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公開番号2025072484
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-09
出願番号2025016707,2021189389
出願日2025-02-04,2021-11-22
発明の名称磁石材料及び永久磁石
出願人株式会社東芝,国立大学法人東北大学
代理人弁理士法人サクラ国際特許事務所
主分類H01F 1/057 20060101AFI20250430BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】磁石材料の固有保磁力と残留磁化とを高める。
【解決手段】磁石材料は、組成式1:R_xNb_yB_zM_100-x-y-z(Rは希土類元素からなる群より選ばれる少なくともの一つの元素であり、MはFe及びCoからなる群より選ばれる少なくとも一つの元素であり、xは4≦x≦10原子%を満足する数であり、yは0.1≦y≦8原子%を満足する数であり、zは0.1≦z≦12原子%を満足する数である)により表され、窒素、炭素、水素、及びリンからなる群より選ばれる少なくとも一つの元素をさらに含み、TbCu₇型結晶相を有する主相と、粒界相と、を具備する。TbCu₇型結晶相における平均Nb濃度をn_Nb1と表し、粒界相における最大Nb濃度をn_Nb2と表すとき、n_Nb2/n_Nb1>5の関係を満たす。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
組成式１：Ｒ
ｘ
Ｎｂ
ｙ
Ｂ
ｚ
Ｍ
１００－ｘ－ｙ－ｚ
（Ｒは希土類元素からなる群より選ばれる少なくともの一つの元素であり、ＭはＦｅ及びＣｏからなる群より選ばれる少なくとも一つの元素であり、ｘは４≦ｘ≦１０原子％を満足する数であり、ｙは０．１≦ｙ≦８原子％を満足する数であり、ｚは０．１≦ｚ≦１２原子％を満足する数である）
により表され、
窒素、炭素、水素、及びリンからなる群より選ばれる少なくとも一つの元素をさらに含み、
ＴｂＣｕ
７
型結晶相を有する主相と、
粒界相と、を具備し、
前記ＴｂＣｕ
７
型結晶相における平均Ｎｂ濃度をｎ
Ｎｂ１
と表し、前記粒界相における最大Ｎｂ濃度をｎ
Ｎｂ２
と表すとき、ｎ
Ｎｂ２
／ｎ
Ｎｂ１
＞５の関係を満たす、磁石材料。
続きを表示（約 2,100 文字）【請求項２】
組成式１：Ｒ
ｘ
Ｎｂ
ｙ
Ｂ
ｚ
Ｍ
１００－ｘ－ｙ－ｚ
（Ｒは希土類元素からなる群より選ばれる少なくともの一つの元素であり、ＭはＦｅ及びＣｏからなる群より選ばれる少なくとも一つの元素であり、ｘは４≦ｘ≦１０原子％を満足する数であり、ｙは０．１≦ｙ≦８原子％を満足する数であり、ｚは０．１≦ｚ≦１２原子％を満足する数である）
により表され、
窒素、炭素、水素、及びリンからなる群より選ばれる少なくとも一つの元素をさらに含み、
ＴｂＣｕ
７
型結晶相を有する主相と、
粒界相と、を具備し、
前記ＴｂＣｕ
７
型結晶相における平均Ｂ濃度をｎ
Ｂ１
と表し、前記粒界相における最大Ｂ濃度をｎ
Ｂ２
と表すとき、ｎ
Ｂ２
／ｎ
Ｂ１
＞５の関係を満たす、磁石材料。
【請求項３】
組成式１：Ｒ
ｘ
Ｎｂ
ｙ
Ｂ
ｚ
Ｍ
１００－ｘ－ｙ－ｚ
（Ｒは希土類元素からなる群より選ばれる少なくともの一つの元素であり、ＭはＦｅ及びＣｏからなる群より選ばれる少なくとも一つの元素であり、ｘは４≦ｘ≦１０原子％を満足する数であり、ｙは０．１≦ｙ≦８原子％を満足する数であり、ｚは０．１≦ｚ≦１２原子％を満足する数である）
により表され、
窒素、炭素、水素、及びリンからなる群より選ばれる少なくとも一つの元素をさらに含み、
ＴｂＣｕ
７
型結晶相を有する主相と、
粒界相と、を具備し、
前記ＴｂＣｕ
７
型結晶相における平均Ｒ元素濃度をｎ
Ｒ１
と表し、前記粒界相における最小Ｒ元素濃度をｎ
Ｒ２
と表すとき、ｎ
Ｒ２
／ｎ
Ｒ１
＜０．５の関係を満たす、磁石材料。
【請求項４】
前記ＴｂＣｕ
７
型結晶相における平均Ｂ濃度をｎ
Ｂ１
と表し、前記粒界相における最大Ｂ濃度をｎ
Ｂ２
と表すとき、ｎ
Ｂ２
／ｎ
Ｂ１
＞５の関係を満たす、請求項３に記載の磁石材料。
【請求項５】
前記ＴｂＣｕ
７
型結晶相における平均Ｎｂ濃度をｎ
Ｎｂ１
と表し、前記粒界相における最大Ｎｂ濃度をｎ
Ｎｂ２
と表すとき、ｎ
Ｎｂ２
／ｎ
Ｎｂ１
＞５の関係を満たす、請求項２ないし請求項４のいずれか一項に記載の磁石材料。
【請求項６】
組成式１：Ｒ
ｘ
Ｎｂ
ｙ
Ｂ
ｚ
Ｍ
１００－ｘ－ｙ－ｚ
（Ｒは希土類元素からなる群より選ばれる少なくともの一つの元素であり、ＭはＦｅ及びＣｏからなる群より選ばれる少なくとも一つの元素であり、ｘは４≦ｘ≦１０原子％を満足する数であり、ｙは０．１≦ｙ≦８原子％を満足する数であり、ｚは０．１≦ｚ≦１２原子％を満足する数である）
により表され、
窒素、炭素、水素、及びリンからなる群より選ばれる少なくとも一つの元素をさらに含み、
ＴｂＣｕ
７
型結晶相を有する主相と、
粒界相と、を具備し、
前記粒界相においてＮｂ濃度が最大となる領域は、
組成式２：Ｒ
ｘ１
Ｎｂ
ｙ１
Ｂ
ｚ１
Ｍ
１００－ｘ１－ｙ１－ｚ１
（Ｒは希土類元素からなる群より選ばれる少なくともの一つの元素であり、ＭはＦｅ及びＣｏからなる群より選ばれる少なくとも一つの元素であり、ｘ１はｘ１≦６原子％を満足する数であり、ｙ１はｙ１≧２０原子％を満足する数であり、ｚ１はｚ１≧２０原子％を満足する数である）
により表される、磁石材料。
【請求項７】
Ｒ元素の５０原子％以上がＳｍである、請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の磁石材料。
【請求項８】
Ｎｂの５０原子％以下がＺｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｍｏ、及びＷからなる群より選ばれる少なくとも一つの元素で置換されている、請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の磁石材料。
【請求項９】
Ｍ元素の５０原子％以上がＦｅである、請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載の磁石材料。
【請求項１０】
Ｍ元素の２０原子％以下がＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｓｉ、及びＧａからなる群より選ばれる少なくとも一つの元素で置換されている、請求項１ないし請求項９のいずれか一項に記載の磁石材料。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
実施形態は、磁石材料及び永久磁石に関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
永久磁石は、例えばモータ、発電機等の回転電機、スピーカ、計測機器等の電気機器、自動車、鉄道車両等の車両を含む広範な分野の製品に用いられている。近年、上記製品の小型化、高効率化、高出力化が要求されており、高磁化及び高保磁力を有する高性能な永久磁石が求められている。
【０００３】
高性能な永久磁石の例としては、例えばＳｍ－Ｃｏ系磁石やＮｄ－Ｆｅ－Ｂ系磁石等の希土類磁石が挙げられる。これらの磁石では、ＦｅやＣｏが飽和磁化の増大に寄与している。また、これらの磁石にはＮｄやＳｍ等の希土類元素が含まれており、結晶場中における希土類元素の４ｆ電子の挙動に由来して大きな磁気異方性をもたらす。これにより、大きな保磁力を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特許第４３２０７０１号公報
特開２０２０－１５５７７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、磁石材料の保磁力と残留磁化とを高めることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の磁石材料は、組成式１：Ｒ
ｘ
Ｎｂ
ｙ
Ｂ
ｚ
Ｍ
１００－ｘ－ｙ－ｚ
（Ｒは希土類元素からなる群より選ばれる少なくともの一つの元素であり、ＭはＦｅ及びＣｏからなる群より選ばれる少なくとも一つの元素であり、ｘは４≦ｘ≦１０原子％を満足する数であり、ｙは０．１≦ｙ≦８原子％を満足する数であり、ｚは０．１≦ｚ≦１２原子％を満足する数である）により表され、窒素、炭素、水素、及びリンからなる群より選ばれる少なくとも一つの元素をさらに含み、ＴｂＣｕ
７
型結晶相を有する主相と、粒界相と、を具備する。ＴｂＣｕ
７
型結晶相における平均Ｎｂ濃度をｎ
Ｎｂ１
と表し、粒界相における最大Ｎｂ濃度をｎ
Ｎｂ２
と表すとき、ｎ
Ｎｂ２
／ｎ
Ｎｂ１
＞５の関係を満たす。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
金属組織の構造例を示す模式図である。
実施例１における３次元アトムプローブ分析結果（Ｎｂ、Ｂの濃度分布）を示す図である。
比較例１における３次元アトムプローブ分析結果（Ｎｂ、Ｂの濃度分布）を示す図である。
実施例１の粒界相における各元素の濃度分布を示す図である。
比較例１の粒界相における各元素の濃度分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
実施形態の磁石材料は、希土類元素と、Ｍ元素（ＭはＦｅ及びＣｏからなる群より選ばれる少なくとも一つの元素）と、ニオブ（Ｎｂ）と、ホウ素（Ｂ）と、を含有する。上記磁石材料は、高濃度のＭ元素を含むＴｂＣｕ
７
型結晶相を主相とする金属組織を具備する。主相中のＭ元素濃度を高めることにより飽和磁化を向上でき、これにより残留磁化を向上できる。上記磁石材料は主相であるＴｂＣｕ
７
型結晶相と粒界相とで実質的に構成されてもよいが、その他の相として例えば、微結晶相や不純物相等を含んでいてもよい。主相は、磁石材料中の各結晶相及び非晶質相のうち、最も体積占有率が高い相である。図１は、金属組織の構造例を示す模式図である。図１は、ＴｂＣｕ
７
型結晶相を有する結晶粒子１０１と、複数の結晶粒子１０１の間に設けられるとともに粒界相を有する粒界１０２と、を示す。
【０００９】
希土類元素及びＭ元素に加え、ＮｂとＢとを添加することにより非晶質の形成能を高め、熱処理後の主相結晶粒子サイズが均一化されることによって残留磁化や保磁力を高めることができる。上記磁石材料の形状は、粉末状や薄帯状等であるが、それらを成型することによって永久磁石が製造される。永久磁石としては、例えば樹脂等のバインダを用いて成型されるボンド磁石や粉末を焼結することによって製造される焼結磁石がある。永久磁石の用途としてはモータや発電機等の回転電機がある。近年、モータや発電機の小型化、高速化、高効率化の需要が増加しており、これに伴い永久磁石の耐熱性向上に対する要求が高まっている。耐熱性向上のためには永久磁石及び磁石材料の保磁力の向上が必要である。
【００１０】
大きな磁気異方性を有する磁石材料において、高い保磁力を発現させるための有効な方法としては、例えば磁石材料の結晶粒を微細化する方法がある。結晶粒の微細化は、例えば液体急冷法を用いて非晶質の薄帯を作製してその後に適切な熱処理を施して結晶粒の析出と成長を行うことにより形成される。
（【００１１】以降は省略されています）

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