JPS6047240B2

JPS6047240B2 - フエライト単結晶

Info

Publication number: JPS6047240B2
Application number: JP55065143A
Authority: JP
Inventors: 美根生頼住; 好美牧野
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1980-05-16
Filing date: 1980-05-16
Publication date: 1985-10-21
Also published as: FR2484470B1; US4331548A; FR2484470A1; DE3119054A1; GB2078706A; GB2078706B; NL8102385A; JPS56164100A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、磁気ヘッド材等に好適なフェライト単結晶に
関するものてある。

ヘッド材としてはＭｎ−Ｚｎ系フェライト単結晶が一般
に使用されている。

しかし、この単結晶は、磁歪による加工劣化や、磁気テ
ープとヘッドとの間の摺動による摺動ノイズが生じ易い
。特に、ビデオヘッドの場合、狭トラック化のための加
工時の機械的歪による影響が大きいので、磁歪による加
工劣化の問題は致命的であり、低磁歪材を使用するのが
望まれる。他方、Ｌｉ−Ｚｎ系フェライト単結晶は、磁
歪が比較的小さく、また結晶中にＦｅ”゛を有していな
いので、比抵抗、硬度及びキュリー点がいずれも高く、
Ｍｎ−Ｚｎ系にない特長を有している。

ところが、このＬｉ−Ｚｎ系は、Ｆｅ’゛を有していな
いために平衡酸素圧が高く、また融点が高くて溶融状態
からの単結晶の育成が困難である。しかも、高温で分解
し易く、ルツボ材と反応し易く、更にＬｉが蒸発し易い
等の性質が単結晶の育成をより困難にしている。従つて
、Ｌｉ−Ｚｎ系の単結晶育成はフラックス法によつてい
るのが一般的である。しかしこの場合には、フラックス
が結晶中に混入し、また育成結晶が小さく、育成速度も
遅い等の欠点がある。本発明は、上述した諸欠陥を是正
すべくなされたものであつて、その第１の発明は、（Ｌ
ｉｏ・５Ｆｅｏ・５）１−（Ｘ−ｙ）ＭｎＸＺｎｙＦ
ｅ２・００４で表わされ、ｘ＝０．１〜０、ホｙ■０．
３〜０．５５であることを特徴とするフェライト単結晶
に係るものである。

この第１の発明によるフェライト単結晶はＬｉ−Ｍｎ−
Ｚｎ系であるから、Ｍｎ−Ｚｎ系及びＬｉ−Ｚｎ系の双
方の特長を有している。

特に、Ｌｉ−Ｚｎ系ではＦｅ’゛が存在しないことによ
り平衡酸素圧が高くなり、これが単結晶育成が困難にな
る主な原因であるが、第１の発明ではＭｗ゛をＬｉ゛−
Ｆｅ＊１の一部と所定量置換しているので、磁気的性質
を損わノずに平衡酸素圧を下げて単結晶の育成を容易に
行なうことができるのである。この現象は注目に値する
ものであり、実用的酸素分圧（１〜５に９ｌｃｌＬ）で
単結晶育成を可能にし、高圧ガス中での後述のフローテ
ィングゾーン法を確立し、目的の単；結晶を容易かつ確
実に得ることにはじめて成功したのである。この第１の
発明で単結晶フェライトの組成を上記に限定した理由を
説明する。

まず、Ｍｎ２＋は単結晶の多結晶化を防止する性質を有
しているので、所望の単結晶を得るにはｘは０．１以上
でなくてはならない。Ｍｎ２＋の置換量の上限（ｘ＝０
．４）は、磁気特性的に決められ、それより多いとキュ
リー点Ｔｃが低下しすぎ、室温での飽和磁束密度ふが小
さくなりすぎる。また、Ｚｎ２＋の置換量は、結晶磁気
異方性定数Ｋ１、μ、Ｂｓ、磁歪定数λ等の磁気的特性
を望ましい範囲に設定する上で重要てある。Ｚｎ２＋置
換量が０．３未満であると特にμ″が小さくなりすぎ、
また０．５５を越えるとキュリー点が低下しすぎかつま
た室温でのＢｓが小さくなつてしまうので、ｙ＝０．３
〜０．５５に設定することが不可欠である。第１図には
、この第１の発明による単結晶フェライトの組成範囲が
斜線で示され、四角形．ＡＢＣＤ内がその組成範囲てあ
る。また、この第１の発明に更に発展させた本発明の第
２の発明は、（（ＬｌＯ．５ＦｅＯ．５）１−（Ｘ＋ｙ
）ＭｎＯＺｎ，）１−ＡＣＯａＦｅ２．ＯＯ４で表わさ
れ、ｘ＝０．１〜０．４、ｙ＝０．３〜０．５５．ａ＝
０．００５〜０．０１５であることを特徴とするフェラ
イト単結晶に係るものである。この第２の発明において
は、ＣＯ２＋が結晶磁気異方性定数Ｋ１を制御し、透磁
率μの温度特性及び周波数特性を設計するために効果的
に作用する。

つまり、ＣＯ２＋を所定量置換することによつて、Ｌｉ
−Ｚｎ系フェライトの負のＫ１をＣＯ−フェライトの正
のＫ１によつて打消し、実用的温度範囲におけるＫ１の
値を実効的に小さくでき、μ″を向上させることができ
る。但、ＣＯ２＋置換によつて．磁歪定数λが大きくな
るため、その置換量が多すぎるとμの加工劣化が顕著と
なり、逆効果となる。従つてＣＯ２＋の量を上記のよう
にａ＝０．００５〜０．０１５の範囲に設定することが
不可欠てある。次に、データに基いて本発明によるフェ
ライト単結晶の特性を説明する。Ｌｉ−Ｆｅ−Ｍｎ−Ｚ
ｎ系まず、第１の発明によるフェライト単結晶に付き説明す
ると、単結晶育成に対するＭｒｌ２＋とＦｅ２＋の効果
を第２図に示したが、後述のフローティン・グゾーン法
（酸素分圧ＰＯ２＝４ａｔｍ１成長速度＝１５―ノＨｒ
）で単結晶を育成した場合、種結晶からある長さ迄単結
晶が成長するが、ある長さから突然多結晶化する現象が
みられる。

しかしＭｎ２＋を所定量ＬｉＳ．５−Ｆｅｇ！，と置換
すると、この現象が生じなくなり、全領域で単結晶とな
ることが分る。第２図からは、Ｍｎ２＋の置換量はｘ＝
０．１以上で有効であることが理解される。Ｆｅ２＋の
置換によつても同様の効果が得られるが、比抵抗が低下
しすぎ、また第１図から単結晶化に対する効果が少ない
。Ｍｎ２＋置換量が増加するとキュリー点が低下すると
共に、第３図のように室温でのふが小さく）なる。

従つて、その置換量をｘ＝０．似下とすればふを比較的
大きな値に保持できる。次に、Ｚｎ２＋の量については
、第４図に示すように、Ｚｎが０．３未満ではμ″が小
さくなりすぎて不適当である。

またその上限は、第５図は示すよう・に、室温での高ふ
の保持の点から０．５５とすべきである。これは、Ｔｃ
を高く保持することからも必要な条件である。Ｌｉ−Ｆ
ｅ−Ｍｎ−Ｚｎ−ＣＯ系第２の発明によるフェライト単結晶の組成のう゛ち、Ｍ
ｎ及びＺｎは第１の発明と同様の理由でその置換量が決
められるが、ＣＯ２＋の添加によつて第６図に示すよう
に、Ｋ１が正になる傾向があるので、この性質を利用し
てＬｉ−Ｚｎ系フェライトの負のＫ１を打消するように
設定できる。

即ち、ＣＯ２＋によつて、実用的温度範囲てのＫ１の値
を小さくできる。また第７図及び第８図〜第９図に示す
ように、ＣＯ２＋によつて磁歪に基くμ″の加工劣化が
みられるが、第２の発明によるＣＯ添加範囲ではμ″は
ある程度は高く保持できることが分る。次に、本発明に
よるフェライト単結晶の育成操作を例示する。

まず、純度９９．９％以上のＬｌ２ＣＯ３、ＭｎＯ．．
ＺｎＯ，．Ｆｅ２Ｏ３を所定の混合比でボールミル中に
て６時間混合し、この混合粉末を０．５〜１ｔ１ｄで成
形した。この成形体は１０糖φ×４−の円柱形状にした
。これを１２００〜１３５０℃て空気中て焼成し、単結
晶育成用の原料とした。次に、第１０図に示す赤外線集
中加熱フローティングゾーン装置を使用して、単結晶育
成操作を行なつた。このフローティングゾーン装置は、
垂直の石英管１内を原料２、種結晶３を保持した保持棒
４が逆回転しながら下降するようになされ、石英管１を
取巻く回転楕円面鏡５内のハロゲンランプ６からの赤外
線７が原料２に集中するように構成されている。これに
よつて原料２が集中的に加熱溶融し、順次単結晶フェラ
イトが成長していくことになる。なお、８は育成状態を
スクリーン９に映し出すためのレンズである。育成雰囲
気ガスは下端側の導入管１０から供給され、石英管１内
を上昇してから上端側の導出管１１から排出される。原
料２及び種結晶３を上記のようにセットし、約１時間で
昇温してそれらの間にメルトゾーンを形成した。

原料２及び種結晶３は１０〜６０ｒｐｍで互いに逆回転
となるように回転させ、同期させながら５〜３抽Ｉｈ
ｒの速度て下方へ移行させた。酸素分圧ＰＯ２は１〜５
ａｔｍの範囲に設定して単結晶を育成した。育成された
結晶は酸化され易く、割れ易いので、ハロゲンランプ６
の焦点下方にあるサブヒータによつて１０００゜Ｃ以上
に加熱した。単結晶育成後、約川侍間て常温にまて冷却
した。なお、上記原料の配合比は次の通りであつた。

（ＬｉｖＭ現ＺｎｘＣＯｙＦｅァ）３０４但、Ｖ＝０
．０４８５ｓＷ＝０．０７５〜０．４６８、ｘ＝０．３
５〜０．５０、ｙ＝Ｏ〜０．０２、Ｚ＝２．０４
８５〜２．２５０上記の育成操作で得られた各種単結晶
のうち、磁気特性に優れたものを以下に例示する。

（１）低磁歪の組成：（ＬｌＯ・５Ｆｅ０・５）Ｏ・３５Ｍｒ１０・１５ｚｎ
０・５０Ｆ′Ｅ２・００４この組成物は第１図に点Ｅで
示されている。

またこの低磁歪単結晶は、Ｌｌ２ＣＯ３４。８Ｏｌｌｌ
Ｏｌ％、ＭｎＯ８．２２ＴｌｌＯｌ％ＺｎＯ２７．４Ｏ
ｒｒｌＯｌ％Ｆｅ，Ｏ３５９．５９ｒＴｌＯｌ％の混合
物から、次の育成条件で得られたものである。

ＰＯ，＝４ａｔｍ成長速度＝１５ＴｗＬ１ｈｒ育成方向〔１００〕又は〔１１１〕得られた単結晶は次の特性を有していた。

１＝４０２７ｇａｕｓｓ（室温）ＴＣ＝２２４ｇＣ入，。

。＝ −３．３×１０−ゞ入，１１＝＋２．９×１０−
ゞ入．＝＋０．４５×１０−ゞｐ＝２〜３Ｄ，一礪ｐ゛＝６９２（ｊ：１ＭＨｚ）、３７８（ｆ：３ＭＨｚ
）、２３９（ｆ：５ＭＨｚ）、１６８（ｆ：１０ＭＨｚ
）（２）Ｐ゜の加工劣化の少ない組成：（ＬｌＯ・５Ｆ
ｅ０・５）Ｏ・３４４Ｍｒ１０・３０ｚｎ０・３５ｃ００−（Ｘ）６Ｆｅ２・
００４これはＬｌ２ＣＯ３４．７９ｍＯｌ％、ＭｎＯｌ
６．４ｍＯｌ％、ＺｎＯｌ９．ｌｍＯｌ％ＣＯＯＯ．３
８３ｍＯｌ％Ｆｅ，Ｏ３５９．２８ｒＴｌＯｌ％の混合
物から、上記低磁歪材の場合と同一条件で結晶を育成し
た。

得られた単結晶の特性は次の通りであつた。醜＝４８５
０ｇａｕｓｓＴＣ＝２７０ｇｃ入，。

。＝ー１８．２×１０−ゞ入１１１＝＋４．６×１０−
ゞ入。

＝ー４．５×１０−ゞｐ゛＝６００（ｆ：１ＭＨｚ）、
５３０（ｆ：３ＭＨｚ）、３４０（ｆ：５ＭＨｚ）、１
９０（ｆ：１０ＭＨｚ）３）ｐ゛の大きい組成：（Ｌｊ
Ｏ・５Ｆｅ０・５）Ｏ・３０Ｍｒ１０・３０ｚｎ０・４
０Ｆｅ２・００４この組成は第１図に点Ｆで示され、Ｌ
ｌ２Ｏ３４．Ｏ５４ｍＯｌ％ＭｎＯｌ６．２ｌ６ＴＴｌ
Ｏｌ％ＺｎＯ２ｌ．６２ｌｍＯｌ％、Ｆｅ２Ｏ３５８．
ｌＯ８ｒＴｌＯｌ％の混合物から、上記低磁歪材の場合
と同一条件て結晶を育成した。

得られた単結晶の特性は次の通りであつた。１＝４７６
２ｇａｕｓｓＴＣ＝２２９ｇＣ入，。

。＝ −１２．５×１０−ゞ入，１１＝＋３．７×１０
−ゞ入，＝ー２．８×１０−ゞｐ゛＝７３３（ｆ：１ＭＨｚ）、３５０（ｆ：３Ｍ１１
ｚ）、２６４（ｆ：５ＭＦＩｚ）、２２９（ｆ：１０Ｍ
Ｈｚ）１）ＢＳの大きい組成：（ＬｌＯ・５Ｆｅ０・５
）Ｏ・５Ｍｎ０・１５Ｚｒ１０・３５Ｆｅ２・００４こ
の組成は第１図に点Ｇで示され、Ｌｌ２Ｏ３７．ｌ４ｍ
Ｏｌ％ＭｎＯ８．５７ｍＯｌ％ＺｎＯ２Ｏ．ＯＯｒＴｌ
Ｏｌ％、Ｆｅ２Ｏ３６４．２８ｒｒｌＯｌ％の混合物か
ら、上記低磁歪材の場合と同一条件で結晶を育成した。

得られた単結晶の特性は次の通りであつた。困＝５４０
５ｇａｕｓｓＴｃ＝３３５ｇｃ入，。

。＝ー１３．９×１０−ゞ入，，１＝＋１０．１×１０
−ゞＸｓ＝＋０．５×１０−ゞｐ゛＝３２４（ｆ：１ＭＨｚ）、１９６（ｆ：３ＭＨ
ｚ）、１１２（ｆ：１０ＭＨｚ）以上本発明を例示した
が、上述の例は本発明の技術的思想に基いて更に変形可
能であることが理解されよう。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明を説明するものであつて、第１図は本発明
によるフェライト単結晶の組成範囲を示す三角組成図、
第２図はＭＴｌ２＋又はＦｅ２＋の置換量による育成単
結晶の長さを示すグラフ、第３図はＭｎ２＋の置換量に
よるＢｓの変化を示すグラフ、第４図はＨｒの置換量に
よるμ″の周波数特性を示すグラフ、第５図はＺｎ２＋
の置換量によるＢｓの変化を示すグラフ、第６図はＣＯ
−フェライト及びＬｉ−フェライトのＫ１の温度特性を
示すグラフ、第７図はＣＯ含有及び非含有のフェライト
のμ″の温度特性を示すグラフ、第８図はＣＯ２＋の置
換量によるμ″の変化を示すグラフ、第９図はＣＯ２＋
の置換量によるμ″の変化を示すグラフ、第１０図はフ
ェライト単結晶の育成に使用する赤外線集中加熱フロー
ティングゾーン装置の概略断面図である。なお図面に用いられる符号において、２・・・・・・原
料、３・・・・・・種結晶、５・・・・・・回転楕円面
鏡、６・・・ハロゲンランプ、１０・・・・・・ガス導
入管、１１・・・ガス導出管である。

Claims

【特許請求の範囲】１（Ｌｉ＿０＿・＿５Ｆｅ＿０＿・＿５）＿１＿−＿
（＿ｘ＿−＿ｙ＿）Ｍｎ＿ｘＺｎ＿ｙＦｅ＿２＿・＿０
Ｏ＿４で表わされ、ｘ＝０．１〜０．４、ｙ＝０．３〜
０．５５であることを特徴とするフェライト単結晶。２｛（Ｌｉ＿０＿・＿５Ｆｅ＿０＿・＿５）＿１−＿
（＿ｘ＿−＿ｙ＿）Ｍｎ＿ｘＺｎ＿ｙ｝＿１＿−＿ａＣ
ｏ＿ａＦｅ＿２＿・＿０Ｏ＿４で表わされ、ｘ＝０．１
〜０．４、ｙ＝０．３〜０．５５、ａ＝０．００５〜０
．０１５であることを特徴とするフェライト単結晶。