KR101188135B1 - Ａｃ 애플리케이션용 고성능 자기 복합재 및 그 제조 공정 - Google Patents

Ａｃ 애플리케이션용 고성능 자기 복합재 및 그 제조 공정 Download PDF

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Abstract

향상된 자기 특성(낮은 히스테리시스손 및 낮은 와전류손)을 가진 AC 애플리케이션용 자기 복합재가 개시되어 있다. 복합재는 각각 상하면 및 대향 단부를 가진 자화가능 금속 마이크로라멜라 입자의 통합체를 포함하고 있다. 이 상하면은 복합재의 저항을 증가시키고 와전류손을 감소시키는 유전 코팅재로 코팅되어 있다. 유전 코팅재는 내화재로 제조되어 있고 라멜라 입자의 단부는 서로 금속야금학적으로 결합되어 있어 복합재의 히스테리시스손을 감소킨다. 자기 복합재를 제조하는 공정이 또한 개시되어 있다. 이 복합재는 변압기, 모터의 고정자 및 회전자, 제너레이터, 교류 발전기, 필드 컨센트레이터, 초크, 릴레이 전자기 액추에이터, 동기리졸버등과 같은 AC 애플리케이션용 디바이스를 제조하는데 적합하다.
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자기 복합재, 마이크로라멜라, 플레이크, 와전류손, 히스테리시스손, 코팅재

Description

ＡＣ 애플리케이션용 고성능 자기 복합재 및 그 제조 공정{HIGH PERFORMANCE MAGNETIC COMPOSITE FOR AC APPLICATIONS AND A PROCESS FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 일반적으로 자성체에 관한 것이고, AC 애플리케이션용 연자성 또는 임시 자기 복합재 및 그 제조에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 감소된 히스테리시스 및 와전류손 및 매우 양호한 기계적 특성을 가진 연자성 복합재에 관한 것이다. 본 발명의 자기 복합재는 10,000 Hz에 이르는 주파수에서 동작하는 기계의 고정자 또는 회전자 또는 릴레이의 일부; 또는 10,000 Hz에 이르는 주파수용 초크, 인덕터 또는 변압기와 같은 파워 애플리케이션 디바이스를 제조하는데 매우 적합하다.
자성체는 2개의 주요 클라스로 나누어지는데, 하나는 영구자성체(또한 경자성체로 불린다) 및 임시 자성체(또한 연자성체로 불린다)이다.
영구 자석은 큰 잔류 자기의 특성을 가지고 있어서 자화력의 제거후에 높은 자속 밀도가 잔류한다. 이 영구자석은 큰 히스테리시스 루프를 갖는 경향이 있는데, 이것은 자성체의 자기 유도를 생성하는 외부 자기장과 함께 자성체의 자기 유도의 변화를 도시하는 폐루프이고, 이때 이러한 자기장은 완전한 사이클을 통해 변 화된다. 영구 자석은 보통 물리적으로 하드 물질이고, 따라서 경자석으로 불린다.
소프트 또는 연자석은 낮은 값의 잔류 자기 및 작은 히스테리시스 루프를 가지고 있다. 이들은 보통 경자석보다 물리적으로 부드럽고 연자석으로 알려져 있다. 이상적으로, 연자석은 높이 포화된 자속 밀도에 이르는 큰 값의 투자율(μ)을 가지고 있어야 한다. 투자율(μ)의 값은 B/H이고, 여기에서, H는 인가된 자기장 또는 자력이고, 이것은 미터 당 암페어(A/M)로 표시되고 B는 자성체에 유도된 자속밀도이고, 이것은 테슬라로 표시된다(1 테슬라는 제곱 미터당 1 웨버(W/m2)에 해당한다.
연자성체는 변하는 자속을 유도해야만 하는 애플리케이션에 보통 사용된다. 이들은 종래에, 변압기, 전자 회로용 인덕턴스, 자기 스크린, 모터의 고정자 및 회전자, 제너레이터, 교류 발전기, 필드 컨센트레이터, 싱크로리졸버등을 제조하는데 사용되었다. 연자성체는 외부 유도 자기장의 작은 변화에 그리고 외부 자기장의 주파수를 영향을 주거나 가열시키는 일없이 신속히 반응해야만 한다.
따라서, 연자석은 교류에 주로 사용되고, 최대 효율을 위해, 변화하는 전기장과 연관된 에너지손실을 최소화하는 것이 중요하다. 종종 코어손으로 불리는 에너지손의 결과로 전기 에너지가 열 에너지로 변화하게 된다. 이러한 손실은 주어진 주파수(Hz)에서 주어진 자속밀도(테슬라)에 대한 watt/kg(W/kg)으로 보통 표시된다. 에너지 또는 코어손이 발생하는 2개의 주요 메커니즘이 존재한다. 연자성체는 포화상태에서 작은 히스테리시스 루프(작은 보자력(Hc)) 및 높은 자속 밀도(B) 를 가져야한다.
US 6,548,012에 잘 설명된 바와 같이, 히스테리시스손은 월 도메인 이동에 의해 방산된 에너지로 인한 것이고 이들은 주파수에 비례한다. 히스테리시스손은 화학적 구성 및 그 재료의 구조에 의해 영향을 받는다.
와전류는 자기장이 교류 자기장에 노출될 때 유도된다. 자기장의 방향으로 보통 이동하는 이러한 와전류는 줄(저항) 가열을 통한 에너지 손실로 이어진다. 와전류손은 주파수의 제곱에 따라 변하고 저항과 반대로 변하는 것으로 예측되고 있다. 따라서, 상당량의 와전류손은 자성체의 전기 저항에 종속되어 있다.
종래에, 저주파수 및 중간 주파수 애플리케이션(50 Hz 와 50,000Hz사이의)의 교류 전류에 대한 연자성 파트는 기본적으로 각각 장점 및 한계를 가지고 있는 2개의 상이한 기술을 사용하여 제조되었다.
19세기말 이후에 가장 널리 사용되 것은 펀칭 및 스태킹 강 라미네이션으로 구성되어 있다. 이러한 주지된 공정은 스크랩 재료가 스탬핑동안에 라미네이션의 에지 및 노치로부터 발생되기 때문에 재료손실을 수반한다. 이러한 재료 손실은 일부 특정 합금으로 인해 매우 비쌀 수 있다. 이러한 공정은 또한 제조될 파트의 치수보다 큰 치수의 재료의 데폴트 프리 롤을 필요로 한다. 라미네이션은 파트의 최종 지오메트리 또는 이 최종 지오메트리의 서브디비젼을 가지고 있고 유기 및/또는 무기 절연재로 코팅될 수 있다. 에지 벌(burr)과 같은 라미네이션상의 모든 불완전성은 최종 파트의 스태킹 팩터를 감소시키고 따라서 그 최대 유도량을 감소시키게된다. 또한, 라메네이션의 대량 생산으로 인해 구리 권선을 돕기 위해 원형상 에지를 가진 설계가 곤란하다. 라미네이션의 평면 특성으로 인해, 이들을 사용하면 자기장의 2차원 분포를 가진 디바이스의 설계는 제약을 받게 된다. 사실, 자기장은 라미네이션의 평면에서만 이동하도록 제한되어 있다.
라미네이션의 비용은 이들의 두께와 관련되어 있다. 와전류에 의해 발생된 에너지손실을 제한하기 위해, 애플리케이션의 자기장 주파수가 증가함에 따라, 라미네이션 두께는 감소되어야한다. 이것은 재료의 압연 비용을 증가시키고 절연 코팅재의 상대적인 중요성 및 벌 및 라미네이션의 불완전한 표면 마무리로 인한 최종 파트의 스태킹 팩터를 감소시킨다. 라미네이션은 따라서 적합하게 되지만 저주파수의 애플리케이션에 제한된다.
20세기 초 이후에 잘 알려진, AC 애플리케이션용 연자성 파트의 제조를 위한 제2 공정은 사용된 입자가 코팅재에 의해 서로 전기적으로 절연되는 대량 생산 파우더 금속야금 공정의 한 변형이다(미국 특허 421,067; 1,669,649; 1,789,477; 1,850,181; 1,859,067; 1,878,589; 2,330,590; 2,783,208; 4,543,208; 5,063,011; 5,211,896). 파우더 입자 사이의 전기 접촉의 형성을 방지하여 와전류손을 방지하기 위해, 파우더 입자는 AC 애플리케이션에 대하여 소결되지 않는다. 이러한 공정으로부터 파생된 파트는 보통 "연자성 복합재 또는 SMC"로 보통 불린다. 이러한 공정이 재료 손실을 제거하는 장점을 갖는다는 것은 명백하다.
SMC는 등방성을 갖고 있어서 자기장이 3차원으로 이동할 수 있도록 하는 컴포넌트를 설계할 가능성을 제공한다. 또한 SMC로 인해 종래의 파우더 금속야금 프레싱 기술을 사용한 원형상의 에지의 생산하는 것이 가능하다. 상술된 바와 같이, 이러한 원형상 에지는 전기도체를 감는데 도움이 된다. 원형상 에지의 보다 높은 곡선 반지름으로 인해 전기 도체는 보다 적은 절연을 필요로 한다. 또한, 연자성 파트의 원형상 에지로 인한 도체의 길이의 감소는 동손(전자기 디바이스내의 전류를 나르는 전기 도체의 전기 저항으로 인한 손실)은 물론 사용된 구리의 양을 최소화할 수 있도록 하기 때문에 유리하다.
원형상 에지로 인해, 전기 컴포넌트의 전체 치수는 전기 권선이 연자성 파트에 의해 보통 채워진 볼륨내에 부분적으로 놓이기 때문에 감소될 수 있다. 또한, 재료의 등방성 및 프레싱 공정의 프리덤의 게인으로 인해, 전체 생산량을 증가시키고 전기 기계의 동일한 전력 출력에 대한 볼륨 또는 하중을 감소시키는 새로운 설계가 가능한데, 이것은 3차원으로 자기장을 보다 양호하게 분포시키고 이동시키는 것이 가능하기 때문이다.
파우더 금속야금 공정의 또 다른 장점은 최종 파트에서 라미네이션을 함께 고정시키는데 필요한 클램핑 수단을 제거할 수 있다는 것이다. 라미네이션에 있어서, 클램핑은 종종 라미네이션의 에지의 용접에 의해 대체된다. 후자의 방법을 사용하면, 와전류는 상당히 증가하게 되고, 상기 디바이스 또는 그 주파수 범위의 애플리케이션의 전체 생산량은 감소하게 된다.
SMC의 한계는 강 라미네이션과 비교하여 높은 히스테리시스손 및 낮은 투자율이다. 입자가 유도되는 와전류를 제한하기 위해 서로 절연되어야 하기 때문에, 투자율을 상당히 감소기키고 보자력을 증가시키는 공극이 재료내에 분포되어 있다. 또한, 절연재 또는 코팅재의 파괴를 방지하기 위해 SMC는 거의 완전히 어닐링되거 나 그레인 조대화를 통한 완전한 재결정화를 얻을 수 없다. 절연재를 잃지 않고 SMC를 어닐링하기 위해 보고된 온도는 논-환원성 분위기 및 부분적으로 또는 전체적으로 무기 코팅재를 사용할 때에 약 600℃ 이다(미국 특허 2,230,228; 4,601,765; 4,602,957; 5,595,609; 5,754,936; 6,251,514; 6,331,270 B1; PCT/SE96/00397). 보통 사용되는 어닐링 온도는 입자내의 잔류하는 스트레인을 완전히 제거하거나 재결정 또는 그레인 성장을 유발하기에 충분하지 않지만, 히스테리시스손의 실질적인 개선이 관찰된다.
궁극적으로, AC 애플리케이션을 위해 이제까지 개발된 비정규적이거나 구면 입자를 가진 연자성 복합재 모두에 대하여, 잔류 스트레인이 제거되고 그레인 성장이 마무리된 파트의 어닐링 사이클에 대하여 사용된 온도에서 가능했다 할지라도, 금속 그레인 치수는 입자의 크기에 제한되어 있다. 이러한 작은 그레인 크기는 투자율을 증가시키거나, 보자력을 감소시키거나 단순히 재료내의 히스테리시스손을 감소시킬 가능성을 제한한다. 사실, 금속 그레인이 작을 수록, 그레인 바운더리의 수는 보다 높아지고 보다 많은 에너지가 일방향으로 재료의 유도를 증가시키고 자기 도메인 월을 이동시키기 위해 필요하다. 따라서, 저주파수(400Hz 아래의)에서의 SMC 파트의 최종 전체 에너지 손실(또는 코어 손실)은 라미네이션과 함께 얻어지는 전체 에너지 손실보다 크다. 또한, 낮은 투자율값은 전자기 디바이스내의 동일한 유도 또는 토크를 얻기 위해 보다 많은 동선을 필요로 한다. 비정규적이거나 구면의 입자를 가진 SMC로써 제조된 파트의 최적화된 3차원 및 원형 권선 에지 설계는 저주파수에서 SMC 재료에서 만날 수 있는 보다 높은 히스테리시스손 및 낮은 투자율값을 부분적으로 또는 완전히 보상할 수 있다.
입자 사이의 너무 많은 전기 절연을 잃지 않고 콤팩트의 완전한 어닐링 및 재결정화를 허용하는 종래 연자성 복합재를 위한 고성능 무기 코팅재 및 공정을 개발하기 위한 노력이 일부 시도되어 왔다(미국 특허 2,937,964; 5,352,522; EP 0 088 992 A2; WO 0/058865). 이러한 종래 기술의 문헌에는 각각의 입자의 절연재의 확산 또는 상호작용에 의해 입자를 강화시키기 위한 약 1000℃ 이하에서의 가열 처리가 나타나 있다. 이러한 모든 경우에서, 목표는 연속 전기 절연 매개체에 의해 결합된 이산의 별개의 연자성 입자를 가진 연자성 복합재를 생산하는 것이다. 제조된 복합재의 DC 자기 특성(보자력 및 최대 투자율)은 라미네이션 형태로 재료를 구성하고 있는 메인 제조 연자석의 것보다 훨씬 더 열등하고 그래서, AC 자기장에서의 히스테리시스손은 보다 높고 동일한 토크에 도달하기 위해 필요한 동선의 감선수 또는 전류는 보다 더 커야 한다. 이러한 복합재의 특성은 10KHz 내지 1MHz 이상의 애플리케이션 주파수에 대하여 매우 적합하다. 파워 주파수가 타겟팅되어 있다면(미국 특허 EP 0 088 992 A2 및 WO 02/058865), 컴포넌트의 설계는 재료의 보다 낮은 투자율 및 보다 높은 히스테리시스손을 보상하여야 한다.
마지막으로, 연자성 컴포넌트를 제조하기 위한 라멜라 입자의 사용의 장점을 발견한 사람 일부는 어닐링 온도를 억제할 수 있는 코팅재를 개발하였는데, 이 온도는 파트내의 잔류 스트레인의 주요 부분을 제거하는데 충분히 높은 온도를 말하는 것이다(미국 특허 3,255,052; 3,848,331; 4,158,580; 4,158,582; 4,265,681). 다시 한번, 400Hz 아래의 주파수에서의 AC 자기장에서의 에너지 손실 및 자기 특성 은 복합재내의 높은 절연을 유지하기 위해 연자성 입자 상의 금속 확산이 방지되기 때문에 상업적으로 사용되는 양호한 라미네이션 강 또는 실리콘 강에 의해 도달되는 것들이 아니다.
모든 실제 연자성 복합재가 이산 금속 매개체이기 때문에, 재료의 기계적 힘은 절연 코딩재의 힘으로 제한되어 있다. 재료가 부서질 때, 유기 또는 무기(비트러스/세라믹) 코팅재내의, 금속 입자 사이에서 분리가 발생한다. SMC의 기계적 동작은 따라서, 플라스틱 변형의 가능성이 전혀 없이 깨지기 쉬운 상태가 되고 그 힘은 항상 금속야금학적으로 결합된 재료의 것보다 훨씬 더 낮다. 이것이 SMC의 중요한 한계이다.
DC 자기 애플리케이션용 파트를 제조하기 위해 현재 사용되는 소결된 철 논 코팅된 파우더 컴포넌트가 종래기술에 공지되어 있다. 이러한 소결된 파트는 낮은 저항을 가지고 있고 보통 AC 애플리케이션내에 사용되지 않는다. 문헌 또는 특허에서, 소결 처리(금속 대 금속) 또는 금속 확산이 수반될 때, 제조된 연자성 파트는 와전류가 중요하지 않은 DC 애플리케이션에 대한 것이거나(예를 들면, 미국 특허 4,158,581; 5,594,186; 5,925,836; 6,117,205) 구조적 파트와 같은 논 자기 애플리케이션에 대한 것이다.
본 발명의 목적은 향상된 자기 특성(즉, 보다 낮은 히스테리시스 및 와전류손실)을 갖는, AC 애플리케이션용 자기 복합재를 제공하는 것이다.
본 발명에 따라, 이러한 목적은 각각 상하면 및 대향 단부를가지고 있는 자화가능 금속 마이크로라멜라 입자의 통합체(consolidation)를 포함하는, AC 애플리케이션용 자기 복합재로써 얻어진다. 이 상하면은 복합재의 저항을 증가시키고 와전류손을 감소시키는 유전 코팅재로써 코팅되어 있다. 이 복합재는 코팅재가 내화재로 이루어지고 라멜라 입자의 단부가 서로 금속야금학적으로 결합되어 있어 복합재의 히스테리시스손을 감소시킨다는 특징을 가지고 있다.
금속야금학적으로 결합된다는 것은 소결 또는 단조 또는 입자 사이의 금속 확산을 허용하는 다른 임의의 다른 공정에 의해 얻어지는 입자 사이의 금속 확산을 수반하는 금속 조인트를 의미한다. 제1 바람직한 실시예에 따라, 금속야금학적으로 결합된 단부는 적어도 800℃, 보다 바람직하게는 1000℃ 초과하는 온도로 입자의 통합체를 가열함으로써 얻어진다. 제2 바람직한 실시예에 따라, 금속야금학적으로 결합된 단부는 통합체를 단조함으로써 얻어진다.
내화재는 고온의 영향을 결딜수 있는 재료를 의미한다. 코팅재는 적어도 1000℃ 의 온도에서 안정한 재료로 제조되어 있는 것이 바람직하다.
자기 복합재는 500 A/m 미만의 보자력을 가지고 있는 연자성 복합재인 것이 바람직하다.
복합재의 저항을 증가시키기 위해, 그래서 복합재가 교류 자기장의 영향하에 있을 때 와전류손을 감소시키도록 하기 위해, 코팅재 역시 유전체이다. 유전체가 내화성이기 때문에, 열 처리동안 입자의 각 상하면 사이의 금속 콘택트(금속야금학적 결합)의 형성을 방지하고 특정 전기 절연을 유지한다. 이러한 점에서, 이러한 내화재는 입자의 각 상하면용 확산 배리어로서의 역할을 한다. 소결 또는 금소야금학적 결합은 따라서 우선적이다.
예를 들어, 확산 배리어 또는 코팅은 두께 0.01㎛ 내지 10㎛, 보다 바람직하게는 0.05 ㎛ 및 2㎛ 사이의 두께의, 환원성 분위기에서 1000℃ 보다 높은 온도에서 안정한 실리콘, 티타늄, 알루미늄, 마그네슘, 지르코늄, 크로뮴, 붕소 산화물 및 이들의 조합과 같은 금속산화물 및 모든 다른 산화물일 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다. 마이크로라멜라 입자는 Fe, Ni, CO중 적어도 하나를 함유하는 금속 재료로 제조되는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 상기 마이크로라멜라 입자는 순철, 철 합금, 순니켈, 니켈 합금, 철-니켈 합금, 순코발트, 코발트 합금, 철-코발트 합금 및 철-닐켈-코발트 합금으로 구성된 그룹으로부터 선택된 재료로 제조되어 있다. 또한 바람직하게는, 마이크로라멜라 입자는 15 내지 150의 범위의 두께(e)를 가지고 있고, 3보다 크고 200보다 작은 길이 대 두께 비를 가지고 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 자기 복합재는 60 Hz의 주파수 및 1 테슬라의 AC 전자기장내의 적어도 4 mm 두께의 토로이드에 대하여 ASTM 스탠더드 A773, A927에 따라 시험될 때 2 W/kg 미만의 에너지 손실을 가지고 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기 자기 복합재는 다음의 자기 및 기계적 특성을 나타내는 것이 바람직하다.
- 100A/m 미만, 보다 바람직하게는 50A/m 미만, 보다 바람직하게는 25A/m 미만의 보자력;
- 적어도 1000, 바람직하게는 적어도 2500, 보다 바람직하게는 적어도 5000의 DC 투자율;
-적어도 125MPa, 바람직하게는 적어도 500MPa의 가로 파단 강도; 및
- (입자의 저속 박리로 인한) 기계 시험동안의 플라스틱 변형 존 등
본 발명은 또한
a) 자화가능 금속재로 제조되어 있고, 대향 단부와, 유전체 및 내화성 코팅재로 코팅된 상면 및 하면을 가지고 있는 마이크로라멜라 입자를 제공하는 단계;
b) 상기 마이크로라멜라 입자의 통합체를 얻기 위해 소정의 형상으로 상기 마이크로라멜라 입자를 압축시키는 단계; 및
c) 상기 마이크로라멜라 입자의 단부를 서로 금속야금학적으로 결합시키는 단계;를 포함하는 자기 복합재를 제조하는 공정을 포함하고 있다.
상기 금속야금학적으로 결합시키는 단계 c)는 상기 입자의 단부를 소결하기에 충분한 온도에서 상기 통합체를 가열하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 소결하기에 충분한 온도는 바람직하게는, 적어도 800℃인 것이고, 보다 바람직하게는, 적어도 1000℃이다.
대안으로, 상기 금속야금학적으로 결합시키는 단계 c)는 상기 통합체를 단조하는 단계를 포함한다.
마이크로라멜라 입자는
a1) 유전체 및 내화 코팅재로써 코팅된 상면 및 하면을 가지고 있고, 약 150 ㎛ 미만의 두께를 가지고 있는 자화가능 재료의 포일을 제공하는 단계; 및
a2) 상기 포일로부터 상기 마이크로라멜라 입자를 커팅하는 단계;에 의해 얻어지는 것이 바람직하다.
상기 마이크로라멜라 입자의 상면 및 하면상의 확산 배리어 또는 코팅재는 10㎛ 미만의 두께를 가지고 있는 코팅을 형성하도록 적용된 코팅 공정에 의해 얻어진다. 이러한 코팅 공정은 증착법(물리 증착(PVD), 화학 증착(CVD) 공정, 플라즈마 강화 증착법에 의해, 또는 이에 의하지 않고, 산화 전구체의 열 분해 또는 졸-겔 공정과 같은 공정을 사용한 침지 또는 스프레잉, 표면 반응 공정(산화, 인산화, 염 욕 반응) 또는 이 두 가지의 조합(포일 또는 입자의 액체 알루미늄 마그네슘 조내의 침지, 순금속 코팅의 CVD, PVD, 마그네트론 스퍼터링 공정 및 추가 단계 동안 형성된 코팅재를 산화하는 화학적 또는 열화학적 처리)에 의해 제조된다.
본 발명의 다른 목적 및 장점은 다음의 도면을 참조하여 아래의 상세한 설명을 읽을 때에 명백해질 것이다.
도 1a은 플레이키(마이크로라멜라) 재료의 전형적인 미세구조를 도시하는, 본 발명의 제1 바람직한 실시예에 따른 소결된 플레이키(또는 마이크로라멜라) 연자성 복합재의 트래스버스 컷(최적 자성 특성을 얻기 위해 임의의 필드의 라인이 보통 관통하는 평면)의 SEM 분석도이다.
도 1b는 소결동안 입자 사이의 부분적인 금속 확산을 보기 위해 보다 높은 진폭으로 도시된, 본발명의 제2 바람직한 실시예에 따른 포지된 자기 복합재의 트랜스버스 컷의 SEM 분석도이다.
도 2 및 도 3은 종래 기술의 자성 재료와 비교된 본 발명에 따른 연자성 복 합재의 자성특성을 도시하는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 제1 바람직한 실시예에 따른 연자성 복합재의 미세구조의 개략도이다.
본 발명의 복합재로 구성될 수 있는 AC 애플리케이션용 전형적인 고정자(2)를 도시하는 도 1a, 도 1b 또는 도 4에서, 본 발명에 따른 자기 복합재(10)는 각각 상하면 및 대향단부(14)를 가지고 있는 자화가능 금속 마이크로라멜라 입자(12)로 구성되어 있다. 이 상하면은 복합재(10)의 저항을 증가시키고 와전류손을 감소시키기 위해 유전 코팅재(16)로 코팅되어 있다. 이 복합재(10)는 코팅재(16)가 내화재로 구성되고 라멜라 입자(12)는 금속야금학적으로 이들의 단부(14)에 의해 결합되어 있어 복합재(10)의 히스테리시스손을 감소시키는 특징을 가지고 있다.
본 발명은 2개의 이미 존재하는 기술(즉, 라미네이션 스태킹 및 연자성 복합재)의 최상의 특성의 장점을 취하는 재료 및 제조 공정을 포함하고 있다. 이러한 기술로 제조된 재료는 양호한 기계적 특성 및 1 및 10000 Hz 사이에 포함된 주파수에서 탁월한 AC 연자성 특성을 얻기 위해 완전히 소결되거나 단조될 수 있다. 최종 파트의 히스테리시스손을 감소시키기 위해 그래서 최종 파트의 저주파수 전체 손실을 감소시키도록 하기 위해 라멜라 입자는 이들의 단부는 소결되거나 서로 금속야금학적으로 결합된다. 저주파수에서의 손실을 라미네이션 스태킹에서만큼 낮다. 고주파수에서의 손실은 와전류가 매우 얇은 라멜라 입자(0.0005 내지 0.002" 또는 12.5 내지 50㎛)의 사용에 의해 제한되기 때문에 역시 낮다. 전기 절연이 입 자사이에 전체가 아니더라도, 통계적으로, 절연 디펙트가 거의 정렬되지 않고 수층 이상에서는 정렬되지 않기 때문에 와전류는 불량한 절연을 가진 존에서 입자의 오직 2개 또는 3개의 층에 제한되어 있다(입자의 에지). 그 결과 0 및 400 Hz 사이에서 변하는 주파수에서의 전체 손실이 실리콘강(60 Hz 1.5T에서 3,5 W/kg)의 최상의 그레이드로 제조된 라미네이션 스택의 것과 유사한 복합재 재료를 얻을 수 있다. 이러한 복합재의 기계적 특성은 단조될 때, 65,000 psi(450 MPa)의 안정 저항을 가진 변형 존에 이어지는 플라스틱 변형(박리) 없이 125,000 psi(875 MPa)의 가로 파단 강도 값을 가진 이전에 개발된 모든 복합재보다 우수하다. 본 발명에 따른 복합재는 단조되기 보다는 단지 환원성 분위기에서 소결될 때, 망상구조의(경화) 수지(1800 psi, 125 MPa)를 함유하는 최상의 내기계성의 연자성 복합재의 것과 동일한 범위에서 TRS 값을 가지고 있다(Gelinas, C. et al. "Effect of curing conditions on properties of iron-resin materials for low freqency AC magnetic applications", Metal Powder Industried Federation, Advances in Powder Metallurgy & Particulate Materials - 1998; Volume 2, Parts 5-9 (USA), pp, 8.3 -8.11, June 1999). 모두 완전히 파단하기 전에 임의의 플라스틱 변형 없이 깨지기쉬운 컴포트먼트를 가지고 있는 이전의 개발된 연자성 복합재와는 달리, 본 발명의 소결 또는 단조된 복합재는 기계적 시험동안 플라스틱 변형 존 등 또는 연성 컴포트먼트를 나타낸다. 이러한 컴포트먼트는 복합재의 저속 박리에 기인한다.
본 발명에 따른 복합재를 만드는데 사용된 공정에 의해 주어진 기타 설계 자유(파우더 금속야금법은 3차원 설계를 가능하게 하고, 라미네이션 스태킹은 평면에 제한되어 있다)로 인해, 라미네이션 스택으로 제조된 동일한 컴포넌트에 의해 발생된 손실과 비교하여(동손을 포함하여) 본 발명의 복합재로 제조된 전자기 디바이스의 전체 손실을 감소시키는 것이 가능하다. 볼륨 및 무게 역시 본 발명의 복합재로 상당히 감소될 수 있다. 애플리케이션의 주파수가 증가함에 따라(500 Hz 이상), 비정규적인 입자로 제조된 종래 연자성 컴포넌트, 또는 완전히 서로 절연되어 있지 않고 소결되지 않은 얇은 마이크로라멜라 입자는 히스테리시스손이 분포된 공극으로 인해 보다 높을 지라도 와전류손의 양호한 발생점으로 인해 보다 낮은 전체 손실을 개발할 수 있다.
바람직한 실현 모드에 대한 상세한 설명
본 발명에 따른 연자성 애플리케이션(예를 들어, 변압기, 모터의 고정자 및 회전자, 제너레이터, 교류 발생기, 필드 컨센트레이터, 싱크로리졸버등)용 복합재는
- 순철, 20% 에 이르는 Cr, 5% 미만의 Mo, 5% 미만의 Mn을 함유할 수 있는 (20 내지 85%의 니켈 함유량을 가진) 철 니켈 합금; 10% 미만의 Mo, 10% 미만의 Mn 및 10% 미만의 Cr을 함유할 수 있는 80%의 최소 함유량 및 0 과 10% 사이의 실리콘 함유량가진 실리콘 철; 10% 미만의 Mo, 10% 미만의 Mn, 10% 미만의 Cr, 10% 미만의 실리콘을 함유할 수 있는 0 내지 100%의 코발트 함유량을 가진 철 코발트 합금; 또는 다른 합금 요소의 함유량이 최대 20%이고 모두 Ni 및 Co를 함유하는 Fe-Ni-Co g합금;을 사용하는 단계
- 실리콘, 티타늄, 알루미늄, 마그네슘, 지르코늄, 크로뮴, 붕소 산화물 및 이들의 조합 및 환원성 분위기에서 1000℃ 이상에서 안정한 모든 다른 산화물과 같은 0.01㎛ 내지 2㎛ 사이의 두께의 매우 얇은 전기 절연 무기, 내열 산화물로 한 쪽 또는 양쪽이 코팅된 10㎛ 와 500㎛ 사이, 바람직하게는 125㎛ 미만, 보다 바람직하게는 50㎛ 미만의 두께의 포일의 형태의 상기 인용된 재료(또는 합금)를 사용하는 단계
- 상기 포일은 스트립 주조 공정으로부터 개시하는(또는 하지 않는) 그리고 압연동안 일부 노멀라이징 또는 완전 어닐링 단계를 포함하는(또는 하지 않는) 스탠더드 열간 및 냉간 압연 공정(세미 처리된 전기 강 또는 실리콘 강 또는 완전히 처리된 전기 또는 실리콘 강 또는 압연에 의해 부수적으로 언급된 모든 다른 합금)으로부터 얻어지거나, 생산되는 폭에 관계없이 냉각된 회전 휠에 부수적으로 언급된 합금을 주조(멜트 스피닝, 플레이너 플로우 주조, 스트립 주조, 멜트 드래그)함으로써 얻어진다. 세미 처리된 강 또는 실리콘 강은 코팅을 받기 전에 또는 그 이후에 탈탄될 수 있다. 최적의 자기 특성을 얻는 그레인 조대화 처리(제2 결정화)는 가능할 때 코팅 이전에 이루질 수 있다.
- 코팅은 포일을 액체 알루미늄 또는 마그네슘 욕내에 침지함으로써, 물리 증착법(PVD) 또는 화학 증착법(CVD), 플라즈마 강화에 의해(또는 이에 의하지 않고), 또는 산화물 전구체의 열 분해를 수반하는 졸-겔 공정와 같은 공정 또는 임의의 공정을 사용하여 침지 또는 스프레잉함으로써 직접 얻어진다. CVD, PVD, 마그네트론 스퍼터링 공정으로 직접 산화출을 생성할 수 있거나 포일을 금속 욕내에 침지함으로써 순 금속 코팅재등을 생성할 수 있다. 이러한 경우에, 순 금속 코팅재 는 후속 공정동안 산화되어야 한다.
- 개시하는 포일이 자기적으로 최적이 아니었다면 자기 특성을 최적화하기위해 코팅 포일상에 환원성 분위기에서 고온에서 그레인 조대화 열처리를 행하는 단계
- 코팅되고 열처리되거나 열처리되고 코팅된 상기 인용된 포일을 라멜라 입자 또는 플레이크 형태로 커팅하는 단계. 코팅된 얇은 포일을 다이싱 또는 슬리팅 및 커팅함으로써 이러한 플레이크를 생성할 수 있다.
- 대안적인 공정이 용융된 금속으로부터 플레이크를 추출하기 위해 이가 있는 휠(많은 작은 그루브로 기계가공됨)에 의한 멜트 드래그 공정에 의해 또는 파우더를 열간 또는 냉간 압연함으로써 (물 또는 가스 어토마이제이션과 같은 또 다른 방법에 의해 제조된) 보다 많은 구면 파우더로부터, 또는 용융된 입자가 응고되기 전에 월 또는 해머를 치는 로터리 전극 또는 디스크와 같은 어토마이제이션 공정으로부터 직접 플레이크를 제공한다. 플레이크는 기계 공정으로부터 나오는 리본을 커팅함으로써 최종적으로 제조될 수 있다. 이러한 모든 경우에, 코팅재는 커팅되는 리본 보다는 오히려 라멜라 입자상에 직접 적용되어 모든 에지가 코팅된다.
- 다음의 프레싱 공정을 돕기 위해 상기 인용된 코팅된 라멜라 파우더 또는 플레이크에 중량의 0.1 내지 1%에 해당하는 윤활유를 혼합하는 공정. 윤활유는 또한 라멜라 입자를 생산하는 커팅 공정 이전에 포일상에 직접 임의의 공정에 의해 인가될 수 있다.
- 적어도 하나의 사전 충전 다이를 라멜라 입자로 충전하는 공정, 사전 충전 다이는 충전 동안 진동하는 테이블상에 설치될 수 있다. 자기장은 또한 플레이크를 배향하기 위해 충전 동안 인가될 수 있다. 사전 충전 다이는 2 또는 3개의 높이로 분리될 수 있다. 라이트 프레싱(0.1MPa 내지10MPa) 후에, 사전 충전의 초기 높이의 1/3 또는 2/3만이 제조 프레스에 파우더 전달을 위해 보존될 수 있다. 이러한 사전 프레싱은 그 밀도를 증가시키고, 프레싱 축에 수직인 플레이크의 배향을 돕고, 제조 프레스의 다이의 후속 충전을 가속화하기 위한 것이다. 충전 또는 사전 충전 동작동안 또는 그 이후의 임의의 시간에, 0.1MPa 내지 10MPa의 범위의 압력이 인가될 수 있다.
- 프레스의 상부 펀치 및 하부 펀치의 동기화된 이동의 도움으로 사전 충전 다이(또는 그 초기 높이의 일 파트)로부터 프레싱 다이로 파우더를 전달하는공정, 상부 펀치 압력은 제조 프레스의 펀치 보다는 외부 임시 펀치로부터 올 수도 있다(예를 들어, 사전 충전 다이 라이트 압축에 사용되는 것과 동일한 것). 하부 펀치의 이동은 프레스의 충전 동안 일반적인 것이고 보통 "흡입 충전"으로 불린다.
- 온도의 증가를 사용하여 메인 프레스로 파트를 프레싱하는 공정. 통합 공정은 콜드, 웜 또는 핫 일축 압축 공정 또는 등축 압축 공정일 수 있다(콜드 또는 핫).
- 메탈이 메탈 콤택트를 형성하도록 하는 컴팩팅된 파트를 소결하는 공정. 기계적 및 자기 특성은 적어도 5 분 동안 1000℃를 초과하는 온도에서의 소결 공정 동안 상당히 증가된다. 많은 상이한 파트의 어셈블리는 보다 큰 또는 보다 복잡한 강성 파트를 얻기 위해 소결될 수 있다.
- 대안으로, 소결이외에, 압축된 파트는 1000℃ 를 초과하도록 사전 가열되어 단조될 수 있어 거의 완전한 밀도를 얻을 수 있다. 많은 상이한 파트의 조합은 동시에 단조되어 강성 파트를 생성할 수 있다.
- 대안으로, 재프레싱이 밀도를 증가시키기 위해 소결 파트에 행해질 수 있다.
- 최종 어닐링 또는 다른 소결 처리(더블 프레스-더블 소결 공정)가 재프레싱 단계가 파트상에 행해지는 경우에 행해질 수 있다.
- 추가 기계 동작이 필요하다면, 최종 어닐링이 최적 자기 특성을 얻기 위해 파트상에 행해질 수 있다.
- 최종 파트가 기계적 특성을 증가시키고 파트의 표면상에 일부 라멜라 입자가 분리되는 것을 방지하기 위해 액체 폴리머 또는 금속 또는 합금내에 침지될 수 있다. 임의의 표면 처리가 또한 파트의 표면을 수정하기 위해 행해질 수 있다.
- 프레싱되고 소결되거나 단조된 최종 파트에 다음 처리가 행해질 수 있다. 다음 처리는 예로서 주어져 있고 가능한 처리가 다음 예에 제한되지 않는다. 최종 파트는 기계적 특성, 내마모성 및 내부식성을 증가시키기 위해 연속 열 처리 동안 하나 이상의 금속 및 합금으로 용침될 수 있다. 또한 파트는 기계적 특성, 내마모성 또는 내화학성을 향상시키기 위해 유기 물질에 의해 침윤될 수 있다. 최종 파트는 도한 열 스프레이되거나 많은 다른 형태의 표면 처리가 행해질 수 있다.
자기 특성(상대적인 투자율은 1000을 초과한다) 및 18,000 psi(125MPa)를 초과하는 기계적 특성(가로 판단 강도(MPIF 스탠더드 41))과 결합된 제품의 금속야금 술은 구체적이다. 사실, 도 1의 금속야금술은 복합재의 플레이키 특성을 명확하게 도시하고 있고 아래의 표 1에 보고된 특성은 그 입자 사이의 소결 또는 금속야금술 결합을 나타내고 있다. 또한, 파트의 특성은 15분 동안 1000℃ 에서의 환원성 분위기에서 파트를 가열함으로써 수정되지 않고, 이것은 그 내기계성이 대부분의 금속야금학적 저항 실제 연자성 복합재와 같은 유기 망상형의 수지로부터 나오지 않는다는 것을 나타내고, 1 또는 1.5 테슬라의 필드내의 10 내지 250Hz로부터 변하는 주파수의 함수로서 그 에너지 손실의 그래프상의 곡면의 경사로부터 산출된 전기 저항(도 2 및 도 3)이 환원성 처리 및 모든 다른 자기 복합재에 대조적인 소결의 초기이후에도 보존(낮은 와전류손)된다는 것을 나타내고 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 2개의 바람직한 실시예에 따른 소결된 마이크로라멜라 또는 플레이키 연자성 복합재의 금속야금법의 예(소결된 플레이키 연자성 복합재 SF-SMC)를 도시하고 있다. 표 1 및 도 2 및 도 3은 소결된 플레이키 연자성 복합재의 전형적인 자기 특성을 도시하고 있다.
예:
아래에 특성 및 에너지 손실(도 1 및 도 2 및 표 1)은 SF-SMC 에 대해 6mm(소결됨) 및 4mm(단조됨) 두께의 스탠더드 토로이드 표본에서 측정되었고 그 결과는 대략 동일한 두께의 일부 일반적인 라미네이션(실리콘 강 0.35 mm 두께의 라미네이션, 전기강 0.6mm 두께의 라미네이션) 또는 연자성 복합재(특허 4,265,681호에 대한 SMC 및 크라우제)와 비교되어 있다. 새로운 재료는 "SF-SMC"(소결된 플레이키-연자성 복합재)로서 식별되었다.
예 1: 1.0 테슬라의 유도량에서 그 결과가 표 1(SF-SMC FeNi 소결됨) 및 도 2에 보고된 링을 처리하는데 사용된 공정은 다음과 같다.
- D.C. 펄싱된 마그네트론 스퍼터링 반응 공정에서 0.4㎛의 알루미나로 50㎛ 두께의 Fe-47.5% Ni 포일의 일측을 코팅하는 공정,
- 순 수소 에서 1200℃ 에서 4 시간동안 리본을 어닐링하는 공정,
- 일측이 2mm 인 정사각형 라멜라 입자를 형성하기 위해 리본을 커팅하는 공정,
- 30 분동안 "V" 타입 믹서에서 0.5% 아크라왁스와 함께 입자를 혼합하는 공정,
- 1MPa 프레싱상태에서, 충전동안 사전 충전 다이를 진동시키면서, 플라스틱 사전 충전 다이를 혼합물로 충전시키는 공정,
- 콜드 프레싱하고 827 MPa로 프레싱하고 콤팩트를 방출하기 위해 상기 사전 충전 다이의 내용물을 강 다이내에 슬라이딩시키는 공정,
- 15 분 동안 600℃ 에서 콤팩트를 디러빙하는 공정,
- 30분동안 순 수소하에 1200℃ 에서 콤팩트를 가열하는 공정, 및
- 상기 콤팩트를 20℃/min로 냉각시키는 공정,
코팅되지 않은 파우더로 제조된 동일한 치수의 파트는 60hz에서 5배의 손실을 260Hz에서 6배의 손실을 내었다.
예 2: 1.5 테슬라의 유도량에서 그 결과가 표 1(SF-SMC FeNi 단조됨) 및 도 3에 보고된 링을 처리하는데 사용된 공정은 다음과 같다.
- D.C. 펄싱된 마그네트론 스퍼터링 반응 공정에서 0.4㎛의 알루미나로 50㎛ 두께의 Fe-47.5% Ni 포일의 일측을 코팅하는 공정,
- 순 수소 에서 1200℃ 에서 4 시간동안 리본을 어닐링하는 공정,
- 일측이 2mm 인 정사각형 라멜라 입자를 형성하기 위해 리본을 커팅하는 공정,
- 30 분동안 "V" 타입 믹서에서 0.5% 아크라왁스와 함께 입자를 혼합하는 공정,
- 1MPa 프레싱상태에서, 충전동안 사전 충전 다이를 진동시키면서, 사전 충전 다이를 혼합물로 충전시키는 공정,
- 콜드 프레싱하고 827 MPa로 프레싱하고 콤팩트를 방출하기 위해 상기 사전 충전 다이의 내용물을 강 다이내에 슬라이딩시키는 공정,
- 3분 동안 공기중에서 1000℃ 에서 콤팩트를 가열하고 620MPa에서 단조하는 공정,
- 순 수소하에 30분동안 800℃ 에서 콤팩트를 어닐링하는 공정.
코팅되지 않은 라미네이션으로 제조된 동일한 치수의 파트는 60Hz에서 6배의 손실을 260Hz에서 8배의 손실을 내었다.
예3: 결과가 표 1(SF-SMC Fe-3% Si 소결됨)에 보고된 링을 나타내는데 사용된 공정은 다음과 같다.
- 3%의 실리콘을 함유하는 철의 리본은 플레이너 플로우 주조법에 의해 제조된다(용융 프로덕트는 고속 회전 휠상에 직접 부어진다).
- 50㎛의 두께 리본은 알루미늄 이소프로폭사이드로 제조된 Sol-Gel 용액의 스프레이로 코팅되고 연속 공정에서 150℃에 도달함으로써 건조된다.
- 코팅된 리본은 2시간동안 1200℃ 에서 순 수소하에 어닐링되고 실온에서 천천히 냉각된다.
- 리본은 Sol-Gel 공정으로 또 다시 스프레이된다.
- 그후 리본은 정전 충전 시스템을 사용하여 EBS로써 스프레이되고 일측이 2mm인 정사각형 입자로 커팅된다.
- 입자는 플라스틱 사전 압축 다이에 부어지고 인치 제곱당 150 lb(1MPa)에서 사전 압축된다.
- 사전 압축된 입자는 강 다이(파우더 금속야금 압축 프레스)에 전달되고 인치제공당 60톤(827MPa)의 압축 압력에서 콜드 프레싱된다. 콤팩트는 방출된다.
- 그후 콤팩트는 디러빙 존, 1120℃의 고온 존 및 냉각 존을 포함하는 종래 소결로에서 소결된다. 1120℃ 에서의 시간은 대략 10분이다. 파트는 대략 20℃/min로 냉각된다.
예4: 결과가 표 1(SF-SMC Fe-3% Si 단조됨)에 보고된 링을 나타내는데 사용된 공정은 다음과 같다.
- 3%의 실리콘을 함유하는 철의 리본은 플레이너 플로우 주조법에 의해 제조된다(용융 프로덕트는 고속 회전 휠상에 직접 부어진다).
- 50㎛의 두께 리본은 알루미늄 이소프로프록사이드로 제조된 Sol-Gel 용액의 스프레이로 코팅되고 연속 공정에서 150℃에 도달함으로써 건조된다.
- 코팅된 리본은 2시간동안 1200℃ 에서 순 수소하에 어닐링되고 실온에서 천천히 냉각된다.
- 리본은 Sol-Gel 공정으로 또 다시 스프레이된다.
- 그후 리본은 정전 충전 시스템을 사용하여 EBS로써 스프레이되고 일측이 2mm인 정사각형 입자로 커팅된다.
- 입자는 플라스틱 사전 압축 다이에 부어지고 인치 제곱당 150 lb(1MPa)에서 사전 압축된다.
- 사전 압축된 입자는 강 다이(파우더 금속야금 압축 프레스)에 전달되고 인치제공당 60톤(827MPa)의 압축 압력에서 콜드 프레싱된다. 콤팩트는 방출된다.
- 3분 동안 공기중에서 1000℃ 에서 콤팩트를 가열하고 620MPa에서 단조하는 공정.
- 순 수소하에 30분동안 800℃ 에서 콤팩트를 어닐링하는 공정.
Figure 112005043171117-pct00001
본 발명이 바람직한 실시예에 의해 여기에 설명되어 있지만, 본 발명은 이러한 상세한 실시에에 제한되지 않고 다양한 변경 및 수정이 본 발명의 범위 또는 정신으로부터 벗어남 없이 이루어질 수 있다는 것을 이해해야 한다.

Claims (40)

  1. AC 애플리케이션용 자기 복합재에 있어서,
    상기 자기 복합재의 저항을 증가시키고 와전류손을 감소시키기 위해 유전 코팅재로 코팅된 상면 및 하면, 그리고 대향 단부를 각각 가지고 있는 자화가능 금속 마이크로라멜라 입자의 통합체를 포함하고 있고,
    상기 유전 코팅재는 내화재로 제조되고 상기 마이크로라멜라 입자의 단부는 금속야금학적으로 서로 결합되어 있어 상기 자기 복합재의 히스테리시스손을 감소시키는 것을 특징으로 하는 자기 복합재.
  2. 제1항에 있어서, 상기 자기 복합재는 500 A/m 미만의 보자력을 가지고 있는 연자성 복합재인 것을 특징으로 하는 자기 복합재.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 코팅재는 적어도 1000℃의 온도에서 화학적으로 그리고 물리적으로 안정한 재료로 제조되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 복합재.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 코팅재는 적어도 하나의 금속 산화물로 제조되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 복합재.
  5. 제4항에 있어서, 상기 적어도 하나의 금속 산화물은 실리콘, 티타늄, 알루미 늄, 마그네슘, 지르코늄, 크로뮴, 및 붕소 산화물로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 자기 복합재.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 코팅재는 10㎛ 이하의 범위의 두께를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 자기 복합재.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 마이크로라멜라 입자는 Fe, Ni, 및
    CO중 적어도 하나를 함유하는 금속재로 제조되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 복합재.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 마이크로라멜라 입자는 순철, 철합금, 순니켈, 니켈 합금, 철-니켈 합금, 순코발트, 코발트 합금, 철-코발트 합금 및 철-니켈-코발트 합금으로 구성된 그룹으로부터 선택된 재료로 제조된 것을 특징으로 하는 자기 복합재.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 마이크로라멜라 입자는 15 내지 150㎛ 의 범위의 두께(e)를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 자기 복합재.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 마이크로라멜라 입자는 3보다 크고 200보다 작은 길이 대 두께의 비를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 자기 복합재.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 금속야금학적으로 결합된 단부는 800℃ 이상의 온도로 입자의 통합체를 가열함으로써 얻어지는 것을 특징으로 하는 자기 복합재.
  12. 제11항에 있어서, 상기 금속야금학적으로 결합된 단부는 1000℃ 이상의 온도로 입자의 통합체를 가열함으로써 얻어지는 것을 특징으로 하는 자기 복합재.
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 금속야금학적으로 결합된 단부는 상기 통합체를 단조함으로써 얻어지는 것을 특징으로 하는 자기 복합재.
  14. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 자기 복합재는 60 Hz의 주파수 및 1 테슬라의 AC 전자기장내의 적어도 4 mm 두께의 토로이드에 대하여 ASTM 스탠더드 A773, A927에 따라 시험될 때 2 W/kg 미만의 에너지 손실을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 자기 복합재.
  15. 제1항에 있어서, 상기 자기 복합재는 100A/m 미만의 보자력을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 자기 복합재.
  16. 제15항에 있어서, 상기 자기 복합재는 50A/m 미만의 보자력을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 자기 복합재.
  17. 제16항에 있어서, 25A/m 미만의 보자력을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 자기 복합재.
  18. 제1항 또는 제2항에 있어서, 적어도 1000의 DC 투자율을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 자기 복합재.
  19. 제18항에 있어서, 적어도 2500의 DC 투자율을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 자기 복합재.
  20. 제19항에 있어서, 적어도 5000의 DC 투자율을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 자기 복합재.
  21. 제1항 또는 제2항에 있어서, 적어도 125MPa의 가로 파단 강도를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 자기 복합재.
  22. 제21항에 있어서, 적어도 500MPa의 가로 파단 강도를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 자기 복합재.
  23. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 자기 복합재는 플라스틱 변형 존을 도시하는 것을 특징으로 하는 자기 복합재.
  24. 자기 복합재를 제조하는 공정에 있어서,
    a) 자화가능 금속재로 제조되어 있고, 대향 단부와, 유전체 및 내화성 코팅재로 코팅된 상면 및 하면을 가지고 있는 마이크로라멜라 입자를 제공하는 단계;
    b) 상기 마이크로라멜라 입자의 통합체를 얻기 위해 소정의 형상으로 상기 마이크로라멜라 입자를 압축시키는 단계; 및
    c) 상기 마이크로라멜라 입자의 단부를 서로 금속야금학적으로 결합시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 복합재를 제조하는 공정.
  25. 제24항에 있어서, 상기 금속야금학적으로 결합시키는 단계 c)는 상기 입자의 단부를 소결하기에 충분한 온도에서 상기 통합체를 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 복합재를 제조하는 공정.
  26. 제25항에 있어서, 상기 소결하기에 충분한 온도는 적어도 800℃인 것을 특징으로 하는 자기 복합재를 제조하는 공정.
  27. 제25항에 있어서, 상기 소결하기에 충분한 온도는 적어도 1000℃인 것을 특징으로 하는 자기 복합재를 제조하는 공정.
  28. 제24항에 있어서, 상기 금속야금학적으로 결합시키는 단계 c)는 상기 통합체를 단조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 복합재를 제조하는 공정.
  29. 제24항 내지 제28항중 어느 한항에 있어서, 단계 a)는
    a1) 유전체 및 내화 코팅재로써 코팅된 상면 및 하면을 가지고 있고, 150 ㎛ 미만의 두께를 가지고 있는 자화가능 재료의 포일을 제공하는 단계; 및
    a2) 상기 포일로부터 상기 마이크로라멜라 입자를 커팅하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 복합재를 제조하는 공정.
  30. 제29항에 있어서, 포일을 제공하는 단계 a1) 이전에, 상기 포일의 상면 및 하면을 코팅하는 단계를 포함하고, 상기 코팅하는 단계는 2㎛ 미만의 두께를 가지고 있는 코팅재를 얻기 위해, 물리 증착법, 화학 증착법, 플라즈마 증착법, 디핑 또는 스프레이 침착 산화물 전구체의 열 분리 및 표면 반응 공정으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 자기 복합재를 제조하는 공정.
  31. 제29항에 있어서, 상기 포일의 그레인을 조대화시키고 응력을 제거하기 위해 상기 포일을 열 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 복합재를 제조하는 공정.
  32. 제24항 내지 제28항중 어느 한항에 있어서, 압축시키는 단계 b)는 일축 가압 성형 및, 냉각 또는 열간 등압 성형으로 구성된 그룹으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 자기 복합재를 제조하는 공정.
  33. 제32항에 있어서, 압축시키는 단계 b)는
    b1) 프레싱 다이를 상기 입자로 충전하는 단계; 및
    b2) 상기 입자의 통합체를 얻기 위해 상기 입자를 프레싱하는 단계를 포함하는 일축 가압 성형으로 구성된 것을 특징으로 하는 자기 복합재를 제조하는 공정.
  34. 제33항에 있어서, 채우는 단계 b1) 이전에,
    사전 충전 다이를 상기 입자로 충전하는 단계;
    질량 밀도를 증가시키기 위해 상기 입자를 사전 프레싱하는 단계; 및
    사전 프레싱된 입자를 단계 b1)의 프레싱 다이로 전달하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 복합재를 제조하는 공정.
  35. 삭제
  36. 제34항에 있어서, 0.1 MPa 내지10MPa의 범위의 압력이 사전 프레싱하는 단계를 위해 인가되는 것을 특징으로 하는 자기 복합재를 제조하는 공정.
  37. 제33항에 있어서, 300MPa 내지 1000MPa의 범위의 압력이 프레싱하는 단계 b2)에서 인가되는 것을 특징으로 하는 자기 복합재를 제조하는 공정.
  38. 제24항 내지 제28항중 어느 한항에 따른 공정에 의해 얻어지는 것을 특징으로 하는 자기 복합재.
  39. 제1항 또는 제2항에 따른 자기 복합재를 사용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 연자성 파트.
  40. 제39항에 있어서, 상기 연자성 파트는 변압기, 모터의 고정자 및 회전자, 제너레이터, 교류 발전기, 필드 컨센트레이터, 초크, 릴레이, 전기기계 액추에이터 및 싱크로리졸버로 구성된 그룹으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 연자성 파트.
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