JPH04285090A - 単結晶育成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、特にＲ（Ｙを含むラン
タノイド元素の１種以上）とＴ（遷移金属元素の１種以
上）とを含む金属間化合物の単結晶育成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、各種金属、セラミック等において
、単結晶の作製が可能な方法としては、下記のようなも
のがある。

【０００３】（１）溶融し、一方向冷却を行って凝固さ
せ、結晶方位を配向させる一方向凝固法、（２）溶融体
を単結晶面へ凝固させながらこれを引き上げるブリッジ
マン法、 （３）一方向凝固法に属する一形態でもあるゾーンメル
ト法、 （４）磁場中成形法、 （５）蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法等の気相法、（６
）セラミック単結晶の作製において、単結晶と多結晶と
の間に、ガラス等のセラミックの構成元素とは異なる他
材質のフラックスを介在させ、加熱位置を順次移動させ
ることによるフラックスの粒界移動を利用して単結晶を
得る固相反応法

【０００４】他方、ＲＦｅ２　等のＲＴ２　系金族間化
合物の磁歪材料が知られている。そして、このものの製
造方法としては、（ａ）米国特許第４３０８４７４号、
同第３９４９３５１号、同第４３７８２５８号、同第４
３７５３７２号、同第４１５８３６８号に一方向凝固法
ないしゾーンメルト法が開示されている。

【０００５】これらでは、ＲＦｅ２　の単結晶が得られ
たとしているが、Ｓｍ系等では凝固過程で包晶となり単
結晶は得られない。また、同一発明者のＩＥＥＥ　　Ｔ
ＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ　　ＯＮ　　ＭＡＧＮＥＴＩＣ
Ｓ　　ＶＯＬ．ＭＡＧ−２２　　Ｎｏ−５ＳＥＰＴＥＭ
ＢＥＲ　　１９８６における学会発表によれば、（Ｔｂ
ｘ　Ｄｙ１−ｘ）Ｆｅ２　において（１１２）配向が得
られている。しかし、（１１２）配向は、（１１１）配
向と比較して、磁歪が低く、特に磁化過程での磁歪はき
わめて低くなる。

【０００６】また、（ｂ）前記米国特許第４３０８４７
４号には、ブリッジマン法によるＲＴ２　が開示されて
いる。しかし、このものも、（１１１）に方位をもつ単
結晶とはならない。

【０００７】さらに、（ｃ）米国特許第４１５２１７８
号には、ＲＴ２　の粉末冶金法において磁場中成形を終
了旨が開示されているが、このものでも、単結晶は得ら
れない。

【０００８】そして、ＲＴ２　金属間化合物においては
、固相反応法を用いた例はない。さらに、このような事
情は、他のＲ−Ｔ系金属間化合物でも同様である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の主たる目的は
、Ｒ−Ｔ系金属間化合物の新規な単結晶育成方法を提供
することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】このような目的は、下記
（１）〜（６）の本発明によって達成される。

【００１１】（１）　　Ｒ（Ｙを含むランタノイド元素
の１種以上）とＴ（遷移金属元素の１種以上）とを含む
金属間化合物の単結晶を得るに際し、前記金属間化合物
の主相と、低融点共晶相とを存在させ、この低融点共晶
相をフラックス粒界物とすることで、単結晶界面を移動
させて単結晶を育成することを特徴とする単結晶育成方
法。

【００１２】（２）　　前記主相と、前記低融点共晶相
とが存在する多結晶または柱状晶の前駆体に対し、その
一端を、前記低融点共晶相は溶融し、前記主相は溶融し
ない温度に加熱し、この加熱を順次他端側に移動させる
ことによって、加熱出発点の結晶方位に準じた単結晶を
得る上記（１）に記載した単結晶育成方法。

【００１３】（３）　　前記主相と、前記低融点共晶相
とが存在する多結晶または柱状晶の前駆体の一端に種結
晶を接触させ、この接触部を、前記低融点共晶相は溶融
し、前記主相ないし種結晶は溶融しない温度に加熱し、
この加熱を順次他端側に移動させることによって、種結
晶と同じ結晶方位とする上記（１）に記載の単結晶育成
方法。

【００１４】（４）　　前記金属間化合物は、ＲとＴと
を含むか、あるいはこれにＢ、ＣおよびＰの１種以上を
含む上記（１）ないし（３）のいずれかに記載の単結晶
育成方法。

【００１５】（５）　　前記Ｔは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、
ＭｎおよびＣｒの１種以上である上記（１）ないし（４
）のいずれかに記載の単結晶育成方法。

【００１６】（６）　　前記主相は、ＲＴ２　であり、
前記低融点共晶相は、実質的にＲ２　Ｔである上記（１
）ないし（５）のいずれかに記載の単結晶育成方法。

【００１７】

【具体的構成】以下、本発明の具体的構成において詳細
に説明する。

【００１８】本発明はＲとＴとを含む化合物の単結晶育
成方法である。この場合、Ｒは、Ｙとランタノイド元素
のうちの１種以上である。また、Ｔは、遷移金属元素の
１種以上である。また、Ｔは、遷移金属元素の１種以上
であり、特にＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒの１種〜５
種であることが好ましく、この場合、さらに他の遷移金
属元素の１種以上が含有されていてもよい。

【００１９】従って、本発明によって得られる単結晶は
、ＲＴ２　、ＲＴ３　、ＲＴ５　、Ｒ２　Ｔ１７、Ｒ６
　Ｔ２３等であってよい。これらのうちでは、制御が容
易である点でＲＴ２が好ましい。

【００２０】また、Ｒ−Ｔ系金属間化合物としては、Ｂ
、Ｃ、Ｐの１種〜３種、特にＢおよび／またはＣを含む
ものであってもよい。従って、Ｒ２　Ｆｅ１４Ｂ７　等
であってもよい。

【００２１】なお、これら金属化合物中には、３ａｔ％
以下の範囲で、さらにＭｏ、Ｚｒ、Ｗ等の元素が含まれ
ていてもよい。

【００２２】このような金属間化合物の結晶方法が揃っ
た異方性の単結晶を得るには、まず、目的とする金属間
化合物の主相と、これより低融点の共晶相ないし共融混
合物相とを存在させた状態で、この低融点共晶相をフラ
ックス粒界物として、単結晶界面を順次移動させて単結
晶を育成する。

【００２３】より具体的には、まず、前記の金属間化合
物の主相と、低融点共晶相とが存在するブロック体、特
に棒状体を前駆体として用意する。この場合、低融点共
晶相としては、主相がＲＴ２　であるときには、Ｒ２　
Ｔを主体とするものなど、主相よりＲリッチな金属間化
合物、あるいはその混合物等が可能である。

【００２４】そして、低融点共晶相は、Ｒ−Ｔ系化合物
として、主相Ｒ−Ｔ系化合物の０．１〜３０モル％程度
存在させ、前駆体中に、異相として０．０５〜１５ｖｏ
ｌ　％程度存在させることが好ましい。

【００２５】このような前駆体のミクロ構造は、等方性
の多結晶体であってもよい。この場合、主相の平均グレ
インサイズは、１〜２００μｍ　程度とする。また、デ
ンドライト状や樹脂状ないし層状の柱状晶状であって、
結晶方位に異方性をもつものであってよい。これらでは
、共晶相は、粒界相として存在している。

【００２６】このような前駆体は、アークメルト法、高
周波溶解法、粉末冶金法、高速急冷法、遠心鋳造法、一
方向凝固法等によって、必要とする形状に作製すればよ
く、また、ゾーンメルト法を用いたものであってもよい
。

【００２７】このような前駆体に対し、その一端を加熱
し、この加熱部を、一端から順次他端側に移動させる。 この際、加熱は、低融点共晶相は溶融するが、主相は溶
融しない温度とする。例えばＲＴ２　の融点は９００〜
１３００℃、またＲ２　Ｔ０　共晶相の融点は６００〜
８００℃であるから、加熱はこれらの間の温度とする。

【００２８】この場合、加熱温度は、共晶相の融点より
５０℃高い温度以上主相の融点より５０℃低い温度以下
とすることが好ましい。すなわち、ＲＴ２を主相とする
ときには、加熱温度は８００〜１２５０℃が、結晶生長
の安定性の点で好ましい。この際、加熱は高周波誘導加
熱、ヒータ加熱等いずれを用いてもよく、加熱部の移動
速度は、１〜５００ｍｍ／ｈｒ　程度とする。

【００２９】このような固相反応により、前駆体には加
熱出発点で生じた結晶方位に準じた単結晶が得られるこ
とになる。

【００３０】また、前駆体としての棒状体等の一方の端
面に単結晶を接触させ、この接触点を出発点として、前
記の加熱部の移動を行ってもよい。このときには、種結
晶と同じ結晶方位の単結晶が得られることになる。

【００３１】単結晶の種結晶は、多結晶体を０．２ｍｍ
オーダー程度までグレイン成長させ、その結晶方位をＸ
線回析によって決定したのち、所定の方向にカットして
得ればよい。このとき、種結晶の結晶方位を（１１１）
とすれば、得られる単結晶の磁歪等の磁気特性はきわめ
て良好なものとなる。なお、得られる単結晶の平均グレ
インサイズは、一般に２００μｍ　以上で、全域に亘る
単結晶も得られる。

【００３２】このような固相反応では、主成分としての
主相は、きわめて微少の移動をするか、あるいは全く移
動しない。そして、溶融凝固の状態図に包晶領域が存在
する場合であっても、単結晶化が図れる。

【００３３】なお、通常は、緻密で、欠陥のない、均質
な前駆体を用いるが、前駆体としてポーラスなものを用
い、ポーラスな単結晶を得ることも可能である。

【００３４】

【実施例】以下、本発明を、実施例によりさらに詳細に
説明する。

【００３５】実施例１ ＲＴ２　系として（Ｔｂｘ　Ｄｙ１−ｘ　）Ｆｅｙにお
いて、下記表１に示されるｘおよびｙの組成の単結晶体
や、等方性の多結晶体の棒状前駆体を、ゾーンメルト法
やアークメルト法で作製した。ＲＴ２　相の平均グレイ
ンサイズは１〜２００μｍ程度で、Ｒ２　Ｔ共晶相が異
相として確認された。なお、表１のＲ組成において、Ｒ
Ｔ２　およびＲ２　Ｔの融点は、それぞれ、約１２７０
℃および約８５０℃である。

【００３６】棒状前駆体は４〜８ｍｍ直径、６００ｍｍ
長とした。ゾーンメルト法で得た、ほぼ（１１２）方位
の前駆体を用い、高周波誘導加熱コイルを表１に示され
る温度で移動しつつ、加熱部を表１に示される表面温度
に加熱した。この際、加熱出発点の一方端は、４ｍｍ直
径とした。

【００３７】さらに、前記と同様にアークメルト法によ
り、等方性の多結晶体の棒状前駆体を用い、この前駆体
の一端に、（１１１）配向の単結晶を固定接触させて、
同様の加熱を行った。

【００３８】これらの結果、平均グレインサイズが２０
０μｍ　以上から全域単結晶のものまでで、表１に示さ
れる方位を有する単結晶体が得られた。この場合、ゾー
ンメルト法による（１１２）方位の前駆体を用い、種結
晶を用いないサンプルでは、固相反応により、結晶方位
が（１１２）方向に完全に揃った単結晶体となった。ま
た種結晶を用い、アークメルト法による等方性多結晶体
を用いたサンプルでは、（１１１）方位に完全に揃った
単結晶体を得ることができた。

【００３９】これらにつき、育成前の前駆体および育成
後の単結晶の磁歪量λを測定した。測定には光ドップラ
ー法を用い、印加磁界０．４ｋＯｅ　および１ｋＯｅ　
でのλを求めた。表１には、前駆体と単結晶とのλに加
え、前駆体からの向上率がカッコ内に示される。

【００４０】

【表１】

【００４１】表１に示される結果から、本発明の効果が
あきらかである。

【００４２】

【発明の効果】本発明によれば、主成分の移動を全く、
あるいは殆んど伴わずに、結晶方位の揃った単結晶が作
製できる。この際、ゾーンメルト法とは異なり、およそ
すべてのＲ−Ｔ系化合物を安定かつ確実に単結晶化でき
る。この際、包晶領域の存在する合金でも単結晶化が図
れる。このため、異方性の各種単結晶磁性材料が得られ
、反射率、磁気光学効果等が向上する。特に、種結晶を
用いるときには、種結晶のセット方向の結晶方位に従い
、ゾーンメルト法等の一方向凝固法では結晶方位が結晶
固有の方位に規定されてしまうのに対し、任意の結晶方
位のものを得ることができるという利点がある。このた
め、磁歪等の要求される磁気特性が格段と向上した単結
晶が得られる。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　Ｒ（Ｙを含むランタノイド元素の１種
   以上）とＴ（遷移金属元素の１種以上）とを含む金属間
   化合物の単結晶を得るに際し、前記金属間化合物の主相
   と、低融点共晶相とを存在させ、この低融点共晶相をフ
   ラックス粒界物とすることで、単結晶界面を移動させて
   単結晶を育成することを特徴とする単結晶育成方法。
2. 【請求項２】　　前記主相と、前記低融点共晶相とが存
   在する多結晶または柱状晶の前駆体に対し、その一端を
   、前記低融点共晶相は溶融し、前記主相は溶融しない温
   度に加熱し、この加熱を順次他端側に移動させることに
   よって、加熱出発点の結晶方位に準じた単結晶を得る請
   求項１に記載した単結晶育成方法。
3. 【請求項３】　　前記主相と、前記低融点共晶相とが存
   在する多結晶または柱状晶の前駆体の一端に種結晶を接
   触させ、この接触部を、前記低融点共晶相は溶融し、前
   記主相ないし種結晶は溶融しない温度に加熱し、この加
   熱を順次他端側に移動させることによって、種結晶と同
   じ結晶方位とする請求項１に記載の単結晶育成方法。
4. 【請求項４】　　前記金属間化合物は、ＲとＴとを含む
   か、あるいはこれにＢ、ＣおよびＰの１種以上を含む請
   求項１ないし３のいずれかに記載の単結晶育成方法。
5. 【請求項５】　　前記Ｔは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎお
   よびＣｒの１種以上である請求項１ないし４のいずれか
   に記載の単結晶育成方法。
6. 【請求項６】　　前記主相は、ＲＴ２　であり、前記低
   融点共晶相は、実質的にＲ２　Ｔである請求項１ないし
   ５のいずれかに記載の単結晶育成方法。