KR100698606B1 - 고주파 응용 자기 유리질 합금 - Google Patents

Abstract

유리질 금속합금은 Co_aNi_bFe_cM_dB_eSi_fC _g의 화학식으로 여기서, M은 Cr, Mo, Mn과 Nb으로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 하나의 원소이고, "a-g"는 원자퍼센트로, "a-g"의 합은 100이며, "a"는 약 25에서 약 60까지의 범위, "b"는 약 5에서 약 45까지의 범위, "c"는 약 6에서 약 12까지의 범위, "d"는 약 0에서 약 3까지의 범위 "e"는 약 5에서 25까지의 범위, "f"는 약 0에서 약 15까지의 범위, "g"는 약 0에서 6까지의 범위로 이루어지며, 상기 합금은 약 -3에서 +3ppm 사이의 포화 자기변형의 값을 갖는다. 상기 합금은 용융물에서 리본, 시트 또는 와이어 형태로 급속응고되어 주조될 수 있다. 상기 합금은 합금의 제1결정화 온도아래의 온도에서 자기장하 또는 자기장 없이 어닐링되고, 라운드 또는 직사각형 또는 전단 또는 선형 B-H 히스테리시스 루프를 갖는다. 상기 합금은 고주파에서 특히 자기응용에 적합하다.

고주파, 금속유리질 합금, 토로이달 코아, 자기이방성, 자기변형

Description

고주파 응용 자기 유리질 합금{Magnetic glassy alloys for high frequency applications}

본 발명은 고주파에서 사용되는 금속유리질 합금과 그것으로써 얻어지는 자기 부품에 관한 것이다.

금속유리질 합금(비정질 금속합금 또는 금속 유리)은 1974년 12월 24일에 공고된 H. S. Chen 등의 미국 특허 3,856,513호("513특허")에 개시되어 있다. 이들 합금은 M_aY_bZ_c로 조성되고, 여기서 M은 철, 니켈, 코발트, 바나듐 및 크롬으로 이루어지는 그룹에서 선택된 하나의 금속, Y는 인, 보론 및 카본으로 이루어지는 그룹에서 선택된 하나의 원소, 그리고, Z는 알루미늄, 실리콘, 주석, 게르마늄, 인듐, 안틴몬 및 베릴륨으로 이루어지는 그룹에서 선택된 하나의 원소이며, "a"는 약 60에서 90원자퍼센트의 범위이고, "b"는 약 10에서 30원자퍼센트의 범위이며, "c"는 약 0.1에서 15원자퍼센트의 범위이다. 또한, T_iX_j의 화학식으로 조성되고, 여기서 T가 적어도 하나의 천이금속이고, X가 인, 보론, 카본, 알루미늄, 실리콘, 주석, 게르마늄, 인듐, 안티몬, 베릴륨으로 이루어지는 그룹에서 선택된 하나의 원소로서, "i"는 약 70에서 87원자퍼센트의 범위이고, "j"는 13에서 30원자퍼센트의 범위의 금속유리질 와이어가 개시되어 있다. 이러한 재료들은 당해기술분야에서 널리 알려진 공정기술을 사용하여 용융물을 급속냉각 하여 쉽게 제조되고 있다.

금속유리질 합금은 실질적으로 장범위 원자규칙성(long range atomic order)이 부족하며, 확산(광대한) 강도최대(diffuse intensity maxima)로 구성되는 X-선 회절패턴, 액체 또는 무기산화 유리질(inorganic oxide glasses)에서 관찰되는 회절패턴과 질적으로 유사한 특징을 갖는다. 그러나, 충분히 고온으로 가열하면 결정화 열을 방출하면서 결정화되기 시작한다. 이에 상응하여 X선회절 패턴은 그것에 의해 비정질에서 결정질로 변화하기 시작한다. 그 결과로서, 유리질 형태내 금속 합금은 준안정상태이다. 이러한 합금의 준안정상태는 합금의 결정형태, 특히 합금의 기계적, 자기적특성과 관련하여 결정적인 잇점을 준다.

자기응용에서 금속유리질의 사용은 '513특허에 개시되어 있다. 그러나, 현대전자기술에서 요구되는 자기부품을 현실화하기 위하여는 자기특성의 확실한 조합이 필요로 되고 있다. 예를 들어, 1994년 2월 8일에 공고된 Hasegawa 등의 미국 특허 5,284,528호에서는 이러한 필요성을 건의하고 있다. 전기 또는 전자디바이스에서 사용되는 자기부품의 성능에 영향을 미치는 중요한 자기특성의 하나를 자기이방성(magnetic anistropy)이라 부른다. 자기재료는 일반적으로 자기적으로 이방성이 있으며, 자기이방성의 기원(origin)은 재료마다 다르다. 결정자기재료에서, 결정학적 축의 하나는 자기이방성의 방향과 일치하게 된다. 이러한 자기적인 이방성의 방향은 본성적으로 자화용이방향이 되어 자화는 이러한 방향을 따른다. 금속 유리질 합금에서 결정학적 축이 뚜렷하지 않으므로, 자기 이방성은 이들 재료에서 상당히 감소한다. 금속 유리질 합금은 자기적으로 연한 경향이 있다는 이유 하나로, 많은 자기응용에서 유용하다. 또 다른 중요한 자기특성은 자기변형(magnetostriction)이라 불리는 것으로, 이는 재료가 자기소거상태에서 자화상태로 될때 자기재료의 물리적인 차원에서의 부분변화(fractional change)로 정의된다. 따라서, 자기재료의 자기변형은 적용되는 자기장의 함수이다. 실용적인 입장에서, "포화 자기변형"(λ_s)이란 용어가 자주 사용된다. λ_s의 양은 길이의 부분변화로 정의되며, 소자된 상태에서 자기적으로 포화된 상태까지 그 길이 방향을 따라 자화될 때 자기재료에서 일어나는 것이다. 자기변형의 값은 무차원 양으로 항상 마이크로스트레인 단위로 주어진다(즉, 길이에 대한 부분변화, million 또는 ppm 당 부분).

낮은 자기변형의 자기합금은 다음과 같은 이유로 바람직하다.

1. 연자기 특성은 낮은 포화보자력, 고투자율의 특징이 있으며, 재료의 포화 자기변형과 자기이방성이 둘다 작게 될 때 일반적으로 얻어진다. 이러한 합금은 다양한 연자기 응용 특히 고주파에 적합하다.

2. 자기변형이 낮게, 바람직하게는 영일 때 이러한 영에 가까운 자기변형 재료의 자기특성은 기계적인 스트레인에 대해 둔감하다. 이 경우에, 이 재료를 디바이스로 형성하기 위해 필요한 와인딩(winding), 펀칭 또는 다른 물리적인 핸들링 후에 응력제거어닐링은 거의 필요가 없다. 반대로, 응력민감재료의 자기특성은 작은 탄성응력조차에서도 상당히 떨어진다. 이러한 재료는 최종성형단계후에 주의 깊게 어닐링 해야 한다.

3. 자기변형이 거의 영일때, 자기재료는 ac 여기(excitation)하에서 자기변형에 의해 감소되는 마그네토-기계적 결합에 의해 낮은 포화보자력과 줄어든 에너지손실에 기인하여 작은 자기손실을 보여준다. 이러한 영에 가까운 자기변형재료의 철손(core loss)은 아주 낮아진다. 따라서, 영에 가까운 자기변형 자기재료는 유용하므로 낮은 철손과 높은 투자율이 요구된다. 이러한 응용은 권자(tape wound) 그리고, 적층자기부품 예를 들어 전력변압기(power transformers), 가포화리액터(saturable reactor), 선형리액터(linear reactor), 인터페이스 변압기(interface transformers), 시그널 변압기(signal transformers), 자기기록헤드 (magnetic recording heads)등을 포함한다. 전자기 디바이스에는 ac 여기하에서 음향소음을 거의 발생하지 않는 영에 가까운 자기변형 재료가 들어간다. 그 이유는 상기한 바와 같이 철손이 줄어들고, 많은 전자기 디바이스에서 가청 험(audible hum)이 상당히 줄어들기 때문에 그 자체로 바람직한 특성이기 때문이다.

영 또는 영에 가까운 자기변형 결정체의 합금으로는 3개가 널리 알려져 있다:약 80원자퍼센트의 니켈을 포함하는 니켈-철 합금(예를 들어 "80니켈 퍼몰로이");약 90원자퍼센트의 코발트를 포함하는 코발크-철 합금;약 6.5중량퍼센트의 실리콘을 포함하는 철-실리콘 합금이다. 이들 합금중에서 퍼멀로이는 다른 것 들 보다는 폭 넓게 사용되고 있는데, 그 이유는 영의 자기변형과 낮은 자기이방성을 둘다 달성할 수 있도록 만든 것이기 때문이다. 그러나, 이들 합금은 기계적 충격에 민감한 경향이 있어 그 응용에는 한계가 있다. 코발트-철 합금은 강한 음성 자기결정 이방성 때문에 우수한 연자기특성을 제공하지 못한다. 비록 근래에 6.5%실리콘을 함유하는 철계 결정합금[J. Appl.Phys.Vol.64,p.5367(1988)]이 제조에 의해 약간 개선되었기는 하지만, 기술적인 경쟁재료로서 이들의 폭넓은 채택은 아직 보이지 않고 있다.

상기한 바와 같이, 금속유리질 합금에서 자기결정 이방성은 결정구조의 부재로 인해 실제로 부족하다. 따라서, 영의 자기변형을 가진 유리질 금속을 찾는 것이 바람직하다. 상기한 화학적 조성이 결정합금에서 영 또는 영에 가가운 자기변형을 갖는 효과에 대한 약간의 단서를 준다고 생각되어 지고 있다. 그러나, 그 결과는 기대와 다르다. 지금까지, 소량의 철을 갖는 Co 리치 그리고 Co-Ni계 합금에서는 유리질 상태에서 영 또는 영에 가까운 자기변형을 보여주고 있다. 이들 합금의 예로서는 Co₇₂Fe₃P₁₆B₆Al₃(AIP Conference Proceeding. No.24.pp.745-746(1975))와 Co_31.2Fe_7.8Ni_39.0B₁₄Si₈(Proceeding of 3^rd International Confererence on Rapidly Quenched Metals,p.183(1979))이 보고되어 있다. 영에 가까운 자기변형을 갖는 Co리치 금속 유리질 합금은 METGLAS® 합금 2705M과 2714A(AlliedSignal Inc.) 그리고, VITROVAC®6025와 6030(Vacuumschmelze GmbH)의 상품명으로서 상업적으로 통용되고 있다. 이들 합금은 고주파에서 작동하는 다양한 자기부품에 사용되고 있다. 오직 Co-Ni계 금속 유리질 합금계인 합금(VITROVAC 6006)만이 침해방지표시(U.S. Patent No. 5,037,494)되어 상업적으로 통용되고 있다. 물론, 실존하는 합금 보다 자기적으로 뛰어난 새로운 Co와 Ni계 자기금속 유리질 합금이 요구되고 있다.

본 발명에 따르면, 적어도 70% 유리질과 낮은 자기변형을 갖는 자기합금이 제공된다. 금속 유리질 합금은 Co_aNi_bFe_cM_dB_eSi _fC_g 의 조성으로 여기서, M은 Cr, Mo, Mn과 Nb로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 하나의 원소이고, "a-g"는 원자퍼센트로, "a-g"의 합은 100이며, "a"는 약 25에서 약 60까지의 범위, "b"는 약 5에서 약 45까지의 범위, "c"는 약 6에서 약 12까지의 범위, "d"는 약 0에서 약 3까지의 범위 "e"는 약 5에서 25까지의 범위, "f"는 약 0에서 약 15까지의 범위, "g"는 약 0에서 6까지의 범위이다. 금속 유리질 합금은 약 -3에서 +3ppm까지의 포화 자기변형의 값을 갖는다. 금속유리질 합금은 용융물에서 리본 또는 시트 또는 와이어 형태로 급속응고되어 주조되고, 자기부품을 형성하기 위해 감겨지거나 적층된다. 필요에 따라, 자기부품은 그 결정화 온도 아래에서 자기장상태 또는 자기장이 없는 상태에서 열처리(어닐링)된다. 그 결과 자기코아 또는 부품은 직사각형(rectangular type)에서 선형(linear type)의 B-H특성을 갖는 인덕터가 된다.

본 발명의 방법에 따라 열처리된 금속 유리질 합금은 특히 고주파에서 작동하는 디바이스 예를 들어 가포화리액터, 선형리액터, 전력변압기, 시그널 변압기 등에 사용하기에 적합하다. 본 발명의 금속 유리질 합금은 또한 전자감시스템(electronic surveillance systems)에 자기 마커로서 유용하다.

낮은 포화 자기변형을 갖는 금속 유리질 합금은 고주파응용에 사용될 수 있는 많은 기회를 제공한다. 게다가, 합금이 저렴하다면 그 기술적 유용성이 증대될 것이다. 본 발명의 금속 유리질 합금은 다음과 같은 조성을 갖는다:

Co_aNi_bFe_cM_dB_eSi_fC_g 여기서, M은 Cr, Mo, Mn과 Nb으로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 하나의 원소이고, "a-g"는 원자퍼센트로, "a-g"의 합은 100이며, "a"는 약 25에서 약 60까지의 범위, "b"는 약 5에서 약 45까지의 범위, "c"는 약 6에서 약 12까지의 범위, "d"는 약 0에서 약 3까지의 범위 "e"는 약 5에서 25까지의 범위, "f"는 약 0에서 약 15까지의 범위, "g"는 약 0에서 6까지의 범위이다. 금속 유리질 합금은 약 -3에서 +3ppm까지의 포화 자기변형의 값을 갖는다. 상기 조성의 순도는 일반적인 상업관행에 기초한다. 금속 유리질 합금은 쉽게 입수할 수 있는 다른 곳에 나온 기술 예를 들어 1974년 11월 5에 공고된 미국 특허 3,845,805, 1974년 12월 24일에 공고된 미국특허 3,856,513호에 의해 편리하게 제조된다. 일반적으로, 금속 유리질 합금은 원하는 조성의 용융물에서 적어도 약 10⁵K/s의 속도로 연속적인 리본, 와이어 등의 형태로 퀸칭된다. 전체 합금조성의 약 20원자퍼센트의 보론, 실리콘과 카본의 합계는 합금의 유리질 형성능력에 양립한다. 그러나, M의 함유량 즉 "d"의 양은 "e+f+g"의 합이 20원자퍼센트를 초과할 때 많게는 2원자퍼센트를 초과하지 않는다. 본 발명의 금속 유리질 합금은 X선 회절, 투과전자현미경, 그리고/또는 시차주사열량법에 의한 결정으로 실질적으로 유리질이고, 즉 적어도 70% 유리질이며, 바람직하게는 적어도 약 95%유리질이며, 가장 바람직하게는 100% 유리질이다.

본 발명에 따르는 대표적인 금속 유리질 합금은 표 1에 나와 있으며, 이들 합금의 주조상태의 특성 예를 들어 포화 인덕션(Bs), 포화 자기변형(λ_s) 그리고, 제1결정온도(T_x1)가 제시되어 있다.

[표 1 계속]

표 1에서 모든 합금의 포화 인덕션, B_s는 0.5tesla를 초과하고, 포화 자기변형은 -3ppm과 +3ppm의 범위내에 있다. 자기부품 크기의 관점에서는 높은 포화 인덕션을 갖는 것이 바람직하다. 포화 인덕션이 높은 자기재료는 보다 작은 크기의 부품으로 될 수 있다. 일반적으로 널리 사용되는 많은 전자디바이스에서, 0.5tesla(T)를 초과하는 포화 인덕션은 상당히 높은 것으로 여겨진다. 본 발명의 합금은 포화 자기 변형이 -3ppm에서 +3ppm사이의 범위인데, 보다 바람직하게는 -2ppm에서 +2ppm의 범위이며 가장 바람직하게는 영에 가까운 것이다. 본 발명의 가 장 바람직한 합금의 예들은 다음을 포 함한다.

본 발명의 금속 유리질 합금의 열처리 또는 어닐링은 합금의 자기적특성을 유리하게 변경시킨다. 어닐링 조건의 선택은 구상하는 부품의 요구되는 성능에 달려 있다. 예를 들어, 부품이 가포화리액터에 사용된다면, 사각형 B-H루프가 바람직하다. 어닐링조건은 부품의 작용하는 필드 방향의 방향을 따라 자기장을 적용하는 것이 요구된다. 부품이 토로이드(toroid)의 경우에는 어닐링 필드 방향이 토로이드의 원주방향을 따른다. 부품이 인터페이스 변압기로 사용되는 경우에는 선형 B-H루프가 요구되고, 어닐링 필드 방향은 토로이드의 원주방향에 대하여 수직이 된다. 이러한 조건과 그 결로 얻어지는 특성을 보다 정확히 이해하기 위해서 도 1에 당해 기술분야에서 당업자에게 널리 알려진 전형적인 B-H루프를 나타내었다. 수직축은 자기인덕션 B로서 테스라(T)이며, 수평축은 적용된 자기장H로서 암페어/미터(A/m)이다. 도 1(a)는 외부자기장 없이 권자코아(tape-wound core)를 열처리 또는 어닐링한 경우이다. B-H루프는 사각형도 아니고 선형도 아니다. 이러한 거동의 종류는 포화 코아 응용에 적합하지 않을 뿐 아니라 사각이 중요하지 않은 고주파 변압기 응용에도 사용할 수 없다. 어닐링중 권자코아에 자기적으로 포화할 수 있는 충분한 자기장을 적용할 때, 그 결과로서 보여지는 직사각형 B-H루프는 도 1(b)과 같다. 직사각(또는 사각) 형태 B-H루프는 퍼스널 컴퓨터을 포함한 수 많은 종류의 전자디바이스용 현대 스위치 모드 파워 서플라이(modern switch mode power supplies)에 사용되는 자기증폭기(magnetic amplifiers)를 포함하는 가포화인덕터 응용에 적합하다. 어닐링중 토로이달 권자코아에 대해 수직으로 자기장을 적용한 경우 도 1(c)에 보여지는 형태의 직사각형 B-H루프를 갖는다. 전단(sheared) B-H 특성의 종류는 인터페이스 변압기, 시그널 변압기, 선형 인덕터, 자기초크(magnetic chokes) 등의 자기부품에 필요로 되어진다.

특별한 어닐링조건은 본 발명의 금속 유리질 합금을 사용하는 응용의 여러가지 형태에 기초를 두어야 한다. 이러한 예들은 아래에 주어진다.

다음의 본 발명의 상세한 설명과 본 발명의 합금의 B-H특성을 묘사하는 그래프인 후속하는 도면을 참조하면 본 발명은 보다 완전하게 이해되며 잇점들 또한 명확해지는데, 도 1에서 (a)는 자기장을 적용하지 않고 어닐링한 합금이고, (b)는 코아 원주방향을 따라 자기장을 적용하여 어닐링한 합금이며, (c)는 리본 코아에 대해 축방향을 따라 자기장을 적용하여 어닐링한 합금이다.

1. 샘플 준비

표 1에 나와 있는 금속 유리질 합금은 Chen 등의 미국특허 3,856,513에서 가리치는 대로 용융물을 약 10⁶K/s의 냉각속도로 급속냉각된 것이다. 그 결과로서 얻어진 리본은 전형적으로 10에서 30㎛의 두께와 0.5에서 2.5cm의 폭으로, x선 회절분석계(Cu-Kα방사선)와 시차주사열량법에 의한 중요한 결정도 없이 정하였다. 리본 형태에서 금속 유리질 합금은 단단하고, 광택이 나고, 경하고 연성이 있었다.

2. 자기측정

각 샘플의 포화자화, M_s는 공업용 진동샘플자기측정기(Princeton Applied Research)로 측정되었다. 이 경우에 리본은 여러개의 작은 사각형(약 2mm×2mm)으로 절단되었으며, 그들의 평형평면에 접하도록 샘플홀더에 위치되어 최대 약 800kA/m(또는 10kOe)의 도달하는 자기장이 적용되었다. 포화인덕션 Bs(=4πMsD)은 측정된 질량 밀도D를 사용하여 계산되었다.

포화 자기변형은 금속 스트레인 게이지가 부착된 하나의 리본샘플(약 3mm×10mm 크기)로 측정하였다. 스트레인 게이지가 부착된 샘플은 약 40kA/m(500Oe)의 자기장에서 놓여졌다. 스트레인 게이지에서 스트레인 변화는 다른 곳[Rev. Scientific Instrument, Vol.51,p.382(1980)]에서 설명된 저항 브릿지 회로에 의해 자기장의 방향을 샘플길이 방향에서 폭방향으로 변화하면서 측정하였다. 포화 자기변형은 λ_s=2/3(두 방향사이의 스트레인에서 차이)의 공식으로 결정되었다.

강자성체(ferromagnetic) 큐리온도, θ_f는 인덕턴스법에 의해 측정되었으며,또한 시차주사열량법에 의해 모니터링 되었으며, 결정화 온도를 결정하기 위하여 우선적으로 사용하였다. 화학적 성질에 따라, 결정화는 종종 한단계 이상 앞서서 일어난다. 첫번째 결정화온도는 본 응용에 더 많은 관련성이 있으며, 본 발명의 금속 유리질 합금의 첫번째 결정화온도는 표 1에 나와 있다.

금속 유리질 합금의 연속리본은 자기적으로 폐쇄형 토로이달샘플을 형성하기 위하여 보빈(3.8cm O.D)위에 감겨진 실시예1에서 기술된 절차에 따라 제조되었다. 각 샘플 토로이달 코아는 리본의 약 1에서 약 30g이 들어가며, 도 1에 보여지는 종류의 B-H루프를 얻기 위해 통상적으로 입수할 수 있는 B-H루프 추적기(tracer)에 감겨진 제1과 제2의 구리 권선(windings)이 구비되었다. 상기 코아는 IEEE 스탠더드 393-1991에서 기술된 방법에 의해 철손을 얻기 위해 사용되었다.

3. 주조상태 합금을 사용하는 자기부품

본 발명의 주조상태 합금을 사용하여 실시예2에 따라서 제조된 토로이달 코아를 테스트한 결과 라운드(round)형 또는 직사각형 또는 전단형의 B-H루프를 보여주었다. 표 1에서 합금 2, 3, 6, 20, 21, 39, 41, 49, 56, 57, 61과 63 합금의 dc 포화보자력과 dc B-H 직각도비(squareness ratio)는 표 2에 나타내었다.

합금번호	dc 포화보자력(A/m)	dc 직각도비
2	1.8	0.93
3	3.1	0.88
6	2.4	0.90
20	2.6	0.66
21	2.6	0.86
39	2.2	0.72
41	2.3	0.94
49	0.6	0.88
56	1.5	0.50
57	1.8	0.92
61	3.2	0.51
63	2.7	0.48

낮은 포화보자력과 다양한 B-H 직각도비는 본 발명의 합금이 다양한 자기응용 예를 들어 가포화리액터, 선형리액터, 전력변압기, 시그널 변압기 등에 적합하다는 것을 나타낸다.

4. 라운드형 B-H루프를 갖는 자기부품

실시예2에 따라 제조된 토로이달 코아(toroidal core)는 도 1(a)에 나타낸 B-H루프와 같은 어떠한 자기장의 존재 없이 어닐링되었다. 어닐링 온도와 시간은 변화시켰으며, 표 1의 일부 합금에 대한 dc 포화보자력과 B-H 직각도비 그리고, ac 철손은 표 3과 표 4에 나타내었다.

토로이드(toroids)의 포화보자력과 B-H 직각도비는 자기장을 적용하지 않고 어닐링되었다. 표 1에서 합금 40과 49는 207과 170℃의 큐리온도를 각각 갖는다.

합금번호	어닐링		dc B-H 루프 특성
	온도(℃)	시간(hours)	보자력 필드, A/m	직각도비
40	310	1.0	3.50	0.35
	330	0.5	3.10	0.35
	350	1.0	3.18	0.41
49	310	1.0	1.03	0.40
	330	0.5	0.96	0.42
	350	1.0	0.72	0.60

철손은 1과 50kHz 그리고, 0.1T 인덕션에서, 표 1의 합금 49가 약 30그램 무게가 나가도록 토로이달로 감겨진 코아에 대해 측정된 것이다. 이 코아는 자기장을 적용하지 않고 350℃에서 1시간 어닐링되었다.

철손 (W/kg)	주파수
	1kHz	50kHz
	5.5	265

라운드형 루프와 저 철손은 고주파 변압기와 같은 응용에 특히 접합하다.

5. 직사각형 B-H루프를 갖는 자기부품

실시예2에 따라 제조된 코아는 토로이드의 원주방향을 따라 800A/m의 자기장 하에서 어닐링되었다. 표 1의 일부합금을 가지고 dc B-H 히스테리시스 루프의 결과는 표 5에 나타내었다.

표 1의 금속 유리질 합금의 일부에 대한 포화보자력 H_c와 B-H직각도비(Br/Bs 여기서 Br은 잔류 인덕션이다). 합금은 코아 원주방향을 따라 800A/m의 dc 자기장을 적용하여 320℃에서 2시간 어닐링하였다.

합금번호	Hc(A/m)	B-H 직각도비
1	1.3	0.93
2	2.3	0.96
5	1.1	0.93
6	3.6	0.93
11	2.0	0.98
19	1.2	0.95
35	1.2	0.93
40	0.6	0.87
41	2.4	0.95
49	0.4	0.88
51	1.0	0.93
54	1.6	0.89
57	1.0	0.93

본 발명의 금속 유리질 합금은 자기 여기(magnetic excitation)방향을 따라 dc 자기장을 적용하여 소둔할 때 85%를 초과하는 높은 dc B-H직각도비와 4A/m 보다 낮은 포화보자력을 달성하는 것을 알 수 있으며, 나아가 가포화리액터와 같은 응용에 적합하다는 것을 알 수 있다.

실시예 2에 따라 표 1의 29, 30, 31, 65, 66와 67의 합금으로 만들어 토로이달로 감은 작은 코아에 5와 50kHz에서 ac B-H 루프와 철손을 측정하여 그 결과를 표 6에 나타내었다.

토로이달로 감겨진 작은 코아는 외경 12.5mm, 내경 9.5mm, 높이 4.8mm로 5kHz에서 B-H직각도비와 50kHz에서 철손을 측정하였다. 이들 코아는 표 1의 29, 30, 31, 65, 66과 67의 합금을 사용하여 만들었다. 각 코아의 무게는 1.5g이었다. 80A/m의 dc 자기장은 어닐링중에 이들 작은 코아의 원주방향을 따라 적용되었다.

합금	어닐링		ac B-H 루프 특성
			5kHz	50kHz
	온도(℃)	시간(hours)	직각도비	철손(W/kg)
29	360	1	0.93	330
30	350	1	0.91	170
31	360	1	0.88	85
65	350	1	0.93	220
66	350	1	0.92	170
67	370	1	0.91	140

85%를 초과하는 B-H 직각도비와 400W/kg보다 낮은 철손이 가포화 리액터와 같은 응용에 매우 적합하다. 이러한 리액터의 일례로는 자기증폭기가 있다. 자기증폭기의 가장 중요한 특징의 하나가 높은 B-H 직각도비이며, 대부분 통상의 합금에 대해 80~90% 사이의 범위에 있다. 따라서, 본 발명의 자기증폭기는 통상적으로 입수할 수 있는 대다수의 것들 보다도 우수하다. 이러한 자기증폭기는 퍼스널 컴퓨터를 포함한 전자디바이스용 스위치 모드 파워 서플라이에 폭 넓게 사용되고 있다.

6. 전단 B-H 루프를 갖는 자기부품

실시예 2에 따라 제조된 토로이달 코아는 토로이드의 원주 방향에 대해 수직으로 약 80kA/m(1kOe)의 자기장을 적용하여 350℃에서 1.5시간 동안 이어서 220℃에서 3시간 동안 어닐링하였다. 표 1의 32, 33, 66과 67 합금을 가지고 dc투자율을 측정한 결과를 표 7에 나타내었다.

합금번호	dc 투자율
32	1,000
33	1,850
66	1,900
67	2,700

상기 조건하에서 열처리한 합금은 도 1(c)와 같이 자기포화할 때까지 전단형 또는 선형 B-H 루프를 보여준다. 열처리중에 적용된 자기장은 재료가 자기적으로 포화되도록 충분히 높아야 한다. 전단형 또는 선형 B-H 특성은 펄스 변압기, 인터페이스 변압기, 시그널 변압기, 출력초우크(outout chokes) 등의 응용에 적합하다.

본 발명이 상세하게 기술되었는데, 이러한 상세한 내용을 엄격하게 고수할 필요는 없으며 변화와 변경이 추가된 청구범위에 의해 한정되는 본 발명의 범위내에 모두 해당한다라고 당해 기술분야에서 숙련된 자는 이해할 것이다.

Claims (18)

1. 70% 이상의 유리질이고;

   Co_aNi_bFe_cM_dB_eSi_fC_g의 화학식을 갖고, 여기서, M은 Cr, Mo, Mn과 Nb으로 이루어지는 그룹에서 선택된 하나 이상의 원소이고, "a-g"는 원자퍼센트로, "a-g"의 합은 100이며, "a"는 25에서 60까지의 범위, "b"는 5에서 45까지의 범위, "c"는 6에서 12까지의 범위, "d"는 0에서 3까지의 범위, "e"는 5에서 25까지의 범위, "f"는 0에서 15까지의 범위, "g"는 0에서 6까지의 범위이고;

   -3에서 +3ppm 사이의 포화 자기변형의 값을 갖고;

   라운드형 B-H 히스테리시스 루프, 직사각형 B-H 히스테리시스 루프 및 전단형 B-H 히스테리시스 루프 중 어느 하나의 B-H 히스테리시스 루프를 갖고; 그리고 0.5Tesla를 초과하는 포화값을 갖고, 단, d, f 및 g가 0(zero)일 때의 합금 Co_aNi_bFe_cB_e의 포화값이 0.5∼0.8Tesla인 자기합금.
2. 제 1항에 있어서, 상기 포화 자기변형의 범위는 -2×10^-6과 +2×10^-6의 사이임을 특징으로 하는 자기합금.
3. 삭제
4. 제 2항에 있어서, 상기 합금은

   

   로 이루어지는 그룹에서 선택된 하나의 조성을 갖음을 특징으로 하는 자기합금.
5. 제1항에 있어서, 상기 합금은 합금의 제1결정화 온도 아래의 온도에서 어닐링됨을 특징으로 하는 자기합금.
6. 제5항에 있어서, 상기 합금은 30에서 75%사이의 B-H 직각도비를 갖는 라운드형 dc B-H 히스테리시스 루프를 갖는 것을 특징으로 하는 자기합금.
7. 제5항에 있어서, 상기 합금은 5kHz에서 50%를 초과하는 B-H 직각도비를 갖는 라운드형 ac B-H 히스테리시스 루프를 갖는 것을 특징으로 하는 자기합금.
8. 제5항에 있어서, 상기 합금은 75%를 초과하는 B-H 직각도비를 갖는 직사각형 dc B-H 히스테리시스 루프를 갖는 것을 특징으로 하는 자기합금.
9. 제5항에 있어서, 상기 합금은 80%를 초과하는 5kHz에서의 B-H직각도비를 갖는 직사각형 ac B-H 히스테리시스 루프를 갖는 것을 특징으로 하는 자기합금.
10. 제5항에 있어서, 상기 합금은 전단형 또는 선형 dc B-H 히스테리시스 루프를 갖는 자기합금.
11. 청구항 7의 합금으로 구성되는 자기성분(magnetic element)을 갖는 고주파 변압기용 자기코아.
12. 청구항 8의 합금으로 구성되는 자기성분을 갖는 가포화 dc 인덕터용 자기코아.
13. 청구항 9의 합금으로 구성되는 자기성분을 갖는 가포화 ac 인덕터용 자기코아.
14. 청구항 9의 합금으로 구성되는 자기성분을 갖는 자기 감지 디바이스(magnetic sensing device)용 자기코아.
15. 청구항 10의 합금으로 구성되는 자기성분을 갖는 펄스변압기, 시그널 변압기, 쵸크(chokes) 등에 사용되는 자기코아.
16. 제11항, 제12항, 제13항, 제14항 및 제15항 중의 어느 한 항에 있어서,

    

    로 이루어지는 그룹에서 선택된 하나의 조성을 갖는 합금으로 구성되는 자기성분을 갖는 자기코아.
17. 제5항에 있어서, 상기 합금은 자기장하에서 어닐링됨을 특징으로 하는 자기합금.
18. 제5항에 있어서, 상기 합금은 자기장 없이 어닐링됨을 특징으로 하는 자기합금.

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