KR100638572B1 - 니켈아연구리 페라이트의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 NiZnCu 페라이트의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 더욱 상세하게는 900℃이하의 온도에서 미량의 Ag(NO₃)를 첨가하여 소결이 가능하면서 치밀한 미세구조를 갖고, 자성특성이 우수하며, 인덕터 소재로 응용 가능한 NiZnCu 페라이트의 제조방법에 관한 것이다.

상기 본 발명인 NiZnCu 페라이트 분말의 제조방법은 NiZnCu 페라이트를 제조함에 있어서, Ni(NO₃)₂6H₂O, Zn(NO₃)₂6H₂O, Cu(NO₃)₂3H₂O, Fe(NO₃)₂9H₂O의 단일성분계 금속 질산염을 알코올에 혼합한 후 증류장치를 이용하여 알콜을 증발시켜 용해하는 단계와; 소결온도를 낮추기 위해 내부전극과 같은 물질인 Ag(NO₃)를 첨가하는 단계와; 상기 단계 후 spinel 상을 갖는 나노 크기의 NiZnCu 페라이트/Ag 복합 분말이 얻기 위해 650 내지 750℃의 온도에서 1시간 동안 하소한 후 습식으로 밀링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 본 발명에 있어서, 상기 NiZnCu 페라이트 나노 복합분말에 유기물인 PVB(binder), BBT(가소제), 에스테르계 비이온 분산제 중에서 어느 하나를 상기 나노 복합분말의 양에 따라 8% 또는 16%를 첨가하여 슬러리를 만들고 doctor blade법을 이용하여 페라이트 후막을 형성하는 단계를 더 포함함을 특징으로 한다.

상기 본 발명에 있어서, 상기 후막의 소결온도는 상압 튜브로를 이용하여 850 내지 875℃인 것을 특징으로 한다.

상기 본 발명에 있어서, 상기 소결온도를 낮추기 위해 Ag(NO₃)를 첨가하여 열처리하는 동안에 Ag로 환원시키는 것을 특징으로 한다.

따라서 본 발명은 900℃이하의 온도에서 미량의 Ag(NO₃)를 첨가하여 소결이 가능하면서 치밀한 미세구조를 갖고 자성특성이 우수하며, 인덕터 소재에 응용 가능한 효과가 있다.

NiZnCu 페라이트, 나노 복합 분말, 질산은, 금속 질산염, 치밀성, 자성특성 우수.

Description

니켈아연구리 페라이트의 제조방법{The fabrication method of NiZnCu ferrite}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 나노 크기의 NiZnCu 페라이트 분말의 TEM 사진.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 NiZnCu 페라이트에서 AgO 첨가물의 양과 소결온도에 따른 포화자화의 변화.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 NiZnCu 페라이트에서 AgO 첨가물의 양과 소결온도에 따른 보자력의 변화.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 NiZnCu 페라이트에서 AgO 첨가물의 양과 주파수에 따른 초기 투자율의 변화.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 925℃에서 소결한 0.1 wt.% AgO를 첨가한 NiZnCu 페라이트와 1wt.% AgO를 첨가한 NiZnCu 페라이트의 SEM사진.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 875℃와 850℃에서 소결한 0.1 wt.% AgO를 첨가한 NiZnCu 페라이트의 SEM사진.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 내부전극과 875℃에서 동시 소결한 0.1 wt.% AgO를 첨가한 NiZnCu 페라이트의 SEM사진.

본 발명은 NiZnCu 페라이트의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 더욱 상세하게는 900℃이하의 온도에서 미량의 Ag(NO₃)를 첨가하여 소결이 가능하면서 치밀한 미세구조를 갖고, 자성특성이 우수하며, 인덕터 소재로 응용 가능한 NiZnCu 페라이트의 제조방법에 관한 것이다.

현재까지 저온 동시 소성 연구는 캐패시터 소자의 개발에 주력해오고 있으나 통합적인 모듈의 구현을 위해서는 인덕터 소재의 개발이 절실한 실정이다. 내부전극을 Ag로 하는 적층형 인덕터 제조를 위해서는 900℃이하에서 소성해야 하므로 인덕터 소재의 개발을 위해서는 소결 온도를 낮추는 것이 필수적이다. 소결 온도를 낮추기 위해 통상적으로 다음과 같은 방법들을 사용하고 있다. 첫째는 페라이트 분말의 입자의 크기를 줄이는 방법이고, 둘째는 페라이트 격자 안으로 dopant를 집어넣는 방법이며, 셋째는 소결 기구를 변화시키는 소결 조제를 사용하는 방법이다. 보통 격자 안에 집어넣는 dopant로는 Cu를 사용한다. 상기 세 가지 방법 가운데서 가장 흔히 사용하는 방법은 소결 조제를 사용하는 것인데, 이 경우인데 통상적으로 NiZnCu 페라이트에 V₂O₅, Bi₂O₃, PbO, Na₂O등을 사용하고 있다. 그러나 이렇게 소결조제를 첨가하는 경우 대개 소결온도는 낮출 수 있으나 내부전극의 확산을 촉진시키고 자성적 특성을 저하시키는 문제점을 갖고 있다. 또한 상기 세 가지 종래의 방 법들은 소결온도를 900℃이하로 효과적으로 낮추지 못해왔다.

따라서 본 발명의 목적은 900℃이하의 온도에서 소결이 가능하면서 치밀한 미세구조를 갖고, 자성특성이 우수하며, 인덕터 소재로 응용 가능한 페라이트 재료의 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

이에 본 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위하여 착상된 것으로서, 900℃이하의 온도에서 미량의 Ag(NO₃)를 첨가하여 소결이 가능하면서 치밀한 미세구조를 갖는 NiZnCu 페라이트의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다,

또 본 발명의 다른 목적은 900℃이하의 소결온도에서 제조된 NiZnCu 페라이트의 자성특성이 우수한 NiZnCu 페라이트의 제조방법을 제공하는데 있다.

또 본 발명의 다른 목적은 상기 재료를 인덕터 소재에 응용 가능한 NiZnCu 페라이트의 제조방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 NiZnCu 페라이트 분말의 제조방법은 Ni(NO₃)₂6H₂O, Zn(NO₃)₂6H₂O, Cu(NO₃)₂3H₂O, Fe(NO₃)₂9H₂O의 단일성분계 금속 질산염을 알코올에 혼합한 후 증류장치를 이용하여 알콜을 증발시켜 용해하는 단계와; 소결온도를 낮추기 위해 내부전극과 같은 물질인 Ag(NO₃)를 첨가하는 단계와; 상기 단계 후 spinel 상을 갖는 나노 크기의 NiZnCu 페라이트/Ag 복합 분말이 얻기 위해 650 내지 750℃의 온도에서 1시간 동안 하소한 후 습식으로 밀링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 본 발명에 있어서, 상기 NiZnCu 페라이트 나노 복합분말에 유기물인 PVB(binder), BBT(가소제), 에스테르계 비이온 분산제 중에서 어느 하나를 상기 나노 복합분말의 양에 따라 8% 또는 16%를 첨가하여 슬러리를 만들고 doctor blade법을 이용하여 페라이트 후막을 형성하는 단계를 더 포함함을 특징으로 한다.
상기 본 발명에 있어서, 상기 후막의 소결온도는 상압 튜브로를 이용하여 850 내지 875℃인 것을 특징으로 한다.
상기 본 발명에 있어서, 상기 소결온도를 낮추기 위해 Ag(NO₃)를 첨가하여 열처리하는 동안에 Ag로 환원시키는 것을 특징으로 한다.

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이하 본 발명인 NiZnCu 페라이트에서 AgO 첨가물의 양과 소결온도에 따른 포화자화, 보자력의 변화 및 AgO 첨가물의 양과 주파수에 따른 초기 투자율의 변화를 통해 자성특성에 대하여 실시예를 통해 살펴보고, SEM 사진과 TEM 사진을 통해 미세구조의 치밀성에 대하여 실시예를 통해 살펴보면 다음과 같다.

인덕터 소재로서 사용 가능한 재료를 제조하기 위해서는 첫째로 저온 소결을 위해 나노 크기의 NiZnCu 페라이트 분말을 제조하여야 되고, 둘째로 내부전극의 융점보다 낮은 소결 온도에서 자기적 특성의 저하가 없고 치밀한 NiZnCu 페라이트 를 제조하여야 하며, 셋째로 종래의 소결조제를 사용한 경우와 비교하여 소결성 및 자기적 특성이 우수한 NiZnCu 페라이트를 제조하여야 된다.

<실시예>

상기 NiZnCu 페라이트 나노분말은 99.9%의 Ni(NO₃)_2·6H₂O, Zn(NO₃)_2·6H₂O, Cu(NO₃)_2·3H₂O, Ag(NO₃), Fe(NO₃)_2·9H₂O의 단일성분계 금속 질산염을 에탄올에 용해하여 화학적인 기상법으로 합성하여 제조하였다. Ni_0.2Zn_0.5Cu_0.3 ferrite에 X wt. % AgO를 X=0, 0.1, 1 으로 달리 첨가하여 합성하였다. 이때 상기 합성한 후 700℃에서 1시간 하소한 후 습식으로 milling하여 나노 크기를 갖는 NiZnCu ferrite 분말을 제조하였다. 여기서 상기 하소과정은 750℃에서 1시간 소결하는 것이 가장 바람직하나, 650 내지 750℃의 온도에서 30분 내지 1시간 30분의 범위 내에서 소결하는 것도 가능할 것이다. 그러나 이때 Ag 산화물은 300℃이상에서는 금속 Ag로 환원되므로 정확한 첨가물의 양은 Ag가 0, 0.087, 0.87 wt.%이다. 상기와 같이 제조한 분말에 PVB(binder), BBT(가소제), 에스테르계 비이온 분산제를 분말 양에 따라 8%와 16%를 첨가하여 슬러리를 제조하고 doctor blade방법을 이용하여 후막을 제조하였다. 후막의 소결은 상압 튜브로를 이용하여 925℃에서 25℃씩 온도를 낮추어가며 850℃까지 소결하였다. 또한 Ag(NO₃)는 온도를 상승시킴에 따라 AgO를 거쳐 Ag로 석출되는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 나노 크기의 NiZnCu 페라이트 분말의 TEM 사진이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 분말의 크기가 100nm 이하임을 알 수 있고, 이는 입자의 비표면적을 늘려 소결의 구동력을 증가시킬 수 있는 100nm 이하의 분말 크기를 나타내므로 통상적인 페라이트의 소결온도인 900℃ 이상을 치밀한 구조를 갖으면서 낮은 온도에서 소결이 가능한 것이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 NiZnCu 페라이트에서 AgO 첨가물의 양과 소결온도에 따른 포화자화의 변화이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 NiZnCu 페라이트에서 AgO 첨가물의 양과 소결온도에 따른 보자력의 변화이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 NiZnCu 페라이트에서 AgO 첨가물의 양과 주파수에 따른 초기 투자율의 변화이다.

도 2 내지 도 4에 도시한 바와 같은 포화자화, 보자력, 투자율은 NiZnCu 페라이트의 자성특성을 파악하는 요소들이다. 도 2에 도시되어 있는 포화자화는 NiZnCu 페라이트 분말에 AgO가 첨가되지 않은 경우보다 첨가된 경우가 더 높게 나타났고 875℃의 소결온도에서 첨가물의 양과 큰 차이는 없고 4ΠMs는 0.1 wt.% AgO를 첨가한 NiZnCu 페라이트가 4kG 정도이고 1wt.% AgO를 첨가한 NiZnCu 페라이트가 3.6kG 정도임을 알 수 있다. 도 3에 도시되어 있는 보자력은 음의 역자기장으로서, NiZnCu 페라이트 분말에 AgO가 첨가되지 않은 경우보다 첨가된 경우가 더 낮게 나타났고 875℃의 소결온도에서 0.1 wt.% AgO를 첨가한 NiZnCu 페라이트가 4Oe 정도이고 1wt.% AgO를 첨가한 NiZnCu 페라이트가 5Oe 정도임을 알 수 있다. 이상의 결과는 본 발명의 최적의 소결온도인 875℃에서 나타난 값이지만 상기 소결온도를 850 내지 875℃인 것을 사용하여도 가능할 것이다. 또한 도 3에 도시되어 있는 초기 투자율은 0.1 wt.% AgO를 첨가한 NiZnCu 페라이트의 경우가 주파수와 무관하게 높게 나타남을 알 수 있었다. 상기 후막의 자기적 특성은 통상적으로 사용되고 있는 VSM, HP4194A impedence analyzer로 자성 특성을 측정한 것이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 925℃에서 소결한 0.1 wt.% AgO를 첨가한 NiZnCu 페라이트와 1wt.% AgO를 첨가한 NiZnCu 페라이트의 SEM사진이고, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 875℃와 850℃에서 소결한 0.1 wt.% AgO를 첨가한 NiZnCu 페라이트의 SEM사진이다.

도 5에 도시한 주사전자현미경(SEM: scanning electron microscope)으로 관찰한 사진에서 알 수 있는 바와 같이, 미량의 Ag를 첨가한 경우 소결온도가 900℃이상에서는 입자의 크기가 거대하게 커지며 소결 과정동안 기공이 빠져나가지 못하게 되어 큰 입자 안에 기공이 갇혀있는 형태가 나타나게 됨을 알 수 있다. 이러한 현상은 Ag의 함량에 관계없이 900℃이상에서는 나타남을 알 수 있다. 이와 반해 도 6에 도시한 주사전자현미경으로 관찰한 사진 중에서 소결온도를 875℃로 한 경우인 왼쪽 사진에서는 도 5에 나타난 입자 안에 기공이 갇혀있는 형태가 발견되지 않았으며 소결온도가 종래의 온도보다 낮음에도 불구하고 소결체의 미세구조는 치밀함을 알 수 있다.

또한 도 5와 도 6에서 알 수 있는 바와 같이, NiZnCu 페라이트에 미량으로 첨가한 Ag는 소결시 소결속도를 빠르게 증가시키는 역할을 하는데, 본래 나노 크기의 Ag는 저온에서 확산이 잘 일어나기 때문에 페라이트의 소결을 촉진시킨다. 이는 본 발명의 재료를 925℃에서부터 소결온도를 25℃씩 낮추어 가면서 실험해본 결과 900℃이상에서 나타나는 비정상 입자성장과 갇혀진 기공들을 통해 종래의 페라이트 의 소결현상과 다름을 알 수 있었다. 즉, 미량의 Ag가 첨가되면 도 5에서와 같이 900℃이상의 온도에서는 소결이 비정상 입자성장의 형태로 일어나 입자 성장을 빠르게 일으킨다. 역으로 본 도 6에서와 같이 상기 온도 이하에서는 소결시 정상적인 입자성장이 가능하게 됨을 알 수 있다. 따라서 상기 첨가물은 종래의 소결 온도보다 낮은 온도에서 치밀한 미세구조를 갖는 페라이트를 형성하며, 소결 조제로 사용한 Ag의 경우 내부전극과 같은 물질이어서 후막 제조 후 동시 소결시 전극과 페라이트 층간의 박리현상을 막을 수 있는 것이다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 내부전극과 875℃에서 동시 소결한 0.1 wt.% AgO를 첨가한 NiZnCu 페라이트의 SEM사진이다.

도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명을 인덕터의 재료로 사용할 수 있을 정도로 Ag 전극과 함께 소결한 결과 전극과 페라이트 층간의 접합에도 문제가 없음을 알 수 있었다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 NiZnCu 페라이트의 제조방법은 다음과 같은 효과를 가진다.

첫째, 본 발명은 900℃이하의 온도에서 미량의 Ag를 첨가하여 소결이 가능하 면서 치밀한 미세구조를 갖는다.

둘째, 본 발명은 900℃이하의 소결온도에서 제조된 NiZnCu 페라이트의 자성특성이 우수하다.

셋째, 본 발명은 상기 재료를 인덕터 소재에 응용 가능하다.

Claims (6)

1. NiZnCu 페라이트를 제조함에 있어서, Ni(NO₃)₂6H₂O, Zn(NO₃)₂6H₂O, Cu(NO₃)₂3H₂O, Fe(NO₃)₂9H₂O의 단일성분계 금속 질산염을 알코올에 혼합한 후 증류장치를 이용하여 알콜을 증발시켜 용해하는 단계와;

   소결온도를 낮추기 위해 내부전극과 같은 물질인 Ag(NO₃)를 첨가하는 단계와;

   상기 단계 후 spinel 상을 갖는 나노 크기의 NiZnCu 페라이트/Ag 복합 분말이 얻기 위해 650 내지 750℃의 온도에서 1시간 동안 하소한 후 습식으로 밀링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 NiZnCu 페라이트 나노 복합분말의 제조방법.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,

   상기 NiZnCu 페라이트 나노 복합분말에 유기물인 PVB(binder), BBT(가소제), 에스테르계 비이온 분산제 중에서 어느 하나를 상기 나노 복합분말의 양에 따라 8% 또는 16%를 첨가하여 슬러리를 만들고 doctor blade법을 이용하여 페라이트 후막을 형성하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 NiZnCu 페라이트 후막의 제조방법.
4. 삭제
5. 제 3에 있어서,

   상기 후막의 소결온도는 상압 튜브로를 이용하여 850 내지 875℃인 것을 특징으로 하는 NiZnCu 페라이트 후막의 제조방법.
6. 제 3항에 있어서,

   상기 소결온도를 낮추기 위해 Ag(NO₃)를 첨가하여 열처리하는 동안에 Ag로 환원시키는 것을 특징으로 하는 NiZnCu 페라이트 후막의 제조방법.

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