JPS63203745A - 鉄含有磁気材料 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は少なくとも三つの合金成分Ｒ５鉄（Ｆｅ）及び
Ｍを有し、鉄成分の材料含有量が少なくとも６０原子％
であり、またこの材料中に正方晶ＴｈＭｎ１２構造が形
成されている、鉄含有磁気材料に関する。

〔従来の技術〕

この種の構造を有する材料は例えば文献「ジャーナル・
オブ・アプライド・フィジクス（Ｊｏｕｎａｌｏｆ　Ａ
ｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　）　Ｊ第５３ｔ１第３
号１９８１年３月第２０７７〜２０７８頁に記載されて
いる。

高いエネルギー生成物及び比較的低い３００℃のキエリ
一温度を有する公知の硬磁性三元材料ネオジム（Ｎｄ）
　　−鉄（Ｆｅ）　−ホウ素（Ｂ）は主にＮｄ２Ｆｅ１
４Ｂ並びにＮｄ＋＋、ｓ　ｆ’ｅ＠１．３　Ｂｓ、、の
正方晶相から成っている（例えば前記文献（Ｊ、＾ｐｐ
１．　Ｐｈｙｓ、）第５５巻第６号第２部１９８４年３
月第２０８３〜２０８７頁参照）、この場合単位セル（
Ｐ４ｍ／閣）中の６８個の原子から多数の鉄原子がシグ
マ型様構造の二層を形成する。鉄の緊密な充填度及び高
い含有量は相の高い飽和磁化Ｍ　ｓ　（３００にで１．
６７　）の原因となり、軽希土類金属の付加は単位セル
の複雑な構造と共に顕著な結晶磁気異方性（異方性磁場
強度Ｈａは３００にで約９Ｔ）に関与する（例えば文献
「ソリッド・ステート・コミユニケーシヨン（Ｓｏｌｉ
ｄ　５ｔａｔｅ　Ｃｏｓ＋ｓｕｎ、）Ｊ第５１巻第１１
号１９８４年９月第８５７〜８６０頁参照）、更にＮｄ
、Ｆｅ並びにＢの代わりに他の希土類金属、遷移元素並
びに非金属との置換合金も研究されている。すなわち例
えば冒頭に記載した文献（Ｊ、＾ｐｐ１．Ｐｈｙｓ、）
にはＲ−Ｆｅ−Ｍ型の特殊な三成分系の構造及び磁気特
性が記載されている。この場合Ｒはイツトリウム（Ｙ）
であり、Ｍはマンガン（Ｍｎ）である、この三成分系は
とりわけその化学量論的組成Ｙ　（ＭｎＩ−−Ｆｅ−）
＋ｚと共に異方性の正方晶Ｔｂ１ａｌｌ構造を形成し、
これは反強磁性である、相当する構造体は単位セル（空
間群１４／■）内に２６個の原子を有する金属間相を有
する０図面の第５図には公知の二元化合物ＭｏＢｅ＋＊
のこの構造が略本されている（文献シューベルト（Ｋ、
５ｃｈｕｂｅｒｔ）著「２成分相結晶構造（にｒｌｓｔ
ａｌｌｓｔｒｕｋｔｕｒｅｎ　ｚｗｅｉｋｏ＋ｍｐｏｎ
ｅｎｔｉｇｅｒ　Ｐｈａｓｅｎ）　」Ｓｐｒｉｎｇｅｒ
出版１９６４年第１６６〜１６７頁参照）、この場合図
面中の黒く塗りつぶされた中実円はＭｏにより占められ
た個々の格子点を表すが、中空円はＢｅ格子点の層を示
す、相当する構造はｘ−０，６７までの鉄含有量を有す
る上記の系Ｙ　（ＭｎＩ−ｍ　Ｆｅ、Ｉ）ｔ＊に対して
も確認することができる０合金の鉄含有量が更に大きな
場合には付加的に六方晶構造ＴｈｔＺｌｖの第二相を観
察することが可能である。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の課社は、キエリ一温度、磁気モーメント、異方
性結晶構造又は磁気異方性のようなその磁気特性を、個
々の合金パートナ−並びに合金中のそれぞれの含有量を
選択することによって変えることができ、また比較的経
費をかけずに製造できる鉄含有磁気材料を提供すること
にある。

〔課題を解決するための手段〕

この課題は本発明によれば、冒頭に記載した種類の鉄含
有磁気材料から出発して、Ｒとして希土類金属の群から
選択される少なくとも１種の元素を、Ｍとしてモリブデ
ン（Ｍｏ）及び／又はタンゲステン（Ｗ）を有しており
、Ｆｅ含有量が最高で８５原子％であり、Ｒ含有量が２
〜２０原子％であり、またＭｏ及び／又はＷ含有量が４
〜３５原子％であることにより解決される。

〔作用効果〕

従って本発明による材料は例えばＢ、Ｓｌ又はＧｅのよ
うな非金属を必要とせずに、価格的に有利な高い磁気モ
ーメントを有するＦｅを多量に含有する。ところで本発
明は、組成Ｒ−Ｆｅ−Ｍ。

並びにＲ−Ｆｅ−Ｗの少なくとも三成分よりなる合金が
例えば約１００℃〜２００℃の範囲のキュリ一温度及び
例えば約０．６〜１．０テスラの範囲の飽和磁化の磁気
特性を有するという認識に基づく、この場合側々の合金
成分を上記のパーセントで含有することによって、磁気
特性に関して有利なＴｈＭｎｔ＊相が材料中に少なくと
も多量に含まれることが保証される。特にガドリニウム
（Ｇｄ）又はサマリウム（Ｓｍ）のような希土類金属の
群から選択され得る若干の合金成分の場合、付加的に磁
気異方性を生ずる。更に上記の三成分系の他の成分を添
加することにより、特にコバルト（Ｃｏ）を添加するこ
とにより場合によってはキュリ一温度又は飽和磁化を高
めることができる。

本発明による材料は不可避的な不純物を含めて単に正方
晶ＴｈＭｎ、、構造を有する相のみからなる必要はなく
、むしろこの材料中に上記合金成分以外の相を含有して
いてもよい。

更に本発明による材料は他の材料中に有利に内蔵されて
いるか又はこれに積層されていてもよく、従って本材料
は例えば混合又は複合材料の１成分を形成する。

本発明による磁気材料の他の有利な実施態様は請求項２
以下に記載されている。

〔実施例〕

次に本発明を実施例に基づき図面との関連において更に
詳述する。その際第１図は三成分系Ｆｅ−Ｍｏ−Ｎｄで
の等温断面図の一部をグラフで表すものである。第２図
には特殊なＦ＠ｓＪＯ＋ｔＲ＊合金の温度との関連にお
ける磁化曲線を示し、また第３図及び第４図は公知の材
料Ｆ＠＋ａＲＪとの比較の下にこの相のキュリ一温度並
びに飽和磁化を表す。

この場合Ｒはそれぞれ任意の希土類金属、特にセリウム
（Ｃｅ）、ネオジ、ＩＡ（Ｎｄ）　、サマリウム（Ｓｍ
）　、ガドリニウムＣＧｄ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）
及びエルビウム（Ｅｒ）の元素を意味する。Ｒは場合に
よっては数種の希土類金属からなる組合わせ物であって
もよい。

組成Ｒ−Ｆｅ−Ｍｏの本発明による材料を製造するには
、それぞれ９９．９７％の含有量のＦｅ及びＭｏ並びに
最高１０００ｐｐ−の酸化希土類を有する各個の希土類
金属９９．９％から出発する。希土類金属を加工直前に
適当な大きさに鋸で細かく切断し、その表面を水研ぎ並
びに水中及び引続きエタノール中での超音波処理により
洗浄する。・次いで合金成分を保護ガスとしてのアルゴ
ン下に水で冷却した銅容器上で高周波発生器により得ら
れる熱によって融解するが、その際まずそのＦｅ及びＭ
ｏが液化し、その後にそれぞれの希土類金属が加えられ
る。こうして生じた三元合金を通常少なくとも更に５回
完全に混合するまで高周波エネルギーで容器上で液化し
、急速に冷却する。これに対してサマリウム合金の場合
には酸化アルミニウムるつぼ中でただ一回だけ融解させ
ればよい、最後に三元合金を均質化するために約１０５
０〜１２００℃で、すなわちそれぞれの溶融温度の約１
５０℃下方の温度で約１時間燻焼する。このため個々の
合金からなる加熱体は保護ガスとしてのアルゴン下に誘
導的に加熱された密閉ニオブ中空円筒中の酸化アルミニ
ウムベース上に置く。

合成し、繰り返し融解及び凝固した後側々の合金は当初
なお多相状態である。この場合正方晶ＴｈＭａ、、相の
他に菱面体晶のＴｈｇＺｎｔｖ相も他の相と共に観察さ
れる。これに対して合金は均質化するための最終燻焼後
実際に一相のみとなう、その際酸化物及び他の相の残分
は合計で最高３容量％の量で観察される。この場合合金
の個々の相は金属組織学的にまたＸ線写真による分析で
処理することができる。

第１図は三成分系Ｆｅ　−Ｍｏ−Ｎｄの相当する濃度比
を約１２００℃の等温切断線で一般に通常のグラフによ
り示すものである。この場合その角点が三種の合金成分
Ｆｅ、Ｍｏ、、Ｎｄ　（それぞれそこでは濃度が１００
％になる）により決定される三辺から出発する。濃度の
三角形の各辺は二成分系Ｍ。

Ｆｅ、　ＦｅＮｄ及びＮｄＭｏの組成を示す、三角形の
表面は３辺に対する平行線からなる格子でおおわれ、そ
の際隣接する平行線はそれぞれ２原子％の間隔を有する
。この図では三成分系のここで重要なＦｅ角のみが詳細
に表されている０図面から読み取れるように、ＴｈＭｎ
＋ｍ構造ををする相Ｎｄ＠ＦＩＩ＊ＪＯ＋＊が属する三
元磁場はＴｈ１Ｚｎ＋ｖ構造を有するＮｄ＊Ｐｅｔｙか
ら出発する範囲から二相磁場だけ分離されている０個々
の結晶構造は例えば相当する粉末を公知のＸ線回折針を
用いて調べることによう決定することができる。

本発明によれば磁気材料はＴｈＭｎ＋＊構造を有する相
を多量に有しているべきである。この要件を満たすため
には材料中の個々の合金成分量を初めから決定しておく
、すなわち一般にＦｅ成分は６０〜８５原子％、Ｒ成分
は２〜２０原子％及びＭ成分は４〜３５原子％を選択す
る。

ＴｈＭｎ＋＊構造が本発明材料中小なくとも５０容量％
の量で存在するのを保証するため、相応する濃度三角形
の表面から、次の５点Ｐｉ〜Ｐ５で決定される五角形部
分表面を選択する。

Ｒ〔原子％〕　鉄〔原子％）Ｍ［原子％］Ｐｉ　　　　
４　　　　６５　　　　３１Ｐ２　　　４　　　８５　
　　　１．１Ｐ３　　　９　　　　８５　　　　　６Ｐ
４１５７９　　　　　６ Ｐ５　　１５　　　　６５　　　　２０第１図にはこの
５点が三成分系Ｎｄ−Ｆａ−Ｍ。

の濃度三角形内に記入されている。この場合一点破線で
示された五角形の表面はＴｈＭｎ＋＊構造を有する破線
で示した範囲を包含し、これは次の点Ｐ１〜Ｐ５によっ
て更に詳細に記載することができる。

Ｎｄ（原子％）Ｆｅ（原子％）Ｍｏ（原子％〕ＰＩ　　
　　７　　　　　６５　　　　　２８Ｐ２　　　７　　
　　　８０　　　　　１３Ｐ３　　　８　　　　　　Ｅ
１５　　　　　９，５Ｐ４　　１０　　　　　７８　　
　　　１２Ｐ５　　１０　　　　　６５　　　　　２５
温度Ｔとの関係における磁化Ｍを、型ｐｌ！＠＠ＭＯ＋
ｆＲ１の本発明による磁気的に配向されていない三成分
系単相合金について第２図のグラフに示す、この場合外
部磁界１０に＾／ＣＩを前提とする。弐Ｍｓ−ｆ（Ｔ）
からそれぞれのキエリ一温度Ｔｃは相応する曲線の直線
部と温度軸との交点として決定することができる。相応
する確認値は次表から得られる。この表には更に室温及
び７０ｋＯｅの外部磁界での個々の合金の飽和磁化Ｍｓ
を示す、飽和磁化Ｍｓは例えば振動磁力針を用いて相応
するプラスチック結合された磁界配向粉末で測定する。

希土類成分ＲＴｃ　（’Ｃ）　　　Ｍｓ　（Ｔ）Ｃｅ　
　　　　　　８５　　　　０．６５Ｎ　ｄ　　　　　　
ｌ　Ｂ　５　　　　．１．０３Ｎｍ　　　　　　２０２
　　　　０．９７Ｃｄ　　　　　　２０５　　　　０，
６７Ｄｙ　　　　　　１４２　　　　０，６０Ｅ　ｒ　
　　　　　１０８　　　　０．６５上記の表に記載され
たキエリ一温度Ｔｃは第３図において同じ希土類成分Ｒ
ををする型Ｆ６＋ｔＲＪの公知三元合金のキエリ一温度
と対照して示されている。この場合公知の合金は文献［
第８回希土類磁石に関する国際会ｔｌｉｌ事録（Ｐｒｏ
ｃ、　８ｔｈ　Ｉｎｔ。

１１ｏｒｋｓｈｏｐ　ｏｎ　Ｒａｒｅ−Ｅａｒｔｈ−Ｍ
ａｇｎｅｔｓ）　Ｊ　Ｄａｙｔｏｎ社オハイオ（米国）
在１９８５年第４２３〜４４Ｇ頁に記載されている。

第３図による図面と同様に第４図において、本発明によ
る合金ｐｇ＠＠Ｍｏ＋□Ｒ１の飽和磁化Ｍｓと上記文献
（Ｐｒｏｃ、　８ｔｈ　Ｉｎｔ、　Ｗｏｒｋｓｈｏｐ　
ｏｎ　Ｒａｒｅ−Ｅａｒｔｈ−Ｍａｇｎｅｔｓ）から明
らかな合金Ｐｅ＋ａＲｍＢの飽和磁化Ｍｓを比較する。

第３図及び第４図の双方から明らかなように、相Ｆｅ＠
ｅＭＯ＋Ｊｓは約１００〜２００℃の範囲内でキエリ一
温度Ｔｃをまた約０．６〜ＩＴの範囲内で飽和磁化Ｍｓ
を有する。この場合希土類金属゛Ｒの系列での個々の値
の経過は公知の型Ｐｅｌ４ＲｔＢのそれに相応する。最
高のキエリ一温度はガドリニウム相に、また最高の飽和
磁化はネオジウム相に存在する。

Ｒ及びＦｅモーメーント間の強磁性結合が期待できる軽
希土類金属を有する代表的な相は、重希土類金属を有す
る相よりも高い飽和磁化を有する。

この場合Ｐ６ｓｏＭＯ＋＊Ｓ１１鍵及びＦ６＊ｅＭＯ＋
＊Ｇｄｓは、サマリウム相で特に顕著な磁気異方性を有
する。

上記の実施例によれば、本発明による材料Ｒ−Ｆｅ−Ｍ
のＭ成分が元素ＭＯであるものから出発した。しかし相
応する関係はクロム群からなるこの金属をタングステン
（Ｗ）金属により少なくとも部分的に代えた場合にも生
じる。

更に本発明による実施例としては三元合金を選択した。

しかし上記の王台金成分の他に本発明による材料は、少
なくとも一種の他の合金成分を最高的ｌＯ原子％までの
量で含んでいてもよい、すなわち特にＮｄ及びＳｍ合金
に有利には最高８原子％までのコバルト（Ｃｏ）を合金
して、キュリ一温度及び／又は飽和磁化を高めることが
できる。

この場合ＣＯ酸成分相応する量のＦｅ成分の代わりに加
えられる。得られた四元合金Ｎｄ５Ｆ１１ｖ＊Ｃ０１Ｍ
０１゜は、例えばＣｏを含まない三元合金ＮｄｓＦｅｓ
ｔＭＯｔ。

よりも約１００℃高められたキュリ一温度及び約０．３
Ｔ高められた飽和磁化を有する。

硬磁気材料用出発物質としはその高い結晶異方性により
Ｓｍを有する三成分相並びにＳｍ及びＣ。

を有する画成分相が特に重要である。この場合異方性磁
界強度は約９０ｋＯｅにまで達する。

３種類以上の合金成分を有する本発明による材料は純粋
な形でのみ使用可能なものではない、むしろ混合又は複
合材料の成分であることも有利である。すなわち例えば
ガラス又はセラミック、例えばＡｈＯｓ　、ＳｉＣ又は
Ｂのような無機物質並びに有機材料中に内蔵させるか又
はこれらの材料に積層させることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は三成分系Ｆｅ　−Ｍｏ　−Ｎｄにおける等温断
面図の一部を示すグラフ図、第２図は特殊なＦｅ１Ｍ０
＋ＩＲ＊合金の温度との関連におけ・る磁化曲線図、第
３図及び第４図は公知の材料Ｆｅ、、ＲＪとの比較の下
にＦｅ５０Ｍ０＋＊Ｒｓ合金のキュリ一温度及び飽和磁
化を示すグラフ図、第５図は公知の二元化合物ＭｏＢｅ
＋ｔの構造を示す略本図である。 ＩＧ　５ Ｔ［＠Ｃ１−−−− Ｉ３２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）少なくとも三つの合金成分Ｒ、鉄（Ｆｅ）及びＭを
   有し、鉄成分の材料含有量が少なくとも６０原子％であ
   り、この材料中で正方晶ＴｈＭｎ＿１＿２構造が形成さ
   れている、鉄含有磁気材料において、 ａ）Ｒは希土類金属の群から選択される少なくとも一種
   の元素であり、Ｍはモリブデン （Ｍｏ）及び／又はタングステン（Ｗ）で あり、 ｂ）Ｆｅ含有量は最高８５原子％であり、 ｃ）Ｒの含有量は２〜２０原子％であり、 ｄ）モリブデン及び／又はタングステン含有量は４〜３
   ５原子％である ことを特徴とする鉄含有磁気材料。 ２）三成分系Ｒ−Ｆｅ−Ｍの濃度比をそれ自体は公知の
   方法で各成分により形成される角点を有する三角形の平
   面としてグラフで表した場合、以下の点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ
   ３、Ｐ４及びＰ５： 　Ｒ〔原子％〕鉄〔原子％〕Ｍ〔Ｍ−％〕 Ｐ１　　　　４　　　　６５　　　　３１ Ｐ２　　　　４　　　　８５　　　　１１ Ｐ３　　　　９　　　　８５　　　　　６ Ｐ４　　　１５　　　　７９　　　　　６ Ｐ５　　　１５　　　　６５　　　　２０ により限定される五角形の平面上にある交点が得られる
   ように、三つの合金成分の含有量を選択する ことを特徴とする請求項１記載の材料。 ３）鉄含有量が最高８２原子％であることを特徴とする
   請求項１又は２記載の材料。 ４）ＴｈＭｎ＿１＿２構造を有する相の他に更に少なく
   ともＲ−Ｆｅ−Ｍ系の別の相が存在していることを特徴
   とする請求項１ないし３の１つに記載の材料。 ５）三つの合金成分Ｒ、Ｆｅ及びＭの他に更に少なくと
   ももう一種の合金成分を有していることを特徴とする請
   求項１ないし４の１つに記載の材料。 ６）もう一つの合金成分の量が最高で１０原子％である
   ことを特徴とする請求項５記載の材料。 ７）もう一つの成分としてコバルト（Ｃｏ）を最大量で
   ８原子％有し、その量だけ相応する鉄成分が除かれてい
   ることを特徴とする請求項５又は６記載の材料。 ８）Ｒ成分が少なくとも２種の希土類金属からなること
   を特徴とする請求項１ないし７の１つに記載の材料。 ９）別の材料中に内蔵されているか又はこれに積層され
   ていることを特徴とする請求項１ないし８の１つに記載
   の材料。 １０）構成成分が混合材料又は複合材料であることを特
   徴とする請求項９記載の材料。