JP7835192B2 - Ｓｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料及びその製造方法 - Google Patents

Description

本開示は、Ｓｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料及びその製造方法に関する。本開示は、特に、Ｔｈ_２Ｚｎ_１７型及びＴｈ_２Ｎｉ_１７型の少なくともいずれかの結晶構造を有する主相を備えるＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料及びその製造方法に関する。

高性能磁性材料として、Ｓｍ－Ｃｏ系磁性材料及びＮｄ－Ｆｅ－Ｂ系磁性材料が実用化されているが、近年、これら以外の磁性材料が検討されている。例えば、Ｔｈ_２Ｚｎ_１７型及びＴｈ_２Ｎｉ_１７型の少なくともいずれかの結晶構造を有する主相を備えるＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料（以下、単に「Ｓｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料」ということがある。）が検討されている。

Ｓｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料は、Ｔｈ_２Ｚｎ_１７型及びＴｈ_２Ｎｉ_１７型の少なくともいずれかの結晶構造を有する主相を備える。この主相は、Ｓｍ－Ｆｅ系の結晶相に窒素が侵入型で導入されていると考えられている。

例えば、特許文献１には、Ｓｍ、Ｆｅ、Ｌａ、及びＷを含有する酸化物を還元し、その還元物を窒化して、Ｓｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料を得る、Ｓｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料の製造方法が開示されている。

また、特許文献２及び３には、希土類元素として、Ｓｍの他に、軽希土類元素を含有する、Ｓｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料及びその製造方法が開示されている。

特開２０１７－１１７９３７号公報 特開２０２２－５３１８７号広報 特開２０２２－５３２０７号広報

Ｓｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料の磁気特性、特に飽和磁化は、希土類元素として、Ｓｍを選択することによって、達成される。Ｓｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料が普及するにつれて、Ｓｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料の主要元素であるＳｍの価格が高騰することが予想される。このため、従来から、Ｓｍの一部を、Ｓｍ以外の希土類元素、特に、Ｓｍよりも希少性の低い軽希土類元素で置換することが試みられている。

特許文献１のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料では、Ｓｍの一部をＬａで置換することが試みられているが、Ｌａでの置換量が少なく、Ｓｍの使用量の削減は限定的であった。特許文献２のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料では、Ｓｍの一部を、Ｌａ及び／又はＣｅで置換することによって、Ｓｍの使用量が削減されているが、高飽和磁化を達成するには至らず、異方性磁界の低下が課題であった。特許文献３のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料では、Ｓｍの一部を、Ｌａ及び／又はＣｅで置換することによって、高飽和磁化を達成しているが、Ｌａ及び／又はＣｅでの置換量が少なく、Ｓｍの使用量の削減は限定的であった。

このことから、Ｓｍの使用量を削減しても、異方性磁界の低下を可能な限り抑制しつつ、飽和磁化を向上可能なＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料及びその製造方法が望まれている、という課題を本発明者らは見出した。

本開示は、上記課題を解決するためになされたものである。すなわち、本開示は、Ｓｍの使用量を削減しても、異方性磁界の低下を可能な限り抑制しつつ、飽和磁化を向上可能なＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料及びその製造方法を提供することを目的とする。なお、本明細書において、特に断りのない限り、「飽和磁化」は、室温での飽和磁化を意味するものとする。

本発明者らは、上記目的を達成すべく、鋭意検討を重ね、本開示のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料及びその製造方法を完成させた。本開示のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料及びその製造方法は、次の態様を含む。
〈１〉Ｔｈ_２Ｚｎ_１７型及びＴｈ_２Ｎｉ_１７型の少なくともいずれかの結晶構造を有する主相を備えるＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料であって、
前記主相の組成が、モル比の式（Ｓｍ_{（１－ｘ－ｙ－ｚ）}Ｌａ_ｘＣｅ_ｙＲ^１ _ｚ）_２（Ｆｅ_{（１－ｐ－ｑ－ｓ）}Ｃｏ_ｐＮｉ_ｑＭ_ｓ）_１７Ｎ_ｈで表され、
Ｒ^１は、Ｓｍ、Ｌａ、及びＣｅ以外の一種以上の希土類元素並びにＺｒであり、Ｍは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、及び希土類元素以外の一種以上の元素並びに不可避的不純物元素であり、かつ、
０．２５≦ｘ＋ｙ≦０．７３、
０．２５≦ｘ≦０．７３、
ｘ／（ｘ＋ｙ）≧０．８０、
０≦ｚ≦０．１０、
０．１０≦ｐ＋ｑ≦０．５３、
ｐ＋ｑ≧１．４５（ｘ＋ｙ）－０．５４８５、
０≦ｓ≦０．１０、及び
２．９≦ｈ≦３．３
を満足する、
Ｓｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料。
〈２〉前記ｐ及び前記ｑが、０．２２≦ｐ＋ｑ≦０．５３を満足する、〈１〉に記載のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料。
〈３〉前記主相の格子定数が、１．４３５０～１．４４６０である、〈１〉又は〈２〉に記載のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料。
〈４〉前記主相の格子体積が、０．８２９～０．８３８ｎｍである、〈１〉又は〈２〉に記載のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料。
〈５〉前記主相の体積率が、８０～１００％である、〈１〉又は〈２〉に記載のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料。
〈６〉前記主相の密度が、７．４０～７．７６ｇ／ｃｍ^３である、〈１〉又は〈２〉に記載のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料。
〈７〉〈１〉に記載のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料の製造方法であって、
モル比の式（Ｓｍ_{（１－ｘ－ｙ－ｚ）}Ｌａ_ｘＣｅ_ｙＲ^１ _ｚ）_２（Ｆｅ_{（１－ｐ－ｑ－ｓ）}Ｃｏ_ｐＮｉ_ｑＭ_ｓ）_１７で表され、Ｒ^１は、Ｓｍ、Ｌａ、及びＣｅ以外の一種以上の希土類元素並びにＺｒであり、Ｍは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、及び希土類元素以外の一種以上の元素並びに不可避的不純物元素であり、かつ、０．２５≦ｘ＋ｙ≦０．７３、０．２５≦ｘ≦０．７３、ｘ／（ｘ＋ｙ）≧０．８０、０≦ｚ≦０．１０、０．１０≦ｐ＋ｑ≦０．５３、ｐ＋ｑ≧１．４５（ｘ＋ｙ）－０．５４８５、及び０≦ｓ≦０．１０を満足する結晶相を備える磁性材料前駆体を準備すること、及び
前記磁性材料前駆体を窒化すること、
を含む、Ｓｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料の製造方法。
〈８〉前記ｐ及び前記ｑが、０．２２≦ｐ＋ｑ≦０．５３を満足する、〈７〉に記載のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料の製造方法。
〈９〉前記磁性材料前駆体を粉砕して磁性材料前駆体粉末を得た後、前記磁性材料前駆体粉末を窒化する、〈７〉又は〈８〉に記載のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料の製造方法。
〈１０〉前記磁性材料前駆体を構成する元素を含有する原材料を溶解し凝固させ、前記磁性材料前駆体を得る、〈７〉又は〈８〉に記載のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料の製造方法。

本開示によれば、Ｓｍの使用量削減のため、Ｓｍが所定割合のＬａで置換されていても、Ｆｅが所定割合のＣｏで置換されていることにより、異方性磁界の低下を可能な限り抑制しつつ、飽和磁化を向上可能なＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料を提供することができる。

また、本開示によれば、Ｓｍの使用量削減のため、Ｓｍが所定割合のＬａで置換されていても、Ｆｅが所定割合のＣｏで置換されている磁性材料前駆体を窒化することにより、異方性磁界の低下を可能な限り抑制しつつ、飽和磁化を向上可能なＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料の製造方法を提供することができる。

図１は、Ｌａのモル比ｘ及びＣｏのモル比ｐと相安定性との関係を示すグラフである。 図２は、格子定数と飽和磁化Ｍｓとの関係を示すグラフである。 図３は、Ｌａのモル比ｘとＣｅのモル比ｙの合計と、異方性磁界Ｈａとの関係を示すグラフである。 図４は、Ｃｏのモル比ｐが０．３のとき、Ｌａのモル比ｘと飽和磁化Ｍｓとの関係を示すグラフである。

以下、本開示のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料及びその製造方法の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態は、本開示のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料及びその製造方法を限定するものではない。

理論に拘束されないが、Ｓｍの使用量を削減しても、異方性磁界の低下を可能な限り抑制しつつ、飽和磁化を向上可能なＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料及びその製造方法を提供できる理由について、以下に説明する。

上述したように、本開示のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料は、Ｔｈ_２Ｚｎ_１７型及びＴｈ_２Ｎｉ_１７型の少なくともいずれかの結晶構造を有する主相を備える。本開示のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料の主相は、窒化されることによって磁気を発現する。Ｔｈ_２Ｚｎ_１７型及びＴｈ_２Ｎｉ_１７型の少なくともいずれかの結晶構造を有する主相が、Ｓｍ、Ｆｅ、及びＮで構成される場合、最も代表的な主相の組成は、Ｓｍ_２Ｆｅ_１７Ｎ_３で表される。以下、このような組成を有する相を「Ｓｍ_２Ｆｅ_１７Ｎ_３相」ということがある。

Ｓｍ_２Ｆｅ_１７Ｎ_３相は、Ｓｍ_２Ｆｅ_１７相を窒化することによって得られ、Ｓｍ_２Ｆｅ_１７Ｎ_３相は、Ｓｍ_２Ｆｅ_１７相中に窒素（Ｎ）が侵入型で導入されている結晶構造を有する。Ｓｍ_２Ｆｅ_１７Ｎ_３相の格子体積は、約０．８３８ｎｍ^３である。

Ｓｍの使用量を削減するため、Ｓｍ_２Ｆｅ_１７Ｎ_３相中のＳｍの一部を、Ｓｍよりも安価なＬａで置換すると、主相の格子体積が変化する。そして、主相の格子体積の変化によって、磁気特性、特に、飽和磁化が変化する。

Ｓｍのイオン半径と比較して、Ｌａのイオン半径は非常に大きいため、Ｓｍの一部をＬａで置換すると、基本的には、主相の格子体積は増加する。Ｌａでの置換量が多すぎると格子体積が過大になり、Ｔｈ_２Ｚｎ_１７型及びＴｈ_２Ｎｉ_１７型の少なくともいずれかの結晶構造を維持することが困難になる。そこで、Ｆｅの一部を、Ｆｅよりもイオン半径の小さいＣｏ及び／又はＮｉで置換すると、格子体積の増加を抑制することができ、その結果、Ｔｈ_２Ｚｎ_１７型及びＴｈ_２Ｎｉ_１７型の少なくともいずれかの結晶構造を維持することが可能になる。

Ｓｍの一部を、Ｃｅ及びＬａ等の軽希土類元素で置換すると、その置換分だけ、飽和磁化及び異方性磁界が低下することが一般的である。しかし、Ｓｍが所定割合のＬａで置換されていても、Ｆｅが所定割合のＣｏで置換されていると、Ｔｈ_２Ｚｎ_１７型及びＴｈ_２Ｎｉ_１７型の少なくともいずれかの結晶構造を維持することが可能になるだけでなく、磁気特性の改善が認められた。すなわち、Ｓｍが所定割合のＬａで置換されていても、Ｆｅが所定割合のＣｏで置換されていると、Ｌａでの置換量から予測されるよりも、異方性磁界の低下を可能な限り抑制しつつ、飽和磁化を向上可能であることを、本発明者らは知見した。

これまでに説明した知見等によって完成された、本開示のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料及びその製造方法の構成要件を、次に説明する。

《Ｓｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料》
本開示のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料は、Ｔｈ_２Ｚｎ_１７型及びＴｈ_２Ｎｉ_１７型の少なくともいずれかの結晶構造を有する主相を備える。本開示のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料は、主相によって磁気を発現する。以下、主相について説明する。

〈主相の結晶構造〉
主相は、Ｔｈ_２Ｚｎ_１７型及びＴｈ_２Ｎｉ_１７型の少なくともいずれかの結晶構造を有する。主相の結晶構造としては、前述の構造のほかに、ＴｂＣｕ_７型の結晶構造等を含んでもよい。なお、Ｔｈはトリウム、Ｚｎは亜鉛、Ｎｉはニッケル、Ｔｂはテルビウム、そして、Ｃｕは銅である。主相の結晶構造は、Ｓｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料を、例えば、Ｘ線回折分析等をすることによって、同定することができる。

上述した結晶構造を有する相は、様々な元素の組合せ（組成）で達成し得るが、本開示のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料の主相は、次の元素の組合せ（組成）で達成する。以下、本開示のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料の主相の組成について説明する。

〈主相の組成〉
主相は、モル比の式（Ｓｍ_{（１－ｘ－ｙ－ｚ）}Ｌａ_ｘＣｅ_ｙＲ^１ _ｚ）_２（Ｆｅ_{（１－ｐ－ｑ－ｓ）}Ｃｏ_ｐＮｉ_ｑＭ_ｓ）_１７Ｎ_ｈで表される組成を有する。上述の組成式で、Ｓｍはサマリウム、Ｌａはランタン、Ｃｅはセリウム、Ｆｅは鉄、Ｃｏはコバルト、そして、Ｎｉはニッケルである。Ｒ^１は、Ｓｍ、Ｌａ、及びＣｅ以外の一種以上の希土類元素並びにＺｒであり、Ｍは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、及び希土類元素以外の一種以上の元素並びに不可避的不純物元素である。なお、Ｚｒはジルコニウムである。また、上式において、説明の都合上、Ｓｍ_{（１－ｘ－ｙ）}Ｌａ_ｘＣｅ_ｙＲ^１ _ｚを希土類サイト、Ｆｅ_{（１－ｐ－ｑ－ｓ）}Ｃｏ_ｐＮｉ_ｑＭ_ｓを鉄族サイトということがある。

上式から理解できるように、主相は、希土類サイト中の一種以上の元素を２モル、鉄族サイト中の一種以上の元素を１７モル、そして、窒素（Ｎ）をｈモル含有する。すなわち、希土類サイト中の一種以上の元素と鉄族サイト中の一種以上の元素で、上述の結晶構造を有する相が構成されており、その相の中に、ｈモルの窒素（Ｎ）が侵入型で導入されている。窒素（Ｎ）の導入量がｈモル（ただし、ｈは２．９～３．１）であれば、上述の結晶構造を維持することができる。主相中の窒素（Ｎ）についての詳細は後述する。

希土類サイトは、Ｓｍ、Ｌａ、Ｃｅ、及びＲ^１からなり、Ｓｍ、Ｌａ、Ｃｅ、及びＲ^１それぞれが、モル比で、（１－ｘ－ｙ－ｚ）：ｘ：ｙ：ｚの割合で存在する。（１－ｘ－ｙ－ｚ）＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝１であることから、Ｓｍの一部が、Ｌａ、Ｃｅ、及びＲ^１からなる群より選ばれる一種以上の元素で置換されていることを意味する。

鉄族サイトは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、及びＭからなり、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、及びＭそれぞれが、モル比で、（１－ｐ－ｑ－ｓ）：ｐ：ｑ：ｓの割合で存在する。（１－ｐ－ｑ－ｓ）＋ｐ＋ｑ＋ｓ＝１であることから、Ｆｅの一部が、Ｃｏ、Ｎｉ、及びＭからなる群より選ばれる一種以上の元素で置換されていることを意味する。

以下、上式を構成する各元素及びその含有割合（モル比）について説明する。

〈Ｓｍ〉
Ｓｍは、Ｆｅ及びＮとともに上述の結晶構造を構成する主要元素である。Ｓｍの一部は、Ｌａ、Ｃｅ、及びＲ^１からなる群より選ばれる一種以上の元素で置換されている。以下、Ｌａ、Ｃｅ、及びＲ^１について説明する。

〈Ｌａ〉
Ｌａは、所謂軽希土類元素に属し、Ｓｍと比較して、埋蔵量（資源量）が多く、安価である。Ｌａのイオン半径は、Ｓｍのイオン半径よりも非常に大きいことから、Ｓｍの一部をＬａで置換すると、基本的には、主相の格子体積が増加する。

上述したように、Ｌａのイオン半径は、Ｓｍのイオン半径よりも非常に大きい。そのため、Ｓｍの一部をＬａで置換すると、主相の格子体積の変化に与える影響が大きい。しかし、Ｌａでの置換量が多すぎると、主相が、Ｔｈ_２Ｚｎ_１７型及びＴｈ_２Ｎｉ_１７型の少なくともいずれかの結晶構造を維持することが困難になる。そこで、Ｆｅの一部を、Ｆｅよりもイオン半径の小さいＣｏ及び／又はＮｉで置換すると、格子体積の増加を抑制し、その結果、主相が、Ｔｈ_２Ｚｎ_１７型及びＴｈ_２Ｎｉ_１７型の少なくともいずれかの結晶構造を維持することができる。Ｓｍの一部をＬａで置換するときの置換割合、Ｆｅの一部をＣｏで置換するときの置換割合については、後述する。

〈Ｃｅ〉
Ｃｅは、所謂軽希土類元素に属し、Ｓｍと比較して、埋蔵量（資源量）が多く、安価である。Ｃｅのイオン半径は、Ｓｍのイオン半径よりも僅かに大きいことから、Ｓｍの一部をＣｅで置換すると、基本的には、主相の格子体積が増加する。ただし、Ｃｅイオンは３価と４価をとり得ること等により、Ｓｍの一部をＣｅで置換すると、主相の格子体積は、増加する場合もあるし、減少する場合もある。

上述したように、Ｃｅのイオン半径は、Ｓｍのイオン半径よりも僅かに大きい。そのため、Ｓｍの一部をＣｅで置換しても、主相の格子体積の変化に与える影響が小さいことから、飽和磁化及び異方性磁界に与える影響が小さい。そのため、Ｃｅは、本開示のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料で任意に含有してよい。上述したように、Ｌａは、主相の格子体積の変化に与える影響が大きいことから、Ｓｍの一部をＬａで置換することは、Ｆｅの一部をＣｏで置換することと同時である必要があり、また、Ｌａの置換割合にも上限があることから、Ｓｍの削減量を増加させるために、任意で、Ｓｍの一部をＣｅで置換してもよい。

〈Ｒ^１〉
Ｒ^１は、Ｓｍ、Ｌａ、及びＣｅ以外の一種以上の希土類元素並びにＺｒである。Ｒ^１は、本開示のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料の磁気特性を損なわない範囲で含有を許容する一種以上の元素である。Ｒ^１は、典型的には、Ｓｍ、Ｌａ、及びＣｅそれぞれを含有する原材料を精製する際に、これらそれぞれと完全に分離することが困難で、原材料等に少量残留する、Ｓｍ、Ｌａ、及びＣｅ以外の一種以上の希土類元素である。このような希土類元素のほかに、Ｒ^１には、Ｚｒを含んでもよい。Ｚｒは希土類元素ではないが、Ｓｍの一部がＺｒで置換される場合がある。Ｓｍの一部がＺｒで置換されても、その置換量が少量であれば、Ｓｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料の磁気特性を著しく損なうことはない。

本明細書で、特に断りのない限り、希土類元素は、Ｓｃ（スカンジウム）、Ｙ（イットリウム）、Ｌａ（ランタン）、Ｃｅ（セリウム）、Ｐｒ（プラセオジム）、Ｎｄ（ネオジム）、Ｐｍ（プロメチウム）、Ｓｍ（サマリウム）、Ｅｕ（ユウロビウム）、Ｇｄ（ガドリニウム）、Ｔｂ（テルビウム）、Ｄｙ（ジスプロシウム）、Ｈｏ（ホルミウム）、Ｅｒ（エルビウム）、Ｔｍ（ツリウム）、Ｙｂ（イッテルビウム）、及びＬｕ（ルテニウム）の１７元素からなる。また、このうち、特に断りがない限り、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、及びＣｅは、軽希土類元素である。また、特に断りがない限り、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、及びＥｕは、中希土類元素である。そして、特に断りがない限り、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、及びＬｕは、重希土類元素である。一般に、重希土類元素の希少性は高く、軽希土類元素の希少性は低い。中希土類元素の希少性は、重希土類元素と軽希土類元素の間である。

〈Ｆｅ〉
Ｆｅは、Ｓｍ及びＮとともに上述の結晶構造を構成する主要元素である。Ｆｅの一部は、Ｃｏ及びＮｉからなる群より選ばれる一種以上の元素で置換されている必要があり、さらに、Ｍで置換されていてもよい。以下、Ｃｏ、Ｎｉ、及びＭについて説明する。

〈Ｃｏ〉
Ｆｅの一部は、Ｃｏ及び／又はＮｉで置換されており、Ｃｏで置換されていることが好ましい。Ｃｏは、所謂鉄族元素に属し、Ｃｏのイオン半径は、Ｆｅのイオン半径よりも小さい。Ｓｍの一部を、Ｌａで置換すると、基本的には、主相の格子体積が増加するため、Ｆｅの一部を、Ｃｏで置換することによって、主相の格子体積が過剰に増加することを抑制することができる。

Ｆｅの一部をＣｏで置換すると、主相のキュリー温度が上昇し、高温（４０３～４７３Ｋ）での飽和磁化の低下を抑制でき、好都合である。

〈Ｎｉ〉
Ｆｅの一部は、Ｃｏ及び／又はＮｉで置換されている。Ｎｉは、所謂鉄族元素に属し、Ｎｉのイオン半径は、Ｆｅのイオン半径よりも小さい。Ｓｍの一部を、Ｌａで置換すると、基本的には、主相の格子体積が増加するため、Ｆｅの一部を、Ｎｉで置換することによって、主相の格子体積が過剰に増加することを抑制することができる。

Ｆｅの一部をＮｉで置換すると、磁気特性の低下が懸念される。しかし、Ｎｉのイオン半径は、Ｃｏのイオン半径よりも小さいため、Ｆｅの一部をＣｏで置換する場合と比較して、Ｆｅの一部をＮｉで置換する場合には、Ｎｉでの置換率をそれほど高くしなくても、主相の格子体積が顕著に減少する。このことから、例えば、Ｓｍの一部を、多量のＬａで置換して、主相の格子体積が過剰に増加しているとき、比較的少量のＮｉを使用することにより、主相の格子体積を有利に抑制することができる。その結果、Ｆｅの一部をＮｉで置換することによる磁気特性の劣化よりも、主相の格子体積を抑制して、Ｔｈ_２Ｚｎ_１７型及びＴｈ_２Ｎｉ_１７型の少なくともいずれかの結晶構造の維持の安定化に寄与する。そして、Ｓｍの一部をＬａで置換して、Ｓｍの使用量を増加した場合でも、異方性磁界の低下を可能な限り抑制しつつ、飽和磁化の向上に寄与する。

〈Ｍ〉
Ｍは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、及び希土類元素以外の一種以上の元素並びに不可避的不純物元素である。Ｍは、本開示のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料の磁気特性を損なわない範囲で含有を許容する一種以上の元素及び不可避的不純物元素である。不可避的不純物元素とは、本開示のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料を製造等するに際し、その含有を回避することができない、あるいは、回避するためには著しい製造コストの上昇を招くような不純物元素のことをいう。このような不可避的不純物元素としては、原材料中の不純物元素、あるいは、Ｃｕ（銅）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｇａ（ガリウム）、Ａｌ（アルミニウム）、及びＢ（ホウ素）等のように、例えば、ボンド成形体を形成等するときに、ボンド中の元素が主相の表面等に拡散及び／又は侵入等してしまう元素が挙げられる。その他、成形時に用いる潤滑剤等が含有する元素で、主相の表面等に拡散及び／又は侵入してしまう元素が挙げられる。

不可避的不純物元素を除くＭとしては、例えば、Ｔｉ（チタン）、Ｃｒ（クロム）、Ｍｎ（マンガン）、Ｖ（バナジウム）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｗ（タングステン）、及びＣ（炭素）からなる群より選ばれる一種以上の元素等が挙げられる。これらの元素は、例えば、主相生成時の核物質を形成して、主相の微細化の促進及び／又は主相の粒成長の抑制に寄与する。

また、Ｍとして、Ｚｒを含み得る。上述したように、Ｚｒは希土類元素ではないが、Ｓｍの一部がＺｒで置換される場合もある一方で、Ｆｅの一部がＺｒで置換される場合もある。いずれの場合であっても、その置換量が少量であれば、Ｓｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料の磁気特性を著しく損なうことはない。

〈Ｎ〉
Ｎは、上述の結晶構造を有する主相中に侵入型で導入されている。Ｎが、上述の結晶構造を有する相を破壊しない程度に、Ｎが導入されていることによって、主相内で磁気モーメントが発現する。

本開示のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料は、Ｓｍの一部が、必須でＬａ、任意でＣｅによって置換されており、Ｆｅの一部が、Ｃｏ及び／又はＮｉ、好ましくはＣｏで置換されている。これについて、主相の組成をモル比で表した、式（Ｓｍ_{（１－ｘ－ｙ－ｚ）}Ｌａ_ｘＣｅ_ｙＲ^１ _ｚ）_２（Ｆｅ_{（１－ｐ－ｑ－ｓ）}Ｃｏ_ｐＮｉ_ｑＭ_ｓ）_１７Ｎ_ｈを用いて、以下に説明する。

〈ｘ＋ｙ〉
主相の組成を表す上式において、ｘの値は、Ｓｍの一部がＬａで置換されている割合（モル比）を示し、ｙの値は、Ｓｍの一部がＣｅで置換されている割合（モル比）を示す。

ｘ＋ｙの値が０．２５以上であれば、Ｓｍの一部が、安価なＬａ及び／又はＣｅで置換されていることによる、経済性の向上が実質的に認められるようになる。また、ｘ＋ｙの値が０．２５以上であれば、異方性磁界の低下を可能な限り抑制しつつ、飽和磁化を向上することが、実質的に認められる。これらの観点からは、ｘ＋ｙの値は、０．２８以上、０．３０以上、０．３５以上、０．４０以上、０．４７以上、０．５１以上、又は０．５５以上であってもよい。一方、ｘ＋ｙの値が０．７３以下であれば、Ｆｅの一部がＣｏ及び／又はＮｉで置換されていることを考慮して、主相が、Ｔｈ_２Ｚｎ_１７型及びＴｈ_２Ｎｉ_１７型の少なくともいずれかの結晶構造を維持することができる。この観点からは、ｘ＋ｙの値は、０．７０以下、０．６５以下、又は０．５８以下であってもよい。

また、ｘ＋ｙの値が上述の範囲を満たしつつ、ｘの値は、０．２５以上、０．２８以上、０．３０以上、０．３５以上、０．４０以上、０．４７以上、０．４８以上、０．５１以上、又は０．５５以上であってよく、０．７３以下、０．７０以下、０．６５以下、又は０．５８以下であってよい。同様に、ｘ＋ｙの値が上述の範囲を満たしつつ、ｙの値は、０．２６以下、０．２４以下、０．２２以下、０．２０以下、０．１９以下、０．１８以下、０．１６以下、０．１４以下、０．１２以下、０．１０以下、又は０．０５以下でであってよく、０であってもよい。ｙが０であるとは、意図してＣｅを含有させないことを意味し、実用的にＣｅの存在を測定し得ないことを意味する。

〈ｘとｘ＋ｙの関係〉
Ｓｍの一部が、必須でＬａ、任意でＣｅによって置換されているとき、異方性磁界の低下を可能な限り抑制しつつ、飽和磁化を向上するには、Ｌａの割合が高い方がよい。そのため、ｘ／（ｘ＋ｙ）は、０．８０以上、０．８２以上、０．８５以上、０．９０以上、又は０．９５以上であってよく、１であってよい。ｘ／（ｘ＋ｙ）が１であるとは、ｙが０であること、すなわち、意図してＣｅを含有させないことを意味し、実用的にＣｅの存在を測定し得ないことを意味する。

〈ｚ〉
主相の組成を表す上式において、ｚは、Ｓｍの一部がＲ^１で置換されている割合（モル比）を示す。上述したように、Ｒ^１は、本開示のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料の磁気特性を損なわない範囲で含有を許容する一種以上の希土類元素及びＺｒである。このことから、ｚは、０．１０以下、０．０８以下、０．０６以下、０．０４以下、又は０．０２以下であってよい。一方、本開示のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料がＲ^１を全く含有しない、すなわち、ｚは０であってもよいが、本開示のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料を製造する際に、原材料中にＲ^１を全く含有しないようにするのは困難である。この観点からは、ｚは、０．０１以上であってもよい。

〈ｐ＋ｑ〉
主相の組成を表す上式において、ｐの値は、Ｆｅの一部がＣｏで置換されている割合（モル比）を示し、ｑの値は、Ｆｅの一部がＮｉで置換されている割合（モル比）を示す。

Ｓｍの一部が少量のＬａ及び／又はＣｅで置換されている場合、Ｆｅの一部がＣｏ及び／又はＮｉで置換されていない、すなわち、ｐ＋ｑの値が０であっても、Ｔｈ_２Ｚｎ_１７型及びＴｈ_２Ｎｉ_１７型の少なくともいずれかの結晶構造を維持することが可能である。

しかし、本発明のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料のように、Ｓｍの使用量を大幅に削減するため、Ｓｍの一部を、必須でＬａ、任意でＣｅによって置換するとき、その置換量が多く、基本的には、主相の格子体積が増加する。そのため、Ｆｅの一部を、Ｃｏ及び／又はＮｉで置換して、Ｔｈ_２Ｚｎ_１７型及びＴｈ_２Ｎｉ_１７型の少なくともいずれかの結晶構造を維持する。

ｐ＋ｑの値が、０．１０以上であれば、Ｔｈ_２Ｚｎ_１７型及びＴｈ_２Ｎｉ_１７型の少なくともいずれかの結晶構造を維持することができる。この観点からは、ｐ＋ｑの値は、０．１５以上、０．２０以上、０．２２以上、又は０．３０以上であってもよい。一方、Ｃｏ及びＮｉは、Ｆｅよりも高価であるが、ｐ＋ｑの値が０．５３以下であれば、Ｓｍの一部を安価なＬａ及び／又はＣｅで置換したことによる経済性の向上を相殺してしまうことはない。この観点からは、ｐ＋ｑの値は、０．５０以下、０．４５以下、０．４０以下、０．３５以下、又は０．３３以下であってもよい。

また、ｐ＋ｑの値が上述の範囲を満たしつつ、ｐの値は、０．１０以上、０．１５以上、０．２０以上、０．２２以上、又は０．３０以上であってよく、０．５３以下、０．５０以下、０．４５以下、０．４０以下、０．３５以下、又は０．３３以下であってよい。同様に、ｐ＋ｑの値が上述の範囲を満たしつつ、ｑの値は、０．２０以下、０．１５以下、０．１０以下、０．０８以下、０．０６以下、０．０４以下、又は０．０２以下であってよく、０であってもよい。ｑが０であるとは、意図してＮｉを含有させないことを意味し、実用的にＮｉの存在を測定し得ないことを意味する。

〈ｘ＋ｙとｐ＋ｑの関係〉
ｘ＋ｙとｐ＋ｑは、ｐ＋ｑ≧１．４５（ｘ＋ｙ）－０．５４８５の関係を満足する。この関係を満足すれば、Ｔｈ_２Ｚｎ_１７型及びＴｈ_２Ｎｉ_１７型の少なくともいずれかの結晶構造を維持し、異方性磁界の低下を可能な限り抑制しつつ、飽和磁化が向上する。

これまで説明してきたように、Ｓｍの一部を、Ｌａ又はＣｅで置換するとき、そして、Ｆｅの一部を、Ｃｏ又はＮｉで置換するとき、異方性磁界の低下を可能な限り抑制しつつ、飽和磁化が向上することに対しては、Ｌａ及びＣｏの影響が大きい。このことから、ｐ＋ｑ≧１．４５（ｘ＋ｙ）－０．５４８５の関係において、大まかには、ｑ及びｙは０であると近似してもよく、ｐ≧１．４５ｘ－０．５４８５の関係が近似的に満足すると考えることができる。これによれば、ｘの値は、Ｓｍの一部がＬａで置換されている割合（モル比）を示し、ｐの値は、Ｆｅの一部がＣｏで置換されている割合（モル比）を示しているため、Ｌａでの置換効果は、Ｃｏでの置換効果の１．４５倍であると考えることができる。

〈ｓ〉
主相の組成を表す上式において、ｓは、Ｆｅの一部がＭで置換されている割合（モル比）を示す。上述したように、Ｍは、本開示のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料の磁気特性を損なわない範囲で含有を許容する一種以上の元素及び不可避的不純物元素である。このことから、ｓは、０．１０以下、０．０８以下、０．０６以下、０．０４以下、又は０．０２以下であってよい。一方、本開示のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料がＭを全く含有しない、すなわち、ｓは０であってもよいが、Ｍのうち、不可避的不純物元素を全く含有しないようにするのは困難である。この観点からは、ｓは、０．０１以上であってもよい。

〈ｈ〉
次に窒化の具合を示すｈについて説明する。Ｓｍ_２Ｆｅ_１７相を窒化すると、基本的にはＳｍ_２Ｆｅ_１７Ｎ_ｈ相（ただし、ｈ＝３）を形成する。窒化は、典型的には、Ｓｍ_２Ｆｅ_１７相を有するＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料前駆体（以下、単に「前駆体」ということがある。）を、高温で窒素ガス雰囲気に暴露すること等によって行われる。そのため、前駆体の表面と内部で窒化の具合が異なること等から、ｈが２．９～３．３の範囲で変動し得る。前駆体において、Ｓｍの一部がＬａ及び／又はＣｅで置換されており、Ｆｅの一部がＣｏ及び／又はＮｉで置換されている場合も同様である。すなわち、（Ｓｍ、Ｌａ、Ｃｅ）_２（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ）_１７相を窒化すると、（Ｓｍ、Ｌａ、Ｃｅ）_２（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ）_１７Ｎ_ｈ相（ただし、ｈは２．９～３．３）を形成する。

本開示のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料の主相が、これまで説明した組成を有しており、さらに、格子体積、格子定数、体積率、及び密度が、次のとおりであると、一層安定して、異方性磁界の低下を可能な限り抑制しつつ、飽和磁化が向上する。以下、格子体積、格子定数、体積率、及び密度について説明する。

〈格子体積〉
主相の格子体積は、０．８２９～０．８３８ｎｍ^３の範囲であることが好ましい。主相の格子体積がこの範囲であると、Ｔｈ_２Ｚｎ_１７型及びＴｈ_２Ｎｉ_１７型の少なくともいずれかの結晶構造を維持することが容易になる。

上述したように、飽和磁化は、主相中にＮが侵入型で導入されていることによって、主相内で磁気モーメントが発現することに由来する。このことから、飽和磁化は、主相の格子中のＦｅ－Ｎ間距離（以下、単に「Ｆｅ－Ｎ間距離」ということがある。）の影響を大きく受ける。ＦｅとＮは、主相の格子中で三次元的に配置されているため、Ｆｅ－Ｎ間距離を把握するのに、主相の格子体積は好都合である。

本開示のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料においては、Ｓｍの一部が、必須でＬａ、任意でＣｅによって置換されており、かつ、Ｆｅの一部が、Ｃｏ及び／又はＮｉで置換されている。これによって、Ｓｍ_２Ｆｅ_１７Ｎ_３相の格子体積を変化させる。このとき、主相の格子中のＦｅ－Ｎ間距離を、Ｓｍ_２Ｆｅ_１７Ｎ_３相の格子中のＦｅ－Ｎ間距離に近づけるのがよいと考えられる。Ｓｍ_２Ｆｅ_１７Ｎ_３相の格子体積は約０．８３８ｎｍ^３であることから、本開示のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料の主相の格子体積を、０．８３８ｎｍ^３に近づけるのがよいと考えられる。そして、Ｔｈ_２Ｚｎ_１７型及びＴｈ_２Ｎｉ_１７型の少なくともいずれかの結晶構造を維持し、かつ、異方性磁界の低下を可能な限り抑制しつつ、飽和磁化を向上するには、主相の格子体積は、Ｓｍ_２Ｆｅ_１７Ｎ_３相の格子体積と同じか、それよりもやや小さいことが好ましい。これらの観点からは、主相の格子体積は、０．８２９ｎｍ^３以上、０．８３０ｎｍ^３以上、０．８３１ｎｍ^３以上、０．８３２ｎｍ^３以上、０．８３３ｎｍ^３以上、又は又は０．８３４ｎｍ^３以上であってよく、０．８３８ｎｍ^３以下、０．８３７ｎｍ^３以下、０．８３６ｎｍ^３以下、又は０．８３５ｎｍ^３以下であってよい。

主相の格子体積は、次の要領で求めることができる。Ｓｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料をＸ線回折分析し、そのＸ線回折パターンから、面指数と格子面間隔値（ｄ値）の関係に基づいて、ａ軸長さ及びｃ軸長さを求める。ａ軸長さ及びｃ軸長さを求める際、本開示のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料の主相が、上述の結晶構造を有することから、主相は、菱面晶体であると仮定してよい。そのため、面指数としては、（２０２）面、（１１３）面、（１０４）面、（２１１）面、（１２２）面、及び（３００）面を使用することができる。そして、次式に従い、格子体積を算出することができる。
（格子体積）＝｛（ａ軸長さ）／２｝^２×６×３^０．５×｛（ｃ軸長さ）／３｝

〈格子定数〉
主相の格子定数は、１．４３５０～１．４４６０であることが好ましい。主相の格子定数がこの範囲であると、主相が扁平になっており、飽和磁化が向上し、また、Ｓｍの使用量の削減から予想されるよりも異方性磁界の低下が小さい。これらの観点からは、主相の格子定数は、１．４３６０以上、１．４３７０以上、１．４３８０以上、１．４３９０以上、１．４４００以上、１．４４１０以上、１．４４２０以上、又は１．４４３０以上であってもよく、１．４４５９以下、１．４４５８以下、又は１．４４５７以下であってもよい。

主相の格子定数は、次の要領で求めることができる。Ｓｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料をＸ線回折分析し、そのＸ線回折パターンから、面指数と格子面間隔値（ｄ値）の関係に基づいて、ａ軸長さ及びｃ軸長さを求める。ａ軸長さ及びｃ軸長さを求める際、本開示のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料の主相が、上述の結晶構造を有することから、主相は、菱面晶体であると仮定してよい。そのため、面指数としては、（２０２）面、（１１３）面、（１０４）面、（２１１）面、（１２２）面、及び（３００）面を使用することができる。そして、次式に従い、格子定数を算出することができる。
格子定数（ａ／ｃ）＝（ａ軸長さ）／（ｃ軸長さ）

〈体積率〉
本開示のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料は、上述の組成式で表される主相を備える。本開示のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料の磁気特性は、主相によって発現される。そのため、本開示のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料全体に対して、主相の体積率は、高い方が好ましい。具体的には、主相の体積率は、本開示のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料全体に対して、８０％以上、８１％以上、又は８５％以上であってよい。一方、本開示のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料を製造する際、上述の組成式で表される主相以外の相が安定な温度領域となる工程が存在する場合等がある。また、主相を構成しない不可避的不純物元素の含有を皆無にすることが困難な場合もある。これらのことから、主相の体積率は１００％が理想であるが、前述の主相の体積率を確保していれば、主相の体積率が、９９％以下、９８％以下、９７％以下、９６％以下、又は９５％以下であっても、実用上問題ない。

主相以外の相は、典型的には、主相同士の粒界、特に、三重点に存在する。主相以外の相としては、典型的には、ＳｍＦｅ_３相及びその窒化相等が挙げられる。ＳｍＦｅ_３相及びその窒化相には、Ｓｍの一部がＬａ、Ｃｅ、及びＲ^１からなる群より選ばれる一種以上の元素で置換されている相及びその窒化相、Ｆｅの一部がＣｏ、Ｎｉ、及びＭからなる群より選ばれる一種以上の元素で置換されている相およびその窒化相、そして、Ｓｍの一部がＬａ、Ｃｅ、及びＲ^１からなる群より選ばれる一種以上の元素で置換されており、かつ、Ｆｅの一部がＣｏ、Ｎｉ、及びＭからなる群より選ばれる一種以上の元素で置換されている相及びそれらの窒化相を含む。

主相の体積率は、窒化前の前駆体の全体組成を、高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法（ＩＣＰ－ＡＥＳ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ Ａｔｏｍｉｃ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を用いて測定し、その測定値から、窒化前の前駆体が、（Ｓｍ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｒ^１）_２（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍ）_１７相と（Ｓｍ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｒ^１）（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍ）_３相に分相していると仮定して、主相の体積率を算出する。具体的には、ＩＣＰによる測定結果から、各元素の質量濃度（質量率）を得た後、Ｓｍ_２Ｆｅ_１７相及びＳｍＦｅ_３相の質量比率を先ず算出し、各相の密度から体積率を算出する。なお、（Ｓｍ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｒ^１）_２（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍ）_１７相は、Ｓｍ_２Ｆｅ_１７相、Ｓｍ_２Ｆｅ_１７相のＳｍの一部がＳｍ、Ｌａ、Ｃｅ、及びＲ^１からなる群より選ばれる一種以上の元素で置換されている相、Ｓｍ_２Ｆｅ_１７相のＦｅの一部がＣｏ、Ｎｉ、及びＭからなる群より選ばれる一種以上の元素で置換されている相、そして、Ｓｍ_２Ｆｅ_１７相のＳｍの一部がＳｍ、Ｌａ、Ｃｅ、及びＲ^１からなる群より選ばれる一種以上の元素で置換されており、かつ、Ｓｍ_２Ｆｅ_１７相のＦｅの一部がＣｏ、Ｎｉ、及びＭからなる群より選ばれる一種以上の元素で置換されている相を表す。また、（Ｓｍ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｒ^１）（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍ）_３相は、ＳｍＦｅ_３相、ＳｍＦｅ_３相のＳｍの一部がＳｍ、Ｌａ、Ｃｅ、及びＲ^１からなる群より選ばれる一種以上の元素で置換されている相、ＳｍＦｅ_３相のＦｅの一部がＣｏ、Ｎｉ、及びＭからなる群より選ばれる一種以上の元素で置換されている相、そして、ＳｍＦｅ_３相のＳｍの一部がＳｍ、Ｌａ、Ｃｅ、及びＲ^１からなる群より選ばれる一種以上の元素で置換されており、かつ、Ｓｍ_２Ｆｅ_１７相のＦｅの一部がＣｏ、Ｎｉ、及びＭからなる群より選ばれる一種以上の元素で置換されている相を表す。

本開示のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料の全体組成（主相と主相以外の相の合計）は、本開示のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料の製造時に、α－（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍ）相及びその窒化相の発現を抑制する観点からは、主相のＳｍ、Ｌａ、Ｃｅ、及びＲ^１の合計モル数以上にしておくことができる。すなわち、本開示のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料の全体組成は、（Ｓｍ_{（１－ｘ－ｙ－ｚ）}Ｌａ_ｘＣｅ_ｙＲ^１ _ｚ）_ｗ（Ｆｅ_{（１－ｐ－ｑ－ｓ）}Ｃｏ_ｐＮｉ_ｑＭ_ｓ）_１７Ｎ_ｈ（ただし、ｗは、２．００～３．００）であってよい。このとき、ｘ、ｙ、ｚ、ｐ、ｑ、ｓ、及びｈは、上述の主相の組成を表す式の、ｘ、ｙ、ｚ、ｐ、ｑ、ｓ、及びｈと同じであってよい。α－（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍ）相の発現を抑制する観点からは、ｗは、２．０２以上、２．０４以上、２．０６以上、２．０８以上、２．１０以上、２．２０以上、２．３０以上、２．４０以上、又は２．５０以上がより好ましい。一方、上述の（Ｓｍ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｒ^１）（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍ）_３相の体積率を低減する観点からは、ｗは、２．９０以下、２．８０以下、２．７０以下、又は２．６０以下がより好ましい。

〈主相の密度〉
主相の密度は、７．４０ｇ／ｃｍ^３以上、７．４５ｇ／ｃｍ^３以上、又は７．５０ｇ／ｃｍ^３以上が好ましく、７．７６ｇ／ｃｍ^３以下、７．７０ｇ／ｃｍ^３以下、又は７．６５ｇ／ｃｍ^３以下が好ましい。主相の密度が、この範囲であると、飽和磁化の向上に寄与する。

主相の密度は、Ｓｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料を粉砕して粉末を得て、その粉末の密度を、ピクノメータ法で測定することによって得られる。上述したように、本開示のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料においては、主相の体積率が８０％であることが好ましい。また、Ｓｍ_２Ｆｅ_１７Ｎ_３相及びＳｍＦｅ_３相の密度は、それぞれ、７．６５ｇ／ｃｍ^３及び８．２５ｇ／ｃｍ^３であり、それほど異ならない。このことから、主相の密度は、上述の測定方法で得られた値で近似できる。

《製造方法》
次に本開示のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料の製造方法（以下、「本開示の製造方法」ということがある。）について説明する。

本開示の製造方法は、磁性材料前駆体準備工程及び窒化工程を含む。以下、それぞれの工程について説明する。

〈磁性材料前駆体準備工程〉
本開示の製造方法では、モル比の式（Ｓｍ_{（１－ｘ－ｙ－ｚ）}Ｌａ_ｘＣｅ_ｙＲ^１ _ｚ）_２（Ｆｅ_{（１－ｐ－ｑ－ｓ）}Ｃｏ_ｐＮｉ_ｑＭ_ｓ）_１７で表される組成を有する結晶相を備える磁性材料前駆体を準備する。

結晶相の組成を表す式において、Ｓｍ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｒ^１、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、及びＭ、並びにｘ、ｙ、ｚ、ｐ、ｑ、及びｓについては、「《Ｓｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料》」で説明したとおりである。

磁性材料前駆体の結晶相は、Ｔｈ_２Ｚｎ_１７型及びＴｈ_２Ｎｉ_１７型の少なくともいずれかの結晶構造を有する。磁性材料前駆体を窒化すると、磁性材料前駆体中の結晶相が窒化され、本開示のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料の主相が形成される。本開示のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料の主相は、Ｔｈ_２Ｚｎ_１７型及びＴｈ_２Ｎｉ_１７型の少なくともいずれかの結晶構造を有する。このことから、窒化は、Ｔｈ_２Ｚｎ_１７型及びＴｈ_２Ｎｉ_１７型の少なくともいずれかの結晶構造を維持する程度に行われ、上述した範囲の格子体積及び格子定数を有する主相を得ることができる。

上述したように、磁性材料前駆体中の結晶相が窒化されて、本開示のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料の主相が形成されるため、磁性材料前駆体中の結晶相の体積率は、本開示のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料中の主相の体積率と、同等と考えてよい。このことから、磁性材料前駆体の結晶相の体積率は、磁性材料前駆体全体に対して、８０％以上、８１％以上、又は８５％以上であってよい。磁性材料前駆体を製造する際、上述の組成式で表される結晶相以外の相が安定な温度領域となる工程が存在する場合等がある。また、結晶相を構成しない不可避的不純物元素の含有を皆無にすることも困難な場合がある。結晶相の体積率は１００％が理想であるが、前述の結晶相の体積率を確保していれば、主相の体積率が、９９％以下、９８％以下、９７％以下、９６％以下、又は９５％以下であっても、実用上問題ない。

結晶相以外の相は、典型的には、結晶相同士の粒界、特に、三重点に存在する。結晶相以外の相としては、典型的には、ＳｍＦｅ_３相等が挙げられる。ＳｍＦｅ_３相には、Ｓｍの一部がＬａ、Ｃｅ、及びＲ^１からなる群より選ばれる一種以上の元素で置換されている相、Ｆｅの一部がＣｏ、Ｎｉ、及びＭからなる群より選ばれる一種以上の元素で置換されている相、そして、Ｓｍの一部がＬａ、Ｃｅ、及びＲ^１からなる群より選ばれる一種以上の元素で置換されており、かつ、Ｆｅの一部がＣｏ、Ｎｉ、及びＭからなる群より選ばれる一種以上の元素で置換されている相を含む。

結晶相の体積率は、窒化前の前駆体の全体組成を、高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法（ＩＣＰ－ＡＥＳ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ Ａｔｏｍｉｃ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を用いて測定し、その測定値から、窒化前の前駆体が、（Ｓｍ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｒ^１）_２（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍ）_１７相と（Ｓｍ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｒ^１）（Ｆｅ、Ｃｏ、に、Ｍ）_３相に分相していると仮定して、結晶相の体積率を算出する。具体的には、ＩＣＰによる測定結果から、各元素の質量濃度（質量率）を得た後、Ｓｍ_２Ｆｅ_１７相及びＳｍＦｅ_３相の質量比率を先ず算出し、各相の密度から体積率を算出する。なお、（Ｓｍ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｒ^１）_２（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍ）_１７相は、Ｓｍ_２Ｆｅ_１７相、Ｓｍ_２Ｆｅ_１７相のＳｍの一部がＳｍ、Ｌａ、Ｃｅ、及びＲ^１からなる群より選ばれる一種以上の元素で置換されている相、Ｓｍ_２Ｆｅ_１７相のＦｅの一部がＣｏ、Ｎｉ、及びＭからなる群より選ばれる一種以上の元素で置換されている相、そして、Ｓｍ_２Ｆｅ_１７相のＳｍの一部がＳｍ、Ｌａ、Ｃｅ、及びＲ^１からなる群より選ばれる一種以上の元素で置換されており、かつ、Ｓｍ_２Ｆｅ_１７相のＦｅの一部がＣｏ、Ｎｉ、及びＭからなる群より選ばれる一種以上の元素で置換されている相を表す。また、（Ｓｍ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｒ^１）（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍ）_３相は、ＳｍＦｅ_３相、ＳｍＦｅ_３相のＳｍの一部がＳｍ、Ｌａ、Ｃｅ、及びＲ^１からなる群より選ばれる一種以上の元素で置換されている相、ＳｍＦｅ_３相のＦｅの一部がＣｏ、Ｎｉ、及びＭからなる群より選ばれる一種以上の元素で置換されている相、そして、ＳｍＦｅ_３相のＳｍの一部がＳｍ、Ｌａ、Ｃｅ、及びＲ^１からなる群より選ばれる一種以上の元素で置換されており、かつ、ＳｍＦｅ_３相のＦｅの一部がＣｏ、Ｎｉ、及びＭからなる群より選ばれる一種以上の元素で置換されている相を表す。

磁性材料前駆体の全体組成（結晶相と結晶相以外の相の合計）は、磁性材料前駆体の製造時に、α－（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍ）相の発現を抑制する観点からは、結晶相のＳｍ、Ｌａ、Ｃｅ、及びＲ^１の合計モル数以上にしておくことができる。すなわち、磁性材料前駆体の全体組成は、（Ｓｍ_{（１－ｘ－ｙ－ｚ）}Ｌａ_ｘＣｅ_ｙＲ^１ _ｚ）_ｗ（Ｆｅ_{（１－ｐ－ｑ－ｓ）}Ｃｏ_ｐＮｉ_ｑＭ_ｓ）_１７（ただし、ｗは、２．００～３．００）であってよい。このとき、ｘ、ｙ、ｚ、ｐ、ｑ、及びｓは、上述の結晶相の組成を表す式の、ｘ、ｙ、ｚ、ｐ、ｑ、及びｓと同じであってよい。α－（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍ）相の発現を抑制する観点からは、ｗは、２．０２以上、２．０４以上、２．０６以上、２．０８以上、２．１０以上、２．２０以上、２．３０以上、２．４０以上、又は２．５０以上がより好ましい。一方、（Ｓｍ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｒ^１）（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍ）_３相の体積率を低減する観点からは、ｗは、２．９０以下、２．８０以下、２．７０以下、又は２．６０以下がより好ましい。

磁性材料前駆体は、周知の製造方法を用いて、得ることができる。磁性材料前駆体を得る方法としては、例えば、磁性材料前駆体を構成する元素を含有する原材料を溶解し凝固させることが挙げられる。原材料の溶解方法としては、例えば、原材料を坩堝等の容器に装入し、原材料を容器中でアーク溶解又は高周波溶解して溶湯を得た後、溶湯をブックモールド等の鋳型に注入すること、あるいは、溶湯を坩堝中で凝固させること等が挙げられる。磁性材料前駆体中の結晶相の粗大化抑制及び結晶相の均質化の観点等からは、溶湯の冷却速度を高めることが好ましい。この観点からは、溶湯をブックモールド等の鋳型に注入することが好ましい。さらに、磁性材料前駆体中の結晶相の粗大化抑制及び結晶相の均質化を高める観点等からは、例えば、次の方法を採用してもよい。すなわち、原材料を容器中で高周波溶解又はアーク溶解し凝固して得た鋳塊を、再度、高周波溶解等で溶融し、その融液をストリップキャスト法及び液体急冷法等を用いて急冷し、薄片を得て、この薄片を磁性材料前駆体としてもよい。

後述する窒化の前に、磁性材料前駆体中の結晶粒を均質化するために、磁性材料前駆体を熱処理（以下、このような熱処理を「均質化熱処理」ということがある。）してもよい。均質化熱処理の温度は、例えば、１２７３Ｋ以上、１３２３Ｋ以上、又は１３７３Ｋ以上であってよく、１５２３Ｋ以下、１４７３Ｋ以下、又は１４２３Ｋ以下であってよい。均質化熱処理時間は、例えば、６時間以上、１２時間以上、１８時間以上、又は２４時間以上であってよく、４８時間以下、４２時間以下、３６時間以下、又は３０時間以下であってよい。

磁性材料前駆体の酸化を抑制するため、均質化熱処理は、不活性ガス雰囲気中で行われることが好ましい。不活性ガス雰囲気には、窒素ガス雰囲気をは含まれない。窒素ガス雰囲気中で均質化熱処理をすると、Ｔｈ_２Ｚｎ_１７型及び／又はＴｈ_２Ｎｉ_１７型の結晶構造を有する相が分解し易いためである。

〈窒化工程〉
上述の磁性材料前駆体を窒化する。これにより、磁性材料前駆体中の結晶相が窒化されて、本開示のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料の主相が形成される。

所望の主相を得ることができれば、窒化方法に、特に制限はないが、典型的には、例えば、磁性材料前駆体を加熱しながら、窒素ガスを含有する雰囲気中に暴露すること、あるいは、窒素（Ｎ）を含有するガス雰囲気中に暴露すること等が挙げられる。窒素ガスを含有する雰囲気には、例えば、窒素ガス雰囲気、窒素ガスと不活性ガスの混合ガス雰囲気、そして、窒素ガスと水素ガスの混合ガス雰囲気等が挙げられる。窒素（Ｎ）を含有するガス雰囲気には、例えば、アンモニアガス雰囲気、あるいは、アンモニアガスと水素ガスの混合ガス雰囲気等が挙げられる。これまで例示した雰囲気を組み合わせてもよい。窒化の効率の観点からは、アンモニアガス雰囲気、アンモニアガスと水素ガスの混合ガス雰囲気、そして、窒素ガスと水素ガスの混合ガス雰囲気が好ましい。

窒化前に磁性材料前駆体を粉砕して、磁性材料前駆体粉末を得た後、磁性材料前駆体粉末を窒化してもよい。磁性材料前駆体を粉砕してから窒化することによって、磁性材料前駆体の内部に存在する結晶相を充分に窒化することができる。磁性材料前駆体の粉砕は、不活性ガス雰囲気中で行うことが好ましい。不活性ガス雰囲気には、窒素ガス雰囲気を含んでもよい。これにより、粉砕時に磁性材料前駆体が酸化することを抑制できる。磁性材料前駆体粉末の粒径としては、Ｄ_５０で、５μｍ以上、１０μｍ以上、又は１５μｍ以上であってよく、５０μｍ以下、４０μｍ以下、３０μｍ以下、２５μｍ以下、又は２０μｍ以下であってよい。

窒化温度は、例えば、６７３Ｋ以上、６９８Ｋ以上、７２３Ｋ以上、又は７４８Ｋ以上であってよく、８２３Ｋ以下、７９８Ｋ以下、又は７７３Ｋ以下であってよい。また、窒化時間は、例えば、４時間以上、８時間以上、１２時間以上、又は１６時間以上であってよく、４８時間以下、３６時間以下、２４時間以下、２０時間以下、又は１８時間以下であってよい。

《変形》
本開示のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料及びその製造方法は、これまで説明した実施形態に限られず、特許請求の範囲に記載された範囲内で、適宜、変形を加えてもよい。例えば、本開示のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料は、粉末であってもよいし、その粉末の成形体であってもよい。成形体は、ボンド成形体であってもよいし、焼結成形体であってもよい。成形体の場合には、成形工程で主相中の窒素（Ｎ）が離脱（分解）するような温度を回避し易い観点から、ボンド成形体が好ましい。ボンドとしては、例えば、樹脂及び低融点メタルボンド等が挙げられる。低融点メタルボンドとしては、例えば、金属亜鉛又は亜鉛合金並びにそれらの組合せ等が挙げられる。

以下、本開示のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料及びその製造方法を実施例及び比較例により、さらに具体的に説明する。なお、本開示のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料及びその製造方法は、以下の実施例で用いた条件に限定されるものではない。

《試料の準備》
Ｓｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料の試料を次の要領で準備した。

金属Ｓｍ、金属Ｌａ、金属Ｃｅ、金属Ｆｅ、金属Ｃｏ、及び金属Ｎｉを、主相が表１に記載した組成になるように配合し、これを１６７３Ｋ（１４００℃）で高周波溶解し、凝固させて、磁性材料前駆体を得た。配合の際には、主相の体積率が８０～１００％になるように、主相におけるＳｍ、Ｌａ、及びＣｅの合計モル数よりも、Ｓｍ、Ｌａ、及びＣｅの合計配合モル数を多くした。なお、本明細書において、例えば、「金属Ｓｍ」とは、合金化されていないＳｍを意味する。金属Ｓｍ、金属Ｌａ、金属Ｃｅ、金属Ｆｅ、金属Ｃｏ、及び金属Ｎｉには、不可避的不純物を含有してもよいことは、もちろんである。

磁性材料前駆体を、アルゴンガス雰囲気中で、１３７３Ｋで２４時間にわたり、均質熱処理した。

均質熱処理後の磁性材料前駆体をグローブボックス内に装入し、窒素ガス雰囲気中で、カッターミルを用いて、磁性材料前駆体を粉砕した。粉砕後の磁性材料前駆体粉末の粒径は、Ｄ_５０で２０μｍ以下であった。

窒素ガス雰囲気中で、磁性材料前駆体粉末を７４８Ｋに加熱し、１６時間にわたり窒化した。窒化量は、窒化前後の磁性材料前駆体粉末の質量変化で把握した。

《評価》
各試料について、主相の組成、格子体積、格子定数、密度、及び体積率を、上述した測定方法で求めた。また、各試料について、物理特性処理システムＰＰＭＳ（登録商標）－ＶＳＭを用い、最大磁場９Ｔを負荷して、磁気特性を測定した。磁気特性の測定に関しては、窒化後の各試料粉末を、エポキシ樹脂中で磁場配向させつつ固化させ、固化後の各試料の磁気特性を、３００～４５３Ｋで、磁化容易軸方向及び磁化困難軸方向について測定した。磁化容易軸方向についての測定値から、飽和漸近則を用いて飽和磁化を算出した。そして、飽和漸近則を用いて求めた飽和磁化を主相の体積率で除して、飽和磁化Ｍｓを算出した。また、磁化容易軸方向のヒステリシス曲線と磁化困難軸方向のヒステリス曲線の交点から異方性磁界Ｈａを求めた。

結果を表１に示す。表１において、「－」は、相安定性が不良なため、主相の結晶構造、密度、及び体積率、並びに飽和磁化及び異方性磁界が測定不可能であったことを示す。

図１は、Ｌａのモル比ｘ及びＣｏのモル比ｐと相安定性との関係を示すグラフである。本明細書において、特に断りのない限り、相安定性とは、主相が、Ｔｈ_２Ｚｎ_１７型及びＴｈ_２Ｎｉ_１７型の少なくともいずれかの結晶構造を維持可能か否かを意味する。相安定性が良好であるとは、Ｔｈ_２Ｚｎ_１７型及びＴｈ_２Ｎｉ_１７型の少なくともいずれかの結晶構造を維持可能であることを意味する。また、相安定性が不良であるとは、Ｔｈ_２Ｚｎ_１７型及びＴｈ_２Ｎｉ_１７型の少なくともいずれかの結晶構造を維持困難であることを意味する。図２は、格子定数と飽和磁化Ｍｓとの関係を示すグラフである。図３は、Ｌａのモル比ｘとＣｅのモル比ｙの合計と、異方性磁界Ｈａとの関係を示すグラフである。図４は、Ｃｏのモル比ｐが０．３のとき、Ｌａのモル比ｘと飽和磁化Ｍｓとの関係を示すグラフである。

表１及び図１から、実施例１～６の試料では、異方性磁界の低下を可能な限り抑制しつつ、飽和磁化が向上していることを理解できる。一方、比較例１～１４の試料では、相安定性は良好であるものの、飽和磁化の向上には至っていないことを理解できる。そして、比較例１５～比較例３３の試料では、相安定性が不良であった。

表１及び図２から、主相の格子定数が、１．４３５０～１．４４６０のとき、飽和磁化Ｍｓが高いことを理解できる。

図３の破線で示したように、Ｓｍの一部をＬａ及びＣｅで置換すると、Ｌａ及びＣｅでの置換割合が高くなるにつれて、異方性磁界Ｈａの低下が予測される。しかし、表１及び図３から、実施例１～６の試料は、Ｌａ及びＣｅでの置換割合から予測される異方性磁界Ｈａよりも高い異方性磁界Ｈａを有していることを理解できる。

表１及び図４から、Ｃｏのモル比が０．３である場合、Ｌａのモル比ｘが０．２５以上である実施例２及び３の試料では、異方性磁界Ｈａの低下が実用上問題ない範囲であることを理解できる。

これらの結果から、本開示のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料及びその製造方法の効果を確認できる。

Claims (10)

1. Ｔｈ_２Ｚｎ_１７型及びＴｈ_２Ｎｉ_１７型の少なくともいずれかの結晶構造を有する主相を備えるＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料であって、
   前記主相の組成が、モル比の式（Ｓｍ_{（１－ｘ－ｙ－ｚ）}Ｌａ_ｘＣｅ_ｙＲ^１ _ｚ）_２（Ｆｅ_{（１－ｐ－ｑ－ｓ）}Ｃｏ_ｐＮｉ_ｑＭ_ｓ）_１７Ｎ_ｈで表され、
   Ｒ^１は、Ｓｍ、Ｌａ、及びＣｅ以外の一種以上の希土類元素並びにＺｒであり、Ｍは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、及び希土類元素以外の一種以上の元素並びに不可避的不純物元素であり、かつ、
   ０．２５≦ｘ＋ｙ≦０．７３、
   ０．２５≦ｘ≦０．７３、
   ｘ／（ｘ＋ｙ）≧０．８０、
   ０≦ｚ≦０．１０、
   ０．１０≦ｐ＋ｑ≦０．５３、
   ｐ＋ｑ≧１．４５（ｘ＋ｙ）－０．５４８５、
   ０≦ｓ≦０．１０、及び
   ２．９≦ｈ≦３．３
   を満足する、
   Ｓｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料。
2. 前記ｐ及び前記ｑが、０．２２≦ｐ＋ｑ≦０．５３を満足する、請求項１に記載のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料。
3. 前記主相の格子定数が、１．４３５０～１．４４６０である、請求項１又は２に記載のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料。
4. 前記主相の格子体積が、０．８２９～０．８３８ｎｍである、請求項１又は２に記載のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料。
5. 前記主相の体積率が、８０～１００％である、請求項１又は２に記載のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料。
6. 前記主相の密度が、７．４０～７．７６ｇ／ｃｍ^３である、請求項１又は２に記載のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料。
7. 請求項１に記載のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料の製造方法であって、
   モル比の式（Ｓｍ_{（１－ｘ－ｙ－ｚ）}Ｌａ_ｘＣｅ_ｙＲ^１ _ｚ）_２（Ｆｅ_{（１－ｐ－ｑ－ｓ）}Ｃｏ_ｐＮｉ_ｑＭ_ｓ）_１７で表され、Ｒ^１は、Ｓｍ、Ｌａ、及びＣｅ以外の一種以上の希土類元素並びにＺｒであり、Ｍは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、及び希土類元素以外の一種以上の元素並びに不可避的不純物元素であり、かつ、０．２５≦ｘ＋ｙ≦０．７３、０．２５≦ｘ≦０．７３、ｘ／（ｘ＋ｙ）≧０．８０、０≦ｚ≦０．１０、０．１０≦ｐ＋ｑ≦０．５３、ｐ＋ｑ≧１．４５（ｘ＋ｙ）－０．５４８５、及び０≦ｓ≦０．１０を満足する結晶相を備える磁性材料前駆体を準備すること、及び
   前記磁性材料前駆体を窒化すること、
   を含む、Ｓｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料の製造方法。
8. 前記ｐ及び前記ｑが、０．２２≦ｐ＋ｑ≦０．５３を満足する、請求項７に記載のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料の製造方法。
9. 前記磁性材料前駆体を粉砕して磁性材料前駆体粉末を得た後、前記磁性材料前駆体粉末を窒化する、請求項７又は８に記載のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料の製造方法。
10. 前記磁性材料前駆体を構成する元素を含有する原材料を溶解し凝固させ、前記磁性材料前駆体を得る、請求項７又は８に記載のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁性材料の製造方法。