JPH10130795A - Ｔｂ−Ｄｙ−Ｆｅ−Ｔ合金単結晶及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 双晶界面がなく、〈１１１〉軸に配向するＴ
ｂ−Ｄｙ−Ｆｅ−Ｔ合金単結晶及びその製造方法を提供
することを目的とする。 【解決手段】 【化７】 Ｔは、Ｃｏ、Ｍｎ、Ａｌ及びＴａの一種以上であり、
ｘ、ｙ及びｚは原子数比であって、 ｘ：０．２５〜０．５ ｙ：０〜０．３ ｚ：１．５〜２．０ であり、〈１１１〉軸に配向するＴｂ−Ｄｙ−Ｆｅ−Ｔ
合金単結晶。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、Ｔｂ−Ｄｙ−Ｆｅ−Ｔ
合金単結晶及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】巨大磁歪合金として、希土類金属（Ｒ
Ｅ）と遷移金属（Ｔ）とからなる

【化２】 ラーベス型金属間化合物を主相とする合金が知られてい
る。現在、下記のような組成として表される。

【化１】Ｔは、Ｃｏ、Ｍｎ、ＡｌまたはＴａの一種以上
であり、但し、ｘ、ｙ及びｚは原子数比であって、 ｘ：０．２５〜０．５ ｙ：０〜０．３ ｚ：１．５〜２．０ である。この種の合金の内、最も進んだ合金は、米国特
許Ｎｏ．４３０８４７４に開示されているターフェノー
ルと呼ばれている

【化３】 合金である。この合金は、

【化２】ラーベス型金属間化合物結晶で、〈１１１〉軸
が磁化容易軸であり、磁歪の結晶異方性が大きいことが
知られている。すなわち、〈１００〉軸方向の磁歪が小
さくて、〈１１１〉軸方向の磁歪が大きいことが知られ
ている。

【０００３】そこで、このＴｂ−Ｄｙ−Ｆｅ−Ｔ合金の
磁歪量を大きくするためには、磁歪が大きい方向の結晶
軸を配向させて、異方性を付与することが有効である。
さらに、低印加磁場において、高い磁歪、大きい転換因
子のため、〈１１１〉軸に配向する単結晶が好ましい。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来
は、帯溶融法、ブリッジマン法、チョクラルスキ法によ
っても〈１１１〉軸に配向するＴｂ−Ｄｙ−Ｆｅ−Ｔ合
金単結晶を製造することができなかった。実用的に、最
も品質の高いものは、〈１１２〉軸に配向する双晶であ
る。〈１１２〉軸は〈１１１〉軸と約１９．５°の角度
をなしているため、〈１１２〉軸成長した双晶結晶の磁
歪量は、〈１１１〉軸に配向しているときの磁歪量に比
べ、ｃｏｓ１９．５°を乗じた値まで減少してしまう。
さらに、磁歪特性上、双晶界面の影響は無視できない。
双晶界面が、実用的に重要な磁化に悪影響をおよぼすこ
と及び界面における内部損失を惹起することが知られて
いる。そのため、双晶の形成と成長を抑制することは、
低印加磁場で高い磁歪、大きい転換因子が要求される用
途において重要である。

【０００５】一方、粉末焼結法では、Ｔｂ−Ｄｙ−Ｆｅ
−Ｔ合金粉末を磁場中である程度配向させることはでき
るが、完全な〈１１１〉軸方向への配向は、従来できな
かった。磁場中配向した粉末焼結法によって製造された
Ｔｂ−Ｄｙ−Ｆｅ−Ｔ合金の特性は、〈１１２〉軸方向
に配向する双晶の特性より、やや劣るものである。

【０００６】そこで、本発明は、前記の問題を解消し、
双晶界面がなく、〈１１１〉軸に配向するＴｂ−Ｄｙ−
Ｆｅ−Ｔ合金単結晶及びその製造方法を提供することを
目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的は、本発明に係
るＴｂ−Ｄｙ−Ｆｅ−Ｔ合金単結晶、すなわち、

【化１】Ｔは、Ｃｏ、Ｍｎ、ＡｌまたはＴａの一種以上
であり、但し、ｘ、ｙ及びｚは原子数比であって、 ｘ：０．２５〜０．５ ｙ：０〜０．３ ｚ：１．５〜２．０ であり、〈１１１〉軸に配向するＴｂ−Ｄｙ−Ｆｅ−Ｔ
合金単結晶によって、解決される。ここで、（ｈｋｌ）
面及び［ｕｖｗ］軸はミラー指数であり、互いに等価な
面及び軸を総称するときは、｛ｈｋｌ｝面及び〈ｕｖ
ｗ〉で表わすが、これもミラー指数である。

【０００８】また、上記目的は、本発明に係る、Ｔｂ−
Ｄｙ−Ｆｅ−Ｔ合金単結晶の製造方法、すなわち、Ｔ
ｂ、Ｄｙ、Ｆｅ及びＴを溶解鋳造で均質なＴｂ−Ｄｙ−
Ｆｅ−Ｔ合金ロッドを得、次に、一方向成長炉によっ
て、当該Ｔｂ−Ｄｙ−Ｆｅ−Ｔ合金ロッドを優先成長さ
せて、〈１１−２〉軸に配向したＴｂ−Ｄｙ−Ｆｅ−Ｔ
合金双晶を得、続いて、当該Ｔｂ−Ｄｙ−Ｆｅ−Ｔ合金
双晶から、〈１１１〉軸に配向し、かつ、双界面と垂直
なＴｂ−Ｄｙ−Ｆｅ−Ｔ合金種結晶を採取し、当該Ｔｂ
−Ｄｙ−Ｆｅ−Ｔ合金種結晶を用いて、一方向成長炉
で、移動速度を１ｍｍ／ｈｒから１００ｍｍ／ｈｒまで
の範囲内で成長させて、

【化１】Ｔは、Ｃｏ、Ｍｎ、Ａｌ及びＴａの一種以上で
あり、但し、ｘ、ｙ及びｚは原子数比であって、 ｘ：０．２５〜０．５ ｙ：０〜０．３ ｚ：１．５〜２．０ であり、〈１１１〉軸に配向するＴｂ−Ｄｙ−Ｆｅ−Ｔ
合金単結晶の製造方法によって、解決される。

【０００９】

【作用】双晶界面が｛１１１｝面であることを利用し
て、〈１１−２〉軸に配向するＴｂ−Ｄｙ−Ｆｅ−Ｔ合
金双晶から、〈１１１〉軸に配向し、かつ、双晶界面と
垂直な種結晶を採取する。この種結晶を用いることによ
って、成長時における一方向成長は、〈１１１〉方向と
平行、かつ、種結晶中の双晶界面と垂直であるため、双
晶の成長が抑制されやすい。

【００１０】一方向成長炉で、移動速度を１００ｍｍ／
ｈｒ以下にすると、〈１１１〉軸に配向した種結晶か
ら、優先成長と双晶成長が抑制される。そのため、双晶
界面がなく、〈１１１〉軸に配向した単結晶が得られ
る。

【００１１】一方、一方向成長炉で、移動速度を１ｍｍ
／ｈｒ以下とすると、〈１１２〉軸や〈１１０〉軸に、
配向した双晶種結晶から、双晶の成長を抑制される可能
性もあるが、移動速度が遅すぎるため、生産効率が悪
い。

【００１２】他方、移動速度を１００ｍｍ／ｈｒ以上と
すると、双晶形成と双晶成長が起こり、さらに、〈１１
２〉方位の優先成長が起こるようになる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して、説明する。

【００１４】図１は、本発明の実施形態のＴｂ−Ｄｙ−
Ｆｅ−Ｔ合金単結晶の製造方法を示す工程図である。

【００１５】

【化３】及び

【化４】 （Ｔは、Ｃｏ、Ｍｎ、ＡｌまたはＴａ）を目標組成にし
て３Ｎ級のテルビウム（Ｔｂ）、３Ｎ級の８７．６重量
％ディスプロシウム（Ｄｙ）−鉄（Ｆｅ）合金、電解鉄
及び純Ｔ元素を配量し、原料とした。この原料をアーク
溶融装置のチャンバー内に設置し、密閉し、真空排気
後、アルゴン・ガスで置換し、アルゴン・ガス雰囲気と
した。そして、タングステン製の非消耗電極と原料との
間にアーク放電を生じさせ、原料を溶融し合金化した。
アーク溶融を３〜７回繰返して、合金を均質化し、その
後に、アークキャスティングにより、直径５〜８ｍｍの
Ｔｂ−Ｄｙ−Ｆｅ−Ｔ合金ロッド１次試料を作成した。

【００１６】次に、不活性ガス雰囲気中で、Ｔｂ−Ｄｙ
−Ｆｅ−Ｔ合金ロッド１次試料を自由直立浮遊式帯溶融
法一方向成長炉によって、一方向成長させ、優先成長さ
せて、〈１１−２〉軸に配向したＴｂ−Ｄｙ−Ｆｅ−Ｔ
合金双晶２次試料１を作成した。

【００１７】図１（ａ）に示すように、Ｔｂ−Ｄｙ−Ｆ
ｅ−Ｔ合金双晶２次試料１の双晶面は｛１１１｝面であ
るから、Ｔｂ−Ｄｙ−Ｆｅ−Ｔ合金双晶２次試料１か
ら、〈１１１〉軸に配向し、かつ、双晶界面と垂直な種
結晶２を切り出し、採取した。

【００１８】図１（ｂ）に示すように、種結晶２は円柱
形状であり、上底面２０１の法線すなわち中心軸は〈１
１２〉方位であり、半径方向は〈１１−１〉方位の双晶
である。

【００１９】図１（ｃ）に示すように、種結晶２を９０
°回転し、中心軸を水平面内に配置し、半径方向を垂直
方向に配置して、不活性ガス雰囲気を保ったイメージ炉
あるいはランブ式炉を用い、垂直上方へ、移動速度１ｍ
ｍ／ｈｒから１００ｍｍ／ｈｒまでの範囲内で一方向成
長させて、〈１１１〉軸に配向したＴｂ−Ｄｙ−Ｆｅ−
Ｔ合金単結晶を得た。得られた単結晶の寸法は直径が５
〜１００ｍｍであった。図１（ｄ）はイメージ炉中での
一方向成長の様子を示す。下端には種結晶２が〈１１
２〉方位を水平面内に配置し、〈１１−１〉方位を垂直
上方に向けて配置され、垂直上方へ向かって一方向成長
させると、種結晶の上に隣接して、成長したままの〈１
１１〉軸に配向した単結晶３が形成され、その上に隣接
して溶融ゾーン４が形成され、さらに上に隣接してフィ
ード５がある。一方向成長方向は垂直上方へ向かってい
る。

【００２０】得られた単結晶について、Ｘ線回折測定を
行った。（この単結晶の配向はＭＡＣ−ＳＣＩＥＮＣＥ
社製強力Ｘ線回折装置ＭＸＰ１８で測定した。条件は、
Ｃｕターゲット（

【化５】 α線、１．５４０５０

【化６】 ））、電圧４０ｋＶ、電流２００ｍＡである。図２は、
本発明の実施形態の

【化３】合金単結晶のＸ線回折チャート図である。縦軸
はカウント数であり、横軸は回折角を示す。このＸ線回
折チャート図から（１１１）、（２２２）、（３３３）
に対応した、急峻なピークが認められ、得られた試料は
〈１１１〉軸に配向した単結晶であることがわかった。

【００２１】次に、得られた単結晶について、Ｘ線ラウ
エ分析を行った。（Rigaku Geigerflex ラウエＸ線装置
を利用した。条件は、電圧４０ｋＶ、電流３０ｍＡ、試
料−フイルム距離３０ｍｍである。図３は、本発明の実
施形態の

【化３】合金単結晶のＸ線ラウエ像を示す写真である。
このＸ線ラウエ像を示す写真から、この試料は双晶では
なく、単結晶であることが確認された。

【００２２】さらに、得られた単結晶について、磁歪特
性を測定した。図４は、本発明の実施形態のＴｂ−Ｄｙ
−Ｆｅ合金単結晶の軸方向についての磁場に対する磁歪
の関係を示すグラフである。予加圧が０、３、７．５、
１５ＭＰａのいずれの場合にも、極めて良好な磁歪特性
が得られており、特に低印加磁場における磁歪が著しい
ことがわかった。飽和磁歪が２０００ｐｐｍを越える、
３００エルステェッドで、１０００ｐｐｍを越す。

【００２３】

【発明の効果】本発明のＴｂ−Ｄｙ−Ｆｅ−Ｔ合金単結
晶の製造方法によって、初めて〈１１１〉軸に配向した

【化１】Ｔは、Ｃｏ、Ｍｎ、ＡｌまたはＴａの一種以上
であり、但し、ｘ、ｙ及びｚは原子数比であって、 ｘ：０．２５〜０．５ ｙ：０〜０．３ ｚ：１．５〜２．０ であるＴｂ−Ｄｙ−Ｆｅ−Ｔ合金単結晶が得られた。

【００２４】本発明のＴｂ−Ｄｙ−Ｆｅ−Ｔ合金単結晶
は、その軸方向について、極めて大きな磁歪が得られる
とともに、良好な磁場応答性が得られた。したがって、
本発明のＴｂ−Ｄｙ−Ｆｅ−Ｔ合金単結晶は、精密で高
感度の磁歪センサー・デバイスや圧力センサーに用いる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態のＴｂ−Ｄｙ−Ｆｅ−Ｔ合金
単結晶の製造方法を示す工程図である。

【図２】本発明の実施形態のＴｂ−Ｄｙ−Ｆｅ合金単結
晶のＸ線回折チャート図である。

【図３】本発明の実施形態のＴｂ−Ｄｙ−Ｆｅ合金単結
晶のＸ線ラウエ像を示す写真である。

【図４】本発明の実施形態のＴｂ−Ｄｙ−Ｆｅ合金単結
晶の軸方向についての磁場に対する磁歪の関係を示すグ
ラフである。

【符号の説明】

１ Ｔｂ−Ｄｙ−Ｆｅ−Ｔ合金双晶２次試料 ２ 種結晶 ２０１ 上底面 ３ 単結晶 ４ 溶融ゾーン ５ フィード

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 梅 武 東京都台東区三ノ輪２−15−８−201

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 【化１】 Ｔは、Ｃｏ、Ｍｎ、ＡｌまたはＴａの一種以上であり、
   ｘ、ｙ及びｚは原子数比であって、 ｘ：０．２５〜０．５ ｙ：０〜０．３ ｚ：１．５〜２．０ であり、〈１１１〉軸に配向するＴｂ−Ｄｙ−Ｆｅ−Ｔ
   合金単結晶。
2. 【請求項２】 Ｔｂ、Ｄｙ、Ｆｅ及びＴを不活性雰囲気
   中で溶解することによって合金を均質化させ、Ｔｂ−Ｄ
   ｙ−Ｆｅ−Ｔ合金ロッドを得、次に、一方向成長炉によ
   って、当該Ｔｂ−Ｄｙ−Ｆｅ−Ｔ合金ロッドを優先成長
   させて、〈１１−２〉軸に配向したＴｂ−Ｄｙ−Ｆｅ−
   Ｔ合金双晶を得、続いて、当該Ｔｂ−Ｄｙ−Ｆｅ−Ｔ合
   金双晶から、〈１１１〉軸に配向し、かつ、双晶界面と
   垂直なＴｂ−Ｄｙ−Ｆｅ−Ｔ合金種双晶を採取し、当該
   Ｔｂ−Ｄｙ−Ｆｅ−Ｔ合金種双晶から、結晶サイズに応
   じた一方向成長炉を用い、移動速度を１ｍｍ／ｈｒから
   １００ｍｍ／ｈｒまでの範囲内で成長させて、 【化１】Ｔは、Ｃｏ、Ｍｎ、ＡｌまたはＴａの一種以上
   であり、ｘ、ｙ及びｚは原子数比であって、 ｘ：０．２５〜０．５ ｙ：０〜０．３ ｚ：１．５〜２．０ であり、〈１１１〉軸に配向する相当直径１００ｍｍ以
   下のＴｂ−Ｄｙ−Ｆｅ−Ｔ合金単結晶を得る、Ｔｂ−Ｄ
   ｙ−Ｆｅ−Ｔ合金単結晶の製造方法。