[发明专利]多层铁氮化物硬磁性材料

说明书

与相关申请的参考

本申请要求于2014年8月8日提交的美国临时专利申请第62/035,230号的权益，其全部内容以引用方式结合于本文。

技术领域

本公开涉及硬磁性材料以及用于形成硬磁性材料的技术。

背景技术

由硬磁性材料制成的永磁体在包括例如替代能源系统的许多机电系统中发挥作用。例如，永磁体在电动机或发电机中使用，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体包括稀土元素，如钕，其导致高能积。这些稀土元素是相对供不应求的，并且在未来可能面临价格上涨和/或供应短缺。另外，包括稀土元素的一些永磁体的生产是昂贵的。例如，NdFeB和铁氧体磁体的制造一般包括破碎材料，压缩材料，以及在高于1000℃温度下烧结，所有这些都促成磁体的高制造成本。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的多层硬磁性材料以及用于形成包括α″-Fe₁₆N₂的多层硬磁性材料的技术。例如，可以利用化学气相沉积(CVD)或液相外延(LPE)来形成包括α″-Fe₁₆N₂的多层硬磁性材料。包括α″-Fe₁₆N₂的多层硬磁性材料可以提供对包括稀土元素的永磁体的替代品，因为Fe₁₆N₂具有高饱和磁化、高磁各向异性常数、和高能积。多层硬磁性材料可以包括含有α″-Fe₁₆N₂的至少一层和含有软磁性材料的至少一层。在一些实例中，含有α″-Fe₁₆N₂的各层可以与含有软磁性材料的各层交替。

在一些实例中，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，以及在基底上由包含含铁化合物的蒸汽沉积铁且由包含含氮化合物的蒸汽沉积氮，以形成包含铁和氮的第一层。另外，上述方法可以包括在基底上由包含含铁化合物的蒸汽沉积铁、由包含含氮化合物的蒸汽沉积氮、以及由包含碳、硼、或氧的至少一种的蒸汽沉积碳、硼、或氧的至少一种，以形成包含铁、氮以及碳、硼、或氧的至少一种的第二层。在一些实例中，上述方法进一步包括退火第一层以形成至少一些包含α″-Fe₁₆N₂的晶体以及退火第二层以形成至少一些包含α″-Fe₁₆(N_xZ_1-x)₂的晶体，其中Z包含碳、硼、或氧的至少一种，并且其中x是大于零且小于一的数字。

在一些实例中，本公开描述了一种方法，该方法包括加热铁源以形成包含含铁化合物的蒸汽，以及在基底上由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第一层。另外，上述方法可以包括在基底上由包含含铁化合物的蒸汽沉积铁、由包含含氮化合物的蒸汽沉积氮、以及由包含碳、硼、或氧的至少一种的蒸汽沉积碳、硼、或氧的至少一种，以形成包含铁、氮、以及碳、硼、或氧的至少一种的第二层。在一些实例中，上述方法进一步包括退火第一层以形成至少一些包含α″-Fe₁₆N₂的晶体以及退火第二层以形成至少一些包含α″-Fe₁₆N₂的晶体和至少一些包含α″-Fe₁₆Z₂的晶体，其中Z包含碳、硼、或氧的至少一种。