(57)【要約】【課題】添加する重希土類の使用量を減らしながらも、高い保磁力を有し、かつ、７００℃以下の熱処理によって形成することができるＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石、及びその製造方法を提供する。【解決手段】本発明のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石４は、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂからなる主相５と、Ｍ２Ｆｅ１４Ｂ（ＭはＤｙ又はＴｂの重希土類元素）からなる粒界層６とで構成される結晶粒７を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂの結晶粒からなる主相と、
Ｍ２Ｆｅ１４Ｂ（ＭはＤｙ又はＴｂの重希土類元素）からなる粒界層とで構成される結晶粒
を有するＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石。
【請求項２】
前記結晶粒の平均粒径は、４０ｎｍ〜１５０ｎｍである
請求項１記載のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石。
【請求項３】
基板上に、化学組成ＮｄｘＦｅ１４Ｂ（２．０≦ｘ≦２．８）からなる磁石材料層をアモルファス状態で成膜する工程、
前記アモルファス状態の磁石材料層上にＭ元素（Ｍ元素はＤｙ又はＴｂの重希土類元素）からなる添加材料膜を成膜する工程、
前記添加材料膜が成膜されたアモルファス状態の磁石材料層を加熱処理することで、前記磁石材料層を結晶化するとともに、前記添加材料膜を構成するＭ元素を前記磁石材料層の粒界層に拡散させる工程、
とを有するＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石の製造方法。
【請求項４】
前記加熱処理は、温度６００℃以上７００℃以下で行う
請求項３記載のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石の製造方法。
【請求項５】
前記加熱処理後の磁石材料の結晶粒の平均粒径が４０nm〜１５０nmである
請求項４記載のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高保磁力、高残留磁化を有するＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石は高性能の永久磁石として電子機器のアクチュエーターや各種モータ、又は磁気断層撮影装置（ＭＲＩ）の磁気回路等に広く用いられている。また、近年、ハイブリッド自動車や電気自動車での用途に応じて高い耐熱性を有する磁石が要求されており、数１００°以上の高温下でも高い保磁力（Ｈｃｊ：磁化反転のしにくさ）を維持できるＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石の開発が行われている。
【０００３】
特許文献１では、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁性粉末と、Ｄｙ−Ｃｏ又はＴｂＨ２等の粉末とを混合し、高温で熱処理して、ＤｙやＴｂを磁石粉末表面にコーティングさせることにより、高保磁力の異方性磁石粉末を得ている。
【０００４】
このように、従来のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石では、ＴｂやＤｙを添加することにより、保磁力（Ｈｃｊ）の向上が図られている。しかしながら、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石においてＤｙやＴｂを添加して保磁力（Ｈｃｊ）を高めると、残留磁束密度（Ｂｒ）が低下してしまい、磁石の最大エネルギー積が低下してしまうという問題がある。さらに、ＴｂやＤｙなどの重希土類元素は希少希土類であるため資源の不足が懸念されている。
【０００５】
そこで、近年、以上のような問題点に端を発し、添加するＤｙやＴｂの重希土類元素を減らしながらも保磁力（Ｈｃｊ）を高めていき、残留磁束密度（Ｂｒ）等の磁気特性を高める手法が開発されている。
【０００６】
特許文献２では、添加するＤｙやＴｂの重希土類元素を減らすため、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石において、保磁力の減少に大きな影響を及ぼす粒界層のみにＤｙやＴｂを拡散させる手法が提案されている。ここでは、粉末成形と焼結法等により形成されたＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石を機械加工することで所望の磁石製品とした後に、磁石製品の表面に例えば微粒子化したＤｙを成膜し、拡散させている。これにより、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石に存在する結晶粒子間のＮｄリッチな結晶粒界層にＤｙが拡散浸透され、主相であるＮｄ２Ｆｅ１４Ｂの周りがＤｙによって取り囲まれるので、高い保磁力が得られる。また、この手法では、粒界の異方性が低下した箇所にのみＤｙが優先的に拡散浸透されるので、磁性粉末にＤｙやＴｂ等を混合する場合に比較して、ＤｙやＴｂの使用量を減らすことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−９６１０２号公報
【特許文献２】特開２００６−１７９９６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、特許文献２に示すような、結晶粒界層にＤｙ等の重希土類元素を拡散する工程では、結晶粒界の液状化現象を利用する必要があるため、７００℃よりも高い温度での拡散工程が必要とされる。特許文献２のように、結晶粒径が数μｍ程度の焼結磁石の場合は、その焼結磁石の製造過程において既に７００℃よりも高い高温熱処理がなされているので、拡散工程において高温の熱処理がなされることに問題は無く、この手法は有効に使うことができる。
【０００９】
一方、ＨＤＤＲ（Hydrogenation-Disproportionation-Desorption-Recombination）法により作成したＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石や、ＰＬＤ（Pulsed Laser Deposition）法により作成したＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系厚膜磁石では、結晶粒径が１μｍ以下と微細であり、その微細構造をもとにした保磁力発現機構を有する。このため、７００℃よりも高い温度で熱処理がなされた場合、粒径の肥大化に伴う磁気特性の劣化を招くおそれがある。
【００１０】
上述の点に鑑み、本発明は、添加する重希土類の使用量を減らしながらも、高い保磁力を有し、かつ、７００℃以下の熱処理によって形成することができるＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石、及びその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石は、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂからなる主相と、Ｍ２Ｆｅ１４Ｂ（ＭはＤｙ又はＴｂの重希土類元素）からなる粒界層とで構成される結晶粒を有する。
【００１２】
本発明のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石にでは、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂからなる主相の周りを、異方性磁界の強いＭ２Ｆｅ１４Ｂ（Ｍは、Ｄｙ又はＴｂ）からなる粒界層が取り囲む構成である。このため、保磁力の増加が図られる。
【００１３】
また、本発明のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石の製造方法は、次の工程を有する。まず、基板上に、化学組成ＮｄｘＦｅ１４Ｂ（２．０≦ｘ≦２．８）からなる磁石材料層をアモルファス状態で成膜する。次に、アモルファス状態の磁石材料層上にＭ元素（Ｍ元素はＤｙ又はＴｂの重希土類元素）からなる添加材料膜を成膜する。次に、添加材料膜が成膜されたアモルファス状態の磁石材料層を加熱処理することで、磁石材料層を結晶化するとともに、添加材料膜を構成するＭ元素を磁石材料層の粒界層に拡散させる。これにより、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石が作製される。
【００１４】
本発明のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石の製造方法では、アモルファス状態の磁石材料層上にＭ元素からなる添加材料膜が成膜され、その後、加熱処理される。これにより、磁石材料層が結晶化されると共に、磁石材料層内にＭ元素が拡散され、粒界層にＭ２Ｆｅ１４Ｂが形成される。そして、このよう方法で作製されたＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石は、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂからなる主相と、Ｍ２Ｆｅ１４Ｂ（ＭはＤｙ又はＴｂの重希土類元素）からなる粒界層とで構成される結晶粒を有するため、保磁力の増加が図られる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、希少金属である重希土類元素の使用量を減らしながらも、保磁力の向上が図られたＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】Ａ〜Ｃ  本発明の一実施の形態に係るＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石の製造方法を示す工程図である。
【図２】本発明の一実施の形態で作製されるＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石を微視的に見たときの概略構成図である。
【図３】磁石材料層のＮｄ量ｘに対する保磁力及び残留磁化の変化を調べた実験結果である。
【図４】磁石材料層の膜厚に対する保磁力の変化を調べた実験結果である。
【図５】添加材料膜の膜厚に対する保磁力の変化を調べた実験結果である。
【図６】熱処理の温度の最適条件を調べた実験結果である。
【図７】ＰＬＤ法に用いられるＰＬＤ装置の概略構成図である。
【図８】実施例１、比較例１、及び比較例２で得られた試料の保磁力の変化を示した図である。
【図９】実施例２で形成されたＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石２０を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で撮影したＴＥＭ写真である。
【図１０】ＴＥＭ写真を元にしたモデル図である。
【図１１】実施例２のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石２０のヒステリシス曲線である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明の一実施形態に係るＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石とその製造方法を、図１〜図１１を参照しながら説明する。
【００１８】
［製造方法］
図１Ａ〜図１Ｃは、本発明の一実施形態に係るＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石の製造方法を示す概略工程図である。
【００１９】
まず、図１Ａに示すように、所望の基板１上に、化学組成ＮｄｘＦｅ１４Ｂからなる非晶質（アモルファス）状の磁石材料層２を作成する。この磁石材料層２の作成は、スパッタリング法、ＰＬＤ法、電析法等、所望の堆積法を用いて形成することができる。
【００２０】
次に、図１Ｂに示すように、アモルファス状の磁石材料層２上にＭ元素（Ｔｂ、又はＤｙ）からなる添加材料膜３を成膜する。この添加材料膜３の作製は、磁石材料層２の作製と同様、スパッタリング法、ＰＬＤ法、塗布法等、所望の方法を用いて形成することができる。
【００２１】
次に、ＣＡ（Conventional Annealing）法、又はＰＡ(Pulse Annealing)法により、上部に添加材料膜３が成膜されたアモルファス状の磁石材料層２を加熱処理することにより、図１Ｃに示すように、所望のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石４が形成される。
本実施形態例の製造方法では、熱処理により、磁石材料層２が結晶化されると同時に、Ｍ元素が主相（Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ相）付近に拡散する。図２は本実施形態例で作製されるＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石４を微視的に見たときのモデル図である。図２に示すように、本実施形態例のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石４における結晶粒７は、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂからなる主相５と、その主相５の周りに形成された、異方性磁界の高いＭ２Ｆｅ１４Ｂ（ＭはＤｙ又はＴｂ）からなる粒界層６で構成される。
【００２２】
図３に、磁石材料層２のＮｄ量ｘに対する保磁力及び残留磁化の変化を調べた実験結果を示す。図３の横軸はＮｄ量ｘで、縦軸が保磁力、及び残留磁化である。この実験では、ＮｄｘＦｅ１４Ｂからなる磁石材料層２のＮｄ量ｘを変えながら図１Ａ〜図１Ｃの方法でＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石を作製し、その保磁力及び残留磁化を測定した。また、この実験では、添加材料膜３として、Ｄｙを２μｍの膜厚で成膜した。
図３からわかるように、Ｎｄ量ｘが化学量論組成となる２．０よりも小さいときは、保磁力が小さくなるという問題があり、また、Ｎｄ量ｘが２．８よりも大きいときは、残留磁化が小さくなるという問題がある。特に、本実施形態例のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石では、保磁力が３００ｋＡ／ｍ以上出現することが好ましいため、ＮｄｘＦｅ１４ＢのＮｄ量は、２．０〜２．８の間で調整するのが好ましい。
【００２３】
次に、図４に、磁石材料層２の膜厚に対する保磁力の変化を調べた実験結果を示す。図４の横軸が磁石材料層の膜厚で、縦軸は保磁力である。この実験では、磁石材料層２の膜厚を変えながら図１Ａ〜図１Ｃの方法でＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石を作製し、その保磁力を測定した。また、この実験では、磁石材料層２として、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂを用い、また、添加材料膜３として、Ｄｙを２μｍの膜厚で成膜した。
図４に示すように、磁石材料層２が厚くなるほど、保磁力が低下することが確認できた。これは、磁石材料層２が厚くなると、添加材料膜３の拡散する量が厚み方向に対して減少してしまう為と考えられる。
【００２４】
また、図５に、添加材料膜３の膜厚に対する保磁力の変化を調べた実験結果を示す。図５の横軸は添加材料膜３の膜厚であり、縦軸は保磁力である。この実験では、添加材料膜３の膜厚を変えながら図１Ａ〜図１Ｃの方法でＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石を作製し、その保磁力を測定した。また、この実験では、磁石材料層２として、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂを用い、添加材料膜３として、Ｄｙ元素を用いた。
図５に示すように、添加材料膜３の厚みが２μｍ〜５μｍにかけて保磁力は上昇し、５μｍ以上の膜厚では、保磁力が小さくなっていくことがわかる。これにより、添加材料膜３が２μｍよりも薄いと、磁石材料層２に拡散する成分が少なく十分な保磁力が出現しないと考えられる。また、添加材料膜３が５μｍよりも厚いと、例えば表面に保磁力を下げる効果を有する成分ができてしまうと考えられる。すなわち、図５は、添加材料膜３に対して一定の範囲内で添加材料膜３の厚みを厚くしていくことは保磁力の向上に効果的であるが、厚すぎる場合は、保磁力の低下を招くことを示唆している。
【００２５】
図４、図５の実験結果より、磁石材料層２の膜厚に対して添加材料膜３の膜厚を好適に選択することで、保磁力の向上が図られることがわかる。
【００２６】
次に、図６に熱処理の温度の最適条件を調べた実験結果を示す。図６の横軸が熱処理温度で、縦軸が保磁力及び残留磁化である。この実験では、図１Ｃの熱処理工程の熱処理温度を変えながら、図１Ａ〜図１Ｃの方法でＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石を作製し、その保磁力を測定した。また、この実験では、磁石材料層２として、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂを用い、添加材料膜３として、Ｄｙを２μｍの膜厚で成膜した。
図６に示すように、熱処理温度が６００℃よりも低い温度の場合と７００℃よりも高い温度の場合は、保磁力は高い値を示すものの、残留磁化が低く最適な熱処理を行うことができない。また、熱処理温度が６５０℃の時は、保磁力が少々下がるものの残留磁化は高い値を示しており、良好な磁石特性を示している。このため、熱処理の温度は、６００℃以上７００℃未満であることが好ましく、６５０℃が最適の温度である。
【００２７】
以下に実施例を示し、本実施形態例で形成されるＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石の特性を具体的に説明する。
【００２８】
［実施例１］
実施例１は、平均粒径４０ｎｍ〜１５０ｎｍのＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系の等方性厚膜磁石を例としたものであり、磁石に添加されるＭ元素としてＤｙを用いた例である。実施例１は、図１Ａ〜図１Ｃの製造工程を用いて、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の等方性厚膜磁石を作製した例である。
【００２９】
実施例１では、まず、ＰＬＤ法を用いて、図１Ａに示すように基板１上に磁石材料層２を形成した。
【００３０】
図７は、ＰＬＤ法に用いられるＰＬＤ装置９の概略構成図である。図７に示すように、ＰＬＤ装置９では、原料ターゲット１０と、原料ターゲット１０に対向して配置された基板１とを図示しない真空チャンバー内に有し、さらに、真空チャンバー外から原料ターゲット１０に所望のレーザ光Ｌを照射するレーザ光源１１を有して構成されている。ＰＬＤ装置９では、作製する膜と同一組成の原料ターゲット１０を矢印Ｒで示すように回転させながら、その原料ターゲット１０表面にエキシマレーザや、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ等のレーザ光源１１からレーザ光Ｌを照射し、原料ターゲット１０の成分を飛散させる。これにより、基板１上には原料ターゲット１０から飛散された成分が堆積され、所望の膜が成膜される。ＰＬＤ法では、原料ターゲット１０の組成と作製される膜の組成のずれが少なく、また、数１０μｍ／ｈ程度の高い成膜速度を得ることが可能である。
【００３１】
実施例１では、タンタル（Ｔａ）からなる厚さ４０μｍの基板１を用い、原料ターゲット１０と基板１間の距離を１０ｍｍとした。また、原料ターゲット１０として、高周波溶解したＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系合金ターゲットを準備した。そして、２×１０−５〜５×１０−５Ｐａの雰囲気において、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系合金ターゲットに波長３５５ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザを周波数３０Ｈｚで６０ｍｉｎ間照射した。これにより、基板１上に、１０μｍ〜１００μｍの膜厚でアモルファス状の磁石材料層２を形成した。
【００３２】
ここで、実施例１では、ターゲット組成がＮｄｘＦｅ１４Ｂ（ｘ＝２．０、２．４、２．８）のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系合金ターゲットを用いることにより、３種類の磁石材料層２を形成した。
例えば、Ｎｄ２．０Ｆｅ１４Ｂの組成を有するＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系合金ターゲットを用いることにより、基板１上には、Ｎｄ２．０Ｆｅ１４Ｂからなるアモルファス状の磁石材料層２が形成された。また、Ｎｄ２．４Ｆｅ１４Ｂの組成を有するＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系合金ターゲットを用いることにより、基板１上には、Ｎｄ２．４Ｆｅ１４Ｂからなるアモルファス状の磁石材料層２が形成された。また、Ｎｄ２．８Ｆｅ１４Ｂの組成を有するＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系合金ターゲットを用いることにより、基板１上には、Ｎｄ２．８Ｆｅ１４Ｂからなるアモルファス状の磁石材料層２が形成された。
【００３３】
次に、ＰＬＤ法を用い、磁石材料層２上に添加材料膜３を形成した（図１Ｂ参照）。この工程においても、磁石材料層２を形成した図７のＰＬＤ装置９を用いた。また、原料ターゲット１０として純度９９．９％のＤｙターゲットを用い、磁石材料層２を形成した条件と同様の条件（波長３５５ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザ、周波数３０Ｈｚ）にて、成膜時間を調整することにより、２μｍ若しくは５μｍの膜厚のＤｙ元素からなる添加材料膜３を成膜した。
【００３４】
次に、上部に添加材料膜３が成膜されたアモルファス状の磁石材料層２を熱処理することにより結晶化すると共に、添加材料膜３を構成するＤｙ元素の拡散を行うことにより、実施例１のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石４を形成した（図１Ｃ参照）。実施例１の熱処理は、ＣＡ法を用い、昇温速度４００℃／ｍｉｎ、温度６５０℃、保持時間０ｍｉｎの条件で行った。
【００３５】
以上の実施例１において、磁石材料層２を形成するためのターゲット組成がＮｄ２．０Ｆｅ１４Ｂで、添加材料膜３の膜厚が２μｍとして形成された厚膜磁石を試料１とする。
また、磁石材料層２を形成するためのターゲット組成がＮｄ２．４Ｆｅ１４Ｂで、添加材料膜３の膜厚が２μｍとして形成された厚膜磁石を試料２とする。
また、磁石材料層２を形成するためのターゲット組成がＮｄ２．０Ｆｅ１４Ｂで、添加材料膜３の膜厚が５μｍとして形成された厚膜磁石を試料３とする。
また、磁石材料層２を形成するためのターゲット組成がＮｄ２．４Ｆｅ１４Ｂで、添加材料膜３の膜厚が５μｍとして形成された厚膜磁石を試料４とする。
また、磁石材料層２を形成するためのターゲット組成がＮｄ２．８Ｆｅ１４Ｂで、添加材料膜３の膜厚が５μｍとして形成された厚膜磁石を試料５とする。
【００３６】
［比較例１］
次に、比較例１に係るＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系厚膜磁石を作製した。比較例１では、実施例１と同様にして基板上にアモルファス状の磁石材料層を形成し、実施例１の熱処理工程と同様の方法で熱処理することにより磁石材料層を結晶化した。その後、Ｄｙ元素からなる添加材料膜を磁石材料層上部に成膜し、再度熱処理することでＤｙ元素を磁石材料層の粒界層に拡散させてＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石を作製した。
【００３７】
すなわち、実施例１では、アモルファス状の磁石材料層上に添加材料膜を成膜した後に、熱処理することで結晶化と拡散を同時に行っていたが、比較例１では、磁石材料層を熱処理により結晶化した後に添加材料膜を成膜し、再度熱処理によって拡散させている。
【００３８】
比較例１においても、ターゲット組成がＮｄｘＦｅ１４Ｂ（ｘ＝２．０、２．４、２．８）のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系合金ターゲットを用いて、３種類の磁石材料層を形成した。また、磁石材料層上部に形成した添加材料膜は、２μｍ、若しくは５μｍとした。
【００３９】
以上の比較例１において、磁石材料層を形成するターゲット組成がＮｄ２．０Ｆｅ１４Ｂで、添加材料膜の膜厚が２μｍとして形成された厚膜磁石を試料６とする。
また、磁石材料層を形成するターゲット組成がＮｄ２．４Ｆｅ１４Ｂで、添加材料膜の膜厚が５μｍとして形成された厚膜磁石を試料７とする。
また、磁石材料層を形成するターゲット組成がＮｄ２．８Ｆｅ１４Ｂで、添加材料膜の膜厚が２μｍとして形成された厚膜磁石を試料８とする。
【００４０】
［比較例２］
次に、比較例２に係るＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系厚膜磁石を作製した。比較例２では、実施例１と同様にして基板上にアモルファス状の磁石材料層を形成し、その後、実施例の熱処理工程と同様の方法で熱処理することにより、磁石材料層を結晶化してＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石を作製した。すなわち、比較例１は、添加材料膜を成膜しない例である。
【００４１】
比較例２においても、ターゲット組成がＮｄｘＦｅ１４Ｂ（ｘ＝２．０、２．４、２．８）のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系合金ターゲットを用いて、３種類の磁石材料層を形成した。
【００４２】
以上の比較例２において、磁石材料層を形成するターゲット組成がＮｄ２．０Ｆｅ１４Ｂで形成された厚膜磁石を試料９とする。
また、磁石材料層を形成するターゲット組成がＮｄ２．４Ｆｅ１４Ｂで形成された厚膜磁石を試料１０とする。
また、磁石材料層を形成するターゲット組成がＮｄ２．８Ｆｅ１４Ｂで形成された厚膜磁石を試料１１とする。
【００４３】
表１に、実施例で形成された試料１〜５と、比較例１で形成された試料６〜８と、比較例２で形成された試料９〜１１における保磁力及び残留磁化を示す。
【００４４】
【表１】
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【００４５】
また、図８に、実施例１、比較例１、及び比較例２で得られた試料の保磁力の変化を示す。図８の横軸は磁石材料層を形成するターゲット組成のＮｄ量ｘであり、縦軸は、保磁力である。
【００４６】
表１及び図８からわかるように、磁石材料層を形成するターゲット組成がＮｄ２．０Ｆｅ１４Ｂのとき、比較例１で形成された試料６は、比較例２で形成された試料９とほぼ同じ保磁力となっており、保磁力の向上はほとんど見られなかった。
【００４７】
試料６では、化学量論組成であるＮｄ２．０Ｆｅ１４Ｂを結晶化した結果、この磁石材料層の主相（Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ）の周りの粒界層にＮｄリッチ相が形成されず、このため、その後の粒界層を介したＤｙの拡散が困難であり、保磁力が向上しなかったと考えられる。すなわち、磁石材料層を結晶化した後にＤｙを拡散する場合には、粒界層にＮｄリッチ相が形成されていることが必要と考えられる。
【００４８】
一方、実施例１で形成された試料１及び試料２は、試料６及び試料９に比較し、残留磁化は０．１Ｔ程度低下するものの、２倍以上の保磁力となった。試料１及び試料２では、アモルファス状の磁石材料層に直接Ｄｙ元素からなる添加材料膜を形成し、その後、結晶化と拡散を同時に行ったため、結晶化によって粒界層ができると同時に、粒界層にＤｙ元素が拡散され、保磁力が向上したものと考えられる。また、添加材料膜の膜厚は２μｍとした場合でも大きな保磁力の向上が見られ、５μｍとした場合には、さらに保磁力の向上が見られる。
【００４９】
磁石材料層を形成するターゲット組成のＮｄ量を化学量論組成よりも大きくした場合の比較例１の試料７、試料８の保磁力は、Ｄｙを添加しなかった比較例２の試料１０、試料１１よりも１００ｋＡ／ｍ程度大きくなった。これにより、Ｎｄ量を多くすることにより結晶粒界にＮｄリッチ相が形成された場合は、磁石材料層が結晶化された後に、Ｄｙを添加した場合、粒界層にＤｙが拡散されることがわかる。
【００５０】
一方、実施例１では、ターゲット組成のＮｄ量を化学量論組成よりも大きくした場合の試料３〜試料５の保磁力が、Ｄｙを添加しなかった比較例２の試料１０、試料１１よりも３００ｋＡ／ｍ以上大きくなった。
【００５１】
また、試料７からわかるように、比較例１の製造方法では磁石材料層のターゲット組成をＮｄ２．４Ｆｅ１４Ｂとし、添加材料膜の膜厚を５μｍとしたときの保磁力は、１１１５［ｋＡ／ｍ］である。一方、試料２からわかるように、実施例１の製造方法では、磁石材料層のターゲット組成をＮｄ２．４Ｆｅ１４Ｂとし、添加材料膜の膜厚を２μｍとしたときの保磁力は、１３３４［ｋＡ／ｍ］である。これにより、同じターゲット組成（この場合Ｎｄ２．４Ｆｅ１４Ｂ）で磁石材料層を形成した場合、実施例１の方が、比較例１よりも少ない添加材料膜で、効果的に保磁力の向上が図られていることがわかる。このため、実施例１では、希少金属であるＭ元素の使用量を低減することができる。
【００５２】
以上のように、実施例１のように、アモルファス状の磁石材料層上に添加材料膜を成膜し、その後熱処理することによって、従来のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石に比較し、保磁力の向上が図られることがわかった。
【００５３】
このように、本実施形態例のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石４では、アモルファス状の磁石材料層２上にＭ元素からなる添加材料膜３を成膜し、その後熱処理することで、磁石材料層２の結晶化とＭ元素の粒界層への拡散とが同時に行われる。これにより、残留磁化をそれほど減少させることなく、保磁力を向上させることができる。
【００５４】
また、本実施形態例のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石４の製造方法では、熱処理工程における温度が、７００℃以下と低い。このため、３００nm以下の結晶粒が肥大化することがない。結晶粒が大きくなると、多磁区粒子の存在頻度が大きくなる関係で保磁力が低下する。本実施形態例では、結晶粒が肥大化することがないため単磁区粒子の存在頻度を保つことができ、磁石特性を劣化させることがない。
【００５５】
また、本実施形態例のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石４の製造方法では、比較例１の製造方法に比べ、磁石材料層２の結晶化と、Ｍ元素の拡散が１回の熱処理工程によってなされるため、工程数が少ない。
【００５６】
さらに、本実施形態例では、希少金属であるＭ元素を従来のＭ元素を添加するＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石に比較してＭ元素の使用量を低減することができ、資源問題を解決することができる。そして、Ｍ元素の使用量を低減しつつ、保磁力が向上されたＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石が得られる。
【００５７】
本実施形態例のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石４の製造方法は、結晶粒径が小さい磁石に限られることなく、結晶粒径の大きな磁石の製造方法にも適用させることができる。結晶粒径が小さい磁石の場合は、前述したように単磁区粒子の存在頻度が高いので、さらに保磁力を向上することが可能となる。
【００５８】
［実施例２］
実施例２は、平均粒径４０〜１５０ｎｍのＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系の等方性厚膜磁石を例としたものであり、磁石に添加されるＭ元素としてＴｂを用いた例である。
【００５９】
実施例２では、実施例１の製造工程においてＤｙをＴｂに変えることで、Ｔｂが添加されたＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系の等方性厚膜磁石を作製した。製造工程は、実施例１と同様であるため、重複説明を省略する。
【００６０】
図９は、実施例２で形成されたＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石２０を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で撮影したＴＥＭ写真であり、図１０は、そのＴＥＭ写真を元にしたモデル図である。
【００６１】
図９，１０に示すように、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂからなる主相２１の周りに、Ｔｂ２Ｆｅ１４Ｂからなる粒界層２２が形成されているのがわかる。また、結晶粒間には、Ｎｄリッチ相２３が形成されている。
【００６２】
このように、添加材料膜にＴｂ元素を用いた場合にも、アモルファス状の磁石材料層上に添加材料膜を成膜し熱処理することで結晶化及び拡散がなされ、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂから成る主相２１と、Ｔｂ２Ｆｅ１４Ｂからなる粒界層２２とにより結晶粒が形成されることがわかった。
【００６３】
図１１は、実施例２のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石２０のヒステリシス曲線である。図１１の横軸は磁界Ｈで、縦軸は磁化Ｍである。
【００６４】
図１１に示すように、実施例２に係るＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石では、保磁力が２１５０［ｋＡ／ｍ］、残留磁化が０．５６［Ｔ］を示している。
このように、実施例２においても実施例１と同様、比較例１や比較例２に比べて高い保磁力を有していることがわかる。
【００６５】
以上のように、Ｔｂ元素を用いた場合にも、本実施形態例の製造方法を用いることにより、高い保磁力の出現が実現される。
【００６６】
以上のように、本発明では、予め結晶化した出発材料ではなく、その前段階のアモルファスの試料に対しＤｙもしくはＴｂの重希土類金属をコーティングし、７００℃以下の比較的低い温度で熱処理を施す。これにより、試料の結晶化と同時に重希土類金属の拡散が促される。そして、このような手法により最大で１０００［ｋＡ／ｍ］程度の保磁力の増加（コーティング無しの試料に対し約２倍）が実現された。
【００６７】
本実施形態例では、アモルファスの試料に対してＤｙもしくはＴｂの重希土類金属をコーティングする例であったが、結晶粒が著しく小さな状態を有する試料に、ＤｙもしくはＴｂの重希土類金属をコーティングする例にも本発明を適用できる。この場合は、結晶粒が小さな試料に、ＤｙもしくはＴｂの重希土類金属をコーティングし、７００℃以下の比較的低い温度で熱処理を施す。こうすることにより、結晶粒の肥大化を防ぎながら、保磁力の増加が図られる。
【００６８】
また、本発明は、添加材料膜にＤｙまたはＴｂの重希土類金属を用いる構成であるが、Ｇａ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｎｂをこれらの重希土類金属に変えて構成することにより、磁石内に添加することが可能である。この場合も、６００℃〜７００℃の低温で処理できるので、結晶粒の肥大化を防ぐことができる。
【符号の説明】
【００６９】
１      基板
２      磁石材料層
３      添加材料膜
４      Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石
５      主相
６      粒界層
７      結晶粒
９      ＰＬＤ装置
１０    原料ターゲット
１１    レーザ光源
２０    Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石
２１    主相
２２    粒界層
２３    Ｎｄリッチ相
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１０】
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【図１１】
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【図９】
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