JPH01246342A - 超磁歪材料とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は超磁歪材料とそれを製造する方法に関し、飽和
磁歪の絶対値が大きくかつ機械的強度も優れている新規
な超磁歪材料とその製造方法に関する。

（従来の技術） 磁化変化を形状変化に転換できる（その逆も可能な）磁
歪材料は、その特性を生かして古くから例えば超音波発
振器用の材料として用いられている。そして最近、希土
類元素と遷移金属とからなる材料において巨大な磁歪を
示すことが発見されて以来、各種技術分野における軽薄
短小化動向の進む中で、各種機器の微調整制御を行なう
際の材料として新たに脚光を浴びつつある。

ところで、従来から超磁歪材料を製造する方法には、大
別して次のような切断法と粉末法が知られている。

前者の方法においては、まず所定組成の磁性合金を溶融
したのちその融液を冷却して該合金の単結晶または結晶
粒の結晶軸方向が一方向に配向して凝固しているインゴ
ットを調製する。このインゴットは極めて脆い材料であ
り、熱間加工することもできないので、このインゴット
には切断、研摩加工が施されて所定形状の材料が切出さ
れるのである。　また、この方法の変形として、前記し
た磁性合金の融液を例えば石英管を用いて吸上げそのま
ま石英管内で凝固せしめるという方法も行なわれている
。

次に後者の方法においては、前記したインゴットを所定
粒径の微粉に粉砕し、得られた微粉を金型内に充填して
予備成形し、ついでこの成形体を所定の条件下で焼結し
たのちこの焼結体を所定形状に加工することが行なわれ
ている。

（発明が解決しようとする課Ｂ） しかしながら、前者の方法の場合、合金融液を凝固する
ときに、成長してくる結晶粒の結晶軸方向を一方向に配
向せしめることが必要となるため、その凝固速度は小さ
く設定することが必要になる。

すなわち、この方法の場合はインゴット調製時の生産性
が低くなり工業的メリットは少ない。

また、インゴットの切断、研摩加工時には、不可避的に
多量の切断、研摩ロスが発生してしまう。

しかも特性が均一な材料を切出すためには高度な熟練を
必要にするという問題もある。

更に、石英管等で合金融液を吸上げる方法の場合は、大
物形状の材料や複雑形状の材料を製造することができな
いという制約がある。

後者の粉末法の場合、合金内には一最に希土類元素が含
有されているので、微粉の取扱い過程で雰囲気中に酸素
が混入すると、希土類元素の酸化が急速に進んで微粉が
発火したり、更には爆発するという事態を招くことがあ
る。それゆえ、その防止のためには防爆設備等信の付帯
設備が不可欠となる。

また、この方法で得られた焼結体は、その密度が理論密
度に対し９５％程度であって、その内部には空隙が残存
している。それゆえ、その機械的強度も小さく脆性であ
り使用中の破損事故を招くことが多い、また、空隙を有
するため、耐酸化性も低く、時として発錆することがあ
る。

ところで、最近、飽和磁歪の絶対値の大きい磁歪材料の
開発が進められているが、その材料の１つとして組成が
次式、ＲＩＴＩ、＋　（式中、Ｒ゛はＳＩＩ、Ｔｂ５Ｄ
Ｖ等のランタニド元素、Ｔ゛はＦｅ、、Ｇｏ、　Ｎｉの
遷移金属、Ｘｏは原子モル数で通常２付近の数値である
）で示される金属間化合物が注目されている。

この化合物のうち、ＳｍＦｅｚはその飽和磁歪の絶対値
（１λ、１）が１０００　Ｘ　１０−　”　（測定条件
：測定温度は室温、印加磁界はｌ０ＫＯ，）と大きく、
超磁歪材料としての価値が高い。

この材料はたしかに１λ、１は大きいが、しかし、その
結晶粒の大きさはその粒径が通常数１００μｍ程度と大
きいので、このＳｍＦｅｔから製造された磁歪材料にお
いては、粒界蓄積歪みが太き（、破壊応力は小さく、そ
の機械的強度が小さいという問題がある。

これは、インゴットの調製時に一方向性凝固処理が施さ
れるため、上記したように、その結晶粒径が粗大になる
ためであるといえる。

本発明は、上記したような従来の材料に関する問題を解
決し、結晶粒が微細であり、それゆえ機械的強度が優れ
ている新規な＆ｌｌｌ磯構造を有する超磁歪材料とその
製造方法の提供を目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明者らは上記課題を解決するために鋭意研究を重ね
た結果、原料として、後述する組成でしかも結晶粒径の
小さい合金粉末を用い、これを後述する方法で熱間プレ
スまたは熱間静水圧プレスした材料は、ＩＪ、ｌが高く
、しかも機械的強度が優れているとの事実を見出し、本
発明の趙磁歪材料とその製造方法を開発するに到った。

すなわち、本発明の超磁歪材料は、次式：　ＲＴｘ（た
だし、式中、ＲはＬａ、　Ｃｅ、　Ｐｒ、　Ｎｄ、　Ｓ
ｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、　Ｔｂ５Ｄｙ、　Ｈｏ、、Ｅｒ、　Ｔ
ｍ、　Ｙｂ、　Ｌｕの群から選ばれる少なくとも１種の
ランタニド元素を表わし、ＴはＦｅ、　Ｃｏ、　Ｎｉの
群から選ばれる少なくとも１種の遷移金属を表わし、Ｘ
は原子モル数で１．０≦ｘ≦９．０の関係を満足する数
を表わす）で示される組成から成り、かつ、結晶粒径が
１５μｍ以下であることを特徴とし、その製造方法は、
前記組成の合金に冷却速度が１（１’〜１０”Ｃ／ｓｅ
ｃである溶湯急冷法を適用して前記合金の薄帯若しくは
フレークを調製することを特徴とする。そして好ましく
は、前記薄帯若しくはフレークを粉砕したのち得られた
粉末に熱間プレス処理または熱間静水圧プレス処理を施
してブロック化し、更には前記薄帯若しくはフレークを
用いて熱間塑性変形加工を施すのである。

まず本発明の超磁歪材料は上記ＲＴｘで示される金属間
化合物から構成されているが、その場合、遷移金属：Ｔ
の原子モル数（ｘ）が１．０未満の場合、および９．０
より大きい場合は磁歪が極端に小さくなって目的が達成
されない、Ｘの好ましい範囲は１．５〜２．５である。

とくに好ましい組成としては、例えば、ＳヨＦ、８．。

をあげることができる。

更にこの材料において、上記金属間化合物の結晶粒径は
１５μｍ以下の範囲内に設定される。ここでいう結晶粒
径とは、ＪＩＳ　　Ｇ−０５５２で規定する方法で測定
した値をいう、１５μｍより大きい場合は得られた材料
の機械的強度が低下し、用途に応じた所定形状への加工
時にワレ、カケ等が発生して不都合だからである。

本発明の超磁歪材料は次のようにして製造することがで
きる。

すなわち、上記した組成の合金に溶湯急冷法を適用して
該合金の薄帯若しくはフレークを調製する。

この場合の溶湯急冷法において、合金融液の冷却速度は
１０３〜１０　”Ｃ／ｓｅｃの範囲内に設定される。冷
却速度が１０３℃／ｓｅｃより小さい場合は、得られた
薄帯若しくはフレークにおける合金の結晶粒は粗大化し
て、その結晶粒径が１５μｍより大きくなってしまい、
また１０’″Ｃ／ｓｅｃより大きい冷却速度の場合は、
得られた薄帯若しくはフレークは一部非晶質となるので
焼なましを行なうことが必要となるからである。なお、
この工程は、Ａ１のような不活性ガス雰囲気中または真
空中で行なわれる。

更に上記工程に続けて、上記のようにして得られた薄帯
若しくはフレークを粉砕して所定粒径の粉末にしてもよ
い、この場合の粉砕処理は、不活性雰囲気中または真空
中において、粉砕機等からの外部汚染を防止しつつ、得
られる粉末の平均粒径が約２００μｍとなるように行な
われる。なお、この粉砕処理に先立ち、薄帯若しくはフ
レークをそれらの結晶化温度末端の所定の温度で焼鈍し
て薄帯若しくはフレークの調製時に蓄積された歪みを除
去してもよい。

また、上記の粉砕処理で得られた粉末に熱間プレス（Ｈ
Ｐ）処理若しくは熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）処理を施
してブロック化してもよい。

このとき、粉末にＨＰ処理を施す場合は、この粉末に予
め次のような予備成形を施すことが好ましい、すなわち
、真空または不活性雰囲気中において、上記した粉末に
ステアリン酸亜鉛のようなバインダを適量（例えば０．
５重量％程度）添加して成る混合粉を所定形状の型内に
充填し、常温下、２〜１０　ｔｏｎ／ｃｄのプレス圧で
成形するのである。

ＨＰ処理時の条件は、得られるブロック状の超磁歪材料
が目的とする組成、密度、機械的強度等の関係から適宜
選定されるが、通常プレス時の温度は５００〜９００℃
、好ましくは６００〜７００°Ｃ、プレス圧は０．５〜
５　ｔｏｎ／ｃ＋ｉ、好ましくは約２ｔｏｎ／ｄに設定
される。

つぎにＨＩＰ処理を施す場合は、上記した粉末を炭素鋼
、オーステナイト系ステンレス！ｌ（例えばＳＵＳ　　
３０４）のような缶体容器に充填したのち全体を密封し
、この缶体容器に圧力媒体中で静水圧を印加して高密度
化すればよい、このときに適用される温度は５００〜９
００°Ｃ５圧力は約２０００気圧であることが好ましい
。

なお、上記したＨＰ処理、ＨＩＰ処理によって、結晶軸
方向が適正に配向しておりまた機械的強度も大きいブロ
ック状の超磁歪材料が得られるが、−層配向度を高めて
その１λ、１を大たらしめるためには、更に後述の熱間
塑性変形加工を施すことが好ましい。

すなわち、ＨＰ処理、ＨＩＰ処理によって得られたブロ
ック素材に熱間押出成形、熱間静水圧加工を施したり、
または熱間アップセット加工を施せばよい、また溶湯急
冷法で製造した粉末を直接熱間塑性変形を生じしめるよ
うな加工（例えば熱間押出し成形、熱間静水圧加工、熱
間アップセット加工）などを施してもよい、このときの
適用温度は通常５００〜９００°Ｃであり、適用圧は約
１０ｔｏｎ／ｃｊ、また加工率は５０％以上であること
が好ましい、（発明の実施例） 実施例１〜３ 表示した組成の合金を高周波誘導炉で溶融し、得られた
融液を高速回転する銅ロール上に噴射してフレークを調
製した。融液の冷却速度を表に示した。

得られたフレークをＡ、雰囲気中で粉砕し、平均粒径１
５０μｍの粉末とした。

ついでこの粉末に０．５重量％量のステアリン酸亜鉛を
混合して直径３０閣の型内に充填し、８　ｔｏｎ／ｄの
圧で予備成形して直径３０ｍ高さ１０ｍｍのペレットに
した。

このペレットを直径３２■の金型内に静置し、真空中、
温度８５０°Ｃ１圧２　ｔｏｎ／ｃｄの条件でＨＰ処理
に付し、直径３２園厚み１ｗｍのペレットを得た。

得られたペレットにつき下記仕様で各種特性を測定した
。

結晶粒径（μｍ）：各試片の切出し面を鏡面研磨したの
ち、その面を顕微鏡（倍率４００）で観察した。

飽和磁歪（１λ司）：ペレットを水冷エメリーダイアモ
ンドカッター等の刃を用いて切断加工をして、縦５Ｍ横
５閣長さ３０ｍの飽和磁歪測定用の試片を切出し、室温
、外部磁界１０ＫＯｅの条件下において１λ、１を測定
した。

機械的強度二上記した試片につき曲げ強度を測定した。

あわせて、上記試片の切出し時における切出し面のカケ
の有無を観察し定性的にも強度を判定した。

密度（％）：上記試片につきＸ線でその真密度を算出し
、各試片の理論密度に対する百分率で示した。

以上の結果を一括して表に示した。

実施例４．５ 表示組成の合金に溶湯急、冷法を適用してフレークを調
製し、このフレークを実施例１〜３と同様にして粉砕し
、平均粒径１５０μｍの粉末を得た。

なお、溶湯急冷法の適用時における冷却速度は表示のと
おりである。

ついで粉末を直径５０ｍ深さ３０ｍの炭素鋼製缶体に充
填し、缶体に蓋をし密封した。ついで、この缶体を圧力
媒体がＡ１であるＨＩＰ装置にセットし、温度７００°
Ｃ１圧力２　ｔｏｎ／ｃ−でプレスした。

得られたブロックにつき、実施例１〜３の場合と同様に
して、結晶粒径、飽和磁歪、機械的強度、密度を測定し
その結果を表に示した。

実施例６．７ 実施例１のペレットに温度７００″Ｃ１押出し比７．０
（Ｓ、／Ｓ、ただし、Ｓｏ：初期試験片の断面積、Ｓ：
加工後試験片の断面積）の条件で加工を施した。得られ
た材料を実施例５とした。

合金組成がＴｂ＊、　Ｊｙｓ、　Ｊｅ＋、　ｓｃＯ＊、
　＋Ｎｉｅ、　＋であったことを除いては実施例３と同
様の方法でペレットを製造し、ついでこのペレットに温
度６７０°ｃ１圧力１．５　ｔｏｎ／ｃｊの条件で熱間
アップセット加工を施した。得られた試料を実施例６と
した。

これらの試料についても実施例１〜３と同様の方法で各
特性を判定し、その結果を表に示した。

比較例１ 組成：　ＳｍＦｅｚの合金を調製し、冷却速度的２００
″Ｃ／ｈｒで徐冷してインゴットを調製した。このイン
ゴットから実施例１〜３と同一形状の試片を切出し、同
様の方法で各特性を測定した。その結果を表に示した。

比較例２ 比較例１の合金融液を直径５．０　ｍの石英管で吸上げ
たのち冷却し、直径５．０１長さ２．０　ｍの棒体を製
造した。この特性を表に示した。

比較例３ 冷却用銅板の上に黒鉛るつぼを置き、この中に比較例１
の合金融液を注入し、るつぼ外周に配設した上下方向に
可動な高周波誘導加熱コイルを下から上に移動せしめて
、冷却速度が１００°Ｃ／ｈｒとし、一方向冷却の棒体
を製造した。この特性を表に示した。

（以下余白） （発明の効果） 以上の説明で明らかなように、本発明の超磁歪材料は、
その構成が、次式：ＲＴｘ（ただし、式中、ＲはＬａ、
　Ｃｅ、　Ｐｒ、　Ｎｄ５ＳＩＩＳＥｕ、、Ｇｄ、　Ｔ
ｂ、　Ｄｙ、　Ｉｌｏ。

Ｅｒ、　Ｔｍ、　Ｙｂ、　Ｌｕの群から選ばれる少なく
とも１種のランタニド元素を表わし、ＴはＦｅ５ＣｏＳ
Ｎｉの群から選ば　れる少なくとも１種の遷移金属を表
し、Ｘは原子モル数で１．０≦ｘ≦９．０の関係を満足
する数を表わす）で示される組成から成り、かつ、結晶
粒径が１５ｐｍ以下であることを特徴とし、また、その
製造方法は、前記した組成の合金に冷却速度が１０３〜
１０’°（：／ｓｅｃである溶湯急冷却法を適用して前
記合金の薄帯若しくはフレークを調製することを特徴と
し、更には、前記薄帯若しくはフレークを粉砕したのち
得られた粉末に熱間プレス処理または、熱間静水圧プレ
ス処理を施してブロック化することを特徴としたので、
この材料は、その飽和磁歪の絶対値が従来材料に比べて
非常に大きくなり、同時に高密度であるためその機械的
強度が大きく種々の形状に加工することができるように
なる。　とくに、熱間塑性変形加工を施したものは、結
晶配向度が高くかつ飽和磁歪の絶対値が高く超磁歪材料
として望ましいものである。

不発明の超磁歪材料は、例えば、コンピュータの端末ハ
ンマプリンタ用、カメラのオートフォーカスの微調整用
、ＶＴＲ，ＣＤのトラッキングの位置制御用、ロボット
の機能部材、更にはイオントンネル顕微鏡の焦点微調整
用など磁気変化と形状（寸法）変化の微調整を必要とす
る分野に使用することができその工業的価値は極めて大
である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）次式：ＲＴ＿ｘ（ただし、式中、ＲはＬａ、Ｃｅ
   、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、
   Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕの群から選ばれる少なくとも１
   種のランタニド元素を表わし、ＴはＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉの
   群から選ばれる少なくとも１種の遷移金属を表わし、ｘ
   は原子モル数で１．０≦ｘ≦９．０の関係を満足する数
   を表わす）で示される組成から成り、かつ、結晶粒径が
   １５μｍ以下であることを特徴とする超磁歪材料。
2. （２）次式：ＲＴ＿ｘ（ただし、式中、ＲはＬａ、Ｃｅ
   、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、
   Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕの群から選ばれる少なくとも１
   種のランタニド元素を表わし、ＴはＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉの
   群から選ばれる少なくとも１種の遷移金属を表わし、ｘ
   は原子モル数で１．０≦ｘ≦９．０の関係を満足する数
   を表わす）で示される組成の合金に冷却速度が１０＾３
   〜１０＾５℃／ｓｅｃである溶湯急冷法を適用して前記
   合金の薄帯若しくはフレークを調製することを特徴とす
   る超磁歪材料の製造方法。
3. （３）前記薄帯若しくはフレークを粉砕したのち得られ
   た粉末に熱間プレス処理または熱間静水圧プレス処理を
   施してブロック化する請求項２記載の超磁歪材料の製造
   方法。
4. （４）前記薄帯若しくはフレークを用いて、熱間塑性変
   形加工を施す請求項２または３記載の超磁歪材料の製造
   方法。