永磁体、电动机及发电机的制作方法
【技术领域】
[0001] 实施方式的发明涉及永磁体、电动机及发电机。
【背景技术】
[0002] 作为高性能稀土类磁体的示例，已知有Sm-Co类磁体、Nd-Fe-B类磁体等。在这些 磁体中，Fe、Co有助于饱和磁化的增大。另外，在这些磁体中包含Nd、Sm等稀土类元素，结 晶场中的稀土类元素的4f电子的移动会导致较大的磁各向异性。由此，能获得较大的矫顽 力，能实现高性能磁体。
[0003] 这样的高性能磁体主要用于电动机、扬声器、测量器等电气设备。近年来，对各种 电气设备提出了小型轻量化、低功耗化的要求，为了对此进行应对，要求提高永磁体的最大 磁能积（BH niax)，获得更加高性能的永磁体。另外，近年来，提出了可变磁通型电动机，有助于 电动机的高效率化。
[0004] Sm-Co类磁体由于居里温度较高，因此能在高温下实现良好的电动机特性，但希 望能进一步实现高矫顽力化和高磁化，进而改善矩形比。虽然可以认为Fe的高浓度化对 Sm-Co类磁体的高磁化是有效的，但在现有的制造方法中，存在矩形比因 Fe的高浓度化而 下降的倾向。因此，为了实现高性能的电动机用磁体，需要一种能在高Fe浓度组成中既改 善磁化又显现良好的矩形比的技术。 现有技术文献 专利文献
[0005] 专利文献1 :日本专利特开2010-121167号公报
【发明内容】
[0006] 本发明中所要解决的课题是通过在Sm-Co类磁体中对其金属组织进行控制从而 提供高性能的永磁体。
[0007] 实施方式的永磁体具备：以组成式ApFeqM^UtCom p q ^ t (式中，R是从稀土类元素 中选出的至少一种元素，M是从由Zr、Ti和Hf所构成的组中选出的至少一种元素，p是满足 10. 5 < p < 12. 5原子％的数，q是满足23 < q < 40原子％的数，r是满足0· 88 < r < 4. 5 原子％的数，t是满足3. 5 < t < 10. 7原子％的数）来表示的组成；以及金属组织，该金属 组织包含具有！11221117型晶相的晶胞相、及Cu浓度比晶胞相要高的富Cu相。晶胞相的平均 直径在220nm以下，在晶胞相的最小直径到最大直径的数值范围中，直径在从最大直径起 到小于上位20%的数值范围以内的晶胞相的个数比例占全部晶胞相的20%以下。
【附图说明】
[0008] 图1是表示TEM-EDX的Cu映射图象的一个示例的图。 图2是用于说明时效处理的示例的图。 图3是表示永磁体电动机的图。 图4是表示可变磁通电动机的图。 图5是表不发电机的图。
【具体实施方式】
[0009] 下面，参照附图对实施方式进行说明。此外，附图是示意性的图，例如厚度与平面 尺寸之间的关系、各层的厚度的比率等有时会与现实情况不同。另外，在实施方式中，对实 质相同的结构要素标注相同的标号并省略说明。
[0010] (实施方式1) 以下对本实施方式的永磁体进行说明。
[0011] <永磁体的结构例> 本实施方式的永磁体具有以组成式ApFeJ^CUtCOi。。p q ^ t表示的组成， (式中，R是从稀土类元素中选出的至少一种元素，M是从由Zr、Ti和Hf所构成的组 中选出的至少一种元素，P是满足10. 5彡p彡12. 5原子％的数，q是满足23彡q彡40原 子％的数，r是满足0. 88彡r彡4. 5原子％的数，t是满足3. 5彡t彡10. 7原子％的数）。
[0012] 上述组成式中的R是能使磁体材料具有较大的磁各向异性的元素。作为R元素， 能使用例如从包含钇（Y)的稀土类元素中选出的一种或几种元素等，能使用例如钐（Sm)、 铈（Ce)、钕（Nd)、镨（Pr)等，特别优选为使用Sm。例如，在使用包含Sm的多种元素来作为 R元素的情况下，将Sm浓度设为能作为R元素来适用的所有元素的50原子％以上，从而能 提高磁体材料的性能、例如矫顽力。此外，进一步优选为将能作为R元素来适用的全部元素 的70原子％以上设为Sm浓度。
[0013] 通过将能作为R元素来适用的元素的浓度设为例如10. 5原子％以上12. 5原子％ 以下，能增大矫顽力。在能作为R元素来适用的元素的浓度小于10. 5原子％的情况下，大 量的a -Fe析出从而会导致矫顽力减小，在能作为R元素来适用的元素的浓度超过12. 5原 子％的情况下，饱和磁化会下降。能作为R元素来适用的元素的浓度更优选为10. 7原子％ 以上12. 3原子％以下，更进一步优选为10. 9原子％以上12. 1原子％以下。
[0014] 上述组成式中的M是能在高Fe浓度的组成中显现较大的矫顽力的元素。例如使 用从由钛（Ti)、锆（Zr)和铪（Hf)所构成的组中选出的一种或几种元素来作为M元素。若 M元素的含量r超过4. 5原子％，则容易生成过量含有M元素的非均相，矫顽力和磁化都变 得容易下降。另外，若M元素的含量r小于0. 88原子％，则提高Fe浓度的效果容易减小。 即，M元素的含量r优选为0. 88原子％以上4. 5原子％以下。元素 M的含量r进一步优选 为1. 14原子％以上3. 58原子％以下，更进一步优选为大于1. 49原子％且小于等于2. 24 原子％。
[0015] M元素优选为至少包含Zr。特别地，通过将M元素的50原子％以上设为Zr，能提 高永磁体的矫顽力。另一方面，由于M元素中的Hf的价格尤其高，因此，优选为即使在使用 Hf的情况下，也要减少Hf的使用量。例如，Hf的含量优选为小于M元素的20原子％。
[0016] Cu是能在磁体材料中显现高矫顽力的元素。Cu的含量优选为3. 5原子％以上10. 7 原子％以下。若混合量多于上述含量，则磁化会显著下降，另外，若少于上述含量，则难以获 得高矫顽力和良好的矩形比。Cu的含量t进一步优选为3. 9原子％以上9. 0原子％以下， 更进一步优选为4. 3原子％以上5. 8原子％以下。
[0017] Fe是主要负责磁体材料的磁化的元素。虽然能通过增多Fe的混合量来提高磁体 材料的饱和磁化，但若过量地进行混合，则α-Fe的析出或相分离会导致难以获得所希望 的晶相，有可能会使矫顽力下降。由此，Fe的含量q优选为23原子％以上40原子％以下。 Fe的含量q进一步优选为26原子％以上36原子％以下，更进一步优选为29原子％以上 34原子％以下。
[0018] Co是负责磁体材料的磁化并能显现高矫顽力的元素。另外，若较多地混合有Co， 则能获得高居里温度，还具有提高磁体特性的热稳定性的作用。若Co的混合量较少，则这 些效果也会较小。然而，若过量添加 Co,则Fe的比例相对减少，有可能会导致磁化的下降。 另外，通过用从由Ni、V、Cr、Μη、Al、Si、Ga、Nb、Ta、W所构成的组中选出的一种或几种元素 来置换Co的20原子％以下，能提高磁体特性、例如矫顽力。然而，若过量置换，则有可能会 导致磁化下降，因此，置换量优选为Co的20原子％以下。
[0019] 本实施方式的永磁体具备金属组织，该金属组织包含六方晶系的Th2Zn17型晶相 (2-17型晶相）和富Cu相。一般而言，Sm-Co类磁体具备二维金属组织，其包含具有Th 2Zn17 型晶相（2_17型晶相）的晶胞相、和具有六方晶系的CaCu5型晶相（1_5型晶相）的晶胞壁 相。例如，晶胞壁相是上述富Cu相的一种，本实施方式的永磁体具有由富Cu相划分晶胞相 的结构。也将上述结构称为晶胞结构。！1! 221117型晶相的c轴与作为易磁化轴的TbCu7型晶 相中的c轴相平行。即，!1! 221117型晶相的c轴以与易磁化轴平行的方式存在。此外，所谓平 行，也可以包含从平行方向偏离±10度以内的状态（大致平行）。
[0020] 富Cu相是Cu浓度较高的相。富Cu相的Cu浓度比Th2Zn1^晶相的Cu浓度要 高。例如富Cu相的Cu浓度优选为Th 2Zn17S晶相的Cu浓度的1. 2倍以上。富Cu相例如 在!1!221117型晶相中的包含c轴的截面上呈线状或板状而存在。作为富Cu相的结构并无特 别限定，例如可以举出六方晶系的CaCu 5型晶相（1-5型晶相）等。另外，本实施方式的永 磁体也可以具有多个富Cu相，该多个富Cu相的晶相彼此不同。
[0021] 富Cu相的磁畴壁能量比Th2Zn17型晶相的磁畴壁能量要高，该磁畴壁能量之差成 为磁畴壁移动的壁皇。即，富Cu相起到作为钉扎点（pinning site)的功能，从而能够抑制 多个晶胞相间的磁畴壁移动。也将此称为磁畴壁钉扎效果。
[0022] 在包含23原子％以上的Fe的Sm-Co类磁体中，富Cu相的Cu浓度优选为30原 子％以上。更优选为Cu浓度在35原子％以上，进一步优选为40原子％以上，更进一步优 选为45原子％以上。通过提高富Cu相的Cu浓度，能提高矫顽力、矩形比。在Fe浓度较高 的区域中，富Cu相的Cu浓度容易产生偏差，例如会产生磁畴壁钉扎效果较好的富Cu相和 磁畴壁钉扎效果较差的富Cu相，矫顽力和矩形比会下降。
[0023] 若除去钉扎点的磁畴壁发生移动，则磁化会与移动程度相对应地发生反转，因此， 磁化会下降。在施加有外部磁场时，若在某个固定的磁场中磁畴壁同时除去钉扎点，贝 lJ通过 施加磁场从而磁化不容易下降，能获得良好的矩形比。换言之，可以认为，若在施加有磁场 时，在比矫顽力要低的磁场中除去钉扎点，磁畴壁发生移动，则磁化会对应于移动程度而减 少，会导致矩形比的恶化。认为为了抑制矩形比的恶化、将金属组织中的磁化反转的区域减 少尤为重要。
[0024] 本实施方式的永磁体通过以富Cu相来分割晶胞相，从而将晶胞相作为单磁畴。单 磁畴的晶胞相中不存在磁畴壁，仅通过磁化旋转来改变磁化。通过增加单磁畴晶胞相的比 例，能抑制磁畴壁移动造成的磁化反转，因此，磁化下降被抑制，能得到良好的矩形比。例 如，若通过富Cu相来分割晶胞相、金属组织中的晶胞相的直径减小，则磁畴壁的生成能量 变高、容易变成单磁畴。为了使晶胞相成为单磁畴，优选将晶胞相的直径设为例如220nm以 下。这是远小于晶胞相的平均直径为300~400nm左右的现有永磁体的值。认为晶胞相的 直径不仅取决于富Cu相，还取决于例如金属组织中的Fe浓度。若Fe浓度升高，磁各向异 性常数下降，因此，存在晶胞相的直径变小的趋势。
[0025]