KR101105595B1 - 페라이트 제조방법 - Google Patents

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Abstract

넓은 주파수 범위에서도 고 효율을 구현할 수 있는 페라이트 제조방법이 개시된다. 질산바륨(Ba(NO3)2), 질산코발트6수화물(Co(NO3)2·6H2O) 및 질산제이철9수화물(Fe(NO3)3·9H2O)을 3:2:24의 비율로 혼합하여 액상의 혼합물을 형성하는 단계, 혼합물을 수산화나트륨(NaOH)으로 공침하여 금속화하는 단계, 공침된 혼합물을 세척 및 건조하는 단계, 세척 및 건조된 혼합물을 열처리하는 단계 및, 혼합물에 산화알루미늄(Al2O3)을 첨가하는 단계를 포함한다. 이와 같은 구성에 의하면, 유전율, 투자율, 유전손실 및 투자손실을 저감시킬 수 있어, 고 효율의 페라이트가 구현될 수 있게 된다.
페라이트, 안테나, 유전율, 투자율, 유전손실, 투자손실, 산화알루미늄.

Description

페라이트 제조방법{MANUFACTURE METHOD OF FERRITE}
본 발명은 안테나에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 주파수의 범위를 향상시켜 안테나의 효율을 향상시킬 수 있는 페라이트의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 무선기기라 함은, 장소에 구애받지 않고 어느 곳에서나 무선통신을 통해 정보를 송수신할 수 있는 기기를 총칭하며, 휴대폰, 팜PC 또는 PDA(Personal Digital Assistants; 개인용 디지털 보조기) 또는 HPC(Hand Held PC: 휴대용 PC) 등을 포함한다. 이러한 무선기기에는 무선으로 전자 정보를 송수신하는 안테나가 설치되며, 이 안테나에는 정보의 무선 송수신을 위해, RF(Radio Frequency) 자성소자가 채용된다.
상기 RF 자성소자는 다양한 타입의 페라이트(ferrite)를 이용해 구현될 수 있으며, 그 중에서 Ba3Co2Fe24O41로 구성되는 Z-타입 또는 헥사(Hexa) 페라이트는 수백 MHz에서 사용이 가능한 페라이트이다. 이러한 Z-타입 또는 헥사 페라이트는 투자율과 유전율이 높음으로써, 안테나의 소형화에 유리하다.
그런데, 상기와 같은 Z-타입 또는 헥사 페라이트를 이용한 RF 자성소자는 수 백 MHz 이상의 주파수에서는 투자손실값과 유전손실값이 커져 RF 자성소자로써 사용이 부적합하다는 단점을 가진다. 또한, 상기 Z-타입 또는 헥사 페라이트의 특성인 높은 투자율과 유전율에 의해 구현된 소형의 안테나의 경우, 감소된 단면적에 의해 효율 저하가 야기된다. 그로 인해, 상기 RF 자성소자로써 주파수 범위를 향상시킬 수 있도록 투자손실값과 유전손실값을 저하시킴과 아울러, 투자율과 유전율을 조절하여 안테나의 효율을 향상시킬 수 있는 방안이 요구된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 투자손실값과 유전손실값을 낮추어 주파수의 범위를 확장시킬 수 있는 페라이트의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 투자율과 유전율을 낮추어 안테나 효율을 향상시킬 수 있는 페라이트 제조방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 페라이트 제조방법은, 자성을 가지는 액상의 혼합물을 형성하는 단계, 상기 혼합물을 금속화하는 단계, 상기 금속화된 혼합물을 세척 및 건조하는 단계, 상기 세척 및 건조된 혼합물을 열처리하는 단계 및, 상기 열처리된 혼합물에 산화알루미늄(Al2O3)을 첨가하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 액상의 혼합물은 질산바륨(Ba(NO3)2), 질산코발트6수화물(Co(NO3)2·6H2O) 및 질산제이철9수화물(Fe(NO3)3·9H2O)을 3:2:24의 비율로 혼합하여 형성된다. 이러한 비율로 혼합된 상기 액상의 혼합물은 수산화나트륨(NaOH)에 의해 공침되어 금속화된다.
상기와 같이 금속화된 혼합물은 증류수로 세척되어, 110℃ 내지 130℃ 사이의 온도로 24시간 건조된다. 이렇게 건조된 혼합물은 900~1100℃ 사이의 온도로 1 차 열처리된 후, 1250~1350℃로 2차 열처리된다. 이때, 상기 산화알루미늄은 상기 1차 열처리단계 이후에, 상기 1차 열처리된 혼합물과 수% 내지 수십%의 무게비로 혼합된다. 상기와 같은 일련의 과정들에 의해 형성된 페라이트는 투자율, 유전율, 투자손실 및 유전손실이 낮다.
본 발명의 다른 측면에 의한 페라이트의 제조방법에 의하면, Ba3Co2Fe24O41로 형성된 혼합체를 준비하는 단계 및, 상기 혼합체에 Al2O3로 구성된 첨가물을 수% 내지 수십%로 혼합하는 단계를 포함한다. 여기서, 질산바륨(Ba(NO3)2), 질산코발트6수화물(Co(NO3)2·6H2O) 및 질산제이철9수화물(Fe(NO3)3·9H2O)을 3:2:24의 비율로 혼합하여 액상의 혼합물을 형성하는 단계, 상기 액상의 혼합물을 공침하는 단계, 상기 공침된 혼합물을 세척 및 건조하는 단계 및, 상기 건조된 혼합물을 2단계로 열처리하는 단계를 포함하며, 상기 첨가물 첨가단계는 1차 열처리된 혼합물에 첨가되어, 2단계 열처리된다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, Ba3Co2Fe24O41로 형성된 혼합체에 산화알루미늄(Al2O3)이 혼합됨으로써, 제조된 페라이트의 투자손실과 유전손실을 낮출 수 있게 된다. 그로 인해, 상기 페라이트가 수백 MHz 이상의 범위 즉, 수 GHz의 주파수 범위에서도 채용될 수 있다.
또한, 상기 페라이트에 산화알루미늄이 첨가됨으로써, 제조된 페라이트의 투 자율 및 유전율을 낮출 수 있게 되어 채용될 안테나의 효율을 향상시킬 수 있다. 아울러, 상기 페라이트에 첨가되는 산화알루미늄의 비율을 조절함으로써, 상기 페라이트의 유전율 및 투자율의 값을 원하는 값으로 조절할 수 있게 된다.
이하, 본 발명의 바람직한 일 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 페라이트(ferrite) 제조방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 2는 이러한 제조방법에 의해 제조된 Z-타입 페라이트(ferrite)가 도시된다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 페라이트(ferrite) 제조방법은, 액상의 혼합물 형성단계(S10), 금속화단계(S20), 세척 및 건조단계(S30), 열처리단계(S40) 및 첨가물 첨가단계(S50)를 포함한다. 이러한 단계를 하기에서 순차적으로 설명한다.
도 1의 도시와 같이, 우선, 자성을 가지는 액상의 혼합물을 형성한다(S10). 여기서, 상기 혼합물은 질산바륨(Ba(NO3)2), 질산코발트6수화물(Co(NO3)2·6H2O) 및 질산제이철9수화물(Fe(NO3)3·9H2O)이 소정 비율로 혼합되어 형성된다. 이때, 상기 질산바륨(Ba(NO3)2), 질산코발트6수화물(Co(NO3)2·6H2O) 및 질산제이철9수화물(Fe(NO3)3·9H2O)은 3:2:24의 비율로 혼합된다.
상기와 같이 액상의 혼합물이 형성되면(S10), 상기 혼합물을 금속화시킨다(S20). 이러한 액상 혼합물의 금속화를 위해, 침전반응시 아직 용해도에 이르지 않은 다른 물질이나 이온이 함께 침전하는 현상인 공침법(coprecipitation method)을 이용하여 금속화시킨다(S20). 본 발명에서는 상기 혼합물에 수산화나트륨(NaOH)을 혼합하는 공침법을 이용하는 것으로 예시한다. 그러나, 꼭 이를 한정하는 것은 아니며, 상기 액상의 혼합물로부터 금속을 추출할 수 있는 다양한 방법 중 어느 하나가 채용될 수 있음은 당연하다.
상기 공침된 혼합물은 세척 및 건조된다(S30). 상기 세척 및 건조단계(S30)는 구체적으로, 상기 공침되어 금속화된 혼합물의 슬러리를 증류수로 세척한다. 이 후, 상기 세척된 혼합물을 110℃ 내지 130℃ 사이의 온도로 24시간 건조시킨다. 본 실시예에서는 상기 세척된 혼합물을 도시되지 않은 건조기에서 120℃의 온도로 건조하는 것으로 예시한다.
상기와 같이 세척 및 건조된 혼합물은 열처리된다(S40). 상기 열처리단계(S40)는 2단계로 이루어지며, 제1열처리단계(S41)는 900℃ 내지 1100℃ 사이의 온도로 이루어지며, 제2열처리단계(S42)는 1250℃ 내지 1350℃ 사이의 온도로 이루어진다. 본 실시예에서는 제1열처리단계(S41)는 1000℃에서 이루어지며, 제2열처리단계(S42)는 1320℃에서 이루어지는 것으로 예시한다.
한편, 상기 제1열처리단계(S41) 이후에, 상기 1차 열처리된 혼합물에 첨가물이 첨가되는 단계가 수행된다(S50). 상기 첨가물은 산화알루미늄(Al2O3)으로써, 상기 1차 열처리된 혼합물과 수% 내지 수십% 즉, 1% 내지 20% 사이의 무게비로 첨가된다. 여기서, 상기 첨가물인 산화알루미늄은 제조될 페라이트의 투자손실값과 유전손실값을 낮추며, 투자율과 유전율을 낮추기 위해 첨가된다.
상기와 같이 산화알루미늄이 1차 열처리된 혼합물에 첨가된 후(S50) 2차 열처리되면(S42), 도 2에 도시된 바와 같은 페라이트(1)가 제조된다.
참고로, 상기와 같은 제조방법에 의해 제조된 페라이트(1)는 Ba3Co2Fe24O41로 구성된 혼합체에 수% 내지 수십% 즉, 1% 내지 20%의 혼합비율로 산화알루미늄이 첨가된 페라이트이다.
하기의 표 1에는 상기와 같은 제조단계에 의해 제조된 페라이트(1)의 첨가물인 산화알루미늄의 양에 따른 성능을 비교한 표이다.
Al2O3 의 비율(%) 0% 1% 10% 20%
Antenna Size(mm) 33 45 65 69
Peak Gain(dBi) -4.8461 0.68978 4.6384 4.9542
Efficiency(%) 10.893 38.877 87.65 95.04
상기 표 1과 같이, 상기 산화알루미늄이 0%로 혼합된 페라이트(1)에 비해, 상기 산화알루미늄의 첨가비율이 1%, 10% 및 20%로 증가할수록 상기 안테나의 사이즈는 증가되고, 안테나의 특정 방향에 대한 이득값인 피크 게인값도 증가된다. 뿐만 아니라, 상기 산화알루미늄의 혼합비율이 증가할수록, 상기 페라이트(1)의 효율 또한, 급격히 증가된다. 그로 인해, 상기와 같은 제조방법에 의해 제조된 페라이트(1)가 채용되는 안테나의 단면적을 증가시켜 안테나의 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 도 3 및 도 4를 참고하면, 상기와 같은 제조방법에 의해 제조된 페라이트(1)의 투자율, 유전율, 투자손실 및 유전손실을 나타낸 그래프가 도시된다. 참고로, 투자율, 유전율, 투자손실 및 유전손실은 안테나의 성능을 나타내는 지표로써, 상기 투자율은 물질의 자기적 성질을 나타내는 양이며, 상기 유전율은 유전체의 전기적인 특성으로써 저장될 수 있는 전하량을 나타내는 지표이다. 또한, 상기 투자손실은 자화 손실 양이며, 상기 유전손실은 유전체 속에서 열로 없어지는 에너지 손실 양을 나타낸다.
도 3의 도시와 같이, 상기 산화알루미늄의 첨가비율이 0%, 1%, 10% 및 20%로 증가될수록, 투자율과 유전율이 낮아짐과 아울러 주파수의 범위에 상관없이 일정함을 알 수 있다. 뿐만 아니라, 도 4의 도시와 같이, 상기 산화알루미늄의 첨가비율 증가가 상기 페라이트(1)의 투자손실 및 유전손실 저하에 영향을 미침을 알 수 있다. 그러므로, 상기 페라이트(1)를 구성하는 혼합체인 Ba3Co2Fe24O41에 산화알루미늄을 첨가함에 따라, 상기 페라이트(1)의 투자율과 유전율을 조절할 수 있음과 아울러, 투자손실과 유전손실의 감소로 보다 넓은 범위 주파수에서 채용될 수 있게 된다.
도 5를 참고하면, 상기 산화알루미늄의 첨가 비율에 따른 리턴로스(Return Loss)를 나타내는 그래프가 도시된다. 도 5의 도시와 같이, 상기 산화알루미늄의 첨가 비율이 0%, 1%, 10% 및 20%으로 증가 될수록, 상기 리턴로스값은 점차 저하된다. 이러한 리턴로스값 저하로 인해 수 GHz의 광대역 환경에서도 채용될 수 있는 페라이트 특성을 구비할 수 있게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 의한 페라이트의 제조방법을 설명하기 위한 순서도,
도 2는 도 1에 의해 제조된 페라이트를 개략적으로 도시한 사시도,
도 3은 본 발명에 의해 제조된 페라이트의 투자율과 유전율을 나타낸 그래프,
도 4는 본 발명에 의해 제조된 페라이트의 투자손실과 유전손실을 나타낸 그래프, 그리고,
도 5는 본 발명에 의해 제조된 페라이트의 리턴로스를 나타낸 그래프이다.

Claims (9)

  1. 자성을 가지는 액상의 혼합물을 형성하는 단계;
    상기 혼합물을 금속화하는 단계;
    상기 금속화된 혼합물을 세척 및 건조하는 단계;
    상기 세척 및 건조된 혼합물을 열처리하는 단계; 및
    상기 열처리된 혼합물에 산화알루미늄(Al2O3)을 첨가하는 단계;
    를 포함하는 페라이트의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 액상의 혼합물 형성단계는,
    질산바륨(Ba(NO3)2), 질산코발트6수화물(Co(NO3)2·6H2O) 및 질산제이철9수화물(Fe(NO3)3·9H2O)을 3:2:24의 비율로 혼합하는 것을 특징으로 하는 페라이트의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속화단계는,
    수산화나트륨(NaOH)으로 상기 액상의 혼합물을 공침시키는 것을 특징으로 하는 페라이트의 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 세척 및 건조하는 단계는,
    상기 혼합물을 증류수로 세척하는 단계; 및
    상기 세척된 혼합물을 110℃ 내지 130℃ 사이의 온도로 24시간 건조하는 단계;
    를 포함하는 페라이트의 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 열처리단계는,
    상기 건조된 혼합물을 900~1100℃ 사이의 온도로 1차 열처리하는 단계; 및
    상기 1차 열처리된 혼합물을 1250~1350℃로 2차 열처리하는 단계;
    를 포함하는 페라이트의 제조방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 산화알루미늄 첨가단계는,
    상기 1차 열처리단계 이후에, 상기 1차 열처리된 혼합물과 상기 산화알루미늄을 1% 내지 20%의 무게비로 혼합하는 것을 특징으로 하는 페라이트의 제조방법.
  7. Ba3Co2Fe24O41로 형성된 혼합체를 준비하는 단계; 및
    상기 혼합체에 Al2O3로 구성된 첨가물을 1% 내지 20%의 혼합비로 혼합하는 단계;
    를 포함하는 페라이트의 제조방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 혼합체 준비단계는,
    질산바륨(Ba(NO3)2), 질산코발트6수화물(Co(NO3)2·6H2O) 및 질산제이철9수화물(Fe(NO3)3·9H2O)을 3:2:24의 비율로 혼합하여 액상의 혼합물을 형성하는 단계;
    상기 혼합물을 공침하는 단계;
    상기 공침된 혼합물을 세척 및 건조하는 단계; 및
    상기 건조된 혼합물을 2단계로 열처리하는 단계;
    를 포함하는 페라이트의 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 첨가물 혼합단계는,
    상기 2단계 열처리단계 중 제1열처리단계가 완료된 혼합물에 상기 첨가물을 혼합하는 것을 특징으로 하는 페라이트의 제조방법.
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