KR101161625B1 - 와이 타입 페라이트 제조 방법 및 이에 의해 제조된 와이 타입 페라이트 - Google Patents

와이 타입 페라이트 제조 방법 및 이에 의해 제조된 와이 타입 페라이트 Download PDF

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Abstract

본 발명은 와이 타입 페라이트 제조 방법 및 이에 의해 제조된 와이 타입 페라이트에 관한 것이다.
본 발명에 따른 와이 타입 페라이트 제조방법은 일 회 이상 열처리하는 열처리 단계를 포함하며, 상기 열처리단계는 300℃ 내지 500℃에서 제 1차 열처리를 수행하는 단계 및 1100℃ 내지 1250℃에서 제 2차 열처리를 수행하는 단계를 포함한다.
본 발명에 의하면, 초기 원료의 일부를 치환하거나 첨가물을 추가하지 않고 열처리 온도만을 조절하여 낮은 유전율과 높은 투자율, 낮은 유전 손실과 낮은 투자손실 값을 가지는 와이 타입 페라이트를 제조할 수 있다. 따라서 고주파(3GHz 이하)용 소자로 적용이 가능하고, 와이 타입 페라이트의 제조 공정이 간단해질 뿐만 아니라 와이 타입 페라이트의 제조 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
와이 타입 페라이트, 열처리, 유전율, 투자율

Description

와이 타입 페라이트 제조 방법 및 이에 의해 제조된 와이 타입 페라이트 {Method For Making Y-Type Ferrite And Y-Type Ferrite Made By The Method}
본 발명은 와이 타입 페라이트 제조 방법 및 이에 의해 제조된 와이 타입 페라이트에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 낮은 유전율과 높은 투자율을 가지고, 낮은 유전손실 값과 낮은 투자손실 값을 가지는 와이 타입 페라이트의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 와이 타입 페라이트에 관한 것이다.
페라이트(ferrite)란 900℃ 이하에서 안정한 체심입방결정(體心立方結晶)의 철에 합금원소 또는 불순물이 녹아서 된 고용체이다. 다시 말해 페라이트는 철강의 금속조직학상의 용어로서, α철을 바탕으로 한 고용체 또는 고용된 원소의 이름을 붙여 실리콘 페라이트 또는 규소철 이라고도 한다.
이러한 페라이트는 현미경으로 보면 단상(單相)이며, 탄소가 조금 녹아 있는 페라이트의 흰 부분과 펄라이트의 검게 보이는 부분이 섞여 나타나는 특성이 있고, 고주파용 변압기, 픽업, 테이프 리코더 따위의 자기 헤드 등에 사용된다.
한편, 상기와 같은 페라이트 중에서 육방정계 페라이트의 일종인 와이 타입 페라이트(Y-Type ferrite)는 수백 MHz에서 수GHz까지 사용 가능한 고주파 소자용 소재로써, 8 내지 10의 유전율 및 2 내지 3의 투자율을 가진다.
와이 타입 페라이트의 유전율, 유전 손실 및 투자 손실이 낮고 투자율이 높은 경우, 와이 타입 페라이트를 사용한 고주파용 소자(예를 들어, 안테나 등)의 효율이 향상될 수 있다.
종래에는 와이 타입 페라이트를 제조하기 위한 초기 원료의 일부를 치환하거나 초기 원료에 첨가물을 혼합함으로써, 낮은 유전율, 낮은 유전 손실 및 낮은 투자 손실을 가짐과 동시에 높은 투자율을 가지는 와이 타입 페라이트를 제조하였다.
하지만 상기와 같이 초기 원료의 일부를 치환하거나 초기 원료에 첨가물을 첨가하는 종래의 와이 타입 페라이트 제조 방법은 초기 원료의 일부를 치환하기 위한 추가 공정을 실시해야 하는 번거로움 또는 첨가물이 추가됨에 따라 와이 타입 페라이트의 제조 비용이 상승하는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 고주파에서 전자부품 소재로 적용하기 위해서, 초기 원료의 일부를 치환하거나 첨가물을 추가하지 않고, 열처리 온도 조절을 통해 낮은 유전율, 높은 투자율 및 저손실 값이 확보되는 와이 타입 페라이트 제조 방법 및 이에 의해 제조된 와이 타입 페라이트를 제공하는데 있다.
본 발명에 따른 와이 타입 페라이트(Y-Type Ferrite) 제조 방법은, 일 회 이상 열처리하는 열처리 단계를 포함한다. 상기 열처리단계는, 300℃ 내지 500℃에서 제 1차 열처리를 수행하는 단계 및 1100℃ 내지 1250℃에서 제 2차 열처리를 수행하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 와이 타입 페라이트 제조 방법은, 상기 열처리 단계 이전에, 와이 타입 페라이트를 제조하기 위한 초기 원료를 제공하는 제공 단계, 상기 초기 원료를 혼합하는 혼합 단계, 상기 초기 원료를 혼합하여 만든 제 1 혼합 용액을 공침시키는 공침 단계 및 상기 공침된 물질을 세척 여과 및 건조시키는 건조 단계를 포함한다.
상기 초기 원료는, 바륨(Ba) 화합물, 코발트(Co) 화합물 및 철(Fe) 화합물을 포함하되, 상기 바륨 화합물은 바륨 염화물, 바륨 질산화물 및 바륨 황화물 중 어느 하나이고, 상기 코발트 화합물은 코발트 염화물, 코발트 질산화물, 및 코발트 황화물 중 어느 하나이며, 상기 철 화합물은 철 염화물, 철 질산화물 및 철 황화물 중 어느 하나이다.
상기 제공 단계는, 상기 바륨 화합물, 상기 코발트 화합물 및 상기 철 화합물을 1.7 내지 2.3 : 1.7 내지 2.3 : 10 내지 14의 몰(Mol)비로 제공하는 단계를 포함한다.
상기 공침 단계는, 수산화 나트륨(NaOH)과 과산화수소(H2O2)수를 혼합한 제 2 혼합 용액을 상기 제 1 혼합 용액에 첨가하여 공침시키는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 와이 타입 페라이트는 상기 제조 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 초기 원료의 일부를 치환하거나 첨가물을 추가하지 않고 열처리 온도만을 조절하여 낮은 유전율과 높은 투자율, 낮은 유전 손실과 낮은 투자손실 값을 가지는 와이 타입 페라이트를 제조할 수 있다. 따라서 고주파(3GHz 이하)용 소자로 적용이 가능하고, 와이 타입 페라이트의 제조 공정이 간단해질 뿐만 아니라 와이 타입 페라이트의 제조 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유 사한 기능을 지칭한다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
[본 발명의 실시예 ]
와이(Y) 타입 페라이트 제조 방법
도 1은 본 발명에 따른 와이 타입 페라이트 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
본 발명에서 와이 타입 페라이트란, 일반적으로 Ba2Co2Fe12O22의 화학식으로 나타나는 육방정계의 소프트 페라이트로써, 10㎓ 이상의 주파수 영역까지 투자율이 거의 저하하지 않는 등 고주파 특성이 뛰어나다.
이러한 와이 타입 페라이트를 제조하기 위한 초기 원료는 바륨(Ba) 화합물, 코발트(Co) 화합물 및 철(Fe) 화합물을 포함하되, 상기 바륨 화합물은 바륨 염화물, 바륨 질산화물 및 바륨 황화물 중 어느 하나이고, 상기 코발트 화합물은 코발트 염화물, 코발트 질산화물 및 코발트 황화물 중 어느 하나이며, 상기 철 화합물은 철 염화물, 철 질산화물 및 철 황화물 중 어느 하나이다.
여기서, 바륨은 스트론튬(Sr)으로 대체가 가능하며, 상기 코발트는 니 켈(Ni), 망간(Mn), 아연(Zn), 마그네슘(Mg), 구리(Cu) 중에서 어느 하나로 대체가 가능하다.
본 발명의 일 실시예에서는 설명의 편의를 위해 바륨 화합물을 질산 바륨(Ba(No3)2), 코발트 화합물을 코발트 질산화물인 질산코발트6수화물(Co(No3)2ㆍ6H2O)로 한정하고, 철 화합물을 철 질산화물인 질산제이철9수화물(Fe(No3)3ㆍ9H20)로 한정하여 설명하지만, 본 발명을 실제로 적용할 경우에는 이에 한정되지 않는다는 것은 물론이다.
도 1을 참고하여, 본 발명의 와이 타입 페라이트 제조 방법은, 초기원료인 바륨 질산화물{질산바륨(Ba(No3)2)}, 코발트 질산화물{질산코발트6수화물(Co(No3)2ㆍ6H2O)} 및 철 질산화물{질산제이철9수화물(Fe(No3)3ㆍ9H20)}을 제공하는 단계, 초기 원료를 용해시켜서 혼합하는 단계, 상기 초기 원료를 혼합하여 만든 혼합 용액을 공침시키는 단계, 상기 공침된 물질을 세척 여과 및 건조시키는 단계 및 상기 건조된 물질을 일 회 이상 열처리하는 단계를 포함한다. 여기서, 공침법이란 혼합 용액에서 목적이온을 침전시킬 때 다른 이온을 포함한 침전제(용액)를 혼합 용액에 첨가하여 목적 이온과 다른 이온을 함께 침전시키는 방법으로서, 본 발명의 실시예에서는 수산화 나트륨(NaOH)과, 과산화수소(H2O2)를 물에 녹인 과산화수소수가 혼합된 침전제를 이용하여 상기 초기 원료를 공침시킨다.
이에 대한 자세한 설명은 아래와 같다.
본 발명에 따른 와이 타입 페라이트를 제조하기 위해, 질산바륨, 질산코발트6수화물 및 질산제이철9수화물을 제공한다.(S110). 여기서, 질산바륨, 질산코발트6수화물 및 질산제이철9수화물, 즉 바륨 화합물, 코발트 화합물 및 철 화합물을 2:2:12의 몰(Mol)비로 제공하는 것이 바람직하다.
이렇게 제공된 질산바륨, 질산코발트6수화물, 질산제이철9수화물을 대기중에서 물에 완전히 용해시킴으로써, 질산바륨, 질산코발트6수화물, 질산제이철9수화물을 혼합한 혼합 용액을 만들고, 침전제를 혼합 용액에 첨가하여 혼합 용액을 공침시킨다(S120, S130). 여기서, 침전제는 2 내지 4 당량비의 수산화나트륨과 철2가 이온을 산화시킬 수 있는 화학양론적량의 1 내지 4배의 과산화수소수를 혼합한 수산화나트륨-과산화수소수 혼합 용액인 것이 바람직하다.
상기 단계 S130을 통해 공침된 물질, 즉 상기 혼합 용액에 침전제를 첨가하여 공침된 금속 수산화물을 세척 여과 및 건조시킨다(S140).
이렇게 건조된 금속 수산화물을 300℃ 내지 500℃의 온도에서 1차 열처리한다(S150). 여기서, 1차 열처리 온도는 400℃인 것이 바람직하다.
1차 열처리된 금속 수산화물을 1100℃ 내지 1250℃의 온도에서 2차 열처리한다(S160). 여기서, 2차 열처리 온도는 1200℃인 것이 바람직하다.
상기 과정을 통해 질산 바륨, 질산코발트6수화물 및 질산제이철9수화물은 와이 타입 페라이트로 합성된다.
열처리 조건
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 금속 수산화물을 300℃ 내지 500℃의 온도에서 1차 열처리를 수행하고, 1100℃ 내지 1250℃의 온도에서 2차 열처리를 수행하여 와이 타입 페라이트를 제조할 수 있다.
2차열처리조건
(1차열처리조건이 400℃일때)

유전율

유전손실

투자율

투자손실
1GHz 2.4GHz 1GHz 2.4GHz 1GHz 2.4GHz 1GHz 2.4GHz
800℃ 3.2 3.2 0.012 0.007 1.1 1.1 0.01 0.01
1000℃ 4.6 4.6 0.004 0.001 1.3 1.3 0.02 0.05
1200℃ 4.2 4.2 0.002 0.001 2.0 1.9 0.05 0.16
1250℃ 4.0 4.0 0.001 0.001 1.9 1.8 0.07 0.17
1300℃ 4.5 4.5 0.021 0.034 1.9 1.4 0.23 0.39
표 1은 1차 열처리 온도를 약 400℃로 고정했을시 2차 열처리 온도에 따른 유전율, 유전손실, 투자율 및 투자손실을 나타낸 표이다. 표 1을 참조하면 2차 열처리 온도가 약 1200℃ 일때부터 높은 투자율이 나타나며, 온도를 그 이상으로 올렸을 시에는 투자율은 상승하지 않지만 유전율, 유전손실 값 및 투자손실 값은 상승하는 것을 알 수 있다. 따라서, 표 1의 조건하에서 2차 열처리 온도를 약 1200℃로 함으로써, 높은 투자율과 낮은 유전율, 낮은 유전손실 값, 낮은 투자손실 값을 갖는 소재 개발이 가능함을 알 수 있다. 구체적으로, 2 이상의 높은 투자율과 5 이하의 낮은 유전율, 0.01 이하의 낮은 유전손실 값과 0.16 이하의 낮은 투자손실 값을 갖는 소재 개발이 가능하다.
또한, 아래의 표 2와 표 3에서와 같이 1차 열처리 온도를 약 800℃ 및 1000℃로 고정했을 때에도 표 1의 결과와 같이 2차 열처리 온도가 약 1200℃ 일 때 높은 투자율 값을 갖는다는 것을 알 수 있다.
2차열처리조건
(1차열처리조건이 800℃일때)

유전율

유전손실

투자율

투자손실
1GHz 2.4GHz 1GHz 2.4GHz 1GHz 2.4GHz 1GHz 2.4GHz
800℃ 4.5 4.5 0.009 0.008 1.2 1.2 0.005 0.009
1000℃ 4.9 4.8 0.007 0.005 1.2 1.2 0.012 0.05
1100℃ 7.9 7.8 0.002 0.001 1.8 1.8 0.04 0.15
1200℃ 7.0 7.0 0.008 0.001 2.5 2.3 0.21 0.56
2차열처리조건
(1차열처리조건이 1000℃일때)

유전율

유전손실

투자율

투자손실
1GHz 2.4GHz 1GHz 2.4GHz 1GHz 2.4GHz 1GHz 2.4GHz
1200℃ 9.8 8.8 0.005 0.001 2.1 2.0 0.14 0.21
1차열처리조건
(2차열처리조건이 1200℃일때)

유전율

유전손실

투자율

투자손실
1GHz 2.4GHz 1GHz 2.4GHz 1GHz 2.4GHz 1GHz 2.4GHz
400℃ 4.2 4.2 0.002 0.001 2.0 1.9 0.05 0.16
800℃ 7.0 7.0 0.008 0.001 2.5 2.3 0.21 0.56
1000℃ 9.8 8.8 0.005 0.001 2.1 2.0 0.14 0.21
한편, 표 4에서와 같이 2차 열처리 온도를 약 1200℃로 고정했을시, 1차 열처리 온도가 약 400℃일 때 2 이상의 높은 투자율과 5 이하의 낮은 유전율, 0.01 이하의 낮은 유전손실 값과 0.16 이하의 낮은 투자손실 값을 갖는 와이 타입 페라이트를 제조할 수 있다는 것을 알 수 있다.
결론적으로 1차 열처리 온도가 300℃ 내지 500℃(바람직하게는 400℃)이고, 2차 열처리 온도가 1100℃ 내지 1250℃(바람직하게는 1200℃)인 경우에 본 발명의 목적에 부합하는 최적의 와이타입 페라이트를 제조할 수 있게 되는 것이다.
와이 타입 페라이트 적용예
도 2는 유전율이 4, 투자율이 2인 캐리어를 동작주파수가 2.35GHz 인 안테나시스템에 적용했을시 각각의 유전손실과 투자손실에 대한 안테나의 동작이득을 나타낸 표이다.
도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 캐리어의 유전손실 및 투자손실이 낮을수록 안테나의 동작이득은 높아진다. 그러므로 본 발명의 목적에 맞게 제조된 와이 타입 페라이트를 캐리어에 적용했을시, 높은 이득을 가지는 안테나 시스템을 제조할 수 있다는 것을 알 수 있다.
이상 본 발명의 구체적 실시형태들을 참조하여 본 발명을 설명하였으나, 이는 예시에 불과하며 본 발명의 범위를 제한하는 것이 아니다. 당업자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 설명된 실시형태들을 변경 또는 변형할 수 있다. 본 명세서에서 설명된 각 기능 블록들 또는 수단들은 전자 회로, 직접 회로, ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 등 공지된 다양한 소자들로 구현될 수 있으며, 각각 별개로 구현되거나 2 이상이 하나로 통합되어 구현될 수 있다. 본 명세서 및 청구범위에서 별개인 것으로 설명된 수단 등의 구성요소는 단순히 기능상 구별된 것으로 물리적으로는 하나의 수단으로 구현될 수 있으며, 단일한 것으로 설명된 수단 등의 구성요소도 수개의 구성요소의 결합으로 이루어질 수 있다. 또한 본 명세서에서 설명된 각 방법 단계들은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 그 순서가 변경될 수 있고, 다른 단계가 부가될 수 있다. 뿐만 아니라, 본 명세서에서 설명된 다양한 실시형태들은 각각 독립하여서뿐만 아니라 적절하게 결합 되어 구현될 수도 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시형태가 아니라 첨부된 청구범위 및 그 균등물에 의해 정해져야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 와이 타입 페라이트의 제조 과정을 나타내는 순서도,
도 2는 유전율 4 투자율 2일 경우의 각각의 손실에 대한 안테나 효율을 나타낸 도면이다.

Claims (6)

  1. 와이 타입 페라이트(Y-Type Ferrite) 제조 방법에 있어서,
    와이 타입 페라이트를 제조하기 위한 초기 원료로서 바륨(Ba) 화합물, 코발트(Co) 화합물 및 철(Fe) 화합물을 포함하는 초기 원료를 1.7 내지 2.3 : 1.7 내지 2.3 : 10 내지 14의 몰(Mol)비로 제공하는 제공 단계;
    상기 초기 원료를 혼합하는 혼합 단계;
    상기 초기 원료를 혼합하여 만든 제 1 혼합 용액을 공침시키는 공침 단계;
    상기 공침된 물질을 세척 여과 및 건조시키는 건조 단계; 및
    상기 세척 여과 및 건조된 물질을 일 회 이상 열처리하는 단계로서, 300℃ 내지 500℃에서 제 1차 열처리를 수행하는 단계, 및 1100℃ 내지 1250℃에서 제 2차 열처리를 수행하는 단계를 포함하는 열처리 단계;
    를 포함하여 투자율 및 투자손실을 조절하되 소정 주파수 대역에서 투자손실이 0.2 이하가 되도록 하는 와이 타입 페라이트 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 바륨 화합물은 바륨 염화물, 바륨 질산화물 및 바륨 황화물 중 어느 하나이고, 상기 코발트 화합물은 코발트 염화물, 코발트 질산화물, 및 코발트 황화물 중 어느 하나이며, 상기 철 화합물은 철 염화물, 철 질산화물 및 철 황화물 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 와이 타입 페라이트 제조 방법.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 공침 단계는,
    수산화 나트륨(NaOH)과 과산화수소(H2O2)수를 혼합한 제 2 혼합 용액을 상기 제 1 혼합 용액에 첨가하여 공침시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 와이 타입 페라이트 제조 방법.
  6. 제 1 항, 제 3 항 또는 제 5 항 중 어느 한 항의 방법으로 제조된 와이 타입 페라이트.
KR1020090029204A 2009-04-06 2009-04-06 와이 타입 페라이트 제조 방법 및 이에 의해 제조된 와이 타입 페라이트 KR101161625B1 (ko)

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