JP2018105824A - 組成ネットワークトポロジー構造の解析方法と解析プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】特定元素のネットワーク構造を解析することで、各種の機能材料の特性向上を図ることが可能な組成ネットワークトポロジー構造の解析方法と解析プログラムを提供すること。【解決手段】試料に含まれる特定元素（特定化合物を含む概念で用いる）について、所定の測定範囲内で、濃度分布を三次元的に測定可能な解析対象三次元体を求める。解析対象三次元体を、より細かな複数の三次元体から成る単位グリッドに分割する。それぞれの単位グリッド毎に含まれる前記特定元素の含有量を求める。隣接する単位グリッドの間で、特定元素の含有量がそれぞれ最大となる極大点グリッドを求める。解析対象三次元体に含まれる極大点グリッドとの関係で、試料が有している特定元素の組成ネットワークトポロジー構造を定量化する。【選択図】図２

Description

本発明は、組成ネットワークトポロジー構造の解析方法と解析プログラムに関する。

近年、電子・情報・通信機器等において低消費電力化および高効率化が求められている。さらに、低炭素化社会へ向け、上記の要求が一層強くなっている。そのため、電子・情報・通信機器等に用いられる各種の機能材料の特性向上が求められている。

たとえば電源回路に用いられる磁心には、透磁率の向上およびコアロス（磁心損失）の低減が求められている。コアロスを低減すれば、電力エネルギーのロスが小さくなり、高効率化および省エネルギー化が図られる。

磁心のコアロスを低減する方法として、磁心を構成する磁性体の保磁力を低減することが考えられる。磁性体の保磁力を低減するために、新たな組成の磁性材料の開発が行われている。また、特許文献１には、粉末の粒子形状を変化させることにより、透磁率が大きく、コアロスが小さく、磁心に適した軟磁性合金粉末を得たことが記載されている。

しかしながら、従来では、各種の電子部品を構成する機能材料において、特定元素のネットワーク構造を解析することで、各種の機能材料の特性向上を図る手法は、開発されていなかった。

特開２０００−３０９２４号公報

本発明は、このような実状に鑑みてなされ、その目的は、特定元素のネットワーク構造を解析することで、各種の機能材料の特性向上を図ることが可能な組成ネットワークトポロジー構造の解析方法と解析プログラムを提供することである。

上記目的を達成するために、本発明に係る組成ネットワークトポロジー構造の解析方法は、
試料に含まれる特定元素（特定化合物を含む概念で用いる）について、所定の測定範囲内で、濃度分布を三次元的に測定可能な解析対象三次元体を求める工程と、
前記解析対象三次元体を、より細かな複数の三次元体から成る単位グリッドに分割する工程と、
それぞれの前記単位グリッド毎に含まれる前記特定元素の含有量を求める工程と、
隣接する前記単位グリッドの間で、前記特定元素の含有量がそれぞれ最大となる極大点グリッドを求める工程と、
前記解析対象三次元体に含まれる前記極大点グリッドとの関係で、前記試料が有している前記特定元素の組成ネットワークトポロジー構造を定量化する工程とを有する。

たとえば３次元アトムプローブを用いて、解析対象三次元体の内部に存在する特定元素の含有量を三次元的に測定する。その測定データに基づき、本発明の方法によれば、極大点グリッドの数（あるいは極大点グリッドの配位数、あるいは極大点グリッド同士の繋がり長さ）などを容易に求めることができる。その極大点グリッドに基づき、試料における特定元素の組成ネットワークトポロジー構造の度合いを数値化することが可能になる。組成ネットワークトポロジー構造の度合いを数値化することができれば、その度合いと、その試料における磁気特性などの諸特性とを関係付けることが可能になり、素材開発の補助として有効に活用することができる。

すなわち、特定元素の組成ネットワークトポロジー構造の度合いと、試料が有する磁気特性などの諸特性とを関連づけて解析することができる。あるいは、特定元素の組成ネットワークトポロジー構造の度合いと、その試料を製造するための製造方法との最適化を図ることも可能である。

組成ネットワークトポロジー構造の解析方法は、
前記解析対象三次元体の内部に存在する複数の前記極大点グリッドの中心を結び、仮想繋がり線を形成する工程と、
所定の規則に基づき、交差する前記仮想繋がり線を削除して最終仮想繋がり線を形成する工程と、
それぞれの前記極大点グリッドに繋がっている前記最終仮想繋がり線の数を配位数として設定する工程と、をさらに有してもよく、
前記配位数に基づき、前記試料が有している前記特定元素の組成ネットワークトポロジー構造を定量化してもよい。

このような方法によれば、たとえばコンピュータプログラムを用いて、配位数を自動算出することが容易である。また、所定数以上の配位数を持つ極大点グリッドの数を算出することで、特定元素の組成ネットワークトポロジー構造の度合いを容易に定量化（数値化）することができる。

組成ネットワークトポロジー構造の解析方法は、
前記解析対象三次元体の内部に存在する複数の前記極大点グリッドの中心を結び、仮想繋がり線を形成する工程と、
所定の規則に基づき、交差する前記仮想繋がり線を削除して最終仮想繋がり線を形成する工程と、
前記解析対象三次元体の内部で前記極大点グリッドに繋がっている前記最終仮想繋がり線の合計長さ、前記最終仮想繋がり線の平均距離、前記最終仮想繋がり線の標準偏差、および所定長さ範囲内の前記最終仮想繋がり線の存在割合の内の少なくとも１つを含む仮想繋がり線データを求める工程とをさらに有してもよく、
前記仮想繋がり線データに基づき、前記試料が有している前記特定元素の組成ネットワークトポロジー構造を定量化してもよい。

このような手法においても、たとえばコンピュータプログラムを用いて、仮想繋がり線データを自動算出することが容易である。また、所定条件の仮想繋がり線データを算出することで、特定元素の組成ネットワークトポロジー構造の度合いを容易に定量化（数値化）することができる。

組成ネットワークトポロジー構造の解析方法は、
前記解析対象三次元体の全体について、それぞれの前記単位グリッド毎に含まれる前記特定元素の含有量を平均した平均値を求める工程をさらに有してもよく、
前記平均値を閾値として用いて、前記閾値よりも高い含有量を示す単位グリッドが連なっている高濃度領域と、前記閾値以下の含有量を示す単位グリッドが連なっている低濃度領域と、に区分けし、
前記仮想繋がり線を削除する工程では、前記低濃度領域を通過する仮想繋がり線を削除してもよい。

このような方法によれば、ネットワークに関連する最終仮想繋がり線を容易に作成することが可能であり、前述した配位数あるいは仮想繋がり線データを容易に作成することができる。その結果、特定元素の組成ネットワークトポロジー構造の度合いを容易に定量化することができる。

本発明に係る解析プログラムは、
プログラム可能なコンピュータにおいて実行されたときに、上記のいずれかに記載の組成ネットワークトポロジー構造の解析方法を実行するように適応された解析プログラムである。

図１は本発明の一実施形態における解析方法が適用される軟磁性合金のＦｅ濃度分布を三次元アトムプローブで観察した写真である。 図２は図１に示す軟磁性合金が有するネットワーク構造のモデル図である。 図３Ａは本発明の一実施形態に係る解析方法において、極大点グリッドを探索する工程の模式図である。 図３Ｂは図３Ａと関連する工程の模式図である。 図４は極大点グリッドの中心を全て結ぶ線分を生成した状態の模式図である。 図５は図４に示す模式図に追加してＦｅ含有量が平均値を超える領域と平均値以下の領域とに区分した状態の模式図である。 図６は図５の続きの工程を示す模式図である。 図７は図６の続きの工程を示す模式図である。 図８は本発明の実施例における配位数と極大点数割合との関係を表すグラフである。 図９は本発明の実施例における仮想繋がり線の長さと仮想繋がり線数割合との関係を表すグラフである。

以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。

第１実施形態
本実施形態では、試料としてＦｅを主成分とする軟磁性合金を用い、特定元素としてのＦｅについて、Ｆｅ組成ネットワークトポロジー構造の解析方法を実施する場合について説明する。本実施形態の解析方法は、プログラム可能なコンピュータにおいて実行可能であり、そのプログラムをインターネットなどを介して通信可能にしてもよいし、ハードディスクなどの記憶媒体に記憶させて、コンピュータなどに実行させてもよい。

まず、軟磁性合金が有するＦｅ組成ネットワークトポロジー構造（以下、単にネットワーク構造とも称することがある）について説明する。

Ｆｅ組成ネットワークトポロジー構造とは、軟磁性合金の平均組成よりもＦｅの含有量が高い相がネットワークで結ばれる構造のことである。本実施形態に係る軟磁性合金のＦｅ濃度分布を３次元アトムプローブ（以下、３ＤＡＰと表記する場合がある）を用いて厚み５ｎｍで観察すると、図１のようにＦｅ含有量が高い部分がネットワーク状に分布している状態が観察できる。当該分布を三次元化した模式図が図２である。なお、図１は後述する実施例における試料Ｎｏ．３９に対して３ＤＡＰを用いて観察した結果である。

従来のＦｅ含有軟磁性合金は複数のＦｅ含有量が高い部分がそれぞれ球体形状または略球体形状をなし、Ｆｅ含有量が低い部分を介してバラバラに存在していた。本実施形態に係る軟磁性合金は、図２のようにＦｅ含有量が高い部分がネットワーク状に繋がって分布している。

Ｆｅ組成ネットワークトポロジー構造の態様は、後述するように、Ｆｅ組成ネットワークトポロジー構造の極大点の数および／または極大点の配位数を測定することにより定量化することができる。

Ｆｅ組成ネットワークトポロジー構造の極大点とは、局所的にＦｅ含有量が周囲よりも高くなる点のことである。また、極大点の配位数とは、一つの極大点がＦｅ組成ネットワークトポロジー構造を通じて繋がっている他の極大点の数のことである。

以下、本実施形態におけるＦｅ組成ネットワークトポロジー構造の解析手順について図面を用いて説明することにより、極大点、極大点の配位数およびそれらの算出方法について説明する。

まず、解析すべき試料を準備し、その試料中の１辺の長さが、好ましくは２０ｎｍ以上、たとえば４０ｎｍの立方体（解析対象三次元体）を測定範囲とする。そして、この立方体を、１辺の長さが、好ましくは０．２ｎｍ以上、さらに好ましくは０．２ｎｍ以上で試料中の１辺の長さの１／１０倍以下、たとえば１ｎｍの立方体形状のグリッド（単位グリッド）ごとに分割する。たとえば４０ｎｍの立方体を１ｎｍの立方体形状のグリッドごとに分割するとすると、一つの測定範囲にグリッドが４０×４０×４０＝６４０００個存在する。

次に、各単位グリッドに含まれる特定元素としてＦｅを選択し、そのＦｅの含有量を評価する。そして、全ての単位グリッドにおけるＦｅ含有量の平均値（以下、閾値と表記することがある）を算出する。当該Ｆｅ含有量の平均値は、各軟磁性合金の平均組成から算出される値と実質的に同等な値となることが予想される。

次に、Ｆｅ含有量が閾値を超える単位グリッドであり、全ての隣接する単位グリッドよりもＦｅ含有量が高い単位グリッドを極大点グリッドとする。図３Ａには極大点グリッドを探索する工程を示すモデルを示す。各単位グリッド１０の内部に記載した数字が各単位グリッドに含まれるＦｅ含有量を表す。隣接する全ての隣接グリッド１０ｂのＦｅ含有量以上のＦｅ含有量である単位グリッド１０を極大点グリッド１０ａとする。

なお、図３Ａには、１個の極大点グリッド１０ａに対して８個の隣接グリッド１０ｂが記載されているが、実際には、図３Ａの極大点グリッド１０ａの手前および奥にも隣接グリッド１０ｂが９個ずつ存在する。すなわち、１つの極大点グリッド１０ａに対して隣接グリッド１０ｂが２６個存在する。

また、図３Ｂに示すように、測定範囲の端部に位置する単位グリッド１０については、測定範囲の外側についてＦｅ含有量０のグリッドが存在するとみなす。

次に、図４に示すように、測定範囲に含まれる全ての極大点グリッド１０ａ間を結ぶ線分（仮想繋がり線）を生成する。線分を結ぶ際には、各グリッド１０ａの中心と中心とを結ぶ。なお、図４〜図７においては、説明の便宜上、極大点グリッド１０ａを丸印で表記する。丸印の内部に記載された数字はＦｅ含有量である。

次に、図５に示すように、閾値よりも高いＦｅ含有量である単位グリッドが連なっている高濃度領域２０ａと、閾値以下の含有量を示す単位グリッドが連なっている低濃度領域２０ｂと、に区分けする。高濃度領域２０ａのネットワーク構造が、Ｆｅ組成ネットワークトポロジー構造となる。そして、図６に示すように、低濃度領域２０ｂを通過する線分を削除する。

次に、図７に示すように、線分が三角形を構成する部分であって当該三角形の内側に低濃度領域２０ｂがない場合には、当該三角形を構成する三本の線分のうち、最も長い線分を一本削除する。なお、三角形の内側に低濃度領域２０ｂがある場合には、これらの三角形の線分は削除しない。これらの結果、最終的に得られる線分としての最終仮想繋がり線は、相互に交差することなく、隣接する極大点グリッド相互を単一の線分で結び、その線分は、低濃度領域２０ｂを通過しないことになる。

そして、各極大点１０ａから伸びる最終仮想繋がり線の数を各極大点１０ａの配位数とする。たとえば、図７の場合には、Ｆｅ含有量が５０である極大点１０ａ１は配位数４、Ｆｅ含有量が４１である極大点１０ａ２は配位数２となる。

また、解析対象三次元体としての解析対象立方体の測定範囲内の最表面に存在するグリットが極大点グリッドである場合、当該極大点グリッドは、後述する配位数が特定の範囲内である極大点の割合の計算から除外する。

なお、配位数が０の極大点、および、配位数が０の極大点の周囲に存在している閾値よりも高いＦｅ含有量である領域も、Ｆｅ組成ネットワークトポロジー構造に含まれるとする。

以上に示す解析方法は、それぞれ異なる測定範囲で数回行うことで、算出される結果の精度を十分に高いものとすることができる。好ましくは、それぞれ異なる測定範囲で３回以上、解析を行う。

本実施形態に係るＦｅ組成ネットワークトポロジー構造の解析方法では、たとえば上述した解析方法により、局所的にＦｅ含有量が周囲よりも高くなるＦｅ含有量の極大点グリッドが、４０万個／μｍ^３ 以上有する場合に、良好な磁気特性が得られることが確認できる。

また、本実施形態では、配位数が１以上５以下である極大点グリッドの全体に占める割合が、８０％以上１００％以下である場合に、良好な磁気特性が得られることが確認できる。なお、極大点グリッドの割合の分母は、測定範囲全体に存在する全ての極大点グリッドの総数である。ただし、配位数を評価する際の分母の極大点グリッドには、評価領域の端部の表面に存在する極大点グリッドは除く。

本実施形態の解析方法を用いることで、軟磁性合金は、極大点の数が所定値以上で、配位数が１以上５以下である極大点の割合が所定範囲内であるＦｅ組成ネットワークトポロジー構造を有することにより、特定な磁気特性を持つ軟磁性合金が得られることが見出された。すなわち、保磁力が低く透磁率が高く、特に高周波での軟磁性特性に優れた軟磁性合金を得ることができることが見出された。

さらに、本実施形態の解析方法を用いることで、以下に示す新たな知見も得られた。すなわち、軟磁性合金全体に占めるＦｅ組成ネットワークトポロジー構造の体積割合が、２５ｖｏｌ％以上５０ｖｏｌ％以下、特に３０ｖｏｌ％以上４０ｖｏｌ％以下である場合に、保磁力が低く透磁率が高く、特に高周波での軟磁性特性に優れた軟磁性合金を得ることができることが見出された。なお、Ｆｅ組成ネットワークトポロジー構造の体積割合とは、閾値よりも高いＦｅ含有量である領域２０ａおよび閾値以下のＦｅ含有量である領域２０ｂの合計に占める閾値よりも高いＦｅ含有量である領域２０ａの体積割合である。

さらに、本実施形態の解析方法を用いることで、以下に示す新たな知見も得られた。Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍ−Ｂ−Ｃｕ−Ｃ系の軟磁性合金の場合とＦｅ−Ｍ−Ｂ−Ｃ系の軟磁性合金の場合とを比較すると、極大点の数はＦｅ−Ｍ−Ｂ−Ｃ系の軟磁性合金の場合の方が高い傾向にある。また、配位数もＦｅ−Ｍ−Ｂ−Ｃ系の軟磁性合金の場合の方が多い傾向にある。

上述したように、本実施形態の解析方法によれば、極大点グリッドの数（あるいは極大点グリッドの配位数）などを容易に求めることができる。その極大点グリッドに基づき、試料における特定元素の組成ネットワークトポロジー構造の度合いを数値化することが可能になる。組成ネットワークトポロジー構造の度合いを数値化することができれば、その度合いと、その試料における磁気特性などの諸特性とを関係付けることが可能になり、素材開発の補助として有効に活用することができる。

すなわち、特定元素の組成ネットワークトポロジー構造の度合いと、試料が有する磁気特性などの諸特性とを関連づけて解析することができる。あるいは、特定元素の組成ネットワークトポロジー構造の度合いと、その試料を作成するための製造方法との最適化を図ることも可能である。

また本実施形態の解析方法によれば、たとえばコンピュータプログラムを用いて、配位数を自動算出することが容易である。また、所定数以上の配位数を持つ極大点グリッドの数を算出することで、特定元素の組成ネットワークトポロジー構造の度合いを容易に定量化（数値化）することができる。

本実施形態の解析方法をコンピュータプログラムにより実施させることで、特定の磁気特性などの必要特性を持つ磁性材料の開発スピードを、さらに向上させることが期待できる。

第２実施形態
以下、本発明の第２実施形態におけるＦｅ組成ネットワーク相の解析手順について説明する。この実施形態では、仮想繋がり線（以下、単に「仮想線」と称する）の合計距離および／または仮想線の平均距離を算出することにより、ネットワーク形成の度合いを数値化して解析する解析方法について説明する。なお、以下の説明では、第１実施形態と共通する部分の説明は一部省略し、相違する部分について詳細に説明する。

まず、解析すべき試料を準備し、その試料中の立方体（解析対象三次元体）を所定サイズの単位グリッドごとに分割する点は、第１実施形態と同様である。

次に、各グリッドに含まれるＦｅ含有量を評価する点でも、第１実施形態と同様である。そして、全てのグリッドにおけるＦｅ含有量の平均値（以下、閾値と表記することがある）を算出する点でも、第１実施形態と同様である。

また、図３Ａから図７に示すように、グリッドの極大点を求め、測定範囲に含まれる全極大点１０ａ間を結ぶ線分を生成する点でも、第１実施形態と同様である。ただし、本実施形態では、全極大点１０ａ間を結ぶ線分を仮想線と称する。 また、測定範囲内の最表面に存在する単位グリットの極大点と、同一最表面に存在する別のグリッドの極大点と、を結ぶ仮想線は削除する。また、後述する仮想線平均距離および仮想線標準偏差を算出するときには、最表面に存在するグリッドの極大点を通る仮想線を計算から除外する。

測定範囲内に残った最終仮想線の長さを合計することで仮想線合計距離を算出して解析することができる。さらに、最終仮想線の本数を算出し、最終仮想線１本当たりの距離である仮想線平均距離を算出して解析することもできる。また、仮想線平均距離の標準偏差や特定の長さの仮想線の存在割合を算出して解析することもできる。

なお、最終仮想線を有さない極大点、および、最終仮想線を有さない極大点の周囲に存在している閾値よりも高いＦｅ含有量である領域もＦｅ組成ネットワーク相に含まれるとする。

以上に示す解析方法は、それぞれ異なる測定範囲で数回行うことで、算出される結果の精度を十分に高いものとすることができる。好ましくは、それぞれ異なる測定範囲で３回以上、測定を行う。

本実施形態に係るＦｅ組成ネットワークトポロジー構造の解析方法では、たとえば上述した解析方法により、軟磁性合金１μｍ^３ あたりの仮想線合計距離が１０ｍｍ〜２５ｍｍである場合に、好ましい磁気特性を持つ軟磁性合金を実現することができることが確認できた。また、本実施形態に係るＦｅ組成ネットワークトポロジー構造の解析方法では、仮想線平均距離、すなわち仮想線の距離の平均が６ｎｍ以上１２ｎｍ以下である場合に、好ましい磁気特性を持つ軟磁性合金を実現することができることが確認できた。

本実施形態に係る解析方法を用いることで、仮想線合計距離および／または仮想線平均距離が上記の範囲内であるＦｅ組成ネットワーク相を有することにより、保磁力が低く透磁率が高く、特に高周波での軟磁性特性に優れた軟磁性合金を得ることができることが確認できた。

上述したように、本実施形態の解析方法によれば、極大点グリッド同士の繋がり長さを示す仮想線合計距離および／または仮想線平均距離などの仮想線データを容易に求めることができる。その仮想線データに基づき、試料における特定元素の組成ネットワークトポロジー構造の度合いを数値化することが可能になる。組成ネットワークトポロジー構造の度合いを数値化することができれば、その度合いと、その試料における磁気特性などの諸特性とを関係付けることが可能になり、素材開発の補助として有効に活用することができる。

すなわち、特定元素の組成ネットワークトポロジー構造の度合いと、試料が有する磁気特性などの諸特性とを関連づけて解析することができる。あるいは、特定元素の組成ネットワークトポロジー構造の度合いと、その試料を作成するための製造方法との最適化を図ることも可能である。

また、本実施形態の解析方法においては、たとえばコンピュータプログラムを用いて、仮想線データを自動算出することが容易である。また、所定条件の仮想線データを算出することで、特定元素の組成ネットワークトポロジー構造の度合いを容易に定量化（数値化）することができる。

さらに本実施形態の解析方法によれば、ネットワークに関連する最終仮想線を容易に作成することが可能であり、前述した仮想線データを容易に作成することができる。その結果、特定元素の組成ネットワークトポロジー構造の度合いを容易に定量化することができる。

本実施形態の解析方法をコンピュータプログラムにより実施させることで、特定の磁気特性などの必要特性を持つ磁性材料の開発スピードを、さらに向上させることが期待できる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができる。

たとえば、上述した実施形態では、解析対象三次元体として、縦と横と高さが同じ立方体を用いているが、それらの寸法は異なっていても良い。また、単位グリッドに関しても、縦と横と高さが同じ立方体を用いているが、それらの寸法は異なっていても良い。また、解析対象三次元体としては、立方体に限定されず、球形などのその他の形状でも良い。単位グリッドに関しても同様である。

また、上述した実施形態では、解析対象三次元体の内部に存在する特定元素の含有量を三次元的に測定する手段として、３次元アトムプローブを用いているが、本発明は、それに限定されない。

また、本発明の解析方法が適用される材料としては、上述した軟磁性体合金などの磁性材料に限らず適用することができる。

以下、本発明を、さらに詳細な実施例に基づき説明するが、本発明は、これら実施例に限定されない。

実施例１
以下、実施例に基づき本発明を具体的に説明する。

（実験１：試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．２６）
Ｆｅ：７３．５原子％、Ｓｉ：１３．５原子％、Ｂ：９．０原子％、Ｎｂ：３．０原子％、Ｃｕ：１．０原子％の組成の母合金が得られるように純金属材料をそれぞれ秤量した。そして、チャンバー内で真空引きした後、高周波加熱にて溶解し母合金を作製した。

その後、作製した母合金を加熱して溶融させ、１３００℃の溶融状態の金属とした後に、規定ロール温度及び規定蒸気圧下で単ロール法により前記金属をロールに噴射させ、薄帯を作成した。また、ロールの回転数を適切に調整することで得られる薄帯の厚さを２０μｍとした。次に、作製した各薄帯に対して熱処理を行い、単板状の試料を得た。

実験１では、ロールの温度、蒸気圧および熱処理条件を変化させて表１に示す各試料を作製した。露点調整を行ったＡｒガスを用いることで蒸気圧を調整した。

また、熱処理前の各薄帯に対してＸ線回折測定を行い、結晶の有無を確認した。さらに、透過電子顕微鏡を用いて制限視野回折像および３０万倍で明視野像を観察し微結晶の有無を確認した。その結果、各実施例の薄帯には結晶および微結晶が存在せず非晶質であることを確認した。

そして、各薄帯を熱処理した後の各試料の保磁力、周波数１ｋＨｚでの透磁率および周波数１ＭＨｚでの透磁率を測定した。結果を表１に示す。

さらに、各試料について３ＤＡＰ（３次元アトムプローブ）を用いて、Ｆｅ含有量を測定し、その結果から、本発明の第１実施形態で示す解析方法のプログラムを用いて、Ｆｅの極大点の個数、配位数が１以上５以下である極大点の割合、配位数が２以上４以下である極大点の割合および試料全体に対するＦｅネットワークトポロジー構造の含有割合について解析した。結果を表１に示す。

表１より、製造条件（ロール温度、チャンバー内蒸気圧、熱処理前結晶の有無、熱処理条件）と、ネットワーク構造（極大点の数、配位数、ネットワーク相の体積割合）とに相関関係があることが分かった。また、表１より、ネットワーク構造と、試料の磁気特性との間にも、相関関係があることが分かった。

すなわち、表１より、ロール温度が５０〜７０℃であり、かつ３０℃のチャンバー内において１１ｈＰａ以下に蒸気圧を制御し、熱処理条件が５００〜６００℃で０．５〜１０時間である製造条件では、非晶質の薄帯が得られた。そして、当該薄帯を熱処理することで、良好なＦｅネットワークを形成できることが確認できた。また、良好なＦｅネットワークを形成できれば、試料の保磁力が低下し、透磁率が向上することが確認できた。

これに対し、ロール温度が３０℃の場合（試料Ｎｏ．２２〜２６）、もしくは、ロール温度が５０℃または７０℃であり、１１ｈＰａより蒸気圧が高い場合（試料Ｎｏ．１，２，１６，１７）では、熱処理後、好ましいＦｅネットワーク相の条件となる極大点が少ない傾向があった。すなわち、薄帯製造時にロール温度が低すぎる場合および蒸気圧が高すぎる場合には、薄帯を熱処理した後に、熱処理後の極大点の数が少なくなり良好なＦｅネットワークが形成できない傾向にあることが判明した。

また、熱処理温度が低すぎる場合（試料Ｎｏ．１１）および熱処理時間が短すぎる場合（試料Ｎｏ．７）では好ましいＦｅネットワークが形成されないことが判明した。そして、このような場合には、保磁力が高く、透磁率が低くなることが判明した。また、熱処理温度が高い場合（試料Ｎｏ．１５）および熱処理時間が長すぎる場合（試料Ｎｏ．１０）ではＦｅの極大点が減少する傾向があった。

また、試料Ｎｏ．１５においては熱処理温度を高くすると保磁力が急激に悪化し、透磁率が急激に減少する傾向があった。これは、軟磁性合金の一部がボライド（Ｆｅ_２ Ｂ）を形成したためであると考える。また、試料Ｎｏ．１５がボライドを形成していることはＸ線回折測定を用いて確認した。

このように試料中の特定元素のネットワーク構造を解析することで、試料の磁気特性などの予測を行うことができることが判明した。また、このように試料中の特定元素のネットワーク構造を解析することで、最適な製造条件を見つけ出し、最適な特性を持つ製品を開発できることが判明した。また、ネットワーク形成の度合いを数値化して解析することで、ネットワーク形成の度合いと、試料の特性（たとえば磁気特性）との相関関係を、より詳細に解析することができた。

（実験２）
母合金の組成を変化させロール温度を７０℃としチャンバー内の蒸気圧を４ｈＰａとして実験１と同様にして解析を行った。また熱処理温度に関しては、各組成について４５０℃，５００℃，５５０℃，６００℃および６５０℃で熱処理を行い、保磁力が最低になる温度を熱処理温度とした。

そして、表２および表３には、前記保磁力が最低となる温度における特性を記載した。すなわち、試料によって熱処理温度が異なる。Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍ−Ｂ−Ｃｕ−Ｃ系の組成で実験を行った結果を表２に、Ｆｅ−Ｍ−Ｂ−Ｃ系の組成で実験を行った結果を表３に示す。

なお、試料Ｎｏ．３９について３ＤＡＰを用いて厚み５ｎｍで観察した。結果を図１に示す。図１より、試料Ｎｏ．３９の実施例では、Ｆｅ含有量が高い部分がネットワーク状に分布していることが分かった。

表２および表３に示すように母合金の組成を変化させても単ロール法でロール温度を７０℃かつ蒸気圧を４ｈＰａにして得られる薄帯が非晶質を形成することができ、かつ適正な温度で熱処理を行うことで、好ましいＦｅ組成ネットワークトポロジー構造が形成され、保磁力が低下し、透磁率が向上した。

表２に示すＦｅ−Ｓｉ−Ｍ−Ｂ−Ｃｕ−Ｃ系の組成を有しネットワーク構造を持つ試料では極大点の数が比較的少なく、表３に示すＦｅ−Ｍ−Ｂ−Ｃ系の組成を有しネットワーク構造を持つ試料では、極大点の数が比較的多い傾向にあった。

表２に示すＦｅ−Ｓｉ−Ｍ−Ｂ−Ｃｕ−Ｃ系組成、特に試料Ｎｏ．３２〜３６では、Ｃｕを少量添加することでＦｅの極大点の数が増える傾向にあった。また、Ｃｕの含有量が多すぎると単ロール法で得られる熱処理前の薄帯が結晶を含み、良好なＦｅネットワークを形成されない傾向があった。

表２に示すＦｅ−Ｓｉ−Ｍ−Ｂ−Ｃｕ−Ｃ系組成、特に試料Ｎｏ４３から４７では、Ｎｂの含有量が少ない試料ほど単ロール法で得られる薄帯が結晶を含みやすい傾向を示した。またＮｂの含有量が多い試料ほどＦｅの極大点の数が減少し透磁率が減少しやすい傾向があった。

表２に示すＦｅ−Ｓｉ−Ｍ−Ｂ−Ｃｕ−Ｃ系組成、特に試料Ｎｏ２７から３１ではＢの含有量が少ない試料ほど単ロール法で得られる熱処理前の薄帯が微結晶を持ちやすい傾向にあった。Ｂの含有量が多い試料ほどＦｅの極大点が減少し透磁率が減少しやすい傾向にあった。

表２に示すＦｅ−Ｓｉ−Ｍ−Ｂ−Ｃｕ−Ｃ系組成、特に試料Ｎｏ．３７から４２ではＳｉの含有量が少ない試料ほど透磁率が減少する傾向にあった。

表２に示すＦｅ−Ｓｉ−Ｍ−Ｂ−Ｃｕ−Ｃ系組成、特に試料Ｎｏ．５５から５６ではＣを含有することでＦｅ量を増加させた範囲においても非晶質を保つことができ良好なＦｅネットワークを形成する傾向があった。

表３に示すＦｅ−Ｍ−Ｂ−Ｃ系組成、特に試料Ｎｏ．６１から６５では、Ｍの含有量が少ない試料ほど単ロール法で得られる熱処理前の薄帯が結晶を含む傾向にあった。

表３で示すＦｅ−Ｍ−Ｂ−Ｃ系組成、特に試料Ｎｏ．６６から７０では、Ｂの含有量が少ない試料ほど単ロール法で得られる熱処理前の薄帯が結晶を含む傾向にあった。Ｂの含有量が多い試料ほどＦｅ極大点が減少する傾向にあった。

表３の試料Ｎｏ．７１〜１０３についても同様に検討を行った結果、ロール温度を７０℃としチャンバー内の蒸気圧を４ｈＰａとして作製した適切な組成を有する軟磁性合金薄帯が非晶質を形成した。そして、適切な熱処理をすることでＦｅのネットワーク構造を有し、保磁力が低く、透磁率が高くなる傾向にあった。

また、表２の試料Ｎｏ．３９と表３の試料Ｎｏ．６３について全ての極大点の配位数分布をグラフ化した。グラフ化した結果が図８である。図８の横軸に配位数を、縦軸に当該配位数を取る極大点数割合を記載した。極大点数の総合計を１００％とし、各配位数を取る極大点の割合を縦軸にとった。

図８より、表２に示すＦｅ−Ｓｉ−Ｍ−Ｂ−Ｃｕ−Ｃ系組成の方が表３に示すＦｅ−Ｍ−Ｂ−Ｃ系組成よりも配位数のばらつきが小さいことがわかる。

（実験３）
Ｆｅ：７３．５原子％、Ｓｉ：１３．５原子％、Ｂ：９．０原子％、Ｎｂ：３．０原子％、Ｃｕ：１．０原子％の組成の母合金が得られるように純金属材料をそれぞれ秤量した。そして、チャンバー内で真空引きした後、高周波加熱にて溶解し母合金を作製した。

その後、作製した母合金を加熱して溶融させ、１３００℃の溶融状態の金属としたのちガスアトマイズ法により下表４に示す規定の条件下で前記金属を噴射させ、粉体を作成した。実験３では、ガス噴射温度、チャンバー内の蒸気圧を変化させて試料Ｎｏ．１０４〜１０７を作製した。蒸気圧調整は露点調整をおこなったＡｒガスを用いることで行った。

熱処理前の各粉体に対してＸ線回折測定を行い、結晶の有無を確認した。さらに、透過電子顕微鏡で制限視野回折像および明視野像を観察した。その結果、各粉体には結晶が存在せず完全な非晶質であることを確認した。

そして、得られた各粉体を熱処理した後に保磁力を測定した。そして、Ｆｅ組成ネットワークについて解析を行った。熱処理の温度はＦｅ−Ｓｉ−Ｍ−Ｂ−Ｃｕ−Ｃ系組成の試料では５５０℃、Ｆｅ−Ｍ−Ｂ−Ｃ系組成の試料では６００℃とした。熱処理の時間は１時間とした。

試料Ｎｏ．１０５および１０７では、完全な非晶質の粉体を適切に熱処理することで、良好なＦｅネットワークを形成した。しかしながら、ガス温度が３０℃と低すぎ、蒸気圧が２５ｈＰａと高すぎる試料Ｎｏ．１０４および１０６の比較例は、熱処理後の極大点の数が少なくなり好ましいＦｅ組成ネットワークが形成できず、保磁力が高くなった。

表４で示す比較例及び実施例を比較するとガス噴射温度を変更することで非晶質である軟磁性合金粉末が得られ、非晶質である軟磁性合金粉末に熱処理をすることで薄帯の場合と同様にＦｅの極大点が増加しＦｅ組成ネットワーク構造が得られることがわかった。また、保磁力についても、実験１〜３の薄帯と同様にＦｅのネットワーク構造を有することで保磁力が小さくなる傾向を示した。

（実験４：試料Ｎｏ．２０１〜Ｎｏ．２２６）
実験１と同様にして、単板状の試料を得た。また、実験１と同様にして、ロールの温度、蒸気圧および熱処理条件を変化させて表５に示す各試料を作製した。そして、実験１と同様にして、各薄帯を熱処理した後の各試料の保磁力、周波数１ｋＨｚでの透磁率および周波数１ＭＨｚでの透磁率を測定した。結果を表５に示す。

さらに、各試料について３ＤＡＰ（３次元アトムプローブ）を用いて、Ｆｅ含有量を測定し、その結果から、本発明の第２実施形態で示す解析方法のプログラムを用いて、仮想線合計距離、仮想線平均距離、仮想線標準偏差について解析した。さらに、長さ４〜１６ｎｍの仮想線の存在割合およびＦｅネットワーク組成相の体積割合を解析した。結果を表５に示す。

なお、仮想線合計距離欄に「＜１」と記載した試料は、Ｆｅ極大点とＦｅ極大点との間に仮想線が存在しない試料である。ただし、Ｆｅ極大点とＦｅ極大点とが隣接している場合には、仮想線合計距離を算出する際に、二つの隣接しているＦｅ極大点の間に、極めて短い仮想線が存在しているとされる場合がある。その結果、仮想線合計距離が０．０００１ｍｍ／μｍ^３ であるとされる場合がある。したがって、本願では仮想線合計距離が０ｍｍ／μｍ^３ であるとされる場合と、０．０００１ｍｍ／μｍ^３ であるとされる場合とを含む記載として、仮想線合計距離欄に「＜１」と記載している。なお、仮想線平均距離および／または仮想線標準偏差を算出する際には、そのような極めて短い仮想線は存在しないとして算出する。

表５より、ロール温度が５０〜７０℃であり、かつ３０℃のチャンバー内において１１ｈＰａ以下に蒸気圧を制御し、熱処理条件が５００〜６００℃で０．５〜１０時間である試料では非晶質の薄帯が得られた。そして、当該薄帯を熱処理することで、良好なＦｅネットワークを形成した。そして、保磁力が低下し、透磁率が向上した。

これに対し、ロール温度が３０℃の場合（試料Ｎｏ．２２２〜２２６）、もしくは、ロール温度が５０℃または７０℃であり、１１ｈＰａより蒸気圧が高い場合（試料Ｎｏ．２０１，２０２，２１６，２１７）では、熱処理後、好ましいＦｅネットワーク相の条件となる仮想線合計距離および仮想線平均距離が所定の範囲外であるか、仮想線が観察されない傾向があった。すなわち、薄帯製造時にロール温度が低すぎる場合および蒸気圧が高すぎる場合には、薄帯を熱処理した後に、良好なＦｅネットワークが形成できなかった。

また、熱処理温度が低すぎる場合（試料Ｎｏ．２１１）および熱処理時間が短すぎる場合（試料Ｎｏ．２０７）では好ましいＦｅネットワークが形成されなかった。そして、Ｆｅネットワークが形成されない場合には、保磁力が高く、透磁率が低くなった。また、熱処理温度が高い場合（試料Ｎｏ．２１５）および熱処理時間が長すぎる場合（試料Ｎｏ．２１０）ではＦｅの極大点が減少する傾向があった。また、試料Ｎｏ．２１５においては熱処理温度を高くすると保磁力が急激に悪化し、透磁率が急激に減少する傾向があった。これは、軟磁性合金の一部がボライド（Ｆｅ_２ Ｂ）を形成したためであると考える。また、試料Ｎｏ．２１５がボライドを形成していることはＸ線回折測定を用いて確認した。

このように試料中の特定元素のネットワーク構造を解析することで、試料の磁気特性などの予測を行うことができることが判明した。また、このように試料中の特定元素のネットワーク構造を解析することで、最適な製造条件を見つけ出し、最適な特性を持つ製品を開発できることが判明した。また、ネットワーク形成の度合いを数値化して解析することで、ネットワーク形成の度合いと、試料の特性（たとえば磁気特性）との相関関係を、より詳細に解析することができた。

（実験５）
実験２と同様にして、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍ−Ｂ−Ｃｕ−Ｃ系の組成の試料を準備し、実験４と同様にして、仮想線合計距離、仮想線平均距離、仮想線標準偏差について解析した。さらに、長さ４〜１６ｎｍの仮想線の存在割合およびＦｅネットワーク組成相の体積割合を解析した。結果を表６に示す。また、表６と同様にして、Ｆｅ−Ｍ−Ｂ−Ｃ系の組成で解析を行った結果を表７に示す。

表６および表７に示すように、仮想線合計距離、仮想線平均距離、仮想線標準偏差および４〜１６ｎｍ仮想線の存在割合を数値化することでも、ネットワーク構造を数値化することができた。

このように試料中の特定元素のネットワーク構造を解析することで、試料の磁気特性などの予測を行うことができることが判明した。また、このように試料中の特定元素のネットワーク構造を解析することで、最適な製造条件を見つけ出し、最適な特性を持つ製品を開発できることが判明した。また、ネットワーク形成の度合いを数値化して解析することで、ネットワーク形成の度合いと、試料の特性（たとえば磁気特性）との相関関係を、より詳細に解析することができた。

なお、表６の試料Ｎｏ．２３９と表３の試料Ｎｏ．２６３について、極大点と極大点の間の仮想線の長さに対する各長さの仮想線数割合をグラフ化した。グラフ化した結果が図９である。図９の横軸に仮想線の長さを、縦軸に仮想線数割合を記載した。図９のグラフを作成するに当たっては、長さが０以上、２ｎｍ未満の仮想線については仮想線の長さを１ｎｍ、長さが２ｎｍ以上、４ｎｍ未満の仮想線については仮想線の長さを３ｎｍ、長さが４ｎｍ以上、６ｎｍ未満の仮想線については仮想線の長さを５ｎｍとし、以下同様としている。そして、各仮想線の長さに対する仮想線数割合をプロットし、プロットした点を直線で結ぶことでグラフを作成している。なお、図９の横軸の単位はｎｍである。

図９より、表６に示すＦｅ−Ｓｉ−Ｍ−Ｂ−Ｃｕ−Ｃ系組成の方が表７に示すＦｅ−Ｍ−Ｂ−Ｃ系組成よりも仮想線の長さのばらつきが大きいことがわかる。
（実験６）
実験３と同様にして試料Ｎｏ．３０４〜３０７を作製した。これらの試料について、実験４と同様にして、仮想線合計距離、仮想線平均距離、仮想線標準偏差について解析した。さらに、長さ４〜１６ｎｍの仮想線の存在割合およびＦｅネットワーク組成相の体積割合を解析した。結果を表８に示す。

表８に示すように、試料が合金粉末であったとしても、仮想線合計距離、仮想線平均距離、仮想線標準偏差および４〜１６ｎｍ仮想線の存在割合を数値化することでも、ネットワーク構造を数値化することができた。

このように試料中の特定元素のネットワーク構造を解析することで、試料の磁気特性などの予測を行うことができることが判明した。また、このように試料中の特定元素のネットワーク構造を解析することで、最適な製造条件を見つけ出し、最適な特性を持つ製品を開発できることが判明した。また、ネットワーク形成の度合いを数値化して解析することで、ネットワーク形成の度合いと、試料の特性（たとえば磁気特性）との相関関係を、より詳細に解析することができた。

すなわち、試料Ｎｏ．３０５および３０７では、完全な非晶質の粉体を適切に熱処理することで、良好なＦｅネットワークを形成した。しかしながら、ガス温度が３０℃と低すぎ、蒸気圧が２５ｈＰａと高すぎる試料Ｎｏ．３０４および３０６は、熱処理後の仮想線合計距離および仮想線平均距離が短くなり、好ましいＦｅ組成ネットワークが形成できず、保磁力が高くなった。

表８示す試料を比較するとガス噴射温度を変更することで非晶質である軟磁性合金粉末が得られ、非晶質である軟磁性合金粉末に熱処理をすることで薄帯の場合と同様に仮想線合計距離および仮想線平均距離が増加し好ましいＦｅ組成ネットワーク構造が得られることがわかった。また、保磁力についても、実験４〜５の薄帯と同様にＦｅのネットワーク構造を有することで保磁力が小さくなる傾向を示した。

１０… 単位グリッド
１０ａ… 極大点グリッド
１０ｂ… 隣接グリッド
２０ａ…高濃度領域
２０ｂ…低濃度領域

Claims (5)

1. 試料に含まれる特定元素について、所定の測定範囲内で、濃度分布を三次元的に測定可能な解析対象三次元体を求める工程と、
   前記解析対象三次元体を、より細かな複数の三次元体から成る単位グリッドに分割する工程と、
   それぞれの前記単位グリッド毎に含まれる前記特定元素の含有量を求める工程と、
   隣接する前記単位グリッドの間で、前記特定元素の含有量がそれぞれ最大となる極大点グリッドを求める工程と、
   前記解析対象三次元体に含まれる前記極大点グリッドとの関係で、前記試料が有している前記特定元素の組成ネットワークトポロジー構造を定量化する工程とを有する組成ネットワークトポロジー構造の解析方法。
2. 前記解析対象三次元体の内部に存在する複数の前記極大点グリッドの中心を結び、仮想繋がり線を形成する工程と、
   所定の規則に基づき、交差する前記仮想繋がり線を削除して最終仮想繋がり線を形成する工程と、
   それぞれの前記極大点グリッドに繋がっている前記最終仮想繋がり線の数を配位数として設定する工程と、をさらに有し、
   前記配位数に基づき、前記試料が有している前記特定元素の組成ネットワークトポロジー構造を定量化する請求項１に記載の組成ネットワークトポロジー構造の解析方法。
3. 前記解析対象三次元体の内部に存在する複数の前記極大点グリッドの中心を結び、仮想繋がり線を形成する工程と、
   所定の規則に基づき、交差する前記仮想繋がり線を削除して最終仮想繋がり線を形成する工程と、
   前記解析対象三次元体の内部で前記極大点グリッドに繋がっている前記最終仮想繋がり線の合計長さ、前記最終仮想繋がり線の平均距離、前記最終仮想繋がり線の標準偏差、および所定長さ範囲内の前記最終仮想繋がり線の存在割合の内の少なくとも１つを含む仮想繋がり線データを求める工程とをさらに有し、
   前記仮想繋がり線データに基づき、前記試料が有している前記特定元素の組成ネットワークトポロジー構造を定量化する請求項１に記載の組成ネットワークトポロジー構造の解析方法。
4. 前記解析対象三次元体の全体について、それぞれの前記単位グリッド毎に含まれる前記特定元素の含有量を平均した平均値を求める工程をさらに有し、
   前記平均値を閾値として用いて、前記閾値よりも高い含有量を示す単位グリッドが連なっている高濃度領域と、前記閾値以下の含有量を示す単位グリッドが連なっている低濃度領域と、に区分けし、
   前記仮想繋がり線を削除する工程では、前記低濃度領域を通過する仮想繋がり線を削除することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の組成ネットワークトポロジー構造の解析方法。
5. プログラム可能なコンピュータにおいて実行されたときに、請求項１〜４のいずれかに記載の組成ネットワークトポロジー構造の解析方法を実行するように適応された解析プログラム。

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