KR100530872B1 - Preparation method for transition metal pnictide powder by reaction milling - Google Patents

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Abstract

본 발명은 티타늄(Ti), 바나듐(V), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni) 및 구리(Cu)와 같은 전이금속 분말과 인(P)과 비소(As)와 같은 VB족 원소 분말을 반응밀링법에 의해 반응시켜 전이금속 닉타이드(pnictide) 분말을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to transition metal powders such as titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni) and copper (Cu) and phosphorus ( The present invention relates to a method of producing a transition metal pnictide powder by reacting a group VB element powder such as P) and arsenic (As) by a reaction milling method.

본 발명에 의하면, 전이금속 분말과 VB족 원소 분말을 0.5:1 ~ 4:1의 원자혼합비로 혼합하는 단계와; 상기 혼합물을 반응용기에 직경 5 ~ 30 mm 볼과 함께 투입하는 단계와; 상기 반응용기에 아르곤(Ar)을 충진하는 단계와; 상기 혼합물을 하이에너지볼밀링을 하는 것과 더불어 필요에 따라 분말 내부의 응력과 결함을 제거하기 위한 반응분말의 열처리 단계를 포함하는 반응밀링에 의한 전이금속 닉타이드 분말의 제조방법을 제시한다.According to the present invention, the step of mixing the transition metal powder and the group VB element powder in an atomic mixing ratio of 0.5: 1 to 4: 1; Injecting the mixture into a reaction vessel with a diameter of 5 to 30 mm; Filling the reaction vessel with argon (Ar); In addition to the high-energy ball milling of the mixture, if necessary, the present invention provides a method for preparing a transition metal nickide powder by a reaction mill comprising a heat treatment step of a reaction powder for removing stress and defects in the powder.

따라서, 본 발명은 전이금속 분말과 VB족 원소분말을 원료로 하고 이를 반응밀링하여 전이금속 닉타이드 분말을 상온에서 단시간 내에 제조할 수 있다.Therefore, the present invention can be prepared from the transition metal powder and the group VB element powder as a raw material and the reaction milling to produce the transition metal nickide powder in a short time at room temperature.

Description

반응 밀링에 의한 전이금속 닉타이드 분말의 제조방법{Preparation method for transition metal pnictide powder by reaction milling}Preparation method for transition metal pnictide powder by reaction milling

본 발명은 티타늄(Ti), 바나듐(V), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni) 및 구리(Cu)와 같은 전이금속 분말과 인(P)과 비소(As)와 같은 VB족 원소 분말을 반응밀링법에 의해 반응시켜 전이금속 닉타이드(pnictide) 분말을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to transition metal powders such as titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni) and copper (Cu) and phosphorus ( The present invention relates to a method of producing a transition metal pnictide powder by reacting a group VB element powder such as P) and arsenic (As) by a reaction milling method.

최근 자기열 효과(magnetocaloric effect)가 큰 여러가지 금속화합물이 발견되면서 기체 압축 사이클을 이용한 현재의 냉각 방식보다 효율이 높으면서도 대기 오염 문제를 전혀 일으키지 않는 냉매를 사용할 수 있는 자기냉각기에 대한 관심이 고조되고 있다.Recently, with the discovery of various metal compounds with a large magnetocaloric effect, interest in magnetic coolers that can use refrigerants that are more efficient than current cooling methods using gas compression cycles and does not cause any air pollution problems is increasing. have.

이러한 자기냉각기술의 핵심은 자기열 효과가 큰 재료를 찾아내는 것인데, 특히 상온 근처에서 자기열 효과가 큰 재료의 개발은 지금까지 널리 사용되어온 기체 압축 사이클 냉각방식을 사용하는 냉장고나 에어콘 등 다양한 제품에 자기냉각기의 적용을 가능하게 하므로 산업 전반에 걸쳐 파급효과가 매우 클 것이다.The core of this self-cooling technology is to find a material having a high magnetic heat effect. Especially, the development of a material having a high magnetic heat effect near room temperature has been applied to various products such as refrigerators and air conditioners using gas compression cycle cooling methods which have been widely used until now. It will be possible to apply the magnetic cooler, so the ripple effect will be very large throughout the industry.

현재 상온에서 자기열 효과가 큰 것으로 알려진 몇몇 재료 중에 가장 널리 알려진 것은 Gd5(SixGe1-x)4이며, 이 재료에 대해서는 미국의 Ames 연구소에서 오랜기간 연구를 지속했으며, 이미 이 재료를 이용한 냉각기 원형(prototype)이 개발되어 있다[K.A. Gschneidner, Jr. and V.K. Pecharsky, " Magnetocaloric Materials, " Annual Review of Materials Science, 30, (2000) 387-429].Among the few materials currently known to have high magnetic thermal effects at room temperature, the most widely known is Gd 5 (Si x Ge 1-x ) 4 , which has been studied for a long time at the Ames Institute in the United States. Cooler prototypes have been developed [KA Gschneidner, Jr. and VK Pecharsky, "Magnetocaloric Materials," Annual Review of Materials Science, 30, (2000) 387-429].

그러나 지구상의 가돌리늄(Gd) 매장량이 매우 제한적이라는 점을 고려한다면, 상온 자기열 효과가 큰 다른 재료에 대해 관심을 갖는 것도 매우 중요한 일이다. 그런 측면에서 MnFeP1-xAsx와 같은 전이금속 닉타이드는 자기열 효과도 우수할 뿐만 아니라 원료가 풍부하고 가격이 저렴하기 때문에 매우 유망한 재료라 할 수 있다[O.Tegus, E. Bruck, K.H.J. Buschow and F.R. de Boer, " Transition-Metal-Based Magnetic Refrigerants for Room-Temperature Applications," Nature, 45, (2002) 150-152].However, given that gadolinium (Gd) reserves on the planet are very limited, it is also very important to pay attention to other materials with high room temperature magnetothermal effects. In this respect, transition metal nickides such as MnFeP 1-x As x are very promising because of their excellent self-heating effect and abundant raw materials and low price [O.Tegus, E. Bruck, KHJ Buschow and FR de Boer, "Transition-Metal-Based Magnetic Refrigerants for Room-Temperature Applications," Nature, 45, (2002) 150-152].

그러나 전이금속 닉타이드는 P나 As이 600℃ 이상에서 승화하는 특성 때문에 진공봉합한 상태로 고온에서 수 일에서 수 주 동안 서서히 반응시켜야 하는 문제점이 있어 대량 생산에 적합하지 않은 단점을 지니고 있다.However, the transition metal nickide has a disadvantage that it is not suitable for mass production because P or As has a problem of gradually reacting for several days to several weeks at a high temperature in a vacuum-sealed state due to the property of sublimation above 600 ° C.

따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서 본 발명은 전이금속 닉타이드 분말을 제조하는 새로운 방법으로서 전이금속 분말과 VB족 원소 분말을 하이에너지볼밀링(high-energy ball milling)을 이용하여 상온 근처에서 수 시간이라는 짧은 시간내에 반응시킴으로써 전이금속 닉타이드 분말을 경제적으로 제조하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention is to solve the above problems, the present invention is a novel method for producing a transition metal nickide powder using high-energy ball milling (transition metal powder and group VB element powder) The purpose is to economically prepare the transition metal nickide powder by reacting in a short time of about several hours at room temperature.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 기술적 사상으로써 본 발명은As a technical idea for achieving the above object of the present invention

전이금속 분말과 VB족 원소 분말을 0.5:1 ~ 4:1의 원자혼합비로 혼합하는 단계와; Mixing the transition metal powder and the group VB element powder in an atomic mixing ratio of 0.5: 1 to 4: 1;

상기 혼합물을 반응용기에 직경 5 ~ 30 mm 볼과 함께 투입하는 단계와;Injecting the mixture into a reaction vessel with a diameter of 5 to 30 mm;

상기 반응용기에 아르곤(Ar)을 충진하는 단계와;Filling the reaction vessel with argon (Ar);

상기 혼합물을 하이에너지볼밀링을 하는 것과 더불어 필요에 따라 분말 내부의 응력과 결함을 제거하기 위한 반응분말의 열처리 단계를 포함하는 반응밀링에 의한 전이금속 닉타이드 분말의 제조방법을 제공한다.In addition to the high-energy ball milling of the mixture, if necessary, it provides a method for producing a transition metal nickide powder by reaction milling comprising a heat treatment step of a reaction powder for removing stresses and defects in the powder.

이하, 본 발명의 실시 예에 대한 구성 및 그 작용을 첨부한 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the configuration and operation of the embodiment of the present invention will be described in detail.

도 1은 본 발명의 제조공정을 나타낸 공정순서도이다.1 is a process flowchart showing the manufacturing process of the present invention.

우선 순도 95% 이상 입자크기 1mm 이하의 전이금속 분말과 순도 95% 이상 입자크기 1mm 이하의 VB족 원소 분말을 0.5:1에서 4:1의 원자혼합비로 혼합한다(S10).First, a transition metal powder having a purity of 95% or more and a particle size of 1 mm or less and a group VB element powder having a purity of 95% or more and a particle size of 1 mm or less are mixed at an atomic mixing ratio of 0.5: 1 to 4: 1 (S10).

이 때, 상기 전이금속은 Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu 또는 이들이 2가지 이상 혼합된 상태이며, VB족 원소는 P, As 또는 P와 As이 혼합된 상태를 나타낸다.또한, 상기 전이금속 분말과 VB족 원소 분말의 원자혼합비를 0.5:1 ~ 4:1로 한정하는 이유는 이 조성범위를 벗어나면 전이금속 닉타이드 외에 반응에 참여하지 않은 전이금속과 VB족 원소분말이 너무 많이 발생하기 때문이다.At this time, the transition metal is Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu or a state in which two or more thereof are mixed, the group VB element is P, As or P and As and a state of mixed. In addition, the reason for limiting the atomic mixing ratio of the transition metal powder and the group VB element powder to 0.5: 1 to 4: 1 is that the transition metal and group VB element powder that does not participate in the reaction other than the transition metal nickide if it is out of this composition range. Because this happens too much.

상기 혼합물을 공구강, 스테인레스강, 초경합금, 질화규소, 알루미나(alumina) 또는 지르코니아(zirconia)로 만들어진 반응용기(jar)에 공구강, 스테인레스강, 초경합금, 질화규소, 알루미나 또는 지르코니아로 만들어진 직경 5 ~ 30 mm 볼(ball)과 1:1에서 1:100의 중량비로 함께 장입한다(S20).이 때, 상기 볼의 직경을 5 ~ 30 mm로 한정하는 이유는 볼의 직경이 5 mm 이하이면 밀링의 강도가 약해 반응이 진행되지 않고, 30 mm 이상이면 밀링의 강도가 너무 강해 볼의 마멸에 의해 볼의 재질이 불순물로 합성분말에 혼입되기 때문이다. The mixture is placed in a reaction vessel (tool) made of tool steel, stainless steel, cemented carbide, silicon nitride, alumina or zirconia. ball) and 1: 1 to 1: 100 in a weight ratio (S20). At this time, the reason for limiting the diameter of the ball to 5 ~ 30 mm is that if the diameter of the ball is 5 mm or less, the strength of milling is weak This is because the reaction does not proceed, and if the thickness is 30 mm or more, the strength of milling is so strong that the material of the ball is mixed into the synthetic powder as impurities by the wear of the ball.

그 후, 아르곤(Ar)을 반응용기에 충진한 다음(S30), 쉐이커밀(shaker mill), 진동밀(vibratory mill), 유성밀(planetary mill) 또는 어트리터밀(attritor mill)을 이용하여 하이에너지볼밀링을 하는 공정(S40)으로 구성된다.After that, argon (Ar) is filled into the reaction vessel (S30), and then shaker shaker (shaker mill), vibratory mill (vibratory mill), planetary mill (planetary mill) or attritor (attritor mill) using a high It consists of a process (S40) for the energy ball milling.

여기서, 원료분말과 볼의 중량비를 1:1에서 1:100으로 한정하는 이유는 원료분말과 볼의 중량비를 1:1 이하로 할 경우에는 밀링이 짧은 시간내에 효과적으로 이루어지지 않으며, 1:100 이상으로 할 경우에는 볼과 용기의 마모에 의해 혼입되는 불순물의 양이 증가하기 때문이다.Here, the reason for limiting the weight ratio of the raw material powder and the ball from 1: 1 to 1: 100 is that when the weight ratio of the raw material powder and the ball is 1: 1 or less, milling is not effectively made in a short time, and 1: 100 or more. This is because the amount of impurities mixed by wear of the ball and the container increases.

또한, 반응 용기에 Ar을 충진하는 이유는 밀링 중에 공기에 원료분말의 산화 및 질화를 막기 위해서이다. 하이에너지볼밀링에 사용되는 볼은 한가지 직경을 가질 수도 있고, 2가지 이상의 직경을 갖는 볼의 조합으로 사용될 수도 있다.The reason why the reaction vessel is filled with Ar is to prevent oxidation and nitriding of the raw powder in the air during milling. Balls used in high energy ball milling may have one diameter or may be used in a combination of balls having two or more diameters.

그 후, 반응용기 표면의 온도를 비접촉식 적외선온도계를 이용하여 측정 및 기록한다(S50). 밀링과정에 도 2에 도시된 바와 같이 표면온도의 급격한 상승을 관찰할 수 있다.Thereafter, the temperature of the surface of the reaction vessel is measured and recorded using a non-contact infrared thermometer (S50). In the milling process, as shown in FIG. 2, a sharp increase in the surface temperature can be observed.

여기서, 급격한 온도 상승은 반응용기 내에서 원료분말을 반응하여 전이금속 닉타이드가 형성될 때 발생하는 열에 의한 것이며, 이후 온도가 완만하게 감소하는 것은 반응완료 이후 열전달을 통하여 용기외부로 열이 빠져나가기 때문이다.Here, the sudden rise in temperature is caused by the heat generated when the transition metal nickide is formed by reacting the raw material powder in the reaction vessel, and then the temperature decreases slowly after the reaction is completed to escape the heat out of the vessel through heat transfer. Because.

상기의 급격한 온도 상승은 원료분말과 볼의 중량비에 의하여 영향을 받지만 대체로 밀링시작 후 1 ~ 3시간 사이에 관찰된다. 급격한 온도 상승 이후 1분 ~ 24시간 사이에서 밀링을 중단시키고 합성된 분말을 회수함으로써(S60) 전이금속 닉타이드 분말을 상온에서 단시간 내에 제조하게 된다(S70).이 때, 상기 분말 회수시간을 1분 ~ 24시간으로 한정하는 이유는 분말의 회수시간이 1분 이하이면 반응이 완벽하게 진행하지 못한 미반응된 원료분말(전이금속, VB족 원소)이 남아있게 되고, 24시간 이상이면 볼의 마모에 의해 볼의 재질이 불순물로 혼입되기 때문이다. The rapid temperature rise is influenced by the weight ratio of the raw material powder and the ball, but is generally observed between 1 to 3 hours after the start of milling. By stopping the milling between 1 minute and 24 hours after the rapid temperature rise and recovering the synthesized powder (S60), the transition metal nickide powder is prepared in a short time at room temperature (S70). The reason for limiting to minutes to 24 hours is that unreacted raw material powders (transition metals, group VB elements) that the reaction did not proceed completely when the recovery time of the powder is 1 minute or less, and wear of the ball when 24 hours or more This is because the material of the balls is mixed with impurities.

또한, 하이에너지볼밀링을 급격한 발열반응 이후 일정시간 안에 중단시키는 것은 볼과 용기에서 불순물이 혼입되는 것을 막기 위함이다. 필요에 따라서는 밀링으로 얻어진 분말을 400 ~ 1200℃에서 1 ~ 24시간 동안 열처리한다.이 때, 상기 열처리 온도를 400 ~ 1200℃로 한정이유는 온도가 400℃ 이하이면 확산이 활발히 일어나지 않아 분말 내부의 응력과 결함을 제거하는 효과가 없고, 1200℃ 이상이면 닉타이드의 인(P)이나 비소(As)가 승하될 염려가 있기 때문이다. 마찬가지로, 상기 열처리 시간을 1 ~ 24시간으로 한정하는 이유는 열처리 시간이 1시간 이하에서는 내부의 응력과 결함을 제거하는 효과가 없으며, 24시간 이상에서는 닉타이드의 인(P)이나 비소(As)가 승하될 염려가 있기 때문이다.그리고, 상기 열처리시 승온속도는 미반응된 P나 As의 승화를 막기 위하여 분당 0.5 ~ 5℃를 유지하며, 냉각속도는 분당 0.5 ~ 5℃를 유지하거나 또는 급랭한다. 이 때, 상기 열처리시 승온온도와 냉각속도는 전이금속 닉타이드를 제조하는데 있어서 크게 영향을 주지 않게 된다.In addition, stopping the high energy ball milling within a certain time after the rapid exothermic reaction is to prevent the mixing of impurities in the ball and the container. If necessary, the powder obtained by milling is heat-treated at 400 to 1200 ° C. for 1 to 24 hours. At this time, the heat treatment temperature is limited to 400 to 1200 ° C. The reason is that if the temperature is 400 ° C. or less, diffusion does not occur actively, so that the inside of the powder This is because there is no effect of removing stress and defects, and if the temperature is 1200 ° C or higher, there is a fear that the phosphorus (P) and arsenic (As) of the nickide may rise. Similarly, the reason for limiting the heat treatment time to 1 to 24 hours is that there is no effect of removing internal stresses and defects when the heat treatment time is less than 1 hour, and phosphorus (P) or arsenic (As) of nickide is more than 24 hours. The temperature increase rate during the heat treatment is maintained at 0.5 ~ 5 ℃ per minute to prevent sublimation of unreacted P or As, the cooling rate is maintained at 0.5 ~ 5 ℃ / minute or quenching do. At this time, the temperature rising temperature and the cooling rate during the heat treatment do not significantly affect the preparation of the transition metal nickide.

< 실시예 1 ><Example 1>

순도 99.6%, 입자크기 8 마이크로미터의 Mn 분말과 순도 99.5% 이상, 입자크기 150 마이크로미터의 P 분말을 원자혼합비 2:1로 하였다. 혼합물을 공구강으로 만들어진 반응용기에 공구강으로 만들어진 직경 7.9 mm 볼과 10:1의 중량비로 함께 장입한 후, 아르곤을 반응용기에 충진한 후, 쉐이커밀을 이용하여 하이에너지볼밀링을 하였다. 반응용기 표면의 온도를 비접촉식 적외선온도계를 이용하여 측정 및 기록하였다. 급격한 발열반응 이후 2시간에 밀링을 중단하고 분말을 회수하였다.Mn powder having a purity of 99.6%, a particle size of 8 micrometers and a P powder having a purity of 99.5% or more and a particle size of 150 micrometers was an atomic mixing ratio of 2: 1. The mixture was charged together with a 7.9 mm diameter ball made of tool steel and a weight ratio of 10: 1 in a reaction vessel made of tool steel, and then charged with argon into the reaction vessel, followed by high energy ball milling using a shaker mill. The temperature of the reaction vessel surface was measured and recorded using a non-contact infrared thermometer. Milling was stopped 2 hours after the sudden exothermic reaction and the powder was recovered.

도 3은 하이에너지볼밀링 전과 후의 분말의 X-선 회절패턴을 나타낸다. 밀링전의 Mn과 P가 밀링 후에 육방정(hexagonal) Mn2P로 반응되었음을 확인할 수 있다.Figure 3 shows the X-ray diffraction pattern of the powder before and after high energy ball milling. It can be seen that Mn and P before milling reacted with hexagonal Mn 2 P after milling.

< 실시예 2 ><Example 2>

순도 99.6%, 입자크기 8 마이크로미터의 Mn 분말, 순도 99.9%, 입자크기 4 마이크로미터의 Fe 분말, 순도 99.6%, 입자크기 10 마이크로미터의 P 분말 및 순도 99%, 입자크기 3 마이크로미터의 As 분말을 원자혼합비 1:1:0.5:0.5로 하였다.Purity 99.6%, Mn powder with a particle size of 8 micrometers, Purity 99.9%, Fe powder with a particle size of 4 micrometers, Purity 99.6%, P powder with a particle size of 10 micrometers and 99% purity, As, with a particle size of 3 micrometers The powder was used for an atomic mixing ratio of 1: 1: 0.5: 0.5.

혼합물을 공구강으로 만들어진 반응용기에 공구강으로 만들어진 직경 7.9 mm 볼과 10:1의 중량비로 함께 장입한 후, 아르곤을 반응용기에 충진한 후, 쉐이커밀을 이용하여 하이에너지볼밀링을 하였다.The mixture was charged together with a 7.9 mm diameter ball made of tool steel and a weight ratio of 10: 1 in a reaction vessel made of tool steel, and then charged with argon into the reaction vessel, followed by high energy ball milling using a shaker mill.

반응용기 표면의 온도를 비접촉식 적외선온도계를 이용하여 측정 및 기록하였다. 급격한 발열반응 이후 여러 시간에 걸쳐 밀링을 중단하고 분말을 회수하였다. 회수한 분말을 900℃에서 2시간 동안 열처리하였다. 열처리시 승온속도는 분당 1℃이며, 냉각속도는 분당 1℃를 유지하였다. 열처리를 거친 분말을 물리물성측정시스템(physical property measurement system)을 이용하여 온도-자화 곡선을 측정하였다.The temperature of the reaction vessel surface was measured and recorded using a non-contact infrared thermometer. Milling was stopped for several hours after the rapid exothermic reaction and powder was recovered. The recovered powder was heat treated at 900 ° C. for 2 hours. The temperature increase rate during the heat treatment was 1 ℃ per minute, the cooling rate was maintained at 1 ℃ per minute. The heat-treated powder was measured for temperature-magnetization curves using a physical property measurement system.

도 4는 하이에너지볼밀링 시간에 따른 X-선 회절패턴의 변화를 나타낸다. 밀링 전 혼합원료 분말의 X-선 회절패턴으로부터 P를 제외한 나머지 원료분말은 모두 결정질로 100 nm 이하의 미세한 다결정 분말로 이루어진 것을 알 수 있으며, P는 비정질임을 알 수 있다.Figure 4 shows the change of the X-ray diffraction pattern with the high energy ball milling time. From the X-ray diffraction pattern of the mixed raw material powder before milling, it can be seen that all the raw material powders except P are made of fine polycrystalline powder of 100 nm or less as crystalline, and P is amorphous.

밀링이 시작된지 약 100분이 경과할 때 까지는 Fe, Mn 및 As의 결정립 크기만 감소할 뿐 아직 반응생성물이 전혀 형성되지 않다가 120분이 경과된 후 육방정 MnFeP0.5As0.5이 관찰되었으며, 24시간까지 밀링을 계속한 결과 구조의 변화는 관찰되지 않았다.Until about 100 minutes after the start of milling, only the grain size of Fe, Mn and As was reduced, but no reaction product was formed yet. After 120 minutes, hexagonal MnFeP 0.5 As 0.5 was observed. As the milling continued, no change in structure was observed.

도 5a 내지 도 5c는 각각 급격한 발열반응 직후, 4시간 및 24시간 밀링 후 분말의 형상을 나타낸 주사선전자현미경 사진이다. 급격한 발열반응 직후의 분말은 대략 1 마이크로미터 이하의 미세한 입자들이 뭉쳐있는 형상이다. 4시간 밀링 후 분말의 크기와 형상은 급격한 발열반응 직후와 큰 차이가 없으나 입자가 보다 구형화된 것으로 나타났다. 24시간 밀링한 후 입자의 형상도 급격한 발열반응 직후나 4시간 밀링한 것과 별다른 차이가 보이지는 않았으나 간혹 수 마이크로미터 이상의 조대한 입자도 관찰되었다.5a to 5c are scanning electron micrographs showing the shape of the powder after milling for 4 hours and 24 hours immediately after the rapid exothermic reaction, respectively. The powder immediately after the rapid exothermic reaction is in the form of agglomerated fine particles of about 1 micrometer or less. After 4 hours of milling, the size and shape of the powder were not significantly different from that of the rapid exothermic reaction, but the particles were more spherical. After 24 hours of milling, the shape of the particles was not significantly different from that of the rapid exothermic reaction or milling for 4 hours, but sometimes coarse particles of several micrometers or more were observed.

도 6은 하이에너지볼밀링 시간에 따른 분말의 평균입자크기의 변화를 보여주고 있는데, 급격한 발열반응이 일어나기 전 분말의 평균입자크기는 약 10 마이크로미터로 원료분말보다 조대하였으나, 급격한 발열반응 이후의 평균입자크기는 0.3 ~ 0.4 마이크로미터 정도로 미세하게 되었으며 밀링시간이 증가해도 평균입자크기는 크게 변화하지 않는 것으로 나타났다.Figure 6 shows the change in the average particle size of the powder according to the high energy ball milling time, the average particle size of the powder before the rapid exothermic reaction is about 10 micrometers coarse than the raw material powder, but after the rapid exothermic reaction The average particle size became fine at about 0.3 to 0.4 micrometers and the average particle size did not change significantly even if the milling time increased.

도 7은 4시간 하이에너지볼밀링 후 열처리를 거친 분말의 온도-자화 곡선을 나타낸다. 상온 근처인 250K에서 강자성-상자성 변태에 의하여 자화값의 급격한 감소가 일어남을 확인할 수 있다. 자화값의 급격한 감소는 변태가 1차변태임을 나타낸다.7 shows the temperature-magnetization curve of the powder subjected to heat treatment after high energy ball milling for 4 hours. At 250K near room temperature, it can be seen that a sudden decrease of magnetization value occurs due to ferromagnetic-paramagnetic transformation. A sharp decrease in magnetization indicates that the transformation is a primary transformation.

도 8은 온도-자화 곡선으로부터 계산된 엔트로피의 변화를 나타낸다. 매우 큰 엔트로피 변화가 관찰되고 있으며, 이는 반응밀링으로 합성된 MnFeP0.5As0.5이 높은 자기열효과를 나타냄을 보여주고 있다.8 shows the change in entropy calculated from the temperature-magnetization curve. A very large entropy change is observed, indicating that MnFeP 0.5 As 0.5 synthesized by reaction milling exhibits a high magnetocaloric effect.

이상에서와 같이 본 발명의 제조방법에 의하면, 전이금속 분말과 VB족 원소분말을 원료로 하고 이를 반응밀링하여 전이금속 닉타이드 분말을 상온에서 단시간 내에 제조할 수 있다. 이는 기존에 알려진 전이금속 닉타이드 분말의 제조법인 고온합성법에 비하여 제조설비나 생간원가 측면에서 경제적 효과가 매우 크다.As described above, according to the production method of the present invention, the transition metal powder and the group VB element powder as a raw material and the reaction milling it can be produced in a short time at room temperature transition metal nickide powder. Compared to the high temperature synthesis method, which is a method for preparing a transition metal nickide powder, it is very economically effective in terms of manufacturing facilities and live cost.

도 1은 본 발명의 제조공정을 나타낸 공정순서도이다.1 is a process flowchart showing the manufacturing process of the present invention.

도 2는 하이에너지볼밀링 시간에 따른 반응용기 표면의 온도변화를 나타낸 그래프이다.2 is a graph showing the temperature change of the surface of the reaction vessel according to the high energy ball milling time.

도 3은 하이에너지볼밀링 전과 후 분말의 X-선 회절패턴 변화를 나타낸 그래프이다.3 is a graph showing the X-ray diffraction pattern change of the powder before and after the high energy ball milling.

도 4는 하이에너지볼밀링 시간에 따른 X-선 회절패턴의 변화를 나타낸 그래프이다.4 is a graph showing the change of the X-ray diffraction pattern according to the high energy ball milling time.

도 5a 내지 5c는 각각 급격한 발열반응 직후의 4시간 및 24시간 밀링 후 형상을 나타낸 주사선전자현미경 사진이다.Figures 5a to 5c are scanning electron micrographs showing the shape after milling 4 hours and 24 hours immediately after the rapid exothermic reaction, respectively.

도 6은 하이에너지볼밀링 시간에 따른 분말의 평균입자크기의 변화를 나타낸 그래프이다.Figure 6 is a graph showing the change in the average particle size of the powder with high energy ball milling time.

도 7은 4시간 하이에너지볼밀링 후 열처리를 거친 분말의 온도-자화 곡선을 나타낸 도면이다.7 is a view showing a temperature-magnetization curve of the powder subjected to heat treatment after high energy ball milling for 4 hours.

도 8은 온도-자화 곡선으로부터 계산된 엔트로피의 변화를 나타낸 도면이다.8 shows the change in entropy calculated from the temperature-magnetization curve.

Claims (9)

전이금속 분말과 VB족 원소 분말을 0.5:1 ~ 4:1의 원자혼합비로 혼합하는 단계와;Mixing the transition metal powder and the group VB element powder in an atomic mixing ratio of 0.5: 1 to 4: 1; 상기 혼합물을 반응용기에 직경 5 ~ 30 mm 볼과 함께 투입하는 단계와;Injecting the mixture into a reaction vessel with a diameter of 5 to 30 mm; 상기 반응용기에 아르곤(Ar)을 충진하는 단계와;Filling the reaction vessel with argon (Ar); 상기 혼합물을 급속한 발열반응을 동반하는 하이에너지볼밀링을 하는 것과 더불어 상기 밀링으로 얻어진 분말 내부의 응력과 결함을 제거하기 위한 반응분말의 열처리 단계를 포함하는 반응밀링에 의한 전이금속 닉타이드 분말의 제조방법.Preparation of transition metal nickide powder by reaction milling comprising a high energy ball milling of the mixture with rapid exothermic reaction and a heat treatment step of the reaction powder for removing stresses and defects in the powder obtained by the milling. Way. 청구항 1에 있어서, 상기 전이금속은 Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu 또는 이들이 2가지 이상 섞여 있는 혼합물이 되고, 상기 VB족 원소는 P, As 또는 P와 As의 혼합물이 됨을 특징으로 하는 반응밀링에 의한 전이금속 닉타이드 분말의 제조방법.The method of claim 1, wherein the transition metal is Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu or a mixture of two or more thereof, the Group VB element is P, As or a mixture of P and As Method for producing a transition metal nickide powder by reaction milling, characterized in that. 청구항 1에 있어서, 상기 반응용기 및 볼의 재질은 공구강, 스테인레스강, 초경합금, 질화규소, 알루미나 또는 지르코니아 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 반응 밀링에 의한 전이금속 닉타이드 분말의 제조방법.The method of claim 1, wherein the material of the reaction vessel and the ball is any one of tool steel, stainless steel, cemented carbide, silicon nitride, alumina or zirconia. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 반응용기에 투입되는 상기 혼합물과 볼의 비율은 중량비로 1:1에서 1:100의 범위인 것을 특징으로 하는 반응 밀링에 의한 전이금속 닉타이드 분말의 제조방법.The method of claim 1 or 2, wherein the ratio of the mixture and the ball to be added to the reaction vessel ranges from 1: 1 to 1: 100 by weight ratio. 청구항 1에 있어서, 상기 하이에너지볼밀링은 쉐이커밀, 진동밀, 유성밀 또는 어트리터밀을 이용하는 것을 특징으로 하는 반응 밀링에 의한 전이금속 닉타이드 분말의 제조방법.The method of claim 1, wherein the high energy ball milling method uses a shaker mill, a vibration mill, a planetary mill, or an attritor mill. 청구항 1에 있어서, 상기 반응용기 표면의 온도를 비접촉식 적외선온도계를 이용 측정하여 급격한 발열반응 유무와 시간을 알아내는 것을 특징으로 하는 반응 밀링에 의한 전이금속 닉타이드 분말의 제조방법.The method of claim 1, wherein the temperature of the surface of the reaction vessel is measured by using a non-contact infrared thermometer to determine whether there is a sudden exothermic reaction and time. 청구항 1 또는 청구항 6에 있어서, 상기 급격한 발열반응 후 1분 ~ 24시간 사이에서 하이에너지볼밀링을 중단하고 반응분말을 회수하는 것을 특징으로 하는 반응 밀링에 의한 전이금속 닉타이드 분말의 제조방법.7. The method of claim 1 or 6, wherein the high energy ball milling is stopped and the reaction powder is recovered between 1 minute and 24 hours after the rapid exothermic reaction. 청구항 1에 있어서, 상기 밀링으로 얻어진 분말을 400 ~ 1200℃온도 범위에서 1 ~ 24시간 동안 열처리를 시행하는 것을 특징으로 하는 반응 밀링에 의한 전이금속 닉타이드 분말의 제조방법.The method of claim 1, wherein the powder obtained by milling is subjected to a heat treatment for 1 to 24 hours at a temperature range of 400 to 1200 ° C. 삭제delete
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