, but in that case, the measured value of the average crystal grain size is the upper limit of the actual crystal grain size. give. Specifically, there is no problem as long as the average crystal grain size measurement value has an upper limit of 10 ⁇ m.
  • phase separation occurs due to the disproportionation reaction, and a composition width is generated in the Ni content of the bcc phase of the first phase and / or the second phase.
  • the X-ray diffraction line peak position changes depending on the Ni content. For example, even if the line width of the diffraction line at (200) of the bcc phase is obtained, the crystallite size can be determined by this. There is not much meaning.
  • the crystallite refers to a small single crystal at a microscopic level that constitutes a crystal substance, and is smaller than individual crystals (so-called crystal grains) that constitute a polycrystal.
  • the crystal obtained by the above method (for example, at least the first phase is represented by a composition formula of Fe 100-x Ni x (x is 0.001 ⁇ x ⁇ 30 in atomic percentage).
  • the crystallite size value of the crystal having a bcc phase represented by the composition is significant.
  • the bcc phase at least the first phase has the phase (that is, only the first phase has the bcc phase and both the first phase and the second phase have the bcc phase)
  • a preferable range of the crystallite size of the bcc phase is 1 nm or more and less than 100 nm. If it is less than 1 nm, it becomes superparamagnetic at room temperature, and the magnetization and permeability may become extremely small.
  • the coercive force enters the soft magnetic region and becomes extremely small, which is preferable because it becomes a soft magnetic material suitable for various transformers, motors and the like. Furthermore, 50 nm or less is a very preferable range because it is a region having a low Ni content, so that not only high magnetization exceeding 2T can be obtained, but also low coercive force can be achieved at the same time.
  • the size (average powder particle size) of the soft magnetic material powder of the present invention is preferably 10 nm or more and 5 mm or less.
  • the thickness is less than 10 nm, the coercive force is not sufficiently reduced.
  • the thickness exceeds 5 mm, a large strain is applied during sintering, and the coercive force is increased and warped without annealing after solidification. More preferably, they are 100 nm or more and 1 mm or less, Especially preferably, they are 0.5 micrometer or more and 500 micrometers or less. If the average powder particle size is within this region, a soft magnetic material having a low coercive force is obtained.
  • the particle size distribution is sufficiently wide within each average powder particle size range defined above, high filling can be easily achieved with a relatively small pressure, and the magnetization per volume of the solidified molded body increases. preferable. If the particle size of the powder is too large, the domain wall movement may be excited. In the process of producing the soft magnetic material of the present invention, the domain wall movement is hindered by the heterogeneous phase formed by the disproportionation reaction. The magnetic force may increase. Therefore, when the soft magnetic material of the present invention is molded, it may be better that the surface of the magnetic material powder of the present invention having an appropriate powder particle size is oxidized.
  • An alloy containing an M component may form a non-magnetic M component oxide phase passivated film on the surface by oxidation, so that it not only has excellent oxidation resistance, but also has a reduced coercive force and electric resistivity. It is also effective in terms of improvement. Appropriate gradual oxidation of the powder surface, handling of each process in air, solidification treatment in an inert gas atmosphere as well as a reducing atmosphere are also effective.
  • the average powder particle size of the magnetic powder of the semi-hard magnetic material of the present invention is preferably in the range of 10 nm to 10 ⁇ m. When it is less than 10 nm, it is difficult to mold, and the dispersibility may be extremely poor even when dispersed in a synthetic resin or ceramic. On the other hand, when the average particle diameter exceeds 10 ⁇ m, the coercive force may reach the soft magnetic region, and in this case, it belongs to the category of the soft magnetic material of the present invention. A more preferable average powder particle diameter is 10 nm or more and 1 ⁇ m or less, and if it is in this range, a semi-hard magnetic material having an excellent balance of both saturation magnetization and coercive force is obtained.
  • the powder particle diameter of the magnetic material of the present invention is evaluated based on the median diameter obtained from a distribution curve obtained by measuring a volume equivalent diameter distribution mainly using a laser diffraction particle size distribution meter.
  • representative portions are selected based on a photograph obtained by SEM or TEM of a powder, or a metal micrograph, and at least 100 diameters are measured, and the volume average is obtained. Although it may be less than this, in that case, it is required that there is a statistically sufficient portion representative of the whole and that the portion is measured.
  • priority is given to a method using SEM or TEM.
  • the numerical value R n is R / 2 ⁇ R n ⁇ 2R.
  • the particle size of the powder is determined with R being the geometric mean of the lower limit and the upper limit.
  • the method for measuring the powder particle size of the magnetic material of the present invention is as follows: (1) When the measured value is 500 nm or more and 1 mm or less, the laser diffraction particle size distribution analyzer is given priority; (2) If it is less than 500 nm or exceeds 1 mm, the microscopic method is given priority. (3) When (1) and (2) are used in combination at 500 nm or more and 1 mm, the average powder particle size is determined with the above R. In the present application, the powder particle diameter is represented by 1 to 2 significant digits in the case of (1) or (2), and is represented by 1 significant digit in the case of (3).
  • the reason for using the particle size measurement method together is that when the particle size is just above 500 nm and below 1 mm, the method (1) may give an inaccurate value even with one significant figure, Since the method (2) requires time and effort to confirm that it is not local information, the value of the average powder particle size is first obtained by the method (1), and the value can be easily obtained by the method (2). This is because it is very reasonable to compare the two and determine the average powder particle size with the above R.
  • the average particle size of the magnetic material powder of the present invention is determined by the above method. However, if (1) and (3) or (2) and (3) do not match with one significant digit, repeat the measurement with (1) or (2) again according to the average particle size range. , R must be determined.
  • any one of the methods (1), (2), or (3) may be selected and adopted in a limited manner without depending on the above principle. In other words, within the range of the measurement methods (1) to (3), a method considered most appropriate for capturing the true appearance of the magnetic material and obtaining a volume average value of the powder particle diameter as close to the true value as possible. It is better to choose. In order to distinguish the magnetic material of the present invention from other magnetic materials, it is sufficient that the average powder particle size is determined by one significant digit.
  • the macroscopic powder shape has a three-dimensional network shape including hollow portions that are many through holes, It may be a sponge shape. These are considered to be formed by a large volume reduction due to oxygen being released from the crystal lattice at the same time as grain growth proceeds by the reduction reaction.
  • the powder particle size in this case is measured including the volume of the hollow portion inside.
  • the magnetic material of the present invention is a magnetic material in a state in which the first phase and the second phase are continuously bonded directly or via a metal phase or an inorganic phase to form a lump as a whole (in this application, , Also referred to as “solid magnetic material”).
  • the powder is made of an organic compound such as a resin, an inorganic compound such as glass or ceramic, or a composite material thereof. Can also be molded.
  • the filling rate is not particularly limited as long as the object of the present invention can be achieved.
  • the content is set to 60% by volume or more and 100% by volume or less. Since it is excellent from the viewpoint of balance of height, it is preferable.
  • the filling rate here refers to the volume of the magnetic material of the present invention relative to the total volume of the magnetic material of the present invention including voids (that is, the magnetic material of the present invention, excluding portions that are not the magnetic material of the present invention such as voids and resins).
  • the ratio of the volume occupied only by the material is expressed as a percentage.
  • the further preferable range of the filling rate is 80% or more, and particularly preferably 90% or more.
  • the magnetic material of the present invention originally has high oxidation resistance, but as the filling rate increases, the oxidation resistance further increases, and not only the application range is expanded, but also the saturation magnetization is improved and the performance is high. A magnetic material is obtained.
  • the soft magnetic material of the present invention also brings about an effect of increasing the bonding between powders and reducing the coercive force.
  • One of the major characteristics of the magnetic material powder of the present invention is that it is a sinterable powder material such as ferrite.
  • Various solid magnetic materials having a thickness of 0.5 mm or more can be easily manufactured. Further, various solid magnetic materials having a thickness of 1 mm or more and 5 mm or more can be manufactured relatively easily by sintering or the like if the thickness is 10 cm or less.
  • the solid magnetic material of the present invention When the solid magnetic material of the present invention is applied as a soft magnetic material, it may be used in various shapes depending on the application.
  • the solid magnetic material of the present invention does not contain a binder such as a resin, has a high density, and can be easily processed into an arbitrary shape by a normal processing machine by cutting and / or plastic processing.
  • a binder such as a resin
  • one of the major features is that it can be easily processed into a shape such as a prismatic shape, a cylindrical shape, a ring shape, a disc shape, or a flat plate shape having high industrial utility value.
  • a shape such as a prismatic shape, a cylindrical shape, a ring shape, a disc shape, or a flat plate shape having high industrial utility value.
  • the cutting process mentioned here is a general metal material cutting process, which is machining by a saw, a lathe, a milling machine, a drilling machine, a grindstone, etc.
  • a plastic process is a die cutting, forming, rolling, or explosion by a press. For example, molding.
  • annealing can be performed at room temperature to 1290 ° C. to remove strain after cold working.
  • the method for producing the magnetic material of the present invention comprises: (1) Nickel ferrite nanopowder manufacturing process (2) Including both steps of the reduction step, and if necessary, any one or more of the following steps may be further included. (3) Slow oxidation process (4) Molding process (5) Annealing process Each process is specifically described below.
  • Nickel ferrite nanopowder manufacturing process (also referred to as “(1) process” in the present application)
  • a preferable manufacturing process of the nanomagnetic powder which is a raw material of the magnetic material of the present invention
  • Known methods for producing ferrite fine powder include dry bead mill method, dry jet mill method, plasma jet method, arc method, ultrasonic spray method, iron carbonyl vapor phase decomposition method, etc. If the magnetic material of this invention is comprised, it is a preferable manufacturing method.
  • Non-patent Document 4 the “ferrite plating method” described in Patent Document 1 is applied to the production process of nickel ferrite nanopowder used for producing the magnetic material of the present invention.
  • the usual “ferrite plating method” is applied not only to powder surface plating but also to thin films, and its reaction mechanism has already been disclosed (for example, Masaki Abe, Journal of Japan Society of Applied Magnetics, 22 Vol. 9, No. (1998), page 1225 (hereinafter referred to as “Non-patent Document 4”) and International Publication No.
  • Patent Document 2 2003/015109 (hereinafter referred to as “Patent Document 2”), in this manufacturing process.
  • the powder surface as a base material for plating is not used.
  • raw materials used for ferrite plating for example, nickel chloride and iron chloride
  • this step (or method) is referred to as a “nickel ferrite nanopowder manufacturing step” (or “nickel ferrite nanopowder manufacturing method”).
  • the “nickel ferrite nanopowder manufacturing process” having a spinel structure will be described as an example.
  • An appropriate amount of an aqueous solution adjusted in advance to an acidic region is placed in a container (also referred to as a reaction field in the present application), and the reaction is carried out in a room-temperature atmosphere under ultrasonic excitation or with mechanical stirring at an appropriate strength or rotation speed.
  • a pH adjusting solution is dropped simultaneously with the solution to gradually change the solution pH from an acidic region to an alkaline region to form nickel ferrite nanoparticles in the reaction field.
  • the solution and the nickel ferrite nanopowder are separated and dried to obtain a nickel ferrite powder having an average powder particle size of 1 nm or more and less than 1 ⁇ m. Since the above method has a simple process, it is mentioned as an inexpensive method.
  • the method for producing the nickel ferrite nanopowder used in the present invention is not limited to the above-mentioned production method, but the initial solution of the reaction field used in the production method before the start of the reaction (in this application, this is referred to as the reaction field). (Hereinafter also referred to as “liquid”), the reaction liquid, and the pH adjusting liquid will be described below.
  • an acidic solution is preferable.
  • inorganic acids such as hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, and phosphoric acid
  • hydrophilic solvent solutions such as aqueous solutions of organic acids (for example, acetic acid, oxalic acid, etc.), and combinations thereof can also be used.
  • preparing the reaction solution in the reaction field in advance is effective for efficiently proceeding the synthesis reaction of the nickel ferrite nanopowder.
  • the reaction solution contains a chloride such as iron chloride or nickel chloride, a nitrate such as iron nitrate, or a nitrite, sulfate, phosphoric acid containing an Fe component and / or a Ni component (which may optionally include an M component). Even a solution mainly composed of water of an inorganic salt such as a salt or fluoride, or a solution mainly composed of a hydrophilic solvent such as water of an organic acid salt can be used if necessary. Also, a combination thereof may be used. It is essential that the reaction solution contains iron ions and nickel ions.
  • the iron ions in the reaction solution will be described either in the case of only divalent iron (Fe 2+ ) ions, in the case of a mixture of trivalent iron (Fe 3+ ) ions, or in the case of only trivalent iron ions.
  • divalent metal ions of the M component element As the valence of Ni ions, monovalent, divalent, and trivalent are known. In the reaction solution or reaction field solution, divalence is particularly excellent in terms of the homogeneity of the reaction.
  • nickel ferrite nanoparticles In a typical nickel ferrite nanopowder manufacturing method, formation of nickel ferrite nanoparticles proceeds by the following reaction mechanism.
  • the nuclei of the nickel ferrite nanoparticles are generated in the reaction solution via an intermediate product such as green last or directly.
  • the reaction solution contains Fe 2+ ions, which are adsorbed on the already formed powder nuclei or OH groups on the surface of the powder that has grown to some extent, and release H + .
  • an oxidation reaction is performed by oxygen in the air, an oxidant, an anode current (e + ), or the like, a part of the adsorbed Fe 2+ ions are oxidized to Fe 3+ ions.
  • Fe 2+ ions or Fe 2+ and Ni 2+ ions in the liquid (or Ni and M component ions) are adsorbed again on the metal ions that have already been adsorbed and release H + while being hydrolyzed.
  • a ferrite phase having a spinel structure is formed. Since OH groups are present on the surface of the ferrite phase, metal ions are adsorbed again, and the same process is repeated to grow into nickel ferrite nanoparticles.
  • the pH in order to change from Fe 2+ and Ni 2+ directly to a ferrite having a spinel structure, the pH should be adjusted so that it crosses the line separating Fe 2+ ions and ferrite in the equilibrium curve in the pH-potential diagram of Fe. While adjusting the redox potential, the reaction system should be shifted (slowly) from the stable region of Fe 2+ ions to the region where ferrite precipitates. Ni 2+ is in a divalent state from the beginning of the reaction, except in special cases, and has almost no effect on the oxidation-reduction potential change. Progress).
  • the reaction solution is adjusted on the acidic side, and the alkaline solution is added at once to make the reaction field a basic region. Often generated. It can be considered that due to the difference in solubility product between the Fe component and the Ni component, consideration was given to avoiding non-uniformity. Of course, it may be prepared by this method, and since very small nanoparticles can be produced, it can also be used as a ferrite raw material for the magnetic material of the present invention.
  • the pH adjuster is also dropped at the same time to gradually change the pH from acidic to basic.
  • the process is designed so that the Ni component is steadily taken into the Fe-ferrite structure.
  • H + released when ferrite is generated by the mechanism as described above at the stage of producing the nickel ferrite nanopowder is introduced into the continuous reaction field of the pH adjusting liquid. It is neutralized, and nickel ferrite particles are generated and grown one after another. In the initial stage of the reaction, there is a period in which the green field is generated and the reaction field becomes green.
  • Ni component is mixed in the green field, and when this is finally converted to ferrite, Ni is taken in, and in the subsequent reduction reaction, Ni is taken into the ⁇ -Fe phase having the bcc structure in the first phase and the second phase.
  • Dispersion is very important in order to prevent the fine particles generated by the nickel ferrite nanopowder synthesis reaction from aggregating and inhibiting the homogeneous reaction. Dispersion is very important. Depending on the purpose of reaction control, such as a method of conveying and circulating the liquid with a pump, a method of simply stirring with a stirring spring or a rotating drum, or a method of swinging or vibrating with an actuator, etc., any one of known methods, Or the combination is used.
  • the reaction temperature is generally selected from 0 to 100 ° C. from the freezing point to the boiling point of water under atmospheric pressure because the nickel ferrite nanopowder production method used in the present invention is a reaction in the presence of water. It is.
  • a method of synthesizing nickel ferrite nanopowder in a temperature range exceeding 100 ° C. by placing the entire system under high pressure, for example, a supercritical reaction method, etc. provides nickel ferrite nanoparticles that exhibit the effects of the present invention. Belongs to the magnetic material of the present invention.
  • reaction excitation method in addition to the above-mentioned temperature and ultrasonic waves, pressure and optical excitation may be effective.
  • the nickel ferrite nanopowder production method when the nickel ferrite nanopowder production method is applied using an aqueous solution containing Fe 2+ as a reaction solution (particularly when the reaction is performed under the condition that Fe is mixed as divalent ions in nickel ferrite nanoparticles).
  • the Ni content is less than 40 atomic%, it is important that divalent ions of Fe are observed in the finally produced ferrite nanopowder of the magnetic material of the present invention.
  • the amount is preferably Fe1 / Fe3 + ratio and is 0.001 or more.
  • an electron beam microanalyzer EPMA
  • EMA electron beam microanalyzer
  • the surface of the manganese ferrite nanoparticles is analyzed by EPMA, the X-ray spectrum of FeL ⁇ -FeL ⁇ is obtained, the difference between the above two materials is taken, and iron oxide containing Fe 2+ (eg, magnetite) And the amount of Fe 2+ ions in the manganese ferrite nanoparticles can be identified by comparison with the spectrum of a standard sample of iron oxide (eg, hematite or maghematite) containing only Fe 3+ .
  • a standard sample of iron oxide eg, hematite or maghematite
  • the measurement conditions of EPMA are an acceleration voltage of 7 kV, a measurement diameter of 50 ⁇ m, a beam current of 30 nA, and a measurement time of 1 second / step.
  • Typical impurity phases of nickel ferrite nanopowder include oxides such as Ni-hematite, goethite, acagenite, lipidocrosite, ferrooxy height, ferrihydrite, green rust, iron oxyhydroxide, hydroxylation
  • hydroxides such as potassium and sodium hydroxide.
  • ferrihydrite phase and Ni-hematite phase include ⁇ - (Fe, Ni) phase and other second phases after reduction. Since it forms, it is not necessarily a phase that needs to be removed.
  • These ferrihydrite phase and Ni-hematite phase are observed as a plate-like structure having a thickness of several nm in SEM observation or the like.
  • the particles have a large area for the thickness, they may promote large and inappropriate grain growth in the reduction reaction process, and there are many impurities other than the Fe component, Ni component, and oxygen. It is desired that the volume fraction is smaller than that of nanopowder.
  • the atomic ratio of the Ni component to the Fe component is more than 0.33 and less than or equal to 0.5
  • the Ni ratio of the phase other than the nickel ferrite nanopowder centered on ferrihydrite and Ni-hematite is nickel ferrite.
  • the degree of aggregation of impurity phases such as ferrihydrite phase and Ni-ferrite phase (especially not to be unevenly distributed to about several microns to be non-uniform) Be careful).
  • the content of the ferrihydrite phase and Ni-ferrite phase in which Ni is easily taken up with respect to the total magnetic material is intentionally set to 0 so that the above-mentioned inappropriate subphase not containing Ni is not precipitated. It is also possible to coexist by limiting the range to 0.01 volume% or more and 33 volume% or less. This has a great industrial merit because it is not necessary to strictly maintain the control conditions for producing the nickel ferrite nanopowder.
  • the composition ratio of Fe and Ni in the nickel ferrite nanopowders used as the raw material of the present invention is not particularly limited as long as the object of the present invention can be achieved.
  • the Ni content relative to the total of Fe and Ni is 0.
  • the content of Ni is preferably 0.01 atomic% or more and 70 atomic% or less, and more preferably 0.01 atomic% or more and 50 atomic% or less with respect to the total of Fe and Ni.
  • the average particle size of the nickel ferrite nanopowder used as the raw material of the present invention is preferably 1 nm or more and less than 1 ⁇ m. More preferably, they are 1 nm or more and 100 nm. If it is 1 nm or less, the reaction during reduction cannot be sufficiently controlled, resulting in poor reproducibility. If it exceeds 100 nm, inappropriate grain growth of the metal component reduced in the reduction step becomes remarkable, and in the case of a soft magnetic material, the coercive force increases. If it is 1 ⁇ m or more, the ⁇ -Fe phase is separated, and Ni is not taken into this phase, so that only the magnetic material having excellent electromagnetic characteristics and poor oxidation resistance of the present invention can be obtained.
  • the nickel ferrite nanopowder used in the present invention is mainly produced in an aqueous solution, decantation, centrifugation, filtration (especially suction filtration), membrane separation, distillation, vaporization, organic solvent substitution, Water is removed by solution separation by magnetic field recovery of powder, or a combination thereof. Thereafter, it is vacuum dried at room temperature or at a high temperature of 300 ° C. or lower, or dried in air.
  • Hot air drying in air inert gas such as argon gas, helium gas, nitrogen gas (however, in the present invention, nitrogen gas may not become an inert gas depending on the temperature range during heat treatment) or hydrogen It can also be dried by heat treatment in a reducing gas such as a gas or a mixed gas thereof.
  • (2) Reduction step (also referred to herein as “(2) step”) In this step, the nickel ferrite nanopowder produced by the above method is reduced to produce the magnetic material of the present invention.
  • the method of reducing in the gas phase is most preferable, and the reducing atmosphere is a mixed gas of an organic compound gas such as hydrogen gas, carbon monoxide gas, ammonia gas or formic acid gas and an inert gas such as argon gas or helium gas.
  • an organic compound gas such as hydrogen gas, carbon monoxide gas, ammonia gas or formic acid gas
  • an inert gas such as argon gas or helium gas.
  • low-temperature hydrogen plasma, supercooled atomic hydrogen, etc. and these can be circulated, refluxed, or sealed in horizontal and vertical tubular furnaces, rotary reactors, sealed reactors, etc. Examples thereof include a heating method, a heating method using infrared rays, microwaves, laser light, and the like.
  • a method of reacting continuously by using a fluidized bed is also mentioned.
  • a preferable method in the production method of the present invention is a method of reducing in a hydrogen gas or a mixed gas of an inert gas as a reducing gas.
  • reduction with C or Ca is too strong to control the reaction for constituting the soft magnetic material of the present invention.
  • problems such as the generation of toxic CO after reduction and the presence of calcium oxide that must be washed away, but the reduction with hydrogen gas is consistently clean. This is because a reduction process can be performed.
  • the oxygen content in the material of the present invention is generally determined by an inert gas-melting method. If the oxygen content before the reduction is known, the present invention can be obtained from the weight difference before and after the reduction. The oxygen in the material can be estimated. However, when a halogen element such as chlorine whose content easily changes before and after reduction, an alkali element such as K or Na, or a volatile component such as water or an organic component is contained in a large amount, The contents of these elements and components should be identified separately. This is because the oxygen content cannot be strictly estimated only by the weight change before and after the reduction reaction.
  • alkali metals derived from raw materials for example, K begins to dissipate from the magnetic material by vaporization at 450 ° C., and most of it is removed at 900 ° C. or higher. Therefore, in the initial stage of the reduction reaction, if the alkali metal derived from the raw material, which should be left in order to utilize its catalytic action, is not preferable in the product stage depending on the application, the reducing conditions are By appropriate selection, the alkali metal can be appropriately removed to a finally acceptable range.
  • the range of the final content of alkali metals such as K that can be easily removed while providing an effective effect for reduction is a lower limit value of 0.0001 atomic% or more and an upper limit value of 5 atomic% or less.
  • the upper limit value can be further controlled to 1 atomic% or less, and can be 0.01 atomic% when it is most precisely controlled.
  • Halogen elements such as Cl (chlorine) remaining in the nickel ferrite nanopowder are released out of the material system mainly as hydrogen halides such as HCl in a reducing atmosphere. Residual Cl and the like begin to decrease significantly at a reduction temperature of 450 ° C. or higher, and depending on the Ni or K content, and further the content change in the reduction process, if a reduction temperature of approximately 700 ° C. or higher is selected, It can be removed almost completely from within the material.
  • the weight loss due to evaporation of the O component mainly as H 2 O is caused by volatile components such as Ni content, M component content, oxygen content, subphase and impurity content, and water.
  • volatile components such as Ni content, M component content, oxygen content, subphase and impurity content, and water.
  • the weight before the reducing reaction is generally 100% by mass or more and 0.1 to 80% by mass or less.
  • the local oxygen content is obtained based on a photograph such as SEM or EDX, or the phase identified by XRD or the like is specified on a microscopic observation image. You can also. This is a method suitable for roughly estimating the oxygen content and distribution of the first phase and the second phase.
  • the reduction temperature of the present invention refers to the highest temperature among the temperature at the time of switching from the temperature raising process to the temperature lowering process and the temperature in the process of maintaining the temperature for a certain time.
  • the reduction temperature can be 400 ° C. or more and 1538 ° C. or less. In particular, it is preferable to select a temperature range of 400 ° C. or higher and 1425 ° C. or lower. In general, when the temperature is lower than 400 ° C., the reduction rate is very slow, and the reduction time becomes long and the productivity may be poor. Furthermore, when the reduction time is desired to be 1 hour or less, the lower limit of the reduction temperature is preferably 500 ° C. or higher.
  • the magnetic material being reduced may be dissolved depending on the Ni content.
  • the Ni content is usually in the range of 0.01 to 33 atomic%, a temperature range of approximately 400 ° C. or higher and 1425 ° C. or lower can be freely selected and the reduction treatment can be performed. In the case of exceeding 50% and exceeding 50%, it is preferable to select a temperature of 400 ° C. or more and 1230 ° C. or less.
  • a characteristic of the manufacturing method relating to the magnetic material of the present invention is that Ni is reduced to a metallic state according to the method of the present invention, so that the microstructure is coarsened even in a reduction reaction at or above the melting point, or even immediately below the melting point.
  • the preferable reduction temperature range for the magnetic material of the present invention in which the reduction time is short and the productivity is high and the magnetic material does not melt, is 400 ° C. or higher and 1425 ° C. or lower regardless of the Ni content. If the temperature is controlled in the range of 800 ° C. or higher and 1230 ° C. or lower, the soft magnetic material of the present invention having a smaller coercive force can be obtained. Therefore, this temperature range is used for producing a soft magnetic material having high magnetic properties in the present invention. And particularly preferred.
  • the reduction reaction proceeds as the reduction time increases. Therefore, the longer the reduction time, the higher the saturation magnetization.
  • the coercive force does not necessarily decrease the coercive force even if the reduction time is increased or the reduction temperature is increased.
  • the reduction time is preferably selected as appropriate according to the desired magnetic properties.
  • the preferable reduction temperature range is 400 ° C. or higher and 1425 ° C. or lower.
  • the reduction temperature range of 450 degreeC or more and 1425 degrees C or less is more preferable at the point of obtaining the nickel ferrite powder whose average powder particle diameter is 1 nm or more and less than 1 micrometer.
  • the nickel ferrite nanoparticles grow and grow, and at this time, depending on the reduction temperature, the Ni phase of the original nickel ferrite nanoparticles causes the first phase and the first phase to be generated.
  • the two-phase crystal structure and Ni content vary widely.
  • composition of the crystal phase will change depending on the heating rate during the heating process and the temperature distribution in the reactor.
  • the first phase and the second phase are phase-separated at the nanoscale in the reduction process.
  • various Ni contents, phases of crystal structure are separated by disproportionation reaction, and their orientation is random, and / or nanoscale Ni concentration It is desirable that there is a fluctuation and that each of them is ferromagnetically coupled.
  • the phase separation phenomenon due to the disproportionation reaction occurs at a high frequency through the temperature rising process, the constant temperature holding process, and the temperature falling process.
  • a phase appears to constitute the magnetic material of the present invention.
  • aggregates of nano-order microcrystals are integrated by ferromagnetic coupling so that the direction of the crystal axis is isotropic and / or there is fluctuation in concentration, and mainly by random magnetic anisotropy.
  • the magnetocrystalline anisotropy is averaged, an excellent soft magnetic material of the present invention is formed.
  • the reason why appropriate grain growth occurs while maintaining the nano-fine structure even in a high temperature region exceeding 800 ° C. is unknown.
  • the raw material is nickel ferrite nanopowder, and it is reduced to hydrogen and becomes a metal state like the first phase, the original grain shape and composition distribution are completely microstructured if appropriate reduction conditions are selected. Inappropriate grain growth that does not reflect the above and the crystal grain size becomes coarse due to the structure having a homogeneous composition distribution has not occurred. Since grain growth occurs along with the reduction reaction in this way, when considering that the volume reduction due to reduction usually occurs up to 52% by volume, disproportionation proceeds while leaving a structure similar to intergrowth and body crystals. It can be easily analogized.
  • Phase separation by the disproportionation reaction during the temperature lowering process occurs mainly in the ⁇ - (Fe, Ni) phase, and nanoparticles and nanostructures are precipitated, so that finally the nanoscale is extremely fine as a whole. It is considered that a disproportionated structure is formed.
  • the reduction rate it is known that the Ni-ferrite phase and the oxide phase containing Ni such as the wustite phase tend to be faster as the Ni content is higher.
  • step (3) Slow oxidation step (also referred to as “step (3)” in the present application) Since the magnetic material of the present invention after the reduction step contains nano metal particles, there is a possibility of spontaneous ignition and combustion when taken out into the atmosphere as it is. Therefore, although it is not an essential step, it is preferable to carry out a gradual oxidation treatment immediately after completion of the reduction reaction, if necessary.
  • the gradual oxidation is to suppress rapid oxidation by oxidizing the surface of nanometal particles after reduction to passivate them (providing a surface oxide layer such as wustite or Ni-ferrite).
  • the gradual oxidation process is actively used to improve the oxidation resistance while forming an oxide film on the surface of each powder. It is also effective to improve the electrical resistivity and further stabilize the coercive force.
  • the magnetic material powder of the present invention having a large Ni content, a sufficiently low reduction temperature and time, and having grown grains, it does not go through this gradual oxidation step and is stable even if released into the atmosphere.
  • a dynamic membrane may be formed, and in this case, a special slow oxidation step is not required. In this case, opening to the atmosphere itself can be regarded as a slow oxidation process.
  • ferromagnetic coupling may be broken by the oxidized layer or passivated film layer. Is preferred. Otherwise, it is preferable to perform the next molding step without passing through the gradual oxidation step as described above, and it is desirable to continue the reduction step and the molding step by deoxygenation or a low oxygen process.
  • the magnetic material of the present invention is a magnetic material in which the first phase and the second phase are continuously bonded directly or via a metal phase or an inorganic phase to form a lump as a whole (that is, It is used as a solid magnetic material.
  • the magnetic material powder of the present invention is used for various applications by solidifying itself or molding it by adding a metal binder, other magnetic material, resin or the like.
  • the first phase and the second phase are already continuously or directly through the metal phase or the inorganic phase. In this case, it functions as a solid magnetic material without going through the main forming step.
  • a method of solidifying only the magnetic material of the present invention it is put into a mold and compacted in a cold state and used as it is, or subsequently formed by performing cold rolling, forging, shock wave compression molding or the like.
  • sintering is performed while being heat-treated at a temperature of 50 ° C. or higher.
  • a method of sintering by performing heat treatment as it is without applying pressure is referred to as a normal pressure sintering method.
  • the heat treatment atmosphere is preferably a non-oxidizing atmosphere, and the heat treatment may be performed in an inert gas such as a rare gas such as argon or helium or nitrogen gas, or in a reducing gas containing hydrogen gas.
  • a temperature of 50 to 1425 ° C. is preferred for pressure forming, and a temperature of 400 ° C. to 1425 ° C. is preferred for normal pressure sintering, in addition to room temperature forming performed at less than 50 ° C. If the temperature exceeds 1300 ° C., the material may be dissolved, and the composition range must be carefully selected. Therefore, a particularly preferable temperature range in molding is 50 ° C. or higher and 1300 ° C. or lower.
  • This heat treatment can be performed at the same time as compacting, and can also be performed by a hot pressing method, a HIP (hot isostatic pressing) method, a pressure sintering method such as an electric current sintering method, an SPS (discharge plasma sintering) method, It is possible to mold the magnetic material of the present invention.
  • the applied pressure in the heating and sintering process is within a range of 0.0001 GPa to 10 GPa. If it is less than 0.0001 GPa, the effect of pressurization is poor, and there is no change in atmospheric pressure sintering and electromagnetic characteristics. If the pressure exceeds 10 GPa, the pressurizing effect is saturated, so that productivity is only lowered even if the pressure is increased.
  • a large pressurization imparts induced magnetic anisotropy to the magnetic material, and the magnetic permeability and coercive force may deviate from the range to be controlled. Therefore, a preferable range of the applied pressure is 0.001 GPa to 2 GPa, and more preferably 0.01 GPa to 1 GPa.
  • the ultra-high pressure HP method in which the green compact is charged into a capsule that is plastically deformed and heat-pressed by heat treatment while applying a large pressure from the uniaxial to triaxial directions is unnecessary and excessive. It is possible to prevent oxygen contamination.
  • hot pressing which uses a uniaxial compressor and pressurizes and heats in cemented carbide and carbon molds, materials with a pressure of 2 GPa or more that are difficult even with tungsten carbide cemented molds can be used without problems such as damage to the mold.
  • the capsule is plastically deformed by pressure and the inside is sealed, molding can be performed without touching the atmosphere.
  • coarse pulverization, fine pulverization, or classification can be performed using a known method.
  • Coarse pulverization is a step performed before molding when the reduced powder is a lump of several mm or more, or a step performed when powdering again after molding.
  • adjusting the particle size using a sieve, a vibration or sonic classifier, a cyclone, etc. is also effective for adjusting the density and formability during molding.
  • annealing in an inert gas or hydrogen can remove structural defects and distortion, and is effective in some cases.
  • Fine pulverization is carried out when it is necessary to pulverize the reduced magnetic material powder or the molded magnetic material to submicron to several tens of ⁇ m.
  • dry and wet fine pulverizers such as rotating ball mill, vibration ball mill, planetary ball mill, wet mill, jet mill, cutter mill, pin mill, automatic mortar and their A combination or the like is used.
  • nickel ferrite nanopowder is produced by the step (1), and subsequently reduced by the step (2), and then the step (3) ⁇ (4 ) Or only the step (4).
  • nickel ferrite nanopowder is prepared by the wet method exemplified in the step (1), and then reduced by the method containing hydrogen gas shown in the step (2).
  • the present solid magnetic material can be molded to a thickness of 0.5 mm or more, and can be processed into an arbitrary shape by cutting and / or plastic processing.
  • Step (1) ⁇ Step (2), Step (1) ⁇ Step (2) ⁇ Step (3), Step (1) ⁇ Step (2) ⁇ Step (5) described later
  • Step (1) ⁇ Step (2) ⁇ Step (3) ⁇ Magnetic material powder obtained in step (5) described later, or magnetic material powder obtained in the above step (4)
  • the magnetic material powder obtained by pulverizing the magnetic material formed in the above step, the magnetic material powder obtained by annealing the magnetic material powder obtained in the above step in the step (5) described later, and the magnetic sheet for high frequency When it is applied to a composite material such as a resin, compression molding is performed after mixing with a thermosetting resin or a thermoplastic resin, injection molding is performed after kneading with a thermoplastic resin, and extrusion molding, rolls are further performed. Molding is performed by molding or calendar molding.
  • a batch type sheet by roll molding, roll molding or the like of thickness 5 ⁇ m to 10 mm, width 5 mm to 5 m, and length 0.005 mm to 1 m.
  • Examples include various roll-shaped sheets formed by calendar molding, and cutting or molded sheets having various sizes including A4 plate.
  • the magnetic material of the present invention typically has a first phase and a second phase, and one or both of the crystal grain sizes are in the nano region.
  • annealing may be preferable to perform annealing for various purposes such as crystal distortion and defects generated in each step and stabilization of the non-oxidized active phase, as long as the object of the present invention is not impaired.
  • the purpose of the present invention is not to impede that annealing causes, for example, inappropriate grain growth, and the nanocrystals become coarse or near the crystal boundary, which is necessary for appropriately adjusting the magnetic permeability. By eliminating the magnetic anisotropy, it means that the coercive force is not increased, and the realization of the low magnetic permeability of the present invention is not hindered.
  • annealing in which a fine particle component of about several nanometers is heat-treated, may be performed for the purpose of removing the heat. In this case, it is preferable to anneal at about 50 ° C. to 500 ° C. in the air, in an inert gas or in a vacuum.
  • the coercive force of the soft magnetic material of the present invention can be reduced by removing distortions and defects of crystal lattices and microcrystals caused by volume reduction due to grain growth and reduction.
  • a pulverization step is sandwiched after this step or after this step. Later, when annealed under appropriate conditions, the electromagnetic properties may be improved.
  • annealing may be useful for removing distortions and defects near the surface, interface, and boundary caused by surface oxidation.
  • Annealing after the molding step (4) is the most effective, and removes crystal lattices, microstructure distortion, and defects caused by subsequent cutting and / or plastic processing such as preforming, compression molding and hot pressing. Therefore, an annealing process may be actively performed after this process. In this step, it can be expected that the accumulated strains and defects are alleviated at a stretch in the previous step. Furthermore, after the above-described cutting and / or plastic working, the steps (1) to (4), the steps (2) to (4), the steps (3) and (4), and the step (4) It is also possible to perform annealing by summing up the strains in the above or the integrated strains.
  • any of vacuum, reduced pressure, normal pressure, and pressurization of 200 MPa or less is possible, and as a gas type, an inert gas typified by a rare gas such as argon, nitrogen gas, A reducing gas such as hydrogen gas, or an atmosphere containing an oxygen source such as in the air can be used.
  • the annealing temperature is normal temperature or higher and 1350 ° C. or lower, and in some cases, treatment at a low temperature between liquid nitrogen temperature and normal temperature is also possible.
  • an apparatus for the annealing process an apparatus used in a reduction process or a molding process can be used, and a known apparatus can be used in combination.
  • the coercive force was corrected by using a paramagnetic Pd and / or Gd 2 O 3 standard sample for a magnetic field shift in a low magnetic field region.
  • the coercive force was also measured by the VSM method using a Helmholtz type coil, and the validity of the measured value was confirmed. In this measurement, if a smooth step or inflection point is not seen on the magnetic curve up to zero magnetic field after magnetizing to 7.2 MA / m, the “inflection point on the 1/4 major loop” is “ It was judged as “No”. Incidentally, in all of the examples shown below, it was confirmed that the “inflection point on the 1 ⁇ 4 major loop” was “no”, and it was found that ferromagnetic coupling was observed.
  • the direction of the measurement magnetic field is the axial direction in the case of magnetic powder, and the radial direction in the case of a disk-shaped molded body.
  • the magnetic properties of the cuboid shaped compact were measured using a DC magnetometer (DC BH loop tracer) equipped with a micro single plate measuring jig made of a solid magnetic material having a sample size of 15 mm ⁇ 5 mm ⁇ 1 mm.
  • the magnetization in the external magnetic field 150 Oe was defined as saturation magnetization, and the value was expressed in units of T (Tesla).
  • (IV) Fe content, Ni content, oxygen content, ⁇ - (Fe, Ni) phase volume fraction The Fe and Ni contents in powder and bulk magnetic materials were quantified by fluorescent X-ray analysis. The Fe and Ni contents of the first phase and the second phase in the magnetic material were quantified by EDX attached thereto based on an image observed by FE-SEM. Further, the volume fraction of the ⁇ - (Fe, Ni) phase was quantified by image analysis in combination with the result of the XRD method and the above method using the FE-SEM. In order to distinguish whether the observed phase is an ⁇ - (Fe, Ni) phase or an oxide phase, an oxygen characteristic X-ray plane distribution map using SEM-EDX was mainly used.
  • ⁇ - (Fe, Ni) phase volume fraction value was also confirmed from the saturation magnetization value measured in (I).
  • the amount of oxygen in the magnetic material after the reduction process was also confirmed by the decrease in weight after reduction.
  • image analysis by SEM-EDX was used for identification of each phase.
  • the amount of K was quantified by fluorescent X-ray analysis.
  • V Average powder particle diameter Magnetic powder was observed with a scanning electron microscope (SEM) or a transmission electron microscope (TEM) to determine the powder particle diameter. A part that sufficiently represents the whole was selected, and the number of n was determined to be 100 or more with one significant digit.
  • SEM scanning electron microscope
  • TEM transmission electron microscope
  • the volume equivalent diameter distribution was measured, and the median diameter ( ⁇ m) obtained from the distribution curve was evaluated. However, only when the obtained median diameter was 500 nm or more and less than 1 mm, the value was adopted, and it was confirmed that the powder particle diameter roughly estimated by a method using a microscope coincided with one significant digit.
  • Example 1 and Comparative Example 1 An aqueous solution of NiCl 2 ⁇ 6H 2 O (nickel (II) chloride hexahydrate) and FeCl 2 ⁇ 4H 2 O (iron (II) chloride tetrahydrate) was separately prepared and mixed to obtain 50.3 mM. The mixed aqueous solution of NiCl 2 and FeCl 2 prepared in the above was put into a reactor to obtain a reaction field solution (the composition of nickel and element M contained in the mixed aqueous solution is called the charged composition. 4 atomic%).
  • the solid component is precipitated by centrifugation, dispersed again in purified water, and centrifuged repeatedly, so that the pH of the supernatant solution is 8.34, and finally the precipitate is dispersed in ethanol, followed by centrifugation. went.
  • Ni- ferrite nanopowder having a (Fe 0.96 Ni 0.04) 3 O 4 composition of 20 nm.
  • a cubic Ni-ferrite phase was the main phase and a rhombohedral Ni-hematite phase was slightly contained as an impurity phase.
  • the SEM image of the nanopowder is shown in FIG. In this photograph, the powder in a spherical shape is Ni-ferrite nanopowder, and the plate-like powder having a thickness of several nm is the impurity phase. Therefore, this powder did not contain an ⁇ - (Fe, Ni) phase. This was used as the powder of Comparative Example 1, and its magnetic properties are shown in Table 1.
  • This Ni-ferrite nanopowder was charged into an alumina crucible, heated in a hydrogen stream to 300 ° C. at a rate of 10 ° C./min, from 300 ° C. to 1100 ° C. at a rate of 12 ° C./min, Reduction treatment was performed at 1100 ° C. for 1 hour. Thereafter, the temperature was lowered to 400 ° C. at 110 ° C./min, and the mixture was allowed to cool from 400 ° C. to room temperature over 40 minutes. Subsequently, a slow oxidation treatment was performed at 20 ° C.
  • Example 1 a magnetic material powder having a content ratio of nickel and iron of Fe 96.2 Ni 3.8 composition was obtained. Obtained.
  • the O content with respect to the entire magnetic material was 0.1 atomic% or less, and the K content was also 0 atomic%.
  • the average particle size of the Fe—Ni magnetic material powder was 30 ⁇ m. This magnetic material was analyzed by the following method, and this magnetic material was taken as Example 1.
  • an ⁇ - (Fe, Ni) phase which is a bcc phase is a main component.
  • the presence of an ⁇ - (Fe, Ni) phase having a higher Ni content than this phase was also confirmed.
  • the ⁇ - (Fe, Ni) phase which is the bcc phase and has a low Ni content corresponds to the first phase
  • the ⁇ - (Fe, Ni) phase which is the bcc phase and has a high Ni content It was confirmed that it corresponds.
  • the volume fraction of the entire bcc phase including these second phases was estimated to be 99% by volume or more.
  • the magnetic material powder was also observed by the FE-SEM / EDX method suitable for knowing the local Ni content of the magnetic material and the presence and degree of disproportionation.
  • the Ni content in each phase of the magnetic material (the numerical value in the figure is the Ni content in each phase, the atomic ratio of Ni to the total of Ni and Fe in each phase) The value was expressed as a percentage) and was found to be highly disproportionately distributed between 2.0 and 3.6 atomic%.
  • an infinite number of curved crystal boundaries curved at intervals of the order of 10 nm were observed even in a region considered as one ⁇ - (Fe, Ni) phase.
  • a phase that can be distinguished by the Ni content for example, Ni content relative to an ⁇ - (Fe, Ni) phase having a Ni content of 2.0 atomic%. the amount is equal to or less than 10 5 times or more and 1.1 times than its phase, 2 atomic% or more and 100 atomic percent 3.1 atomic% of ⁇ - (Fe, Ni) phase may be present, i.e., alpha It was also clarified from this result that there was a phase corresponding to the second phase in addition to the first phase with respect to the-(Fe, Ni) phase.
  • the Ni, Fe, O, and K component contents in the powder (magnetic material) are about 3.8 atomic% (3.7 atomic% or more and 3.8 atomic%) with respect to the entire magnetic material.
  • Fe content was 96.2 atomic%
  • O content was 0 atomic% to 0.1 atomic%
  • K content was 0 atomic%.
  • the average powder particle size of the magnetic material powder was 50 ⁇ m.
  • the average crystal grain size of the entire magnetic material was 90 nm.
  • the crystal grain sizes of the first phase and the second phase were 100 nm and 70 nm, respectively.
  • the saturation magnetization of this magnetic material was 212.2 emu / g, the coercive force was 227.3 A / m, and there was no inflection point on the quarter major loop.
  • Example 1 since the magnetic material of Example 1 has a coercive force of 800 A / m or less, it was confirmed to be a soft magnetic material.
  • Table 1 shows the measurement results of the phase, crystallite size, and magnetic properties of the above Example.
  • Ferrite nanopowders were produced in the same manner as in Example 1 except that the Ni component (nickel chloride aqueous solution) was not added.
  • the ferrite nanopowder was prepared in Example 1 except that the reduction conditions were 425 ° C. for 1 hour (Comparative Example 2), the same temperature for 4 hours (Comparative Example 3), and 450 ° C. for 1 hour (Comparative Example 4).
  • Fe metal powder was prepared in the same manner as above.
  • Example 2 The Ni composition was changed to 1 atomic% (Example 2), 3 atomic% (Example 3), 6 atomic% (Example 4), 8 atomic% (Example 5), and 12 atomic% (Example 6).
  • a ferrite nanopowder was produced in the same manner as in Example 1 except that.
  • the content of each component of Ni, Fe, O, and K in the powder of Example 2 is 0.8 atomic% or more and 0.9 atomic% or less with respect to the entire magnetic material, and the Fe content is 99.1 atomic%, O atom content was 0 atomic% or more and 0.1 atomic% or less.
  • the K atom content was 0 atomic%.
  • the average powder particle size of the magnetic material powder was 30 ⁇ m.
  • Example 2 The material of Example 2 was also observed by the FE-SEM / EDX method suitable for knowing the local Ni content of the magnetic material and the presence and degree of disproportionation.
  • the Ni content in each phase of the magnetic material (the numerical value in the figure is the Ni content in each phase, and the atomic ratio of Ni to the total of Ni and Fe in each phase). The value is expressed as a percentage) and was found to be highly disproportionately distributed between 0.12 atomic% and 1.24 atomic%.
  • an infinite number of curved crystal boundaries curved at intervals of the order of 10 nm were observed even in a region considered as one ⁇ - (Fe, Ni) phase.
  • ⁇ - (Fe, Ni) phase region a phase that can be distinguished by the Ni content, for example, Ni content relative to the ⁇ - (Fe, Ni) phase having a Ni content of 0.12 atomic%. the amount is also present 1.24 atomic% of ⁇ - (Fe, Ni) phase is 10 5 times or less than 1.1 times than its phase, i.e., ⁇ - (Fe, Ni) with respect to phase, This result also revealed that there was a phase corresponding to the second phase in addition to the first phase.
  • the average crystal grain size of the entire magnetic material was 90 nm.
  • the crystal grain sizes of the first phase and the second phase were 100 nm and 70 nm, respectively.
  • Example 7 MnCl 2 ⁇ 4H 2 O (manganese (II) chloride tetrahydrate), NiCl 2 ⁇ 6H 2 O (nickel (II) chloride hexahydrate) and FeCl 2 ⁇ 4H 2 O (iron (II) chloride tetrahydrate)
  • a mixed aqueous solution of MnCl 2 , NiCl 2 and FeCl 2 prepared to 50.3 mM by mixing them separately is put into a reactor and a reaction field solution (charged nickel composition 4 atomic%, charged manganese) The composition was 0.1 atomic%.
  • a 660 mM aqueous potassium hydroxide solution (pH adjusting solution) is dropped, and the pH of the system is gradually increased from the acidic side to the alkaline side in the range of 4.54 to 12.87.
  • the pH of the mixture was adjusted by adding 168 mM FeCl 2 and NiCl 2 aqueous solution (reaction solution: charged nickel composition: 4 atomic%; charged manganese composition: 0.1 atomic%) dropwise to react for 15 minutes. The dropping of the liquid and the reaction liquid was stopped, and the stirring operation was further continued for 15 minutes.
  • Example 8 Ferrite nanopowders were produced in the same manner as in Example 7, except that the charged manganese composition was changed to 0.2 atomic% (Example 8) and 0.3 atomic% (Example 9). This ferrite nanopowder was processed in the same manner as in Example 1 to produce a magnetic material powder. The measurement results of the phase, crystallite size and magnetic properties of these magnetic powders are shown in Table 2.
  • Example 10 to 24 Ferrite nanopowders were produced in the same manner as in Example 7 except that the charged nickel composition and the charged manganese composition were set to the values shown in Table 1. These ferrite nanopowders were processed in the same manner as in Example 1 to produce magnetic material powders. The measurement results of the phase, crystallite size and magnetic properties of these magnetic powders, including the measurement results of Examples 7 to 9, are shown in Table 2 (Examples 7 to 15) and Table 3 (Examples 16 to 24). Indicated. FIG. 5 summarizes the measurement results of saturation magnetization and coercive force of Examples 1 to 24 with respect to the charged nickel composition. As shown in Table 1-3, the magnetic materials of Examples 1 to 24 were confirmed to be soft magnetic materials because the coercive force was 800 A / m or less.
  • Example 7 The material of Example 7 was also observed by the FE-SEM / EDX method suitable for knowing the local Ni content of the magnetic material and the presence and degree of disproportionation.
  • the average crystal grain size of the entire magnetic material was 80 nm.
  • the crystal grain sizes of the first phase and the second phase were 50 nm and 60 nm, respectively.
  • Examples 25 to 30 The ferrite powders of Examples 7 to 12 were processed in the same manner as in Example 1 except that the heat treatment conditions were changed to 900 ° C. for 1 hour to produce magnetic material powders. Table 4 shows the phases, magnetic characteristics, and the like of these samples. As shown in Table 4, since the magnetic materials of Examples 25 to 30 had a coercive force of 800 A / m or less, it was confirmed that they were soft magnetic materials.
  • Example 31 A magnetic material of the present invention was produced in the same manner as in Example 1 except that the reduction temperature was 450 ° C. As a result of evaluating the obtained magnetic material by an X-ray diffraction method or the like, it was confirmed that an ⁇ - (Fe, Ni) phase which is a bcc phase was present. In addition, a (Ni, Fe) O wustite phase having a higher Ni content than this phase was observed, and the presence of a Ni-ferrite phase was slightly confirmed. Thus, it was confirmed that the ⁇ - (Fe, Ni) phase of the bcc phase corresponds to the first phase, and the wustite and Ni-ferrite phases correspond to the second phase.
  • the volume fraction of the entire bcc phase was estimated to be about 61% by volume.
  • the Ni, Fe, O, and K component contents in this powder are as follows: Ni content is 3.6 atomic%, Fe content is 56.4 atomic%, and O content with respect to the magnetic material is About 38.8 atomic% and the K atom content were 1.2 atomic%.
  • the average powder particle size of the magnetic material powder was 200 nm.
  • Example 32 A magnetic material of the present invention was produced in the same manner as in Example 1 except that the reduction temperature was 450 ° C. and the reduction time was 2 hours. As a result of evaluating the obtained magnetic material by an X-ray diffraction method or the like, it was confirmed that an ⁇ - (Fe, Ni) phase which is a bcc phase was present. In addition, the presence of a (Ni, Fe) O wustite phase having a higher Ni content than this phase was also confirmed. Thus, it was confirmed that the ⁇ - (Fe, Ni) phase of the bcc phase corresponds to the first phase and the wustite phase corresponds to the second phase. The volume fraction of the entire bcc phase was estimated to be 79% by volume.
  • Example 33 A magnetic material of the present invention was produced in the same manner as in Example 1 except that the reduction temperature was 450 ° C. and the reduction time was 0.5 hours. As a result of evaluating the obtained magnetic material by an X-ray diffraction method or the like, it was confirmed that an ⁇ - (Fe, Ni) phase which is a bcc phase was present. The presence of (Ni, Fe) O wustite phase and Ni-ferrite phase having higher Ni content than this phase was also confirmed. Accordingly, it was confirmed that the ⁇ - (Fe, Ni) phase of the bcc phase corresponds to the first phase, and the wustite and Ni-ferrite phases correspond to the second phase. The volume fraction of the entire bcc phase was estimated to be 9% by volume.
  • Example 34 A magnetic material of the present invention was produced in the same manner as in Example 1 except that the reduction temperature was 600 ° C. As a result of evaluating the obtained magnetic material by an X-ray diffraction method or the like, it was confirmed that an ⁇ - (Fe, Ni) phase which is a bcc phase was present. An ⁇ - (Fe, Ni) phase having a higher Ni content than this phase was also observed. The ⁇ - (Fe, Ni) phase of the bcc phase having a low Ni content corresponds to the first phase, and the ⁇ - (Fe, Ni) phase of the bcc phase having a high Ni content corresponds to the second phase. It was confirmed.
  • the volume fraction of the entire bcc phase was estimated to be about 90% by volume.
  • the average crystal grain size of the entire magnetic material was 200 nm.
  • the crystal grain sizes of the first phase and the second phase were 200 nm and 200 nm, respectively.
  • Example 35 The magnetic material powder of Example 9 was charged in a tungsten carbide carbide mold of 3 mm ⁇ , and was subjected to current sintering under vacuum at 150 ° C. and 1.4 GPa to obtain a disk-shaped molded product of 3 mm ⁇ ⁇ 1 mm. . Next, this electric current sintered body was annealed in hydrogen at 1000 ° C. for 1 hour to produce a disk-shaped solid magnetic material. The temperature increase rate and the high temperature rate are the same as those in Example 1.
  • the coercive force of this solid magnetic material is 116.7 A / m, which is the soft magnetic material of the present invention.
  • the coercive force is 143.9 A as described in Example 9 above. / M.
  • the coercive force is reduced because the powder is solidified by being connected by ferromagnetic coupling by sintering.
  • the electrical resistivity of this solid magnetic material is about 15 ⁇ cm, which is about two orders of magnitude higher than 0.1 ⁇ m of pure iron and 0.5 ⁇ m of electromagnetic steel sheets.
  • the average crystal grain sizes of the first phase and the second phase were both 500 nm. Moreover, as a result of observing the vicinity of the above-mentioned crystal boundary at a magnification of 750,000 times, it was confirmed that no heterogeneous phase was present near the crystal boundary. Further, the volume fraction of the entire bcc phase was estimated to be about 50% by volume.
  • This powder has an Ni content of about 14.8 atomic%, an Fe content of 84.3 atomic%, and an O content of 0.8 atomic% with respect to the entire magnetic material including Ni, Fe, O, and K. , K was 0.1 atomic%.
  • the average powder particle size of the magnetic material powder was 750 nm.
  • the saturation magnetization of this magnetic material was 187.7 emu / g, the coercive force was 4786 A / m, and there was no inflection point on the quarter major loop. Therefore, it was confirmed that the magnetic material of Example 36 is a semi-hard magnetic material because the coercive force is in the range of more than 800 A / m and not more than 40 kA / m.
  • Example 37 In the same manner as in Comparative Example 1, (Fe 0.959 Ni 0.040 Mn 0.001 ) 3 O 4 ferrite nanopowder was produced. Thereto, silica powder were mixed, by performing the same reduction reaction as in Example 1, the powder particle size 0.5 ⁇ m Fe 93.2 Ni 3.9 Si 2.8 Mn 0.1 magnetic material powder Got. This magnetic material powder was evaluated in the same manner as in Example 1 by the FE-SEM / EDX method suitable for knowing the local Ni content of the magnetic material and the presence and degree of disproportionation.
  • the ⁇ - (Fe, Ni) phase which is the first phase, can be distinguished from the Ni content, that is, the total of Fe and Ni contained in the first phase.
  • Te in Ni content of 10 5 times or less 1.1 times or more also, alpha-having Ni content of 100 atomic% or less 2 atomic% or more (Fe, Ni) phase (the "2 atomic% or more 100 atomic%
  • Ni content means that the Ni content (atomic percentage) in the ⁇ - (Fe, Ni) phase that can be distinguished from the first phase is also present, that is, ⁇ - (Fe , Ni) phase, it was revealed that there is a phase corresponding to the second phase in addition to the first phase.
  • the saturation magnetization of this magnetic material was 229.9 emu / g, and it was found that the magnetic material had a huge saturation magnetization exceeding the mass magnetization (218 emu / g) of bcc-Fe.
  • the coercive force was 180.6 A / m, and there was no inflection point on the quarter major loop. Therefore, since the magnetic material of Example 37 has a coercive force of 800 A / m or less, it was confirmed to be the soft magnetic material of the present invention.
  • Example 38 The magnetic material powder of Example 37 was charged into a tungsten carbide carbide mold of 15 mm ⁇ 5 mm, and cold compression molding was performed at room temperature and 1 GPa in the atmosphere, and a 15 mm ⁇ 5 mm ⁇ 1 mm rectangular shaped compact Got. Next, this cuboid cold compression molded body was heated to 300 ° C. at 10 ° C./min in an argon stream, held at 300 ° C. for 15 minutes, and then heated from 300 ° C. to 900 ° C. at 10 ° C./min. After that, the temperature was immediately lowered to 400 ° C. at 75 ° C./min, and the mixture was allowed to cool from 400 ° C. to room temperature over 40 minutes.
  • the ⁇ - (Fe, Ni) phase having a Ni content of 1.1 to 10 5 times, and 2 to 100 atom% (this “2 to 100 atom%
  • the “Ni content” is the Ni content (atomic percentage) in the ⁇ - (Fe, Ni) phase that can be distinguished from the first phase), that is, ⁇ - (Fe, Ni ) Regarding the phase, it was revealed that there is a phase corresponding to the second phase in addition to the first phase.
  • the density of this solid magnetic material was 5.95 g / cm 3 .
  • the saturation magnetization and coercive force obtained by the DC magnetization measuring apparatus were 0.681 T and 372.3 A / m, and there was no inflection point on the 1/4 major loop.
  • the electrical resistivity of the solid magnetic material was 6.9 ⁇ m.
  • the solid magnetic material of the present invention has a higher electrical resistivity than its characteristic of 1.5 ⁇ m, and moreover, compared with existing materials such as 0.1 ⁇ m of pure iron and 0.5 ⁇ m of electromagnetic steel sheet, It was found to have an electrical resistivity that is one digit higher.
  • the electrical resistivity of the present magnetic powder is 1.5 ⁇ m higher than that of an existing general metallic magnetic material. Since it can be inferred that it has the above, it has been found that the present magnetic powder can solve problems such as eddy current loss.
  • the first phase and the second phase in the magnetic powders of Examples 1 to 38 are described.
  • the phases are not derived from the main raw material phase and the auxiliary raw material phase of the raw material ferrite powder, respectively, but the homogeneous raw material ferrite phase is phase-separated by causing a disproportionation reaction by a reduction reaction. all right.
  • the conventional magnetic material has contradictory characteristics, high saturation magnetization, and high electrical resistivity, which can solve the problem of eddy current loss, and requires complicated processes such as a lamination process.
  • it can be used as a magnetic material having excellent electromagnetic characteristics, which has the advantages of both metal-based magnetic materials and oxide-based magnetic materials, and as a magnetic material having stable magnetic characteristics even in air.
  • the present invention is mainly used for power equipment, transformers and information communication equipment, and includes various transformers, heads, inductors, reactors, cores (magnetic cores), yokes, magnet switches, choke coils, noise filters, ballasts, and other various actuators.
  • Motors for rotating machines such as voice coil motors, induction motors, reactance motors and linear motors, especially motors for driving automobiles exceeding 400 rpm and generators, machine tools, various generators, various pumps, etc. It can be used as a soft magnetic material used for rotors, stators, etc., such as motors for household electrical products such as motors, air conditioners, refrigerators, and vacuum cleaners.
  • sensors such as antennas, microwave elements, magnetostrictive elements, magnetoacoustic elements, Hall elements, magnetic sensors, current sensors, rotation sensors, electronic compass, and other magnetic fields.
  • relays such as monostable and bistable electromagnetic relays, torque limiters, relay switches, switches such as solenoid valves, rotating machines such as hysteresis motors, steric couplings that have functions such as brakes, magnetic field and rotational speed It can be used as a semi-hard magnetic material used in magnetic recording media and elements such as sensors, magnetic tags and biases such as spin valve elements, tape recorders, VTRs, and hard disks.
  • electromagnetic noise absorbing materials electromagnetic materials such as electromagnetic absorbing materials and magnetic shielding materials, magnetic materials that suppress interference caused by unnecessary electromagnetic interference, inductor element materials such as noise removing inductors, RFID (Radio Frequency Identification) It can be used as a high-frequency soft magnetic or semi-hard magnetic material such as a tag material or a noise filter material.

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Abstract

フェライト系磁性材料よりも高い飽和磁化を有し、既存の金属系磁性材料よりも電気抵抗率が高いために渦電流損失などの問題点を解決する、磁気安定性の高い新しい磁性材料とその製造方法を提供する。 湿式合成で得たNi-フェライトナノ粒子を水素中で還元して、粒成長させると同時に、不均化反応による相分離現象を利用してα-(Fe,Ni)相とNi富化相をナノ分散させた磁性材料粉体とする。さらに、この粉体を焼結して固形磁性材料とする。

Description

磁性材料とその製造法
 本発明は、磁性材料、特に軟磁性を示す磁性材料とその製造方法に関する。
 地球温暖化や資源枯渇など地球環境問題が深刻化し、各種電子や電気機器の省エネルギー、省資源に対する社会的要請が日増しに高まっている。中でも、モータを初めとする駆動部や変圧器のトランスなどで使用される軟磁性材料のさらなる高性能化が求められている。また、各種情報通信機器の小型多機能化、演算処理速度の高速化、記録容量の高密度化、さらにインフラなどの環境衛生保全や複雑化の一途をたどる物流システムや多様化するセキュリティ強化に関する諸問題を解決するため、各種素子やセンサーやシステムに利用される各種軟磁性材料や半硬磁性材料の電磁気特性、信頼性、そして感度向上が求められている。
 電気自動車、燃料電池自動車、ハイブリット自動車などの高回転(以下、400rpmを超える回転数を言う)で駆動する大型モータを搭載した次世代自動車の需要は、これら環境やエネルギー問題に対する時代の要請に答えていくために、今後もさらに期待される。中でも、モータに使用されるステータ向けの軟磁性材料の高性能化、低コスト化は大きな重要課題の一つである。
 これらの用途に用いられる既存の軟磁性材料は、金属系磁性材料と酸化物系磁性材料の2種類に大別される。
 前者の金属系磁性材料には、電磁鋼の代表格であるSi含有の結晶性材料である珪素鋼(Fe-Si)、さらにAlを含有させた金属間化合物であるセンダスト(Fe-Al-Si)、C含有量0.3質量%以下の低炭素量で低不純物量の純鉄である電磁軟鉄(Fe)、Fe-Niを主成分とするパーマロイ、メトグラス(Fe-Si-B)を初めとするアモルファス合金、さらにそのアモルファス合金に適切な熱処理を加えて微結晶を析出させたナノ結晶-アモルファスの相分離型であるファインメットなどのナノ結晶軟磁性材料群(その代表的組成としてはFe-Cu-Nb-Si-B、Fe-Si-B-P-Cuなど)がある。ここで言う「ナノ」とは、1nm以上1μm未満の大きさのことである。ナノ結晶軟磁性材料以外の磁性材料では、できるだけ均一な組成として磁壁の移動を容易にすることが、保磁力の低減及び鉄損の低下には重要になる。なお、ナノ結晶軟磁性材料は、結晶相と非結晶相、Cu富化相などを含む不均一な系となっており、磁化反転は主に磁化回転によるものと考えられる。
 後者の酸化物系磁性材料の例としては、Mn-ZnフェライトやNi-Znフェライトなどのフェライト系磁性材料が挙げられる。
 珪素鋼は、高性能軟磁性材料用途において、現在までに最も普及している軟磁性材料であり、飽和磁化は1.6~2.0T、保磁力は3~130A/mの高磁化低保磁力の磁性材料である。この材料は、FeにSiを4質量%程度まで添加したもので、Feに備わる大きな磁化をあまり損なわないで、結晶磁気異方性と飽和磁歪定数を低下させ、保磁力を低減させたものである。この材料を高性能化するためには、適切に組成管理された材料を熱間や冷間の圧延と焼鈍を適宜組み合わせることにより、結晶粒径を大きくしながら、磁壁の移動を妨げる異物を除去することが必要である。結晶粒の配向方向がランダムである無配向性鋼板のほか、保磁力をさらに低下させる材料として、容易磁化方向であるFe-Siの(100)方向が圧延方向に高度に配向した方向性鋼板も広く使用されている。
 この材料は、圧延材であるため概ね0.5mm未満の厚みであり、また均質な金属材料であるため概ね0.5μΩmと電気抵抗率が低く、通常、それぞれの珪素鋼板表面を絶縁膜で覆い、型で打ち抜いて、積層や溶接により、次世代自動車向けなどの高回転用途で生じる渦電流損失を抑えながら、厚みを持たせて大型機器に応用されている。従って、打ち抜きや積層にかかる工程費や磁気特性劣化が大きな問題点となっている。
 Fe-Cu-Nb-Si-Bを初めとするナノ結晶軟磁性体は、一旦急冷することでアモルファスとなった合金を結晶化温度よりも高温で熱処理をすることにより、10nm程度の結晶粒をアモルファス中に析出させて、アモルファスの粒界相を有したランダムな配向をしたナノ結晶型の組織を持つ軟磁性材料である。この材料の保磁力は、0.6~6A/mと極めて低く、飽和磁化が1.2~1.7Tとアモルファス材料より高いため、現在市場が広がっている。この材料は1988年に開発された比較的新しい材料であり、その磁気特性発現の原理は、結晶粒径を強磁性交換長(交換結合長ともいう)より小さくすることと、ランダム配向した主相の強磁性相がアモルファス界面相を通じて強磁性結合をすることにより、結晶磁気異方性の平均化がなされて低保磁力となるものである。この機構をランダム磁気異方性モデル、或いはランダム異方性モデルという(例えば、非特許文献1を参照)。
 しかしこの材料もアモルファス同様、液体超急冷法により製造されるので、薄帯として製造され、その製品厚みは、0.02~0.025mm程度であって、アモルファス材料同様な、工程、加工性、渦電流損失、コスト上の問題を抱えている。更に、電気抵抗率も1.2μΩmと小さく、他の圧延材や薄帯同様の渦電流損失の問題点が指摘されている。
 これを打破するために、SPS(放電プラズマ焼結)法を用いて、上記薄帯状のナノ結晶軟磁性材料を粉砕し、バルク成形材料を作製した試みが成されているが(例えば、非特許文献2を参照)、保磁力が300A/m、飽和磁化が1Tと0.02mm薄帯に比べて磁気特性が大きく劣化している。現在のところ、0.5mmより厚い製品の作製には、積層する方法以外に良い方法がない。
 既存の軟磁性材料において、高回転用途で、最も渦電流損の問題がないのがフェライト系酸化物材料である。この材料の電気抵抗率は、10~1012μΩmであり、また、焼結により容易に0.5mm以上にバルク化でき、渦電流損のない成形体にできるので、高回転や高周波用途にふさわしい材料である。また、酸化物なので錆びることもなく、磁気特性の安定性にも優れる。但し、この材料の保磁力は2~160A/mと比較的高く、特に飽和磁化が0.3~0.5Tと小さいために、例えば次世代自動車用高性能高回転モータ向けには適さない。
 総じて、珪素鋼などの金属系の軟磁性材料は、電気抵抗が低く、高回転の高性能モータ向けには渦電流損が生じる問題があり、それを解決するため積層を行う必要がある。そのため、工程は煩雑になり、積層前の絶縁処理や打ち抜きによる磁気特性劣化や、工程費にかかるコスト高が大きな問題になっている。一方、フェライトなどの酸化物系の軟磁性材料は、電気抵抗が大きく渦電流損失の問題はないが、飽和磁化が0.5T以下と小さいために、次世代自動車用高性能モータ向けには適さない。また、耐酸化性の観点からいえば、金属系の軟磁性材料よりも酸化物系の軟磁性材料の方が、安定性が高く優位性がある。
 永久磁石を利用した次世代自動車用高性能モータ向けに多く生産されている珪素鋼の無配向電磁鋼板について、そのモータに使用しうる厚みの上限は、特許文献1及び2に示されているように、板厚で約0.3mmとなるが、次世代自動車用モータの厚みでは例えば9cmにもおよぶため、0.3mm厚のような薄い珪素鋼板を使用する場合、約300枚をそれぞれ絶縁して積層しなければならないことになる。このような薄板を絶縁や、打抜や、整列や、溶接や、焼鈍する工程は煩雑でコスト高である。この積層する板厚をなるべく厚くするためには、材料の電気抵抗率を大きくすることが必要である。
 以上のように、電気抵抗が金属系の珪素鋼板などよりも高く、飽和磁化がフェライト系磁性材料より高い、両者の問題点を補う物性を有する軟磁性材料、即ち金属系磁性材料の高い飽和磁化と、酸化物系磁性材料のように渦電流損失が小さく積層やそれに関わる煩雑な工程を含まない、そして耐酸化性が高く磁気安定性のよい、双方の利点を併せ持つ軟磁性材料の出現が望まれていた。
国際公開第2017/164375号 国際公開第2017/164376号
G.Herzer, IEEE Transactions on Magnetics, vol.26、No.5(1990)pp.1397-1402 Y.Zhang, P.Sharma and A. Makino, AIP Advances,vol.3, No.6 (2013) 062118
 本発明は、α-(Fe,Ni)相とNi富化相をナノ分散した磁性材料を用いることで、フェライト系磁性材料よりも高い飽和磁化を実現することが可能で、また、既存の金属系磁性材料よりも電気抵抗率が高いために前述の渦電流損失などの問題点を解決することが可能である、磁気安定性の高い新しい磁性材料とその製造方法を提供することを目的とする。
 また、本発明では、積層などの煩雑な工程を経ずとも、簡便な工程で厚みが0.5mm以上、さらに1mm以上、そして5mm以上の成形体を製造することが可能で、同時に渦電流を低減させ得る粉体焼結磁性材料を提供することを目的とする。
 本発明者らは、従来の磁性材料では背反する特性、磁化が高いこと、かつ電気抵抗率が高くて前述の渦電流損失の問題点を解決できることの2点を同時に満足し、しかも積層工程などの煩雑な工程を要しない、金属系磁性材料と酸化物系磁性材料双方の利点を併せ持った電磁気特性の優れた磁性材料、加えて空気中でも磁気特性が安定した磁性材料を鋭意検討した。その結果、従来から使用されている均質な結晶性、非晶性材料、或いは非晶質の中に均質なナノ結晶が析出するナノ結晶軟磁性材料と全く異なる、ニッケルフェライト(本発明では、「Ni-フェライト」とも記載する)の還元反応中の不均化により、2種以上の結晶相、或いは1種の結晶相及びアモルファス相を含む磁性材料を見出し、その組成及び結晶構造、結晶粒径並びに粉体粒径を制御すること、及びその磁性材料の製造法を確立すること、さらにその磁性材料を積層せず固化する方法を確立することにより、本発明を成すに至った。
 上記の課題の解決のために、飽和磁化が0.3T、本発明の磁性材料の密度は金属系に近い密度なので、Feの密度で計算すると、30emu/gと同程度かそれより高く、電気抵抗率が1.5μΩm以上を有する磁性材料が求められる。特に軟磁性材料に限ると、その飽和磁化は、好ましは100emu/g以上、さらに好ましくは150emu/g以上が求められる。
 即ち、本発明は、以下の通りである。
(1) FeとNiを含むbcc構造の結晶を有する第1相と、Niを含む第2相と、を有する軟磁性又は半硬磁性の磁性材料であって、前記第2相に含まれるFeとNiの総和に対するNiの含有量が、第1相に含まれるFeとNiの総和に対するNiの含有量よりも多い、前記磁性材料。
(2) 軟磁性である、上記(1)に記載の磁性材料。
(3) 第1相がFe100-xNi(xは原子百分率で0.001≦x≦30)の組成式で表される組成を有する、上記(1)又は(2)に記載の磁性材料。
(4) 第1相のNi含有量を100原子%とした時、そのNiの0.001原子%以上50原子%未満を、Co、Zr、Hf、Ti、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Cu、Zn、Siのいずれか1種以上で置換している、上記(1)~(3)のいずれか一つに記載の磁性材料。
(5) FeとNiを含むbcc構造の結晶を有する相を第2相として含み、その相に含まれるFeとNiの総和に対するNi含有量が、第1相に含まれるFeとNiの総和に対するNiの含有量に対して1.1倍以上10倍以下の量、及び/又は2原子%以上100原子%以下の量である、上記(1)~(4)のいずれか一つに記載の磁性材料。
(6) 第2相がNi-フェライト相を含む、上記(1)~(5)のいずれか一つに記載の磁性材料。
(7) 第2相がウスタイト相を含む、上記(1)~(6)のいずれか一つに記載の磁性材料。
(8) FeとNiを含むbcc構造の結晶を有する相の体積分率が磁性材料全体の5体積%以上である、上記(1)~(7)のいずれか一つに記載の磁性材料。
(9) 磁性材料全体の組成に対して、Feが20原子%以上99.998原子%以下、Niが0.001原子%以上50原子%以下、Oが0.001原子%以上55原子%以下の範囲の組成を有する、上記(6)又は(7)に記載の磁性材料。
(10) 第1相若しくは第2相、或いは磁性材料全体の平均結晶粒径が1nm以上10μm未満である、上記(1)~(9)のいずれか一つに記載の磁性材料。
(11) 少なくとも第1相がFe100-xNi(xは原子百分率で0.001≦x≦30)の組成式で表される組成で表されるbcc相を有し、そのbcc相の結晶子サイズが1nm以上100nm未満である、上記(1)~(10)のいずれか一つに記載の磁性材料。
(12) 粉体の形態であって、10nm以上5mm以下の平均粉体粒径を有する、上記(1)~(11)のいずれか一つに記載の磁性材料。
(13) 第1相又は第2相の少なくとも1相が隣り合う相と強磁性結合している、上記(1)~(12)のいずれか一つに記載の磁性材料。
(14) 第1相と第2相が、直接、或いは金属相若しくは無機物相を介して、連続的に結合し、磁性材料全体として塊状を成している状態である、上記(1)~(13)のいずれか一つに記載の磁性材料。
(15) 平均粉体粒径が1nm以上1μm未満のニッケルフェライト粉体を、水素ガスを含む還元性ガス中で、還元温度450℃以上1425℃以下にて還元することによって上記(12)に記載の磁性材料を製造する方法。
(16) 平均粉体粒径が1nm以上1μm未満のニッケルフェライト粉体を、水素ガスを含む還元性ガス中で還元し、不均化反応により第1相と第2相を生成させることによって、上記(1)~(13)のいずれか一つに記載の磁性材料を製造する方法。
(17) 上記(15)又は(16)に記載の製造方法によって製造される磁性材料を焼結することによって、上記(14)に記載の磁性材料を製造する方法。
(18) 上記(15)に記載の製造方法における還元工程後に、或いは上記(16)に記載の製造方法における還元工程後若しくは生成工程後に、或いは上記(17)に記載の製造方法における焼結工程後に、最低1回の焼鈍を行う、軟磁性の磁性材料の製造方法。
 本発明によれば、飽和磁化が高く、渦電流損失の小さな磁性材料、特に高回転モータなどにも好適に利用される軟磁性材料、さらに耐酸化性の高い各種軟磁性材料及び半硬磁性材料を提供することができる。
 本発明によれば、フェライトのように粉体材料の形態で使用できるので、焼結などにより容易にバルク化でき、そのため、既存の薄板である金属系軟磁性材料を使用することによる積層などの煩雑な工程やそれによるコスト高などの問題も解決することができる。
(Fe0.96Ni0.04フェライトナノ粉体を1100℃で1時間、水素ガス中還元した粉体(実施例1)のSEM像 (Fe0.96Ni0.04のMn-フェライトナノ粉体(比較例1)のSEM像 (Fe0.96Ni0.04フェライトナノ粉体を1100℃で水素還元した磁性材料粉体(実施例1)のSEM像(図中数値は、+位置でのNi含有量である。) (Fe0.99Ni0.01フェライトナノ粉体を1100℃で水素還元した磁性材料粉体(実施例2)のSEM像(図中数値は、+位置でのNi含有量である。) Fe-Ni磁性材料粉体(実施例1~24)における、飽和磁化(emu/g)と保磁力(kA/m)のニッケル仕込み量(原子%)への依存性
 以下、本発明について詳細に説明する。
 本発明で言う「磁性材料」とは、「軟磁性」と称される磁性材料(即ち、「軟磁性材料」)と「半硬磁性」と称される磁性材料(即ち、「半硬磁性材料」)のことであり、特に「軟磁性」材料のことである。ここで、本発明で言う「軟磁性材料」とは、保磁力が800A/m(≒10Oe)以下の磁性材料のことである。優れた軟磁性材料とするには、低い保磁力と高い飽和磁化或いは透磁率を有し、低鉄損であることが重要である。鉄損の原因には、主にヒステリシス損失と渦電流損失があるが、前者の低減には保磁力をより小さくすることが必要で、後者の低減には材料そのものの電気抵抗率が高いことや実用に給する成形体全体の電気抵抗を高くすることが重要になる。半硬磁性材料(本発明では、保磁力が800A/mを超え、40kA/m≒500Oeまでの磁性材料を言う)では、用途に応じた適切な保磁力を有し、飽和磁化や残留磁束密度が高いことが要求される。中でも高周波用の軟磁性或いは半硬磁性材料では、大きな渦電流が生じるため、材料が高い電気抵抗率を有すること、また粉体粒子径を小さくすること、或いは板厚を薄板或いは薄帯の厚みとすることが重要になる。
 本発明で言う「強磁性結合」とは、磁性体中の隣り合うスピンが、交換相互作用により強く結びついている状態を言い、特に本発明では隣り合う2つの結晶粒(及び/又は非晶質粒)中のスピンが結晶境界を挟んで、交換相互作用により強く結びついている状態を言う。ここで言う結晶粒などの「粒」とは、一つ又は二つ以上の「相」により構成され、三次元の空間から境界を持って隔てられていることを認識できる塊のことである。「強磁性結合」は、「交換結合により磁気的に連結」している状態と同義である。交換相互作用は材料の短距離秩序に基づく距離にしか及ばない相互作用なので、結晶境界に非磁性の相が存在すると、その両側の領域にあるスピンに交換相互作用が働かず、両側の結晶粒(及び/又は非晶質粒)間に強磁性結合が生じない。本願で「結晶粒」と言うときは、場合によっては非晶質粒も含む。また、磁気特性が異なった異種の隣り合う結晶粒の間で強磁性結合がなされた材料の磁気曲線の特徴については、後述する。
 本発明で言う「不均化」とは、均質組成にある相から、化学的な反応により、2種以上の、組成または結晶構造が異なる相を生じることであり、本発明においては、該均質組成の相に水素などの還元性物質が関与し還元反応が生じた結果もたらされる。この「不均化」をもたらす化学的な反応を、本願では「不均化反応」と称するが、この「不均化」反応の際には、水が副生することが多い。
 本発明において、「Fe成分とNi成分を含む」という意味は、本発明の磁性材料には、その成分として必ずFeとNiを含有していることを意味し、そのNiが任意に他の原子(具体的には、Co、Zr、Hf、Ti、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Cu、Zn、Siのいずれか1種以上)で一定量置き換えられていてもよく、また酸素(O成分)が含有されていてもよく、さらにO成分やオキシ水酸化鉄などが副相として存在する場合は主にOH基としてHが含まれていてもよく、その他不可避の不純物、原料由来のKなどのアルカリ金属やClなどが含まれていてもよい。Kなどのアルカリ金属は、還元反応の促進作用を及ぼす場合があるという点で好適な成分である。
 「磁性粉体」は、一般に磁性を有する粉体を言うが、本願では、本発明の磁性材料の粉体を「磁性材料粉体」と言う。よって、「磁性材料粉体」は「磁性粉体」に含まれる。
 また、本願において、組成、大きさ、温度、圧力等の数値範囲は、特に定めが無い限り、両端の数値を含むものとする。
 本発明は、α-Fe相中にNiが含有された相(第1相)と、その相よりもNiの含有量が多いNi富化相(第2相)を含む磁性材料に関するもので、その最良な形態は、両者の相がナノレベルで混合して結合した「粉体」である。これらの磁性材料粉体をそのまま圧粉したり、焼結したりして各種機器に用いられる。また、用途によっては、樹脂などの有機化合物、ガラスやセラミックなどの無機化合物、またそれらの複合材料などを配合して成形することもできる。
 以下、Fe及びNiを含む第1相、及びNiが富化された第2相の組成、結晶構造や形態、結晶粒径と粉体粒径、又それらの製造方法、その中で特に、本発明の磁性材料の前駆体となるナノ複合酸化物粉体を製造する方法、その粉体を還元する方法、還元した粉体を固化する方法、さらにこれら製造方法の各工程で焼鈍する方法について説明する。
<第1相>
 本発明において、第1相は、FeとNiを含むbcc構造の立方晶(空間群Im3m)を結晶構造とする結晶である。この相のNi含有量は、好ましくは0.001~30原子%である。即ち、第1相の組成は、組成式を用いると、Fe100-xNi(xは原子百分率で0.001≦x≦30)と表される。
 ここでNi含有量又はFe含有量とは、特に断わらない限り、それぞれ、その相(第1相)に含まれるFeとNiの総和(本願では、総量と称することもある。)に対するNi又はFeの原子比の値をいう。本発明では、これを原子百分率で表す場合もある。
 Ni含有量が30原子%以下にすることが、磁化の低下を抑制するうえで好ましい。また、Ni含有量が20原子%以下であると、製造方法や条件によっては、2Tを超える磁化が実現できるのでより好ましい。さらにNi含有量が12原子%以下であると、飽和磁化が2.1Tを超える磁性材料を製造できる。さらに、製造方法や条件によっては、Ni含有量が1原子%以上12原子%以下の範囲でFeの磁化を超える磁性材料が製造できる。また、0.001原子%以上にすることが、Fe単独の場合と異なり、Ni添加の効果による軟磁性領域での磁気特性の調整を可能にさせる点で好ましい。特に好ましいNiの含有量の範囲は、0.01原子%以上20原子%以下であり、この領域では、製造条件により、様々な保磁力の軟磁性材料を調製することができ、より好ましい電磁気特性を有した磁性材料となる。
 このbcc構造を有するFe-Ni組成の第1相は、Feの室温相であるα相と結晶の対称性が同じであるので、本願では、これをα-(Fe,Ni)相とも称する。α-(Fe,Ni)相と言うとき、以下に示すM成分でNiが置換されている場合も含まれる。
 本発明の第1相のNi含有量を100原子%とした時、そのNiの0.001原子%以上50原子%未満は、Co、Zr、Hf、Ti、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Cu、Zn、Siのいずれか1種以上で置換することができる(本願では、これらの置換元素を「M成分」とも称する。)。これらのM成分の中で、数多くの元素種を本発明の軟磁性材料に共添加すると保磁力が低減される効果がある。特にTi,V,Cr,Moのいずれか1種以上を、第1相のNi含有量を100原子%とした時の原子百分率で、1原子%以上含むと、還元処理や焼鈍処理における降温速度に大きく依存せず、本発明のナノ微結晶を容易に製造できる点で有効である。さらに、Co、Zr、Hf、Ti、Cr、V、Mn、Zn、Ta、Cu、Siは異方性磁場を低減させるので本発明の軟磁性材料に共存する成分として好ましい。Zr、Hf、Ti、V、Nb、Ta、Cr、Mo、Wのいずれか1種以上は、第1相のNi含有量を100原子%とした時の原子百分率で、1原子%以下の添加でも還元工程での不適切な粒成長を抑え、Ti、Cu、Zn、Mn、Siは耐酸化性や成形性を向上させるために好ましい。Coは飽和磁化を向上させるために好ましい。特に、NiとCoを50.001:49.999~99.999:0.001の間で共添すると、異方性磁界が小さく、飽和磁化の大きい磁性材料となり、特に好ましい。
 さらに好ましいM成分含有量は元素種に寄らず、Niに対する置換量で0.1~30原子%である。
 なお、本願において、「不適切な粒成長」とは、本発明の磁性材料のナノ微細組織が崩れ、均質な結晶組織を伴いながら結晶が粒成長することである。一方、本発明で「適切な粒成長」は、本発明の特徴であるナノ微細構造を維持しながら粉体粒径が大きく成長するか、粉体粒径が大きく成長した後に不均化反応、相分離などにより結晶内にナノ微細構造が現れるか、或いはその両方である場合のいずれかである。特に断らない限り、本発明で単に「粒成長」という場合は、上記「不適切な粒成長」のことを言い、概ね適切と言える粒成長を指すものとする。なお、不適切または適切、いずれの粒成長が起こった場合でも、単位質量当たり、或いは単位体積当たりの磁性材料の表面積が小さくなることから、一般に耐酸化性が向上する傾向にある。
 いずれのM成分においても第1相の全Ni含有量を100原子%としたときの原子百分率で、0.001原子%以上の添加が上記の添加効果の観点から好ましく、50原子%未満の添加が、本発明の磁性材料におけるNi成分の諸効果の阻害防止という観点から好ましい。本発明においては、「Ni成分」と表記した場合、又は「α-(Fe,Ni)」相などの式中や磁性材料組成を論ずる文脈の中で、「Ni」、「ニッケル」と表記した場合、Ni単独の場合だけでなく、Ni含有量の0.001以上50原子%未満をM成分で置き換えた組成も含む。よって、本願において「FeとNiの総和」と表記した場合は、Fe以外の成分がNi単独である場合には、FeとNiの含有量の総和を意味し、Ni含有量の0.001以上50原子%未満をM成分で置き換えた組成では、FeとNiとM成分の含有量の総和を意味することになる。また、工程中混入する不純物はできるだけ取り除く必要があるが、H、C、Al、S、N、或いはLi、K、Naなどのアルカリ金属、Mg、Ca、Srなどのアルカリ土類、希土類、Cl、F、Br、Iなどのハロゲンなどの不可避の不純物を含んでもよい。しかし、その含有量は、全体(即ち、第1相に含まれるFeとNiの総和)の5原子%以下、好ましくは2原子%以下、さらに好ましくは0.1原子%以下、特に好ましくは0.001原子%以下とする。これらの不純物が多く含有されるほど磁化が低下し、場合によっては保磁力にも悪影響を与え、用途によっては目標とする範囲を逸脱してしまうこともあるからである。一方で、Kのようなアルカリ金属のように、ある程度含有すると還元助剤の働きをする成分もあり、全体(即ち、第1相に含まれるFeとNiの総和)の0.0001原子%以上5原子%以下で含む方が、飽和磁化の高い磁性材料が得られる場合もある。従って、上記不純物は、本発明の目的を阻害する限り、含まれないのが特に望ましい。
 Niを含まないα-Fe相は、第1相や第2相には含まないものとする。Niを含まないα-Fe相は、Ni以外の元素の含有量も極めて小さい場合、電磁軟鉄なみの飽和磁化が期待されるが、該α-Fe相がナノ領域の粉体であっても、電気抵抗率に与える影響が芳しくなく、耐酸化性に乏しく、しかも切削加工性に劣る材質となるからである。但し、このNiを含まない該α-Fe相は、本発明の目的を阻害しない限り、別相として存在してもよい。α-Fe相の体積分率は、本発明の磁性材料全体に対して50体積%未満が好ましい。
 ここでいう体積分率とは、磁性材料全体の体積に対して、対象成分が占有する体積の割合のことである。
<第2相>
 本発明において、第2相は、該相に含まれるFeとNiの総和に対するNiの含有量が、第1相に含まれるFeとNiの総和に対するNiの含有量よりも多い相である。第2相としては、立方晶である、α-(Fe1-yNi)相(空間群Im3m、第1相と同じ結晶相であるが、第1相よりもNi含有量が多い相)、γ-(Fe,Ni)相(空間群Fm3m)、FeNi相、ウスタイト相(代表的組成は(Fe1-zNiO相、aは通常0.83以上1以下、FeOとNiOの固溶体である。本明細書では単に(Fe,Ni)O相又は(Ni、Fe)O相と標記する場合もある。本願発明では特に断らないかぎり、単にウスタイトと言えば、NiOを含んで0<z≦1の組成のものを言う。)、NiO相、Ni-フェライト相(代表的組成は(Fe1-wNi相で、0<w<1/3)など、正方晶系のFeNi相など、菱面体晶であるα-(Fe、Ni)相(Ni-フェマタイト相)など、さらにNi-Feアモルファス相など、又はそれらの混合物が挙げられる。Ni-Feアモルファス相の含有量は0.001体積%以上10体積%以下の間にあって、これよりも多くしないのが、磁化の低下抑制の観点から好ましく、さらに高磁化の磁性材料とするためには、好ましくは5体積%以下とする。アモルファス相などは、不均化反応自体を制御するために、敢えて含有させることもあるが、この場合、0.001体積%超とするのが、この反応制御効果の発揮という観点から好ましい。
 ここでいう体積分率とは、磁性材料全体の体積に対して、対象成分が占有する体積の割合のことである。
 以上の第2相は第1相より飽和磁化が劣る場合が殆どであるが、これらの相が併存することにより、電気抵抗率が大きく上昇することもある。また、本発明において、軟磁性材料を構成するときには、相の結晶構造、組成、微細構造、界面構造などによっては、それらと強磁性結合することにより、小さな保磁力を実現することができる。さらに第2相においても、第1相同様、Ni含有量の50原子%未満(但し、第2相の全Ni含有量を100原子%とする)をM成分に置換することができる。
<副相、その他の相>
 FeもNiも含まず、M成分の化合物だけで混在する相は、第1相や第2相に含まれない。しかし、電気抵抗率、耐酸化性、及び焼結性の特性改善に寄与する場合がある。上記のM成分の化合物相やFe化合物相などNi成分を含まない相、及び、M成分の含有量がNi元素の含有量以上である相を本願では「副相」という。
 第1相や第2相以外の相である、Niを含まないウスタイト相、マグネタイト相(Fe)、マグヘマイト相(γ-Fe)、ヘマタイト相(α-Fe)、α-Fe相、γ-Fe相などの副相や、Ni含有の有無を問わずゲーサイト、アカゲナイト、レピドクロサイト、フェロオキシハイト、フェリヒドライト、グリーンラストなどのオキシ水酸化鉄相、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムなどの水酸化物、塩化カリウム、塩化ナトリウムなどの塩化物、フッ化物、炭化物、窒化物、水素化物、硫化物、硝酸塩、炭酸塩、硫酸塩、ケイ酸塩、リン酸塩なども含まれていてよいが、これらの体積は、本発明の磁性材料が高い飽和磁化を有するために、また継時的に安定した磁気特性や高い磁化を発揮するために、第1相、又は第1相及び第2相中のα-(Fe,Ni)相の体積の総和よりも少ないことが求められる。飽和磁化の低下を抑制する観点から、これらの相の含有量の好ましい範囲は、磁性材料全体の体積に対して50体積%以下である。
 第1相、第2相及び副相を含めた全相のM成分の含有量は、第1相及び第2相に含まれるNiの上記全相に対する含有量を超えてはならない。M成分がNi含有量を超えて含まれると、Ni特有の電磁気特性への効果、例えば、少量添加における磁化の向上やそれより多く添加した場合においても磁化低下が抑制される効果、電気抵抗率向上、さらに耐酸化性に対する顕著な効果など、その特異な特徴が失われてしまうからである。本願では、第1相及び/又は第2相のNi含有量と言えば、このようなM成分も含めた量をいう。
<第2相が第1相と同じ結晶構造を有する場合>
 第2相が第1相と同じ結晶構造を有してもよいが、組成には相互に十分に差があることが大切で、例えば、第2相のNi含有量は第1相のNi含有量の1.1倍以上多いか、又は第2相のNi含有量(即ち、第2相に含まれるFeとNiの総和に対する第2相中のNi含有量)が2原子%以上で第1相のNi含有量(即ち、第1相に含まれるFeとNiの総和に対する第1相中のNi含有量)よりも多いことが好ましく、その両方を満たす(即ち、第2相のNi含有量は、第1相のNi含有量の1.1倍以上の量で更に2原子%以上)ことが更に好ましい。
 第2相のNi含有量自体が100%を超えることはない。また、第1相のNi含有量が下限値の0.001原子%の場合には、第2相のNi含有量が第1相のNi含有量の10倍を超えることはない。第2相のNi含有量は、好ましくは、80原子%以下である。第2相が常温で第1相と同じ結晶構造を保ったまま、Ni含有量80原子%を超えると(従って、第2相のNi含有量が第1相のNi含有量の下限値の8×10倍を超えると)、本発明の磁性材料全体の熱的安定性が悪くなることがあるためである。
 上記で、第2相の「Ni含有量」が第1相の「1.1倍以上」である場合とは、各相のNi含有量を有効数字1桁以上で求めた上で、第2相のNi含有量が第1相のNi含有量の1.1倍以上になることをいう。
 本発明は、前出のランダム磁気異方性モデル、若しくはそのモデルに準じた磁気異方性のゆらぎを利用した低保磁力化を目指したものであり、結晶学上独立していて隣り合う第1相と第2相が、ナノレベルで交換結合により磁気的に連結していること、或いは第1相と第2相を含めたbcc相中のNi含有量がナノスケールで空間的な変化がある(このことを本発明では「濃度のゆらぎ」ということがある)こと、のいずれかが重要である。但し、この2相のNi成分の組成比が近すぎると、その結晶相の結晶方位が同方向に揃っている場合があり、十分に低い保磁力が実現しない。したがって、好ましい第2相のNi含有量は、第1相の1.1倍以上であるが、さらに好ましくは1.2倍以上、最も好ましくは1.5倍以上である。その下限値は、10倍であることが好ましい。
 Ni含有量が本発明の磁性材料全体のNi含有量よりも低い相(第1相)が存在すれば、Ni含有量が本発明の磁性材料より高い相(第2相)も同一の磁性材料内に存在することになる。そのため、それらが強磁性結合して等方性が実現していれば、本発明の磁性材料、具体的には軟磁性材料となるし、また第1相の界面に介在して保磁力を適切な範囲として電気抵抗を高める働きを持てば、本発明の磁性材料、具体的には半硬磁性材料となる。また、十分に等方化されていない場合でも、ある結晶相の中でNi含有量の空間的な濃度のゆらぎがある場合、磁気異方性にゆらぎが生じ、ランダム異方性モデルと多少異なるメカニズムで保磁力が低下する場合もある。このようなメカニズムで保磁力が低下する本発明の磁性材料は総じて、その磁性材料中のNi成分とFe成分の総和に対する当該Ni含有量が10原子%以下になっていることが多い。以上は、均質性の高い組成として、異相を徹底的に除去し、磁壁移動が阻害されないように設計された電磁鋼板、センダストなどの多くの既存の軟磁性材料には見られない本発明の磁性材料の一つの特徴であり、磁化反転が磁化の回転によって起こる磁性材料に共通した特徴とも言える。
 本発明は、前出のランダム磁気異方性モデルによる低保磁力化を目指したものであり、結晶学上独立していて隣り合う第1相と第2相が、ナノレベルで交換結合により磁気的に連結していることが重要である。但し、この2相のNi組成比が近すぎると、その結晶相の結晶方位が同方向に揃っている場合もあり、また、結晶磁気異方性定数の大きさは多くの場合第2相の方が小さいのであるが、第2相中のFeとNiの総和に対して、第2相のNi含有量が1原子%未満の場合、その結晶磁気異方性が大きくなり平均化される結晶磁気異方性のゆらぎの値が十分小さくならず、そのため十分に低い保磁力が実現しない。したがって、好ましい第2相のNi含有量は、第2相中のFeとNiの総和に対して、1原子%以上であるが、さらに好ましくは3原子%以上である。Ni含有量が大きくなりすぎると磁気異方性は小さくなるものの、飽和磁化が減少するため、80原子%以下とすることが好ましい。
 勿論、近い組成の第1相と第2相が隣り合う場合でも、ナノ分散しており、結晶方位が異なって容易磁化方向が一致しておらず、しかも双晶壁や結晶粒界、或いは結晶境界などを通じて交換結合していれば、等方化が実現し保磁力が低減する。しかし、単位体積当たりのその頻度は、組成がある程度大きく異なる場合に比べて、遥かに小さくなるため、十分なランダム磁気異方性モデルによる結晶磁気異方性の平均化が成されない場合もある。
 Ni含有量が本発明の磁性材料全体のNi含有量よりも低い相(第1相)が存在すれば、必ず、Ni含有量が本発明の磁性材料よりも高い相(第2相)も同一の磁性材料内に存在することになる。そのため、それらが強磁性結合して、上記のような等方性が実現していれば、本発明の磁性材料、具体的には軟磁性材料となる。以上は、均質性の高い組成として、異相を徹底的に除去し、磁壁移動が阻害されないように設計された電磁鋼板、センダストなどの多くの既存の軟磁性材料には見られない本発明の磁性材料の特徴であり、磁化反転が磁化の回転によって起こる磁性材料に共通した特徴とも言える。
 なお、隣り合う相が第1相のみ、隣り合う相が第2相のみがナノレベルで交換結合により磁気的に連結している状態が含まれていてもよく、この場合でも隣り合うナノ結晶の結晶軸方位が揃っておらず、等方的であること、及び/又はナノスケールでのNi濃度のゆらぎがあることが重要である。しかし、本発明においては、第1相のみの微結晶で構成された磁性材料や第2相のみの微結晶で構成された磁性材料は達成されず、このような構造を含むような場合でも、本発明では、磁性材料内に第1相と第2相が必ず存在する。この理由は、ナノ結晶の生成自体が、本発明の磁性材料を製造するために用いる、ニッケルを含むフェライトの粉体であって、ナノスケールの大きさを有する粉体(本願では、「ニッケルフェライトナノ粉体」或いは「Ni-フェライトナノ粉体」とも称する)の還元を端緒とする還元工程の各過程における不均化反応に大きく関与するからである。
 よって、本発明の磁性材料における、第1相又は第2相の少なくとも1相と隣り合う相の状態としては、具体的には、第1相と第2相が隣り合う場合、第1相同士が隣り合う場合、第2相同士が隣り合う場合があり得、これらの隣り合う相は、交換結合により磁気的に連結している状態(強磁性結合している状態)にある。但し、当該磁性材料内には、第1相と第2相が必ず含まれるため、第1相と第2相が隣り合う相が少なくとも1つは存在する。
 なお、本願では、ナノスケールの大きさのフェライト粉体を「フェライトナノ粉体」とも称し、また、ナノスケールとは、特に定めがない場合には、1nm以上1μm未満までをいう。
<第2相の特定>
 以下に、第2相の特定の仕方について述べる。まず、上述の通り、第1相はα-(Fe,Ni)相であり、主に高い飽和磁化を保証する。第2相は、その相に含まれるFeとNiの総和に対するNiの含有量が第1相に含まれるFeとNiの総和に対するNiの含有量よりも多い相である。本発明では、第2相は、磁性材料全体のNi含有量よりも多いα-(Fe,Ni)相でもよく、他の結晶相或いはアモルファス相、又はそれらの混合相でもよい。いずれであっても、本発明の軟磁性材料においては、保磁力を低く保つ効果がある。従って、第2相はこれらの効果を有する相の総体であるため、Niの含有量が第1相よりも高い、先に例示した何れかの相の存在を示すことができれば本発明の磁性材料であるとわかる。
 第2相がα-(Fe,Ni)相である場合、第1相とNi組成が連続して変化している場合がある。或いは、材料を同定する方法によっては、第1相と第2相のNi組成が連続的に変化しているように観察される場合がある。このような場合も、第2相のNi含有量(即ち、第2相に含まれるFeとNiの総和に対する第2相中のNi含有量)が、第1相のNi含有量(即ち、第1相に含まれるFeとNiの総和に対する第1相中のNi含有量)よりも多く、更に、第1相のNi含有量の1.1倍以上、及び/又は2原子%以上であるという組成上の差があることが望ましい。
 第1相や第2相を併せて、FeとNiの組成比は、本発明の目的を達成できれば特に制限はないが、1:1以下であることが望ましく、具体的には、FeとNiの含有量を100原子%としてNiの含有量は0.01原子%以上50原子%以下であることが望ましい。
 第1相及び第2相を併せたNiの含有量が50原子%以下であることは、飽和磁化の低下を避けるうえで特に好ましく、また0.01原子%以上であることは、耐酸化性などに対するNiの添加効果がなく、保磁力が目的の用途に対応しない程度に高くなることを避けるうえで好ましい。さらに、耐酸化性や磁気特性のバランスが良いという観点から好ましい第1相及び第2相を併せたNiの含有量は、0.01原子%以上30原子%以下であり、そのうち特に好ましい範囲は、0.01原子%以上20原子%以下である。
 第1相と第2相の体積比は任意であるが、第1相、第2相及び副相を合わせた本発明の磁性材料全体の体積に対して、第1相、又は第1相及び第2相中のα-(Fe,Ni)相の体積の総和は5体積%以上であることが好ましい。α-(Fe,Ni)相は本発明の磁性材料の主な磁化を担うため、5体積%以上であることが、磁化の低下を避けるうえで好ましい。さらに、好ましくは25体積%以上、さらに好ましくは50体積%以上である。電気抵抗率をあまり下げないで、特に高い磁化を実現させるためには、α-(Fe,Ni)相の体積の総和を75体積%以上とするのが望ましい。
 本発明の軟磁性材料の第2相の中には、強磁性か反強磁性(本願では、弱磁性もこの中に含める)の相があることが好ましく、その理由は第1相の結晶磁気異方性を低下させる効果があるからである。この件については、後述するランダム磁気異方性モデルの説明に合わせて論ずる。
<好ましい第2相の例>
 本発明の磁性材料において、強磁性として好ましい第2相の代表例は、第一に、第1相よりもNi含有量が多くて、しかも、好ましくはこのNi含有量が、第2相中のFeとNiの総和に対して、0.1原子%以上20原子%以下、さらに好ましくは0.5原子%以上15原子%以下、特に好ましくは1原子%以上8原子%以下であるようなα-(Fe,Ni)相がある。
 第1相も、第1相中のFeとNiの総和に対して、Ni含有量を20原子%以上30原子%以下で含む場合、低い保磁力が実現するが、この程度までNi含有量が多くなると、2Tに近い飽和磁化を発揮できなくなる。従って、Ni含有量が、第1相中のFeとNiの総和に対して、0.01原子%以上20原子%以下の第1相(より好ましくは、1原子%以上12原子%以下の第1相)と、Ni含有量が第1相よりも大きな第2相を組み合わせることにより、飽和磁化が大きく、保磁力の小さな磁性材料を実現することが好ましい。そして、第1相の結晶粒の大きさは、100nm以下、好ましくは50nm以下として、この結晶粒の結晶軸の方位は一方向に揃わず、ランダムであることが好ましい。
 この結晶の方位がランダムであることの検証方法の例として、以下の結晶軸の配向性を調査する各種方法が挙げられる。
 (i) XRD(X線回折装置)を用いて測定したα-(Fe,Ni)相の回折パターンのうち(110)、(200)、(211)の3強線である各回折線位置の少なくとも2つの回折線を選び比較し、その強度比を見ることで確認する方法。パウダーパターンにおける強度比に近ければ、ランダムな配向をしている一証左となる。
 (ii) XRDを用いた極点測定により、測定領域の結晶方位の分布を知り配向性を見積もる方法がある。
 (iii) 数百nmの結晶粒の配向性を調べる方法として、SEM(走査型電子顕微鏡)に付属したEBSD(後方散乱電子回折)装置を用いて、結晶の方位とその結晶系を求める方法がある。
 (iv) 数~数十nmの局所的な結晶粒のランダムさを確認する方法として、TEM(透過型電子顕微鏡)に付属したED(電子線回折装置)を用いて測定した場合、回折スポットが明確に現れず、リングパターンが観察されることで、観察領域内で結晶方位がランダムであることを知る方法がある。
 (v) さらに局所的な結晶方位の配向性を観察する方法として、TEM観察により、結晶境界での格子縞の方向や原子の並びを観察することにより調べる方法がある。即ち、結晶境界で隔てられた両側の結晶粒の結晶面方位を観測し比較する。
 (vi) この結晶境界の観察をマクロで行う方法として、FE-SEM(電界放射型走査電子顕微鏡)を用いて、双晶壁の方向や結晶境界の形を知る方法がある。極端な場合、結晶境界が円弧や複雑な曲線、メイズパターンを描くと様々な方向から連晶が複雑に入り組んでいる連晶組織を呈しているので、結晶方位がランダムである証左となる。
 これらの方法は、本発明の磁性材料の微細構造や結晶粒径の大きさにより適宜組み合わせることができ、後で述べる局所的な組成を知る方法と組み合わせて、本発明の磁性材料における結晶粒の配向性を総合的に判断することもできる。因みに、(v)や(vi)の方法で、第1相同士、第1相と第2相、又は第2相同士間の粒界領域や、第1相及び/又は第2相が多くを占める領域での観察を行って、粒界に異相が見られない場合、隣り合う粒子間で強磁性結合が生じていることの証拠となりうる。
 続いて好ましい第2相としては、Ni-フェライト相及びウスタイト相の両酸化物相が挙げられる。前者は、強磁性であり後者は反強磁性であるが、何れも、第1相の間にあれば、強磁性結合を促すことができる。
 因みに、フェライト相が強磁性結合を促す例も知られてはいるが(この点について、国際公開第2009/057742号(以後、「特許文献1」と称する)や、N.Imaoka, Y.Koyama, T.Nakao, S.Nakaoka, T.Yamaguchi, E.Kakimoto, M.Tada, T.Nakagawa and M.Abe, J.Appl.Phys., vol.103, No.7(2008) 07E129(以後、非特許文献3と称する)を参照)、いずれも、硬磁性材料のSmFe17相間にフェライト相が存在し、これらの相が強磁性結合して交換スプリング磁石を構成するものである。
 しかし、本発明は軟磁性材料に関するもので、上記の硬磁性の交換スプリング磁石とは発揮する機能が全く異なる。本発明において、Ni-フェライト相やウスタイト相である第2相の存在によって、第1相間の交換相互作用を仲介する点については同様であり、このような第2相が第1相を取り囲むように存在すれば、電気抵抗も高く、保磁力も低減される。従って、特に本発明の軟磁性材料において非常に好ましい第2相の一つとなる。
 これらの2種の酸化物相は、磁性材料全体の95体積%以下であることが好ましい。例えばNi-フェライトは強磁性材料とはいえα-(Fe,Ni)相より磁化が低く、ウスタイトも反強磁性といえども弱磁性的であって、ある程度磁化は存在するが、Ni-フェライトより低いため、何れも95体積%を超えると磁性材料全体の磁化が低下することがあるからである。より好ましい酸化物相の含有量は75体積%以下、特に好ましくは50体積%以下である。電気抵抗率をある程度維持しながら、特に磁化が高い磁性材料とするときは以上の酸化物相を25体積%以下とするのが好ましい。また、逆にウスタイト相など酸化物相が存在すると電気抵抗率が上昇するので、このためにウスタイト相などを積極的に含有させる場合は、その好ましい体積分率は0.001体積%以上で、特にあまり磁化の低下を伴わないでウスタイト相などを存在させ、有効に電気抵抗率を向上させるためには0.01体積%以上がさらに好ましく、特に好ましくは0.1体積%以上である。ここで、酸化物相がNi-フェライトを含まず、ウスタイトであるとした場合でも、上記体積分率の範囲などは同様である。
 以上のように、第2相の好ましい相として、第1相よりもNi含有量が多いα-(Fe,Ni)相、Ni-フェライト相、ウスタイト相を例示したが、これらの3種の相は強磁性体または反強磁性体である。従って、これらの相が強磁性結合をせずに分離していると、磁気曲線には加成性があるので、これらの混合材料の磁気曲線はそれぞれの磁気曲線の単なる和となり、磁性材料全体の磁気曲線上に滑らかな段差が生じる。例えば外部磁場0~7.2MA/mといった広い磁場範囲で磁化測定を行って得た、磁性材料全体の磁気曲線のうち1/4メジャーループ(7.2MA/mから、零磁場まで掃引したときの磁気曲線を1/4メジャーループと呼ぶ)の形状を観察すると、その1/4メジャーループ上には上記の事情が起因する滑らかな段差、或いはそれに基づく変曲点の存在が確かであると推測できる。一方、これらの異種の磁性材料が強磁性結合で一体をなす場合、7.2MA/mから零磁場の範囲のメジャーループ上に滑らかな段差や変曲点が見られず、単調増加する、上に凸の磁気曲線を呈する。強磁性結合の有無を見積もるためには、上述の粒界領域での微細構造観察などに加えて、以上の磁気曲線の詳細な観察を行うことが一つの目安となる。
 上記の酸化物相である好ましい第2相のうち、特にウスタイト相は高い還元温度、成形温度においても、安定に存在することができるので、本発明の磁性材料を構成する上で非常に好ましい相である。また、主に還元工程において、この相から不均化反応によって生じる様々な組成を有したα-(Fe,Ni)相は、第1相又は、第1相及び第2相として、本発明の磁性材料が発現する磁性本体を担う重要な相であり、その中でNi含有量が0.5原子%以上の領域では特にウスタイト相を経由して高い磁性を有する金属相へと還元反応が進行するため、α-(Fe,Ni)相が不均化反応により生じた段階から既にウスタイト相と直接強磁性結合されている場合が多く、本発明の磁性材料、特に軟磁性材料の第2相として活用するのに非常に好ましい相である。
<組成分析>
 本願の実施例において、本発明の磁性材料の金属元素の局所的な組成分析は、主にEDX(エネルギー分散型X線分光法)により行われ、磁性材料全体の組成分析はXRF(蛍光X線元素分析法)により行われた。一般に第1相と第2相のNi含有量は、SEM、FE-SEM、或いはTEMなどに付属したEDX装置により測定する(本願においては、このEDXを付属したFE-SEMなどをFE-SEM/EDXなどと記載することがある)。装置の分解能にもよるが、第1相と第2相の結晶構造が300nm以下の微細な構造であれば、SEM或いはFE-SEMでは正確な組成分析はできないが、本発明の磁性材料のNiやFe成分の差のみを検出するためであれば、補助的に利用することができる。例えば、Ni含有量が5原子%以上で、300nm未満の第2相を見出すには、磁性材料中のある1点を観測して、その定量値がNi含有量として5原子%以上であることを確認すれば、その一点を中心として直径300nmの範囲内に、Ni含有量が5原子%以上の組織或いはその組織の一部が存在することになる。また、逆にNi含有量が2原子%以下の第1相を見出すためには、磁性材料中のある1点の観測をして、その定量値がNi含有量として2原子%以下であることを確認すれば、その一点を中心として直径300nmの範囲内に、Ni含有量2原子%以下の組織或いはその組織の一部が存在することになる。
 さらに、前述の通り、この組成分析法とXRD,FE-SEMやTEMなどを組み合わせることにより、結晶粒の配向性や組成の分布を知ることができ、本発明の特徴であるNi組成が不均化し、多様な結晶相が存在することや、それらの結晶軸がランダムな配向をしていることを検証するのに役立つ。さらに、α-(Fe,Ni)相と他のウスタイト相などの酸化物相を区別するためには、例えばSEM-EDXを用いた酸素特性X線面分布図を解析するのが簡便で有効である。
<磁性材料全体の組成>
 本発明における磁性材料全体における各組成(即ち、磁性材料全体を構成する成分含有量の総和を100原子%とした場合における各組成)は、Fe成分が20原子%以上99.999原子%以下、Ni成分が0.001原子%以上50原子%以下、O(酸素)が0原子%以上55原子%以下の範囲とし、これらを同時に満たすものが好ましい。さらに、アルカリ金属が0.0001原子%以上5原子%以下で含まれてもよい。Kなどを含めた副相は全体の50体積%を超えないのが望ましい。
 Feが20原子%以上の場合、飽和磁化が低くなるのを回避でき、99.999原子%以下の場合、耐酸化性が低くなることや、加工性が乏しくなることを回避できるので好ましい。Ni成分が0.001原子%以上の場合、耐酸化性が低くなることや、加工性が乏しくなることを回避でき、50原子%以下の場合、飽和磁化が低くなることを回避できるので、好ましい。Oは、第2相を構成するのに重要な元素となる場合には、55原子%以下の範囲が、飽和磁化が低いだけでなく、ニッケルフェライトナノ粉体の還元による第1相や第2相への不均化反応が生じず、低保磁力の軟磁性材料への展開が難しくなることを回避できるので好ましい。本発明の磁性材料には必ずしも酸素を含む必要はないが、耐酸化性や電気抵抗率が顕著に高い磁性材料にするためには、僅かでも含まれる方が望ましい。例えば、後述する徐酸化工程で還元した金属粉体の表面を不働態化したり、或いはその操作によって固形磁性材料の結晶粒界の一部にウスタイト相を初めとする酸化層を存在させたりする場合で、この場合、本発明の磁性材料全体の組成に対する各組成範囲は、Fe成分が20~99.998原子%(20原子%以上99.998原子%以下)、Ni成分が0.001~50原子%(0.001原子%以上50原子%以下)、Oが0.001~55原子%(0.001原子%以上55原子%以下)の範囲とするのが望ましい。
 本発明の磁性材料のさらに好ましい組成は、Fe成分が50原子%以上99.98原子%以下、Ni成分が0.01原子%以上49.99原子%以下、Oが0.01原子%以上49.99原子%以下であり、この範囲にある本発明の磁性材料は、飽和磁化と耐酸化性のバランスがよい。
 さらに、Fe成分が66.95原子%以上99.9原子%以下、Ni成分が0.05原子%以上33原子%以下、Oが0.05原子%以上33原子%以下の組成範囲にある本発明の磁性材料は、電磁特性が優れ、耐酸化性に優れる点で好ましい。
 上記組成範囲の中で、特に磁化が1T以上あるようなパフォーマンスに優れた、本発明の磁性材料とする場合は、Fe成分が79.95原子%以上99.9原子%以下、Ni成分が0.05原子%以上20原子%以下、Oが0.05原子%以上20原子%以下の組成範囲とするのが好ましい。
 Ni成分含有量にも依存するので、一概には言えないが、本発明においては保磁力の小さな軟磁性材料の方が酸素を少なく含有する傾向にある。
<磁気特性と電気特性、耐酸化性>
 本発明のひとつは、保磁力が800A/m以下である軟磁性用途に好適な磁気特性を有する磁性材料であるが、この点について以下に説明する。
 ここにいう「磁気特性」とは、材料の磁化J(T)、飽和磁化J(T)、磁束密度(B)、残留磁束密度B(T)、交換スティフネス定数A(J/m)、結晶磁気異方性磁場H(A/m)、結晶磁気異方性エネルギーE(J/m)、結晶磁気異方性定数K(J/m)、保磁力HcB(A/m)、固有保磁力HcJ(A/m)、透磁率μμ、比透磁率μ、複素透磁率μμ、複素比透磁率μ、その実数項μ’、虚数項μ”及び絶対値|μ|のうち少なくとも一つを言う。本願明細書における「磁場」の単位は、SI単位系のA/mとcgsガウス単位系のOeを併用しているが、その換算式は、1(Oe)=1/(4π)×10(A/m)である。即ち、1Oeは約80A/mに相当する。本願明細書における「飽和磁化」、「残留磁束密度」の単位は、SI単位系のTと、cgsガウス単位系のemu/gを併用しているが、その換算式は、1(emu/g)=4π×d/10(T)、ここにd(Mg/m=g/cm)は密度である。従って、218emu/gの飽和磁化を持つFeは、d=7.87なので、SI単位系での飽和磁化の値Mは2.16Tとなる。なお、本願明細書中では、特に断らない限り、保磁力と言えば、固有保磁力HcJのことを言うものとする。
 ここにいう「電気特性」とは、材料の電気抵抗率(=体積抵抗率)ρ(Ωm)であり、ここにいう「耐酸化性」とは各種酸化性雰囲気、例えば室温空気中などでの上記磁気特性の経時変化のことである。
 上記磁気特性と電気特性を合わせて「電磁気特性」とも言う。
 本発明の磁性材料において、磁化、飽和磁化、磁束密度、残留磁束密度、電気抵抗率はより高い方が好ましく、飽和磁化については0.3T或いは30emu/g以上の高さが望ましく、特に軟磁性材料に限ると100emu/g以上の高さが望ましい。他の本発明の磁気特性、例えば結晶磁気異方性定数、保磁力、透磁率、比透磁率などは用途に応じて適正に制御する。特に透磁率、比透磁率は、用途によっては必ずしも高い必要はなく、保磁力が十分に低くて鉄損を低く抑えられていれば、例えば敢えて比透磁率を10~10内外の大きさに調整して、特に直流重畳磁場下における磁気飽和を抑えることで、効率の低下を抑えたり、線形に制御しやすくしたりすることもできるし、或いは関係式(1)に基づいて、透磁率を1桁下げる毎に、渦電流損失が生じる限界厚みを約3.2倍ずつ厚くすることもできる。本発明の特徴の一つは、磁壁移動による磁化反転ではなく、主に磁化の直接回転による磁化反転機構を備えるため、保磁力が低く磁壁移動による渦電流損失も少なく、鉄損を低く抑えることができ、また、外部磁場による磁化回転を抑制する何らかの局所的な磁気異方性を結晶境界に生じさせ、透磁率を低減できることである。
<結晶境界>
 本発明の磁性材料が、軟磁性になる要因は、特にその微細構造と密接な関係がある。α-(Fe,Ni)相は一見連続相に観察される場合があるが、図1のように、多くの異相界面、結晶粒界を含み、また、接触双晶、貫入双晶などの単純双晶や集辺双晶、輪座双晶、多重双晶などの反復双晶を含む双晶、連晶、骸晶(本発明では、異相界面、多結晶粒界だけでなく、これらの様々な晶癖、晶相、連晶組織、転位などにより、結晶が区分されている場合、それらの境界面を総称して”結晶境界“と呼んでいる)などが含まれており、通常よく見られる直線的な結晶粒界と異なって曲線群として結晶境界を呈する場合が多くあって、さらに、そのような組織においては、場所により大きくNi含有量に差が見られる。以上のような微細構造を有する本発明の磁性材料は、軟磁性材料となる場合が多い。
 本発明の磁性材料が軟磁性材料の場合、第1相と第2相は、第2相がα-(Fe,Ni)相である場合には、ニッケルフェライトナノ粉体から出発して、粒成長を伴いながら、還元反応の進行にしたがい、組成の不均化反応とともに結晶格子中の酸素を失っていき、最終的には通常、最大52体積%に及ぶ大きな体積減少が生じる。これが起因して、α-(Fe,Ni)相である、第1相及び第2相は、水晶などの宝石、黄鉄鉱、霰石などの鉱物や岩石の結晶を見るような多彩な微細構造をナノスケールに縮小した形で保有しており、内部には、様々なNi含有量を有した多様な相やナノ結晶が含まれている。
 結晶粒界や連晶に見える組織も、Ni含有量には観測場所によって差が見られ、異相界面である場合もある。従って、これらの結晶境界に囲まれた磁性体結晶の方位が強磁性結合長内で無配向であれば、前出のランダム磁気異方性モデルにしたがって、保磁力が大きく低下する。
<ランダム磁気異方性モデルと本発明特有の保磁力低下メカニズム>
 ランダム異方性モデルで説明される本発明の軟磁性材料では、以下の3条件を充足していることが望ましい。
(1)α-(Fe,Ni)相の結晶粒径が小さいこと、
(2)交換相互作用により強磁性結合していること、
(3)ランダムな配向をしていること。
 (3)については必ずしも必須ではなく、ランダムな配向をしていない場合でも保磁力の低下はランダム異方性モデルとは異なる原理で生じうる。即ち、第1相と第2相、第1相同志、第2相同志の何れか1種以上の相互作用により、ナノスケールのNi成分含有量の濃度のゆらぎに基づく磁気異方性のゆらぎが生じて、磁化反転が促され、保磁力の低減がなされる。このメカニズムによる磁化反転機構は、本発明に特有のものであり、本発明者らが知りうる限り、本発明者らによって初めて見出されたものである。
 還元時に粒成長や、強磁性相が連続するように粒子同士が融着していない場合や、粒子同士が分離してしまうような相分離が生じている場合、本発明の磁性材料粉体の保磁力を軟磁性領域に持っていくためには、こののち焼結などを施して固化、即ち、「第1相と第2相が、直接、或いは金属相若しくは無機物相を介して、連続的に結合し、全体として塊状を成している状態」にするのが望ましい。
 上記(2)の交換相互作用により強磁性結合するためには、交換相互作用が数nmの短距離秩序内で働く相互作用或いは力であることから、第1相士が連結する場合では直接結合するか、第1相と第2相或いは第2相士が連結する場合では、交換相互作用を伝えるために、第2相が強磁性か反強磁性である必要がある。第1相及び/又は第2相の一部が超常磁性領域にあったとしても、その材料自体がバルク状態では強磁性或いは反強磁性であるため、周囲の強磁性或いは反強磁性の相と十分交換結合していれば、交換相互作用を伝達する相にできる場合もある。
 本発明の磁性材料が上記の特徴を有するのは、本発明が、高磁化であって高周波用途の他の金属系軟磁性材料とは本質的に異なった方法で形成された磁性材料、即ちニッケルフェライトナノ粉体を還元して、まずナノ微結晶を有する金属粉体を製造し、さらにそれを成形して固形磁性材料とする、ビルドアップ型のバルク磁性材料を主に提供しているからである。
<第1相、第2相、磁性材料全体の平均結晶粒径>
 本発明の軟磁性材料の第1相、又は第2相の平均結晶粒径、或いは磁性材料全体の平均結晶粒径は、10μm未満であることが好ましく、さらにナノ領域にあることが好ましい。第1相及び第2相の平均結晶粒径がナノ領域にある場合、磁性材料全体の平均結晶粒径はナノ領域にある。
 特に本発明の軟磁性材料に関しては、上記のランダム磁気異方性モデル或いは本発明に特有のメカニズムによる低保磁力化を実現させるために、第1相若しくは第2相の何れかはナノ領域にあることが好ましい。第1相、第2相ともに強磁性相である場合、双方とも平均結晶粒径が10μm未満であることが好ましく、1μm未満であることがランダム磁気異方性モデルに基づく低保磁力化を実現させるために好ましく、500nm以下であることがさらに好ましく、200nm以下であれば、M成分含有量にもよるが、本発明特有のメカニズムによる保磁力の顕著な低減効果もあって、特に好ましい。以上の場合、第2相より、第1相の磁気異方性エネルギーの方が大きい場合が多いので、特に、第1相が、10μm未満、好ましくは500nm以下、さらに好ましくは200nm以下であれば、保磁力は極めて小さくなり、各種トランス、モータ等に好適な軟磁性材料となる。
 また1nm未満となると、室温で超常磁性となり、磁化や透磁率が極端に小さくなる場合があるので、1nm以上とすることが好ましい。上述でも触れたが、もし1nm未満の結晶粒やアモルファス状の相が存在する場合は、これらを1nm以上の結晶粒と十分交換相互作用で連結させることが求められる。
 第2相が強磁性相でない場合、上記のランダム異方性化モデルによる保磁力低減に第2相は関与しないが、その存在により電気抵抗率が大きくなるため好ましい成分である。
 本発明の半硬磁性材料の場合は、以上とは逆に保磁力を発現するために、第1相をナノレベルの平均結晶粒径に保ち、適度な表面酸化層を第2相としたり、第2相を数nmの平均結晶粒径として第1相の粒界に存在させたりして、半硬磁性領域の保磁力を発現しつつ高い磁化を保ち、耐酸化性を付与させる方法が有効である。
<結晶粒径の測定>
 本発明の結晶粒径の測定はSEM法、TEM法または金属顕微鏡法で得た像を用いる。観察した範囲内で、異相界面や結晶粒界だけでなく全ての結晶境界を観察し、それに囲まれた部分の結晶領域の径を結晶粒径とする。結晶境界が見えにくい場合は、ナイタール溶液などを用いた湿式法やドライエッチング法などを用いて結晶境界をエッチングする方がよい。平均結晶粒径は、代表的な部分を選び、最低100個の結晶粒が含まれている領域で計測することを原則とする。これより少なくてもよいが、その場合は、統計的に十分全体を代表する部分が存在していて、その部分を計測していることが求められる。平均結晶粒径は、観測領域を撮影して、その写真平面(対象の撮影面への拡大射影面)上に適当な直角四角形領域を定め、その内部にJeffry法を適用して求める。なお、SEMや金属顕微鏡で観察した場合は、分解能に対して結晶境界幅が小さすぎて観測されないこともあるが、その場合、平均結晶粒径の計測値は実際の結晶粒径の上限値を与える。具体的には、上限10μmの平均結晶粒径測定値であれば問題ない。但し、例えばXRD上で明確な回折ピークを持たない、超常磁性が磁気曲線上で確認されるなどの現象から、磁性材料の一部乃至全部が結晶粒径の下限である1nmを切る可能性が示された場合は、TEM観察により実際の結晶粒径を改めて決定しなければならない。
<結晶子サイズの測定>
 本発明では、不均化反応により相分離が生じ、第1相及び/又は第2相のbcc相のNi含有量に組成幅が生じる。原理的にはNi含有量により、X線の回折線ピーク位置は変化するので、例えばbcc相の(200)における回折線の線幅を求めても、これにより結晶子サイズを決定することには余り意味はない。ここで、結晶子とは、結晶物質を構成する顕微鏡的レベルでの小さな単結晶のことであり、多結晶を構成する個々の結晶(いわゆる結晶粒)よりも小さい。
 しかし、Niは、Feと原子半径が近く(Fe及びNiの原子半径は、0.124nm及び0.125nm)、本発明の磁性材料に限れば、組成分布の影響による結晶子サイズの大きさの変化はほとんど見られない。そのため、本発明のように、上記の方法により得られた結晶(例えば、少なくとも第1相がFe100-xNi(xは原子百分率で0.001≦x≦30)の組成式で表される組成で表されるbcc相を有する結晶)の結晶子サイズの値は有意である。
 そこで、本発明において、結晶子サイズは、Kα回折線の影響を除いた(200)回折線幅とシェラーの式を用い、無次元形状因子を0.9として、bcc相の結晶子サイズを求めた。
 bcc相は、少なくとも第1相が当該相を有する場合(即ち、第1相のみがbcc相を有する場合と、第1相及び第2相の両方がbcc相を有する場合)があるが、その好ましいbcc相の結晶子サイズの範囲は1nm以上100nm未満である。
 1nm未満となると、室温で超常磁性となり、磁化や透磁率が極端に小さくなる場合があるので、1nm以上とすることが好ましい。
 bcc相の結晶子サイズが100nm未満とすると、保磁力は軟磁性領域に入って極めて小さくなり、各種トランス、モータ等に好適な軟磁性材料となるので好ましい。さらに、50nm以下は、Ni含有量の低い領域であるから2Tを超える高い磁化が得られるだけでなく、低い保磁力も同時に達成でき、非常に好ましい範囲である。
<軟磁性材料の大きさ>
 本発明の軟磁性材料の粉体の大きさ(平均粉体粒径)は10nm以上5mm以下が好ましい。10nm未満であると、保磁力が十分小さくならず、5mmを超えると、焼結の際に大きな歪みがかかり、固化後の焼鈍処理が無いと保磁力が反って大きくなる。さらに好ましくは100nm以上1mm以下であり、特に好ましくは0.5μm以上500μm以下である。この領域に平均粉体粒径が収まれば、保磁力の低い軟磁性材料となる。また、上記で規定した各平均粉体粒径範囲内で粒径分布が十分広ければ、比較的小さな圧力で容易に高充填が達成され、固化した成形体の体積当たりの磁化が大きくなるため、好ましい。粉体粒径が大きすぎると磁壁の移動が励起される場合があり、本発明の軟磁性材料の製造過程における、不均化反応によって形成される異相により、その磁壁移動が妨げられ、むしろ保磁力が大きくなる場合もある。そのため、本発明の軟磁性材料の成形の際、適切な粉体粒径を有した本発明の磁性材料粉体の表面が酸化された状態であった方がよい場合がある。M成分を含む合金は、酸化により表面に非磁性のM成分酸化物相の不働態膜を形成することがあるため、耐酸化性が極めて優れるだけでなく、保磁力の低減、電気抵抗率の向上などの点でも効果がある。粉体表面の適切な徐酸化、空気中での各工程ハンドリング、還元性雰囲気だけでなく、不活性ガス雰囲気などでの固化処理なども有効である。
<半硬磁性材料の大きさ>
 本発明の半硬磁性材料の磁性粉体の平均粉体粒径は10nm以上10μm以下の範囲にあるのが好ましい。10nm未満であると成形しづらく、合成樹脂やセラミックに分散して利用する際も分散性が極めて悪いことがある。また10μmを超える平均粉体粒径では、保磁力が軟磁性領域に至ることがあり、その場合には本発明の軟磁性材料の範疇に属する。さらに好ましい平均粉体粒径は10nm以上1μm以下で、この範囲であれば、飽和磁化と保磁力双方のバランスに優れた半硬磁性材料となる。
<平均粉体粒径の測定>
 本発明の磁性材料の粉体粒径は、主としてレーザー回折式粒度分布計を用いて体積相当径分布を測定し、その分布曲線より求めたメジアン径によって評価する。または粉体のSEM法やTEM法で得た写真,または金属顕微鏡写真を元に代表的な部分を選び、最低100個の直径を計測し、それらを体積平均して求める。これより少なくてもよいが、その場合は、統計的に十分全体を代表する部分が存在していて、その部分を計測していることが求められる。特に500nmを下回る粉体、1mmを超える粉体の粒径を計測するときは、SEMやTEMを用いる方法を優先する。又、N種類(N≦2)の測定法又は測定装置を併用し、合計n回の測定(N≦n)を行った場合、それらの数値Rは、R/2≦R≦2Rの間にある必要があって、その場合、下限と上限の相乗平均であるRを持って粉体粒径を決定する。
 以上のように、本発明の磁性材料の粉体粒径の測定法は、原則として、(1)計測値が500nm以上1mm以下である場合、レーザー回折式粒度分布計を優先し、(2)500nm未満又は1mmを超える場合は、顕微鏡法を優先する。(3)500nm以上1mmで(1)と(2)を併用する場合は、上記Rを持って平均粉体粒径を決定する。本願では、粉体粒径の標記は、(1)或いは(2)の場合、有効数字1桁乃至2桁であり、(3)の場合は有効数字1桁で表現する。粉体粒径の測定法を併用する理由は、500nm直上、1mm直下の粉体粒径を有する場合、(1)の方法では有効数字一桁でも不正確な値となる可能性があり、一方、(2)の方法では局所的な情報でないことを確かめるのに手間を要するので、(1)の方法でまず平均粉体粒径の値を得て、(2)の方法でも簡便に値を得ることにより、両者を比較検討し、上記Rを持って平均粉体粒径を決定するのが、非常に合理的であるからである。本願では、本発明の磁性材料の粉体の平均粒径を、以上の方法によって決定している。但し、(1)と(3)、或いは(2)と(3)が有効数字一桁で一致しない場合は、平均粉体粒径範囲によって、再度(1)又は(2)で精密に測定し、Rを決定しなければならない。ただし、明らかに強い凝集があって(1)で粉体粒径を求めるのが不適切であったり、あまりに不均一でサンプル画像によって見積もられる粉体粒径が極端に異なって明らかに(2)で粉体粒径を定めるのが不適切であったり、さらには測定装置の仕様によっては、上記の粉体粒径測定法を定める基準とした500nm及び1mmという区分が不適切であったりなど、明白な不適切事由が存在する場合は、上記原則に依らず、(1)、(2)又は(3)の何れかの手法を限定的に選定し直して採用してもよい。即ち、(1)~(3)の測定法の範囲内において、磁性材料の真の姿を捉えて、できるだけ真値に近い粉体粒径の体積平均値を得るために最も適切と考えられる手法を選択するのが良い。本発明の磁性材料を、それ以外の磁性材料と区別する為だけであれば、平均粉体粒径は有効数字1桁で決定されていれば足りる。
 なお、例えばNi含有量が10原子%以下のニッケルフェライトナノ粉体を1100℃以上に還元する場合など、マクロな粉体形状が、多くの貫通孔である中空部分を内部に含む立体網目状、いわばスポンジ形状となる場合がある。これらは、還元反応により粒成長が進むと同時に結晶格子から酸素が抜けて、大きな体積減少が生ずることにより形成されるものと考えている。この場合の粉体粒径は、内部の中空部分の体積を含んで計測される。
<固形磁性材料>
 本発明の磁性材料は、第1相と第2相が、直接、或いは、金属相若しくは無機物相を介して、連続的に結合し、全体として塊状を成している状態の磁性材料(本願では、「固形磁性材料」とも称する。)として活用できる。また、前述したように、粉体の中に多くのナノ結晶がすでに結合されている場合には、その粉体を樹脂などの有機化合物、ガラスやセラミックなどの無機化合物、またそれらの複合材料などを配合して成形することもできる。
<充填率>
 充填率について、本発明の目的を達成できる限り特に限定はないが、Ni成分の少ない本発明の磁性材料の場合は、60体積%以上100体積%以下とするのが、耐酸化性及び磁化の高さのバランスの観点から優れているので好ましい。
 ここにいう充填率とは、空隙も含む本発明の磁性材料全体の体積に対する本発明の磁性材料の体積(即ち、空隙や樹脂などの本発明の磁性材料でない部分を除いた、本発明の磁性材料のみによって占有される体積)の割合を百分率で表したものである。
 上記充填率のさらに好ましい範囲は80%以上であり、特に好ましくは90%以上である。本発明の磁性材料はもともと耐酸化性が高いが、充填率が大きくなるほど、さらに耐酸化性が増し、適用される用途範囲が広がるだけでなく、飽和磁化が向上して、高いパフォーマンスを有した磁性材料が得られる。また、本発明の軟磁性材料においては、粉体同士の結合が高まり保磁力が低下する効果ももたらす。
<本発明の磁性粉体、固形磁性材料の特徴>
 本発明の磁性材料粉体は、フェライトのように、焼結可能な粉体材料であることが大きな特徴の一つである。0.5mm以上の厚みを持った各種固形磁性材料を容易に製造することができる。さらに1mm以上、そして5mm以上の厚みを持った各種固形磁性材料でも、10cm以下の厚みであれば、焼結などにより、比較的容易に製造可能である。本発明の固形磁性材料を軟磁性材料として応用する場合には、用途に応じた多種多様な形状で使用することもある。
 本発明の固形磁性材料は、樹脂などのバインダを含まず、かつ密度が高く、切削加工及び/又は塑性加工により、任意の形状に、通常の加工機で容易に加工することができる。特に、工業的利用価値の高い角柱状、円筒状、リング状、円板状又は平板状などの形状に、容易に加工できることが大きな特徴の一つである。一旦これらの形状に加工した後、さらにそれらに切削加工などを施し、瓦状や任意の底辺形状を有する角柱などに加工することも可能である。即ち、任意の形状や、円筒面を含む曲面或いは平面により囲まれたあらゆる形態に、容易に切削加工及び/又は塑性加工を施すこと可能である。ここで言う切削加工とは、一般的な金属材料の切削加工であり、鋸、旋盤、フライス盤、ボール盤、砥石などによる機械加工であり、塑性加工とは、プレスによる型抜きや成形、圧延、爆発成形などである。また、冷間加工後の歪み除去のために、常温~1290℃で焼鈍を行うことができる。
<製造方法>
 次に本発明の磁性材料の製造方法について記載するが、特にこれらに限定されるものではない。
 本発明の磁性材料の製造方法は、
 (1)ニッケルフェライトナノ粉体製造工程
 (2)還元工程
の両工程を含み、必要に応じて、さらに以下の工程のいずれか1工程以上を含んでもよい。
 (3)徐酸化工程
 (4)成形工程
 (5)焼鈍工程
以下に、それぞれの工程について、具体的に述べる。
(1)ニッケルフェライトナノ粉体製造工程(本願では、「(1)の工程」とも称する。)
 本発明の磁性材料の原料であるナノ磁性粉体の好ましい製造工程としては、湿式合成法を用いて全室温で合成する方法を備えるものがある。
 公知のフェライト微粉体の製造方法としては、乾式ビーズミル法、乾式ジェットミル法、プラズマジェット法、アーク法、超音波噴霧法、鉄カルボニル気相分解法などがあり、これらの方法を用いても、本発明の磁性材料が構成されれば好ましい製造法である。但し、本発明の本質である、組成が不均化したナノ結晶を得るためには、主として水溶液を用いた湿式法を採用するのが最も工程が簡便で好ましい。
 本製造工程は、特許文献1に記載されている「フェライトめっき法」を本発明の磁性材料を製造するために使用するニッケルフェライトナノ粉体の製造工程に応用したものである。通常の「フェライトめっき法」は、粉体表面めっきだけでなく、薄膜などにも応用され、また、その反応機構なども既に開示されているが(例えば、阿部正紀、日本応用磁気学会誌、22巻、9号(1998)1225頁(以後、「非特許文献4」と称する。)や国際公開第2003/015109号(以後、「特許文献2」と称する。)を参照)、本製造工程においては、このような「フェライトめっき法」とは異なり、めっきの基材となる粉体表面は利用しない。本製造工程においては、フェライトめっきに利用される原料など(例えば、塩化ニッケル及び塩化鉄)を100℃以下の溶液中で反応させて、強磁性で結晶性のニッケルフェライトナノ粉体そのものを直接合成する。本願では、この工程(或いは方法)を「ニッケルフェライトナノ粉体製造工程」(或いは「ニッケルフェライトナノ粉体製造法」)と呼ぶ。
 以下に、スピネル構造を有した「ニッケルフェライトナノ粉体製造工程」に関して例示して説明する。
 予め酸性領域に調整した適量の水溶液を容器(本願では、反応場とも称する)に入れ、室温大気下、超音波励起しながら、若しくは適切な強度或いは回転数で、機械的撹拌を行いながら、反応液とともにpH調整液を同時に滴下して、酸性からアルカリ性領域に溶液pHを徐々に変化させ、ニッケルフェライトナノ粒子を反応場中に生成させる。その後、溶液とニッケルフェライトナノ粉体を分離し、乾燥して平均粉体粒径1nm以上1μm未満のニッケルフェライト粉体を得る。以上の方法は、工程が簡便であるため、コスト的に安価な方法として挙げられる。特に、本発明の実施例で挙げられた例は、全工程が室温でなされており、そのため、この熱源を使用しない製造工程によって、設備費用やランニングコストなどの負担が軽減される。本発明で用いられるニッケルフェライトナノ粉末を製造するための方法は、勿論上記製法に限られるわけではないが、上記製法で用いられる反応開始前の反応場の初期液(本願では、これを反応場液とも称する)、反応液、そしてpH調整液に関して、以下に説明を加える。
 反応場液としては、酸性溶液が好ましく、塩酸、硝酸、硫酸、リン酸などの無機酸のほか、金属塩、さらにその複塩や錯塩溶液などを水などの親水性溶媒に溶解した溶液(例えば、塩化鉄溶液や塩化ニッケル溶液等)、若しくは、有機酸の水溶液(例えば、酢酸やシュウ酸等)などの親水性溶媒溶液、さらにそれらの組み合わせなども使用可能である。反応場液として、予め反応液を反応場に用意することは効率的にニッケルフェライトナノ粉体の合成反応を進めるのに有効である。pHは-1未満であると、反応場を提供する材質に制限が生じ、また不可避ではない不純物の混入を許してしまう場合があるので、-1以上7未満の間で制御することが望まれる。反応場での反応効率を高め、不要な不純物の溶出、析出を最小限に食い止めるために、特に好ましいpH領域は0以上7未満である。反応効率と収率のバランスがよいpH領域として、さらに好ましくは1以上6.5未満である。反応場としての溶媒は、有機溶媒などのうち親水溶媒も使用できるが、無機塩が十分電離できるように、水が含まれることが好ましい。
 反応液は、塩化鉄若しくは塩化ニッケルなどの塩化物、硝酸鉄などの硝酸塩、或いは、Fe成分及び/又はNi成分(任意にM成分を含んでもよい)を含む、亜硝酸塩、硫酸塩、リン酸塩、若しくはフッ化物などの無機塩の水を主体とする溶液でも、場合よっては有機酸塩の水などの親水性溶媒を主体とする溶液も必要に応じて使用可能である。また、それらの組み合わせでもよい。反応液の中には、鉄イオンとニッケルイオンを含むことが必須である。反応液中の鉄イオンについて述べると、二価の鉄(Fe2+)イオンのみの場合と、三価の鉄(Fe3+)イオンとの混合物の場合と、三価の鉄イオンのみの場合の何れでもよいが、Fe3+イオンのみの場合は、M成分元素の二価以下の金属イオンが含まれている必要がある。Niイオンの価数としては、一価、二価及び三価が知られているが、反応液或いは反応場液中においては、二価が反応の均質性の点で特に優れる。
 pH調整液としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、水酸化アンモニウムなどのアルカリ溶液や、塩酸などの酸性溶液、及びその組み合わせが挙げられる。酢酸-酢酸ナトリウム混合溶液のようなpH緩衝液の使用やキレート化合物などの添加なども可能である。
 酸化剤は必ずしも必須ではないが、反応場液及び反応液中のFeイオンとして、Fe2+イオンのみが含まれている場合には、必須な成分である。酸化剤の例としては、亜硝酸塩、硝酸塩、過酸化水素水、塩素酸塩、過塩素酸、次亜塩素酸、臭素酸塩、有機過酸化物、溶存酸素水など、及びそれらの組み合わせが挙げられる。大気中や酸素濃度が制御された雰囲気中で撹拌することによって、ニッケルフェライトナノ粒子反応場へ連続的に、酸化剤としての働きを持つ溶存酸素が供給されている状況を保ち、反応の制御を行うことも有効である。また、反応場にバブリングするなどして、窒素ガスやアルゴンガスなどの不活性ガスを連続的あるいは一時的に導入し、酸素の酸化作用を制限することによって、他の酸化剤の効果を阻害せず、安定して反応制御を行うこともできる。
 典型的なニッケルフェライトナノ粉体製造法では、以下のような反応機構でニッケルフェライトナノ粒子の形成が進む。ニッケルフェライトナノ粒子の核は、反応液中にグリーンラストのような中間生成物を介して、或いは直接生成する。反応液としてFe2+イオンが含まれており、これが既に生成した粉体核、或いはある程度成長した粉体表面のOH基に吸着され、Hを放出する。次いで空気中の酸素や酸化剤、陽極電流(e)などによって酸化反応を行うと、吸着されたFe2+イオンの一部がFe3+イオンに酸化される。液中のFe2+イオンまたは、Fe2+及びNi2+イオン(或いは、Ni及びM成分イオン)が、既に吸着していた金属イオン上に再び吸着しつつ、加水分解を伴いながら、Hを放出してスピネル構造を有したフェライト相が生成する。このフェライト相の表面には、OH基が存在しているので、再び金属イオンが吸着して、同様のプロセスが繰り返され、ニッケルフェライトナノ粒子に成長する。
 この反応機構のなかで、Fe2+とNi2+から直接スピネル構造のフェライトに変化させるためには、FeのpH-電位図における平衡曲線で、Fe2+イオンとフェライトを仕切る線を横切るように、pHと酸化還元電位を調整しながら、(ゆっくり)Fe2+イオンの安定な領域からフェライトが析出する領域に、反応系をずらすのがよい。Ni2+は特別な場合を除いて反応初期から、二価の状態であり酸化還元電位変化に対する影響はほとんどなく、多くの場合Feの酸化還元電位の変化により反応(即ち混合溶液からフェライト固相への進行)が記述される。M成分元素のイオンが含まれ、そのイオンの酸化数が変化し反応に関与する場合も、その組成や温度に対応するpH-電位図を用いるか、予測することにより、同様な議論ができる。従って、pH調整剤や酸化剤の種類、濃度、添加方法などの条件を適宜調整しながらフェライト相を生成することが望ましい。
 一般的によく知られているフェライトナノ粉体の製造法では、酸性側で反応液を調整し、一気にアルカリ溶液を添加するなどして反応場を塩基性領域とし、共沈によって微粒子を瞬時に発生させることが多い。Fe成分とNi成分の溶解度積の差により、不均一にならないように配慮されたものと考えることができる。勿論、この方法で調製してもよく、非常に小さなナノ粒子を作製することができるので、本発明の磁性材料のフェライト原料としても使用できる。
 一方、本発明の実施例では、反応液を滴下してニッケルフェライトナノ粉体製造法における原料を反応場に供給しながら、pH調整剤も同時に滴下して、徐々にpHを酸性から塩基性へ変化させることにより、Ni成分を着実にFe-フェライト構造中に取り込んでいくように工程を設計している。この工程によれば、ニッケルフェライトナノ粉体を製造する段階で、上述のようなメカニズムでフェライトが生成される際に放出されるHが、pH調整液の連続的な反応場への投入により中和されていき、次々にニッケルフェライト粒子の生成や成長が生じる。また、反応初期には、グリーンラストが生じて反応場が緑色になる期間があるが、このグリーンラスト中にNi成分が混在することが重要であり、これが最終的にフェライトに転化した際、格子内にNiが取り込まれ、さらにこの後の還元反応において、第1相や第2相の中で、bcc構造を有するα-Fe相にNiが取り込まれていく。
 上記のほかに、反応を制御するためのその他の因子としては、撹拌と反応温度が挙げられる。
 ニッケルフェライトナノ粉体合成反応により生じた微粒子が凝集して、均質な反応を阻害するのを防ぐために、分散は非常に重要であるが、超音波で分散しながら反応励起を同時に行う方法、分散液をポンプで搬送や循環する方法、単に撹拌バネや回転ドラムで撹拌したり、アクチュエータなどで揺動や振動させたりする方法など、反応の制御の目的に応じて、公知の方法の何れか、或いはその組み合わせが用いられる。
 反応温度としては、一般に、本発明で用いるニッケルフェライトナノ粉体製造法では水共存下での反応であるために、大気圧下での水の凝固点から沸点までの0~100℃の間が選ばれる。
 本発明では、系全体を高圧下に置くなどして100℃を超える温度領域でニッケルフェライトナノ粉体を合成する方法、例えば超臨界反応法などは、本発明の効果を発揮するニッケルフェライトナノ粒子が形成できる限り、本発明の磁性材料に属する。
 反応の励起方法としては、上記の温度や超音波の他に、圧力や光励起なども有効な場合がある。
 さらに、本発明では、反応液としてFe2+を含む水溶液を用いてニッケルフェライトナノ粉体製造法を適用する場合(特にニッケルフェライトナノ粒子にFeが二価イオンとして混入する条件で反応させる場合)には、Niの含有量が40原子%未満であれば、最終的に生成した本発明の磁性材料のフェライトナノ粉体中にFeの二価イオンが観測されることが重要である。その量はFe2+/Fe3+比で、0.001以上であることが好ましい。この同定法としては、電子線マイクロアナライザー(EPMA)を用いると良い。具体的には、マンガンフェライトナノ粒子の表面をEPMAで分析し、FeLα-FeLβのX線スペクトルを得て、上記2種の材料の差分を取り、Fe2+を含む酸化鉄(例えばマグネタイト)及びFe3+のみの酸化鉄(例えばヘマタイトやマグヘマタイト)標準試料のスペクトルと比較することによりマンガンフェライトナノ粒子中のFe2+イオン量が同定できる。
 このとき、EPMAの測定条件は、加速電圧7kV、測定径50μm、ビーム電流30nA、測定時間1秒/ステップである。
 ニッケルフェライトナノ粉体の代表的な不純物相としては、Ni-ヘマタイトなどの酸化物、ゲーサイト、アカゲナイト、レピドクロサイト、フェロオキシハイト、フェリヒドライト、グリーンラストなどのオキシ水酸化鉄、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムなどの水酸化物があるが、この中で特にフェリヒドライト相、Ni-ヘマタイト相を含む場合、これらは還元後にα-(Fe,Ni)相及びその他の第2相を形成するので、必ずしも取り除く必要のない相である。これらのフェリヒドライト相、Ni-ヘマタイト相はSEM観察などにおいて、数nmの厚みを持った板状の組織として観察される。しかし、厚みの割に面積の大きい粒子であるため、還元反応過程において大きく不適切な粒成長を助長することがあり、Fe成分、Ni成分、酸素以外の不純物も多いため、この量はニッケルフェライトナノ粉体より体積分率で少ないことが望まれる。特に、Fe成分に対するNi成分の原子比が、0.33を超え0.5以下である場合、フェリヒドライト、Ni-ヘマタイトを中心とするニッケルフェライトナノ粉体以外の相のNi比がニッケルフェライトナノ粒子より大きくなり、還元時に生じる不均化が制御しにくくなるのでフェリヒドライト相、Ni-フェライト相などの不純物相の凝集具合(特に、数ミクロン程度にまで偏在して不均一にならないようにすること)などに十分注意を要する。なお、上記に関わらず、Niを取り込みやすいフェリヒドライト相、Ni-フェライト相の全磁性材料に対する含有量を、上述のNiを含まない不適切な副相を析出させないように、意図して0.01体積%以上33体積%以下までの範囲に制限して共存させることも可能である。この方が、ニッケルフェライトナノ粉体製造時の制御条件を厳密に保持する必要がないので、工業的なメリットが大きい。
 本発明の原料となるニッケルフェライトナノ粉体におけるFeとNiの組成比は、本発明の目的を達成できれば特に制限はないが、具体的には、FeとNiの総和に対するNiの含有量は0.01原子%以上70原子%以下であることが好ましく、更に好ましくはFeとNiの総和に対するNiの含有量は0.01原子%以上50原子%以下である。
 本発明の原料となるニッケルフェライトナノ粉体の平均粉体粒径は、1nm以上1μm未満であることが好ましい。さらに好ましくは、1nm以上100nmである。1nm以下であると、還元時の反応が十分に制御できず、再現性に乏しい結果となる。100nmを超えると、還元工程で還元した金属成分の不適切な粒成長が著しくなり、軟磁性材料の場合には、保磁力が上昇してしまう。また1μm以上では、α-Fe相が分離してしまい、この相の中にNiが取り込まれず、本発明の優れた電磁気特性、耐酸化性の乏しい磁性材料しか得られない。
 本発明で使用されるニッケルフェライトナノ粉体は、主に水溶液中で製造を行った場合、デカンテーション、遠心分離、濾過(その中でも特に吸引濾過)、膜分離、蒸留、気化、有機溶媒置換、粉体の磁場回収による溶液分離、又はそれらの組み合わせなどによって水分を除去する。その後、常温、または300℃以下の高温で真空乾燥させたり、空気中で乾燥させたりする。空気中での熱風乾燥や、アルゴンガス、ヘリウムガス、窒素ガスなどの不活性ガス(但し、本発明において、窒素ガスは、熱処理時の温度領域によっては不活性ガスにならないこともある)若しくは水素ガスなどの還元性ガス、或いはそれらの混合ガス中で熱処理することにより乾燥することもできる。液中の不要成分を除去し、一切熱源を使用しない乾燥方法としては、遠心分離後に上澄みを捨て、さらに精製水中にニッケルフェライトナノ粉体を分散させては遠心分離を繰り返し、最後にアセトンなどの低沸点で高蒸気圧の親水性有機溶媒で置換し、常温真空乾燥させる方法が挙げられる。
(2)還元工程(本願では、「(2)の工程」とも称する。)
 上記方法で製造したニッケルフェライトナノ粉体を還元して、本発明の磁性材料を製造する工程である。
 気相中で還元する方法が最も好ましく、還元雰囲気としては、水素ガス、一酸化炭素ガス、アンモニアガス、ギ酸ガスなどの有機化合物ガス及びそれらとアルゴンガス、ヘリウムガスなどの不活性ガスの混合気体や低温水素プラズマ、過冷却原子状水素などが挙げられ、これらを横型、縦型の管状炉、回転式反応炉、密閉式反応炉などに流通したり、還流したり、密閉したりしてヒーター加熱する方法、赤外線、マイクロ波、レーザー光などで加熱する方法などが挙げられる。流動床を用いたりして、連続式に反応させる方法も挙げられる。又、固体であるC(炭素)やCaで還元する方法、塩化カルシウムなどを混合して不活性ガス若しくは還元性ガス中で還元する方法、そして工業的にはAlで還元する方法もとられている。何れも、本発明の磁性材料が得られれば、本発明の製造法の範疇に入る。
 しかし、本発明の製造法において好ましい方法は、還元性ガスとして、水素ガス、或いはそれと不活性ガスとの混合ガス中で還元する方法である。ナノスケールで相分離した本発明の磁性材料を製造するためには、CやCaでの還元では還元力が強すぎて、本発明の軟磁性材料を構成するための反応のコントロールが非常に難しく、また還元後有毒なCOが発生したり、水洗して除かなくてはならない酸化カルシウムが混在したりするなどの問題点があるが、水素ガスによる還元では、一貫してクリーンな状況下で還元処理が行えるからである。
 本発明の材料中の酸素含有量については不活性ガス-融解法で求めるのが一般的であるが、還元前の酸素含有量が判っている場合には、還元前後の重量差から、本発明の材料中の酸素を推定することができる。但し、同時に還元前後に含有量が変化しやすい塩素などのハロゲン元素や、K、Naなどのアルカリ元素、或いは水や有機成分などの揮発性に富む成分が多量に含まれている場合には、これらの元素や成分の含有量を別途同定するのがよい。還元反応前後の重量変化だけでは、酸素含有量を厳密に見積もることができないためである。
 因みに、原料由来のアルカリ金属のうち、例えばKは、450℃で磁性材料内から気化により散逸し始め、900℃以上では、そのほとんどが除去される。従って、還元反応初期においては、その触媒的な働きを利用するために残存した方がよい原料由来のアルカリ金属が、用途によっては製品の段階では残存すると好ましくない場合にあっては、還元条件を適切に選ぶことにより、上記アルカリ金属を最終的に許容される範囲にまで適宜取り除くことができる。還元に有効な効果をもたらしながら、容易に除去できるKなどのアルカリ金属の最終的な含有量の範囲は、下限値は0.0001原子%以上で、上限値は5原子%以下であり、この上限値は、さらに1原子%以下に制御でき、最も精密に制御した場合には0.01原子%とすることができる。勿論、還元条件によっては、さらに検出限界以下にまでKなどのアルカリ金属を低減することも可能である。ニッケルフェライトナノ粉体に残存するCl(塩素)などハロゲン元素については、還元雰囲気下では主にHClなどのハロゲン化水素として材料系外に放出される。残存Clなどは450℃以上の還元温度で顕著に減量し始め、NiやK含有量、さらにそれらの還元工程での含有量変化にもよるが、概ね700℃以上の還元温度を選択すれば、材料内部からほぼ完全に除去することができる。
 本発明の還元反応前後の、O成分が主にHOとなって蒸散することによる重量減少は、Ni含有量、M成分含有量、酸素量、副相や不純物量、水などの揮発成分量、或いは還元性ガス種などの還元反応条件などにもよるが、還元反応前の重量を100質量%として、通常、0.1質量%以上80質量%以下の間である。
 なお、本発明の実施例の一部のように、SEMなどの写真やEDXをもとに局所的な酸素含有量を求めたり、XRDなどで同定した相を顕微鏡観察像上で特定したりすることもできる。第1相や第2相の酸素含有量やその分布を粗く見積もるのに適した方法である。
 以下に、還元性ガス中で熱処理することにより本発明の磁性材料を製造する方法について詳述する。典型的な還元工程での熱処理は、材料を還元性ガスフロー中で、一種又は二種以上の昇温速度を用いて線形或いは指数関数的に室温から一定温度まで温度上昇させ、直ちに一種又は二種以上の降温速度を用いて線形或いは指数関数的に室温まで降温させることにより、或いは、昇降温過程での昇温若しくは降温中若しくは昇温後の何れかの段階で一定時間(=還元時間)温度を保持する過程(以下、一定温度保持過程という)を加えることにより行われる。特に断らない限り、本発明の還元温度とは、昇温過程から降温過程に切り替わるときの温度、及び一定時間温度を保持する過程における温度のうちの最も高い温度を言う。
 本発明の軟磁性材料の製造法として、ニッケルフェライトを水素ガスで還元する方法を選んだ場合、Niの含有量によるが、還元温度は、400℃以上1538℃以下とすることが可能であり、中でも400℃以上1425℃以下の温度範囲を選ぶことが好ましい。総じて、400℃未満の温度では、還元速度が非常に遅く、還元時間が長くなって生産性に乏しくなることがあるためである。さらに、還元時間を1時間以下にしたい場合、還元温度の下限を500℃以上にすることが好ましい。
 1230℃以上1538℃以下で還元を行う際は、Ni含有量によって、還元中の磁性材料が溶解することがある。そのため、通常Ni含有量が0.01~33原子%の領域であれば、概ね400℃以上1425℃以下の温度範囲を自由に選んで、還元処理を施すことができるが、Ni含有量が33原子%を超えて50原子%までの場合、400℃以上1230℃以下の温度を選ぶのが好ましい。
 本発明の磁性材料に関する製造方法として特徴的なのは、本発明の方法によればNiが金属状態まで還元されるので、融点以上、また融点直下での還元反応であっても微細組織の粗大化を招いたり、セラミック容器などリアクターと反応したりすることがあり、この観点からいえば、融点付近以上の温度を還元温度としないのが好ましい。共存するM成分にもよるが、一般に1538℃を超える温度を還元温度に選ばないことが望ましい。
 以上より、還元時間が短く生産性の高い範囲であって、磁性材料が融解しない、本発明の磁性材料に対する好ましい還元温度の範囲は、Ni含有量によらず400℃以上1425℃以下であるが、800℃以上1230℃以下の範囲に制御すると、さらに保磁力が小さな本発明の軟磁性材料とすることができるので、この温度範囲は、本発明において高磁気特性の軟磁性材料を製造する上で、特に好ましい。
 同じ温度で還元した場合、還元時間が長いほど還元反応が進む。従って、還元時間が長いほど飽和磁化は高くなるが、保磁力については、還元時間を長くしたり、還元温度を高くしたりしても、保磁力が必ず小さくなると限らない。還元時間に関しては、所望の磁気特性に応じて、適宜選ぶのが望ましい。
 以上より、本発明の磁性材料の製造法として、ニッケルフェライトを水素ガスで還元する方法を選んだ場合、好ましい還元温度の範囲は、400℃以上1425℃以下である。中でも、平均粉体粒径が1nm以上1μm未満のニッケルフェライト粉体を得るという点では、450℃以上1425℃以下の還元温度範囲がより好ましい。
 還元が進んで、ニッケルフェライトナノ粒子が粒成長していくが、その際、還元温度によって、もともとのニッケルフェライトナノ粒子のNi含有量に起因して、生成する結晶相である第1相と第2相の結晶構造やNi含有量は多様に変化する。
 従って、昇温過程の昇温速度や反応炉内の温度分布により結晶相の構成が変化していくことになる。
 本発明の磁性材料は、その製造の際の還元工程において、ナノスケールで第1相、第2相が相分離することが望ましい。特に本発明の軟磁性材料の場合は、多様なNi含有量、結晶構造の相が不均化反応によって分離し、しかもそれらの配向性がランダムになっているか、及び/又はナノスケールのNi濃度のゆらぎがあり、それぞれ強磁性結合がなされていることが望ましい。
 本発明のフェライトナノ粉体を水素中還元した場合、昇温過程、一定温度保持過程、降温過程を通じて、不均化反応による相分離現象が夥しい頻度で生じ、その間様々な組成を有した多彩な相が現れて本発明の磁性材料が構成される。特にナノオーダーの微結晶の集合体が、結晶軸の方向が等方的であるか、及び/又は濃度のゆらぎがあるように強磁性結合により一体化され、主にランダム磁気異方性化により結晶磁気異方性が平均化されると、優れた本発明の軟磁性材料が構成される。
 なお、本発明において、800℃を超える高温領域でも、ナノ微細構造を保ちながら適切な粒成長が起きる理由は不明である。しかし、原料がニッケルフェライトナノ粉体であり、これが水素還元されて第1相のような金属状態となったとしても、適切な還元条件を選べば、元々の粒形状や組成分布が全く微細構造に反映されずに、組成分布が均質な組織となって結晶粒径が粗大化するような不適切な粒成長は起きていない。このように粒成長が還元反応とともに生じることから、還元による体積減少が通常最大52体積%も起こることを考え合わせると、連晶や骸晶に似た組織を残しながら不均化が進んでいくことも容易に類推できる。さらに、還元反応初期に不均化により相分離した相の還元速度の差も関与しながら、ナノ微細構造を維持しつつ、且つ、ナノ領域内の大きさである程度均質化した高温相からも、降温過程での不均化反応による相分離が主にα-(Fe,Ni)相内で生じて、ナノ粒子やナノ組織が析出することにより、最終的に全体としてナノスケールの非常に微細な不均化構造が構成されるものと考えられる。還元速度については、Ni-フェライト相、ウスタイト相などのNiを含む酸化物相では、Ni含有量が高いほど早くなる傾向もわかっており、一度不均化が生じると還元反応速度が材料内で一律でなくなることもナノ構造を保持するのに好都合に働いていると考えている。
 以上の一連の考察は、本発明の磁性材料は融解してしまうとその特徴を失うはずであることからも支持される。
(3)徐酸化工程(本願では、「(3)の工程」とも称する。)
 上記還元工程後の本発明の磁性材料はナノ金属粒子を含むので、そのまま大気に取り出すと自然発火して燃焼する可能性が考えられる。従って必須の工程ではないが、必要に応じて、還元反応の終了後直ちに徐酸化処理を施すことが好ましい。
 徐酸化とは、還元後のナノ金属粒子の表面を酸化し不働態化する(ウスタイト、Ni-フェライトなどの表面酸化層を設ける)ことによって、急激な酸化を抑制することである。徐酸化は、例えば常温付近~500℃内で、酸素ガスのような酸素源を含むガス中で行うが、大気より低酸素分圧の不活性ガス混合ガスを使用する場合が多い。500℃を超えると、どのような低酸素分圧ガスを用いても、表面にnm程度の薄い酸化膜を制御して設けることが難しくなる。また、一旦真空に引いた後、反応炉を常温で徐々に開放して酸素濃度を上げていき、急激に大気に触れさせないようにする徐酸化方法もある。
 本願では、以上のような操作を含む工程を「徐酸化工程」と称する。この工程を経ると次の工程である成形工程でのハンドリングが非常に簡便になる。
 この工程の後、酸化膜を再び取り除く方法としては、成形工程を水素ガスなどの還元雰囲気下で実施する方法が挙げられる。但し、徐酸化工程における表面酸化反応は完全な可逆反応ではないので、表面酸化膜の全てを除去することはできない。
 勿論、還元工程から成形工程までのハンドリングをグローブボックスのような無酸素状態で操作できるように工夫した装置で行う場合は、この徐酸化工程を必要としない。
 逆に、大きさが十分な本発明の軟磁性材料を成形する場合は、徐酸化工程を積極的に利用し、各粉体の表面に酸化膜を形成したまま、耐酸化性を向上させたり、電気抵抗率を向上させたり、さらに保磁力を安定化させたりすることも有効である。
 さらに、Ni含有量が多く、還元温度や時間が十分長くて、粒成長した本発明の磁性材料粉体の場合、この徐酸化工程を経ず、大気中にそのまま解放しても、安定な不動態膜が形成される場合があって、この場合は、特段な徐酸化工程を必要としない。この場合は、大気に開放すること自体が徐酸化工程と見なせる。
 徐酸化により、耐酸化性や磁気安定性を確保する場合、その酸化層や不動態膜の層によって強磁性結合が切断される場合があるので、なるべく粒成長を起こしてから徐酸化を行う方が好ましい。そうでない場合は、上述の通り徐酸化工程を経ず、次の成形工程を行うことが好ましく、脱酸素或いは低酸素プロセスにより、還元工程と成形工程を連続させることが望ましい。
(4)成形工程(本願では、「(4)の工程」とも称する。)
 本発明の磁性材料は、第1相と第2相が、直接、或いは金属相若しくは無機物相を介して、連続的に結合し、全体として塊状を成している状態である磁性材料(即ち、固形磁性材料)として利用される。本発明の磁性材料粉体は、そのもののみ固化するか、又は金属バインダや、他の磁性材料や、樹脂などを添加して成形するなどして、各種用途に用いる。なお、(2)の工程後、或いは更に(3)の工程後の磁性材料粉体の状態で、すでに第1相と第2相が、直接、或いは、金属相若しくは無機物相を介して、連続的に結合されている場合があって、この場合は本成形工程を経ずとも固形磁性材料として機能する。
 本発明の磁性材料のみを固化する方法としては、型に入れ冷間で圧粉成形して、そのまま使用したり、或いは続いて、冷間で圧延、鍛造、衝撃波圧縮成形などを行って成形したりする方法もあるが、多くの場合、50℃以上の温度で熱処理しながら焼結して成形を行う。加圧せずにそのまま、熱処理をすることにより焼結する方法を常圧焼結法という。熱処理雰囲気は非酸化性雰囲気であることが好ましく、アルゴン、ヘリウムなどの希ガスや窒素ガス中などの不活性ガス中で、或いは水素ガスを含む還元性ガス中で熱処理を行うと良い。500℃以下の温度条件なら大気中でも可能である。また、常圧焼結のように、熱処理雰囲気の圧力が常圧の場合のみならず、200MPa以下の加圧気相雰囲気中での焼結でも、さらには真空中の焼結でも構わない。
 熱処理温度については、50℃未満で行われる常温成形のほか、加圧成形では50~1425℃、常圧焼結では400℃以上1425℃以下の温度が好ましい。1300℃を超える温度では、材料が溶解する恐れがあり、組成範囲を慎重に選ぶ必要がある。従って、成形における特に好ましい温度領域は50℃以上1300℃以下である。
 この熱処理は圧粉成形と同時に行うこともでき、ホットプレス法やHIP(ホットアイソスタティックプレス)法、さらには通電焼結法、SPS(放電プラズマ焼結)法などの加圧焼結法でも、本発明の磁性材料を成形することが可能である。なお、本発明に対する加圧効果を顕著とするためには、加熱焼結工程における加圧力を0.0001GPa以上10GPa以下の範囲内とするのが良い。0.0001GPa未満であると、加圧の効果が乏しく常圧焼結と電磁気特性に変わりがないため、加圧焼結すると生産性が落ちる分不利となる。10GPaを超えると、加圧効果が飽和するので、むやみに加圧しても生産性が落ちるだけである。
 また、大きな加圧は磁性材料に誘導磁気異方性を付与し、透磁率や保磁力が制御すべき範囲から逸脱する可能性がある。従って、加圧力の好ましい範囲は0.001GPa以上2GPa以下、さらに好ましくは0.01GPa以上1GPa以下である。
 ホットプレス法の中でも、圧粉成形体を塑性変形するカプセルの中に仕込み、1軸~3軸方向から、大きな圧を掛けながら、熱処理してホットプレスする超高圧HP法は、不要な過度の酸素の混入を阻止することが可能である。一軸圧縮機を用い超硬やカーボン製の金型中で加圧熱処理するホットプレス法と異なり、タングステンカーバイド超硬金型を用いても難しい2GPa以上の圧を金型の破損などの問題なく材料に加えることができ、しかも圧力でカプセルが塑性変形し内部が密閉されることより大気に触れず成形できるからである。
 成形する前に、粉体粒径を調整するために、公知の方法を用いて、粗粉砕、微粉砕または分級をすることもできる。
 粗粉砕は、還元後の粉体が数mm以上の塊状物であった場合、成形前に実施する工程、或いは成形の後、再び粉体化する際に行う工程である。ジョークラッシャー、ハンマー、スタンプミル、ローターミル、ピンミル、コーヒーミルなどを用いて行う。
 さらに、粗粉砕の後、ふるい、振動式あるいは音波式分級機、サイクロンなどを用いて粒度調整を行うことも、より成形時の密度や成形性の調節を行うために有効である。粗粉砕、分級の後、不活性ガスや水素中で焼鈍を行うと構造の欠陥や歪みを除去することができ、場合によっては効果がある。
 微粉砕は、還元後の磁性材料粉体、或いは成形後の磁性材料を、サブミクロン~数十μmに粉砕する必要がある場合に実施する。
 微粉砕の方法としては上記粗粉砕で挙げた方法のほか、回転ボールミル、振動ボールミル、遊星ボールミル、ウエットミル、ジェットミル、カッターミル、ピンミル、自動乳鉢などの乾式や湿式の微粉砕装置及びそれらの組合せなどが用いられる。
 本発明の固形磁性材料の製造方法の典型例としては、(1)の工程によりニッケルフェライトナノ粉体を製造し、続いて(2)の工程で還元した後、(3)の工程→(4)の工程、或いは(4)の工程のみで成形する場合がある。特に好ましい製造法の一つとして、(1)の工程で例示した湿式法でニッケルフェライトナノ粉体を調製してから、(2)の工程で示した水素ガスを含む方法で還元し、(3)の工程で示した常温で低酸素分圧に晒す徐酸化を行った後、(4)の工程で示した常圧又は加圧での焼結法により成形する工程、特に、(3)の工程として材料粉体表面の脱酸素を行った後、(4)の工程として更なる材料中の酸素混入を避けるため水素中で成形する工程を用いる製造法が挙げられる。本固形磁性材料は、0.5mm以上の厚みに成形でき、また切削加工及び/又は塑性加工により、任意の形状に加工することができる。
 上記(1)の工程→(2)の工程、(1)の工程→(2)の工程→(3)の工程、(1)の工程→(2)の工程→後述の(5)の工程、(1)の工程→(2)の工程→(3)の工程→後述の(5)の工程で得た磁性材料粉体、または、以上の工程で得た磁性材料粉体を(4)の工程で成形した磁性材料を再び粉砕した磁性材料粉体、さらに、以上の工程で得た磁性材料粉体を後述の(5)の工程で焼鈍した磁性材料粉体を、高周波用の磁性シートなどの樹脂との複合材料に応用する場合には、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂と混合した後に圧縮成形を行ったり、熱可塑性樹脂と共に混練した後に射出成形を行ったり、さらに押出成形、ロール成形やカレンダ成形などを行ったりすることにより成形する。
 シートの形状の種類としては、例えば電磁ノイズ吸収シートに応用する場合、厚み5μm以上10mm以下、幅5mm以上5m以下、長さは0.005mm以上1m以下の圧縮成形によるバッチ型シート、ロール成形やカレンダ成形などによる各種ロール状シート、A4版を初めとする各種サイズを有した切削若しくは成形シートなどが挙げられる。
(5)焼鈍工程
 本発明の磁性材料は、第1相と第2相を有し、その一方或いは双方の結晶粒径がナノの領域にある場合が典型的である。
 各工程で生じる結晶の歪みや欠陥、非酸化の活性相の安定化など、様々な目的で焼鈍を行うことは、本発明の目的を阻害しない限りにおいて、好ましいこともある。この本発明の目的を阻害しないとは、焼鈍により、例えば、不適切な粒成長が生じて、ナノ結晶が粗大化したり、透磁率を適切に調整するために必要であった、結晶境界付近の磁気異方性を消失してしまったりすることで、逆に保磁力が大きくなったり、本発明の低透磁率の実現を阻害したりすることをしないことをいう。
 例えば、(1)のニッケルフェライトナノ粉体製造工程後に、含有水分などの揮発成分の除去を目的とした乾燥と同時に安定した還元を行うため、後工程における不適切な粒成長の阻止や格子欠陥を除去するなどの目的で、数nm程度の微細粒子成分を熱処理する、いわゆる予備熱処理(焼鈍)が行われることがある。この場合、大気中、不活性ガス中や真空中で50℃から500℃程度で焼鈍することが好ましい。
 また、(2)の還元工程後に、粒成長や還元による体積減少で生じた結晶格子や微結晶の歪みや欠陥を除去することで、本発明の軟磁性材料の保磁力を低減させることができる。この工程の後、粉体状のままで使用する用途、例えば粉体を樹脂やセラミックなどで固めて使用する圧粉磁心などの用途では、この工程後、或いはこの工程後に粉砕工程などを挟んだ後で、適切な条件で焼鈍すると電磁気特性を向上させることができることがある。
 また、(3)の徐酸化工程では、焼鈍が、表面酸化により生じた表面、界面、境界付近の歪みや欠陥の除去に役立つことがある。
 (4)の成形工程後における焼鈍が、最も効果的で、予備成形や圧縮成形、ホットプレスなど、その後の切削加工及び/又は塑性加工などで生じる結晶格子、微細構造の歪み、欠陥を除去するために積極的にこの工程後に焼鈍工程を実施することがある。この工程では、それよりも前にある工程で、積算された歪や欠陥などを一気に緩和させることも期待できる。さらには、前述した切削加工及び/又は塑性加工後に、(1)~(4)の工程、(2)~(4)の工程、(3)及び(4)の工程、さらに(4)の工程での歪みなどを、或いは積算された歪などをまとめて、焼鈍することもできる。
 焼鈍の雰囲気としては、真空中、減圧中、常圧中、200MPa以下の加圧中の何れも可能で、ガス種としては、アルゴンのような希ガスを代表とする不活性ガス、窒素ガス、水素ガスなどの還元性ガス、さらには、大気中など酸素源を含む雰囲気などが可能である。焼鈍温度は常温以上1350℃以下、場合によっては、液体窒素温度~常温の低温での処理も可能である。焼鈍工程の装置としては、還元工程や成形工程で用いる装置を利用でき、また公知の装置を組み合わせて実施することも可能である。
 以下、実施例などにより本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例などにより何ら限定されるものではない。
 本発明の評価方法は以下の通りである。
(I) 飽和磁化及び保磁力
 磁性粉体の場合、ポリプロプレン製の円筒ケース(内径2.4mm、粉体層の厚みはほぼ1.5mm)に仕込み、円盤状成形体の場合は直径3mm、厚み約1mmの円盤状に成形し、振動試料型磁力計(VSM)を用いて外部磁場が-7.2~7.2MA/mの領域で磁気曲線のフルループを描かせ、室温の飽和磁化(emu/g)及び保磁力(A/m)の値を得た。飽和磁化は5NのNi標準試料で補正し、飽和漸近則により求めた。保磁力は低磁場の領域の磁場のずれを、常磁性体のPd及び/又はGd2O3標準試料を用いて補正した。また、保磁力については、ヘルムホルツ型コイルを用いたVSM法によっても測定を行い、上記測定値の妥当性を確認した。この測定において、7.2MA/mまで着磁した後、零磁場までの磁気曲線上に滑らかな段差、変曲点が見られない場合、「1/4メジャーループ上の変曲点」が「無」いと判断した。
 因みに、以下に示す本実施例においてはいずれも、「1/4メジャーループ上の変曲点」が「無」いことを確認しており、強磁性結合が認められることがわかった。
 なお、測定磁場の方向は、磁性粉体の場合には軸方向、円盤状成形体の場合にはラジアル方向である。
 直方体状成形体の磁気特性は、試料サイズ15mm×5mm×1mmの固形磁性材料を微小単板測定冶具が備わった直流磁化測定機(直流BHループトレーサー)を用いて測定した。直方体状成形体の磁化測定については、外部磁場150Oeにおける磁化を飽和磁化として、その値をT(テスラ)単位で表した。
(II) 耐酸化性
 常温、大気中に一定期間t(日)放置した磁性粉体の飽和磁化σst(emu/g)を上記の方法で測定し、初期の飽和磁化σs0(emu/g)と比較して、その低下率を、
Δσ(%)=100×(σs0-σst)/σs0の式
により評価した。Δσの絶対値が0に近いほど高い耐酸化性能を有すると判断できる。本発明では、Δσの絶対値が1%以下の磁性粉体を、期間t日において耐酸化性が良好と評価した。なお、本発明において、t(日)は60である。
(III) 電気抵抗率
 試料サイズ3mmφ×1mmの円盤状成形体の場合はファン・デル・ポー(van der Pauw)法で測定した。
 試料サイズ15mm×5mm×1mmの直方体状成形体の場合は、四端子法で測定した。さらに、ファン・デル・ポー法でも測定し、上記測定値の妥当性を確認した。
(IV) Fe含有量、Ni含有量、酸素含有量、α-(Fe,Ni)相体積分率
 粉体やバルクの磁性材料におけるFe及びNi含有量は、蛍光X線分析法により定量した。磁性材料中の第1相や第2相のFe及びNi含有量は、FE-SEMで観察した像をもとに、それに付属するEDXにより定量した。また、α-(Fe,Ni)相の体積分率については、XRD法の結果とともに上記FE-SEMを用いた方法を組み合わせて画像解析により定量した。主として、観察された相が、α-(Fe,Ni)相と酸化物相のいずれであるかを区別するために、SEM-EDXを用いた酸素特性X線面分布図を使用した。さらに、(I)で測定した飽和磁化の値からも、α-(Fe,Ni)相体積分率の値の妥当性を確認した。
 還元工程後の磁性材料の酸素量は、還元後の重量の減少によっても確認した。さらにSEM-EDXによる画像解析を各相の同定に援用した。
 K量については、蛍光X線分析法により定量した。
(V) 平均粉体粒径
 磁性粉体を走査型電子顕微鏡(SEM)又は透過型電子顕微鏡(TEM)で観察して粉体粒径を決定した。十分全体を代表する部分を選定し、n数は100以上として、有効数字1桁で求めた。
 レーザー回折式粒度分布計を併用する場合は、体積相当径分布を測定し、その分布曲線より求めたメジアン径(μm)で評価した。但し、求められたメジアン径が500nm以上1mm未満であるときのみ、その値を採用し、顕微鏡を用いる方法で粗く見積もった粉体粒径と有効数字1桁で一致することを確認した。
(VI) 平均結晶粒径
 磁性材料を走査型電子顕微鏡(SEM)又は透過型電子顕微鏡(TEM)で観察し、結晶境界で囲まれた部分の大きさを有効数字1桁で求めた。測定領域は十分全体を代表する部分を選定し、n数は100以上とした。結晶粒径は、全体の平均値、第1相及び第2相のみの平均値をそれぞれ別途計測して決定した。
(VII) 結晶子サイズ
 X線回折法により測定したbcc相の(200)回折線の線幅に対して、シェラーの式をあてはめ、無次元形状因子を0.9として、結晶子サイズを求めた。
[実施例1及び比較例1]
 NiCl・6HO(塩化ニッケル(II)六水和物)とFeCl・4HO(塩化鉄(II)四水和物)の水溶液を別途調製し、これらを混合して50.3mMに調製したNiCl及びFeClの混合水溶液をリアクターに入れて反応場液(混合水溶液中に含まれるニッケル及び元素Mの組成を仕込み組成と呼ぶ。4原子%)とした。続いて、大気中にて激しく撹拌しながら、660mMの水酸化カリウム水溶液(pH調整液)を滴下して、系のpHを4.64~12.97の範囲で酸性側からアルカリ性側に徐々に移行して調整し、同時に168mMのFeClとNiClの混合水溶液(反応液、仕込みニッケル組成:4原子%)を滴下して15分間反応させた後、pH調整液と反応液の滴下を中止して、さらに15分間撹拌操作を続けた。続いて、遠心分離により固形成分を沈殿させ、精製水に再度分散し遠心分離を繰り返すことにより、上澄み溶液のpHを8.34として、最後にエタノール中に沈殿物を分散した後、遠心分離を行った。
 このあと、一昼夜常温にて真空乾燥を行うことにより、平均粉体粒径が20nmの(Fe0.96Ni0.04組成を有したNi-フェライトナノ粉体を得た。このナノ粉体をX線回折法により解析した結果、立方晶のNi-フェライト相が主な相であり、不純物相として菱面体晶のNi-ヘマタイト相が僅かに含有されていることがわかった。また、該ナノ粉体のSEM像を図2に示した。この写真において、球状に写る粉体がNi-フェライトナノ粉体であり、数nmの厚みの板状粉体が不純物相である。従って、この粉体にはα-(Fe,Ni)相は含まれておらず、これを比較例1の粉体とし、その磁気特性などを表1に示した。
 このNi-フェライトナノ粉体を、アルミナ製のるつぼに仕込み、水素気流中、300℃までは10℃/minで昇温し、300℃から1100℃までは12℃/minで昇温した後、1100℃で1時間還元処理を行った。この後400℃までは110℃/minで降温し、400℃から室温までは40分をかけて放冷した。続いて20℃にて、酸素分圧1体積%のアルゴン雰囲気中で1時間徐酸化処理を行い、ニッケルと鉄の含有量比が、Fe96.2Ni3.8組成の磁性材料粉体を得た。この磁性材料全体に対するO含有量は0.1原子%以下であり、K含有量も0原子%であった。また、このFe-Ni磁性材料粉体の平均粉体粒径は30μmであった。この磁性材料に関する解析は以下の方法により行い、この磁性材料を実施例1とした。
 得られた磁性材料をX線回折法等で評価した結果、bcc相であるα-(Fe,Ni)相が主成分であることが確認された。また、この相よりもNi含有量の高いα-(Fe,Ni)相の存在も確認された。これにより、上記bcc相であってNi含有量が低いα-(Fe,Ni)相が第1相に相当し、上記bcc相であってNi含有量が高いα-(Fe,Ni)相に相当することを確認した。
 これらの第2相を含め、全体のbcc相の体積分率を見積もると99体積%以上であることがわかった。
 また、この磁性材料粉体を磁性材料の局所的なNi含有量や不均化の存在や度合を知るのに適しているFE-SEM/EDX法によっても観察した。その結果、図3に示したように、本磁性材料の各相におけるNiの含有量(図の数値は、各相におけるNi含有量で、各相のNiとFeの総和に対するNiの原子比の値を百分率で表したものである)は、2.0~3.6原子%と大きく不均化して分布していることがわかった。なお、図3には、一つのα-(Fe,Ni)相と見られる領域の中にも10nmオーダーの間隔で湾曲した曲線状の無数の結晶境界が観察された。よって、α-(Fe,Ni)相の領域の中にも、Ni含有量で区別できる相、例えば、Ni含有量が2.0原子%のα-(Fe,Ni)相に対してNi含有量がその相よりも1.1倍以上10倍以下で、2原子%以上100原子%以下の3.1原子%のα-(Fe,Ni)相も存在していること、即ち、α-(Fe,Ni)相に関して、第1相以外に第2相に相当する相も存在していることが、この結果からも明らかになった。
 この粉体(磁性材料)中のNi、Fe、O、Kの各成分含有量は、磁性材料全体に対して、Ni含有量は約3.8原子%(3.7原子%以上3.8原子%以下)、Fe含有量は96.2原子%で、O含有量は0原子%以上0.1原子%以下で、K含有量は0原子%であった。また、この磁性材料粉体の平均粉体粒径は50μmであった。
 この磁性材料全体の平均結晶粒径は、90nmであった。第1相及び第2相の結晶粒径は、それぞれ100nm及び70nmであった。また、75万倍の倍率で上記結晶境界付近の観察を行った結果、これらの結晶境界付近には異相が存在していないことを確認した。
 この磁性材料の飽和磁化は、212.2emu/g、保磁力は227.3A/mであり、4分の1メジャーループ上に変曲点はなかった。
 従って、実施例1の磁性材料は保磁力が800A/m以下なので、軟磁性材料であることが確認された。以上の本実施例の相、結晶子サイズ及び磁気特性の測定結果を表1に示した。
[比較例2~4]
 Ni成分(塩化ニッケル水溶液)を添加しない以外は実施例1と同様な方法で、フェライトナノ粉体を作製した。
 このフェライトナノ粉体を、還元条件を425℃で1時間(比較例2)、同温度で4時間(比較例3)、450℃で1時間(比較例4)とする以外は、実施例1と同様な方法で、Fe金属粉体を作製した。
 これらの平均粉体粒径は、100nm(比較例2)、2μm(比較例3)及び2μm(比較例4)であった。また、磁気特性の測定結果は表1に示した。
[実施例2~6]
 仕込みNi組成を1原子%(実施例2)、3原子%(実施例3)、6原子%(実施例4)、8原子%(実施例5)及び12原子%(実施例6)に変更する以外は実施例1と同様な方法で、フェライトナノ粉体を作製した。
 これらのフェライトナノ粉体を、実施例1と同様な方法で処理し、磁性材料粉体を作製した。
 これらの磁性材料粉体の粒径及び磁気特性の測定結果は表1に示した。
 実施例2の粉体中のNi、Fe、O、Kの各成分含有量は、磁性材料全体に対して、Ni含有量は0.8原子%以上0.9原子%以下、Fe含有量は99.1原子%、O原子含有量は0原子%以上0.1原子%以下であった。K原子含有量は0原子%であった。また、この磁性材料粉体の平均粉体粒径は30μmであった。
 実施例2の材料を、磁性材料の局所的なNi含有量や不均化の存在や度合を知るのに適しているFE-SEM/EDX法によっても観察した。その結果、図4に示したように、本磁性材料の各相におけるNiの含有量(図の数値は、各相におけるNi含有量で、各相のNi及びFeの総和に対するNiの原子比の値を百分率で表したものである)は、0.12原子%以上1.24原子%以下と大きく不均化して分布していることがわかった。なお、図4には、一つのα-(Fe,Ni)相と見られる領域の中にも10nmオーダーの間隔で湾曲した曲線状の無数の結晶境界が観察された。よって、α-(Fe,Ni)相の領域の中にも、Ni含有量で区別できる相、例えば、Ni含有量が0.12原子%のα-(Fe,Ni)相に対してNi含有量がその相よりも1.1倍以上10倍以下である1.24原子%のα-(Fe,Ni)相も存在していること、即ち、α-(Fe,Ni)相に関して、第1相以外に第2相に相当する相も存在していることが、この結果からも明らかになった。
 この磁性材料全体の平均結晶粒径は、90nmであった。第1相及び第2相の結晶粒径は、それぞれ100nm及び70nmであった。また、75万倍の倍率で上記結晶境界付近の観察を行った結果、これらの結晶境界付近には異相が存在していないことを確認した。
[実施例7]
 MnCl・4HO(塩化マンガン(II)四水和物)、NiCl・6HO(塩化ニッケル(II)六水和物)とFeCl・4HO(塩化鉄(II)四水和物)の水溶液を別途調製し、これらを混合して50.3mMに調製したMnCl、NiCl及びFeClの混合水溶液をリアクターに入れて反応場液(仕込みニッケル組成4原子%、仕込みマンガン組成0.1原子%)とした。続いて、大気中にて激しく撹拌しながら、660mMの水酸化カリウム水溶液(pH調整液)を滴下して、系のpHを4.54~12.87の範囲で酸性側からアルカリ性側に徐々に移行して調整し、同時に168mMのFeClとNiClの混合水溶液(反応液:仕込みニッケル組成4原子%。仕込みマンガン組成0.1原子%)を滴下して15分間反応させた後、pH調整液と反応液の滴下を中止して、さらに15分間撹拌操作を続けた。続いて、遠心分離により固形成分を沈殿させ、精製水に再度分散し遠心分離を繰り返すことにより、上澄み溶液のpHを8.32として、最後にエタノール中に沈殿物を分散した後、遠心分離を行った。
 このフェライトナノ粉体を、実施例1と同様な方法で処理し、磁性材料粉体を作製した。
 この磁性材料の飽和磁化は、220.9emu/g、保磁力は20.1A/mであり、4分の1メジャーループ上に変曲点はなかった。なお、本磁性材料の飽和磁化はα-Feの質量磁化(218emu/g)を凌ぐ値を示した。
 以上の本実施例の相、結晶子サイズ及び磁気特性の測定結果を表2に示した。
[実施例8~9]
 仕込みマンガン組成を0.2原子%(実施例8)及び0.3原子%(実施例9)に変更する以外は実施例7と同様な方法で、フェライトナノ粉体を作製した。
 このフェライトナノ粉体を、実施例1と同様な方法で処理し、磁性材料粉体を作製した。
 これらの磁性粉体の相、結晶子サイズ及び磁気特性の測定結果は表2に示した。
[実施例10~24]
 仕込みニッケル組成及び仕込みマンガン組成を表1に示す値とする以外は実施例7と同様な方法で、フェライトナノ粉体を作製した。
 これらのフェライトナノ粉体を、実施例1と同様な方法で処理し、磁性材料粉体を作製した。
 これらの磁性粉体の相、結晶子サイズ及び磁気特性の測定結果は、実施例7~9の測定結果も含め、表2(実施例7~15)及び表3(実施例16~24)に示した。
 なお、図5には実施例1~24の飽和磁化と保磁力の測定結果を、仕込みニッケル組成に対してまとめた。
 表1-3に示す通り、実施例1~24の磁性材料は保磁力が800A/m以下なので、軟磁性材料であることが確認された。
 実施例7の材料を、磁性材料の局所的なNi含有量や不均化の存在や度合を知るのに適しているFE-SEM/EDX法によっても観察した。この磁性材料全体の平均結晶粒径は、80nmであった。第1相及び第2相の結晶粒径は、それぞれ50nm及び60nmであった。また、75万倍の倍率で上記結晶境界付近の観察を行った結果、これらの結晶境界付近には異相が存在していないことを確認した。
 また、得られた磁性粉体の飽和磁化の変化率Δσ(%)を調べたところ、4.3(実施例6)、-1.0(実施例8)、0.4(実施例16)、及び-0.3(実施例24)となった。Δσが負の値を示すのは、それぞれの磁性粉が作製直後に比べ、常温放置後、飽和磁化が向上していることを示す。この結果から、本実施例の金属粉体の耐酸化性は、t=60において、良好であることがわかった。
 これに比べて、比較例2~4のΔσ(%)は、それぞれ5.4(比較例2)、19.0(比較例3)、21.3(比較例4)であり、耐酸化性は、t=60において、良好でなく、本発明の磁性粉体の方が遥かに優れていた。
 実施例24の粉体(磁性材料)中のNi、Mn、Fe、O、Kの各成分含有量は、磁性材料全体に対して、Ni含有量は約12原子%(12.2原子%以上12.3原子%以下)、Mn含有量は0.3原子%、Fe含有量は87.4原子%、O含有量は0原子%以上0.1原子%以下であった。K原子含有量は0原子%であった。また、この磁性材料粉体の平均粉体粒径は50μmであった。
[実施例25~30]
 実施例7~12のフェライト粉体を、熱処理条件を900℃で1時間に変更する以外は、実施例1と同様な方法で処理し、磁性材料粉体を作製した。
 これらの試料の相、磁気特性等を表4に示す。
 表4に示す通り、実施例25~30の磁性材料は保磁力が800A/m以下なので、軟磁性材料であることが確認された。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001

 
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002

 
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003

 
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004

 
[実施例31]
 還元温度を450℃とする以外は実施例1と同様にして、本発明の磁性材料を作製した。
 得られた磁性材料をX線回折法等で評価した結果、bcc相であるα-(Fe,Ni)相が存在することが確認された。また、この相よりもNi含有量の高い(Ni,Fe)Oウスタイト相が観測されるとともに、Ni―フェライト相の存在もわずかに確認された。これにより、上記bcc相のα-(Fe,Ni)相が第1相に相当し、上記ウスタイト及びNi―フェライト相が第2相に相当することを確認した。
 全体のbcc相の体積分率を見積もると61体積%程度であることがわかった。
 この粉体(磁性材料)中のNi、Fe、O、Kの各成分含有量は、磁性材料に対するNi含有量は3.6原子%、Fe含有量は56.4原子%、O含有量は約38.8原子%、K原子含有量は1.2原子%であった。また、この磁性材料粉体の平均粉体粒径は200nmであった。
[実施例32]
 還元温度を450℃、還元時間を2時間とする以外は実施例1と同様にして、本発明の磁性材料を作製した。
 得られた磁性材料をX線回折法等で評価した結果、bcc相であるα-(Fe,Ni)相が存在することが確認された。また、この相よりもNi含有量の高い(Ni,Fe)Oウスタイト相の存在も確認された。これにより、上記bcc相のα-(Fe,Ni)相が第1相に相当し、上記ウスタイト相が第2相に相当することを確認した。
 全体のbcc相の体積分率を見積もると79体積%であることがわかった。
[実施例33]
 還元温度を450℃、還元時間を0.5時間とする以外は実施例1と同様にして、本発明の磁性材料を作製した。
 得られた磁性材料をX線回折法等で評価した結果、bcc相であるα-(Fe,Ni)相が存在することが確認された。また、この相よりもNi含有量の高い(Ni,Fe)Oウスタイト相、及びNi―フェライト相の存在も確認された。これにより、上記bcc相のα-(Fe,Ni)相が第1相に相当し、上記ウスタイト及びNi-フェライト相が第2相に相当することを確認した。
 全体のbcc相の体積分率を見積もると9体積%であることがわかった。
[実施例34]
 還元温度を600℃とする以外は実施例1と同様にして、本発明の磁性材料を作製した。
 得られた磁性材料をX線回折法等で評価した結果、bcc相であるα-(Fe,Ni)相が存在することが確認された。また、この相よりもNi含有量の高いα-(Fe,Ni)相も観測された。上記Ni含有量の少ないbcc相のα-(Fe,Ni)相が第1相に相当し、上記Ni含有量の多いbcc相のα-(Fe,Ni)相が第2相に相当することを確認した。
 全体のbcc相の体積分率を見積もると90体積%程度であることがわかった。
 この磁性材料全体の平均結晶粒径は、200nmであった。第1相及び第2相の結晶粒径は、それぞれ200nm及び200nmであった。また、75万倍の倍率で上記結晶境界付近の観察を行った結果、これらの結晶境界付近には異相が存在していないことを確認した。
[実施例35]
 実施例9の磁性材料粉体を3mmφのタングステンカーバイド製超硬金型に仕込み、真空中、150℃、1.4GPaの条件で通電焼結を行い、3mmφ×1mmの円盤状成形体を得た。
 次いで、この通電焼結体を水素中、1000℃、1時間の条件で焼鈍し、円盤状の固形磁性材料を作製した。昇温速度及び高温速度は実施例1と同じである。
 また、この固形磁性材料の保磁力は116.7A/mであって、本発明の軟磁性材料であるが、粉体の状態では、上記実施例9に記載したとおり、保磁力が143.9A/mであった。粉体が焼結により強磁性結合で連結され固形化されたことにより、保磁力が低下したものである。
 さらに、この固形磁性材料の電気抵抗率は、約15μΩcmであり、純鉄の0.1μΩmや電磁鋼板の0.5μΩmと比べ、2桁程度高い電気抵抗率を有することがわかった。
[実施例36]
 仕込みNi組成を16.7原子%に変更し、還元温度を450℃とする以外は実施例1と同様な方法で、本発明の磁性材料を作製した。
 得られた磁性材料をX線回折法等で評価した結果、bcc相であるα-(Fe,Ni)相が存在することが確認された。また、副相としてNi含有量が約50原子%である正方晶のFeNi相も観測された。上記Ni含有量の少ないbcc相のα-(Fe,Ni)相が第1相に相当し、上記Ni含有量の多いFeNi相が第2相に相当することを確認した。SEM観察の結果、第1相及び第2相の平均結晶粒径は、ともに500nmであった。また、75万倍の倍率で上記結晶境界付近の観察を行った結果、これらの結晶境界付近には異相が存在していないことを確認した。
 さらに、全体のbcc相の体積分率を見積もると50体積%程度であることがわかった。
 この粉体のNi、Fe、O、Kを含む全体の磁性材料に対するNi含有量は約14.8原子%、Fe含有量は84.3原子%であり、O含有量は0.8原子%、Kは0.1原子%であった。また、この磁性材料粉体の平均粉体粒径は750nmであった。
 この磁性材料の飽和磁化は、187.7emu/g、保磁力は4786A/mであり、4分の1メジャーループ上に変曲点はなかった。
 従って、実施例36の磁性材料は、保磁力が800A/mを超え40kA/m以下の範囲にあるので、半硬磁性材料であることが確認された。
[実施例37]
 比較例1と同様にして、(Fe0.959Ni0.040Mn0.001フェライトナノ粉体を作製した。これに、シリカ粉末を混合し、実施例1と同様に還元反応を行うことにより、粉体粒径0.5μmのFe93.2Ni3.9Si2.8Mn0.1磁性材料粉体を得た。
 この磁性材料粉体を磁性材料の局所的なNi含有量及び不均化の存在や度合を知るのに適しているFE-SEM/EDX法によって、実施例1と同様に評価した結果、α-(Fe,Ni)相の領域の中にも、第1相であるα-(Fe,Ni)相とNi含有量で区別できる相、即ち、第1相に含まれるFeとNiの総和に対して1.1倍以上10倍以下のNi含有量で、また、2原子%以上100原子%以下のNi含有量を有するα-(Fe,Ni)相(この「2原子%以上100原子%以下のNi含有量」は、第1相と区別できるα-(Fe,Ni)相中のNi含有量(原子百分率)のことである。)も存在していること、即ち、α-(Fe,Ni)相に関して、第1相以外に第2相に相当する相も存在していることが明らかになった。
その第1相若しくは第2相、或いは全体の結晶粒径は200nmであり、結晶子サイズは40nmであった。また、bcc相体積分率は98%以上であり、この磁性材料全体に対するO含有量は1.4原子%、K含有量は0であった。
 この磁性材料粉体を磁性材料の局所的なNi含有量及び不均化の存在や度合を知るのに適しているFE-SEM/EDX法によって、実施例1と同様に評価した結果、実施例1と同様に評価した結果、Ni組成のゆらぎが1.1倍以上であることが判明した。
 この磁性材料の飽和磁化は、229.9emu/gであり、bcc-Feの質量磁化(218emu/g)を上回る巨大な飽和磁化を有していることがわかった。また、保磁力は180.6A/mであり、4分の1メジャーループ上に変曲点はなかった。
 従って、実施例37の磁性材料は保磁力が800A/m以下なので、本発明の軟磁性材料であることが確認された。
[実施例38]
 実施例37の磁性材料粉体を15mm×5mmのタングステンカーバイド製超硬金型に仕込み、大気中、室温、1GPaの条件で冷間圧縮成形を行い、15mm×5mm×1mmの直方体の状成形体を得た。
 次いで、この直方体状の冷間圧縮成形体をアルゴン気流中、300℃まで10℃/minで昇温し、300℃で15分保持した後、300℃から900℃まで10℃/minで昇温した後、直ちに400℃まで75℃/minで降温し、400℃から室温までは40分をかけて放冷した。この常圧焼結を施すことにより、直方体状の固形磁性材料を得た。 この固形磁性材料を磁性材料の局所的なNi含有量及び不均化の存在や度合を知るのに適しているFE-SEM/EDX法によって、実施例1と同様に評価した結果、Ni組成のゆらぎが1.1倍以上であることが判明した。α-(Fe,Ni)相の領域の中にも、第1相であるα-(Fe,Ni)相とNi含有量で区別できる相、即ち、第1相に含まれるFeとNiの総和に対して1.1倍以上10倍以下で、また、2原子%以上100原子%以下のNi含有量を有するα-(Fe,Ni)相(この「2原子%以上100原子%以下のNi含有量」は、第1相と区別できるα-(Fe,Ni)相中のNi含有量(原子百分率)のことである。)も存在していること、即ち、α-(Fe,Ni)相に関して、第1相以外に第2相に相当する相も存在していることが明らかになった。
 この固形磁性材料の密度は5.95g/cmであった。直流磁化測定装置で得た飽和磁化及び保磁力は、0.681T及び372.3A/mであり、1/4メジャーループ上に変曲点はなかった。また、本固形磁性材料の電気抵抗率は6.9μΩmであった。
 本実施例により、本発明の固形磁性材料は、その特徴である1.5μΩmより電気抵抗率が高く、さらに既存材料である、例えば純鉄の0.1μΩmや電磁鋼板の0.5μΩmと比べ、1桁以上高い電気抵抗率を有することがわかった。
 なお、上記実施例1~34、36及び37、と比較例1~4の結果に鑑みて、本磁性粉体の電気抵抗率は、既存の一般的な金属系磁性材料よりも高い1.5μΩm以上を有すると推認可能なことから、本磁性粉体によれば渦電流損失などの問題点を解決することが可能であることがわかった。
 因みに、本実施例における不均化の存在や度合を知るのに適しているFE-SEM/EDX法による観察結果から、上記実施例1~38の本磁性粉体中の第1相及び第2相は、原料フェライト粉体の主原料相及び副原料相からそれぞれ由来しているものではなく、均質な原料フェライト相が還元反応により、不均化反応を起こして相分離したものであることがわかった。
 本発明の磁性材料によれば、従来の磁性材料では背反する特性、飽和磁化が高く、かつ電気抵抗率が高くて渦電流損失の問題点を解決でき、しかも積層工程などの煩雑な工程を要しない、金属系磁性材料と酸化物系磁性材料双方の利点を併せ持った電磁気特性の優れた磁性材料、加えて空気中でも磁気特性が安定した磁性材料として利用可能である。
 本発明は、主として動力機器、変圧器や情報通信関連機器に用いられる、トランス、ヘッド、インダクタ、リアクトル、コア(磁芯)、ヨーク、マグネットスイッチ、チョークコイル、ノイズフィルタ、バラストなど、さらに各種アクチュエータ、ボイスコイルモータ、インダクションモータ、リアクタンスモータなどの回転機用モータやリニアモータ、特に中でも、回転数400rpmを超える自動車駆動用モータ及び発電機、工作機、各種発電機、各種ポンプなどの産業機械用モータ、空調機、冷蔵庫、掃除機などの家庭用電気製品向けモータなどの、ロータやステータ等に用いられる軟磁性材料として利用可能である。
 さらに、アンテナ、マイクロ波素子、磁歪素子、磁気音響素子など、ホール素子、磁気センサー、電流センサー、回転センサー、電子コンパスなどの磁場を介したセンサー類に用いられる軟磁性材料として利用可能である。
 また、単安定や双安定電磁リレーなどの継電器、トルクリミッター、リレースイッチ、電磁弁などの開閉器、ヒステリシスモーターなどの回転機、ブレーキなどの機能を有するステリシスカップリング、磁場や回転速度などを検出するセンサー、磁性タグやスピンバルブ素子などのバイアス、テープレコーダー、VTR、ハードディスクなどの磁気記録媒体や素子等に用いられる半硬磁性材料として利用可能である。
 また、高周波用トランスやリアクトルを初め、電磁ノイズ吸収材料、電磁波吸収材料や磁気シールド用材料などの不要な電磁波干渉による障害を抑制する磁性材料、ノイズ除去用インダクタなどのインダクタ素子用材料、RFID(Radio Frequency Identification)タグ用材料やノイズフィルタ用材料等の高周波用の軟磁性や半硬磁性材料として利用可能である。
 
 

Claims (18)

  1.  FeとNiを含むbcc構造の結晶を有する第1相と、
     Niを含む第2相と、
    を有する軟磁性又は半硬磁性の磁性材料であって、
     前記第2相に含まれるFeとNiの総和に対するNiの含有量が、前記第1相に含まれるFeとNiの総和に対するNiの含有量よりも多い、
    前記磁性材料。
  2.  軟磁性である、請求項1に記載の磁性材料。
  3.  第1相がFe100-xNi(xは原子百分率で0.001≦x≦30)の組成式で表される組成を有する、請求項1または2に記載の磁性材料。
  4.  第1相のNi含有量を100原子%としたとき、そのNiの0.001原子%以上50原子%未満を、Co、Zr、Hf、Ti、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Cu、Zn、Siのいずれか1種以上で置換している、請求項1~3のいずれか一項に記載の磁性材料。
  5.  FeとNiを含むbcc構造の結晶を有する相を第2相として含み、その相に含まれるFeとNiの総和に対するNi含有量が、第1相に含まれるFeとMnの総和に対するNiの含有量に対して1.1倍以上10倍以下の量、及び/又は2原子%以上100原子%以下の量である、請求項1~4のいずれか一項に記載の磁性材料。
  6.  第2相がNi-フェライト相を含む、請求項1~5のいずれか一項に記載の磁性材料。
  7.  第2相がウスタイト相を含む、請求項1~6のいずれか一項に記載の磁性材料。
  8.  FeとNiを含むbcc構造の結晶を有する相の体積分率が磁性材料全体の5体積%以上である、請求項1~7のいずれか一項に記載の磁性材料。
  9.  磁性材料全体の組成に対して、Feが20原子%以上99.998原子%以下、Niが0.001原子%以上50原子%以下、Oが0.001原子%以上55原子%以下の範囲の組成を有する、請求項6又は7に記載の磁性材料。
  10.  第1相若しくは第2相、或いは磁性材料全体の平均結晶粒径が1nm以上10μm未満である、請求項1~9のいずれか一項に記載の磁性材料。
  11.  少なくとも第1相がFe100-xNi(xは原子百分率で0.001≦x≦30)の組成式で表される組成で表されるbcc相を有し、そのbcc相の結晶子サイズが1nm以上100nm未満である、請求項1~10のいずれか一項に記載の磁性材料。
  12.  粉体の形態であって、10nm以上5mm以下の平均粉体粒径を有する、請求項1~11のいずれか一項に記載の磁性材料。
  13.  第1相又は第2相の少なくとも1相が隣り合う相と強磁性結合している、請求項1~12のいずれか一項に記載の磁性材料。
  14.  第1相と第2相が、直接、或いは金属相若しくは無機物相を介して、連続的に結合し、磁性材料全体として塊状を成している状態である、請求項1~13のいずれか一項に記載の磁性材料。
  15.  平均粉体粒径が1nm以上1μm未満のニッケルフェライト粉体を、水素ガスを含む還元性ガス中で、還元温度450℃以上1425℃以下にて還元することによって請求項12に記載の磁性材料を製造する方法。
  16.  平均粉体粒径が1nm以上1μm未満のニッケルフェライト粉体を、水素ガスを含む還元性ガス中で還元し、不均化反応により第1相と第2相を生成させることによって、請求項1~13のいずれか一項に記載の磁性材料を製造する方法。
  17.  請求項15又は16に記載の製造方法によって製造される磁性材料を焼結することによって、請求項14に記載の磁性材料を製造する方法。
  18.  請求項15に記載の製造方法における還元工程後に、或いは請求項16に記載の製造方法における還元工程後若しくは生成工程後に、或いは請求項17に記載の製造方法における焼結工程後に、最低1回の焼鈍を行う、軟磁性の磁性材料の製造方法。
     
     
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