焼結体の製造方法及びこの焼結体の製造方法により製造されるネオジウム鉄ボロン系焼結磁石
【課題】 従来のNｄ−Ｆｅ−Ｂ系の焼結磁石の製造方法では、組成比でNｄの含有量が所定値を超えて多いと、αＦｅが生成しないインゴットの製造が可能であるものの、非磁性相のRリッチ相の体積比が増えて磁気特性を示す最大エネルギー積及び残留磁束密度が低下する。
【解決手段】 液相焼結によりネオジウム鉄ボロン系焼結磁石を得た後、この焼結磁石を処理室に収納して焼結温度より低い温度にて真空雰囲気中で加熱することにより、液相成分中の蒸気圧の高い元素を優先的に蒸発させて、液相の体積比を減少させつつ、当該焼結磁石と同一または異なる処理室に収納した所定のＤｙやＴｂの金属蒸発材料を真空雰囲気中にて加熱して蒸発させ、この蒸発した金属原子を焼結磁石表面に付着させ、この付着した金属原子を、金属蒸発材料からなる薄膜が形成される前に焼結磁石の結晶粒界相に拡散させる。
【解決手段】 液相焼結によりネオジウム鉄ボロン系焼結磁石を得た後、この焼結磁石を処理室に収納して焼結温度より低い温度にて真空雰囲気中で加熱することにより、液相成分中の蒸気圧の高い元素を優先的に蒸発させて、液相の体積比を減少させつつ、当該焼結磁石と同一または異なる処理室に収納した所定のＤｙやＴｂの金属蒸発材料を真空雰囲気中にて加熱して蒸発させ、この蒸発した金属原子を焼結磁石表面に付着させ、この付着した金属原子を、金属蒸発材料からなる薄膜が形成される前に焼結磁石の結晶粒界相に拡散させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼結体の製造方法に関し、より詳しくは、ネオジウム鉄ボロン系（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系）の焼結磁石から希土類元素を優先的に蒸発させる処理（真空蒸発処理）と、主相の結晶磁気異方性を大きく向上させるジスプロシウム（Ｄｙ）やテルビウム（Ｔｂ）をその結晶粒界相に拡散させる処理（真空蒸気処理）とを同時に行うことで超高性能磁石を作製するための焼結体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の焼結磁石（所謂、ネオジム磁石）は、鉄と、安価であって資源的に豊富で安定供給が可能なＮｄ、Ｂの元素の組み合わせからなることで安価に製造できると共に、高磁気特性（最大エネルギー積はフェライト系磁石の１０倍程度）を有することから、電子機器など種々の製品に利用され、ハイブリッドカー用のモーターや発電機などにも採用され、使用量が増えている。
【０００３】
Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の磁石は主に粉末冶金法で生産されており、この方法では、先ず、Ｎｄ、Ｆｅ、Ｂを所定の組成比で配合し、溶解、鋳造して合金原料を作製し、例えば水素粉砕工程により一旦粗粉砕し、引き続き、例えばジェットミル微粉砕工程により微粉砕して、合金原料粉末を得る。次いで、得られた合金原料粉末を磁界中で配向（磁場配向）させ、磁場を印加した状態で圧縮成形して成形体を得る。そして、この成形体を所定の条件下で焼結させて焼結磁石が作製される（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−６７６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の焼結磁石の磁性を担うＲ２Ｔ１４Ｂ相（主相成分）は、平衡状態では液相から直接生成せず、先ず初相としてγ鉄が生成し、液相とその鉄との反応（包晶反応）で生成する（γ鉄は温度低下と共にα鉄に変態する）。この場合、例えば、凝固冷却速度の速い急冷法であるストリップキャスティング法（ＳＣ法）により合金原料を溶解、鋳造したとしても、Ｎｄの含有量を２８．５％以下にすれば、α鉄の生成の抑制が難しく、合金中にデンドライト状に生成することが知られている。
【０００５】
α鉄が合金中にデンドライト状に生成し、立体的に繋がっていると、その後の粉砕工程での合金の粉砕性を著しく害する。つまり、粉砕性が悪いと、水素粉砕工程により一旦粗粉砕し、引き続き、ジェットミル微粉砕工程により微粉砕しようとしても、高磁気特性の焼結磁石を作製することに適した粒形の揃った微細な粉末粒子の粉末を得ることが困難となる。その上、ジェットミル中に粗大粒（デンドライト状に生成したα鉄に起因する）が残留したり、バッグフィルターで回収される微粉の量が増えることによって組成ずれが起こり易く、品質管理が困難であるという問題がある。
【０００６】
他方で、Ｎｄの含有量を２８．５％より多くすれば、α鉄が生成しないインゴットの製造が可能であるものの、Ｒリッチ相が増えて、磁性を担うＲ２Ｔ１４Ｂ相の体積比が減少するため、磁気特性を示す最大エネルギー積（（ＢＨ）ｍａｘ）及び残留磁束密度（Ｂｒ）の大きな高性能磁石の製造が難しくなるといった問題が生じる。
【０００７】
また、この種の磁石においては、保磁力（ｋＯｅ）をさらに高めれば、磁石自体の厚みの薄くしても強い磁力を持ったものが得られるので、この種の磁石利用製品自体の小型、軽量化や小電力化を図ることができる。このことから、従来技術のものと比較して一層高い保磁力を有する超高性能磁石の開発も望まれている。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、上記点に鑑み、例えば永久磁石の磁気特性の向上などの製品機能を改善できる焼結体の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の焼結体の製造方法は、液相焼結により一次焼結体を得た後、この一次焼結体を処理室に収納して焼結温度より低い温度にて真空雰囲気中で加熱することにより、液相成分中の蒸気圧の高い元素を優先的に蒸発させて、液相の体積比を減少あるいは消滅させつつ、当該一次焼結体と同一または異なる処理室に収納した所定の金属蒸発材料を真空雰囲気中にて加熱して蒸発させ、この蒸発した金属原子を一次焼結体表面に付着させ、この付着した金属原子を一次焼結体の結晶粒界相に拡散させることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、焼結促進に寄与する液相成分のうち、蒸気圧の高い元素を優先的に蒸発させて液相の体積比を減少等させることで、主相本来の特性を発揮させることができる。特に、一次焼結体がＲ２Ｔ１４Ｂ相系磁石の場合、希土類元素を効率良く蒸発させて、Ｒリッチ相の体積比を減少させ、磁性を担うＲ２Ｔ１４Ｂ相（主相成分）の体積比を増大させることにより、磁気特性を示す最大エネルギー積（（ＢＨ）ｍａｘ）及び残留磁束密度（Ｂｒ）を向上することができる。
【００１１】
上記のような処理と同時に、主相の特性を向上させる所定の金属原子をその結晶粒界相に拡散させることで、主相本来の特性をより一層向上させることができる。特に、磁性を担うＲ２Ｔ１４Ｂ相の体積比を増大させることにより、磁気特性を示す最大エネルギー積（（ＢＨ）ｍａｘ）及び残留磁束密度（Ｂｒ）を向上させたものに対し、主相の結晶磁気異方性を大きく向上させるＤｙやＴｂをその結晶粒界相に拡散させることで、ニュークリエーション型の保磁力発生機構を強化し、その結果、最大エネルギー積がほとんど損なわれることなく、保磁力が飛躍的に向上し、その結果、超高性能磁石が得られる。
【００１２】
このように本発明においては、液相成分のうち蒸気圧の高い元素を優先的に蒸発させて液相の体積比を減少等させる処理と、主相の特性を向上させる所定の金属原子をその結晶粒界相に拡散させる処理とを同時に施すため、両処理を順次行う場合と比較して大幅に処理時間を短縮することができ、高い生産性を達成することが可能となる。
【００１３】
この場合、前記蒸発した金属原子を二次焼結体表面に金属蒸発材料からなる薄膜が形成される前に二次焼結体の結晶粒界相に拡散させることがよい。これによれば、磁石表面が劣化することが防止され、仕上げ加工が不要な生産性に優れた磁石が得られる。
【００１４】
本発明においては、前記一次焼結体は、原料合金をストリップキャスティング法あるいは遠心鋳造法で製造し、その後、粉砕、磁場成形、焼結の各工程を経て得たものであることが好ましい。
【００１５】
前記原料合金は、所定の希土類元素を有するネオジウム鉄ボロン系焼結磁石用のものであり、前記希土類元素の含有量が２８．５重量％以上３０重量％以下であることが好ましい。
【００１６】
これによれば、主相成分がＲ２Ｔ１４Ｂ相で構成され、Ｒが、Ｎｄを主とする少なくとも１種の希土類元素、Ｔが、Ｆｅを主とする遷移金属であり、Ｒ２Ｔ１４Ｂ相化学量論組成より過剰のＲがＲリッチ相として、特に焼結時に液相となって焼結の促進に役立つ焼結磁石である場合に、例えば、原料合金を溶解、鋳造するとき、合金中にデンドライト状のα鉄が生成しないように、希土類元素の含有量を多く設定し、α鉄が生成しないインゴットを製造し、公知の工程で焼結磁石を得た後、Ｒリッチ相の希土類元素のみを蒸発させることで、Ｎｄリッチ相の体積比を減少させ、その結果、磁気特性を示す最大エネルギー積（（ＢＨ）ｍａｘ）及び残留磁束密度（Ｂｒ）を向上できる。
【００１７】
上記処理と同時に、前記金属蒸発材料を、ジスプロシウム、テルビウムまたはこれらのいずれか一方を含む合金として、ＤｙやＴｂを蒸発させ、Ｄｙ原子を焼結磁石の結晶粒界相に拡散させることで、保磁力を向上でき、その結果、超高性能磁石が得られる。
【００１８】
前記真空雰囲気の圧力を、１０−４Ｐａ以下に設定することが好ましい。１０−４Ｐａより高い圧力では、液相成分中の蒸気圧の高い元素を優先的に蒸発させつつ、ＤｙやＴｂの金属原子を焼結磁石の結晶粒界相に効率よく拡散できない。
【００１９】
また、一次焼結体表面に金属蒸発材料からなる薄膜が形成されないように蒸発した金属原子を供給するために、前記蒸発した金属原子が、前記処理室に配置され、かつ、複数個の微細な開口が形成された調整板の各開口を通して前記焼結磁石に供給される構成を採用するのがよい。
【００２０】
なお、請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の方法によって製造される焼結体は、例えばネオジウム鉄ボロン系焼結磁石である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１を参照して説明すれば、１は、ネオジウム鉄ボロン系の焼結磁石（一次焼結体）Ｓに対し、真空雰囲気にて焼結磁石Ｓから希土類元素を優先的に蒸発させる処理（真空蒸発処理）と、主相の結晶磁気異方性を大きく向上させるジスプロシウム（Ｄｙ）やテルビウム（Ｔｂ）をその結晶粒界相に拡散させる処理（真空蒸気処理）とを同時に施して超高性能磁石を得るための真空処理装置である。真空蒸発装置１は、ターボ分子ポンプ、クライオポンプ、拡散ポンプなどの真空排気手段２を介して所定圧力（例えば１０−５Ｐａ）まで減圧して保持できる真空チャンバ３を有する。真空チャンバ内３には、上面を開口した円筒形状の焼結体ケース４が出入れ自在に設置でき、この焼結体ケース４で囲まれた空間が処理室４ａを構成する。処理室４ａ内には、複数本の線材（例えばφ０．１〜１０ｍｍ）を格子状に配置してなる載置部４ｂが、底面から高さ方向で所定の間隔を存して複数形成され、この載置部４ｂに複数個の焼結磁石Ｓを並べて載置できるようになっている。
【００２２】
また、焼結体ケース４には、焼結磁石Ｓと離間するようにその底面、側面または上面等に金属蒸発材料Ｖが適宜配置できるようになっている。金属蒸発材料Ｖとしては、主相の結晶磁気異方性を大きく向上させるジスプロシウム（Ｄｙ）、テルビウム（Ｔｂ）またはこれらの少なくとも一方を含む合金が用いられ、当該合金には、保磁力を一層高めるために、Ｎｄ、Ａｌ、Ｃｕ及びＧａ等が含められる。金属蒸発材料Ｖは、所定の混合割合で配合し、例えばアーク溶解炉を用いてバルク状（略球状）の合金を得て、焼結磁石Ｓの１〜１０重量％の割合で、単位体積当たりの表面積（比表面積）を小さくして処理室４ａに配置される。
【００２３】
焼結体ケース４及び載置部４ｂは、後述するように焼結磁石Ｓ及び金属蒸発材料Ｖを加熱することで、当該焼結磁石Ｓから液相である希土類リッチ相のＮｄ、Ｐｒなどの希土類元素Ｒを優先的に蒸発させると共に、ＤｙやＴｂの金属蒸発材料Ｖを蒸発させたときに、これらの希土類元素Ｒと反応しない材料から構成されている。即ち、蒸発させた希土類元素Ｒが焼結体ケース４や載置部４ｂの表面に付着してその表面に反応生成物を形成したのでは、蒸発させたＤｙ及びＴｂを含む希土類元素Ｒの回収が困難になる場合がある。このため、焼結体ケース４及び載置部４ｂを、表面に付着した希土類元素Ｒの剥離が容易なＭｏやＳＵＳから製作するか、またはＭｏ等を他の断熱材の表面に内張膜として成膜したものから構成している。この場合、真空チャンバ３の壁面にも、希土類元素Ｒが付着するため、その回収を容易にするため、表面に上記材料からなる内張膜を形成したシールド板（図示せず）を設けておくことが好ましい。
【００２４】
真空チャンバ３には、焼結体ケース４の周囲を囲うように加熱手段５が設けられている。加熱手段５は、焼結体ケース４の周囲を囲うようにその全長に亘って列設した複数本の環状のフィラメントから構成される電気ヒータ（図示せず）であり、各フィラメントは、真空チャンバ３内に設けた支持片（図示せず）で支持されている。この場合、フィラメントもまた、希土類元素Ｒと反応しないＭｏ等から構成されている。そして、減圧下で、加熱手段５によって焼結体ケース４を加熱することで、焼結体ケース４を介して間接的に処理室４ａ、ひいては、載置部４ｂに載置した焼結磁石Ｓ及び金属蒸発材料Ｖを略均等に加熱できる。
【００２５】
焼結体ケース４の上方には、その開口した上面を覆うようにトラップ板６が配置され、このトラップ板６は、焼結磁石Ｓから蒸発した希土類元素Ｒ及び金属蒸発材料Ｖから蒸発したＤｙ原子やＴｂ原子のうち焼結磁石Ｄ表面に付着せずに焼結体ケース４上面の開口を通ってその外側に排出されたものを付着させて回収する役割を果たす。トラップ板６もまた、蒸発させたＤｙ、Ｔｂを含む希土類元素Ｒと反応せず、かつ、表面に付着したものが剥離し易い材料、例えばＭｏから構成されている。この場合、処理室４ａの容積は、希土類元素Ｒの平均自由行程を考慮して、特に焼結磁石Ｓから蒸発させた希土類元素Ｒが直接または焼結体ケース４の内壁への衝突を繰返して上面開口を通って外側に排出されるように設定され、また、焼結体ケース４の上端からトラップ板６までの間隔は、排出された希土類元素Ｒの大部分が付着するように設定されている。この場合、焼結体ケース４に、例えば冷媒の循環による冷却手段を付設し、温度差によって蒸発した希土類元素Ｒがトラップ板６に付着して堆積するように構成してもよい。
【００２６】
次に、超高性能磁石（永久磁石）の作製について説明する。原料合金粉末は次のように作製される。即ち、Ｆｅ、Ｎｄ、Ｂが所定の組成比となるように、工業用純鉄、金属ネオジウム、低炭素フェロボロンを配合して真空誘導炉を用いて溶解し、急冷法、例えばストリップキャスト法により０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍの原料合金を先ず作製する。あるいは、遠心鋳造法で５〜１０ｍｍ程度の厚さの原料合金を作製してもよく、配合の際に、Ｄｙ、Ｔｂ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｇａ等を添加しても良い。この場合、希土類元素の合計含有量を２８．５％より多くし、α鉄が生成しないインゴットとする。
【００２７】
次いで、作製した原料合金を、公知の水素粉砕工程により粗粉砕し、引き続き、ジェットミル微粉砕工程により窒素ガス雰囲気中で微粉砕し、平均粒径３〜１０μｍの原料合金粉末を得る。次いで、原料合金粉末を、公知の圧縮成形機を用いて磁界中で所定形状に圧縮成形する。次いで、圧縮成形機から取出した成形体を、図示しない焼結炉内に収納し、真空中で所定温度（例えば、１０５０℃）で所定時間焼結（焼結工程）し、さらに所定温度（５００℃）で熱処理して焼結磁石（一次焼結体）Ｓを得る。
【００２８】
次に、図１に示す真空処理装置１を用い、上記焼結磁石Ｓに対し、真空蒸発処理と、金属蒸発材料ＶとしてＴｂを用いた真空蒸気処理とを同時に施す。即ち、上記のように作製した焼結磁石Ｓを、焼結体ケース４の載置部４ｂ上に載置すると共に、当該焼結体ケース４の底面に、金属蒸発材料Ｖとしてバルク状のＴｂを設置する。そして、焼結磁石Ｓと金属蒸発材料Ｖとを収納した焼結体ケース４を真空チャンバ３内の加熱手段５で囲まれる位置に設置した後、真空排気手段２を作動させて、所定圧力（例えば１０−５Ｐａ）に到達するまで真空チャンバ３を減圧する。真空チャンバ３内が所定圧力に到達した後、加熱手段５を作動させて処理室４ａ、ひいては焼結磁石Ｓ及び金属蒸発材料をＶ加熱し、所定温度に到達した後、この状態で所定時間保持する。
【００２９】
この場合の加熱温度は、９００℃以上で焼結温度未満（例えば、１１００℃）の温度に設定する。９００℃より低い温度では、希土類元素Ｒ及び金属蒸発材料ＶたるＴｂを効率よく蒸発できず、また、焼結温度を超えると、異常粒成長が起こり、磁気特性が大きく低下すると共に、Ｔｂの蒸気圧が高くなって蒸気雰囲気中のＴｂ原子が焼結磁石Ｓ表面に過剰に供給される。併せて、真空チャンバ３と真空排気手段２とを連結する排気通路（排気管）７に開度調整自在な開閉バルブ８を設け、この開閉バルブ８の開度を調節して、真空チャンバ３、ひいては処理室４ａ内の圧力を１０−４Ｐａ以下の圧力に設定する。１０−４Ｐａより高い圧力では、希土類元素Ｒ及び金属蒸発材料ＶたるＴｂを効率よく蒸発させることができない。
【００３０】
これにより、一定温度下での蒸気圧の相違により（例えば、１０００℃において、Ｎｄの蒸気圧は１０−３Ｐａ、Ｆｅの蒸気圧は１０−５Ｐａ、Ｂの蒸気圧は１０−１３Ｐａ）、Ｒリッチ相中の希土類元素Ｒのみが蒸発する。このため、Ｎｄリッチ相の割合が減少して、磁気特性を示す最大エネルギー積（（ＢＨ）ｍａｘ）及び残留磁束密度（Ｂｒ）が向上する。それに加えて、上記温度範囲で蒸発したＴｂ原子が直接または焼結体ケース４の側壁で衝突を繰返して複数の方向から所定温度に加熱されている焼結磁石Ｓ表面に向かって供給されて付着し、この付着したＴｂ原子が焼結磁石Ｓの結晶粒界相に拡散され、結晶粒界相にＴｂリッチ相（Ｄｙを５〜８０％の範囲で含む相）が形成される。このため、ニュークリエーション型の保磁力発生機構を強化し、最大エネルギー積を殆ど損なうことなく、保磁力が飛躍的に向上する。その結果、超高性能磁石となる。
【００３１】
ここで、上記処理の時間は、永久磁石の希土類元素Ｒの含有量を２８．５ｗｔ％未満、または、希土類元素Ｒの平均濃度の減少量を０．５重量％以上となり、その上で結晶粒界相にＴｂリッチ相が形成されるように適宜設定される。
【００３２】
また、上記圧力及び加熱温度範囲で、Ｔｂを蒸発させることで、Ｔｂの蒸気圧を低くなってその蒸発量が少くなって焼結磁石ＳへのＴｂ原子の供給量が抑制されることと、焼結磁石が最適な拡散速度が得られる範囲に加熱されていることとが相俟って、焼結磁石Ｓ表面に付着したＴｂ原子が、焼結磁石Ｓ表面で堆積してＴｂ層（薄膜）を形成する前にその結晶粒界相に効率よく拡散させて均一に行き渡るようになる（図２参照）。その結果、磁石Ｍの表面が劣化することが防止され、仕上げ加工が不要な生産性に優れた超高性能磁石（永久磁石）Ｍが得られる。この場合、真空蒸発処理と、真空蒸気処理とを順次行う場合と比較して大幅に処理時間を短縮することができ、さらに高い生産性を達成することが可能となる。
【００３３】
次いで、上記処理を実施した後、加熱手段５の作動を一旦停止すると共に、開閉バルブ８を全開して真空チャンバ３を排気しつつ冷却し、処理室４ａ内の温度を例えば５００℃まで一旦下げる。引き続き、加熱手段５を再度作動させ、処理室４ａ内の温度を５５０℃〜６５０℃の範囲に設定し、一層磁気特性を向上させるための熱処理を施す。最後に、略室温まで冷却し、永久磁石Ｍを取り出す。
【００３４】
尚、本実施の形態においては、焼結体ケース４に設置する金属蒸発材料としてＴｂを用いるものを例に説明したが、これに限定されるものではなく、Ｄｙを用いることができる。この場合、処理室４ａ内の温度が９００℃〜１０００℃のとき、Ｄｙの飽和蒸気圧は約１×１０−２〜１×１０−１Ｐａであるため、処理室４ａを９００℃を超えた温度で加熱すると、Ｄｙの蒸気圧が高くなって蒸気雰囲気中のＤｙ原子が焼結磁石Ｓ表面に過剰に供給される。このとき、Ｄｙが結晶粒内に拡散し、結晶粒内の磁化を大きく下げるため、最大エネルギー積及び残留磁束密度が低下することになる。
【００３５】
そこで、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、金属蒸発材料ＶがＤｙを主とするような場合には、焼結体ケース４の底面に、上面を開口した箱体１１と当該箱体の上面開口を塞ぐ蓋体１２とからなるＭｏ製の蒸発箱１３を設置し、蓋体１２に形成した微細な貫通孔１４（φ０．１〜５ｍｍ）を通して、焼結磁石に蒸発したＤｙ原子が供給されるようにすることが好ましい。この場合、蓋体１２が調整板を構成する。
【００３６】
他方で、特に図示しないが、真空チャンバ３に連通路を介して他の真空チャンバたる蒸発室（他の処理室）を連結し、当該他の真空チャンバ内に金属蒸発材料Ｖのみを設置し、真空チャンバ３とは別個に金属蒸発材料Ｖを加熱して蒸発させることができるようにし、焼結体ケース４の底面に設けた開口を介して焼結磁石に蒸発したＤｙ原子が供給されるようにしてもよい。この場合、連通路に複数の微細な貫通孔を形成した調整板を設けるようにしてもよい。
【００３７】
さらに、本実施の形態では、焼結磁石Ｓの製造を例として説明したが、焼結体から特定物質を蒸発させ、特定の金属元素をその結晶粒界相に拡散させて焼結体の機能を向上できるものであれば、本発明の焼結体の製造方法を適用できる。
【実施例１】
【００３８】
実施例１では、図１に示す真空処理装置１を用い、永久磁石を得た。まず、工業用純鉄、金属ネオジウム、低炭素フェロボロン、電解コバルト、純銅を原料として、配合組成で２９Ｎｄ−１Ｂ−０．１Ｃｕ−１Ｃｏ−Ｂａｌ Ｆｅ（重量％）となるようにして、真空誘導溶解を行い、ストリップキャスティング法で厚さ約０．３ｍｍの薄片状インゴットを得た。次に、水素粉砕工程により一旦粗粉砕し、引き続き、例えばジェットミル微粉砕工程により微粉砕して、原料合金粉末を得た。
【００３９】
次に、公知の構造を有する横磁場圧縮成形装置を用いて、成形体を得て、次いで真空焼結炉にて１０５０℃の温度下で２時間焼結させて焼結磁石Ｓを得た。そして、ワイヤカットにより一次焼結体を４０×１０×３ｍｍの形状に加工した後、表面粗さが１０μｍ以下となるように仕上げ加工した後、希硝酸によって表面をエッチングした。
【００４０】
次いで、図１に示す真空蒸発装置１を用い上記処理を施した。処理室４ａ内の載置部４ｂに１００個の上記焼結磁石Ｓを等間隔で配置すると共に、焼結体ケース４の底面に、金属蒸発材料Ｖとして、純度９９．９％で塊状のＴｂ（約φ１ｍｍ）を３ｋｇの総量で配置した。
【００４１】
次いで、焼結磁石Ｓと金属蒸発材料Ｖとをセットした焼結体ケース４を真空チャンバ３の所定位置に収納した後、真空排気手段２を作動させて真空チャンバを１×１０−５Ｐａまで減圧し、加熱手段５を作動させて加熱した。処理室４ａの加熱温度を１０００℃に設定し、処理室４ａの温度が１０００℃に達した後、上記処理を１０時間行った。
【００４２】
図４は、開閉バルブ８の開度を調節して処理室４ａ内の圧力を１Ｐａから２×１０−５Ｐａまで変化させて上記処理を行ったときの永久磁石Ｍの磁気特性（ＢＨカーブトレーサーにより測定）の平均値を示す表である。これによれば、１０−３Ｐａの圧力では、磁気特性を示す最大エネルギー積が５３．６ＭＧ０ｅ、残留磁束密度が１４．６２ｋＧ、そして保磁力が１２．６ｋＯｅであり、この圧力より高い圧力下では、超高性能の永久磁石が得られないことが判る。
【００４３】
それに対して、１０−４Ｐａ以下の圧力では、磁気特性を示す最大エネルギー積が５６ＭＧ０ｅ、残留磁束密度が１４．８７ｋＧであり、しかも、保磁力が２７．５ｋＯｅであり、１０−３Ｐａの圧力より高い圧力の場合に比べて倍以上の保磁力を有する超高性能の永久磁石が得られることが判る。
【実施例２】
【００４４】
実施例２では、実施例１と同条件で焼結磁石Ｓを作製した。次いで、真空蒸発装置１を用い、加熱温度を９００℃、蒸発時間を１０時間と固定して、開閉バルブ８の開度を調節して処理室４ａ内の圧力を２Ｐａから２×１０−５Ｐａまで変化させ、上記真空処理を実施した。
【００４５】
また、金属蒸発材料Ｖとして、純度９９．９％で塊状のＤｙ（約φ１ｍｍ）を用い、３ｋｇの総量で蒸発箱１３（図３参照）に配置した後、焼結体ケース４の底面に設置した。蒸発箱１３の蓋体には、φ０．２〜０．５ｍｍの貫通孔を、蓋体上面の面積に対する開口率が１％となるように形成した。
【００４６】
図５は、上記処理を行ったときの永久磁石Ｍの磁気特性（ＢＨカーブトレーサーにより測定）の平均値を示す表である。これによれば、１０−３Ｐａの圧力では、磁気特性を示す最大エネルギー積が５３．１ＭＧ０ｅ、残留磁束密度が１４．６１ｋＧ、そして保磁力が１３．５ｋＯｅであり、この圧力より高い圧力下では、超高性能の永久磁石が得られないことが判る。
【００４７】
それに対して、１０−４Ｐａ以下の圧力では、磁気特性を示す最大エネルギー積が５５．６ＭＧ０ｅ、残留磁束密度が１４．８６ｋＧであり、保磁力が２２．５ｋＯｅであり、１０−３Ｐａの圧力より高い圧力の場合に比べて超高性能の永久磁石が得られることが判る。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の製造方法を実施する真空処理装置を概略的に説明する図。
【図２】真空処理を施したときの磁石の断面を模式的に説明する図。
【図３】本発明の製造方法を実施する真空処理装置の変形例を概略的に説明する図。
【図４】実施例１で作製した焼結磁石の磁気特性を示す表。
【図５】実施例２で作製した焼結磁石の磁気特性を示す表。
【符号の説明】
【００４９】
１ 真空蒸発装置
３ 真空チャンバ
４ 焼結体ケース
４ａ 処理室
５ 加熱手段
６ トラップ板
Ｓ 一次焼結体（焼結磁石）
Ｒ 希土類元素
Ｖ 金属蒸発材料（Ｄｙ、Ｔｂ）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼結体の製造方法に関し、より詳しくは、ネオジウム鉄ボロン系（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系）の焼結磁石から希土類元素を優先的に蒸発させる処理（真空蒸発処理）と、主相の結晶磁気異方性を大きく向上させるジスプロシウム（Ｄｙ）やテルビウム（Ｔｂ）をその結晶粒界相に拡散させる処理（真空蒸気処理）とを同時に行うことで超高性能磁石を作製するための焼結体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の焼結磁石（所謂、ネオジム磁石）は、鉄と、安価であって資源的に豊富で安定供給が可能なＮｄ、Ｂの元素の組み合わせからなることで安価に製造できると共に、高磁気特性（最大エネルギー積はフェライト系磁石の１０倍程度）を有することから、電子機器など種々の製品に利用され、ハイブリッドカー用のモーターや発電機などにも採用され、使用量が増えている。
【０００３】
Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の磁石は主に粉末冶金法で生産されており、この方法では、先ず、Ｎｄ、Ｆｅ、Ｂを所定の組成比で配合し、溶解、鋳造して合金原料を作製し、例えば水素粉砕工程により一旦粗粉砕し、引き続き、例えばジェットミル微粉砕工程により微粉砕して、合金原料粉末を得る。次いで、得られた合金原料粉末を磁界中で配向（磁場配向）させ、磁場を印加した状態で圧縮成形して成形体を得る。そして、この成形体を所定の条件下で焼結させて焼結磁石が作製される（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−６７６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の焼結磁石の磁性を担うＲ２Ｔ１４Ｂ相（主相成分）は、平衡状態では液相から直接生成せず、先ず初相としてγ鉄が生成し、液相とその鉄との反応（包晶反応）で生成する（γ鉄は温度低下と共にα鉄に変態する）。この場合、例えば、凝固冷却速度の速い急冷法であるストリップキャスティング法（ＳＣ法）により合金原料を溶解、鋳造したとしても、Ｎｄの含有量を２８．５％以下にすれば、α鉄の生成の抑制が難しく、合金中にデンドライト状に生成することが知られている。
【０００５】
α鉄が合金中にデンドライト状に生成し、立体的に繋がっていると、その後の粉砕工程での合金の粉砕性を著しく害する。つまり、粉砕性が悪いと、水素粉砕工程により一旦粗粉砕し、引き続き、ジェットミル微粉砕工程により微粉砕しようとしても、高磁気特性の焼結磁石を作製することに適した粒形の揃った微細な粉末粒子の粉末を得ることが困難となる。その上、ジェットミル中に粗大粒（デンドライト状に生成したα鉄に起因する）が残留したり、バッグフィルターで回収される微粉の量が増えることによって組成ずれが起こり易く、品質管理が困難であるという問題がある。
【０００６】
他方で、Ｎｄの含有量を２８．５％より多くすれば、α鉄が生成しないインゴットの製造が可能であるものの、Ｒリッチ相が増えて、磁性を担うＲ２Ｔ１４Ｂ相の体積比が減少するため、磁気特性を示す最大エネルギー積（（ＢＨ）ｍａｘ）及び残留磁束密度（Ｂｒ）の大きな高性能磁石の製造が難しくなるといった問題が生じる。
【０００７】
また、この種の磁石においては、保磁力（ｋＯｅ）をさらに高めれば、磁石自体の厚みの薄くしても強い磁力を持ったものが得られるので、この種の磁石利用製品自体の小型、軽量化や小電力化を図ることができる。このことから、従来技術のものと比較して一層高い保磁力を有する超高性能磁石の開発も望まれている。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、上記点に鑑み、例えば永久磁石の磁気特性の向上などの製品機能を改善できる焼結体の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の焼結体の製造方法は、液相焼結により一次焼結体を得た後、この一次焼結体を処理室に収納して焼結温度より低い温度にて真空雰囲気中で加熱することにより、液相成分中の蒸気圧の高い元素を優先的に蒸発させて、液相の体積比を減少あるいは消滅させつつ、当該一次焼結体と同一または異なる処理室に収納した所定の金属蒸発材料を真空雰囲気中にて加熱して蒸発させ、この蒸発した金属原子を一次焼結体表面に付着させ、この付着した金属原子を一次焼結体の結晶粒界相に拡散させることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、焼結促進に寄与する液相成分のうち、蒸気圧の高い元素を優先的に蒸発させて液相の体積比を減少等させることで、主相本来の特性を発揮させることができる。特に、一次焼結体がＲ２Ｔ１４Ｂ相系磁石の場合、希土類元素を効率良く蒸発させて、Ｒリッチ相の体積比を減少させ、磁性を担うＲ２Ｔ１４Ｂ相（主相成分）の体積比を増大させることにより、磁気特性を示す最大エネルギー積（（ＢＨ）ｍａｘ）及び残留磁束密度（Ｂｒ）を向上することができる。
【００１１】
上記のような処理と同時に、主相の特性を向上させる所定の金属原子をその結晶粒界相に拡散させることで、主相本来の特性をより一層向上させることができる。特に、磁性を担うＲ２Ｔ１４Ｂ相の体積比を増大させることにより、磁気特性を示す最大エネルギー積（（ＢＨ）ｍａｘ）及び残留磁束密度（Ｂｒ）を向上させたものに対し、主相の結晶磁気異方性を大きく向上させるＤｙやＴｂをその結晶粒界相に拡散させることで、ニュークリエーション型の保磁力発生機構を強化し、その結果、最大エネルギー積がほとんど損なわれることなく、保磁力が飛躍的に向上し、その結果、超高性能磁石が得られる。
【００１２】
このように本発明においては、液相成分のうち蒸気圧の高い元素を優先的に蒸発させて液相の体積比を減少等させる処理と、主相の特性を向上させる所定の金属原子をその結晶粒界相に拡散させる処理とを同時に施すため、両処理を順次行う場合と比較して大幅に処理時間を短縮することができ、高い生産性を達成することが可能となる。
【００１３】
この場合、前記蒸発した金属原子を二次焼結体表面に金属蒸発材料からなる薄膜が形成される前に二次焼結体の結晶粒界相に拡散させることがよい。これによれば、磁石表面が劣化することが防止され、仕上げ加工が不要な生産性に優れた磁石が得られる。
【００１４】
本発明においては、前記一次焼結体は、原料合金をストリップキャスティング法あるいは遠心鋳造法で製造し、その後、粉砕、磁場成形、焼結の各工程を経て得たものであることが好ましい。
【００１５】
前記原料合金は、所定の希土類元素を有するネオジウム鉄ボロン系焼結磁石用のものであり、前記希土類元素の含有量が２８．５重量％以上３０重量％以下であることが好ましい。
【００１６】
これによれば、主相成分がＲ２Ｔ１４Ｂ相で構成され、Ｒが、Ｎｄを主とする少なくとも１種の希土類元素、Ｔが、Ｆｅを主とする遷移金属であり、Ｒ２Ｔ１４Ｂ相化学量論組成より過剰のＲがＲリッチ相として、特に焼結時に液相となって焼結の促進に役立つ焼結磁石である場合に、例えば、原料合金を溶解、鋳造するとき、合金中にデンドライト状のα鉄が生成しないように、希土類元素の含有量を多く設定し、α鉄が生成しないインゴットを製造し、公知の工程で焼結磁石を得た後、Ｒリッチ相の希土類元素のみを蒸発させることで、Ｎｄリッチ相の体積比を減少させ、その結果、磁気特性を示す最大エネルギー積（（ＢＨ）ｍａｘ）及び残留磁束密度（Ｂｒ）を向上できる。
【００１７】
上記処理と同時に、前記金属蒸発材料を、ジスプロシウム、テルビウムまたはこれらのいずれか一方を含む合金として、ＤｙやＴｂを蒸発させ、Ｄｙ原子を焼結磁石の結晶粒界相に拡散させることで、保磁力を向上でき、その結果、超高性能磁石が得られる。
【００１８】
前記真空雰囲気の圧力を、１０−４Ｐａ以下に設定することが好ましい。１０−４Ｐａより高い圧力では、液相成分中の蒸気圧の高い元素を優先的に蒸発させつつ、ＤｙやＴｂの金属原子を焼結磁石の結晶粒界相に効率よく拡散できない。
【００１９】
また、一次焼結体表面に金属蒸発材料からなる薄膜が形成されないように蒸発した金属原子を供給するために、前記蒸発した金属原子が、前記処理室に配置され、かつ、複数個の微細な開口が形成された調整板の各開口を通して前記焼結磁石に供給される構成を採用するのがよい。
【００２０】
なお、請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の方法によって製造される焼結体は、例えばネオジウム鉄ボロン系焼結磁石である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１を参照して説明すれば、１は、ネオジウム鉄ボロン系の焼結磁石（一次焼結体）Ｓに対し、真空雰囲気にて焼結磁石Ｓから希土類元素を優先的に蒸発させる処理（真空蒸発処理）と、主相の結晶磁気異方性を大きく向上させるジスプロシウム（Ｄｙ）やテルビウム（Ｔｂ）をその結晶粒界相に拡散させる処理（真空蒸気処理）とを同時に施して超高性能磁石を得るための真空処理装置である。真空蒸発装置１は、ターボ分子ポンプ、クライオポンプ、拡散ポンプなどの真空排気手段２を介して所定圧力（例えば１０−５Ｐａ）まで減圧して保持できる真空チャンバ３を有する。真空チャンバ内３には、上面を開口した円筒形状の焼結体ケース４が出入れ自在に設置でき、この焼結体ケース４で囲まれた空間が処理室４ａを構成する。処理室４ａ内には、複数本の線材（例えばφ０．１〜１０ｍｍ）を格子状に配置してなる載置部４ｂが、底面から高さ方向で所定の間隔を存して複数形成され、この載置部４ｂに複数個の焼結磁石Ｓを並べて載置できるようになっている。
【００２２】
また、焼結体ケース４には、焼結磁石Ｓと離間するようにその底面、側面または上面等に金属蒸発材料Ｖが適宜配置できるようになっている。金属蒸発材料Ｖとしては、主相の結晶磁気異方性を大きく向上させるジスプロシウム（Ｄｙ）、テルビウム（Ｔｂ）またはこれらの少なくとも一方を含む合金が用いられ、当該合金には、保磁力を一層高めるために、Ｎｄ、Ａｌ、Ｃｕ及びＧａ等が含められる。金属蒸発材料Ｖは、所定の混合割合で配合し、例えばアーク溶解炉を用いてバルク状（略球状）の合金を得て、焼結磁石Ｓの１〜１０重量％の割合で、単位体積当たりの表面積（比表面積）を小さくして処理室４ａに配置される。
【００２３】
焼結体ケース４及び載置部４ｂは、後述するように焼結磁石Ｓ及び金属蒸発材料Ｖを加熱することで、当該焼結磁石Ｓから液相である希土類リッチ相のＮｄ、Ｐｒなどの希土類元素Ｒを優先的に蒸発させると共に、ＤｙやＴｂの金属蒸発材料Ｖを蒸発させたときに、これらの希土類元素Ｒと反応しない材料から構成されている。即ち、蒸発させた希土類元素Ｒが焼結体ケース４や載置部４ｂの表面に付着してその表面に反応生成物を形成したのでは、蒸発させたＤｙ及びＴｂを含む希土類元素Ｒの回収が困難になる場合がある。このため、焼結体ケース４及び載置部４ｂを、表面に付着した希土類元素Ｒの剥離が容易なＭｏやＳＵＳから製作するか、またはＭｏ等を他の断熱材の表面に内張膜として成膜したものから構成している。この場合、真空チャンバ３の壁面にも、希土類元素Ｒが付着するため、その回収を容易にするため、表面に上記材料からなる内張膜を形成したシールド板（図示せず）を設けておくことが好ましい。
【００２４】
真空チャンバ３には、焼結体ケース４の周囲を囲うように加熱手段５が設けられている。加熱手段５は、焼結体ケース４の周囲を囲うようにその全長に亘って列設した複数本の環状のフィラメントから構成される電気ヒータ（図示せず）であり、各フィラメントは、真空チャンバ３内に設けた支持片（図示せず）で支持されている。この場合、フィラメントもまた、希土類元素Ｒと反応しないＭｏ等から構成されている。そして、減圧下で、加熱手段５によって焼結体ケース４を加熱することで、焼結体ケース４を介して間接的に処理室４ａ、ひいては、載置部４ｂに載置した焼結磁石Ｓ及び金属蒸発材料Ｖを略均等に加熱できる。
【００２５】
焼結体ケース４の上方には、その開口した上面を覆うようにトラップ板６が配置され、このトラップ板６は、焼結磁石Ｓから蒸発した希土類元素Ｒ及び金属蒸発材料Ｖから蒸発したＤｙ原子やＴｂ原子のうち焼結磁石Ｄ表面に付着せずに焼結体ケース４上面の開口を通ってその外側に排出されたものを付着させて回収する役割を果たす。トラップ板６もまた、蒸発させたＤｙ、Ｔｂを含む希土類元素Ｒと反応せず、かつ、表面に付着したものが剥離し易い材料、例えばＭｏから構成されている。この場合、処理室４ａの容積は、希土類元素Ｒの平均自由行程を考慮して、特に焼結磁石Ｓから蒸発させた希土類元素Ｒが直接または焼結体ケース４の内壁への衝突を繰返して上面開口を通って外側に排出されるように設定され、また、焼結体ケース４の上端からトラップ板６までの間隔は、排出された希土類元素Ｒの大部分が付着するように設定されている。この場合、焼結体ケース４に、例えば冷媒の循環による冷却手段を付設し、温度差によって蒸発した希土類元素Ｒがトラップ板６に付着して堆積するように構成してもよい。
【００２６】
次に、超高性能磁石（永久磁石）の作製について説明する。原料合金粉末は次のように作製される。即ち、Ｆｅ、Ｎｄ、Ｂが所定の組成比となるように、工業用純鉄、金属ネオジウム、低炭素フェロボロンを配合して真空誘導炉を用いて溶解し、急冷法、例えばストリップキャスト法により０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍの原料合金を先ず作製する。あるいは、遠心鋳造法で５〜１０ｍｍ程度の厚さの原料合金を作製してもよく、配合の際に、Ｄｙ、Ｔｂ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｇａ等を添加しても良い。この場合、希土類元素の合計含有量を２８．５％より多くし、α鉄が生成しないインゴットとする。
【００２７】
次いで、作製した原料合金を、公知の水素粉砕工程により粗粉砕し、引き続き、ジェットミル微粉砕工程により窒素ガス雰囲気中で微粉砕し、平均粒径３〜１０μｍの原料合金粉末を得る。次いで、原料合金粉末を、公知の圧縮成形機を用いて磁界中で所定形状に圧縮成形する。次いで、圧縮成形機から取出した成形体を、図示しない焼結炉内に収納し、真空中で所定温度（例えば、１０５０℃）で所定時間焼結（焼結工程）し、さらに所定温度（５００℃）で熱処理して焼結磁石（一次焼結体）Ｓを得る。
【００２８】
次に、図１に示す真空処理装置１を用い、上記焼結磁石Ｓに対し、真空蒸発処理と、金属蒸発材料ＶとしてＴｂを用いた真空蒸気処理とを同時に施す。即ち、上記のように作製した焼結磁石Ｓを、焼結体ケース４の載置部４ｂ上に載置すると共に、当該焼結体ケース４の底面に、金属蒸発材料Ｖとしてバルク状のＴｂを設置する。そして、焼結磁石Ｓと金属蒸発材料Ｖとを収納した焼結体ケース４を真空チャンバ３内の加熱手段５で囲まれる位置に設置した後、真空排気手段２を作動させて、所定圧力（例えば１０−５Ｐａ）に到達するまで真空チャンバ３を減圧する。真空チャンバ３内が所定圧力に到達した後、加熱手段５を作動させて処理室４ａ、ひいては焼結磁石Ｓ及び金属蒸発材料をＶ加熱し、所定温度に到達した後、この状態で所定時間保持する。
【００２９】
この場合の加熱温度は、９００℃以上で焼結温度未満（例えば、１１００℃）の温度に設定する。９００℃より低い温度では、希土類元素Ｒ及び金属蒸発材料ＶたるＴｂを効率よく蒸発できず、また、焼結温度を超えると、異常粒成長が起こり、磁気特性が大きく低下すると共に、Ｔｂの蒸気圧が高くなって蒸気雰囲気中のＴｂ原子が焼結磁石Ｓ表面に過剰に供給される。併せて、真空チャンバ３と真空排気手段２とを連結する排気通路（排気管）７に開度調整自在な開閉バルブ８を設け、この開閉バルブ８の開度を調節して、真空チャンバ３、ひいては処理室４ａ内の圧力を１０−４Ｐａ以下の圧力に設定する。１０−４Ｐａより高い圧力では、希土類元素Ｒ及び金属蒸発材料ＶたるＴｂを効率よく蒸発させることができない。
【００３０】
これにより、一定温度下での蒸気圧の相違により（例えば、１０００℃において、Ｎｄの蒸気圧は１０−３Ｐａ、Ｆｅの蒸気圧は１０−５Ｐａ、Ｂの蒸気圧は１０−１３Ｐａ）、Ｒリッチ相中の希土類元素Ｒのみが蒸発する。このため、Ｎｄリッチ相の割合が減少して、磁気特性を示す最大エネルギー積（（ＢＨ）ｍａｘ）及び残留磁束密度（Ｂｒ）が向上する。それに加えて、上記温度範囲で蒸発したＴｂ原子が直接または焼結体ケース４の側壁で衝突を繰返して複数の方向から所定温度に加熱されている焼結磁石Ｓ表面に向かって供給されて付着し、この付着したＴｂ原子が焼結磁石Ｓの結晶粒界相に拡散され、結晶粒界相にＴｂリッチ相（Ｄｙを５〜８０％の範囲で含む相）が形成される。このため、ニュークリエーション型の保磁力発生機構を強化し、最大エネルギー積を殆ど損なうことなく、保磁力が飛躍的に向上する。その結果、超高性能磁石となる。
【００３１】
ここで、上記処理の時間は、永久磁石の希土類元素Ｒの含有量を２８．５ｗｔ％未満、または、希土類元素Ｒの平均濃度の減少量を０．５重量％以上となり、その上で結晶粒界相にＴｂリッチ相が形成されるように適宜設定される。
【００３２】
また、上記圧力及び加熱温度範囲で、Ｔｂを蒸発させることで、Ｔｂの蒸気圧を低くなってその蒸発量が少くなって焼結磁石ＳへのＴｂ原子の供給量が抑制されることと、焼結磁石が最適な拡散速度が得られる範囲に加熱されていることとが相俟って、焼結磁石Ｓ表面に付着したＴｂ原子が、焼結磁石Ｓ表面で堆積してＴｂ層（薄膜）を形成する前にその結晶粒界相に効率よく拡散させて均一に行き渡るようになる（図２参照）。その結果、磁石Ｍの表面が劣化することが防止され、仕上げ加工が不要な生産性に優れた超高性能磁石（永久磁石）Ｍが得られる。この場合、真空蒸発処理と、真空蒸気処理とを順次行う場合と比較して大幅に処理時間を短縮することができ、さらに高い生産性を達成することが可能となる。
【００３３】
次いで、上記処理を実施した後、加熱手段５の作動を一旦停止すると共に、開閉バルブ８を全開して真空チャンバ３を排気しつつ冷却し、処理室４ａ内の温度を例えば５００℃まで一旦下げる。引き続き、加熱手段５を再度作動させ、処理室４ａ内の温度を５５０℃〜６５０℃の範囲に設定し、一層磁気特性を向上させるための熱処理を施す。最後に、略室温まで冷却し、永久磁石Ｍを取り出す。
【００３４】
尚、本実施の形態においては、焼結体ケース４に設置する金属蒸発材料としてＴｂを用いるものを例に説明したが、これに限定されるものではなく、Ｄｙを用いることができる。この場合、処理室４ａ内の温度が９００℃〜１０００℃のとき、Ｄｙの飽和蒸気圧は約１×１０−２〜１×１０−１Ｐａであるため、処理室４ａを９００℃を超えた温度で加熱すると、Ｄｙの蒸気圧が高くなって蒸気雰囲気中のＤｙ原子が焼結磁石Ｓ表面に過剰に供給される。このとき、Ｄｙが結晶粒内に拡散し、結晶粒内の磁化を大きく下げるため、最大エネルギー積及び残留磁束密度が低下することになる。
【００３５】
そこで、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、金属蒸発材料ＶがＤｙを主とするような場合には、焼結体ケース４の底面に、上面を開口した箱体１１と当該箱体の上面開口を塞ぐ蓋体１２とからなるＭｏ製の蒸発箱１３を設置し、蓋体１２に形成した微細な貫通孔１４（φ０．１〜５ｍｍ）を通して、焼結磁石に蒸発したＤｙ原子が供給されるようにすることが好ましい。この場合、蓋体１２が調整板を構成する。
【００３６】
他方で、特に図示しないが、真空チャンバ３に連通路を介して他の真空チャンバたる蒸発室（他の処理室）を連結し、当該他の真空チャンバ内に金属蒸発材料Ｖのみを設置し、真空チャンバ３とは別個に金属蒸発材料Ｖを加熱して蒸発させることができるようにし、焼結体ケース４の底面に設けた開口を介して焼結磁石に蒸発したＤｙ原子が供給されるようにしてもよい。この場合、連通路に複数の微細な貫通孔を形成した調整板を設けるようにしてもよい。
【００３７】
さらに、本実施の形態では、焼結磁石Ｓの製造を例として説明したが、焼結体から特定物質を蒸発させ、特定の金属元素をその結晶粒界相に拡散させて焼結体の機能を向上できるものであれば、本発明の焼結体の製造方法を適用できる。
【実施例１】
【００３８】
実施例１では、図１に示す真空処理装置１を用い、永久磁石を得た。まず、工業用純鉄、金属ネオジウム、低炭素フェロボロン、電解コバルト、純銅を原料として、配合組成で２９Ｎｄ−１Ｂ−０．１Ｃｕ−１Ｃｏ−Ｂａｌ Ｆｅ（重量％）となるようにして、真空誘導溶解を行い、ストリップキャスティング法で厚さ約０．３ｍｍの薄片状インゴットを得た。次に、水素粉砕工程により一旦粗粉砕し、引き続き、例えばジェットミル微粉砕工程により微粉砕して、原料合金粉末を得た。
【００３９】
次に、公知の構造を有する横磁場圧縮成形装置を用いて、成形体を得て、次いで真空焼結炉にて１０５０℃の温度下で２時間焼結させて焼結磁石Ｓを得た。そして、ワイヤカットにより一次焼結体を４０×１０×３ｍｍの形状に加工した後、表面粗さが１０μｍ以下となるように仕上げ加工した後、希硝酸によって表面をエッチングした。
【００４０】
次いで、図１に示す真空蒸発装置１を用い上記処理を施した。処理室４ａ内の載置部４ｂに１００個の上記焼結磁石Ｓを等間隔で配置すると共に、焼結体ケース４の底面に、金属蒸発材料Ｖとして、純度９９．９％で塊状のＴｂ（約φ１ｍｍ）を３ｋｇの総量で配置した。
【００４１】
次いで、焼結磁石Ｓと金属蒸発材料Ｖとをセットした焼結体ケース４を真空チャンバ３の所定位置に収納した後、真空排気手段２を作動させて真空チャンバを１×１０−５Ｐａまで減圧し、加熱手段５を作動させて加熱した。処理室４ａの加熱温度を１０００℃に設定し、処理室４ａの温度が１０００℃に達した後、上記処理を１０時間行った。
【００４２】
図４は、開閉バルブ８の開度を調節して処理室４ａ内の圧力を１Ｐａから２×１０−５Ｐａまで変化させて上記処理を行ったときの永久磁石Ｍの磁気特性（ＢＨカーブトレーサーにより測定）の平均値を示す表である。これによれば、１０−３Ｐａの圧力では、磁気特性を示す最大エネルギー積が５３．６ＭＧ０ｅ、残留磁束密度が１４．６２ｋＧ、そして保磁力が１２．６ｋＯｅであり、この圧力より高い圧力下では、超高性能の永久磁石が得られないことが判る。
【００４３】
それに対して、１０−４Ｐａ以下の圧力では、磁気特性を示す最大エネルギー積が５６ＭＧ０ｅ、残留磁束密度が１４．８７ｋＧであり、しかも、保磁力が２７．５ｋＯｅであり、１０−３Ｐａの圧力より高い圧力の場合に比べて倍以上の保磁力を有する超高性能の永久磁石が得られることが判る。
【実施例２】
【００４４】
実施例２では、実施例１と同条件で焼結磁石Ｓを作製した。次いで、真空蒸発装置１を用い、加熱温度を９００℃、蒸発時間を１０時間と固定して、開閉バルブ８の開度を調節して処理室４ａ内の圧力を２Ｐａから２×１０−５Ｐａまで変化させ、上記真空処理を実施した。
【００４５】
また、金属蒸発材料Ｖとして、純度９９．９％で塊状のＤｙ（約φ１ｍｍ）を用い、３ｋｇの総量で蒸発箱１３（図３参照）に配置した後、焼結体ケース４の底面に設置した。蒸発箱１３の蓋体には、φ０．２〜０．５ｍｍの貫通孔を、蓋体上面の面積に対する開口率が１％となるように形成した。
【００４６】
図５は、上記処理を行ったときの永久磁石Ｍの磁気特性（ＢＨカーブトレーサーにより測定）の平均値を示す表である。これによれば、１０−３Ｐａの圧力では、磁気特性を示す最大エネルギー積が５３．１ＭＧ０ｅ、残留磁束密度が１４．６１ｋＧ、そして保磁力が１３．５ｋＯｅであり、この圧力より高い圧力下では、超高性能の永久磁石が得られないことが判る。
【００４７】
それに対して、１０−４Ｐａ以下の圧力では、磁気特性を示す最大エネルギー積が５５．６ＭＧ０ｅ、残留磁束密度が１４．８６ｋＧであり、保磁力が２２．５ｋＯｅであり、１０−３Ｐａの圧力より高い圧力の場合に比べて超高性能の永久磁石が得られることが判る。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の製造方法を実施する真空処理装置を概略的に説明する図。
【図２】真空処理を施したときの磁石の断面を模式的に説明する図。
【図３】本発明の製造方法を実施する真空処理装置の変形例を概略的に説明する図。
【図４】実施例１で作製した焼結磁石の磁気特性を示す表。
【図５】実施例２で作製した焼結磁石の磁気特性を示す表。
【符号の説明】
【００４９】
１ 真空蒸発装置
３ 真空チャンバ
４ 焼結体ケース
４ａ 処理室
５ 加熱手段
６ トラップ板
Ｓ 一次焼結体（焼結磁石）
Ｒ 希土類元素
Ｖ 金属蒸発材料（Ｄｙ、Ｔｂ）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液相焼結により一次焼結体を得た後、この一次焼結体を処理室に収納して焼結温度より低い温度にて真空雰囲気中で加熱することにより、液相成分中の蒸気圧の高い元素を優先的に蒸発させて、液相の体積比を減少あるいは消滅させつつ、当該一次焼結体と同一または異なる処理室に収納した所定の金属蒸発材料を真空雰囲気中にて加熱して蒸発させ、この蒸発した金属原子を一次焼結体表面に付着させ、この付着した金属原子を一次焼結体の結晶粒界相に拡散させることを特徴とする焼結体の製造方法。
【請求項２】
前記蒸発した金属原子を、一次焼結体表面に金属蒸発材料からなる薄膜が形成される前に一次焼結体の結晶粒界相に拡散させることを特徴とする請求項１記載の焼結体の製造方法。
【請求項３】
前記一次焼結体は、原料合金をストリップキャスティング法あるいは遠心鋳造法で製造し、その後、粉砕、磁場成形、焼結の各工程を経て得たものであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の焼結体の製造方法。
【請求項４】
前記原料合金は、所定の希土類元素を有するネオジウム鉄ボロン系焼結磁石用のものであり、前記希土類元素の含有量が２８．５重量％以上３０重量％以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の焼結体の製造方法。
【請求項５】
前記金属蒸発材料は、ジスプロシウム、テルビウムまたはこれらのいずれか一方を含む合金であることを特徴とする請求項４記載の焼結体の製造方法。
【請求項６】
前記真空雰囲気の圧力を、１０−４Ｐａ以下に設定することを特徴とする請求項４または請求項５記載の焼結体の製造方法。
【請求項７】
前記蒸発した金属原子が、前記処理室に配置されかつ-複数個の微細な開口が形成された調整板の各開口を通して前記焼結磁石に供給されるようにしたことを特徴とする請求項６記載の永久磁石の製造方法。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の方法によって製造されることを特徴とするネオジウム鉄ボロン系焼結磁石。
【請求項１】
液相焼結により一次焼結体を得た後、この一次焼結体を処理室に収納して焼結温度より低い温度にて真空雰囲気中で加熱することにより、液相成分中の蒸気圧の高い元素を優先的に蒸発させて、液相の体積比を減少あるいは消滅させつつ、当該一次焼結体と同一または異なる処理室に収納した所定の金属蒸発材料を真空雰囲気中にて加熱して蒸発させ、この蒸発した金属原子を一次焼結体表面に付着させ、この付着した金属原子を一次焼結体の結晶粒界相に拡散させることを特徴とする焼結体の製造方法。
【請求項２】
前記蒸発した金属原子を、一次焼結体表面に金属蒸発材料からなる薄膜が形成される前に一次焼結体の結晶粒界相に拡散させることを特徴とする請求項１記載の焼結体の製造方法。
【請求項３】
前記一次焼結体は、原料合金をストリップキャスティング法あるいは遠心鋳造法で製造し、その後、粉砕、磁場成形、焼結の各工程を経て得たものであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の焼結体の製造方法。
【請求項４】
前記原料合金は、所定の希土類元素を有するネオジウム鉄ボロン系焼結磁石用のものであり、前記希土類元素の含有量が２８．５重量％以上３０重量％以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の焼結体の製造方法。
【請求項５】
前記金属蒸発材料は、ジスプロシウム、テルビウムまたはこれらのいずれか一方を含む合金であることを特徴とする請求項４記載の焼結体の製造方法。
【請求項６】
前記真空雰囲気の圧力を、１０−４Ｐａ以下に設定することを特徴とする請求項４または請求項５記載の焼結体の製造方法。
【請求項７】
前記蒸発した金属原子が、前記処理室に配置されかつ-複数個の微細な開口が形成された調整板の各開口を通して前記焼結磁石に供給されるようにしたことを特徴とする請求項６記載の永久磁石の製造方法。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の方法によって製造されることを特徴とするネオジウム鉄ボロン系焼結磁石。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−８８１９１（Ｐ２００９−８８１９１Ａ）
【公開日】平成２１年４月２３日（２００９．４．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２５５１６３（Ｐ２００７−２５５１６３）
【出願日】平成１９年９月２８日（２００７．９．２８）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月２３日（２００９．４．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月２８日（２００７．９．２８）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
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