(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マトリックス中に、ＢｉＭｎ化合物、ＴｂＦｅ2化合物、ＤｙＦｅ2化合物およびＣｏからなる群より選択される結晶磁気異方性または形状磁気異方性を有する粒子が分散した非平衡組織を有する材料を形成する工程と、
前記非平衡組織を有する材料を磁場中で焼鈍して前記粒子を成長させ、結晶磁気異方性または形状磁気異方性に従って配向組織または異方的組織を形成する工程と
を含むことを特徴とする配向組織または異方的組織を有する材料の製造方法。
【請求項２】
前記非平衡組織を有する材料の特定部分を磁場中で加熱して前記粒子を成長させ、結晶磁気異方性または形状磁気異方性に従って前記特定部分に配向組織または異方的組織を形成することを特徴とする請求項１に記載の配向組織または異方的組織を有する材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁場を利用した配向組織または異方的組織を有する材料の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
配向組織形成を目的とした磁場凝固プロセスが、１９９０年代の超伝導マグネット技術の進展を背景に研究されつつあり、配向組織または異方性組織形成への利用が期待されている。磁場凝固プロセスは、液相からの冷却過程で磁場を印加することにより、液相中に分散した固相が結晶磁気異方性または形状磁気異方性により回転・移動して、配向組織・異方的組織を形成するものである。しかし磁場凝固プロセスは、結晶全体を溶融させて液相からの冷却中に磁場を印加するため、その適用範囲が限られていた。すなわち、ほとんどの強磁性体は、特に立方晶系について、融点付近では常磁性であって異方性が消失しているため、結晶配向が起こらなかった。また結晶中に部分的に配向組織・異方性組織を形成することは不可能であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、適用範囲が拡大された、磁場を利用した配向組織または異方的組織を有する材料の製造方法を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の一実施形態に係る配向組織または異方的組織を有する材料の製造方法は、マトリックス中に、ＢｉＭｎ化合物、ＴｂＦｅ2化合物、ＤｙＦｅ2化合物およびＣｏからなる群より選択される結晶磁気異方性または形状磁気異方性を有する粒子が分散した非平衡組織を有する材料を形成する工程と、前記非平衡組織を有する材料を磁場中で焼鈍して前記粒子を成長させ、結晶磁気異方性または形状磁気異方性に従って配向組織または異方的組織を形成する工程とを含むことを特徴とする。
【０００５】
本発明の他の実施形態においては、前記非平衡組織を有する材料の特定部分を磁場中で加熱して前記粒子を成長させ、結晶磁気異方性または形状磁気異方性に従って前記特定部分に配向組織または異方的組織を形成してもよい。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明は、特性が結晶方位依存性を有する磁性材料、超伝導材料、熱電材料などの機能性材料の製造、および機能性材料の集積化によるデバイスの製造に適用できる。本発明によって配向させる材料には、磁性材料に限らず、磁気的な異方性を有する超伝導材料、熱電材料も含まれる。
【０００７】
本発明においては、急冷凝固をはじめとする非平衡プロセスにより作製された、マトリックス中に結晶磁気異方性または形状磁気異方性を有する粒子が分散した熱力学的に不安定な非平衡組織（過飽和固溶体、準安定共晶組織、ミクロンからサブミクロン程度の微細組織など）を有する材料を磁場中で焼鈍することにより、磁気的な異方性に従った配向組織または異方的組織を有する材料を製造する。すなわち、急冷凝固により作製された過飽和固溶体、微細組織などを初期組織として、融点よりも低い温度で強磁性相を粗大化させることによって、配向組織、異方的組織を形成する。このため、融点付近では常磁性体であって磁気異方性が消失する強磁性体についても、融点を下回る強磁性の温度域で粗大化させて結晶配向できる。
【０００８】
また本発明においては、非平衡組織を有する材料の特定部分を、磁場中でレーザーなどの光学的な手法を用いて加熱して溶融、半溶融、または焼鈍することにより、配向組織または異方的組織を目的形状に配置することができる。この方法は、マイクロマシンなどの発展により価値が高まることが期待される磁気回路などの集積化技術に応用できる。
【０００９】
言い換えると、本発明は以下の２つの技術要素から構成される。
【００１０】
（ａ）非平衡組織を有する材料を磁場中で焼鈍して、材料が固相状態で平衡状態へ遷移する過程で磁場を印加する。こうすることにより、材料の結晶磁気異方性または形状磁気異方性により、結晶方位が配向した組織または結晶が異方的な形状をした組織を有する材料を製造できる。
【００１１】
（ｂ）非平衡組織を有する材料を磁場中で選択的に加熱して溶融、半溶融、または焼鈍過程を起こし、配向組織・異方的組織が形成される範囲を制御する。この方法によって、機能性材料を微細に配置した素子を製造することができる。
【００１２】
なお具体的には、磁場の大きさは０．１〜１０Ｔであり、好ましくは１〜１０Ｔである。また材料の焼鈍などの加熱温度、加熱時間等は、結晶配向などが十分に行われる最適な値を材料ごとに選べば良い。
【００１３】
【実施例】
（実施例１）
大きな結晶磁気異方性を有するＢｉＭｎ合金（Ｂｉ−２０ａｔ％Ｍｎ）の試料を用いて、配向組織を有する材料を製造した。まず試料を急冷凝固して非平衡組織を形成し、次に最大１０Ｔの強磁場下で２４０℃のアニールを行った。製造された材料の組織観察、画像解析、およびＶＳＭによる磁化測定により異方性を測定した。
【００１４】
ＢｉＭｎ合金を急冷凝固することにより、Ｍｎを過飽和に固溶したＢｉマトリックス中に数μｍ程度の微細なＢｉＭｎ化合物が分散した非平衡組織が形成された。磁場下において固相状態で焼鈍を行うと、過飽和に固溶したＭｎによるＢｉＭｎの成長およびＢｉＭｎ粒子の粗大化が生じ、２４時間後には数十μｍ程度の大きさになっていた。
【００１５】
製造された材料に１０Ｔの磁場を印加して磁化測定を行ったところ、アニール中の磁場方向と同じ方向について得られた磁化曲線と、それに垂直な方向について得られた磁化曲線との間に大きな違いが見られた。図１に測定結果を示す。この結果、ＢｉＭｎのｃ軸がアニール中の磁場方向に配向した組織が形成されたことが確認された。これは、磁場を印加することによって、ｃ軸と磁場方向とが一致した磁気的エネルギーの低いＢｉＭｎ粒子が優先的に成長して粗大化し、配向組織を有する材料が製造されたためである。配向したＢｉＭｎ合金は硬磁性材料として使用できる。
【００１６】
（実施例２）
ＴｂＦｅ2、ＤｙＦｅ2などの鉄系ラーベス相（立方晶）の試料を用いて、配向組織を有する材料を製造した。これらの結晶は、融点（ＴｂＦｅ2：１１８７℃、ＤｙＦｅ2：１２７０℃）付近では常磁性であり、結晶磁気異方性がない。実施例１と同様に、まず試料を急冷凝固して非平衡組織を形成し、次に最大１０Ｔの強磁場下で４００〜６００℃のアニールを行った。その結果、＜１１１＞軸と磁場方向とが一致した磁気的エネルギーの低いＴｂＦｅ2またはＤｙＦｅ2粒子が優先的に成長して、配向組織・異方性組織が形成された。この多結晶ＴｂＦｅ2、ＤｙＦｅ2鉄系ラーベス相は磁歪材料などに応用される。
【００１７】
（実施例３）
磁気異方性が小さい面心立方のＣｏ結晶を非平衡組織から磁場中で粗大化させて、異方性組織を有する材料を製造した。試料としては、常磁性のＣｕ中にＣｏを含有させた組成Ｃｕ−３０ａｔ％ＣｏのＣｕＣｏ合金を使用した。実施例１と同様に、まず試料を急冷凝固して非平衡組織を形成した後、最大１０Ｔの磁場下で９００℃のアニールを行った。その結果、Ｃｕ中でＣｏが粗大化し、Ｃｏ粒子が形状磁気異方性エネルギーの低い磁場方向に伸びた形状を有する組織が形成された。この異方性組織により、磁気的な異方性だけでなく、力学的、電気的な異方性も材料に付加できる。
【００１８】
（実施例４）
Ｂｉ−Ｍｎ系合金（Ｍｎが５０ａｔ％以下）を急冷凝固して非平衡組織を形成した後、最大１０Ｔの強磁場中でレーザーを照射して特定部分のみを加熱した。その結果、加熱部分のみに配向組織が形成されて強磁性体が作製されたことが確認された。Ｂｉ−Ｍｎ系を用いた場合には、永久磁石をミクロンオーダーで配置した構造を簡便に短時間で製造することができ、マイクロモーターの磁気回路製造などに応用できる。
【００１９】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明により、適用範囲が拡大された磁場を利用した配向組織または異方的組織を有する材料の製造方法が提供される。その結果、以下の効果がもたらされる。（１）非平衡組織を初期組織として焼鈍するため、磁場凝固プロセスよりも低いプロセス温度で配向組織を形成することができ、磁場を用いて配向組織を形成できる範囲が拡大される。（２）加熱個所の制御によって、選択的な配向組織形成が可能になり、機能材料の微細な配置が可能になる。そのため、従来よりも少ない工程で短時間に機能材料を微細配置できる。（３）初期組織である非平衡相の物性値と、溶融・焼鈍で形成された相の物性値とは異なるため、マトリックス材料中に物性値の異なる材料を配置することが熱処理のみで行える。これは、材料全体を溶融させる従来の磁場中凝固プロセスでは実現されない。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例で得られた磁化曲線の測定結果の一例を示す図。
【図１】
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