(57)【要約】  高い保磁力と残留磁化を兼備し、最大エネルギー積も向上させたナノコンポジット磁石を提供する。  希土類磁石組成の硬磁性相と、軟磁性相との間に、これら硬磁性相および軟磁性相のいずれとも反応しない非強磁性相を介在させたことを特徴とする。典型的態様として、硬磁性相がＮｄ２Ｆｅ１４Ｂを含み、軟磁性相がＦｅまたはＦｅ２Ｃｏを含み、非強磁性相がＴａを含む。望ましくは、Ｔａを含む非強磁性相の厚さが５ｎｍ以下、ＦｅまたはＦｅ２Ｃｏを含む軟磁性相の厚さが２０ｎｍ以下である。更に、望ましくは、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ硬磁性相の粒界にＮｄまたはＰｒまたはＮｄとＣｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｇａ、Ｐｒのいずれか１種との合金またはＰｒとＣｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｇａのいずれか１種との合金が拡散している。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
希土類磁石組成の硬磁性相と、軟磁性相との間に、これら硬磁性相および軟磁性相のいずれとも反応しない非強磁性相を介在させたことを特徴とする希土類ナノコンポジット磁石。
【請求項２】
請求項１において、硬磁性相がＮｄ２Ｆｅ１４Ｂを含み、軟磁性相がＦｅまたはＦｅ２Ｃｏを含み、非強磁性相がＴａを含むことを特徴とする希土類ナノコンポジット磁石。
【請求項３】
請求項２において、Ｔａを含む非強磁性相の厚さが５ｎｍ以下であることを特徴とする希土類ナノコンポジット磁石。
【請求項４】
請求項２または３において、ＦｅまたはＦｅ２Ｃｏを含む軟磁性相の厚さが２０ｎｍ以下であることを特徴とする希土類ナノコンポジット磁石。
【請求項５】
請求項２から請求項４までのいずれか１項において、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ硬磁性相の粒界に、下記（１）〜（４）：
（１）Ｎｄ、
（２）Ｐｒ、
（３）ＮｄとＣｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｇａ、Ｐｒのいずれか１種との合金、
（４）ＰｒとＣｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｇａのいずれか１種との合金
のうちのいずれか１種が拡散していることを特徴とする希土類ナノコンポジット磁石。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、希土類磁石組成の硬磁性相と、軟磁性相と有するナノコンポジット磁石に関する。
【背景技術】
【０００２】
希土類磁石組成の硬磁性相と、軟磁性相とがナノサイズ（数ｎｍ〜数十ｎｍ程度）で混在する希土類ナノコンポジット磁石は、硬軟両磁性相間に働く交換相互作用により、高い残留磁化、保磁力、最大エネルギー積が得られる。【０００３】
ただし、硬磁性相と軟磁性相の２相を含む組織では、磁化反転が軟磁性相から発生し、磁化反転の伝播を阻止できないため、低保磁力になるという問題があった。【０００４】
その対策として、特許文献１には、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ相（硬磁性相）とαＦｅ相（軟磁性相）との間に、Ｒ−Ｃｕ合金相（厚さ不明。Ｒは１種または２種以上の希土類元素）を介在させた３相を有する組織とすることで磁化反転の伝播を阻止して、残留磁化と保磁力を向上させたナノコンポジット磁石が開示されている。【０００５】
しかし、特許文献１の組織では、硬磁性相と軟磁性相との間に介在するＲ−Ｃｕ相が硬軟両相間の交換結合を阻害する上、Ｒ−Ｃｕ介在相が硬磁性相および軟磁性相のいずれとも反応するため、硬軟両相間の距離が長くなり、高い交換結合性が得られないため、低残留磁化となってしまうという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−９３７３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記従来技術の問題を解消し、高い保磁力と残留磁化を兼備し、最大エネルギー積も向上させたナノコンポジット磁石を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明によれば、希土類磁石組成の硬磁性相と、軟磁性相との間に、これら硬磁性相および軟磁性相のいずれとも反応しない非強磁性相を介在させたことを特徴とする希土類ナノコンポジット磁石が提供される。本発明において、「非強磁性相」とは、強磁性を持たない物質、すなわち外部磁場が無くても自発磁化を有する性質を持たない物質を指す。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の希土類ナノコンポジット磁石は、硬磁性相とも軟磁性相とも反応しない非強磁性相を硬磁性相と軟磁性相との間にスペーサとして介在させたことにより、軟磁性相や保磁力の低い領域から発生した磁化反転の伝播が非強磁性相で阻止され、硬磁性相の磁化反転が抑止されるため、高残留磁化を確保しつつ高保磁力を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施例１において製膜した本発明の希土類ナノコンポジット磁石の断面構造を示す（１）模式図および（２）ＴＥＭ写真である。
【図２】図２は、図１の構造を有する本発明の希土類ナノコンポジット磁石の磁化曲線である。印加磁界の方向は、薄膜試料の膜面に対して垂直（●）および平行（■）である。
【図３】図３は、実施例２において製膜した本発明の希土類ナノコンポジット磁石の断面構造を示す（１）模式図および（２）ＴＥＭ写真である。
【図４】図４は、図３の構造を有する本発明の希土類ナノコンポジット磁石の磁化曲線である。印加磁界の方向は、薄膜試料の膜面に対して垂直（●）および平行（■）である。
【図５】図５は、実施例３において製膜した本発明の希土類ナノコンポジット磁石の断面構造を示す模式図である。
【図６】図６は、実施例３において製膜した本発明の希土類ナノコンポジット磁石の断面構造を示すＴＥＭ写真である。
【図７】図７は、図５および図６の構造を有する本発明の希土類ナノコンポジット磁石の磁化曲線である。印加磁界の方向は、薄膜試料の膜面に対して垂直（●）および平行（■）である。
【図８】図８は、比較例において製膜した従来の希土類ナノコンポジット磁石の断面構造を示す（１）模式図および（２）ＴＥＭ写真である。
【図９】図９は、図８の構造を有する従来の希土類ナノコンポジット磁石の磁化曲線である。印加磁界の方向は、薄膜試料の膜面に対して垂直である。
【図１０】図１０は、実施例４において製膜した本発明の希土類ナノコンポジット磁石の（１）断面構造を示す模式図である。
【図１１】図１１は、図１０に示した本発明の希土類ナノコンポジット磁石の（１）Ｔａ相厚さに対する残留磁化の変化を示すグラフおよび（２）Ｔａ相およびＦｅ２Ｃｏ相の厚さと最大エネルギー積との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の希土類ナノコンポジット磁石は、希土類磁石組成の硬磁性相と、軟磁性相との間に、これら硬磁性相および軟磁性相と反応しない非強磁性相が介在する組織を有する。
【００１２】
典型的には、本発明の希土類ナノコンポジット磁石は、硬磁性相がＮｄ２Ｆｅ１４Ｂから成り、軟磁性相がＦｅまたはＦｅ２Ｃｏから成り、非強磁性相がＴａから成るＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ系組成の希土類ナノコンポジット磁石である。この典型組成において、望ましくは、軟磁性相としてＦｅよりもＦｅ２Ｃｏを用いることにより、残留磁化および最大エネルギー積を更に高めることができる。
【００１３】
典型組成においては、８ｋＯｅ以上という高い保磁力が得られる。残留磁化は１．５０Ｔ以上、望ましくは１．５５Ｔ以上、更に望ましくは１．６０Ｔ以上が達成される。
【００１４】
また、典型組成においては、望ましくは、Ｔａから成る非強磁性相の厚さは５ｎｍ以下である。非強磁性相の厚さを５ｎｍ以下に限定することにより、交換結合作用が増強され、残留磁化を更に向上させることができる。更に、望ましくは、ＦｅまたはＦｅ２Ｃｏから成る軟磁性相の厚さが２０ｎｍ以下であると、高い最大エネルギー積を安定して得ることができる。
【００１５】
典型組成において、望ましくは、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ硬磁性相の粒界に、下記（１）〜（４）：
（１）Ｎｄ、
（２）Ｐｒ、
（３）ＮｄとＣｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｇａ、Ｐｒのいずれか１種との合金、
（４）ＰｒとＣｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｇａのいずれか１種との合金
のうちのいずれか１種が拡散していると、更に高い保磁力が得られる。
【実施例】
【００１６】
本発明の典型組成によりＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ系希土類ナノコンポジット磁石を作成した。
〔実施例１〕
Ｓｉ単結晶基板の熱酸化膜（ＳｉＯ２）上に図１（１）に模式的に示す構造をスパッタリングにより製膜した。製膜条件は下記のとおりであった。図１（１）中で「ＮＦＢ」はＮｄ２Ｆｅ１４Ｂを表す。【００１７】
＜製膜条件＞
Ａ）下層Ｔａ：室温製膜
Ｂ）Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ層：５５０℃製膜＋６００℃×３０ｍｉｎアニール
Ｃ）Ｔａスペーサ層（介在層）＋αＦｅ層＋Ｔａキャップ層：２００〜３００℃製膜
ここで、Ｂ）のＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ層が硬磁性相、Ｃ）のＴａスペーサ層が硬軟両磁性相間の介在層、Ｃ）のαＦｅ層が軟磁性相である。【００１８】
図１（２）に、得られたナノコンポジット磁石の断面構造をＴＥＭ写真で示す。【００１９】
＜磁気特性の評価＞
図２に、本実施例で作製したナノコンポジット磁石の磁化曲線を示す。【００２０】
印加磁界の向きは、製膜面に垂直（図中●プロット）と製膜面に平行（図中■プロット）である。【００２１】
製膜面に垂直方向で、保磁力１４ｋＯｅ、残留磁化１．５５Ｔ、最大エネルギー積５１ＭＧＯｅが得られた。これらの磁気特性は、ＶＳＭ（Vibrating Sample Magnetometer）により測定した。他の実施例および比較例においても同様である。【００２２】
〔実施例２〕
Ｓｉ単結晶基板の熱酸化膜（ＳｉＯ２）上に図３（１）に模式的に示す構造をスパッタリングにより製膜した。製膜条件は下記のとおりであった。図３（１）中で「ＮＦＢ」はＮｄ２Ｆｅ１４Ｂを表す。【００２３】
＜製膜条件＞
Ａ）下層Ｔａ：室温製膜
Ｂ’）Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ層＋Ｎｄ層：５５０℃製膜＋６００℃×３０ｍｉｎアニール
Ｃ）Ｔａスペーサ層（介在層）＋αＦｅ層＋Ｔａキャップ層：２００〜３００℃製膜
ここで、Ｂ’）のＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ層が硬磁性相、Ｃ）のＴａスペーサ層が硬軟両磁性相間の介在層、Ｃ）のαＦｅ層が軟磁性相である。【００２４】
Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ層上に製膜したＮｄ層は、アニール中に拡散してＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ相の粒界に浸入した。【００２５】
図３（２）に、得られたナノコンポジット磁石の断面構造をＴＥＭ写真で示す。【００２６】
＜磁気特性の評価＞
図４に、本実施例で作製したナノコンポジット磁石の磁化曲線を示す。【００２７】
印加磁界の向きは、製膜面に垂直（図中●プロット）と製膜面に平行（図中■プロット）である。【００２８】
製膜面に垂直方向で、保磁力２３．３ｋＯｅ、残留磁化１．５Ｔ、最大エネルギー積５４ＭＧＯｅが得られた。【００２９】
本実施例ではＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ相の粒界にＮｄを拡散させたことによって、実施例１と比較して更に高い保磁力が得られた。拡散成分としては、Ｎｄの他、Ｎｄ−Ａｇ合金、Ｎｄ−Ａｌ合金、Ｎｄ−Ｇａ合金、Ｎｄ−Ｐｒ合金を用いることができる。
〔実施例３〕
Ｓｉ単結晶基板の熱酸化膜（ＳｉＯ２）上に図５に模式的に示す構造をスパッタリングにより製膜した。製膜条件は下記のとおりであった。図５中で「ＨＭ」はＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ層（３０ｎｍ）＋Ｎｄ層（３ｎｍ）を表す。【００３０】
＜製膜条件＞
Ａ）下層Ｔａ：室温製膜
Ｂ’）Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ層＋Ｎｄ層：５５０℃製膜＋６００℃×３０ｍｉｎアニール
Ｃ）Ｔａスペーサ層＋Ｆｅ２Ｃｏ層＋Ｔａキャップ層：２００〜３００℃製膜
ここで、Ｂ）のＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ層が硬磁性相、Ｃ）のＴａスペーサ層が硬軟両磁性相間の介在層、Ｃ）のＦｅ２Ｃｏ層が軟磁性相である。【００３１】
図５に示すように、１回目のサイクルとして上記のＡ）＋Ｂ’）＋Ｃ）を行なった後、２回目〜１４回目としてＢ’）＋Ｃ）のサイクルを繰り返した後、１５回目としてＢ’）＋Ｔａキャップ層の製膜を行なった。すなわち、ＨＭ層（＝Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ層＋Ｎｄ層）を１５層分積層した。各ＨＭ層において、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ層上に製膜したＮｄ層は、アニール中に拡散してＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ相の粒界に浸入した。【００３２】
図６に、得られたナノコンポジット磁石の断面構造をＴＥＭ写真で示す。【００３３】
＜磁気特性の評価＞
図７に、本実施例で作製したナノコンポジット磁石の磁化曲線を示す。【００３４】
印加磁界の向きは、製膜面に垂直（図中●プロット）と製膜面に平行（図中■プロット）である。【００３５】
製膜面に垂直方向で、保磁力１４．３ｋＯｅ、残留磁化１．６１Ｔ、最大エネルギー積６２ＭＧＯｅが得られた。特に、残留磁化１．６１Ｔは、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ単相組織の理論残留磁化を超える高い値である。【００３６】
〔比較例〕
比較例として、硬磁性相と軟磁性相との間に本発明の非強磁性相を介在させない従来のＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ系希土類ナノコンポジット磁石を作成した。【００３７】
Ｓｉ単結晶基板の熱酸化膜（ＳｉＯ２）上に図８（１）に模式的に示す構造をスパッタリングにより製膜した。製膜条件は下記のとおりであった。図８（１）中で「ＮＦＢ」はＮｄ２Ｆｅ１４Ｂを表す。【００３８】
＜製膜条件＞
Ａ）下層Ｔａ：室温製膜
Ｂ）Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ層：５５０℃製膜＋６００℃×３０ｍｉｎアニール
Ｃ）αＦｅ層＋Ｔａキャップ層：２００〜３００℃製膜
ここで、Ｂ）のＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ層が硬磁性相、Ｃ）のαＦｅ層が軟磁性相である。【００３９】
図８（２）に、得られたナノコンポジット磁石の断面構造をＴＥＭ写真で示す。硬磁性相であるＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ層と軟磁性相であるαＦｅ層との間に非強磁性相（Ｔａ相）が介在していない。図８（２）中に「Ｆｅ無し」と表示したように、軟磁性相であるαＦｅ層が拡散により消失した部位もある。この部位ではナノコンポジット磁石構造が崩壊している。【００４０】
＜磁気特性の評価＞
図９に、比較例で作製したナノコンポジット磁石の磁化曲線を示す。【００４１】
印加磁界の向きは、製膜面に垂直である。【００４２】
製膜面に垂直方向で、保磁力６ｋＯｅ、残留磁化０．７Ｔ、最大エネルギー積６ＭＧＯｅであった。【００４３】
表１に、上記比較例および実施例１〜３で得た磁気特性をまとめて示す。【００４４】
【表１】
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表１に示すとおり、硬軟磁性相の組成の組み合わせが同等であるＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ系希土類ナノコンポジット磁石において、本発明により硬軟両磁性相間に非強磁性相が介在する組織としたことにより、従来技術による硬軟両磁性相間に非強磁性相が介在しない組織に対して、保磁力、残留磁化、最大エネルギー積のいずれも大幅に向上したことが分かる。【００４５】
〔実施例４〕
本発明の構造における、非強磁性相Ｔａの厚さおよび軟磁性相Ｆｅ２Ｃｏの厚さの影響を調べた。ただし、比較のためＴａ層なし、Ｆｅ２Ｃｏ層なしの場合も調べた。【００４６】
Ｓｉ単結晶基板の熱酸化膜（ＳｉＯ２）上に図１０に模式的に示す構造をスパッタリングにより製膜した。製膜条件は下記のとおりであった。図１０中で「ＮＦＢ」はＮｄ２Ｆｅ１４Ｂを表す。【００４７】
＜製膜条件＞
Ａ）下層Ｔａ：室温製膜
Ｂ）Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ層：５５０℃製膜＋６００℃×３０ｍｉｎアニール
Ｃ’）Ｔａスペーサ層＋αＦｅ層＋Ｔａキャップ層：２００〜３００℃製膜
ここで、Ｂ）のＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ層が硬磁性相、Ｃ’）のＴａスペーサ層が硬軟両磁性相間の介在層、Ｃ’）のαＦｅ層が軟磁性相である。【００４８】
Ｔａスペーサ層の厚さ：０ｎｍ〜８ｎｍ
Ｆｅ２Ｃｏ層の厚さ：０ｎｍ〜２６ｎｍ
非強磁性相Ｔａおよび軟磁性相Ｆｅ２Ｃｏの厚さは、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）像により測定した。
＜Ｔａスペーサ層の影響＞
図１１（１）に、硬軟両磁性相間に介在する非強磁性相としてのＴａスペーサ層の厚さを変えたときの、残留磁化Ｂｒの変化を示す。非強磁性相の厚さの増加に伴い、磁性を発現する部位の体積分率が低下するため、残留磁化は単調に減少する。実用的な残留磁化を発現するには、非強磁性相であるＴａスペーサ層の厚さは５ｎｍ以下とすることが適当である。【００４９】
図１１（２）に、軟磁性相としてのＦｅ２Ｃｏ層の厚さを変えたときの、最大エネルギー積の変化を示す。図から、軟磁性相の厚さが２０ｎｍを超えると、最大エネルギー積が急激に低下した。これは、交換相互作用長を超える軟磁性相が存在することにより磁化反転が生じ易くなり、保磁力および残留磁化が低下したためと考えられる。【００５０】
したがって、軟磁性相としてのＦｅ２Ｃｏ層の厚さは２０ｎｍ以下とすることが望ましい。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明によれば、高い保磁力と残留磁化を兼備し、最大エネルギー積も向上させたナノコンポジット磁石が提供される。
【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１】
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【図３】
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【図６】
2013103132.tif 000013
【図８】
2013103132.tif 000014
【国際調査報告】
2013103132.tif 000015
2013103132.tif 000016
2013103132.tif 000017
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