特許ウォッチ

公開番号2025127870
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-02
出願番号2024024849
出願日2024-02-21
発明の名称α-Fe相含有希土類-鉄-窒素系磁性粉体、その製造方法、α-Fe相含有希土類-鉄-窒素系磁性粉体の製造方法
出願人日亜化学工業株式会社,国立研究開発法人産業技術総合研究所
代理人弁理士法人WisePlus
主分類H01F 1/147 20060101AFI20250826BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】高周波を作用させても高い透磁率と、鉄損が低く優れた効率を併せ持つ高周波特性に優れた磁性粉体およびその製造方法を提供する。
【解決手段】コア領域と、前記コア領域の外側に存在するα-Fe相含有領域と、を有するα-Fe相含有希土類-鉄-窒素系磁性粉体であって、前記コア領域が下記式1で表される潜晶質構造を有する。
1:R_xX_(100-x-y-z)M_yN_z・・・式1
式1中、Rは希土類元素であり、Xは少なくともFeを含み、MはTi、V、Mo、Nb、W、Si、Al、MnおよびCrからなる群から選択される少なくとも1種であり、Nは窒素原子であり、x、y、zはそれぞれ、原子%で、2≦x≦15、0.5≦y≦25、3≦z≦50である)
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
コア領域と、前記コア領域の外側に存在するα－Ｆｅ相含有領域とを有するα－Ｆｅ相含有希土類－鉄－窒素系磁性粉体であって、
前記コア領域が下記式１：
Ｒ
ｘ
Ｘ
（１００－ｘ－ｙ－ｚ）
Ｍ
ｙ
Ｎ
ｚ
（式１）
（式１中、
Ｒは希土類元素であり、
ＸはＦｅ、ＣｏおよびＮｉからなる群から選択される少なくとも１種であり、少なくともＦｅを含み、
ＭはＴｉ、Ｖ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｗ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｎ、およびＣｒからなる群から選択される少なくとも１種であり、
Ｎは窒素原子であり、
ｘ、ｙ、ｚはそれぞれ、原子％で、２≦ｘ≦１５、０．５≦ｙ≦２５、３≦ｚ≦５０である）
で表される、潜晶質構造を有する希土類－鉄－窒素系磁性粉体であり、
前記α－Ｆｅ相含有領域が、α－Ｆｅ相、ならびに、前記ＲもしくはＭの少なくともどちらかを含む酸化物、窒化物、および酸窒化物からなる群から選択される少なくとも１種を含む、
α－Ｆｅ相含有希土類－鉄－窒素系磁性粉体。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記ＲがＹ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、およびＬｕからなる群から選択される少なくとも１種である、
請求項１に記載のα－Ｆｅ相含有希土類－鉄－窒素系磁性粉体。
【請求項３】
前記ＲがＣｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、およびＳｍからなる群から選択される少なくとも１種である、
請求項１または２に記載のα－Ｆｅ相含有希土類－鉄－窒素系磁性粉体。
【請求項４】
前記式１中のＲ成分全体に対してＳｍが５０原子％超である、
請求項１または２に記載のα－Ｆｅ相含有希土類－鉄－窒素系磁性粉体。
【請求項５】
Ｘ成分全体に対してＣｏおよびＮｉの合計量が５０原子％以下である、
請求項１または２に記載のα－Ｆｅ相含有希土類－鉄－窒素系磁性粉体。
【請求項６】
前記α－Ｆｅ相含有領域は、
前記ＲもしくはＭの少なくともどちらかを含む酸化物、窒化物、および酸窒化物からなる群から選択される少なくとも１種からなる化合物、ならびに
α－Ｆｅ相からなるナノ結晶を含む、
請求項１または２に記載のα－Ｆｅ相含有希土類－鉄－窒素系磁性粉体。
【請求項７】
前記α－Ｆｅ相含有領域の厚みが、前記コア領域の平均粒径の０．００１％以上５０％未満である、
請求項１または２に記載のα－Ｆｅ相含有希土類－鉄－窒素系磁性粉体。
【請求項８】
前記α－Ｆｅ相含有領域の厚みが、２ｎｍ以上８０μｍ以下である、
請求項１または２に記載のα－Ｆｅ相含有希土類－鉄－窒素系磁性粉体。
【請求項９】
α－Ｆｅ相含有領域の外側にリン化合物被覆部を有する、
請求項１または２に記載のα－Ｆｅ相含有希土類－鉄－窒素系磁性粉体。
【請求項１０】
下記式２：
Ｒ
ｘ
Ｘ
（１００－ｘ－ｙ）
Ｍ
ｙ
（式２）
（式２中、
Ｒは希土類元素であり、
ＸはＦｅ、Ｃｏ、およびＮｉからなる群から選択される少なくとも１種であり、少なくともＦｅを含み、
ＭはＴｉ、Ｖ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｗ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｎ、およびＣｒからなる群から選択される少なくとも１種であり、
ｘ、ｙはそれぞれ、原子％で、２．０６≦ｘ≦３０、０．５１５≦ｙ≦５０である）
で表される希土類－鉄系磁性粉体を、アンモニアガス中で熱処理して希土類－鉄－窒素化合物を得る工程、および、
前記希土類－鉄－窒素化合物を不活性ガス、水素ガス、および窒素ガスからなる群から選択される少なくとも１種を含む雰囲気中で熱処理する工程
を含む、α－Ｆｅ相含有希土類－鉄－窒素系磁性粉体の製造方法。
（【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】
本開示は、α－Ｆｅ相含有希土類－鉄－窒素系磁性粉体、その製造方法、α－Ｆｅ相含有希土類－鉄－窒素系磁性粉体の製造方法に関する。
続きを表示（約 3,200 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、機器の小型多機能化や演算処理速度の高速化に伴って、駆動周波数の高周波化が進展しており、高周波や超高周波を利用した機器の普及は拡大の一途を辿っている。特に、注目されるのは、１ＭＨｚ以上１ＧＨｚ未満までの高周波数領域で利用されるパワーデバイスの進展である。例えば、ＧａＮ電子デバイスは高周波・高出力の無線用やパワーエレクトロニクス用デバイスとして今後大きく市場が伸長すると予測されている。パワーエレクトロニクス用ＧａＮ回路の高周波化にはＧａＮデバイスのみならず、併せて受動部品の高周波化が必要になる。例えば、ＧａＮ非接触給電では扱う周波数が１０ＭＨｚを超えてくるため、高周波に追従できる磁芯材料を用いたコイルが必要である。しかし、現状では高周波特性に優れた磁芯材料が無いために、空芯コイルを使用せざるを得ず、ＧａＮを適用し高周波化してデバイスを小型化することができても、全体の回路サイズが増大するという問題がある。これまでの高周波用磁性材料の一例としては、粉体表面にフェライト系磁性材料を被覆した希土類－鉄－窒素系磁性材料が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
国際公開２００８／１３６３９１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に開示されている材料は、上記の１ＭＨｚ以上１ＴＨｚ以下までの領域での磁場増幅材料に適用するには効率が十分ではなく、特に１０ＭＨｚ以上１ＧＨｚ未満の領域での高効率磁場増幅材料としたとき、効率が十分ではなかった。
【０００５】
本開示は、高周波を作用させても高い透磁率と、鉄損が低く優れた効率を併せ持つ高周波特性に優れた磁性粉体、およ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】
【０００６】
本開示の一態様にかかるα－Ｆｅ相含有希土類－鉄－窒素系磁性粉体は、コア領域と、前記コア領域の外側に存在するα－Ｆｅ相含有領域とを有するα－Ｆｅ相含有希土類－鉄－窒素系磁性粉体であって、
前記コア領域が下記式１：
Ｒ
ｘ
Ｘ
（１００－ｘ－ｙ－ｚ）
Ｍ
ｙ
Ｎ
ｚ
（式１）
（式１中、
Ｒは希土類元素であり、
ＸはＦｅ、ＣｏおよびＮｉからなる群から選択される少なくとも１種であり、少なくともＦｅを含み、
ＭはＴｉ、Ｖ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｗ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｎ、およびＣｒからなる群から選択される少なくとも１種であり、
Ｎは窒素原子であり、
ｘ、ｙ、ｚはそれぞれ、原子％で、２≦ｘ≦１５、０．５≦ｙ≦２５、３≦ｚ≦５０である）
で表される、潜晶質構造を有する希土類－鉄－窒素系磁性粉体であり、
前記α－Ｆｅ相含有領域が、α－Ｆｅ相、ならびに、前記ＲもしくはＭの少なくともいずれかを含む酸化物、窒化物、および酸窒化物からなる群から選択される少なくとも１種を含む。
【０００７】
また、本開示の一態様にかかるα－Ｆｅ相含有希土類－鉄－窒素系磁性粉体の製造方法は、下記式２：
Ｒ
ｘ
Ｘ
（１００－ｘ－ｙ）
Ｍ
ｙ
（式２）
（式２中、
Ｒは希土類元素であり、
ＸはＦｅ、Ｃｏ、およびＮｉからなる群から選択される少なくとも１種であり、少なくともＦｅを含み、
ＭはＴｉ、Ｖ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｗ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｎ、およびＣｒからなる群から選択される少なくとも１種であり、
ｘ、ｙはそれぞれ、原子％で、２．０６≦ｘ≦３０、０．５１５≦ｙ≦５０である）
で表される希土類－鉄系磁性粉体を、アンモニアガス中で熱処理して希土類－鉄－窒素化合物を得る工程、および、
前記希土類－鉄－窒素化合物を不活性ガス、水素ガス、および窒素ガスからなる群から選択される少なくとも１種を含む雰囲気中で熱処理する工程
を含む。
【０００８】
また、本開示の一態様にかかるα－Ｆｅ相含有希土類－鉄－窒素系磁性粉体の製造方法は、希土類－鉄－窒素系磁性粉体、水、およびリン含有物を含むスラリーに対して無機酸を添加して、リン化合物被覆部を有する希土類－鉄－窒素系磁性粉体を得るリン処理工程、ならびに
前記リン化合物被覆部を有する希土類－鉄－窒素系磁性粉体を、酸素含有雰囲気下で３００℃以上６００℃以下で熱処理する酸化工程
を含み、
前記希土類－鉄－窒素系磁性粉体が、コア領域と、前記コア領域の外側に存在するα－Ｆｅ相含有領域とを有し、
前記コア領域が下記式３：
Ｒ
ｘ
Ｘ
（１００－ｘ－ｙ－ｚ）
Ｍ
ｙ
Ｎ
ｚ
（式３）
（式３中、
Ｒは希土類元素であり、
ＸはＦｅ、Ｃｏ、およびＮｉからなる群から選択される少なくとも１種であり、少なくともＦｅを含み、
ＭはＴｉ、Ｖ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｗ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｎ、およびＣｒからなる群から選択される少なくとも１種であり、
Ｎは窒素原子であり、
ｘ、ｙ、ｚはそれぞれ、原子％で、２≦ｘ≦１５、０．５≦ｙ≦２５、３≦ｚ≦５０である）
で表される、潜晶質構造を有する希土類－鉄－窒素系磁性粉体であり、
前記α－Ｆｅ相含有領域が、α－Ｆｅ相、ならびに、前記ＲもしくはＭの少なくともどちらかを含む酸化物、窒化物、および酸窒化物からなる群から選択される少なくとも１種を含む。
【発明の効果】
【０００９】
本開示によれば、高周波を作用させても高い透磁率と、鉄損が低く優れた効率を併せ持つ高周波特性に優れた磁性粉体、およ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】
実施例１、比較例１～２の磁性粉体のＸＲＤパターン（Ｃｏ－Ｋα）を示す。
実施例１の磁性粉体断面の表面付近のＳＴＥＭ－ＥＤＳ像を示す。
実施例１の磁性粉体断面のα－Ｆｅ相含有領域付近のＳＴＥＭ－ＥＤＳ像を示す。
実施例１の磁性粉体断面の表面付近のＳＴＥＭ－ＥＤＳラインプロファイルを示す。
実施例１の磁性粉体のα－Ｆｅ相含有領域のＴＥＭ－ＥＤ像を示す。
実施例１の磁性粉体のコア領域のＴＥＭ－ＥＤ像を示す。
実施例１の磁性粉体のコア領域のＴＥＭ像を示す。
実施例２～３および比較例３～４のＸＲＤパターンを示す。
実施例３の磁性粉体断面の表面付近のＳＴＥＭ－ＥＤＳマッピング像を示す。
実施例３の磁性粉体断面のα－Ｆｅ相含有領域付近のＳＴＥＭ－ＥＤＳ像を示す。
実施例３の磁性粉体断面の表面付近のＳＴＥＭ－ＥＤＳラインプロファイルを示す。
実施例３の磁性粉体のα－Ｆｅ相含有領域のＴＥＭ－ＥＤ像を示す。
実施例３の磁性粉体のコア領域のＴＥＭ－ＥＤ像を示す。
実施例３の磁性粉体のコア領域のＴＥＭ像を示す。
実施例１、比較例１～２で作製した磁性粉体を用いた磁性材料の、複素比透磁率の周波数依存性を示す。
実施例２～３、比較例３～４で作製した磁性粉体を用いた磁性材料の、複素比透磁率の周波数依存性を示す。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許