JPH01298703A - 希土類永久磁石 - 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） 本発明は各種電気・電子機器材料として有用な磁気特性
に優れた希土類永久磁石に関するものである。

（従来技術とその問題点） 従来良く知られ量産化されている希土類永久磁石には、
Ｓｍ−Ｃｏ　ｔａ石があり、スピーカー、モーター、計
測器などに多く使用されている。Ｓｍ−Ｇｏ　１３石は
高価なＳｍ、　Ｃｏ金属を使用しているのでコストの低
減を図り、磁気特性を向上させるためＳ重量を減少させ
、ＣｏをＦｅで置換する割合を高めることが開発の中心
課題である。

しかし従来のＳｍＣｏ、系の永久磁石はＣａＣｕ５構造
のＳｍＣｏ５化合物（以下この構造を１１５と呼ぶ）を
基礎としており、この場合には、Ｓｍｆｉを減少させる
ことはできず、Ｇｏの一部なＦｅで置換することもでき
ない。

また、Ｓｍ２ＣＯ＋を系の永久磁石はＴｈ２ｚｎ＋ｙ構
造のＳｍ２Ｃｏ、、化合物（以下２／１７と呼ぶ）を基
礎としており、゛この場合には、１１５磁石に比べると
Ｓｍｆｉが約８％程度減少しており、ＣＯの一部をＦｅ
による２０ａｔ％までの置換が可能であるがまだ十分と
は言えない（Ｔ、　Ｏｊｉｍａ　ｅｔ　ａｌ、　ＩＥＥ
Ｅ　Ｔｒａｎｓ　Ｍａｇ　Ｍａｇ−１３゜（＋９７７）
　１３＋７）。また２／１７Ｍ１石では２相分雌させる
ために、Ｃｕが必須元素として用いられるが、Ｃｕは非
磁性元素であるためできるだけ少なくすることが望まし
い。−数的に用いられる組成式Ｓｍ　（ＣｏＦｅＣｕＭ
）　ｚで言えば、Ｃｕ・０．０５程度が下限であり、そ
れ以上少なくすやとｉＨｃが急速に減少する（俵好夫は
か、日本応用磁気学会９　　（１９８５）　２０）。

Ｓ重量については、Ｚ値が７．５付近で作られることが
多く、焼結しない特殊な場合（粉末焼結法を使用せず、
インゴットを直接熱処理してプラスチック磁石にする場
合）には８．０〜８．２組成が使用される（Ｔ、　Ｓｈ
ｉｍｏｄａ、　４ｔｈ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　
Ｗｏｒｋｓｈｏｐｏｎ　Ｒｅ−Ｃｏ　Ｐｅｒｍａｎｅｎ
ｔ　Ｍａｇｎｅｔｓ　ｐ、３３５（１９７９））。

一般に２／１７磁石の２相分離は、ＳｍＣｏ５とＳｍ２
ＣＯ＋を化合物間で起きるため、原理的にＺ値が８．５
を越＾ることはできない。

Ｓｈｉｍｏｄａ論文には、ｚ（ｉ＝８．９４の例もある
が、ＳｍｚＣＯ＋ｙとＣｏとの共存組織となっており、
角型比が悪いので実用に供されていない。　Ｓｍ−Ｃｏ
磁石においてＳ重量、Ｃｕ量の低減とＦｅｆｉ増加の試
みは最近停滞しており、新しい指導原理、知見が求めら
れている現状である。

Ｓｍ系磁石でもＣｕを用いない核発生成長型磁石がＮａ
ｇｅｌにより報告されている（Ｈ，Ｎａｇｅｌ、３Ｍ　
Ｃｏｎｆｅｒ−ｅｎｃｅ　Ｐｒｏｃ、２９　（１９７６
）６０３）　、しかしこの磁石はｉＨｃの温度変化が大
きく実用に供されていない。

最近開発されたＮｄ−Ｆｅ−Ｂ　ｔｉｉ１石は、Ｓｍ−
Ｃｏ磁石より高特性であり、しかも資源的に豊富なＮｄ
、　Ｆｅを主原料にしているのでメリットが大きい。し
かしＮｄ磁石は大変錆びやすく、何らかのコーティング
が必要となり、量産に適した膜の選定やコストがネック
となっている。また、Ｏｒ、　ｉＨｃは温度上昇に伴い
急激に減少し、実用上大きな問題となっており、特に後
者のｉＨｃの急激な減少が使用温度範囲を大きく制限し
ている（　Ｄ、Ｌｉ、　Ｊ、　Ａｐｐｌ、　Ｐｈｙｓ　
５７（１９８５）　４１４０）。これは保磁力の機構が
核発生成長型のためであり、Ｎａｇｅ　１の３ｍｍ石と
同様にｉＨｃの温度係数の悪いのを改善することは原理
的に困難である。２相分離型の保磁力機構をもつ、Ｓｍ
−Ｃ。

磁石のｉＨｃの温度係数は核発生成長型のＮｄＭ１石よ
り小さく、高温度での使用に適している。

（発明の構成） 本発明者らは、従来の２７１７　Ｓｍ系２相分離型磁石
を高特性化する上でネックになっていたＣｏのＦｅによ
る置換が頭打ちになっている点について研究した結果、
２相分離型の保磁力機構を有しかつ上記の欠点を克服で
きる磁石を得ることに成功し、本発明に至った。

本発明の要旨とするところは、式Ｒ（Ｆｅ、　−Ｘ−ｙ
ｃ。

Ｊ、）、（式中ＲはＹを含む希土類元素の１種または２
種以上、ＭはＳ　ｉ、　Ｔｉ、Ｍｏ、　Ｂ、Ｗ、　Ｖ、
Ｃｒ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｎｂ、Ｎｉ、　Ｓｎ、Ｔａ、　Ｚｒ
、Ｈｆの１ｆｌまたは２種以上で、　Ｘは０≦　Ｘ≦０
．９、ｙは０．Ｏ１≦ｙ≦０．３．２は６．０＜　ｚ＜
８．５である。）で示され、母相粒内が微細に２相分離
してなる希土類永久磁石にある。

その特徴とするところは、１１５と２／１７構造の母相
粒内が微細に２相に分離し、さらにＭ元素の添加により
、高温領域でより安定な１／７構造（ＴｂＣｕ７構造を
以下１／７構造と呼ぶ）をとることにあり、本発明の希
土類永久磁石を完成させた。

ここで１１５　２／１７各化合物の結晶構造と夫々の関
係について説明する。第１図及び第２図に夫々の結晶構
造を示す。１番基礎になるのは１１５で２／１７は１１
５より誘導される結晶構造である。ここでＲ２Ｍ１７・
３ＲＭ６−Ｒ＋２Ｍと表わされＲをペアーのＭで規則正
しく置き換えることにより２／１７が得られる。　ｌ／
７は２／１７と異なりベアーのＭはＨのサイトを無秩序
に置換した構造である。ＳｍＣ０ｙ、Ｓｍ　（ＣｏＣｕ
）　。

、Ｓｍ　（ＣｏＦｅＣｕ）　？、　５、Ｓｍ　（ＣｏＦ
ｅＣｕＺｒ）　７．５などで１７７構造が見出されてお
り、これが従来のＳｍ系２相分離型磁石のペースとなっ
ていたものである。なぜなら１／７構造は室温では安定
でないため１／７構造を有する合金を適度な温度と時間
で熱処理する事により１１５と２／１７に微細に分離し
磁石としての保磁力が得られる。

１／７構造は１１５と２／１７の間、つまり　Ｚ値で言
えば５．０から８．５の間で見出されていた。しかし、
１／７が存在する領域は甚だ狭く、Ｃｕと一緒にＺｒ、
Ｔｉ、　Ｈｆ、　Ｖ、　Ｎｂなどを添加するとＦｅ量の
多い領域に１／７相を広げるのに有効であるとされてき
た。但しＣｕが存在せずにｌ／７の単相が得られた事は
なかった。この様な組合せでは既に述べたようにＦｅは
Ｃｏｔ］の２０〜２５％程度が置換の限界であった。

前記ＲとしてはＬａ、　Ｃｅ、　Ｐｒ、　Ｎｄ、　Ｓｍ
、　Ｅｕ、　Ｇｄ、　Ｔｂ、　Ｄｙ、Ｈａ、　Ｅｒ、　
Ｔｍ、　Ｙｂ、　Ｌｕの希土類元素およびＹがあげられ
、これらの１種または２種以上の混合物が使用される。

磁石として好ましいのは軽希土類元素であり、この理由
は重希土類元素を使用した場合には飽和磁化が低下する
ためである。軽希土類元素の中でも１番好ましいのはＳ
ｍでＳｍと他の軽希土類元素の組合せも良好な特性が得
られる。Ｒが前記した元素範囲としたのはこれら以外の
ときは高温領域で１／７構造が安定化しないからである
。

ＭとしてはＳｉ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｂ、Ｗ、■、Ｃｒ、Ｍｎ
、Ａｌ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｈｆがあげら
れ、これらの１種又は２種以上が用いられる。Ｍも前記
した元素範囲としたのは、これら以外のときは１７７構
造が安定化しないからである。またｙが０．３を超える
と飽和磁化が低下し、０，０１未満では安定しないから
である。従来２／１７３ｍ　１ｉｉ１石ではＣｕが２相
分離を起こさせるために必須の元素であったが、本発明
の２相分離型磁石では必要としない。ＣｏはＦｅと全量
置換可能であり、Ｆｅ量の多いとき１／７構造が安定化
できなかったＣｕ入り２／１７系２相分離型磁石と異な
る。飽和磁化はＦｅ：　Ｃｏ＝Ｉ：１近傍で最も高くな
るが、温度特性はＣｏ量が多いほど良くなり、磁気特性
、温度特性とコストとの兼ね合いで特許請求範囲内の任
意の量比な選べる。従来のＣｕ入り２相分離型磁石と異
なりＣｏ／Ｆｅの比に関係なく１７７相が存在できるの
は次の様な理由であると考えられる。Ｒ−Ｆｅの２元系
でＲＦｅａの比を持つ金属間化合物は存在しない。しか
しこれに第３元素Ｍを導入した時Ｒ（ＦｅＭ）、の形で
１１５構造が安定化される。これは既に本発明者らがＴ
ｈＭｎ＋ｚ構造を持つＲ（ＦｅＭ）　Ｉ　２で見出して
いたのと同様な理由で安定化されるものと思われる（特
願昭６２−２２４７６４　、特願昭６２−２３３４８１
）。

従来用いられていたＣｕではＲ（ＦｅＭ）　ｓは安定化
されない。そのため１／７の安定化領域がＦｅの多い領
域では存在できなかったものと思われる。

高温での安定相１／７は１．０００℃以下の熱処理によ
り粒度が微細に２相分離するが、本発明者らは走査型電
子顕微鏡で観察を行なったところ、１μｍオーダーの組
織は見出せなかった。熱磁気曲線、粉末Ｘ線回折、初磁
化曲線の測定結果より１１５と２／１７に２相分離して
いるのが確認された。

本発明に関わる希土類永久磁石は、前記の組成よりなる
組成物を粉末冶金法により、溶解、鋳造、粉砕、磁場中
成形、焼結、熱処理をすることにより得ることができる
。粉末冶金法の全ての工程が重要であることは勿論であ
るが、特に焼結、熱処理工程は組成に応じて最適化する
ことが必要である。酸素やカーボンのような工程中から
不可避に入ってくる不純物については少ない方が好まし
く、酸素０．３％以下、Ｃ，０，１％以下であれば磁気
特性の低下も少ない。本発明に関わる希土類磁石は異方
性焼結磁石として用いる方が好ましいが、磁場中で配向
せず等方性磁石として用いることも可能である。

（発明の効果） 本発明による希土類永久磁石は２／１７と１１５の２相
分離構造を有する磁石で、しかもＣＯとＦｅは全量置換
するため任意の比率を選ぶことができる。磁気特性も従
来の２相分離磁石と同等以上の高い磁気特性が得られる
。保磁力の温度変化はＮｄ磁石と比べると大幅に小さく
、１００℃以上の高温度での使用も全く問題がないため
広い応用分野での利用が見込まれる。またＮｄ磁石では
磁石表面が錆びるためコーティングやメツキをしない限
り使用に耐えなかったが、本発明の磁石はＣｕ入り２相
分離２／１７　Ｓｍ磁石と同様錆にくいためコーティン
グは普通必要としない。もちろん各種のコーティング（
樹脂塗装、ＰＶＤなと）を施すことにより耐食性を増す
ことができる。また焼結体または溶体化熱処理をしたイ
ンゴットを粉砕してプラスチックマグネットとすること
もできる。このように従来磁石の欠点を克服した磁石を
作成することが可能になった。

次に、実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。

実施例１ 各々純度９９．９％のＳｍ、！１（、Ｆｅ、Ｃｏを第１
表に示す割合で秤量し高周波炉で溶解し、銅鋳型に溶湯
を傾注してインゴットを作成した。これらをＮ２ガス中
でジェットミルにより平均粒径２〜５μｍの太きさに微
粉砕して、得られた微粉を１５ｋＯｅの磁場中で配向後
油圧プレスにて１．５ｔ／ｃｍ２の圧力でプレス成形し
た。この成形体をＡ「ガス中で１．０００℃〜１．２５
０℃で２時間焼結した後、４００℃〜１．０００℃で更
に１０時間熱処理し冷却した。この様にして作成した異
方性焼結体の磁気特性を第１表に組成と共に示す。第３
図にはＮ０１１組成の焼結後（熱処理前）での粉末Ｘ線
回折図を示すが、１１５と非常に似通ったパターンを示
すことが分かり、格子定数のｃ／ａの値から１／７構造
であることが分かる。また第４図にＮｏ、　　２組成の
１）ＩｃとＮｄ＋ａＦｅｙＪａ組成のＮｄ磁石（比較例
）を通常の粉末冶金法にて作成し、１）Ｉｃの温度変化
を測定した結果を示す。実施例試料のｉＨＣの温度変化
はＮｄ磁石に比べて小さく高温まで使用できることがわ
かる。

実施例２ 各々純度９９．９％のＲ，Ｍ、Ｆｅ、Ｃｏを第２表に示
す割合で秤量し実施例１と同様な工程で焼結試料を作成
し、その磁気特性を測定した結果を同じく第２表に示す
。

第１表　　組成＋　Ｓｍ（Ｆｅ＋−ｘ−ｙｃｏＪｙ）　
ｚ（本　：ｋＯｅ） 第２表　組成：　（Ｓｍ＋−Ｊり（Ｆｅ＋−ｙＭｙ）ｚ
第２表　（続き）

【図面の簡単な説明】

第１図〜第２図に１１５　２／１７各化合物の結晶構造
、第３図に実施例１のＮｏ、　１組成の焼結後の粉末Ｘ
線回折図、第４図に実施例１のＮ０８２組成と比較例の
ｉＨｃ温度変化を示す。 特許出願人　信越化学工業株式今生。 、、−，・ 代理人・弁理士　山　本　亮　ミ４ホ１１と１７も１ご
）１ 一ン；マー 大方晶　（ＲＣｏｓ） ＲＣＯ＆化合物の結晶構造 第１図 ・Ｒ 菱面体晶　（Ｒ１ＣＱ＋？） ＲｘＣｎ＋ｙ化合物の結晶ＦＲ造 第２Ｌ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．式Ｒ（Ｆｅ＿１＿−＿ｘ＿−＿ｙＣｏ＿ｘＭ＿ｙ）
   ＿ｚ（式中ＲはＹを含む希土類元素の１種または２種以
   上、ＭはＳｉ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｂ、Ｗ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、
   Ａｌ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｈｆの１種また
   は２種以上で、ｘは０≦ｘ≦０．９、ｙは０．０１≦ｙ
   ≦０．３、Ｚは６．０＜Ｚ＜８．５である。）で示され
   、母相粒内が微細に２相分離してなる希土類永久磁石。