1、磁石見磁性資料製法安達信泰名古屋工業(yè)大學基盤工學研討機能創(chuàng)製研討部門複合機能研討別名平成16年度名古屋工業(yè)大學公開講座研討機能活製法評価法磁石資料身近日用品機器網(wǎng)羅 磁石歴史良磁石條件磁石性質(zhì)、用語、特性表記製造過程磁石応用研討紹介人磁石出會-黒天然鉄鉱石- 中國紀元前世紀慈母慕寄赤坊慈石慈石磁鉄鉱取地方磁州河北省磁県伴、慈石磁石言。地方磁鉄鉱、呼、mgnetite, magnet言。紀元前世紀頃高性能磁石開発歴史 鋼鉄、炭素合金 本多光太郎、高木弘発明1917年當時3倍保磁力世界最強磁石。 鋼Kichizaemon Sumitomo鉄、 合金三島徳七発明1932年KS鋼2倍以上保磁力4006

2、00 OeMishima Tokusu Co磁石磁石Fe2O3主成分酸化物武井武、加藤與五郎発明1931年MK鋼保磁力上回600900 Oe戦後Phylips社BaO6Fe2O3大量生産(1952)希土類磁石登場(1960 ) SmCo5 Sm2Co17 Nd-Fe-B系USA 空軍資料研Swiss日本、USA住特金、佐川良磁石條件 小體積強力磁界発生 熱外部磁界対安定 最大積(BH)MAX大Nd-Fe-B系 MGOe溫度高、保磁力大磁石原料代安化合物磁気特性了解 電流磁界磁石極極磁気來源強磁性體磁性磁性HH 磁石極極磁気來源強磁性體磁性磁性電子自転軌道運動公転正確、電子粒子波性質(zhì)同時非日常的

3、物體、量子電磁力學*電子軌道確率分布関數(shù)表。基礎(chǔ)磁気大表磁気単位mB:原子用磁化単位gauss, A/m: 日常用量子電磁力學：戦後完成物理理論、年朝永、Feynman,Shwinger賞量子力學：年代完成物理理論、Bohr, Heisenberg, Dirac, Shoredinger, Pauri,Born 賞磁気來源強磁性體磁性物質(zhì)分類物質(zhì)電子持磁性示常磁性體強磁性體強磁性體鉄代表鉄代表反強磁性體酸化物多反磁性體超電導體反磁性體外部磁界原子揃力働交換相互作用量子電磁力學説明力自発磁化生磁石緣由磁化曲線飽和磁化溫度変化磁気履歴曲線磁性磁性 磁性大 磁性小磁石求性質(zhì)：磁性磁化過程磁區(qū) 磁區(qū)磁

4、壁交換相互作用靜磁競合靜磁：體積増大。結(jié)晶粒多磁區(qū)構(gòu)造結(jié)晶粒界磁気異方性原子個：向?qū)?60度等方的結(jié)晶中：結(jié)晶構(gòu)造、外形磁化容易方向困難方向強力磁石條件 大磁化 大保磁力磁化容易軸単磁區(qū)磁化容易軸配向結(jié)晶化単磁區(qū)構(gòu)造粒界必要原子磁気最大活用磁石製法磁石磁石磁石製法磁石製法磁石応用 車部品用磁石醫(yī)療研討施設(shè)播磨磁石國內(nèi)生産金額推移6004002002005200019951990198519801975鋳造磁石焼結(jié)磁石希土類焼結(jié)磁石磁石希土類磁石希土類元素埋蔵量生産量諸外國磁石生産量増、國內(nèi)生産量減少日本磁石産業(yè)求 高度技術(shù)用高付加価値持応用用動力、NdFeB系高性能薄膜磁石研討 Nd2F14B

5、：1983年住友特殊金屬佐川発明現(xiàn)在世界最強永久磁石Basic CharacterizationLattice symmetrytetragonalSpace groupP42/mnma (nm)0.88c (nm)1.22DensityDX (Mg/m3)7.58Curie temperatureTC (K)586IS (T)(4.2K)1.85IS (T)(300K)1.6MS (B/f.u.)(4.2K)37.7MS (B/f.u.)(300K)32.5Anisotropy fieldHA (T)6.7Magnetic anisotropy constantKu (MJ/m3)(300K

6、)4.5Lattice constantsMagnetic moment per formula unitSaturation magnetization 1996年、我住特金共同研討薄膜磁石研討NdFeB薄膜磁石合成 単磁區(qū)粒子系制御 200300nm) 垂直磁気異方性制御高性能薄膜磁石得基板加熱型長所：膜法線方向c軸配向成長容易短所：高保磁力膜得10kOe結(jié)晶粒大熱処理結(jié)晶化型結(jié)晶粒小長所：単磁區(qū)結(jié)晶析出容易短所：c軸配向成長困難1.22 nm0.882 nmNdFeB機械研磨0.1mm限界直接成膜必要1990年代半進展Mo(100)上MBE成長例本実験： as-rollMo板運用X線回折

7、(100)配向圧延方向圧延面(200)TARGET HOLDERSubstrate Holdercasted Nd20Fe64B16Ar0.1 mm Mo Cooling WaterInOut2 x 10-6 Torr5 x 10-3 Torr0.1 mm Glass SheetRF Sputtering Set UpFe sheet作製方法組成最適化T1T2T1 T2t = 0 mmt = 1.0 mmGlass InsulationAverage Deposition Temperature ( T )Water cooled Cu substrate holderT1 T2Low Tem

8、p Deposition Ts = 300oC ?High Temp DepositionTs = 365oC Ti Coating 600 A 2 micron NdFeB FilmFilm Structure0.1 mm Mo Substrate- As rolled sheet- RMS 104 nm (a) 706050403020Ti (100) 2 Mo (200)Ti (002)Purely Amorphous Mo (110)Intensity (a.u.)LTD as-depo膜TEM像 (b) 706050403020Ti (002)Mo (110)2 Mo (200)Nd

9、O (black)Amorphous Matrix Intensity (a.u.)HTD as-depo 膜TEM像-10-50510-2-1012-10-50510-2-1012LTD HTDKu = 0.014 J/cm3Ku = 0.059 J/cm3H / plane Magnetization (kG)H (kOe)H (kOe)Ku = MsHc / 2磁気異方性比較Annealing Time (min)Temperature (o C)Furnace Cooling to Room Temp.650oC, 30 min Conditions for Vacuum Anneal

10、ingIR Heating Type Vacuum FurnaceVacuum Pressure = 6.7 x 10-4 Pa30 mins, 650oC, 6.7x10-4 Pa 昇溫速度hr = x oC/min (x: 1050oC/minAnnealing processDense, continuous, no voids fine crystals, some small voids surround the large and elongated 0.5 m crystallites. SEM 像 hr = 50oC/min7060504030202 1050040062141

11、15008208218225NdO (111)NdO (220) Mo (200) Mo (110)Intensity (a.u.)uniformly distributed grains with size 400 nmAnneal 膜微構(gòu)造 Mo Nd2Fe14B plain viewcross sectionInitial magnetization curveNucleation type mechanism-10-50510-400404M (kG)H (kOe)Anneal 膜磁気特性121086420-20-15-10-50(BH)MAX = 27 MGOe4MH (kOe) A

12、s depositedAnnealed Film annealed at 650oCAmorphous matrixNd2Fe14B matrixMatrix 中、境界多中、境界多NdO存在存在Assignment of particles in grain & boundaryParticles: Structure: fcc (a 5 nm) NdOConclusions Annealing at 650oC/min. TEM: Nd2Fe14B - phase & NdO Nd2Fe14B grain : 400 nm, near single domain,and be

13、haves as nucleation type magnet.(BH)max 20 MGOe以上Hc15 kOe以上Ir 1.0 T以上垂直、面內(nèi)磁化能夠膜厚 m以下化対応能夠MEMS応用求特性：(BH)MAX=27 MGOe iHc = 17 kOe 4Mr = 10.6 kG, 4Ms = 11.2 kG研討課題能夠、半導體基板上合成現(xiàn)課題赤外線非晶質(zhì)結(jié)晶化照射瞬間熱処理能夠性照射：半導體容易結(jié)合能夠加工等待Nd-Fe-B膜2mKrFKrF波長：248 nm 幅：20 ns照射回數(shù)：1回密度：0.2，0.3，0.4，0.6 J/cm2密度最適化基板基板溫度：400線幅約100m運用照射真空中2.010-6 TorrIntensity (arb.units)7060504030202(degree)as-deposited0.2 J/cm20.3 J/cm20.4 J/cm20.6 J/cm250 / mi n ,650 ,3 0 m i n : N d or N d O x i d e : N d2Fe14B : M o : T i or T i O x i d e 004 1 10 2 00 006 008 10