2015 Fiscal Year Research-status Report
超音速フリージェットPVDによる高保磁力ナノ結晶NdFeB膜の開発
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15K06512
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| Research Institution | Shibaura Institute of Technology |
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Principal Investigator |
湯本 敦史 芝浦工業大学, 工学部, 准教授 (20383987)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | ナノ結晶永久磁石 / 保磁力 / 最大エネルギ積 / 成膜速度 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
永久磁石材料において最も大きな最大エネルギ積（BHmax）を示すNdFeB系磁石は，組織・構造をナノメートルサイズで制御することにより硬磁気特性の向上が図られることが知られている．現在，10μm以下の薄膜NdFeB系磁石では，高いBHmaxを有する膜の形成に成功している．
しかし，MEMSや磁界駆動型マイクロマシンへの応用を念頭にした磁気デバイスの場合，10μm以上の膜厚が必要であると言われているが，優れた磁気特性（高Hc，高BHmax）を有する10μm以上の厚膜NdFeB系磁石の形成は克服し難い技術的課題が存在すると指摘されている．
超音速フリージェットPVDは，生成直後の活性なナノメートルサイズの粒子（ナノ粒子）を，5km/s以上の超音速ガス流により加速させ，基材にナノ粒子を積層させ成膜する新しい成膜法である．本申請は，超音速フリージェットPVDを用いて，高い保磁力及び最大エネルギ積BHmaxを有する数μm～数百μm厚の厚膜ナノ結晶NdFeB膜の開発し，MEMS及び磁界駆動型マイクロマシンなどの磁気デバイスに使用する優れた硬磁気特性を有する永久磁石厚膜の実用化を目指す．
平成27年度は，Nd20Fe70B10焼結ターゲットを用いてAl（A1050）および石英ガラス基材上にNdFeB膜を形成し，成膜条件が及ぼす膜組織・膜構造への影響ならびに磁気特性への影響を検討した．基板材質の差異に関わらず，本法により形成されるNdFeB膜は(1)緻密な多結晶体を呈していること，(2)ターゲットに照射するレーザーのフルエンスが膜組織に影響を及ぼし，フルエンスの差異により膜組織が数nm～35nmの範囲で変化することを明らかにした．また，成膜条件が及ぼす成膜速度への影響についても調査し，数μm～数百μmの範囲で膜厚制御したナノ結晶NdFeB膜の形成を達成した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
1. 超音速フリージェットPVDにより，A1050アルミニウム及び石英ガラス基板上に膜厚数μm～数百μmのナノ結晶NdFeB膜が形成可能であることを示し，100μmを越える厚膜NdFeB膜においても～35nm程度のナノ結晶粒組織を呈する皮膜を形成させることに成功した．
2. 成膜条件が及ぼすNdFeB膜性状（組織及び構造）への影響並びに成膜速度の支配因子を明らかとし，膜厚μm～数百μmの範囲（最大膜厚154μm）で膜厚を制御した膜を形成させることに成功した．
以上の研究成果は，設定した研究計画に対して概ね順調に進展していると判断でき，良好な研究進捗状況と言える．
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| Strategy for Future Research Activity |
本法によるNdFeB膜では，成膜条件により膜組成が変化することが明らかとなり，膜中のNd組成の変化に伴い，膜中のα-Nd及びNd2Fe17の体積割合が変化することが明らかとなった．膜中に含まれるα-Nd及びNd2Fe17の存在は，保磁力及び最大エネルギ積BHmaxなどの硬磁気特性に影響を及ぼしているため，膜組成及び膜中に含まれる構成相の制御により硬磁気特性の向上を図ることを検討していく予定である．
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| Causes of Carryover |
為替レート変動に伴う，物品購入品の費用が見積時と変化したため．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
今年度（H28年度）は，Heガス使用量を増やす実験を計画しており，Heガス購入費用とする予定．
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