永久磁鐵的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的目的在于，提供一種高溫下具有高矯頑力的永久磁鐵。本發(fā)明通過組成比為RXT(100-X-Y)CY(其中，R以Sm為必要元素并且是由Sm、Y、La、Pr、Ce、Nd、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb及Lu中的一種以上的元素構(gòu)成的稀土元素，T是以Fe為必要元素、或者以Fe和Co為必要元素的一種以上的過渡金屬元素，10＜X＜40、5＜Y＜15、1.5＜(100-X-Y)/X＜4)，并且主相具有Nd5Fe17型晶體結(jié)構(gòu)，由此能夠獲得高溫下具有高矯頑力的永久磁鐵。
【專利說明】
永久磁鐵
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及以Nd5Fei7型晶體結(jié)構(gòu)(空間群P63/mcm)的化合物為主相的永久磁鐵。
【背景技術(shù)】
[0002] 作為高性能永久磁鐵具有代表性的R-T-B系永久磁鐵因其高磁特性，生產(chǎn)量逐年 擴大，被用于各種電動機用、各種致動器用、MRI裝置用等各種各樣的用途。在此，R為稀土元 素中的至少一種，T為Fe、或者為Fe和Co，B為硼。
[0003] 近年來，隨著混合動力汽車(HEV)的普及，HEV的電動機/發(fā)電機中使用的R-T-B系 永久磁鐵的需求急劇增加。在這樣的用途中，磁鐵被暴露在比較高的溫度下，由于熱造成的 高溫退磁成為問題，因此優(yōu)選具有高的最大磁能積和高的耐熱性的永久磁鐵。眾所周知，要 想即使在高溫下也維持高磁特性，充分提高R-T-B系燒結(jié)磁鐵在室溫下的矯頑力的方法是 有效的。
[0004] 例如，在專利文獻(xiàn)1中，通過控制晶粒、晶界而提高室溫的矯頑力，可以達(dá)成最大 30k0e左右的高的矯頑力，但要求更高特性的永久磁鐵。
[0005] 另外，R_T-B系永久磁鐵以外，還提出了一種尚矯頑力的永久磁鐵。在專利文獻(xiàn)2 中，利用以Sm5Fe17金屬間化合物為主相的永久磁鐵，可獲得室溫下為37k0e這樣的非常高的 矯頑力，通過添加 lat%的C或B等，進(jìn)入晶界部使主相顆粒微細(xì)化，獲得磁特性更加良好的 永久磁鐵。
[0006] 但是，如非專利文獻(xiàn)1中所記載的那樣，Sm5Fe17金屬間化合物的居里溫度為270°C 左右，比作為R-T-B系永久磁鐵有代表性的Nd2Fe14B低，因此高溫下容易退磁，不適合要求高 溫下具有高特性的用途，即使是添加了 lat%的C或B等的試樣，也無法說高溫退磁的改善已 經(jīng)很充分。改善Sm5Fe17金屬間化合物的高溫退磁，在能夠?qū)⑹覝叵赂叩某C頑力有效地利用 到高溫方面非常有用。
[0007] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0008] 專利文獻(xiàn)
[0009] 專利文獻(xiàn)1:日本特開2009-231391
[0010] 專利文獻(xiàn)2:日本特開2008-133496
[0011] 非專利文獻(xiàn)
[0012] 非專利文獻(xiàn) 1:Journal of Applied Physics 10907A724(2011)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 發(fā)明所要解決的課題
[0014] 本發(fā)明的目的在于，提供一種在高溫下具有高的矯頑力的永久磁鐵。
[0015] 用于解決課題的技術(shù)方案
[0016] 在本發(fā)明中，通過一種永久磁鐵來解決上述的課題，該永久磁鐵的特征為，組成比 RxT(1Q()-X-Y)CY(其中，R是由以Sm為必要元素的一種以上的元素構(gòu)成的稀土元素，在此，稀土元 素為 5!11、￥、1^、？廣〇6、恥411、6(1、113、〇7、!1〇4廣1'111、￥13及1^，1'為以？6為必要元素、或者以？6和 Co為必要元素的一種以上的過渡金屬元素，15<X<40、5<Y<15、1.5<(100-X-Y)/X<4)， 并且主相具有NdsFen型晶體結(jié)構(gòu)。
[0017] 本發(fā)明中，通過在主相具有Nd5Fei7型晶體結(jié)構(gòu)的永久磁鐵中固溶C，與現(xiàn)有的主相 具有Nd 5Fe17型晶體結(jié)構(gòu)（空間群P63/mcm)的永久磁鐵相比較，發(fā)現(xiàn)居里溫度上升，高溫時的 矯頑力提尚。以下，將具有NdsFen型晶體結(jié)構(gòu)（空間群P63/mcm)的相記載為R5T17結(jié)晶相。同 樣地，例如，將具有RT 2型晶體結(jié)構(gòu)的相記載為RT2結(jié)晶相。
[0018] 本發(fā)明中，通過添加大于5at%的C，C不是侵入晶界部而是侵入R5Tn結(jié)晶相的晶格 間，成為T-T間的原子間距離擴大且T-T間的交換相互作用更牢固的結(jié)晶相。因此，本
【發(fā)明人】 認(rèn)為，永久磁鐵整體的磁矩穩(wěn)定，居里溫度上升。
[0019] 本發(fā)明的永久磁鐵的組成比設(shè)定為RXT(1QQ- X-Y)CY( 15<X<40、5<Y< 15、1.5< (lOO-XD/XSOJ的值為15以下時，得不到R5Tn結(jié)晶相，矯頑力顯著降低。X的值為40以上 時，RT 2結(jié)晶相等大量析出，因此矯頑力顯著降低。Y的值為5以下時，向R5T17結(jié)晶相固溶的C 量較少，居里溫度上升的效果不充分，高溫下得不到足夠高的矯頑力。Y的值為15以上時， R3C、R2C3、RC2或非晶狀態(tài)的R-C化合物大量析出，因此矯頑力降低。另外，R和T的組成比設(shè)定 為1.5<(100^)/^<4。（100^)/^的值為1.5以下時，1^ 2結(jié)晶相等大量析出，因此矯頑 力顯著降低。（1〇〇-Χ-Υ)/Χ為4以上時，α-Fe結(jié)晶相等低矯頑力成分大量析出，矯頑力顯著降 低。
[0020] 發(fā)明效果
[0021] 根據(jù)本發(fā)明，可以提供能夠滿足今后具有進(jìn)一步増加的趨勢的HEV用永久磁鐵所 要求的耐熱性的、具有高居里溫度且高溫時也具有高矯頑力的永久磁鐵。
【附圖說明】
[0022] 圖1是實施例1的永久磁鐵的磁化強度-溫度曲線，是計算居里溫度的切線的說明 圖。
【具體實施方式】
[0023] 對用于實施本發(fā)明的方式(實施方式)詳細(xì)地進(jìn)行說明。本發(fā)明不受以下的實施方 式記載的內(nèi)容所限定。另外，以下記載的構(gòu)成要素中，包含本領(lǐng)域技術(shù)人員容易設(shè)想的構(gòu)成 要素、實質(zhì)上相同的構(gòu)成要素。另外，以下記載的構(gòu)成要素可以適當(dāng)組合。
[0024]本實施方式所涉及的永久磁鐵優(yōu)選為R5Tn結(jié)晶相的單相，但也可以含有RT2、RT 3、 1^'7、1?1'5、1^7、1?21'17、1?1'12結(jié)晶相，只要1? 51'17結(jié)晶相為主相即可。在此，所謂主相是指永久磁鐵 中體積比率最多的結(jié)晶相。
[0025] 作為主相的R5Tn結(jié)晶相在永久磁鐵整體中，體積比率為50 %以上，優(yōu)選體積比率 為75 %以上。R5Tn結(jié)晶相的比例越多，高溫時的矯頑力越增大。
[0026] 在擁有本實施方式所涉及的RxTuoo-xdCy的組成比的永久磁鐵中，R是由以Sm為必 要元素的一種以上的元素構(gòu)成的稀土元素，在此，稀土元素設(shè)定為Sm、Y、La、Pr、Ce、Nd、Eu、 6(1、1'13、〇7、!1〇41'、1'111、￥13及1^1。優(yōu)選51]1在整個稀土元素中所占的比例多，且優(yōu)選相對于整個 稀土元素量，Sm原子比率為50at%以上。
[0027] 關(guān)于R的組成比，RxT_-x-Y)CY的X設(shè)定為15<父<40。乂的值為15以下時，得不到R 5Tn 結(jié)晶相，矯頑力顯著降低。另一方面，X的值為40以上時，作為低矯頑力的RT2結(jié)晶相等大量 析出，矯頑力顯著降低。
[0028]在擁有本實施方式所涉及的RxTuoo-X-Y)CY的組成比的永久磁鐵中，T為以Fe為必要 元素、或者以Fe和Co為必要元素的一種以上的過渡金屬元素。優(yōu)選Co在整個過渡金屬元素 中為20at%以下。通過選擇適當(dāng)?shù)腃o量，能夠改善飽和磁化。另外，通過Co量的増加可以提 高永久磁鐵的耐腐蝕性。
[0029] 關(guān)于 R和 T 的組成比，設(shè)定為 1.5<(1001-￥)/^<4。（100^)/^為1.5以下時，1?1'2 結(jié)晶相大量析出，矯頑力顯著降低。（1〇〇-Χ-Υ)/Χ為4以上時，α-Fe結(jié)晶相等低矯頑力成分大 量析出，矯頑力顯著降低。
[0030] 關(guān)于C的組成比，RxT_-X-Y)CY的Y設(shè)定為5<￥<15。￥的值為5以下時，居里溫度上升 的效果不充分，在高溫下得不到高矯頑力。Y的值為15以上時，R 3C、R2C3、RC2或非晶狀態(tài)的R-C化合物大量析出，得到的抱!^結(jié)晶相的比率減少，矯頑力降低。
[0031] 擁有本實施方式所涉及的RxT(1QQ-X-Y)CY的組成比的永久磁鐵，容許含有其它元素。 例如，可以適當(dāng)含有2廣11、8丨、311、63、恥、了3、3丨、￥^8、66、〇1、211等元素。另外，1?也可以含有 來源于原料的雜質(zhì)。
[0032] 擁有本實施方式所涉及的RxT(1Q()-x-Y)Cy的組成比的永久磁鐵，也可以含有C以外的 侵入元素，設(shè)定為由N、H、Be、P的一種以上構(gòu)成的元素。
[0033] 以下，對本件發(fā)明的制造方法的最佳實例進(jìn)行說明。永久磁鐵的制造方法有燒結(jié) 法、超驟冷凝固法、蒸鍍法、HDDR法等，對超驟冷凝固法的制造方法的一個例子進(jìn)行說明。作 為具體的超驟冷凝固法，存在單輥法、雙輥法、離心驟冷法、氣體霧化法等，優(yōu)選使用單輥 法。在單輥法中，通過從噴嘴噴出熔融合金并使其沖擊冷卻輥周面，使熔融合金快速冷卻， 獲得薄帶狀或薄片狀的驟冷合金。與其它超驟冷凝固法相比，單輥法的批量生產(chǎn)性高，驟冷 條件的再現(xiàn)性良好。
[0034] 作為原料，首先準(zhǔn)備具有所要求的組成比的R-T合金?？梢酝ㄟ^將R、T各自的原料 在惰性氣體、優(yōu)選Ar氣氛中進(jìn)行電弧熔煉、或其它公知的熔煉法制作原料合金。其它元素例 如和希望適當(dāng)含有Zr、Ti、Bi、Sn、Ga、Nb、Ta、Si、V、Ag、Ge、Cu、Zn等時的情況一樣，可以通過 熔煉法來含有。
[0035] 從用上述方法制作的R-T合金通過超驟冷凝固法來制作非晶合金。作為超驟冷凝 固法，將如上所述制作的合金錠通過搗碎機等小片化而成的物質(zhì)作為原料。使用將該小片 在Ar氣氛中進(jìn)行高頻熔煉，向以高速旋轉(zhuǎn)的銅輥上噴射熔融物使其驟冷凝固的熔融紡絲 法。被輥驟冷的熔融物變成被驟冷凝固為薄帶狀的驟冷合金。
[0036] 驟冷合金因其組成比、冷卻輥的圓周速度而不同，呈非晶單相、非晶相和結(jié)晶相的 混相、結(jié)晶相的任一種結(jié)構(gòu)形態(tài)。非晶相通過之后進(jìn)行的熱處理而被微晶化。作為一種標(biāo) 準(zhǔn)，如果冷卻輥的圓周速度大，則非晶所占有的比例就會變高。
[0037] 如果加快冷卻輥的圓周速度，所獲得的驟冷合金就會變薄，因此獲得更均質(zhì)的驟 冷合金。獲得非晶單相的結(jié)構(gòu)之后，可以通過適當(dāng)?shù)臒崽幚慝@得RsTn結(jié)晶相。因而，作為本 發(fā)明希望的形態(tài)，能夠獲得非晶合金、或者非晶合金和R 5T17結(jié)晶相。因此，冷卻輥的圓周速 度通常設(shè)定為10~l〇〇m/s、優(yōu)選15~75m/s、進(jìn)一步優(yōu)選25~65m/s的范圍。如果冷卻輯的圓 周速度小于lOm/s，就得不到均質(zhì)的驟冷合金，難以獲得所要求的結(jié)晶相，如果冷卻輥的圓 周速度大于l〇〇m/S，熔融合金和冷卻輥周面的緊貼性就會變差，不能有效地進(jìn)行傳熱。 [0038] 驟冷合金接著被供應(yīng)至結(jié)晶化處理、碳化處理。結(jié)晶化處理是在700°C~950°C下， 通常是在Ar氣氛中進(jìn)行0.6分鐘~600分鐘左右。碳化處理是在450°C~600°C下，通常是在 Ar+CH4或Ar+C2H6等碳化氣氛中進(jìn)行0.6分鐘~600分鐘左右。在此，通過將烴類氣體的濃度 調(diào)節(jié)到5重量％~25重量％，R-T合金和C進(jìn)行反應(yīng)，C在R 5Tn結(jié)晶相內(nèi)部固溶。
[0039]以上是用于獲得本發(fā)明的永久磁鐵的基本的工序，但可以在熱處理工序前、熱處 理工序后的任意階段，將用熔融紡絲法得到的合金粉碎，也可以將粉碎后的合金和粘合劑 混合、成形而形成粘結(jié)永久磁鐵。另外，也可以將粉砕的合金通過熱加工法等公知的技術(shù)形 成各向異性永久磁鐵。另外，也可以通過進(jìn)行粉砕、磁場中成形、燒結(jié)而形成各向異性永久 磁鐵。
[0040] 接著，對基于薄膜法的制造方法的最佳實例進(jìn)行說明。
[0041] 合金薄膜的制造方法有真空蒸鍍法、濺射法、分子束外延法等，對其中的基于濺射 法的制造方法的一個例子進(jìn)行說明。
[0042] 作為原料，首先準(zhǔn)備靶材。靶材采用具有所要求的組成比的R-T合金靶材。在此，靶 材的組成比和用濺射制作的膜的組成比，由于各元素的濺射率不同，有時存在偏差，需要調(diào) 節(jié)。也可以使用具有兩個以上的濺射機構(gòu)的裝置，且使用R、T各自的單元素的靶材按所要求 的比例進(jìn)行濺射。適當(dāng)含有例如2廣11、8丨、311、6 &、恥、了&、3丨、￥^8、66、211、(：11等其它元素時， 同樣也可以按所要求的比例進(jìn)行濺射。
[0043]靶材在保管中會自表面開始產(chǎn)生氧化。特別是使用R等稀土元素靶材的情況下，氧 化的速度很快。因此，在這些靶材的使用前，必須充分地進(jìn)行濺射，形成靶材的清潔表面。
[0044] 利用濺射進(jìn)行成膜的基板可以選擇使用各種金屬、玻璃、硅、陶瓷等。但是，為了獲 得所要求的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，必須進(jìn)行高溫下的處理，在這方面，優(yōu)選使用高熔點的材料。另外，有 時與生成膜的緊貼性不足，作為其對策，通常是通過設(shè)置Cr或Ti、Ta、Mo等基底層而提高緊 貼性。
[0045] 進(jìn)行濺射的成膜裝置，由于優(yōu)選盡量減少0等雜質(zhì)元素，因此優(yōu)選將真空槽進(jìn)行排 氣，使其達(dá)到l(T6Pa以下、更優(yōu)選l(T 8Pa以下。為了保持高的真空狀態(tài)，優(yōu)選具有與成膜室連 接的基板導(dǎo)入室。另外，在靶材的使用前，需要充分地進(jìn)行濺射，形成靶材的清潔表面，因 此，優(yōu)選成膜裝置在基板和靶材之間具有可在真空狀態(tài)下進(jìn)行操作的遮蔽機構(gòu)。為了盡量 減少雜質(zhì)元素，濺射的方法優(yōu)選能夠在更低Ar氣氛中進(jìn)行濺射的磁控濺射法。在此，含有 Fe、Co的靶材大幅減少磁控濺射的漏磁通，難以進(jìn)行濺射，因此，需要恰當(dāng)?shù)剡x擇靶材的厚 度。濺射的電源使用DC、RF均可，可根據(jù)靶材適當(dāng)選擇。
[0046] 使用上述的R-T合金靶材及基板，能夠?qū)⑺蟮慕M成比的R-T合金薄膜成膜。 [0047]濺射中，將基板保持在室溫，在成膜后進(jìn)行結(jié)晶化處理、碳化處理。結(jié)晶化處理設(shè) 置700 °C~1100°C下，在Ar氣氛中進(jìn)行1分鐘~6000分鐘左右。成膜后的各膜通常由數(shù)十nm 左右的微細(xì)結(jié)晶相或非晶相構(gòu)成，通過結(jié)晶化處理使晶體生長。碳化處理是在450°C~600 °(：下，在Ar+CH4、Ar+C 2H6等碳化氣氛中進(jìn)行1分鐘~600分鐘左右。通過將烴類氣體的濃度調(diào) 節(jié)至1」5重量％~25重量％，C在R 5Tn結(jié)晶內(nèi)部固溶。
[0048]以上，對有關(guān)用于最佳地實施本件發(fā)明的制造方法的方式進(jìn)行了說明，接著，在本 件發(fā)明的永久磁鐵中，對分析組成比的方法進(jìn)行說明。
[0049] 試樣的生成相的分析使用X射線衍射法(XRD:X-ray Diffractometry)。另外，試樣 的組成比的分析使用ICP質(zhì)量分析法（ICP: Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry)和氧氣流中燃燒-紅外線吸收法。
[0050]另外，試樣的磁特性的測定使用振動試樣型磁力計（VSM: Vibrating Sample Magnetometer)〇 [0051 ] 實施例
[0052]以下，使用實施例及比較例對本發(fā)明的內(nèi)容詳細(xì)地進(jìn)行說明，但本發(fā)明不限定于 以下的實施例。
[0053]對實施例1的永久磁鐵進(jìn)行說明。按表1中的組成比配合Sm、Fe，在Ar氣氛中用電弧 熔煉制作錠后，使用搗碎機制成小片。將該小片在Ar氣氛中進(jìn)行高頻熔煉，通過單輥法以圓 周速度40m/s進(jìn)行驟冷，獲得驟冷合金。將獲得的驟冷合金以700 °C /min進(jìn)行升溫，在900 °C 下進(jìn)行1分鐘結(jié)晶化處理后，進(jìn)行驟冷，在600°C下實施30分鐘的碳化處理，進(jìn)行驟冷。結(jié)晶 化處理工序是在Ar氣氛中進(jìn)行，碳化處理工序是在Ar+CH4氣氛中進(jìn)行。CH4氣體濃度設(shè)定為 10重量％。
[0054]將作為試樣的永久磁鐵的生成相通過XRD進(jìn)行分析后，接著通過ICP對R量、T量進(jìn) 行分析，通過高頻感應(yīng)加熱爐燃燒-紅外線吸收法，對試樣中的C量進(jìn)行分析。補充上述分析 結(jié)果，確定試樣的組成比。
[0055 ]對各試樣的磁特性的測定方法進(jìn)行說明。使用振動試樣型磁力計(VSM: Vi brat ing Sample Magnetometer)求得居里溫度。對以90k0e磁化的試樣，一邊施加 2k0e的磁場，一邊 在Ar氣氛中以l°C/min升溫至25°C~750°C。圖1中表示實施例1的永久磁鐵的磁化強度-溫 度曲線。在該磁化強度-溫度曲線中，在切線的斜度成為最大的點引出直線，將其與溫度軸 的交點的溫度作為居里溫度。將240°C~340°C范圍的居里溫度作為R 5T17結(jié)晶相的居里溫 度。另外，1 〇〇 °C下的矯頑力也使用VSM來求得。對以90k0e磁化的試樣，在Ar氣氛中使試樣溫 度上升至100°C，從最大磁場± 27k0e的磁化曲線得到矯頑力的值。
[0056] 表1表示實施例1~實施例11和比較例1~比較例7的分析組成比、以及R5Tn結(jié)晶相 的居里溫度、1 〇〇 °c下的矯頑力的值。
[0057]
[0058] 對實施例2、實施例3的永久磁鐵進(jìn)行說明。按表1所示的組成比配合Sm、Fe之后，和 實施例1同樣地制作錠，制作驟冷合金。將得到的驟冷合金，和實施例1同樣地進(jìn)行結(jié)晶化處 理、碳化處理。即，實施例2、實施例3與實施例1比較，Sm、Fe的組成比不同。
[0059] 對實施例4~實施例7的永久磁鐵進(jìn)行說明。按表1所示的組成比配合Sm、Fe之后， 和實施例1同樣地制作錠，制作驟冷合金。將得到的驟冷合金，和實施例1同樣地進(jìn)行結(jié)晶化 處理。碳化處理工序是在600°C下，在Ar+CH4氣氛中進(jìn)行30分鐘。在實施例4中，CH4氣體濃度 為5重量％，在實施例5中，CH4氣體濃度為7重量％，在實施例6中，CH4氣體濃度為15重量％， 在實施例7中，CH4氣體濃度為25重量％。即，實施例4~實施例7與實施例1相比較，碳化處理 工序的CH 4氣體濃度不同，C的組成比不同。
[0060] 對實施例8、實施例9的永久磁鐵進(jìn)行說明。按表1所示的組成比配合Sm、Ce、Fe之 后，和實施例1同樣地制作錠，制作驟冷合金。將得到的驟冷合金，和實施例1同樣地進(jìn)行結(jié) 晶化處理、碳化處理。即，和實施例1相比較，Sm的一部分被Ce置換。
[0061 ]對實施例10、實施例11的永久磁鐵進(jìn)行說明。按表1所示的組成比配合Sm、Fe、Co之 后，和實施例1同樣地制作錠，制作驟冷合金。將得到的驟冷合金，和實施例1同樣地進(jìn)行結(jié) 晶化處理、碳化處理。即，和實施例1相比較，F(xiàn)e的一部分被Co置換。
[0062] 對比較例1~比較例3的永久磁鐵進(jìn)行說明。按表1所示的組成比配合Sm、Fe之后， 和實施例1同樣地制作錠，制作驟冷合金。將得到的驟冷合金，和實施例1同樣地進(jìn)行結(jié)晶化 處理、碳化處理。即，比較例1~比較例3和實施例1相比較，Sm、Fe的組成比不同。
[0063] 對比較例4~比較例6的永久磁鐵進(jìn)行說明。按表1所示的組成比配合Sm、Fe之后， 和實施例1同樣地制作錠，制作驟冷合金。將得到的驟冷合金，和實施例1同樣地進(jìn)行結(jié)晶化 處理。碳化處理工序是在600°C下，在Ar+CH4氣氛中進(jìn)行30分鐘。在比較例4中，CH4氣體濃度 為〇重量％，在比較例5中，CH4氣體濃度為3重量％，在比較例6中，CH4氣體濃度為40重量％下 進(jìn)行。即，比較例4~比較例6和實施例1相比較，碳化處理工序的CH4氣體濃度不同，C的組成 比不同。
[0064]對比較例7的永久磁鐵進(jìn)行說明。按表1所示的組成比配合Sm、Ce、Fe之后，和實施 例1同樣地制作錠，制作驟冷合金。經(jīng)得到的驟冷合金，和比較例4同樣地在Ar氣氛中進(jìn)行結(jié) 晶化處理、碳化處理。即，和實施例8相比較，碳化處理工序的CH4氣體濃度為0重量％，C的組 成比不同。
[0065](實施例1~實施例3、比較例1~比較例3)
[0066] 進(jìn)行改變R量及R和T的組成比的研究。在實施例1~實施例3中，用XRD可檢測到成 為主相的RsTn結(jié)晶相。另外，在磁化強度-溫度曲線上，居里溫度比現(xiàn)有的Sm 5Fei#g晶相的 居里溫度(277°C(比較例4))高。認(rèn)為這是因為，由于C侵入R 5T17結(jié)晶相的晶格間，T-T間的原 子間距離擴大，T-T間的交換相互作用變得更牢固。其結(jié)果是，100°C下的矯頑力也顯示 1 OkOe以上的值。在比較例1中，Sm量多且低矯頑力的SmFe2結(jié)晶相大量析出。因此，R5Tn結(jié)晶 相的比例變少，10 0 °C下的矯頑力小，顯示不足10 k 0 e的值。另一方面，在比較例2中，Sm量少， α-Fe結(jié)晶相大量析出，R5Tn結(jié)晶相的比例變小，因此100°C下的矯頑力變小。進(jìn)而，在Sm量少 的比較例3中，未檢測到R 5Tn結(jié)晶相。因此，居里溫度也不存在于240°C~340°C。
[0067] (實施例1、實施例4~實施例7、比較例4~比較例6)
[0068]通過將R和T的組成比固定，調(diào)節(jié)碳化處理中的CH4氣體的濃度，進(jìn)行改變C量的研 究。比較例4是C未固溶的R5Tn結(jié)晶相，通過使溫度上升至100 °C，矯頑力大幅減小，顯示不足 10k0e的值。在實施例1、實施例4~實施例7中，用XRD也檢測到成為主相的R5Tn結(jié)晶相，居里 溫度比現(xiàn)有Sm5Fe17結(jié)晶相的居里溫度（277°C(比較例4))高。通過這樣使適當(dāng)量的C固溶， 100 °C下的矯頑力也顯示1 OkOe以上的值。在比較例5中，100 °C下的矯頑力不足1 OkOe，這是 因為C量少，C固溶帶來的加強交換鍵合的作用不夠充分。比較例6中，C量多，Sm3C、Sm 2C3、 SmC2或非晶狀態(tài)的Sm-C化合物大量析出，因此矯頑力降低。
[0069](實施例1、實施例8、實施例9、比較例7)
[0070] 將R的一部分設(shè)定為Ce進(jìn)行研究。R為Sm和Ce的情況下，用XRD也可檢測到R5Tn結(jié)晶 相。另外，通過C固溶，居里溫度上升，高溫下獲得高矯頑力的效果也一樣。
[0071] (實施例1、實施例10、實施例11)
[0072] 進(jìn)行改變T的組成比的研究。實施例10、實施例11是將實施例1的Fe的一部分置換 為Co的組成。T為Fe和Co的情況下，用XRD也可檢測到R 5T17結(jié)晶相，在高溫下表現(xiàn)出高矯頑 力。
[0073]接著，對通過薄膜法制作的實施例12進(jìn)行說明。
[0074] 靶材是制作將通過濺射形成的膜調(diào)節(jié)為所要求的組成比的Sm-Fe合金靶材。準(zhǔn)備 娃基板作為進(jìn)行成膜的基板。祀材的尺寸設(shè)為直徑76.2mm，基板的尺寸設(shè)為10mm X 10mm，作 為充分確保膜的面均勻性的條件。
[0075] 成膜裝置使用可排氣至l(T8Pa以下、在同一槽內(nèi)具有多個濺射機構(gòu)的裝置。在該成 膜裝置內(nèi)安裝所述Sm-Fe合金靶材和用于基底層的Mo靶材。通過使用磁控濺射法，設(shè)定IPa 的Ar氣氛，利用RF電源進(jìn)行濺射。還有，RF電源的功率和成膜時間根據(jù)試樣的構(gòu)成進(jìn)行調(diào) To
[0076] 膜構(gòu)成首先是將Mo進(jìn)行成膜為50nm作為基底層。接著，根據(jù)各個實施例及比較例 調(diào)節(jié)Sm-Fe層厚為50nm，進(jìn)行派射。
[0077]成膜中，將作為基板的硅基板保持在室溫，將Mo基底層、Sm-Fe層進(jìn)行成膜。將成膜 的試樣在Ar氣氛中以700 °C /min的速度升溫，在900 °C下進(jìn)行1分鐘結(jié)晶化處理后，驟冷。之 后，在600°C下實施30分鐘的碳化處理。碳化處理工序在Ar+CH4氣氛中進(jìn)行。CH4氣體濃度設(shè) 為10重量％。
[0078]通過垂直于表面的方向的XRD對作為試樣的永久磁鐵的生成相進(jìn)行分析，然后，通 過ICP質(zhì)量分析法對R量、T量進(jìn)行分析，通過高頻感應(yīng)加熱爐燃燒-紅外線吸收法對試樣中 的C量進(jìn)行分析。補充上述分析結(jié)果，確定試樣的組成比。
[0079] 對各試樣的磁特性的測定方法進(jìn)行說明。使用VSM求得居里溫度。對在面方向上以 90k0e磁化的試樣，一邊在面方向上施加2k0e的磁場，一邊在Ar氣氛中以l°C/min進(jìn)行升溫。 另外，也使用VSM求得100°C下的矯頑力。對在磁性薄膜的面方向上以90k0e磁化的試樣，在 Ar氣氛中使試樣溫度上升至100°C，從面方向上最大磁場±27k0e的磁化曲線獲得矯頑力的 值。
[0080] 表2表示通過薄膜法作成的實施例12~實施例18和比較例8~比較例13的分析組 成比、以及RsTn結(jié)晶相的居里溫度、100 °C下的矯頑力的值。
[0081] [表 2]
[0082]
[0083] 對實施例13~實施例14的永久磁鐵進(jìn)行說明。調(diào)節(jié)Sm、Fe使其成為表2中的組成 比，制作薄膜。將得到的薄膜，和實施例12同樣地進(jìn)行結(jié)晶化處理、碳化處理。即，實施例13 ~實施例14與實施例12相比較，Sm、Fe的組成比不同。
[0084] 對實施例15~實施例18的永久磁鐵進(jìn)行說明。調(diào)節(jié)Sm、Fe使其成為表2中的組成 比，制作薄膜。將得到的薄膜，和實施例12同樣地進(jìn)行結(jié)晶化處理。碳化處理工序是在600°C 下，在Ar+CH4氣氛中進(jìn)行30分鐘。實施例15中，CH4氣體濃度為5重量％，實施例16中，CH4氣體 濃度為7重量％，實施例17中，CH4氣體濃度為15重量％，實施例18中，CH4氣體濃度為25重 量％。即，實施例15~實施例18與實施例12相比較，碳化處理工序的CH4氣體濃度不同，C的 組成比不同。
[0085] 對比較例8~比較例10的永久磁鐵進(jìn)行說明。調(diào)節(jié)Sm、Fe使其成為表2中的組成比， 制作薄膜。將得到的薄膜，和實施例12同樣地進(jìn)行結(jié)晶化處理。碳化處理工序是在600°C下， 在Ar+CH4氣氛中進(jìn)行30分鐘。CH4氣體濃度為10重量％。即，比較例8~比較例10與實施例12 相比較，Sm、Fe的組成比不同。
[0086] 對比較例11~比較例13的永久磁鐵進(jìn)行說明。調(diào)節(jié)Sm、Fe使其成為表2中的組成 比，制作薄膜。將得到的薄膜，和實施例12同樣地進(jìn)行結(jié)晶化處理。碳化處理工序是在600°C 下，在Ar+CH4氣氛中進(jìn)行30分鐘。在比較例11中，CH4氣體濃度為0重量％，在比較例12中，CH4 氣體濃度為3重量％，在比較例13中，CH4氣體濃度為40重量％。即，與實施例12相比較，碳化 處理工序的CH 4氣體濃度不同，C的組成比不同。
[0087](實施例12~實施例14、比較例8~比較例10)
[0088] 進(jìn)行改變R量及R和T的組成比的研究。在實施例12~實施例14中，用XRD可檢測到 成為主相的RsTn結(jié)晶相。另外，在磁化強度-溫度曲線上，居里溫度比現(xiàn)有的Sm5Fe17結(jié)晶相 的居里溫度(272°C(比較例11))高。認(rèn)為這是因為C侵入R 5Tn結(jié)晶相的晶格間，由此T-T間的 原子間距離擴大，T-T間的交換相互作用變得更加牢固。其結(jié)果是，100°C下的矯頑力也顯示 1 OkOe以上的值。在薄膜磁石中，通過恰當(dāng)?shù)腞量的調(diào)節(jié)，能夠制作在R5Tn結(jié)晶相中固溶有C 的磁鐵。在比較例8中，Sm量多，低矯頑力的SmFe2結(jié)晶相大量析出。因此，R5Tn結(jié)晶相的比例 變少，100 °C下的矯頑力顯示不足1 OkOe的值。另外，在比較例9中，Sm量少，在結(jié)晶化處理工 序中，α-Fe結(jié)晶相大量析出，R5Tn結(jié)晶相的比例變小，因此100 °C下的矯頑力變小。進(jìn)而，在 Sm量少的比較例10中，未檢測到R5Tn結(jié)晶相。因此，居里溫度也不存在于240°C~340°C。
[0089] (實施例12、實施例15~實施例18、比較例11~比較例13)
[0090] 通過將R和T的組成比固定，調(diào)節(jié)碳化處理中的CH4氣體的濃度，進(jìn)行使C量變化的 研究。比較例11為沒有固溶C的R5Tn結(jié)晶相，100 °C下的矯頑力不足1 OkOe。實施例12、實施例 15~實施例18用XRD可檢測到成為主相的R5Tn結(jié)晶相，居里溫度比SimFen結(jié)晶相(270°C (比 較例11))高。通過使適當(dāng)量的C固溶，100°C下的矯頑力也顯示10k0e以上的值。在比較例12 中，100°C下的矯頑力減小。這是因為C量少，C固溶帶來的加強交換鍵合的作用不夠充分。比 較例13在100°C下的矯頑力也減小。認(rèn)為這是因為C量多，Sm 3C、Sm2C3、SmC2或非晶狀態(tài)的Sm-C化合物大量析出，R 5Tn結(jié)晶相的比例減小。
【主權(quán)項】
1. 一種永久磁鐵，其特征在于， 所述永久磁鐵的組成比為RxT_-X-y)Cy，并且主相具有Nd5Fei7型晶體結(jié)構(gòu)， 其中，R是由以Sm為必要元素的1種以上的元素構(gòu)成的稀土元素，在此，稀土元素為Sm、 Y、La、Pr、Ce、Nd、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb&Lu， T為以Fe為必要元素、或者以Fe和Co為必要元素的一種以上的過渡金屬元素， 15<X<40、5<Y< 15、1·5<(100-Χ-Υ)/Χ<4。
【文檔編號】H01F1/055GK105989983SQ201610152500
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2016年3月17日
【發(fā)明人】伊藤將志, 北村智子, 富田將來
【申請人】Tdk株式會社