希土類鉄窒素化合物S_m-Fe-N系磁石の保磁力機構の解明

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12640351
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 藤井 博信 広島大学, 総合科学部, 教授 (30034573)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 折茂 慎一 広島大学, 総合科学部, 助手 (40284129) ; 浴野 稔一 広島大学, 総合科学部, 助教授 (40185103)
• Keywords: 永久磁石 / 保磁力機構 / 磁気異方性 / 粒径依存 / サマリウム鉄窒化物

Research Abstract

平成12年度は、窒素侵入型の希土類鉄窒素化合物Sm_2Fe_<17>N_3の高圧窒素ガスを用いた作製法を確立し、(1)4.2Kでの強磁場磁化測定を行い磁化曲線の異方性から結晶磁気異方性パラメーターK^0_2を評価した。得られた値はバンド理論より予測されたものに近く、バンド理論で説明されるものであった。つまり、窒素原子は希土類イオンの近くに侵入し、窒素の2p-電子と希土類の5d-電子との異方的混成効果によって、希土類の5d-電子は斜方面体系構造のc-面内の窒素原子方向に引きずられる。その時、希土類の4f-電子はそれを避けるように配置するため、磁気異方性の著しい増大に導くことを明らかにした。次に、保磁力発生機構の研究の1つとして、(2)メカニカルミリング法によって粉末粒径を細かくし保磁力の粒径依存性を評価した。結果は、粒径が2μm以上では保磁力は粒径の減少に比例して増大することを示していた。これは、保磁力を支配している磁化反転機構が逆磁区の核生成(ニュークリエーション型)によっていることを示唆している。また、2μm以下では保磁力は飽和し、ミリングによる歪みの蓄積や粒表面の元素分解などによるニュークリエーションサイトの増大からくる保磁力減少効果と粒径の減少による保磁力の増大効果が競合した結果であると解釈される。この時、ミリング条件(400rpm,60min)において、磁石性能指数(BH)_<max>=330kJ/m^3の世界最高値を得た。しかし、最高の保磁力の値は1.3Tで、異方性磁場(21T)に比べて遥かに低く、保磁力を低下させる要因を掘り起こし、更なる改善を目指した表面洗浄効果の研究を継続する。

Research Products

• [Publications] H.Fujii et.al.: "Coercivity of Sm_2Fe_<17>N_3 particles prepared by MG without exposing in mix"IEEE Trans.Magn.. 35. 3319-3321 (1999)
• [Publications] K.Koyama & H.Fujii: "Nitrogen gas-solid reaction process and basic magnetism of the interstitially modified rare earth 3d-transition nitrides R_2Fe_<17>N_3"Phys.Rev.. 61. 9475-9493 (2000)
• [Publications] H.Fujii et.al.: "Permanent Magnetic Properties in some Sm_2Fe_<17>N_3 Particles prepared by changing Mechanical Grinding Conditions"Proc. of 11th Symposium on Magnetic Anisotopy and Coercivity on Rare Earth. S155-S163 (2000)