KR102172058B1 - 자성 분말 및 이의 제조방법 - Google Patents

자성 분말 및 이의 제조방법 Download PDF

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KR102172058B1 KR1020190059273A KR20190059273A KR102172058B1 KR 102172058 B1 KR102172058 B1 KR 102172058B1 KR 1020190059273 A KR1020190059273 A KR 1020190059273A KR 20190059273 A KR20190059273 A KR 20190059273A KR 102172058 B1 KR102172058 B1 KR 102172058B1
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Abstract

본 발명은 ε-Fe2O3 분말 코어; 및 상기 ε-Fe2O3 분말 코어의 표면에 형성된 Fe16N2로 이루어지는 쉘을 포함하는 자성 분말 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 희토류 원소를 이용하지 않는 나노 복합재료 자성 분말을 제공할 수 있다.

Description

자성 분말 및 이의 제조방법{An magnetic powder and a method of producing of the same}
본 발명은 자성 분말 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 희토류 원소를 이용하지 않는 자성 분말 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 영구자석은 외부인가 자장을 제거하여도 재료 내에서 자장을 보유하는 재료로써, 모터, 제네레이터 및 전자기기 등에 필수적으로 사용된다.
특히 부가가치가 높고 여러산업에서 응용되는 비디오레코더, 컴퓨터 디스크드라이브, 전기모터 등에 적용되는 영구자석은 최종제품의 품질과 성능에 결정적인 영향을 미치게 된다.
종래 영구자석을 제조하는 합금으로는 Alnico계 및 Ferrite계가 주종을 이루며 사용되어 왔으나 최근에는 전자, 통신, 기계부품의 소형화 및 고성능화가 추진됨에 따라 자기적 특성이 우수한 네오디뮴-철-붕소(Nd-Fe-B)계 재료가 자석에 널리 사용되고 있다.
상기 네오디뮴-철-붕소(Nd-Fe-B)계 자석은 1982년 일본의 스미토모 특수 금속에서 개발하여 상업화한 자석으로 최대 자기 에너지가 가장 큰 강력한 영구 자석이다.
하지만, 상기 네오디뮴-철-붕소(Nd-Fe-B)계 자석은 네오디뮴과 같은 희토류 원소를 포함하고 있다.
이러한, 희토류 원소들은 상대적으로 공급량이 적어서 가격 상승 및/또는 미래에 공급량 부족에 직면할 수 있으며, 또한, 희토류 원소들을 포함하는 많은 영구자석들은 제조비용이 많이 소요된다.
예를 들어, NdFeB 및 페라이트 자석 제조 공정은 일반적으로 재료 분쇄, 재료 압축, 및 1000℃를 상회하는 온도에서 소결하는 공정을 포함하며, 이들 모든 공정은 영구 자석들의 제조비용을 높이는 데에 기여한다. 또한, 희토류 원소를 채굴하기 위해서는 환경을 상당히 손상시켜야만 한다.
따라서, 이러한 희토류 원소를 포함하는 영구자석을 대체할 수 있는 자성 재료가 필요한 실정이며, 최근에 있어서는 자성 분말의 새로운 고성능화가 요구되어 지고있다.
이러한 고성능화의 수단으로서 자화가 높은 연자성상과 보자력이 높은 경자성상이 동일 조직 내에 균일하게 분포함과 동시에, 교환 상호작용에 의해 양자가 자기적으로 결합한 나노 복합재료 자성 분말이 주목되어 있다.
예를 들면, 일본공개특허 특개2008-117855호(이하, "특허문헌 1"이라 함.)에는 Nd2Fe14B화 합물의 경자성상을 코어로 하고, Fe의 연자성상을 쉘로 하는 코어 쉘 구조를 가지는 나노 복합재료 자석이 개시되어 있다.
하지만, 특허문헌 1에 개시되어 있는 기술은 경자성상에 희토류 원소인 Nd를 이용하고 있다.
즉, 상술한 바와 같이, 희토류 원소는 고가임과 동시에, 공급이 불안정하게 될 우려가 있으므로, 가능한 한 희토류 원소의 사용을 억제하는 것이 필요한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 희토류 원소를 이용하지 않는 나노 복합재료 자성 분말을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
상기 지적된 문제점을 해결하기 위해서 본 발명은 ε-Fe2O3 분말 코어; 및 상기 ε-Fe2O3 분말 코어의 표면에 형성된 Fe16N2로 이루어지는 쉘을 포함하는 자성 분말을 제공한다.
또한, 본 발명은, ε-Fe2O3 분말 코어를 제조하는 단계; 상기 ε-Fe2O3 분말 코어의 표면에 Fe계 전구체 물질층을 코팅하는 단계; 상기 Fe계 전구체 물질층을 환원하여, 상기 ε-Fe2O3 분말 코어의 표면에 Fe계 물질을 포함하는 쉘을 형성하는 단계; 및 상기 Fe계 물질을 질화하여, 상기 ε-Fe2O3 분말 코어의 표면에 Fe계 질화물로 이루어지는 쉘을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 Fe계 질화물은 Fe16N2인 것을 특징으로 하는 자성 분말의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 Fe계 전구체 물질은 초산철(III) 9 수화물(Fe(NO3)3·9H2O)인 것을 특징으로 하는 자성 분말의 제조방법을 제공한다.
따라서, 본 발명에서는 희토류 원소를 이용하지 않는 나노 복합재료 자성 분말을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 자성 분말을 제조하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 따른 자성 분말을 제조하는 방법을 설명하기 위한 개략적인 모식도이다.
도 3a는 본 발명에 따른 ε-Fe2O3 분말 코어를 도시하는 실사진이고, 도 3b는 본 발명에 따른 ε-Fe2O3 분말 코어의 X선회절분석(XRD) 데이터이다.
도 4a는 본 발명에 따른 ε-Fe2O3 분말 코어의 표면에 Fe계 전구체 물질층이 코팅된 상태를 도시하는 실사진이고, 도 4b는 본 발명에 따른 ε-Fe2O3 분말 코어의 표면에 Fe계 전구체 물질층이 코팅된 상태의 X선회절분석(XRD) 데이터이다.
도 5a는 본 발명에 따른 ε-Fe2O3 분말 코어의 표면에 Fe계 물질을 포함하는 쉘이 형성된 상태를 도시하는 실사진이고, 도 5b는 본 발명에 따른 ε-Fe2O3 분말 코어의 표면에 Fe계 물질을 포함하는 쉘이 형성된 상태의 X선회절분석(XRD) 데이터이다.
도 6a는 본 발명에 따른 ε-Fe2O3 분말 코어의 표면에 Fe계 질화물로 이루어지는 쉘이 형성된 상태를 도시하는 실사진이고, 도 5b는 본 발명에 따른 ε-Fe2O3 분말 코어의 표면에 Fe계 질화물로 이루어지는 쉘이 형성된 상태의 X선회절분석(XRD) 데이터이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
아래 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 상세히 설명한다. 도면에 관계없이 동일한 부재번호는 동일한 구성요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 구성 요소와 다른 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 구성요소들의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 구성요소를 뒤집을 경우, 다른 구성요소의 "아래(below)" 또는 "아래(beneath)"로 기술된 구성요소는 다른 구성요소의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 구성요소는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 자성 분말을 제조하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 따른 자성 분말을 제조하는 방법을 설명하기 위한 개략적인 모식도이다.
먼저, 도 1 및 도 2a를 참조하면, 본 발명에 따른 자성 분말을 제조하는 방법은 ε-Fe2O3 분말 코어(110)를 제조하는 단계를 포함한다(S110).
상기 ε-Fe2O3 분말은 예를 들면, 초산철(III) 9 수화물(Fe(NO3)3·9H2O)에서 역마이셀법이나 졸겔법 등을 이용하여 제조할 수 있다.
다만, 본 발명에서 ε-Fe2O3 분말의 제조 방법을 제한하는 것은 아니나, ε-Fe2O3 분말 제조에 역마이셀법 또는 졸겔법과 같은 화학적 프로세스를 이용함으로써, 물리적, 기계적 프로세스를 이용하는 경우와 비교하여 수십 나노미터 전후의 ε-Fe2O3 분말을 비교적 용이하게 제조할 수 있다.
한편, ε-Fe2O3 분말을 제조함에 있어서, 상기 ε-Fe2O3 분말의 표면을 SiO2로 피복하는 공정을 더 포함하는 것이 바람직하며, 이를 통하여, ε-Fe2O3 분말을 제조하는 공정에서 ε-Fe2O3 분말의 입자성장을 억제할 수 있다.
이때, 상기 ε-Fe2O3 분말의 표면을 SiO2로 피복하는 공정을 더 포함하여, ε-Fe2O3 / SiO2의 복합분말을 형성한 경우, 상기 SiO2는 불순물에 해당하므로, 상기 SiO2를 제거하는 공정을 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 SiO2를 제거하는 것은, 상기 ε-Fe2O3 / SiO2의 복합분말을 NaOH 용액에서 에칭(ecthing)을 진행한 후, 유기물 제거를 위해 증류수, Acetone, Ethyl alcohol 등을 통해 워싱공정을 진행함으로써, SiO2가 제거된 ε-Fe2O3 분말을 제조할 수 있다.
다음으로, 도 1 및 도 2b를 참조하면, 본 발명에 따른 자성 분말을 제조하는 방법은 상기 ε-Fe2O3 분말 코어(110)의 표면에 Fe계 전구체 물질층(120)을 코팅하는 단계를 포함한다(S120).
상기 Fe계 전구체 물질은 초산철(III) 9 수화물(Fe(NO3)3·9H2O) 등과 같은 Fe 전구체일 수 있으며, 다만, 본 발명에서 상기 Fe계 전구체 물질의 종류를 제한하는 것은 아니다.
이때, 상기 Fe계 전구체 물질은 Fe 전구체에 X 전구체를 더 포함하거나, Fe 전구체에 X 전구체 및 M 전구체를 더 포함할 수 있으며, 상기 X는 B, C, N로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있으며, 상기 M은 W, Al, Zr, Mn, Bi, Co, Ag, Pt로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 ε-Fe2O3 분말 코어를 용매에 분산시킨 후, 상기 ε-Fe2O3 분말 코어가 분산된 용액에 환원제를 첨가하여 교반시킨다.
또한, 상기 용매는 상술한 전구체가 용해될 수 있는 용매라면 특별히 제한이 없으며, 일례로 상기 용매는 증류수일 수 있으며, 또는, 메탄올, 에탄올, 이소프로필알콜 등의 알코올계일 수 있다.
또한, 상기 용매는 톨루엔, 사이클로헥산, 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 에틸아세테이트, n-부틸아세테이트, 세룰솔브아세테이트, 염화메틸렌, 메틸에틸케톤, 디클로로메탄, 크실렌, 스타이렌으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 일 수 있다.
이때, 상기 환원제와 상기 ε-Fe2O3 분말 코어의 반응성을 향상시키기 위하여 초음파처리(sonication)를 하는 것이 바람직하다.
이후, 상기 환원제와 상기 ε-Fe2O3 분말 코어가 교반된 용액에, Fe 전구체 물질을 주입하여 교반시킴으로써, 상기 ε-Fe2O3 분말 코어의 표면에 Fe 전구체 물질을 코팅할 수 있다.
본 단계를 통해 제조된, 상기 ε-Fe2O3 분말 코어의 표면에 코팅된 Fe계 전구체 물질은 FeOOH 등과 같은 비정질 Fe계 산화물에 해당할 수 있다.
이때, 상기 환원제의 농도 및 코팅 공정의 횟수를 조절하여, 상기 Fe 전구체 물질층의 두께를 조절할 수 있다.
다음으로, 도 1 및 도 2c를 참조하면, 본 발명에 따른 자성 분말을 제조하는 방법은 상기 Fe계 전구체 물질층(120)을 환원하여, 상기 ε-Fe2O3 분말 코어의 표면에 Fe계 물질을 포함하는 쉘(130)을 형성하는 단계를 포함한다(S130).
이를 통해, ε-Fe2O3 분말 코어의 표면에 Fe계 물질을 포함하는 쉘이 형성된, 코어-쉘 구조의 자성 분말을 제조할 수 있다.
이때, 상기 Fe계 물질은 α-Fe 물질일 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 환원단계는 수소분위기 하에서, 상기 Fe계 전구체 물질층인 Fe계 산화물을 300 내지 600℃로 열처리하여 Fe계 물질을 포함하는 쉘을 형성할 수 있다.
상기 환원단계에서의 수소분위기를 형성하기 위한 공정가스로는 H2 등의 가스를 사용할 수 있다.
상기 환원단계에서의 온도범위가 300℃ 미만인 경우에는 Fe계 산화물이 Fe계 물질로 충분히 환원되지 않으며, 온도범위가 600℃를 초과하는 경우에는 Fe계 산화물의 Fe계 물질로의 환원은 충분히 일어나나, Fe계 물질의 소결이 진행되어 바람직하지 않다.
다음으로, 도 1 및 도 2d를 참조하면, 본 발명에 따른 자성 분말을 제조하는 방법은 상기 Fe계 물질을 질화하여, 상기 ε-Fe2O3 분말 코어의 표면에 Fe계 질화물로 이루어지는 쉘(140)을 형성하는 단계를 포함한다(S140).
이를 통해, ε-Fe2O3 분말 코어의 표면에 Fe계 질화물로 이루어지는 쉘이 형성된, 코어-쉘 구조의 자성 분말을 제조할 수 있다.
이때, 상기 Fe계 질화물은 Fe16N2인 것이 바람직하다.
보다 구체적으로, 상기 질화단계는 질화분위기 하에서, 상기 α-Fe계 물질을 100 내지 200℃로 열처리하여 Fe계 질화물을 형성할 수 있다.
상기 질화단계에서의 질화분위기를 형성하기 위한 공정가스로는 N2 또는 NH3 등의 가스를 사용할 수 있다.
또한, 상기 질화단계에서의 온도범위가 100℃ 미만인 경우에는 α-Fe계 물질이 Fe계 질화물로 충분히 질화되지 않으며, 온도범위가 200℃를 초과하는 경우에는 예를 들어, γ‘-Fe4N이나, ε‘-Fe2 ~3N이 생성되어, Fe16N2의 단상을 얻는 것이 어려울 수 있으므로, 상기 질화단계의 온도범위는 100℃ 내지 200℃인 것이 바람직하다.
이상과 같은 본 발명에 따른 자성 분말은 다음과 같이 정의될 수 있다.
즉, 도 2d에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 자성분말은 ε-Fe2O3 분말 코어; 및 상기 ε-Fe2O3 분말 코어의 표면에 형성된 Fe16N2로 이루어지는 쉘을 포함한다.
즉, 본 발명에 따른 자성분말은 ε-Fe2O3 분말 코어; 및 상기 ε-Fe2O3 분말 코어의 표면에 형성된 Fe16N2을 포함하는 코어-쉘 구조의 나노 복합재료 자성분말에 해당한다.
한편, 상술한 바와 같은 코어-쉘 구조의 나노 복합재료 자성 분말을 원하는 형상으로 성형하여 소결하거나, 또는, 수지 등의 바인더로 결합하여, 나노 복합재료 자석을 제조할 수 있다.
예를 들어, 소결 자석은 상기 자성 분말을 원하는 형상으로 성형하고 얻어진 성형체를 불활성 분위기 또는 진공 중에서 열처리함으로써, 소결자석을 얻을 수 있고, 또한, 플라스마 활성화 소결(PAS:Plasma Activated Sintering), 또는 방전 플라스마 소결(SPS:Spark Plasma Sintering)로 성형체를 소결함으로써도 소결자석을 얻을 수 있으며, 또한 자장 중에서 성형함으로써, 이방성 소결자석을 제조할 수 있다.
또한, 본드 자석은 상기 자성 분말과 결합제(바인더)를 배합하고 성형함으로써 본드 자석을 얻을 수 있다.
이때, 상기 결합제로서는 열가소성 수지, 열경화성 수지 등의 수지 재료, 또는 Al, Pb, Sn, Zn, Mg 등의 저융점 금속, 혹은 이들의 저융점 금속으로 구성되는 합금 등을 이용할 수 있다.
또한, 자성 분말과 결합제와의 혼합물을 압축 성형하거나 사출 성형함으로써 자성 분말을 원하는 형상으로 성형할 수 있으며, 또한, 상기 자성 분말을 자장 중에서 성형함으로써, 이방성 본드 자석을 제조할 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 실험예를 통해 본 발명을 설명하기로 하며, 다만, 하기 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실험예에 제한되는 것은 아니다.
[ε- Fe 2 O 3 분말 코어의 제조]
1-butanol (0.2 mol) + n-octane (0.45 mol) 용액에 증류수(1.3 mol) + Fe(NO3)3·9H2O (0.0035 mol) + Ba(NO3)2 (0.00035 mol) 용액을 주입한 후, 계면활성제인 CTAB(Hexadecyltrimethylammonium bromide) (0.05 mol) 을 넣고 약 30분 동안 교반하여, CTAB를 용해시켜 주어 reverse-micelle 용액 1을 만들고, 이에 증류수와 NH4OH의 혼합 용액을 주입한 후, CTAB를 넣고 30분 동안 교반하여 CTAB를 용해시켜 reverse-micelle 용액 2를 만들었다.
reverse-micelle 용액 1, 2의 CTAB가 용해가 되면 reverse-micelle 1 용액에 reverse-micelle 2 용액을 천천히 주입시키고, 30분간 교반시킨 후, 혼합 용액에 TEOS(tetraethyl orthosilicate)를 주입하고, 24시간 동안 교반하였다.
교반 후 용액을 원심분리 하여 침전물을 chloroform 과 methyl alcohol로 워싱을 해 준 뒤, 80℃의 오븐에서 건조시켰다.
건조된 분말을 소결로에서 4℃/min 으로 승온하여 970 ~ 1050℃에서 4시간 동안 air(2 L/min) 하에서 열처리를 하였다.
열처리 이후에 ε-Fe2O3 / SiO2의 복합분말을 얻을 수 있고, SiO2를 제거하기 위해 분말을 NaOH용액(300 ml)에서 70℃ 온도에서 ecthing 을 진행한 후, 유기물 제거를 위해 증류수, Acetone, Ethyl alcohol 로 워싱하였다.
도 3a는 본 발명에 따른 ε-Fe2O3 분말 코어를 도시하는 실사진이고, 도 3b는 본 발명에 따른 ε-Fe2O3 분말 코어의 X선회절분석(XRD) 데이터이다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 상술한 제조방법에 의해 ε-Fe2O3 분말 코어가 제조되었음을 확인할 수 있다.
[ Fe계 전구체 물질층의 코팅]
ε-Fe2O3 분말 코어를 증류수에 충분히 분산을 시킨 후, 환원제를 넣어 1~2분 동안 ε-Fe2O3 분말 코어 표면에 환원제가 충분히 젖을 수 있도록 초음파처리(sonication)를 해주고, 반응 용기에 넣고 10분간 교반 시켰다.
10분 후 Fe 전구체인 Fe(NO3)3·9H2O)를 천천히 주입한 뒤 2시간 교반시켰다.
반응 직후, 결정 성장을 막기 위해 급냉을 시키고, 혼합용액을 원심분리하여 침전물을 증류수, Acetone, Ethyl Alcohol 순으로 워싱하였다.
도 4a는 본 발명에 따른 ε-Fe2O3 분말 코어의 표면에 Fe계 전구체 물질층이 코팅된 상태를 도시하는 실사진이고, 도 4b는 본 발명에 따른 ε-Fe2O3 분말 코어의 표면에 Fe계 전구체 물질층이 코팅된 상태의 X선회절분석(XRD) 데이터이다.
도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 상술한 제조방법에 의해 ε-Fe2O3 분말 코어의 표면에 Fe 전구체 물질인, FeOOH가 코팅되었음을 확인할 수 있다.
[ Fe계 쉘의 제조]
ε-Fe2O3 분말 코어에 Fe계 전구체 물질층이 코팅된 상태의 분말을 일정온도 및 일정시간동안 환원공정을 진행하였다.
상기 환원공정은 ε-Fe2O3 분말 코어에 Fe계 전구체 물질층이 코팅된 상태의 분말을 수소(99.999%)를 이용한 수소분위기하에서, 300 내지 600 ℃로 유지된 튜브형 로 또는 유동층 반응기에서 3 내지 15 시간동안 환원시켜 α-Fe 상을 가지는 Fe 계 쉘을 제조하였다.
도 5a는 본 발명에 따른 ε-Fe2O3 분말 코어의 표면에 Fe계 물질을 포함하는 쉘이 형성된 상태를 도시하는 실사진이고, 도 5b는 본 발명에 따른 ε-Fe2O3 분말 코어의 표면에 Fe계 물질을 포함하는 쉘이 형성된 상태의 X선회절분석(XRD) 데이터이다.
도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 상술한 제조방법에 의해 ε-Fe2O3 분말 코어의 표면에 α-Fe 상을 가지는 Fe 계 쉘이 형성되었음을 확인할 수 있다.
[ Fe계 질화물 쉘의 제조]
ε-Fe2O3 분말 코어에 Fe계 물질을 포함하는 쉘이 형성된 상태의 분말을 일정온도 및 일정시간동안 질화공정을 진행하였다.
즉, α-Fe 상의 물질을 질화하여, Fe16N2의 Fe 질화물을 제조하였다.
상기 질화공정은 ε-Fe2O3 분말 코어에 Fe계 물질을 포함하는 쉘이 형성된 상태의 분말을 암모니아 가스(99.999%)를 이용하여 120 내지 200 ℃로 유지된 튜브형 로 또는 유동층 반응기에서 8 내지 15 시간동안 질화시켜, Fe16N2의 Fe 질화물을 제조하였다.
도 6a는 본 발명에 따른 ε-Fe2O3 분말 코어의 표면에 Fe계 질화물로 이루어지는 쉘이 형성된 상태를 도시하는 실사진이고, 도 5b는 본 발명에 따른 ε-Fe2O3 분말 코어의 표면에 Fe계 질화물로 이루어지는 쉘이 형성된 상태의 X선회절분석(XRD) 데이터이다.
도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 상술한 제조방법에 의해 ε-Fe2O3 분말 코어의 표면에 Fe16N2의 Fe 질화물 쉘이 형성되었음을 확인할 수 있다.
이상과 같은 본 발명에 따르면, 본 발명에서는 희토류 원소를 이용하지 않는 나노 복합재료 자성 분말을 제공할 수 있다.
이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (3)

  1. ε-Fe2O3 분말 코어; 및
    상기 ε-Fe2O3 분말 코어의 표면에 형성된 단상의 Fe16N2로 이루어지는 쉘을 포함하는 자성 분말.
  2. ε-Fe2O3 분말 코어를 제조하는 단계;
    상기 ε-Fe2O3 분말 코어의 표면에 Fe계 전구체 물질층을 코팅하는 단계;
    상기 Fe계 전구체 물질층을 환원하여, 상기 ε-Fe2O3 분말 코어의 표면에 Fe계 물질을 포함하는 쉘을 형성하는 단계; 및
    상기 Fe계 물질을 질화하여, 상기 ε-Fe2O3 분말 코어의 표면에 Fe계 질화물로 이루어지는 쉘을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 Fe계 질화물은 단상의 Fe16N2인 것을 특징으로 하는 자성 분말의 제조방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 Fe계 전구체 물질은 초산철(III) 9 수화물(Fe(NO3)3·9H2O)인 것을 특징으로 하는 자성 분말의 제조방법.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009084115A (ja) * 2007-09-28 2009-04-23 Fujifilm Corp 窒化鉄粉末の製造方法、窒化鉄粉末および磁気記録媒体
JP2011035006A (ja) * 2009-07-29 2011-02-17 Tdk Corp 磁性材料及び磁石、並びに磁性材料の製造方法
WO2018199105A1 (ja) * 2017-04-28 2018-11-01 ソニー株式会社 磁気記録媒体

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009084115A (ja) * 2007-09-28 2009-04-23 Fujifilm Corp 窒化鉄粉末の製造方法、窒化鉄粉末および磁気記録媒体
JP2011035006A (ja) * 2009-07-29 2011-02-17 Tdk Corp 磁性材料及び磁石、並びに磁性材料の製造方法
WO2018199105A1 (ja) * 2017-04-28 2018-11-01 ソニー株式会社 磁気記録媒体

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