巻 頭 言 これからの新規磁性 材料開発について −超高圧合成による挑戦− 東北大学大学院工学研究科教授 岡 田 益 男 20世紀は生産活動を生活拠点とする「経済の世 新磁石材料を開発するヒントとして，これまで 紀」であったが，これから我々の目指す21世紀は の永久磁石開発史を振り返ってみると，その開発 「環境重視の世紀」である。これは，自動車，電 にはセレンディピティと言えるドラマがあった。 気製品，住宅などに快適さや豊かさを追求した価 セ レ ン デ ィ ピ テ ィ と は お と ぎ 話 「 The Three 値観より，環境との両立性を重視した環境調和型 Princess of Serendip （セイロン）」 （この主人公たち の価値観へ移行することを意味する。従って，エ は探してもいない珍宝をうまく偶然に発見する） ネルギー効率の観点からすべての材料やシステム の題名から造られた語で，偶然に幸運な予想外の を個々に見直し，有限のエネルギーをいかに有効 発見をする才能という意味で使用されている。 に利用するかが重要となる。 日本における永久磁石開発の歴史は1917年に本 エネルギーの有効利用として，真っ先に挙げら 多光太郎先生のKS鋼開発により端を発し，OP磁 れるのが磁性材料の高性能化である。高い発電効 石，MK磁石，Fe-Cr-Co磁石，Mn-Al-C磁石，Sm2 率の利点から燃料電池開発が急ピッチで進んで （CoCu）17磁石，Nd-Fe-B磁石，Sm2Fe17Nx磁石など も，発電された電気で駆動するモーター効率が従 数々の新材料が日本で開発され，日本は世界にお 来前では，革新的な環境変化は望みようがない。 ける“永久磁石材料のメッカ”と言っても過言で 最近，自動車や電気製品メーカーの方から，ネ はない。このような日本のお家芸とも言うべき永 オジム磁石を超える永久磁石の可能性について， 久磁石がどのように誕生してきたか，その背景を また，より高い飽和磁化の磁性材料開発の可能性 分析すると面白い共通点がある。 について，尋ねられる機会が多くなった。それは， それは新しい永久磁石材料のほとんどの発見が ネオジム磁石は多くの製品に応用され，さらなる 実は永久磁石の専門家によって，なされてきては 改善の要求の声が高くなってきたものと推察され いないことである。多くの方が他分野の専門家で る。しかし，現在の学会での研究発表内容を見る 大胆な発想，情熱と偶然からもたらされたもので 限りにおいて，そのような声に，どこまで答えら ある。（そのような画期的な新材料開発をするた れるかは疑問である。 めの研究環境整備や研究手法への私見について， 日立金属技報 Vol.20 （2004） 5 巻 頭 言 詳しくは「セラミックス」33,（1998）No.3, PP345- 素化物合成の研究者さえ，急遽（きょ），新規に 348を参照して頂きたい）その研究手法の1つの提 GPaオーダ超高圧合成装置を導入したほどであ 案として，他の分野の研究手法，実験手段，測定 る。 技術などを積極的に採用することがあげられる。 そもそも，このGPa超高圧の効果であるが，大 筆者は水素関連のプロジェクトに数年間，専念 きく分類して2つある。1つは元素の溶融点が上昇 し，新規水素関連化合物の合成方法として高圧合 することである。例えば，Mgでは融点が大気圧 成法が長年，大きな成功を収めていることを学ん では650℃が，4GPaで900℃にも上昇する。すな だ。特に，平成10年水素関連のプロジェクトを開 わち，Mgが溶解する温度で固相反応が進行する 始した当初，欧州では，MPaオーダの超高圧合成 ことが可能となるのである。2つめとして，元素 による新規水素化物探索が盛んであった。我が国 の原子体積が減少する効果がある。例えば，Mg では，超高圧合成による新規水素化物に取り組ん は5GPaで体積が10％減少する。従って，大気圧 でいたグループは皆無であり，そこで，筆者らの 下での原子半径より，小さな原子として化合物形 グループでは，プロジェクトの一環として，超高 成が可能となる。結果として，高密度な結晶構造 圧合成装置を導入した。 化合物が形成される。これらの効果はアルカリ土 我が国では，超高圧装置は酸化物超伝導体の遷 類金属や希土類元素に顕著である。このほかに 移温度を上昇させるためにGPaオーダのアンビル GPaの超高圧下では，物性値は大きく変化し，物 型装置が設計・市販されていた。欧州ではMPaオ 性屋さんは熱心に現在研究に取り組んでいる。 ーダのオートクレーブ型装置が主流であったのと GPaの超高圧下で引き起こされる現象の解明や合 対照的である。この圧力の差が，これまでの欧州 成法はますます盛んになるであろう。 の研究より，さらに新しい成果をもたらす契機と なった。 法やメルトスパン法などは限界にあると判断され 通常は新規化合物の探索は困難なものである るが，超高圧合成法による報告例は少なく，チャ が，例えば，筆者の研究室では，GPaオーダの超 ンスがあると期待される。幸いにも，希土類元素 高圧装置により，Mg-Ni系，Mg-Cu系，Mg-Ca-H系 は超高圧の影響を受けやすい元素の1つであり， など単純な2元系においてさえ，状態図にはない 著者らのグループは，本年度より，希土類─Fe系2 新規化合物が次々と合成され，沸き立っている。 元合金を主体に状態図にない化合物の合成から着 MPaで合成された，例えば，Mg3MnH7化合物でさ 手した。どんな新規化合物が合成されるのか，今 えも，GPaで合成すると，また，別な結晶構造に から期待に胸を膨らませている。 変態することも判明し，欧州の権威と言われる水 6 新規な磁性材料の開発方法として，従来の溶解 日立金属技報 Vol.20 （2004）
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