KR100725546B1

KR100725546B1 - 자기 코어용 자성재료 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100725546B1
Application number: KR1020060017011A
Authority: KR
Inventors: 남중희; 김효태; 박상진; 김현식; 김기욱; 허정섭; 김종령
Original assignee: 요업기술원; (주)매트론
Priority date: 2006-02-22
Filing date: 2006-02-22
Publication date: 2007-06-08

Abstract

본 발명은 자기 코어용 자성재료로서 종래의 자기 코어용 재료인 철 분말에 육방정 페라이트(BaFe₁₂O₁₉) 분말을 첨가하여 성형시 성형밀도 및 자기특성을 향상시킨다.

이를 위하여 철 분말에 육방정 페라이트 분말이 첨가된 조성의 분말을 제조하고, 이를 성형하여 분말 성형체를 제조한다. 이때, 상기 육방정 페라이트 분말은 상기 철분말에 대하여 0.2wt% 내지 2wt%의 범위로 첨가되며, 상기 육방정 페라이트 분말의 평균입경은 0.6㎛ 내지 0.9㎛의 범위내로 된다.

자기 코어, 철, 육방정페라이트, 철손, 온간성형, 성형밀도

Description

자기 코어용 자성재료 및 그 제조방법 {MAGNETIC MATERIAL FOR MAGNETIC CORE AND THE MANUFACTURING METHOD THEREOF}

도 1a는 본 발명에서의 철 분말 조성물에 있어서 철 분말입자의 전자현미경(SEM) 사진.

도 1b는 본 발명에서의 철 분말 조성물에 있어서 육방정 페라이트 분말입자의 전자현미경 사진.

도 2는 본 발명의 실시예에 의하여 제조된 철 분말 성형체에 있어서 육방정 페라이트 분말의 각 첨가량에 따른 복소 투자율의 μ"값의 변화를 나타내는 그래프.

도 3은 본 발명에 의한 상기 실시예들에 의하여 제조된 철 분말 성형체에 있어서 육방정 페라이트 분말의 각 첨가량에 따른 철손(P_cm)값의 변화를 나타내는 그래프.

본 발명은 자기 코어용 재료로 사용되는 자성재료에 관한 것으로, 특히 성형 밀도와 자기특성이 개선된 자기 코어용 자성재료 및 그 제조방법에 관한 것이다.

최근 전자기기, 컴퓨터 관련분야 및 기계산업분야의 메카트로닉스화에 동반하여 대 전류 고주파수 대역에서 사용가능한 자기 코어(Magnetic Core)로서 중,소형 및 고성능의 연자기 특성을 나타내는 연자성 자기 코어용 재료의 수요가 급속히 증대되고 있다.

이와 같은 수요에 부응하기 위하여 Fe, Fe-Ni계와 같이 연자기 특성이 우수한 재료를 사용하여 재료의 손실은 최소화하면서 높은 생산효율을 갖는 자기 코어를 제작하기 위한 제조방법이 개발되고 있다.

이러한 제조방법으로서 최근에는 자기 코어의 분말 형식으로 개발되는 추세에 있으며, 특히 자기 코어 분말의 성형밀도가 클수록 철손(Core Loss)은 감소되므로, 이에 따라 성형밀도를 증가시키는 제조방법이 연구되고 있다.

일본특허공개공보 제2003-193105호에서는 제조공정에 온간성형(Warm Compaction)을 적용하여 자기 코어 분말을 성형하며 이에 윤활제를 사용함으로써 종래의 냉간성형(Cold Compaction) 방법보다 성형밀도를 0.15g/cm³ 만큼이나 더 증가시켰다. 또한, 유럽특허공개공보 제1117499호에서는 마찬가지로 온간성형법에 있어서 Fe계 금속분말의 첨가제로 금속성분, 흑연, 규소산화물 등을 기본조성으로 하고 이에 고온 윤활제를 사용하여 고밀도의 압분체를 제조하였다.

그러나, 이러한 기술들은 공정이 비교적 복잡하여 이를 단순화시킴과 동시에 제조단가를 더욱 절감할 수 있는 새로운 공정기술의 개발이 요구되고 있다.

이에, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 종래의 자기 코어용 재료인 철 분말에 육방정 페라이트(BaFe₁₂O₁₉) 분말을 첨가하여 성형시 성형밀도 및 자기특성을 향상시키는 자기 코어용 자성재료 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 자기 코어용 자성재료는 철 분말에 조성식 BaFe₁₂O₁₉로 되는 육방정 페라이트 분말이 첨가된 것을 특징으로 한다.

또한, 발명의 다른 특징으로서, 상기 육방정 페라이트 분말은 상기 철분말에 대하여 0.2wt% 내지 2wt%의 범위로 첨가되는 것을 특징으로 한다.

또한, 발명의 다른 특징으로서, 상기 육방정 페라이트 분말의 평균입경은 0.6㎛ 내지 0.9㎛의 범위내로 되는 것을 특징으로 한다.

또한, 발명의 다른 특징으로서, 본 발명에 의한 자기 코어용 자성재료의 제조방법은 철 분말에 육방정 페라이트 분말이 첨가된 조성의 분말을 제조하고, 이를 성형하여 분말 성형체를 제조하는 것을 특징으로 한다.

또한, 발명의 다른 특징으로서, 상기 성형방법은 단축압축성형, 압축압연성형, 정압압축성형, 온간단축압축성형, 온간정압 압축 성형(WIP) 중의 적어도 하나 이상으로 되는 것을 특징으로 한다.

또한, 발명의 다른 특징으로서, 상기 성형방법은 아연 스테아린산염, 마그네 슘 스테아린산염, 칼슘 스테아린산염이나 왁스 등의 윤활제를 사용하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

먼저, 본 발명에 의한 철 분말 조성물은 철 분말에 육방정 페라이트(BaFe₁₂O₁₉) 분말을 첨가한 조성을 기본조성으로 한다. 바람직하기로는 상기 육방정 페라이트 분말은 상기 철분말에 대하여 0.2wt% 내지 2wt%의 범위로 첨가된다.

도 1은 본 발명에서의 철 분말 조성물의 전자현미경(SEM) 사진을 나타내며, 도 1a는 철 분말을, 도 1b는 육방정 페라이트 분말을 각각 나타낸다.

본 발명에 의한 철 분말 조성물에 있어서, 철분말의 평균입경은 대략 35㎛ 내지 37㎛로 되며, 이에 첨가되는 육방정 페라이트 분말의 평균입경은 0.6㎛ 내지 0.9㎛로 됨이 바람직하다.

이와 같이 철분말은 상대적으로 입자가 큰 편이므로, 성형공정에 있어서 입자간 공극이 발생하게 되는 주요 원인이 된다. 따라서, 본 발명에 있어서 작은 입자분포를 갖는 육방정 페라이트 분말입자가 이러한 공극을 메움으로써 입자의 충전율을 증가시키고 높은 자기특성을 얻을 수 있게 된다.

또한, 상기 분말 입자의 형상으로서는 구형상, 판 형상, 플레이크(Flake) 형상, 침 형상 등 중에서 단수 또는 복수로서 조합되어 이루어질 수도 있다. 특히, 이러한 입자의 형상은 포화자화나 자기 이방성 등의 자기특성, 충전성, 압축성형성 등을 고려하여 선택할 수도 있다.

그리고, 본 발명에 있어서는 상기와 같은 기본조성으로 되는 철 분말 조성물을 성형하고, 이를 열처리(Annealing) 한다.

상기 성형방법으로서는 몰드(Mold)를 이용하여, 예를 들면 상하방향에서 가압압축하는 단축압축성형, 압축압연성형, 미립자를 고무형틀 등에 채워 전체방향에서 가압 압축하는 정압압축성형, 이들을 온간으로 실행하는 온간단축압축성형, 온간정압 압축 성형(WIP) 등의 적어도 하나 이상으로 실시될 수도 있다. 이때, 이들 압축성형은 최소한 1회 이상 실시될 수 있으며, 또한 이들의 여러 성형방법을 조합하여 실시될 수도 있다.

또한, 상기 성형공정에 있어서 아연(Zinc) 스테아린산염(Stearate), 마그네슘(Mg) 스테아린산염, 칼슘(Ca) 스테아린산염이나 왁스 등의 윤활제 또는 성형을 위한 보조제를 사용할 수 있다. 이들 윤활제나 보조제를 사용하는 경우 가온 등을 통하여 성형된 시편으로부터 휘발시켜 잔류하지 않도록 하는 것이 바람직하다. 특히, 윤할제인 경우는 다이(Die)의 내면 등 몰드와 입자가 접촉하는 부분에 가해지도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일실시예로서 상기 성형공정은 상기 철 분말 조성물 2g을 칭량하여 이를 링(Ring) 형태의 몰드(내경 7mm, 외경 12mm)에 충전한 후, 2축 프레스를 이용하여 상온에서 5t/cm²로 20분간 유지하여 단축압축 성형할 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예로서 이렇게 단축압축 성형된 성형체를 200℃ 내지 250℃의 온도범위에서 2시간 동안 유지하여 열처리 공정을 실시할 수 있다.

본 발명에 의한 상기 실시예에 의하여 제조된 철 분말 성형체에 있어서 육방정 페라이트 분말의 각 첨가량에 따른 복소 투자율(Complex Permeability: μ＝μ'＋μ")의 허수항 μ"의 값을 도 2에 나타낸다. 이때, 도 2는 열처리를 하기 이전의 성형체를 대상으로 한다.

이를 보면, 육방정 페라이트 분말의 첨가량이 증가함에 따라 μ"값이 최대로 되는 주파수가 고주파수대역으로 이동함으로써 동일 주파수대에서의 μ"값이 감소하며, 이에 따라 자기손실(tanδ＝μ"/μ')이 감소함을 알 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서 상기 실시예들에 의하여 제조된 철 분말 성형체에 있어서 육방정 페라이트 분말의 각 첨가량에 따른 성형밀도값을 아래 표 1에 나타낸다.

표 1

육방정 페라이트 분말 첨가량(wt%)	열처리 전(g/cm³)	열처리 후(g/cm³)
0	7.8726	7.9372
0.2	7.9037	7.9060
0.6	7.9584	7.9521
1.0	7.9480	7.9837
2.0	7.9392	7.9111

이를 보면 육방정 페라이트 분말의 첨가량이 증가함에 따라 성형밀도가 증가함을 알 수 있으며, 이는 앞서 설명한 바와 같이 입자가 큰 철분말에 의하여 발생한 공극을 입자가 작은 육방정 페라이트 분말입자가 충전하기 때문이다.

도 3은 본 발명에 의한 상기 실시예들에 의하여 제조된 철 분말 성형체에 있어서 육방정 페라이트 분말의 각 첨가량에 따른 철손(P_cm)값을 나타낸다. 이때, 도 3은 열처리를 하기 이전의 성형체를 대상으로 한다.

이 역시 육방정 페라이트 분말의 첨가량이 증가함에 따라 P_cm값이 최대로 되는 주파수가 고주파수대역으로 이동하여 동일 주파수대에서의 P_cm값이 감소함을 알 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 압축성형 자성재료는 종래의 자기 코어 재료인 철 분말에 육방정 페라이트(BaFe₁₂O₁₉) 분말을 첨가하여 성형시 성형밀도 및 자기특성을 향상시켰다.

또한, 본 발명에 의하면 별도의 고온에서의 소결과정을 거치지 않고도 단지 분말 성형만으로도 향상된 성형밀도를 가지므로, 공정이 단순화되고 제조경비가 절감된다.

아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이고, 이러한 수정, 변경, 부가 등은 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 한다.

Claims

철 분말에 조성식 BaFe₁₂O₁₉로 되는 육방정 페라이트 분말이 첨가된 것을 특징으로 하는 자기 코어용 자성재료.
제1항에 있어서,

상기 육방정 페라이트 분말은 상기 철분말에 대하여 0.2wt% 내지 2wt%의 범위로 첨가되는 것을 특징으로 하는 자기 코어용 자성재료.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 육방정 페라이트 분말의 평균입경은 0.6㎛ 내지 0.9㎛의 범위내로 되는 것을 특징으로 하는 자기 코어용 자성재료.
철 분말에 육방정 페라이트 분말이 첨가된 조성의 분말을 제조하고, 이를 성형하여 분말 성형체를 제조하는 것을 특징으로 하는 자기 코어용 자성재료의 제조방법.
제4항에 있어서,

상기 육방정 페라이트 분말은 상기 철분말에 대하여 0.2wt% 내지 2wt%의 범 위로 첨가되는 것을 특징으로 하는 자기 코어용 자성재료의 제조방법.
제4항 또는 제5항에 있어서,

상기 성형방법은 단축압축성형, 압축압연성형, 정압압축성형, 온간단축압축성형, 온간정압 압축 성형(WIP) 중의 적어도 하나 이상으로 되는 것을 특징으로 하는 자기 코어용 자성재료의 제조방법.
제4항 또는 제5항에 있어서,

상기 성형방법은 아연 스테아린산염, 마그네슘 스테아린산염, 칼슘 스테아린산염이나 왁스 등의 윤활제를 사용하는 것을 특징으로 하는 자기 코어용 자성재료의 제조방법.