(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学的組成がＴｉＣｏＮx Ｓｎ（０＜ｘ≦１．０）であるホイスラー型窒化物。
【請求項２】
それぞれが高純度であるＴｉ、ＣｏおよびＳｎを化学等量比に秤量し、これらを熔解してＴｉＣｏＳｎインゴットを作製し、その後、このＴｉＣｏＳｎインゴットを粉末化し、前記粉末化されたＴｉＣｏＳｎを、７００℃以上の高温、かつ、１〜１００気圧の高圧窒素ガス雰囲気中で窒化処理を行ってホイスラー型窒化物を製造するようにしたことを特徴とするホイスラー型窒化物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、新規で有用なホイスラー型窒化物とその製造方法に関する。
【０００２】
【発明の背景】
従来、窒素原子を含む磁性体の開発は、室温で既に強磁性を呈する化合物の格子間に窒素を導入することによって永久磁石としての性能（なるべく高い強磁性キュリー温度、なるべく大きな飽和磁化、および、なるべく大きな結晶磁気異方性）を向上させることが主として行われてきており、このようにして開発された代表的な磁性体として、例えば、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍａｇｎｅｔｉｓｍ  ａｎｄ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  １０４−１０７（１９９２）に記載されているＹ2 Ｆｅ17Ｎ3 がある。
【０００３】
しかしながら、室温で常磁性を示す物質を窒化によって室温において強磁性に変化させる研究開発は皆無であり、窒化により室温常磁性から室温強磁性へと変化する素材は存在しなかった。
【０００４】
この発明は、上述の事柄に留意してなされたもので、その目的は、窒化により室温常磁性から室温強磁性へと変化する新規で有用なホイスラー型窒化物とその製造方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明のホイスラー型窒化物は、化学的組成がＴｉＣｏＮx Ｓｎ（０＜ｘ≦１．０）であるところの物質である。
【０００６】
そして、この発明では、前記ホイスラー型窒化物を、それぞれが高純度であるＴｉ、ＣｏおよびＳｎを化学等量比に秤量し、これらを熔解してＴｉＣｏＳｎインゴットを作製し、その後、このＴｉＣｏＳｎインゴットを粉末化し、前記粉末化されたＴｉＣｏＳｎを、７００℃以上の高温、かつ、１〜１００気圧の高圧窒素ガス雰囲気中で窒化処理を行うことにより作製した。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の詳細について図を参照しながら説明する。
ホイスラー型窒化物の形成に際しては、室温で常磁性を呈し、窒素ガスを安定に吸蔵しうる条件を有する物質の探索、作製を行った。本来、原子が占めるべき結晶学的サイトが空孔になっているＭｇＡｇＡｓ型化合物であるＴｉＣｏＳｎに着目して、母体化合物（ＴｉＣｏＳｎインゴット）の作製および窒化物（ＴｉＣｏＮx Ｓｎ）の合成を行った。
【０００８】
【実施例】
まず、母体化合物であるＴｉＣｏＳｎインゴットの作製方法について、この発明のホイスラー型窒化物の製造方法の一例を示すフローチャートである図１を参照しながら説明する。
【０００９】
ＴｉＣｏＳｎインゴットの作製には、原材料としてそれぞれ高純度（９９．９％以上）のＴｉ、Ｃｏ、Ｓｎを用いる。これらの原材料は、バルク、粉末のいずれであってもよい。Ｔｉ、Ｃｏ、Ｓｎを化学等量比、すなわち、Ｔｉ：Ｃｏ：Ｓｎ＝１：１：１に秤量する（ステップＳ１）。
【００１０】
前記秤量された原材料を熔解し、ＴｉＣｏＳｎインゴットを作製する（ステップＳ２）。原材料の熔解手法としては、
（１）アルゴン雰囲気中でアーク熔解
（２）るつぼに封入後、電気炉を用いて熔解
（３）アルゴン雰囲気中で高周波炉によって熔解
などがあり、いずれの手法によってもよい。このようにすることにより、ＴｉＣｏＳｎインゴットが形成される。
【００１１】
上述のようにして作製されたＴｉＣｏＳｎインゴットを熱処理する（ステップＳ３）。この熱処理の条件は、真空状態または不活性ガス雰囲気中に６００℃以上の温度で２４時間以上放置する。
【００１２】
前記熱処理を施したＴｉＣｏＳｎインゴットの物性評価を行う（ステップＳ４）。粉末Ｘ線回折法により結晶構造を確認し、磁気測定により磁気特性を確認する。
【００１３】
前記物性評価において所定の結果が得られたことにより、ＴｉＣｏＳｎインゴットの作製が完了する（ステップＳ５）。
【００１４】
次に、前記ＴｉＣｏＳｎインゴットを用いて、ホイスラー型窒化物であるＴｉＣｏＮx Ｓｎの作製方法について、図１を参照しながら説明する。
【００１５】
まず、バルク状のＴｉＣｏＳｎを粉末化する（ステップＳ６）。この場合、酸化を避けるため、不活性ガス雰囲気中で粉末化するのが好ましい。
【００１６】
前記粉末化されたＴｉＣｏＳｎを、高温高圧下で窒素ガスと反応させ、窒化させる（ステップＳ７）。具体的には、例えば、高温高圧力容器内に粉末ＴｉＣｏＳｎ試料を封入し、容器内を７００℃以上の高温とするとともに、容器内を１〜１００気圧の高圧窒素ガス雰囲気にする。このような高温高圧下に２４時間放置する。これによって、ＴｉＣｏＮx Ｓｎが形成される。なお、粉末ＴｉＣｏＳｎの窒化は、雰囲気温度が６００℃以下ではほとんど進行せず、８００℃以上では急速に進行することが分かった。
【００１７】
上述のようにして得られたＴｉＣｏＮx Ｓｎの物性評価を行う（ステップＳ８）。重量測定によって窒素量を決定する。そして、粉末Ｘ線回折法により結晶構造を確認する。また、磁気測定により磁気特性を確認する。
【００１８】
前記物性評価において所定の結果が得られたことにより、ＴｉＣｏＮx Ｓｎの作製が完了する（ステップＳ９）。
【００１９】
次に、上述のようにして得られたＴｉＣｏＮx Ｓｎの磁気的評価および結晶学的評価について、それぞれ図２および図３を参照しながら説明する。
【００２０】
図２は、ＴｉＣｏＮx Ｓｎにおける温度（Ｋ）と飽和磁化（ｅｍｕ／ｇ）との関係を示すもので、ｘ＝０のＴｉＣｏＮx Ｓｎ（図中、符号１で示す曲線参照）、すなわち、ＴｉＣｏＳｎにおいては、強磁性キュリー温度は約１５０Ｋであるのに、ｘ＝０．３３のＴｉＣｏＮx Ｓｎ（図中、符号５で示す曲線参照）では、強磁性キュリー温度は３８０Ｋになり、飽和磁化も前者が１０ｅｍｕ／ｇであるのに対し、２２ｅｍｕ／ｇに増大している。つまり、ＴｉＣｏＳｎは、窒化処理を行うことにより、室温で強磁性を呈する物質に変化することが分かる。
【００２１】
また、窒素量（ｘ）が０．３０以下のＴｉＣｏＮx Ｓｎは、図中において符号２〜４で示す通りであった。この結果は、ＴｉＣｏＳｎ母体相とＴｉＣｏＮx Ｓｎ窒化物相との共存を示すものである。
【００２２】
図３は、ＴｉＣｏＳｎ、ＴｉＣｏ2 Ｓｎおよび種々の処理条件下で作製されたＴｉＣｏＮx Ｓｎの（２２０）ピークのＸ線回折パターンを示すもので、図中の符号６で示す母体化合物としてのＴｉＣｏＳｎの（２２０）位置は、窒素吸蔵による格子の膨張により低角度側にシフトしている。そして、符号７で示す７５０℃で窒化処理されたＴｉＣｏＮ0.33Ｓｎの単位胞体積は、前記母体化合物に比べて３．３％増加し、他のホイスラー型化合物であるＴｉＣｏ2 Ｓｎとほぼ同じ値を有する。つまり、ＴｉＣｏＳｎ化合物は、窒化処理を行うことにより窒素が空格子の位置を占有し、その単位胞細胞が３．３％増大することが分かる。
【００２３】
上述した実施例においては、ＴｉＣｏＮx Ｓｎ窒化物における吸蔵窒素量ｘの値として、０．３３までのものしか示してないが、発明者らはｘ＝０．５であるＴｉＣｏＮx Ｓｎ窒化物の作製に成功している。そして、ＴｉＣｏＮx ＳｎがＭｇＡｇＡｓ型構造を有することを考慮した場合、原理的には、ＴｉＣｏＮx Ｓｎ窒化物の窒素量ｘは、１．０までの値をとることが予測される。
【００２４】
以上詳述したように、ＴｉＣｏＳｎ化合物は、ある決まった温度以上で窒素ガスと反応し窒化されること、窒化物生成の有無が簡単な磁気測定、例えば、永久磁石にくっつくとかの性質を調べること、あるいは、粉末Ｘ線回折によって生成物の格子定数の測定から確かめられることから、ＴｉＣｏＳｎ化合物は、窒素ガスの吸蔵物質として利用することができるとともに、その置かれた環境の温度、窒素ガスの有無を検出するセンサとして用いることもできると考えられる。
【００２５】
【発明の効果】
この発明のホイスラー型窒化物は、ある決まった温度以上において窒素ガスを吸蔵することができる。そして、この発明の製造方法によれば、窒化により室温常磁性から室温強磁性へと変化する新素材を容易に製作することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明のホイスラー型窒化物の製造工程の一例を示すフローチャートである。
【図２】  ＴｉＣｏＮx Ｓｎ化合物の磁気的評価を説明するための図である。
【図３】  ＴｉＣｏＮx Ｓｎ化合物の結晶学的評価を説明するための図である。
【図１】
0003934713.tif 000002
【図２】
0003934713.tif 000003
【図３】
0003934713.tif 000004