|
由日本东北大学研究生院教授高桥研、助教小川智之以及户田工业等组成的研究小组，成功地以g为单位生成了氮化铁（Fe16N2）粉末。据介绍，这是全球首次以91质量％的高纯度，可再现地成功生成了以克为单位的Fe16N2。作为日本新能源产业技术综合开发机构（NEDO）的“稀有金属替代材料开发项目”的一部分，该研究小组一直在探讨将Fe16N2用作不使用钕和镝等稀土材料的强磁铁候补材料。
此次生成的Fe16N2粉末粒径为几十～几百nm，饱和磁化强度在50K温度下为230emu/g、在室温下为221emu/g，高于纯铁，这是Fe16N2粉末的特点＊。虽然与矫顽力成比例的磁晶各向异性较低，但饱和磁化强度非常大，因此可以增大决定磁铁磁力的最大磁能面积。据高桥介绍，Fe16N2可实现比钕·铁·硼（Nd-Fe-B）类烧结磁铁高30％以上的最大磁能面积——100MGOe（796kJ/m3）。
＊1emu/g＝4π×10-7Wb·m/kg。原来块状纯铁的饱和磁化强度在50K温度下为220emu/g，在室温下为218emu/g。
抑制Fe16N2变成Fe4N和Fe
以氮化铁为材料的磁铁的实用化目标时间为2023～2025年。目前面临的课题有：（1）确立氮化铁粉末的量产技术；（2）减少氮化铁粉末的界面缺陷和尺寸上的偏差；（3）通过将部分Fe和N置换成其他元素来提高矫顽力；（4）确立对nm尺寸氮化铁粉末进行配向及固化的技术；（5）确立200℃以下的提高Fe16N2填充率的配向和固化技术（Fe16N2一旦超过200℃就会热分解）。
此次，之所以能够以g为单位生成Fe16N2粉末，是因为找到了在降温工艺过程中，抑制Fe16N2变成Fe4N和Fe的工艺条件和原材料。制备方法方面，尝试了以有机金属络合物为原材料的方法，以及纯粹以无机条件制造铁化合物的方法等，通过其中的几种方法成功生成了粉末。
例如，以有机金属络合物为原材料的方法方面，不仅工艺条件得到优化，原材料方面还控制了结晶颗粒的形状和尺寸等（图）。生成粉末所需要的时间因制备方法而异，生成约2g的粉末时长则需要1天半～2天，短则需要半天。户田工业负责合成原材料，东北大学则负责开发采用该原材料生成高纯度Fe16N2的技术。 （图片）
图：以有机金属络合物为原材料的一种制备方法
|
