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公開番号2025097635
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-01
出願番号2023213937
出願日2023-12-19
発明の名称Sm-Fe-N系磁性材料及びその製造方法
出願人トヨタ自動車株式会社,国立大学法人東京大学,国立研究開発法人産業技術総合研究所
代理人個人,個人,個人,個人,個人,個人,個人
主分類H01F 1/059 20060101AFI20250624BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】従来よりも、飽和磁化を向上しつつ、Smの使用量が一層削減されているSm-Fe-N系磁性材料及びその製造方法を提供する。
【解決手段】本開示は、Th₂Zn₁₇型及びTh₂Ni₁₇型の少なくともいずれかの結晶構造を有する主相を備えており、前記主相が、モル比の式(Sm_(1-x-y-z)La_xCe_yR¹ _z)₂(Fe_(1-p-q-s)Co_pNi_qM_s)₁₇N_h(ただし、R¹は、Sm、La、及びCe以外の一種以上の希土類元素並びにZrであり、Mは、Fe、Co、Ni、及び希土類元素以外の一種以上の元素並びに不可避的不純物元素)で表され、かつ、0.09≦x≦0.31、0.24≦y≦0.60、0.51≦x+y≦0.75、0≦z≦0.10、0≦p+q≦0.10、0≦s≦0.10、及び2.9≦h≦3.1を満足する、Sm-Fe-N系磁性材料及びその製造方法である。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
Ｔｈ
２
Ｚｎ
１７
型及びＴｈ
２
Ｎｉ
１７
型の少なくともいずれかの結晶構造を有する主相を備えており、
前記主相が、モル比の式（Ｓｍ
（１－ｘ－ｙ－ｚ）
Ｌａ
ｘ
Ｃｅ
ｙ
Ｒ
１
ｚ
）
２
（Ｆｅ
（１－ｐ－ｑ－ｓ）
Ｃｏ
ｐ
Ｎｉ
ｑ
Ｍ
ｓ
）
１７
Ｎ
ｈ
（ただし、Ｒ
１
は、Ｓｍ、Ｌａ、及びＣｅ以外の一種以上の希土類元素並びにＺｒであり、Ｍは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、及び希土類元素以外の一種以上の元素並びに不可避的不純物元素）で表され、かつ、
０．０９≦ｘ≦０．３１、
０．２４≦ｙ≦０．６０、
０．５１≦ｘ＋ｙ≦０．７５、
０≦ｚ≦０．１０、
０≦ｐ＋ｑ≦０．１０、
０≦ｓ≦０．１０、及び
２．９≦ｈ≦３．１を満足する、
Ｓｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料。
続きを表示（約 680 文字）【請求項２】
前記ｘ及び前記ｙが、０．１６≦ｘ≦０．３１及び０．２４≦ｙ≦０．４５を満足する、請求項１に記載のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料。
【請求項３】
前記主相の体積率が、８０％以上、１００％以下である、請求項１又は２に記載のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料。
【請求項４】
請求項１に記載のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料の製造方法であって、
モル比の式（Ｓｍ
（１－ｘ－ｙ－ｚ）
Ｌａ
ｘ
Ｃｅ
ｙ
Ｒ
１
ｚ
）
２
（Ｆｅ
（１－ｐ－ｑ－ｓ）
Ｃｏ
ｐ
Ｎｉ
ｑ
Ｍ
ｓ
）
１７
（ただし、Ｒ
１
は、Ｓｍ、Ｌａ、及びＣｅ以外の一種以上の希土類元素並びにＺｒであり、Ｍは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、及び希土類元素以外の一種以上の元素並びに不可避的不純物元素）で表され、かつ、０．０９≦ｘ≦０．３１、０．２４≦ｙ≦０．６０、０．５１≦ｘ＋ｙ≦０．７５、０≦ｚ≦０．１０、０≦ｐ＋ｑ≦０．１０、及び０≦ｓ≦０．１０を満足する組成を有する結晶相を備える磁性材料前駆体を準備すること、及び、
前記磁性材料前駆体を窒化すること、
を含む、Ｓｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料の製造方法。
【請求項５】
前記ｘ及び前記ｙが、０．１６≦ｘ≦０．３１及び０．２４≦ｙ≦０．４５を満足する、請求項４に記載のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、Ｓｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料及びその製造方法に関する。本開示は、特に、Ｔｈ
２
Ｚｎ
１７
型及びＴｈ
２
Ｎｉ
１７
型の少なくともいずれかの結晶構造を有する主相を備えているＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料及びその製造方法に関する。
続きを表示（約 2,500 文字）【背景技術】
【０００２】
高性能磁性材料として、Ｓｍ－Ｃｏ系磁性材料及びＮｄ－Ｆｅ－Ｂ系磁性材料が実用化されているが、近年、これら以外の磁性材料が検討されている。例えば、Ｔｈ
２
Ｚｎ
１７
型及びＴｈ
２
Ｎｉ
１７
型の少なくともいずれかの結晶構造を有する主相を備えているＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料（以下、単に「Ｓｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料」ということがある。）が検討されている。
【０００３】
Ｓｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料は、Ｔｈ
２
Ｚｎ
１７
型及びＴｈ
２
Ｎｉ
１７
型の少なくともいずれかの結晶構造を有する主相を備えている。この主相は、Ｓｍ－Ｆｅ系の結晶相に窒素が侵入型で導入されていると考えられている。このような主相には、Ｓｍが必須であるが、Ｓｍの埋蔵量は少ないため、Ｓｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料が普及するにつれて、Ｓｍの価格が高騰することが予想される。このことから、従来から、Ｓｍの使用量を低減する試みがなされている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、Ｓｍの一部を、安価なＬａ及び／又はＣｅで置換されているＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０２２－５３１８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示されたＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料では、Ｌａ及び／又はＣｅの置換率が最大で５０％であり、Ｓｍの使用量のさらなる低減が望まれていた。
【０００７】
本開示は、従来よりも、飽和磁化を向上しつつ、Ｓｍの使用量が一層削減されているＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示者らは、上記目的を達成すべく、鋭意検討を重ね、本開示のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料及びその製造方法を完成させた。本開示のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料及びその製造方法は、次の態様を含む。
〈１〉Ｔｈ
２
Ｚｎ
１７
型及びＴｈ
２
Ｎｉ
１７
型の少なくともいずれかの結晶構造を有する主相を備えており、
前記主相が、モル比の式（Ｓｍ
（１－ｘ－ｙ－ｚ）
Ｌａ
ｘ
Ｃｅ
ｙ
Ｒ
１
ｚ
）
２
（Ｆｅ
（１－ｐ－ｑ－ｓ）
Ｃｏ
ｐ
Ｎｉ
ｑ
Ｍ
ｓ
）
１７
Ｎ
ｈ
（ただし、Ｒ
１
は、Ｓｍ、Ｌａ、及びＣｅ以外の一種以上の希土類元素並びにＺｒであり、Ｍは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、及び希土類元素以外の一種以上の元素並びに不可避的不純物元素）で表され、かつ、
０．０９≦ｘ≦０．３１、
０．２４≦ｙ≦０．６０、
０．５１≦ｘ＋ｙ≦０．７５、
０≦ｚ≦０．１０、
０≦ｐ＋ｑ≦０．１０、
０≦ｓ≦０．１０、及び
２．９≦ｈ≦３．１を満足する、
Ｓｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料。
〈２〉前記ｘ及び前記ｙが、０．１６≦ｘ≦０．３１及び０．２４≦ｙ≦０．４５を満足する、〈１〉項に記載のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料。
〈３〉前記主相の体積率が、８０％以上、１００％以下である、〈１〉又は〈２〉項に記載のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料。
〈４〉〈１〉項に記載のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料の製造方法であって、
モル比の式（Ｓｍ
（１－ｘ－ｙ－ｚ）
Ｌａ
ｘ
Ｃｅ
ｙ
Ｒ
１
ｚ
）
２
（Ｆｅ
（１－ｐ－ｑ－ｓ）
Ｃｏ
ｐ
Ｎｉ
ｑ
Ｍ
ｓ
）
１７
（ただし、Ｒ
１
は、Ｓｍ、Ｌａ、及びＣｅ以外の一種以上の希土類元素並びにＺｒであり、Ｍは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、及び希土類元素以外の一種以上の元素並びに不可避的不純物元素）で表され、かつ、０．０９≦ｘ≦０．３１、０．２４≦ｙ≦０．６０、０．５１≦ｘ＋ｙ≦０．７５、０≦ｚ≦０．１０、０≦ｐ＋ｑ≦０．１０、及び０≦ｓ≦０．１０を満足する組成を有する結晶相を備える磁性材料前駆体を準備すること、及び、
前記磁性材料前駆体を窒化すること、
を含む、Ｓｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料の製造方法。
〈５〉前記ｘ及び前記ｙが、０．１６≦ｘ≦０．３１及び０．２４≦ｙ≦０．４５を満足する、〈４〉項に記載のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料の製造方法。
【発明の効果】
【０００９】
本開示によれば、Ｓｍ、Ｌａ、及びＣｅのモル比を最適化することによって、従来よりも、飽和磁化を向上しつつ、Ｓｍの使用量が一層削減されているＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
図１は、Ｓｍ、Ｌａ、及びＣｅの三元素のモル比と形成エネルギーとの関係を数値計算で求めた結果に、実施例１～６及び比較例１～１１でのＳｍ、Ｌａ、及びＣｅの三元素のモル比をプロットした形成エネルギーマップである。
図２は、Ｓｍ、Ｌａ、及びＣｅの三元素のモル比と飽和磁化との関係を数値計算で求めた結果に、実施例１～６及び比較例１～１１でのＳｍ、Ｌａ、及びＣｅの三元素のモル比をプロットした飽和磁化マップである。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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