WO2018207890A1 - ＦｅＮｉ規則合金を含む磁性材料およびその製造方法 - Google Patents

ＦｅＮｉ規則合金を含む磁性材料およびその製造方法 Download PDF

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Definitions

  • the present disclosure a magnetic material comprising an L1 0 type FeNi ordered alloy having an L1 0 type ordered structure, and a manufacturing method thereof.
  • L1 0 type iron (Fe) and FeNi ordered alloy nickel (Ni) as a main component is expected as a magnet material and magnetic recording material uses no rare earth and precious metals.
  • the L1 0 type ordered structure is a crystal structure in which Fe and Ni are arranged in layers in the (001) direction based on a face-centered cubic lattice.
  • Such L1 0 ordered structure is, FePt, FePd, seen in alloys such AuCu, usually, a disordered alloy rules - heat treatment at below disorder transition temperature t [lambda, obtained by prompting diffusion.
  • the L1 0 type FeNi ordered alloy for use as a magnetic material or a magnetic recording medium high coercive force Hc of more 87.5kA / m is obtained.
  • the coercive force Hc is obtained as the strength of the magnetic field when a magnetic field is applied to the obtained FeNi ordered alloy and the magnetization direction of the FeNi ordered alloy is switched by the influence of the magnetic field.
  • Non-Patent Document 1 in order to obtain a high coercive force in L1 0 type FeNi ordered alloy, and has (see Non-Patent Document 1) it is proposed to the L1 0 type FeNi ordered alloy into a thin film. If an L1 0 type FeNi ordered alloy is a thin film, since the orientation of the shape magnetic anisotropy is oriented in one direction in the plane direction of the thin film, the magnetization tends to occur in that direction. Thereby, a high coercive force is obtained.
  • L1 0 type FeNi ordered alloy into a thin film, and Fe and Ni
  • the direction perpendicular to the plane of the film i.e. are stacked in the orthogonal direction.
  • L1 In 0 type FeNi ordered alloy from becoming the direction of the c-axis stacking direction of Fe and Ni is the axis of easy magnetization due to the crystal magnetic anisotropy, the thin film to be the direction of the shape magnetic anisotropy in the plane direction
  • the direction of the c-axis is orthogonal to one direction. Therefore, shape magnetic anisotropy cannot be used, and a high coercive force cannot be obtained.
  • An object of the present disclosure is to provide a magnetic material containing an FeNi ordered alloy that can be used as a magnet material or a magnetic recording material and that can obtain a high coercive force, and a method for manufacturing the magnetic material.
  • Magnetic material in one aspect of the disclosure is the L1 0 type ordered structure includes a FeNi ordered alloy is composed of acicular particles having a major axis and a minor axis.
  • the long axis direction is the direction of the shape magnetic anisotropy.
  • the L1 0 type FeNi ordered alloy As acicular particles, and Fe and Ni are stacked in a direction along the long axis of the acicular particles.
  • L1 In 0 type FeNi ordered alloy from becoming the direction of the c-axis stacking direction of Fe and Ni is the axis of easy magnetization due to the crystal magnetic anisotropy, the acicular particles as the direction of the shape magnetic anisotropy length The direction of the axis and the direction of the c-axis are substantially aligned.
  • a method of manufacturing a magnetic material includes preparing a FeNi disordered alloy composed of needle-shaped particles, performing a nitriding process for nitriding the FeNi disordered alloy, and performing a nitriding process by performing the denitrification process for removing nitrogen from been FeNi disordered alloy, and includes a obtaining a FeNi ordered alloy L1 0 type made up of needle-shaped particles.
  • nitriding treatment for nitriding the FeNi disordered alloy and denitrification treatment for removing nitrogen from the nitrided FeNi disordered alloy are performed.
  • L1 0 type FeNi ordered alloy composed of a needle-shaped particles are obtained.
  • the manufacturing method of the magnetic material in another aspect of the present disclosure includes providing a FeNi disordered alloy which is composed of acicular particles, Fe and Ni and is L1 0 type same lattice structure as FeNi ordered structure of and synthesizing the aligned compound in, and generating an L1 0 type FeNi ordered alloy composed of a needle-shaped particles by removing unnecessary elements other than Fe and Ni from a compound, wherein the compound In the synthesis, FeNiN, which is an intermediate product, is synthesized as a compound by nitriding the FeNi disordered alloy.
  • FIG. 1 It is a schematic diagram of the L1 0 type FeNi ordered alloy composed of a needle-shaped particles according to the first embodiment. It is a partial expansion schematic diagram of FIG. It is the figure which showed typically the relationship of each particle
  • Another example of the structure of L1 0 type FeNi ordered alloy composed of a needle-shaped particles is a schematic view showing a.
  • FeNi composed of acicular particles used in the production of L1 0 type FeNi ordered alloy shown in FIG. 1 is a schematic diagram of a disordered alloy. It is a schematic diagram of a structure formed by N diffusing into an FeNi disordered alloy composed of acicular particles.
  • FIG. 4A It is a schematic diagram of the FeNi ordered alloy produced
  • L1 0 type FeNi ordered alloy according to the present embodiment i.e., a magnetic material containing FeNi superlattice, is applied to a magnet material and magnetic recording materials.
  • L1 0 type FeNi ordered alloy contained in the magnetic material of the present embodiment is composed of acicular particles.
  • the acicular particles mean those having a needle-like particle structure having a major axis and a minor axis as shown in FIG. 1, but actually, as shown in FIG. 2A.
  • a plurality of particles are continuously connected to form needles. If a plurality of particles are continuously connected to form a needle shape, it can be said to be a needle-like particle, and it is not always necessary that all the particles are connected linearly. Further, if it has a needle-like part, it is included in the needle-like particle.
  • the needle-like particle has a structure in which the particle is branched and connected to the needle-like part. include.
  • the acicular particles L1 0 type made of a FeNi ordered alloy as indicated by the arrow in FIG. 1, the major axis direction is the direction of the shape magnetic anisotropy.
  • the L1 0 type FeNi ordered alloy As a needle-like particles, as shown in FIG. 2B, and Fe and Ni are stacked in a direction along the long axis of the acicular particles.
  • L1 In 0 type FeNi ordered alloy from becoming the direction of the c-axis stacking direction of Fe and Ni is the axis of easy magnetization due to the crystal magnetic anisotropy, the acicular particles as the direction of the shape magnetic anisotropy length The direction of the axis and the direction of the c-axis are substantially aligned. Therefore, it is possible to use the shape anisotropy, it is possible to increase the magnetic anisotropy energy, the anisotropic magnetic field of L1 0 type FeNi ordered alloy is increased. Therefore, a magnetic material containing a composed L1 0 type FeNi ordered alloy in acicular particles as in the present embodiment by applying a magnetic material and magnetic recording materials such as, can obtain a high coercive force Hc It becomes.
  • Preferred acicular particles constituting such a L1 0 type FeNi ordered alloy for example a ratio of dimensions of the major axis relative to the size of the short axis as the aspect ratio, the aspect ratio is a more than 1.5 .
  • the dimension of the minor axis of the acicular particles means the dimension in the minor axis direction of each particle constituting the acicular particles.
  • the average value of the short axis direction of each particle can be set as the minor axis size of the acicular particles.
  • the major axis dimension of the acicular particles means a linear dimension when both ends of the acicular portion of the acicular particles are connected by a straight line.
  • the needle-like particles constituting the L1 0 type FeNi ordered alloy the larger the aspect ratio, the shape magnetic anisotropy is increased. According to experiments and simulations, it was confirmed that when the aspect ratio of the acicular particles was 1.5 or more, the effect of shape magnetic anisotropy appeared and magnetic anisotropy was obtained in the major axis direction. In addition, the effect of magnetic anisotropy became more significant as the aspect ratio of the acicular particles increased.
  • the size of the minor axis of the needle-like particles obtained by the experiment has been a 20 ⁇ 250 nm
  • the aspect ratio is more than 1.5 L1 0
  • shape magnetic anisotropy was obtained.
  • the L1 0 type FeNi ordered alloy shape magnetic anisotropy can be obtained It was done.
  • the coercive force Hc decreases thereafter.
  • the dimension of the short axis of the acicular particles exceeds 250 nm, there are cases where the coercive force Hc decreases. For this reason, it is desirable that the dimension of the short axis of the acicular particles is not too large. Needless to say, the dimension of the short axis of the acicular particles may exceed 250 nm. However, for example, when the diameter is 20 nm or more and 250 nm or less, a desired coercive force Hc can be realized more reliably.
  • the dimension of the major axis of the acicular particles is arbitrary, and it is sufficient that the aspect ratio is 1.5 or more, and a high coercive force Hc is obtained in a range of at least 30 nm to 750 nm. .
  • L1 0 type FeNi ordered alloy of the present embodiment for example, prepared FeNi disordered alloy composed of acicular particles, which after the nitriding process of nitriding, the nitriding treated FeNi disordered alloy It is obtained by performing a denitrification treatment for removing nitrogen.
  • An irregular alloy is an alloy in which the arrangement of atoms is random without regularity.
  • the FeNi disordered alloy composed of acicular particles can be obtained, for example, by preparing a diluted FeNi dispersion and heating the diluted FeNi dispersion to remove moisture. At this time, if the obtained FeNi disordered alloy is an oxide, it can be reduced to hydrogen to form a FeNi disordered alloy composed of needle-like particles. Also, by using goethite which is a hydroxide of Fe, that is, a needle-like hydroxide, the hydroxide is heated to remove water to obtain a FeNi disordered alloy composed of needle-like particles. You can also.
  • the FeNi disordered alloy has needle-like particles as shown in FIG. 4A, but when each particle constituting the needle-like particles is enlarged in a portion surrounded by a broken line in the figure, it is shown in FIG. 5A. In this way, the Fe element and the Ni element are randomly arranged without regularity.
  • a nitriding process for nitriding the FeNi disordered alloy and a denitrification process for desorbing nitrogen from the nitrided FeNi disordered alloy are performed. These processes are performed using, for example, a manufacturing apparatus shown in FIG. .
  • the manufacturing apparatus includes a tubular furnace 10 as a heating furnace heated by a heater 11 and a glove box 20 for installing a sample in the tubular furnace 10. Further, this manufacturing apparatus switches Ar (argon) as a purge gas, NH 3 (ammonia) for nitriding treatment, and H 2 (hydrogen) for denitrification treatment, and introduces the gas into the tubular furnace 10 by switching. 30.
  • nitriding is performed using such a manufacturing apparatus. That is, the FeNi irregular alloy 100 is installed in the tubular furnace 10.
  • NH 3 gas is introduced into the tubular furnace 10 to make the inside of the tubular furnace 10 an NH 3 atmosphere, and the FeNi disordered alloy is heated and nitrided at a predetermined temperature for a predetermined time.
  • the treatment temperature for the nitriding treatment is 300 ° C. or more and 500 ° C. or less, and the treatment time is 10 hours or more. As a result, as shown in FIG.
  • NH 3 is decomposed on the surface of the FeNi disordered alloy and separated into N and H 2 , and N diffuses into the FeNi disordered alloy. Then, based on the penetration direction of N, ordering occurs in that direction, and as shown in FIG. 5B, a structure 101 in which Fe elements and Ni elements are regularly stacked, for example, a compound composed of FeNiN is generated. Is done.
  • H 2 gas is introduced into the heating furnace to make the inside of the tubular furnace 10 into an H 2 atmosphere, and the FeNi disordered alloy that has been nitrided at a predetermined temperature for a predetermined time is heated to remove nitrogen.
  • the treatment temperature for the denitrification treatment is 250 ° C. or higher and 400 ° C. or lower.
  • the denitrification treatment time may be as short as 1 hour or less.
  • the crystal structure when the nitriding treatment is performed is maintained, and the structure in which Fe element and Ni element are regularly stacked as shown in FIG. 5C.
  • the anisotropic magnetic field was 981 kA / m in the comparative example, whereas a high anisotropic magnetic field of 1128 kA / m was obtained in the present embodiment.
  • the anisotropic magnetic field of the Comparative Example was bought if high enough, if the FeNi ordered alloy L1 0 type was a simple granular, not determined the location of the start of N, anisotropic orientation in loose c-axis It is thought that there is not.
  • the FeNi ordered alloy 1 of L1 0 type constituted by acicular particles as in the present embodiment, determines the location of the start of N, because of the anisotropy in the direction of the c-axis is constant It is considered that a high anisotropic magnetic field was obtained.
  • the present embodiment when forming the L1 0 type FeNi ordered alloy from FeNi disordered alloy, further increasing the coercive force Hc by generating an intermediate product.
  • nitriding and denitrifying are performed, but in this embodiment, FeNiN is generated as an intermediate product when nitriding is completed.
  • the oxide film formed on the surface of the FeNi disordered alloy is removed prior to the nitriding treatment so that the intermediate product is accurately generated by the nitriding treatment.
  • an FeNi disordered alloy composed of acicular particles is prepared. As shown in FIG. 8, since the oxide film 100a is formed on the surface of the FeNi disordered alloy, a removal process for removing the oxide film 100a on the surface of the FeNi disordered alloy is performed prior to the nitriding process. Thereafter, a nitriding process is performed following the removal process.
  • a heat treatment is performed, for example, between 300 ° C. and 450 ° C. in the etching atmosphere of the oxide film 100a.
  • the oxide film 100a on the surface of the FeNi disordered alloy is removed, and the surface state is easily nitrided.
  • heat treatment is performed in an atmosphere containing N, for example, at 200 ° C. to 400 ° C.
  • the FeNi disordered alloy that has been easily nitrided by removing the oxide film can be precisely nitrided, and FeNiN as an intermediate product is formed.
  • the nitriding process is performed after removing the oxide film 100a, so that the nitriding reaction is easier, and the temperature may be lower than in the case of the first embodiment. For this reason, the temperature of the nitriding treatment is set to 200 ° C. to 400 ° C., but this temperature may be exceeded, and it may be set to 500 ° C. or less as in the first embodiment.
  • denitrification treatment is performed on FeNiN as an intermediate product.
  • heat treatment is performed at 200 to 400 ° C. in a denitrification atmosphere, for example.
  • L1 0 type FeNi ordered alloy it is possible to form an L1 0 type FeNi ordered alloy.
  • Hc coercive force
  • the present embodiment generates a FeNi an intermediate product by performing a nitriding process on disordered alloy Fenin, it generates an L1 0 type FeNi ordered alloy further subjected to denitrification ing.
  • a manufacturing method it is possible to generate an L1 0 type FeNi ordered alloy of higher coercivity Hc is obtained.
  • an intermediate product can be generated more accurately by performing a nitriding process after performing a removing process for removing the oxide film 100a formed on the surface of the FeNi disordered alloy. Become. Therefore, by performing the removal processing, higher coercive force Hc becomes possible to obtain a L1 0 type FeNi ordered alloy obtained.
  • a FeNi ordered alloy L1 0 type composed of acicular particles L1 0 by a method other than the nitriding treatment and denitrification
  • a type of FeNi ordered alloy may be obtained. That is, after performing the process of Fe and Ni to synthesize L1 0 type compound aligned on the same lattice structure as FeNi rule structure, by performing a process of removing unnecessary elements other than Fe and Ni from the compound to obtain a needle-like particles L1 0 type made of a FeNi ordered alloy may.

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Abstract

磁性材料を針状粒子で構成されたＬ１０型のＦｅＮｉ規則合金で構成する。このようなＬ１０型のＦｅＮｉ規則合金では、長軸方向が形状磁気異方性の向きとなる。そして、針状粒子としてＬ１０型のＦｅＮｉ規則合金を構成する場合、ＦｅとＮｉの元素は、針状粒子の長軸に沿った方向に積層される。また、Ｌ１０型のＦｅＮｉ規則合金では、ＦｅとＮｉの積層方向が結晶磁気異方性による磁化容易軸となるｃ軸の向きになることから、形状磁気異方性の向きとなる針状粒子の長軸の方向とｃ軸の向きが概ね揃う。したがって、針状粒子で構成されるＬ１０型のＦｅＮｉ規則合金を含む磁性材料を磁石材料や磁気記録材料等に適用することで、高い保磁力Ｈｃを得ることが可能となる。

Description

ＦｅＮｉ規則合金を含む磁性材料およびその製造方法 関連出願への相互参照
　本出願は、２０１７年５月１２日に出願された日本特許出願番号２０１７－９５７８８号に基づくもので、ここにその記載内容が参照により組み入れられる。
　本開示は、Ｌ１０型の規則構造を有するＬ１０型のＦｅＮｉ規則合金を含む磁性材料、および、その製造方法に関するものである。
　Ｌ１０型の鉄（Ｆｅ）とニッケル（Ｎｉ）を主成分とするＦｅＮｉ規則合金は、レアアースや貴金属を全く使用しない磁石材料および磁気記録材料として期待されている。ここで、Ｌ１０型規則構造とは、面心立方格子を基本としてＦｅとＮｉとが（００１）方向に層状に配列した結晶構造である。このようなＬ１０型規則構造は、ＦｅＰｔ、ＦｅＰｄ、ＡｕＣｕなどの合金にみられ、通常、不規則合金を規則－不規則転移温度Ｔλ以下で熱処理し、拡散を促すことで得られる。
　Ｌ１０型のＦｅＮｉ規則合金を磁石材料や磁気記録媒体として使用するには、８７．５ｋＡ／ｍ以上という高い保磁力Ｈｃが求められる。保磁力Ｈｃは、得られたＦｅＮｉ規則合金に対して磁場を印加し、ＦｅＮｉ規則合金の磁化方向が磁場の影響で切り替わるときの磁場の強さとして求められる。保磁力Ｈｃは、ＳＩ単位ではｋＡ／ｍで表されるが、ＯＧＳ単位ではＯｅ［エルステッド］で表され、１Ａ／ｍ＝４π×１０－３［Ｏｅ］であるため、８７．５ｋＡ／ｍ＝１１００［Ｏｅ］である。
　従来、Ｌ１０型のＦｅＮｉ規則合金において高い保磁力を得るために、Ｌ１０型のＦｅＮｉ規則合金を薄膜状にすることが提案されている（非特許文献１参照）。Ｌ１０型のＦｅＮｉ規則合金を薄膜状にすると、形状磁気異方性の向きが薄膜の平面方向の一方向に向くため、その方向において磁化が起こりやすくなる。これにより、高い保磁力を得るようにしている。
Ｔ．　Ｋｏｊｉｍａ　ｅｔ　ａｌ．，　Ｊｐｎ．　Ｊ．　Ａｐｐｌ．　Ｐｈｙｓ．　５１，　０１０２０４　（２０１２）．
　しかしながら、Ｌ１０型のＦｅＮｉ規則合金を薄膜状にした場合、ＦｅとＮｉの元素は、薄膜の平面に対する垂直方向、つまり面直方向に積層される。Ｌ１０型のＦｅＮｉ規則合金では、ＦｅとＮｉの積層方向が結晶磁気異方性による磁化容易軸となるｃ軸の向きになることから、形状磁気異方性の向きとなる薄膜の平面方向の一方向に対してｃ軸の向きが直交してしまう。したがって、形状磁気異方性を利用することができず、高い保磁力を得ることができない。
　本開示は、磁石材料や磁気記録材料としても用いることができる高い保磁力が得られるＦｅＮｉ規則合金を含む磁性材料、および、その製造方法を提供することを目的とする。
　本開示の１つの観点における磁性材料は、Ｌ１０型の規則構造とされ、長軸と短軸を有する針状粒子で構成されているＦｅＮｉ規則合金を含んでいる。
　このように、針状粒子で構成されたＬ１０型のＦｅＮｉ規則合金では、長軸方向が形状磁気異方性の向きとなる。針状粒子としてＬ１０型のＦｅＮｉ規則合金を構成する場合、ＦｅとＮｉの元素は、針状粒子の長軸に沿った方向に積層される。Ｌ１０型のＦｅＮｉ規則合金では、ＦｅとＮｉの積層方向が結晶磁気異方性による磁化容易軸となるｃ軸の向きになることから、形状磁気異方性の向きとなる針状粒子の長軸の方向とｃ軸の向きが概ね揃う。したがって、形状磁気異方性を利用することができ、磁気異方性エネルギーを増加させることができるため、Ｌ１０型のＦｅＮｉ規則合金の異方性磁界が高くなる。このため、針状粒子で構成されるＬ１０型のＦｅＮｉ規則合金を含む磁性材料を磁石材料や磁気記録材料等に適用することで、高い保磁力を得ることが可能となる。
　また、本開示のもう１つの観点における磁性材料の製造方法では、針状粒子で構成されたＦｅＮｉ不規則合金を用意することと、ＦｅＮｉ不規則合金を窒化する窒化処理を行うことと、窒化処理されたＦｅＮｉ不規則合金から窒素を除去する脱窒素処理を行うことにより、針状粒子で構成されたＬ１０型のＦｅＮｉ規則合金を得ることと、を含んでいる。
　このように、針状粒子で構成されたＦｅＮｉ不規則合金を用意したのち、ＦｅＮｉ不規則合金を窒化する窒化処理と、窒化処理されたＦｅＮｉ不規則合金から窒素を除去する脱窒素処理を行うことにより、針状粒子で構成されたＬ１０型のＦｅＮｉ規則合金が得られる。
　さらに、本開示のもう１つの観点における磁性材料の製造方法では、針状粒子で構成されたＦｅＮｉ不規則合金を用意することと、ＦｅとＮｉとがＬ１０型のＦｅＮｉ規則構造と同じ格子構造で整列した化合物を合成することと、化合物からＦｅとＮｉ以外の不要な元素を除去することで針状粒子で構成されたＬ１０型のＦｅＮｉ規則合金を生成することと、を含み、化合物を合成することでは、ＦｅＮｉ不規則合金を窒化処理することで化合物として中間生成物となるＦｅＮｉＮを合成する。
　このように、ＦｅとＮｉとがＬ１０型のＦｅＮｉ規則構造と同じ格子構造で整列した化合物を合成し、この化合物から針状粒子で構成されるＬ１０型のＦｅＮｉ規則合金を生成する。このような製造方法により、より高い保磁力を有するＬ１０型のＦｅＮｉ規則合金を、容易に合成することができる。
　なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。
第１実施形態にかかる針状粒子で構成されたＬ１０型のＦｅＮｉ規則合金の模式図である。 図１の部分拡大模式図である。 針状粒子を構成する各粒子と各粒子に含まれるＦｅ元素およびＮｉ元素の配列の関係を模式的に示した図である。 針状粒子で構成されたＬ１０型のＦｅＮｉ規則合金の他の構造例を示した模式図である。 図１に示すＬ１０型のＦｅＮｉ規則合金の製造に用いる針状粒子で構成されたＦｅＮｉ不規則合金の模式図である。 針状粒子で構成されたＦｅＮｉ不規則合金へＮが拡散してできた構造体の模式図である。 ＦｅＮｉ不規則合金から生成されたＦｅＮｉ規則合金の模式図である。 図４Ａの破線部におけるＦｅ元素およびＮｉ元素の配列を模式的に示した図である。 図４Ｂの破線部におけるＦｅ元素、Ｎｉ元素およびＮ元素の配列を模式的に示した図である。 図４Ｃの破線部におけるＦｅ元素およびＮｉ元素の配列を模式的に示した図である。 ＦｅＮｉ規則合金の製造装置の構成を模式的に示す図である。 第１実施形態と比較例それぞれの場合におけるＬ１０型のＦｅＮｉ規則合金の異方性磁界を計測した結果を示す図である。 第２実施形態にかかる針状粒子で構成されたＬ１０型のＦｅＮｉ不規則合金の模式図である。
　以下、本開示の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。
　（第１実施形態）
　第１実施形態について説明する。本実施形態にかかるＬ１０型のＦｅＮｉ規則合金、すなわちＦｅＮｉ超格子を含む磁性材料は、磁石材料や磁気記録材料等に適用されるものである。
　図１に示すように、本実施形態の磁性材料に含まれるＬ１０型のＦｅＮｉ規則合金は、針状粒子で構成されている。ここでいう、針状粒子とは、図１に示すような長軸と短軸を有する針状の粒子構造を有しているものを意味しているが、実際には、図２Ａに示すように、複数の粒子が連続的に繋がることで針状となっている。複数の粒子が連続的に繋がって針状となっていれば針状粒子と言え、必ずしもすべての粒子が直線状に繋がっている必要はない。また、針状の部分を有していれば針状粒子に含まれ、例えば図３に示すように、針状の部分に対して粒子が分岐して繋がった構造となっていても針状粒子に含まれる。
　針状粒子で構成されたＬ１０型のＦｅＮｉ規則合金では、図１中に矢印で示したように、長軸方向が形状磁気異方性の向きとなる。そして、針状粒子としてＬ１０型のＦｅＮｉ規則合金を構成する場合、図２Ｂに示すように、ＦｅとＮｉの元素は、針状粒子の長軸に沿った方向に積層される。Ｌ１０型のＦｅＮｉ規則合金では、ＦｅとＮｉの積層方向が結晶磁気異方性による磁化容易軸となるｃ軸の向きになることから、形状磁気異方性の向きとなる針状粒子の長軸の方向とｃ軸の向きが概ね揃う。したがって、形状磁気異方性を利用することができ、磁気異方性エネルギーを増加させることができるため、Ｌ１０型のＦｅＮｉ規則合金の異方性磁界が高くなる。このため、本実施形態のように針状粒子で構成されるＬ１０型のＦｅＮｉ規則合金を含む磁性材料を磁石材料や磁気記録材料等に適用することで、高い保磁力Ｈｃを得ることが可能となる。
　このようなＬ１０型のＦｅＮｉ規則合金を構成する針状粒子は、例えば短軸の寸法に対する長軸の寸法の比をアスペクト比として、アスペクト比が１．５以上のものとされていると好ましい。針状粒子の短軸の寸法とは、針状粒子を構成する各粒子のうちの短軸方向の寸法を意味している。針状粒子を構成する各粒子の寸法にバラつきがある場合には、各粒子の短軸方向の寸法の平均値を針状粒子の短軸の寸法とすることができる。また、針状粒子の長軸の寸法とは、針状粒子における針状の部分の両端を直線で結んだときの直線寸法を意味している。
　Ｌ１０型のＦｅＮｉ規則合金を構成する針状粒子については、アスペクト比が大きいほど、形状磁気異方性が高くなる。実験やシミュレーションによれば、針状粒子のアスペクト比が１．５以上になると、形状磁気異方性の効果が現れ、長軸方向において磁気異方性が得られることが確認できた。また、磁気異方性の効果については、針状粒子のアスペクト比が大きくなるほど大きく表れていた。実験により得られた針状粒子の短軸の寸法は２０～２５０ｎｍとなっていたが、少なくとも針状粒子の短軸の寸法がこの範囲となる場合において、アスペクト比が１．５以上のＬ１０型のＦｅＮｉ規則合金は、形状磁気異方性が得られていた。例えば針状粒子の短軸の寸法２０ｎｍの場合、長軸の寸法が３０ｎｍ以上のものであればアスペクト比が１．５以上となり、形状磁気異方性が得られるＬ１０型のＦｅＮｉ規則合金にできていた。
　ただし、針状粒子の短軸の寸法が単磁区サイズを超える大きさになると、その後保磁力Ｈｃが低下することも確認している。例えば、針状粒子の短軸の寸法が２５０ｎｍを超えると、保磁力Ｈｃが低下するものが発生していた。このため、針状粒子の短軸の寸法が大き過ぎないようにすることが望ましい。針状粒子の短軸の寸法が２５０ｎｍを超えていても勿論構わないが、例えば２０ｎｍ以上かつ２５０ｎｍ以下にすれば、より確実に所望の保磁力Ｈｃを実現することができる。また、針状粒子の長軸の寸法については、任意であり、アスペクト比が１．５以上となる寸法であれば良く、少なくとも３０ｎｍ～７５０ｎｍの範囲内において、高い保磁力Ｈｃが得られていた。
　次に、本実施形態にかかる針状粒子のＬ１０型のＦｅＮｉ規則合金の製造方法について説明する。
　本実施形態のＬ１０型のＦｅＮｉ規則合金は、例えば、針状粒子で構成されるＦｅＮｉ不規則合金を用意し、これを窒化する窒化処理を行った後、窒化処理されたＦｅＮｉ不規則合金から窒素を除去する脱窒素処理を行うことにより得られる。なお、不規則合金とは、原子の配列が規則性を持たずにランダムなものである。
　針状粒子で構成されるＦｅＮｉ不規則合金については、例えば希薄ＦｅＮｉ分散液を用意し、この希薄ＦｅＮｉ分散液を加熱して水分を除去することによって得られる。このとき、得られるＦｅＮｉ不規則合金が酸化物となっている場合には、それを水素還元することによって針状粒子で構成されるＦｅＮｉ不規則合金にできる。また、Ｆｅの水酸化物であるゲータイト、つまり針状の水酸化物を用いて、その水酸化物を加熱して水分を除去することによって針状粒子で構成されるＦｅＮｉ不規則合金を得ることもできる。例えば、塩化鉄（ＦｅＣｌ２）に加えて塩化ニッケル（ＮｉＣｌ２）を入れた水溶液を作製することでＦｅとＮｉの水酸化物を得ることができるため、これを加熱して水分を蒸発させることによって、針状粒子で構成されるＦｅＮｉ不規則合金を得ることができる。
　このとき、ＦｅＮｉ不規則合金は、図４Ａに示すような針状粒子となっているが、図中破線で囲んだ部分において針状粒子を構成している各粒子を拡大すると、図５Ａに示すように、Ｆｅ元素とＮｉ元素が規則性無くランダムに配置された状態となっている。
　続いて、ＦｅＮｉ不規則合金を窒化する窒化処理や窒化したＦｅＮｉ不規則合金から窒素を脱離させる脱窒素処理を行うが、これらの処理は、例えば図６に示される製造装置を用いて行われる。この製造装置は、ヒータ１１により加熱される加熱炉としての管状炉１０と、管状炉１０内に試料を設置するためのグローブボックス２０と、を備える。また、この製造装置は、パージガスとしてのＡｒ（アルゴン）、窒化処理用のＮＨ３（アンモニア）、および、脱窒素処理用のＨ２（水素）を、切り替えて管状炉１０へ導入するガス導入部３０を備えている。
　このような製造装置を用いて、まずは窒化処理を行う。すなわち、管状炉１０中にＦｅＮｉ不規則合金１００を設置しておく。窒化処理では、ＮＨ３ガスを管状炉１０に導入して管状炉１０内をＮＨ３雰囲気とし、所定温度で所定時間、ＦｅＮｉ不規則合金を加熱して窒化する。窒化処理の処理温度については３００℃以上５００℃以下としており、処理時間については１０時間以上としている。これにより、図４Ｂに示すように、ＦｅＮｉ不規則合金の表面でＮＨ３の分解が起こってＮとＨ２に分離し、ＮがＦｅＮｉ不規則合金の内部に拡散していく。そして、Ｎの侵入方向に基づき、その方向に規則化が起こって図５Ｂに示されるようにＦｅ元素とＮｉ元素が規則的に積層された構造体１０１、例えばＦｅＮｉＮにて構成される化合物が生成される。
　その後、脱窒素処理では、Ｈ２ガスを加熱炉に導入して管状炉１０内をＨ２雰囲気とし、所定温度で所定時間、窒化処理されたＦｅＮｉ不規則合金を加熱して窒素を除去する。脱窒素処理の処理温度については２５０℃以上４００℃以下としている。脱窒素処理の処理時間については１時間以下の短い時間でも良い。このとき、図５Ｂに示す構造からＮが脱離されても、窒化処理されたときの結晶構造が維持され、図５Ｃに示すようにＦｅ元素とＮｉ元素とが規則的に積層された構造の粒子が連続的に繋がった構造となる。すなわち、図４Ｃに示すような針状粒子で構成されるＬ１０型のＦｅＮｉ規則合金１が得られる。
　以上のような製造方法により、本実施形態にかかる針状粒子で構成されるＬ１０型のＦｅＮｉ規則合金１を製造することができる。実験によって製造したＬ１０型のＦｅＮｉ規則合金１の１つの針状粒子を確認したところ、短軸の寸法が４９．２ｎｍ、長軸の寸法が１３７．７ｎｍとなっており、アスペクト比が２．８となっていた。
　また、比較例として、実験により、針状粒子ではなく、単なる粒状の粒子で構成されたＬ１０型のＦｅＮｉ規則合金についても、上記したようなＦｅＮｉ不規則合金を窒化する窒化処理を行った後、窒素を脱離させる脱窒素処理を行って作製した。そして、本実施形態のような針状粒子で構成されるＬ１０型のＦｅＮｉ規則合金１と、比較例のように単なる粒状としたＬ１０型のＦｅＮｉ規則合金それぞれについて、異方性磁界を計測した。その結果、図７に示すように、比較例では異方性磁界が９８１ｋＡ／ｍになっていたのに対して、本実施形態では１１２８ｋＡ／ｍという高い異方性磁界が得られた。比較例の異方性磁界が十分に高くならかったのは、単なる粒状としたＬ１０型のＦｅＮｉ規則合金の場合、Ｎの入る場所が決まらず、ｃ軸の向きがバラバラで異方性がないためと考えられる。これに対して、本実施形態のように針状粒子によって構成されたＬ１０型のＦｅＮｉ規則合金１とする場合、Ｎの入る場所が決まり、ｃ軸の向きが一定で異方性があるため、高い異方性磁界が得られたと考えられる。
　これらの実験結果からも、本実施形態のように針状粒子によって構成されたＬ１０型のＦｅＮｉ規則合金１とすることで、磁石材料や磁気記録材料として使用することもできる高い保磁力Ｈｃを得ることが可能となることが判る。
　（第２実施形態）
　第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して更に保磁力Ｈｃを高くできるようにするものである。本実施形態においても、基本的な製造工程については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
　本実施形態では、ＦｅＮｉ不規則合金からＬ１０型のＦｅＮｉ規則合金を形成する際に、中間生成物を生成することによって保磁力Ｈｃを更に高くする。上記第１実施形態においても、窒化処理と脱窒素処理を行っているが、本実施形態では、窒化処理を終えたときに中間生成物としてＦｅＮｉＮが生成されるようにする。このとき、窒化処理によって的確に中間生成物が生成されるように、窒化処理に先立ち、ＦｅＮｉ不規則合金の表面に形成されている酸化膜の除去処理を行うようにしている。そして、中間生成物となるＦｅＮｉＮから脱窒素処理を行うことで、Ｌ１０型のＦｅＮｉ規則合金を形成する。
　まず、針状粒子で構成されたＦｅＮｉ不規則合金を用意する。そして、図８に示すように、ＦｅＮｉ不規則合金の表面に酸化膜１００ａが形成されていることから、窒化処理に先立ち、ＦｅＮｉ不規則合金の表面の酸化膜１００ａを除去する除去処理を行う。その後、除去処理に連続して窒化処理を行う。
　除去処理としては、酸化膜１００ａのエッチング雰囲気において、例えば３００℃～４５０℃の間での熱処理を行う。これにより、ＦｅＮｉ不規則合金の表面の酸化膜１００ａが除去され、窒化され易い表面状態となる。窒化処理としては、Ｎを含む雰囲気において、例えば２００℃～４００℃の間での熱処理を行う。これにより、酸化膜除去によって窒化され易くなったＦｅＮｉ不規則合金を的確に窒化することが可能となり、中間生成物となるＦｅＮｉＮが形成される。なお、ここでの窒化処理については、酸化膜１００ａを除去してから行っているため、より窒化反応し易くなっており、第１実施形態の場合よりも低温度であっても良くなる。このため、窒化処理の温度を２００℃～４００℃としているが、この温度を超えても良く、第１実施形態のように５００℃以下としていれば良い。
　次に、中間生成物となるＦｅＮｉＮに対して脱窒素処理を行う。脱窒素処理としては、脱窒素雰囲気において、例えば２００～４００℃の間での熱処理を行う。これにより、中間生成物から窒素が脱離し、Ｌ１０型のＦｅＮｉ規則合金を形成することができる。このように、中間生成物となるＦｅＮｉＮを形成してから、Ｌ１０型のＦｅＮｉ規則合金を形成することで、より高い保磁力Ｈｃを得ることが可能となる。
　以上説明したように、本実施形態では、ＦｅＮｉ不規則合金に対して窒化処理を行って中間生成物であるＦｅＮｉＮを生成し、さらに脱窒素処理を行ってＬ１０型のＦｅＮｉ規則合金を生成している。このような製造方法により、より高い保磁力Ｈｃが得られるＬ１０型のＦｅＮｉ規則合金を生成することが可能となる。
　特に、ＦｅＮｉ不規則合金の表面に形成されている酸化膜１００ａを除去するための除去処理を行ってから窒化処理を行うようにすることで、より的確に中間生成物を生成することが可能となる。したがって、除去処理を行うことで、より高い保磁力Ｈｃが得られるＬ１０型のＦｅＮｉ規則合金を得ることが可能となる。
　（他の実施形態）
　本開示は、上記した実施形態に準拠して記述されたが、当該実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
　例えば、上記実施形態では、窒化処理および脱窒素処理を行うことによって、針状粒子で構成されるＬ１０型のＦｅＮｉ規則合金を得ているが、窒化処理および脱窒素処理以外の手法によってＬ１０型のＦｅＮｉ規則合金を得るようにしても良い。すなわち、ＦｅとＮｉとがＬ１０型のＦｅＮｉ規則構造と同じ格子構造で整列した化合物を合成する処理を行ったのち、この化合物からＦｅとＮｉ以外の不要な元素を除去する処理を行うことで針状粒子で構成されたＬ１０型のＦｅＮｉ規則合金を得ても良い。
　また、上記実施形態では窒化処理および脱窒素処理の条件の一例について説明した。しかしながら、ここで説明したのは各条件の一例を示したに過ぎない。すなわち、窒化処理および脱窒素処理によって、針状粒子で構成されるＬ１０型のＦｅＮｉ規則合金を得ることができるならば、これら処理の処理温度、処理時間について、上記の例に限定するものではない。同様に、第２実施形態では、酸化膜１００ａの除去処理、窒化処理および脱窒素処理の条件の一例について説明したが、これらについても各条件の一例を示したに過ぎない。すなわち、針状粒子で構成されるＬ１０型のＦｅＮｉ規則合金を得ることができるならば、これら処理条件については任意である。

Claims (8)

  1. 　Ｌ１０型の規則構造とされ、長軸と短軸を有する針状粒子で構成されているＦｅＮｉ規則合金を含む磁性材料。
  2. 　前記ＦｅＮｉ規則合金を構成するＦｅとＮｉの積層方向となる結晶磁気異方性による磁化容易軸の方向が前記針状粒子の長軸方向に沿っている請求項１に記載のＦｅＮｉ規則合金を含む磁性材料。
  3. 　前記針状粒子は、複数の粒子が連続的に繋がって針状とされたものである請求項１または２に記載のＦｅＮｉ規則合金を含む磁性材料。
  4. 　前記針状粒子の短軸の寸法に対する長軸の寸法の比となるアスペクト比が１．５以上とされている請求項１ないし３のいずれか１つに記載のＦｅＮｉ規則合金を含む磁性材料。
  5. 　前記針状粒子の短軸の寸法が２０～２５０ｎｍとされている請求項４に記載のＦｅＮｉ規則合金を含む磁性材料。
  6. 　針状粒子で構成されたＦｅＮｉ不規則合金（１００）を用意することと、
    　前記ＦｅＮｉ不規則合金を窒化する窒化処理を行うことと、
    　前記窒化処理されたＦｅＮｉ不規則合金から窒素を除去する脱窒素処理を行うことにより、針状粒子で構成されたＬ１０型のＦｅＮｉ規則合金を得ることと、を有するＦｅＮｉ規則合金を含む磁性材料の製造方法。
  7. 　針状粒子で構成されたＦｅＮｉ不規則合金（１００）を用意することと、
    　ＦｅとＮｉとがＬ１０型のＦｅＮｉ規則構造と同じ格子構造で整列した化合物を合成することと、
    　前記化合物からＦｅとＮｉ以外の不要な元素を除去することで針状粒子で構成されたＬ１０型のＦｅＮｉ規則合金を生成することと、を含み、
    　前記化合物を合成することでは、ＦｅＮｉ不規則合金を窒化処理することで前記化合物として中間生成物となるＦｅＮｉＮを合成するＦｅＮｉ規則合金を含む製造方法。
  8. 　ＦｅＮｉ不規則合金から酸化膜（１００ａ）を除去することを含み、
    　前記化合物を合成することは、前記酸化膜を除去することの後に行われ、前記酸化膜が除去されたＦｅＮｉ不規則合金を窒化処理することで中間生成物となるＦｅＮｉＮを合成することである請求項７に記載のＦｅＮｉ規則合金を含む製造方法。
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