[发明专利]使用化学气相沉积或液相外延来形成铁氮化物硬磁性材料

说明书

相关申请的引用

本申请要求于2014年8月8日提交的美国临时专利申请号62/035,245的优先权，其全部内容以参考方式结合于本文。

技术领域

本公开涉及硬磁性材料和用于形成硬磁性材料的技术。

背景技术

永磁铁在许多机电系统中发挥作用，包括例如替代能源系统。例如，永磁铁用于电动机或发电机，其可以用于车辆、风力涡轮机、和其它替代能源机制。目前使用的许多永磁铁包括稀土元素，如钕，其导致高磁能积(high magnetic energy product)。这些稀土元素是相对供应短缺的，并且可能面临在未来价格上涨和/或供应短缺。另外，包括稀土元素的一些永磁铁的生产是昂贵的。例如，NdFeB和铁氧体磁铁的制造通常包括粉碎材料、压缩材料、以及在高于1000℃的温度下烧结，所有这些都造成了磁体的高制造成本。另外，稀土的开采可导致严重的环境恶化。

发明内容

本公开描述了包括α″-Fe₁₆N₂的硬磁性材料以及使用化学气相沉积(CVD)或液相外延(LPE)来形成包括α″-Fe₁₆N₂的硬磁性材料的技术。因为Fe₁₆N₂具有高饱和磁化强度(high saturation magnetization)、高磁各向异性常数和高磁能积，因此包括α″-Fe₁₆N₂的硬磁性材料可提供包括稀土元素的永磁铁的替代。

在一些实施例中，本公开描述了一种方法，包括加热铁源以形成包含含铁化合物的蒸汽；在基底(substrate)上由包含含铁化合物的蒸汽沉积铁和由包含含氮化合物的蒸汽沉积氮以形成包含铁和氮的层；以及退火包含铁和氮的层以形成至少一些包含α″-Fe₁₆N₂的晶体。

在一些实施例中，本公开描述了一种方法，包括将基底浸没在包含含氮溶剂和铁源的涂覆溶液中。可以在高于待沉积自涂覆溶液的铁-氮混合物的液相线温度的第一温度下，用铁源使涂覆溶液饱和。该方法还可以包括将基底浸没在涂覆溶液中并将涂覆溶液冷却到第二温度以形成过饱和涂覆溶液。第二温度可以低于铁-氮混合物的液相线温度。该方法另外可以包括将基底保持在过饱和涂覆溶液中以允许包含铁和氮的涂层形成在基底上，以及退火包含铁和氮的涂层以形成至少一些包含α″-Fe₁₆N₂的晶体。

在一些实施例中，本公开描述了一种制品，其包括基底和在基底上的包含α″-Fe₁₆N₂的层，其中使用CVD或LPE的至少一种来形成该层。

在一些实施例中，本公开描述了一种系统，用于实施CVD或LPE的至少一种以形成制品，该制品包括基底和在基底上的包含α″-Fe₁₆N₂的层。

在一些实施例中，本公开描述了一种工件，其包含至少一个包括α″-Fe₁₆N₂的相域(相畴，phase domain)，其中使用CVD或LPE的至少一种来形成至少一个相域。

在一些实施例中，本公开描述了一种制品，其包含多个工件。多个工件的至少一个工件包括至少一个工件包括包含α″-Fe₁₆N₂的至少一个相域，并且使用CVD或LPE的至少一种来形成至少一个相域。

在附图和以下描述中阐述了一个或多个实施例的详细情况。通过描述和附图，以及通过权利要求，其他特点、目的、和优点将是显而易见的。

附图说明

当连同附图一起阅读时，将进一步理解发明内容、以及下面的详细描述。为了说明本公开的目的，在附图中示出实施例；然而，本公开不限于所公开的具体技术、组合物、和装置。此外，不必按比例绘制附图。

图1是示出了用于形成包括α″-Fe₁₆N₂的硬磁性材料的示例性化学气相沉积系统的概念和示意图。

图2是铁氮化物相图。

图3是示出了α″-Fe₁₆N₂晶胞概念图。

图4是示出了具有铁或铁氮化物(例如，Fe₈N)域和α″-Fe₁₆N₂域的材料的概念图。