(57)【要約】      （修正有）【課題】粒子全体として高い磁気異方性を示し得るＳｍＦｅＮナノコンポジット磁性粒子およびその製造方法を低コストに提供する。【解決手段】放電プラズマ焼結法を利用して、ＳｍＦｅＮ磁性粒子に対して加圧しつつパルス電流を流し、ＳｍＦｅＮ磁性粒子をなすＳｍＦｅＮ単結晶相の一部を分解してＦｅ結晶相を析出させることで、硬磁性相としてのＳｍＦｅＮ単結晶相中に、軟磁性相としてのＦｅ結晶粒が分散した混相組織のＳｍＦｅＮナノコンポジット磁性粒子が得られる。また、ＳｍＦｅＮ磁性粒子に対して所定の磁場を印加した状態で加圧通電を行うことで、ＳｍＦｅＮ磁性粒子の結晶方位を印加磁場により保持した状態でこの粒子の一部分解が生じる。これにより、分解に供したＳｍＦｅＮ磁性粒子と同等あるいはそれ以上の磁気異方性を有するＳｍＦｅＮナノコンポジット磁性粒子が得られる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
硬磁性相としてのＳｍＦｅＮ単結晶相と、該ＳｍＦｅＮ単結晶相の一部が分解して生成された軟磁性相としてのＦｅ結晶相とを含むＳｍＦｅＮナノコンポジット磁性粒子。
【請求項２】
ＳｍＦｅＮ磁性粒子に対して加圧しつつ電流を流し、前記ＳｍＦｅＮ磁性粒子をなすＳｍＦｅＮ単結晶相の一部を分解してＦｅ結晶相を析出させることにより、硬磁性相としてのＳｍＦｅＮ単結晶相中に、軟磁性相としてのＦｅ結晶相が分散した混相組織の磁性粒子を得る、ＳｍＦｅＮナノコンポジット磁性粒子の製造方法。
【請求項３】
前記ＳｍＦｅＮ磁性粒子に対して磁場を印加した状態で加圧通電を行う請求項２記載のＳｍＦｅＮナノコンポジット磁性粒子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳｍＦｅＮナノコンポジット磁性粒子及びその製造方法に関し、特に、異方性ＳｍＦｅＮナノコンポジット磁石の構成要素となり得るものに関する。
【背景技術】
【０００２】
次世代高性能磁石としてのナノコンポジット磁石は、ナノオーダーの軟磁性相と、軟磁性相と隣接する硬磁性相との間の交換相互作用により従来のＮｄＦｅＢ系磁石等に比べて高い磁力特性を発揮し得るものであり、実用化に向けて研究開発が進められている。
【０００３】
この種のナノコンポジット磁石用材料としては、高い磁力レベルを有するＮｄＦｅＢ系材料が一般的であるが、この他にも、磁力レベルに関しＮｄＦｅＢ系材料と同等のポテンシャルを有し、かつ耐熱性や耐食性に関してはＮｄＦｅＢより優れた特性を示すＳｍＦｅＮ系材料が有望であり、実用化に向けて種々の検討がなされている。
【０００４】
これらナノコンポジット磁石用材料の製造方法として、例えば特開平１０−２６１５１５号公報に記載の方法が公知である（特許文献１を参照）。これは、いわゆる単ロール法と呼ばれる方法を利用したもので、ＳｍやＦｅを元素として含む原料を溶解し、溶湯状態の原料をノズルからＣｕロール上に供給し、急冷する。これによりアモルファス組織、あるいはアモルファス組織中に微細結晶を含む組織からなる急冷箔帯を得る。その後、当該急冷箔帯を粉砕し、カプセル封入と熱間加工を経て、ハード磁性相となるＳｍＦｅ結晶相とソフト磁性相（Ｆｅ結晶相）の結晶化を行う。そして、最後にガス窒化を行うことで、ＳｍＦｅＮ結晶相とＦｅ結晶相とからなるＳｍＦｅＮナノコンポジット磁性粉末を得る。
【特許文献１】特開平１０−２６１５１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の方法で得られたナノコンポジット磁性粉末（粒子）においては、軟磁性相と硬磁性相の結晶方位が揃っていることが理想的であるが、上述のように、アモルファス組織中から各磁性相の結晶化を行う方法では硬磁性相の結晶方位を揃えることは困難であり、粒子全体として十分な磁気異方性を示すには至っていない。また、上述の方法は、複数の工程を必要とするものであり、工数の増加はコストの高騰を招く。
【０００６】
そこで、本発明では、粒子全体として高い磁気異方性を示し得るＳｍＦｅＮナノコンポジット磁性粒子およびその製造方法を低コストに提供することを技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するため、本発明は、硬磁性相としてのＳｍＦｅＮ単結晶相と、ＳｍＦｅＮ単結晶相の一部が分解して生成された軟磁性相としてのＦｅ結晶相とを含むＳｍＦｅＮナノコンポジット磁性粒子を提供する。
【０００８】
このように、本発明に係るＳｍＦｅＮナノコンポジット磁性粒子は、ＳｍＦｅＮ単結晶相と、ＳｍＦｅＮ単結晶相の一部が分解して生成されたＦｅ結晶相とが共存する混相組織をなすものであり、ＳｍＦｅＮ単結晶相は、結晶方位の揃った硬磁性相を形成する。従って、Ｆｅ結晶相の分解生成により粒子全体としてはナノコンポジット化しつつも、硬磁性相においては、結晶方位の揃ったＳｍＦｅＮ単結晶相を残すことができる。これにより、粒子全体として高い磁気異方性を示すナノコンポジット磁性粒子を得ることができる。
【０００９】
また、前記課題を解決するため、本発明は、ＳｍＦｅＮ磁性粒子に対して加圧しつつ電流を流し、ＳｍＦｅＮ磁性粒子をなすＳｍＦｅＮ単結晶相の一部を分解してＦｅ結晶相を析出させることにより、硬磁性相としてのＳｍＦｅＮ単結晶相中に、軟磁性相としてのＦｅ結晶相が分散した混相組織の磁性粒子を得る、ＳｍＦｅＮナノコンポジット磁性粒子の製造方法を提供する。
【００１０】
このように、本発明に係る方法は、従来とは異なる手法で磁石原料のナノコンポジット化を図るもので、この方法によれば、分解析出される粒状のＦｅ結晶相と、分解されずに残ったＳｍＦｅＮ単結晶相とが共存する組織をなす磁性粒子が得られる。そのため、結晶方位の揃った単結晶相からなるＳｍＦｅＮ磁性粒子に対して本発明に係る方法を適用すれば、同一の結晶方位を示す硬磁性相が得られる。よって、全体として高い磁気異方性を示すＳｍＦｅＮナノコンポジット磁性粒子を得ることができ、ひいては高い磁気特性｛例えば（ＢＨ）ｍａｘ｝を発揮し得るナノコンポジット磁石の生産が可能となる。
【００１１】
また、本発明に係る方法であれば、従来に比べて簡易な方法でナノコンポジット磁性粒子を製造することができるので、かかる製造工程の簡略化が可能となる。これにより当該ナノコンポジット磁性粒子、あるいはこの粒子で形成されるナノコンポジット磁石をより低コストに製造することができる。
【００１２】
ＳｍＦｅＮ磁性粒子の分解は、例えば当該磁性粒子間に放電プラズマを発生させることにより行うことができる。ここで放電プラズマを発生させる手法としては、放電プラズマ焼結法（ＳＰＳ法）と呼ばれるものが周知である。この手法は、黒鉛等の材料で形成された型内に供給された粉末材料に対して加圧しつつパルス電流を流しかつ粉末粒子間に放電プラズマを発生させることで、粒子表面を活性化させ、当該粒子に対し短時間で効果的な熱処理を行うものである。本発明においては、同手法により熱処理がなされた結果、粉末粒子間に焼結作用を生じるか否かは問わない。後述する他の通電処理に関しても同様に、焼結作用の有無は問わない。
【００１３】
このように、本発明は、通常、粉末の焼結に使用する放電プラズマ焼結法を、磁石原料となるＳｍＦｅＮ磁性粒子の分解（言い換えるとナノコンポジット化）に利用したことを特徴の１つとするものである。この方法によれば、ＳｍＦｅＮ磁性粒子の分解が全体にわたって万遍なく行われるので、Ｆｅ結晶相をＳｍＦｅＮ単結晶相中に極力偏りなく分散析出させることができる。そのため、全体として均質な結晶組織を有するＳｍＦｅＮナノコンポジット磁性粒子を形成することができる。また、軟磁性相としてのＦｅ結晶相がナノオーダーで分散析出されることで、より優れた交換相互作用を発揮し得る高磁性のナノコンポジット磁石を得ることができる。
【００１４】
上述の通り、本発明は、ＳｍＦｅＮ磁性粒子を加圧通電して、軟磁性相としてのＦｅ結晶相がＳｍＦｅＮ単結晶相中に析出するよう、ＳｍＦｅＮ磁性粒子を分解することを特徴とするものであるが、この際には、ＳｍＦｅＮ単結晶相を完全に分解してしまわないよう分解条件を適正化して部分的に分解反応を進行させる必要がある。
【００１５】
ここで、放電プラズマ焼結法（ＳＰＳ法）に限らず、本発明のように、加圧しながらパルス通電することでＳｍＦｅＮ磁性粒子の分解を行う場合、Ｆｅ結晶相の分解析出に影響を及ぼすと推測される因子として、加圧力、電流量（通電量）、パルス条件、処理時間（通電時間）、処理雰囲気が考えられる。このうち、この中でも特に影響が大きいと推察される加圧力と電流量につき詳細に鋭意検討した結果、本発明者らは、ＳｍＦｅＮ磁性粒子を偏りなくかつ適度に分解できる条件（好適条件）を見出した。
【００１６】
つまり、詳細は後述の検討結果に任せるが、当該結果から、加圧力の増加に伴い、磁気特性の向上が認められる領域（有効電流領域）が電流量の大きい側にシフトする傾向が見
られた。また、加圧力の増加に伴い、前記有効電流領域の範囲が拡大する傾向が見られた。これらの結果から、本発明では、下記条件下でＳｍＦｅＮ磁性粒子の分解処理を行うことを提案する。すなわち、加圧力Ｐ［ＭＰａ］に対する電流量Ｉ［Ａ］の比が、４≦Ｉ／Ｐ≦１３となるよう、加圧力Ｐおよび電流量Ｉを定めた上で分解を行うことにより、ＳｍＦｅＮ磁性粒子を偏りなくかつ適度に分解することができる。
【００１７】
このように、ＳｍＦｅＮ磁性粒子に対して加圧およびパルス通電を施し、その一部を分解するようにすれば、ＳｍＦｅＮ磁性粒子のナノコンポジット化を図ることができるが、一方で、上述の方法では、分解されずに残るＳｍＦｅＮ単結晶相の磁気異方性の度合いが上記分解処理の影響で低下するおそれがある。このことは、分解前の磁性粒子と分解後の磁性粒子とに対して等方的な磁気測定を行った場合、分解後の（ＢＨ）ｍａｘは向上するのに対し、各々の磁性粒子に磁場配向を付与した後、磁気測定を行うと、分解後の（ＢＨ）ｍａｘが分解前（未処理）のそれに比して同等以下の値を示すに留まることからも推察される。
【００１８】
かかる事情に鑑み、本発明では、ＳｍＦｅＮ磁性粒子に対して磁場を印加した状態で加圧通電を行うようにした。このように、加圧通電によるＳｍＦｅＮ磁性粒子の一部分解を、磁場を当該粒子に印加した状態で実施することで、ＳｍＦｅＮ磁性粒子の結晶方位を印加磁場により保持した状態で当該粒子の一部分解が生じる。これにより、分解に供したＳｍＦｅＮ磁性粒子と同等あるいはそれ以上の磁気異方性を有するＳｍＦｅＮナノコンポジット磁性粒子を得ることができる。
【００１９】
このように、磁場作用下で加圧通電し、ＳｍＦｅＮ磁性粒子の一部分解を図る場合、通電に供する電流の種類としては直流やパルス状など任意の形態を採用することができる。
【発明の効果】
【００２０】
このように、本発明によれば、粒子全体として高い磁気異方性を示し得るＳｍＦｅＮナノコンポジット磁性粒子を低コストに提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明に係るＳｍＦｅＮナノコンポジット磁性粒子の製造方法の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
図１は、第１実施形態に係るＳｍＦｅＮナノコンポジット磁性粒子の製造に用いる装置の要部断面図を示している。この装置１は、いわゆる放電プラズマ焼結装置と呼ばれるもので、加圧通電の対象となる材料、すなわちＳｍＦｅＮ単結晶相（例えばＳｍ2Ｆｅ17Ｎ3単結晶相）からなるＳｍＦｅＮ磁性粒子１１を収容するためのダイ２と、ダイ２の内部に挿入可能で、上下一対に配置される上パンチ３および下パンチ４とを主に備える。上パンチ３および下パンチ４のそれぞれ対向する側とは反対側の端部には、上部パンチ電極５、下部パンチ電極６が設けられている。上記構成をなす放電プラズマ焼結装置１のうち、少なくともダイ２と上下パンチ３、４はチャンバー７内に収容されている。チャンバー７内部は、図示しない適当な雰囲気制御手段により所定の真空度（１０-1Ｐａ〜１０-3Ｐａ）に維持され、あるいは窒素ガス等により不活性状態の雰囲気に維持される。
【００２３】
上下パンチ３、４は何れも、ＳｍＦｅＮ磁性粒子１１にパルス電流を供給するため、黒鉛で形成される。もちろん、導電性および所定の加圧力に耐え得る強度を持つものであれば、導電性セラミックスや高融点の金属など他の材料で上下パンチ３、４を形成することも可能である。
【００２４】
また、ダイ２も黒鉛で形成されるが、所定の加圧力や温度に耐え得るものであれば、ＷＣ（タングステンカーバイド）やセラミックスなど他の材料で形成しても構わない。
【００２５】
また、上下パンチ３、４はそれぞれ、上部パンチ電極５と下部パンチ電極６を介して図示しない適当な駆動手段により上下方向に移動可能であり、また図示しない適当な電力供給手段により通電可能となっている。
【００２６】
ダイ２および上下パンチ３、４によって区画形成された空間内にＳｍＦｅＮ磁性粒子１１を充填した状態で、上パンチ３を下パンチ４に向けて相対的に接近させ、これによりＳｍＦｅＮ磁性粒子１１を上下方向から加圧する。また、加圧と共に、上下パンチ３、４に所定のパルス電流を供給し、加圧中のＳｍＦｅＮ磁性粒子１１に対してパルス通電を所定の時間行う。これにより、ＳｍＦｅＮ磁性粒子１１中において、ＳｍＦｅＮ→Ｆｅ＋ＳｍＮ＋Ｎ  の分解反応（ここでは、Ｓｍ2Ｆｅ17Ｎ3→１７Ｆｅ＋２ＳｍＮ＋１／２Ｎ2  の分解反応）が生じる。
【００２７】
このようにして、ＳｍＦｅＮ磁性粒子１１に対して加圧力およびパルス電流を供給し、ＳｍＦｅＮ磁性粒子１１をなすＳｍＦｅＮ単結晶相の一部を分解することで、硬磁性相としてのＳｍＦｅＮ単結晶相中に、軟磁性相としてのＦｅ結晶粒が分散析出した形態の粒子が得られる。このうち、ＳｍＦｅＮ単結晶相とＦｅ結晶相とが共存している状態は、ＸＲＤ（Ｘ線回折法）により確認された。また、図２は、上記分解処理後のＳｍＦｅＮ磁性粒子１１単体あるいはその一部をＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）にて撮影したものである。同図より、当該粒子１１が、分解析出されたナノオーダーの微細結晶粒（同図中矢印で示す部分）と、分解されずに残ったＳｍＦｅＮ単結晶相とで成っていることが見て取れる。同図中右上に示すＥＤＳ（エネルギー分散型Ｘ線分析装置）の分析結果やＸＲＤ（Ｘ線回折法）の結果と併せて考えると、上記微細結晶粒が析出Ｆｅ結晶相であることが推察される。
【００２８】
以上より、ＳｍＦｅＮ磁性粒子１１に対して加圧しつつパルス通電を行い、ＳｍＦｅＮ磁性粒子１１をなすＳｍＦｅＮ単結晶相の一部を分解して微細結晶粒としてのＦｅ結晶相を析出させることで、分解されずに残った硬磁性相としてのＳｍＦｅＮ単結晶相と、同結晶相中に分散析出され、ナノオーダーの粒状をなす軟磁性相としてのＦｅ結晶相とが共存した混相組織をなす磁性粒子が得られる。かかる粒子を構成する硬磁性相は、分解前のＳｍＦｅＮ単結晶相の持つ単一の結晶方位を示す。そのため、かかる製造方法により得られたＳｍＦｅＮコンポジット磁性粒子は、高い磁気異方性を示し得る。従って、これを原料とすることで優れた磁気特性｛例えば（ＢＨ）ｍａｘ｝を発揮し得るナノコンポジット磁石の生産が可能となる。
【００２９】
また、かかる方法によれば、従来に比べて製造工程を簡略化することができ、これにより、上記ＳｍＦｅＮナノコンポジット磁性粒子あるいはこれを原料とするナノコンポジット磁石の製造コストを低減することが可能となる。
【００３０】
また、ＳｍＦｅＮ磁性粒子１１の分解を放電プラズマ焼結法を利用することにより行うことでＳｍＦｅＮ磁性粒子１１の分解が全体にわたって万遍なく行われる。従って、極力ばらつきの少ない均質な結晶組織を有するＳｍＦｅＮナノコンポジット磁性粒子を得ることができる。また、放電プラズマ焼結法を利用することで、ＳｍＦｅＮ磁性粒子１１の分解を短時間で行うことが可能となる。
【００３１】
次に、上述の製造方法によりＳｍＦｅＮナノコンポジット磁性粒子を製造する際の適正条件について、放電プラズマ焼結法を利用する場合を例にとって検討を行った。なお、以下の検討に際し、ダイ２および上下パンチ３、４は何れも黒鉛製とし、ＳｍＦｅＮ磁性粒子１１の収容空間の直径はφ１０ｍｍとした。
【００３２】
まず、放電プラズマ焼結法の設定条件のうち、ＳｍＦｅＮ磁性粒子１１の分解能に影響を及ぼすと推察される加圧力、電流量、パルス条件、処理時間（通電時間）、処理雰囲気の５因子に関し、各因子の磁気特性、ここでは最大エネルギー積（ＢＨ）ｍａｘに対する影響の度合いを調べた。具体的には、
１）加圧力に関し、３ｋＮ、４ｋＮ、５ｋＮ、
２）電流量に関し、３００Ａ、３７５Ａ、４５０Ａ、
３）パルス条件に関し、１−９、１−１、９９−１（前者がパルス電流ＯＮ、後者がＯＦＦ  １単位が１．３ｍｓｅｃ）、
４）通電時間に関し、４ｓｅｃ、８ｓｅｃ、１２ｓｅｃ、
５）雰囲気に関し、高真空（１０-2〜１０-3Ｐａ）、真空（１０-1Ｐａ）、窒素ガス下、のそれぞれ３水準下において上記分解処理を行い、処理後のＳｍＦｅＮ磁性粒子１１に対する磁気特性の評価を行った。この際、処理後のＳｍＦｅＮ磁性粒子１１の集合体（成形体）を等方的に、すなわち成形後、特定磁場中において磁気的配向を持たせるための処理を省いて（ＢＨ）ｍａｘの測定を行った。また、試験に供するＳｍＦｅＮ磁性粒子１１として、日亜化学工業（株）製のＺ１６を使用した。
【００３３】
その結果、パルス条件に関しては、直流に近い条件のほうが（ＢＨ）ｍａｘの向上に寄与することがわかった。通電時間に関しては、パルス条件との組合わせで最適な値が存在し、パルス条件が直流に近い場合（９９−１）では、８ｓｅｃが好適となることがわかった。一方、加圧力に関しては、加圧力と（ＢＨ）ｍａｘとの間に一応の相関が見られたものの、電流量の値によって、その傾向およびその程度が異なることがわかった。なお、雰囲気に関しては、上記磁気特性に影響を及ぼすものではなかった。
【００３４】
上述の結果を踏まえ、電流量：３００Ａ（３．８２ＭＡ／ｍ2）、通電時間：８ｓｅｃ、パルス条件：９９−１、加圧力：５ｋＮ（６４ＭＰａ）、雰囲気：真空  の条件下でＳｍＦｅＮ磁性粒子１１の分解処理を行い、この際の当該分解後粒子の磁気特性｛（ＢＨ）ｍａｘ｝を測定したところ、５２ｋＪ／ｍ3の最大エネルギー積を示した。分解前の同粒子１１の（ＢＨ）ｍａｘが３５ｋＪ／ｍ3であることから、本発明に係る方法により磁気特性｛（ＢＨ）ｍａｘ｝が約１．５倍となることがわかった。
【００３５】
次に、複数水準（３ｋＮ、４ｋＮ、５ｋＮ、５．５ｋＮ、６ｋＮ）の加圧力の下で電流量を変化させた場合に得られる、分解後のＳｍＦｅＮ磁性粒子１１の磁気特性｛（ＢＨ）ｍａｘ｝を測定し、両因子の組み合わせが磁気特性に及ぼす影響の度合いを調べた。その他の条件は、先の結果に基づき、通電時間：８ｓｅｃ、パルス条件：９９−１、雰囲気：真空とした。分解後の粒子を成形したものについて等方的に（ＢＨ）ｍａｘの測定を行った。
【００３６】
図３に、各加圧力Ｐ［ｋＮ］下における電流量Ｉ［Ａ］と、その時に得られた（ＢＨ）ｍａｘ［ｋＪ／ｍ3］との関係を示す。同図中、破線枠で囲った領域は、上記条件下で分解処理を行う前のＳｍＦｅＮ磁性粒子１１が示し得る（ＢＨ）ｍａｘの範囲を示す。同図より、各加圧力Ｐにおいて、（ＢＨ）ｍａｘの向上が認められる所定幅の有効電流領域が存在し、当該有効電流領域は、加圧力Ｐの増加に伴い電流量Ｉの大きい側に移行する傾向が見て取れる。また、加圧力Ｐの増加に伴い、有効電流領域の範囲が拡大する傾向が見て取れる。以上の結果から、粒子に作用させる加圧力に合わせた大きさのパルス電流を流すことにより適度な分解反応が得られることがわかる。図４に、図３に示す結果から得られた、各加圧力に対する有効電流範囲を示す。なお、図４における加圧力の値について、左段側の数値は設定荷重値［ｋＮ］であり、右段側の数値は加圧力［ＭＰａ］への換算値をそれぞれ示している。
【００３７】
上述の結果をさらに一般化することにより、例えば図５に示す有効範囲が定まる。すなわち、通電時間：８ｓｅｃ、パルス条件：９９−１、雰囲気：真空  の条件下で、電流量Ｉ［Ａ］と加圧力Ｐ［ＭＰａ］とが、４≦Ｉ／Ｐ≦１３  の関係（図５中斜線で示す領域）を満たすよう、加圧力Ｐおよび電流量Ｉを設定して上記分解処理を行うことにより、ＳｍＦｅＮ磁性粒子１１に対してばらつきのない適度な分解反応を得ることが可能となる。ただ、あまりにも加圧力Ｐが小さい場合には、加圧力Ｐに比してＳｍＦｅＮ磁性粒子１１のマクロな体積抵抗率が急激に増加するため、過度な分解反応が生じる恐れがある。加圧力Ｐがある程度大きくなっても、ＳｍＦｅＮ磁性粒子１１のマクロな体積抵抗率にそれ程変化は見られないが、かかる場合には、ダイ２や上下パンチ３、４など、比較的強度に乏しい材料（黒鉛など）で形成される部材の変形や破損が懸念される。そのため、かかる観点から、図５に示す有効範囲に加えて、加圧力Ｐの下限（例えば３８ＭＰａ）と上限（例えば９０ＭＰａ）を適当に定めるのがよい。
【００３８】
また、図３に示す結果より、加圧力Ｐが一定の場合、（ＢＨ）ｍａｘの向上が認められる有効電流領域において、（ＢＨ）ｍａｘの値がピークを示す傾向が見て取れる。また、（ＢＨ）ｍａｘのピーク（最大値）は、加圧力Ｐの増加に伴い、電流量Ｉの大きくなる方向に移行する傾向にある。かかる観点から、加圧力Ｐに応じて（ＢＨ）ｍａｘの最大値（ピーク）を得られるよう、最適な電流量Ｉを設定することで、より理想的な微細結晶混相構造を有し、優れた磁気特性を発揮し得るＳｍＦｅＮナノコンポジット磁性粒子を得ることができる。
【００３９】
以上、ＳｍＦｅＮナノコンポジット磁性粒子を得る手段として、放電プラズマ焼結法（ＳＰＳ法）を利用した場合を例示したが、本発明は、ＳｍＦｅＮ磁性粒子１１に対して加圧しつつ電流を流してＳｍＦｅＮ磁性粒子１１を分解し、硬磁性相としてのＳｍＦｅＮ単結晶相中に軟磁性相としてのＦｅ結晶相を分解析出し得るものである限り、上記以外の手段を採用することも可能である。
【００４０】
図６は、本発明の第２実施形態に係るＳｍＦｅＮナノコンポジット磁性粒子の製造に用いる装置の要部断面図を示している。この装置２１は、主に、ダイ２２と上下パンチ２３，２４とで区画形成される空間内に充填されたＳｍＦｅＮ磁性粒子１１に対し所定の磁場を印加するための磁場印加手段（ここでは一対の電磁石２８）を備える点で、第１構成例に係る放電プラズマ焼結装置１と異なる構成を有する。この構成例では、一対の電磁石２８はダイ２２を挟持する位置に対峙して配設され、上下パンチ２３、２４の可動方向、すなわちＳｍＦｅＮ磁性粒子１１への通電方向とは直交する向きに磁場を印加するようになっている。
【００４１】
ＳｍＦｅＮ磁性粒子１１を充填し加圧通電するためのダイ２２と、上下パンチ２３、２４、および上下パンチ電極２５、２６とを備える点は第１構成例と同様である。また、この構成例では、ダイ２２の外側に筒状のチャンバー２７が配設され、このチャンバー２７に設けた通気孔を介してＡｒ等の不活性ガスをチャンバー２７内部に注入することで、ダイ２２および上下パンチ２３、２４の周囲を不活性に維持するようになっている。
【００４２】
また、第１構成例と同様、上下パンチ２３、２４はそれぞれ、上部パンチ電極２５と下部パンチ電極２６を介して図示しない適当な駆動手段により上下方向に移動可能であり、また図示しない適当な電力供給手段により通電可能、ここでは直流通電可能に構成されている。電磁石２８への電力供給とその供給源を同一にするものであってもよい。
【００４３】
上記構成の加圧通電装置２１を用いてＳｍＦｅＮ磁性粒子１１の一部分解を行う。まず、ダイ２２および上下パンチ２３、２４によって区画形成された空間内にＳｍＦｅＮ磁性粒子１１を充填した状態で、一対の電磁石２８に通電し、対峙する向きの所定の磁場をＳｍＦｅＮ磁性粒子１１に印加する。このようにして、磁場を印加した状態で上下パンチ２３、２４によりＳｍＦｅＮ磁性粒子１１を加圧すると共に、上下パンチ２３、２４間に所定の直流電流を流し、加圧中のＳｍＦｅＮ磁性粒子１１に対する通電を所定の時間行う。これにより、ＳｍＦｅＮ磁性粒子１１中において、ＳｍＦｅＮ→Ｆｅ＋ＳｍＮ＋Ｎ  の分解反応（ここでは、Ｓｍ2Ｆｅ17Ｎ3→１７Ｆｅ＋２ＳｍＮ＋１／２Ｎ2  の分解反応）が生じる。
【００４４】
このようにして、ＳｍＦｅＮ磁性粒子１１に対して加圧力および電流を供給し、ＳｍＦｅＮ磁性粒子１１をなすＳｍＦｅＮ単結晶相の一部を分解することで、第１実施形態と同様、硬磁性相としてのＳｍＦｅＮ単結晶相中に、軟磁性相としてのＦｅ結晶粒が分散析出した形態の粒子が得られる。上記通電処理後のＳｍＦｅＮ磁性粒子１１につき、Ｓｍ2Ｆｅ17Ｎ3単結晶相とα−Ｆｅ結晶相とが共存している状態、および、α−Ｆｅ結晶相の平均結晶子径が１８ｎｍであることが、ＸＲＤ（Ｘ線回折法）により確認された。
【００４５】
また、この実施形態では、ＳｍＦｅＮ磁性粒子１１に対して電磁石２８により所定の磁場を印加した状態で加圧通電を行うようにしたので、ＳｍＦｅＮ磁性粒子１１が本来的に有する結晶方位を印加磁場により保持した状態でこの粒子１１の一部分解が生じる。これにより、分解に供したＳｍＦｅＮ磁性粒子１１と同等あるいはそれ以上の磁気異方性を有する（例えば、後述の実験では、図１１に例示の如く異方化度が向上する結果が得られた）ＳｍＦｅＮナノコンポジット磁性粒子を得ることができる。
【００４６】
以下、磁場印加状態での加圧通電方法の優位性につき検討を行った。
【００４７】
まず、電流量に関し、２０Ａ、４０Ａ、６０Ａ（何れも直流）の３水準下において、磁場印加状態（１．２Ｔ）もしくは磁場未印加状態（０Ｔ）で加圧通電を行い、その際に得られた粒子の最大エネルギー積（ＢＨ）ｍａｘを測定した。また、比較として、第１実施形態での実験に使用したものと同種（日亜化学工業（株）製  Ｚ１６）でかつ未処理のＳｍＦｅＮ磁性粒子１１についてもその（ＢＨ）ｍａｘを測定した。
【００４８】
ここで、ＳｍＦｅＮ磁性粒子１１のダイ２２内部への充填量は５０ｍｇとした。また、ダイ２２および上下パンチ２３、２４は何れも黒鉛製とし、ＳｍＦｅＮ磁性粒子１１の収容空間の直径はφ３ｍｍとすると共に、加圧力を１４ＭＰａ、通電時間を４ｓとして上記通電処理を行った。また、磁気測定については、上述の各処理で得た粉末に所定の磁場を印加した状態でパラフィンを用いて固形化することで測定試料を作製し、これら測定試料の磁気特性をＶＳＭ（振動試料型磁力計）を用いて評価することで行った。
【００４９】
図７に、各処理条件下における電流量Ｉ［Ａ］と、その際に得られた（ＢＨ）ｍａｘ［ｋＪ／ｍ3］との関係を示す。何れの電流範囲においても、磁場印加下での加圧通電処理で得られた粒子の（ＢＨ）ｍａｘが、未処理状態の粒子の（ＢＨ）ｍａｘはもちろん、磁場未印加での加圧通電処理で得られた粒子のそれを上回っていることがわかる。また、電流量４０Ａ（＝５．６６ＭＡ／ｍｍ2）のとき、（ＢＨ）ｍａｘが最も高い値（３１８ｋＪ／ｍ3）を示すことが見て取れる。
【００５０】
次に、通電時間に関し、４、８、１０、１５、２０［ｓ］の５水準下において上記各処理を行った場合に得られた粒子に対し、その磁気特性、具体的には、残留磁化Ｂｒ［Ｔ］、保磁力ｉＨｃ［ｋＡ／ｍ］、最大エネルギー積（ＢＨ）ｍａｘ［ｋＪ／ｍ3］、および異方化度の４項目につき評価、比較を行った。ここで、異方化度は、磁化容易方向およびこの方向に垂直な２方向における最大磁界２．４ＭＡ／ｍでの磁化の比（磁化容易方向における磁化／垂直２方向の何れか一における磁化）で表されるものとする（その他当該指標については、以下の参考文献：粉末冶金が開く磁性材料−圧粉磁心から永久磁石まで−，平成１６年２月，（財）素形材センター，ｐ５４  を参照のこと）。また、印加電流量は先の実験結果から４０Ａとした。その他の条件は、先の実験の場合と同様である。
【００５１】
各処理条件下における通電時間と、その際に得られた粒子の残留磁化Ｂｒとの関係を図８に、同様に、通電時間と保磁力ｉＨｃとの関係、および通電時間と（ＢＨ）ｍａｘとの関係をそれぞれ図９、図１０に示す。まず、図８より、残留磁化Ｂｒに関しては、通電時間の如何によらず、磁場印加下での加圧通電処理で得られた粒子の残留磁化Ｂｒが、未処理状態の粒子、および、磁場未印加での加圧通電処理で得られた粒子のそれを上回っていることがわかる。また、図９から、磁場未印加の加圧通電処理の場合、処理後粒子の保磁力ｉＨｃは通電時間の増加と共に減少する傾向にあるが、磁場印加状態での加圧通電処理で得られた粒子であれば、保磁力ｉＨｃの低下が抑制されることがわかる。また、（ＢＨ）ｍａｘについては、図７と同様、通電時間の如何によらず、磁場印加下での加圧通電で得られた粒子の（ＢＨ）ｍａｘが、未処理の場合はもちろん、磁場未印加での加圧通電処理で得られた粒子のそれを上回っていることがわかる。
【００５２】
また、磁場印加下で加圧通電処理を施した場合と未処理の場合とにつき、それぞれ通電時間と、その際に得られた粒子の異方化度との関係を図１１に示す。同図より、未処理粒子の異方化度に比べて、磁場印加下での加圧通電を施した粒子の異方化度が総じて増加していることがわかる。このことからも、ＳｍＦｅＮ磁性粒子に対して所定の磁場を印加した状態で加圧通電することにより、未分解のＳｍＦｅＮ磁性粒子の結晶方位を保持して、一部分解の結果得られるＳｍＦｅＮナノコンポジット磁性粒子に高い磁気異方性を付与し得ることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の第１実施形態に係るＳｍＦｅＮナノコンポジット磁性粒子の製造方法に用いる装置の要部断面図である。
【図２】第１実施形態に係る製造方法により得られたＳｍＦｅＮナノコンポジット磁性粒子のＴＥＭ写真である。
【図３】各加圧力時における電流量と、その際に得られた粒子の（ＢＨ）ｍａｘとの関係を示す図である。
【図４】各加圧力時における有効電流範囲を示す表である。
【図５】加圧力および電流量の有効範囲を示す図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係るＳｍＦｅＮナノコンポジット磁性粒子の製造方法に用いる装置の要部断面図である。
【図７】各処理条件下における電流量と、その際に得られた粒子の（ＢＨ）ｍａｘとの関係を示す図である。
【図８】各処理条件下における通電時間と、その際に得られた粒子の残留磁化Ｂｒとの関係を示す図である。
【図９】各処理条件下における通電時間と、その際に得られた粒子の保磁力ｉＨｃとの関係を示す図である。
【図１０】各処理条件下における通電時間と、その際に得られた粒子の（ＢＨ）ｍａｘとの関係を示す図である。
【図１１】各処理条件下における通電時間と、その際に得られた粒子の異方化度との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００５４】
１    放電プラズマ焼結装置
２    ダイ
３、４  パンチ
５、６  パンチ電極
１１  ＳｍＦｅＮ磁性粒子
２１  加圧通電装置
２２  ダイ
２３、２４  パンチ
２５、２６  パンチ電極
２８  電磁石
【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９】
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【図１０】
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【図１１】
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