KR102376684B1 - 분위기 제어 기반 연자성 금속분말 절연 피복 장치 및 그 방법 - Google Patents

분위기 제어 기반 연자성 금속분말 절연 피복 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일실시예는 수소가스 또는 불활성가스를 항온조부에 공급하는 가스공급부(10); 상기 공급된 수소가스 또는 불활성가스에 기 설정된 수소비(PH2/PH2O)가 되도록 소정의 수분을 함유한 혼합 가스를 반응로부에 공급하는 항온조부(20); 연자성 금속 분말이 장입된 상태로 기 설정된 수소비(PH2/PH2O)에서 열처리를 수행하여 목표 금속 만을 선택적으로 산화시켜서, 상기 연자성 금속 분말의 표면에 산화물절연막을 형성하는 반응로부(30); 상기 반응로부 내부의 혼합 가스의 수소비(PH2/PH2O)를 측정하는 수소비검출센서부(40); 및 상기 수소비검출센서부에서 측정된 수소비(PH2/PH2O)에 따라 기 설정된 수소비(PH2/PH2O)를 유지하기 위해 상기 반응로부에 수소가스를 공급하는 수소비제어부(50); 를 포함하는 분위기 제어 기반 연자성 금속 분말 절연 피복 장치를 제공한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 연자성 금속 분말의 절연 피복 처리를 위하여 정밀하게 수소비(PH2/PH2O) 제어가 필요한 경우에도 항온조부의 온도를 변화시키지 않고 즉각적으로 수소 또는 불활성 가스를 공급하여 수소비를 제어할 수 있다.

Description

분위기 제어 기반 연자성 금속분말 절연 피복 장치 및 그 방법{Soft magnetic metal powder insulation coating device based on controlling atmosphere and method thereof}
본 발명은 연자성 금속분말 절연 피복기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 분위기 제어 기반 연자성 금속분말 절연 피복 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 전자 및 전기 기기의 소형화, 박형화 추세에 따라 부품 및 디바이스도 소형화/박형화 기술의 개발이 요청되고 있다. 이러한 부품중의 하나가 분말 코어 이다. 집적화가 진행됨에 따라 전원회로에 수∼수십 A의 전류가 공급되는 일이 발생하고, 사용주파수 또한 수백kHz 대로 고주파화되므로 대전류/고주파에서 특성이 좋고 손실이 적은 연자성 금속분말로 제조된 분말 코어의 개발이 필요하다.
상술한 연자성 금속분말 코어는 포화자속밀도와 투자율이 높고 보자력이 낮으며, 투자율이 높아 빠르게 자화되고 보자력이 낮아 철손이 작고, 철손이 작은 것에 의해 반복되는 자화에 의한 열 발생이 적은 장점을 가지는 Fe에 Si가 함유된 규소강 연자성 금속소재를 분말야금 기술을 적용하여 제조될 수 있다.
상술한 바와 같이 분말야금 기술에 의해 제조되는 연자성 금속분말 코어는 3차원으로 균일한 자성 확보가 가능하고, 복잡한 형상의 코어 제조가 가능하며, 규소강에서 실리콘 함량을 6%까지 증가시킬 수 있어 철손이 낮아지고 자기왜곡(magnetostriction)이 감소되어 에너지 효율이 크게 증가하고, 분말의 미세화를 통해 중/고주파 영역의 철손을 저감시키며, 기존의 판재 형태에서 적용이 불가능한 고효율 성분계 적용을 가능하게 하는 장점을 가진다.
그러나 실리콘 함량이 3 ~ 4% 보다 높아지면 취성이 발생되어 압연 등의 가공을 통해 판재 제조가 불가능하게 되는 문제점이 있다.
또한, 고주파 환경에서 대부분의 손실이 와전류손실에 의해서 발생하게 되는데, 이러한 와전류손실은 비저항이 높을수록 분말입도가 작을수록 감소되므로, 분말입도를 작게 제어하여 유도전류의 세기를 감소시킴으로써 와전류손실을 개선할 수 있다.
그러나 연자성 금속분말의 크기가 작아지는 경우, 연자성 금속분말들이 접촉하는 경우 유효 입도가 증가하게 되고, 이에 의해 와전류가 커지게 되어 와전류 손실 또한 증가하는 문제점이 있다.
이에 따라, 연자성 금속분말의 미세화와 함께 표면에 절연코팅 층을 형성하여 연자성 금속분말을 절연하는 기술이 적용되었다.
이러한 연자성 금속분말의 표면에 절연코팅 층을 형성하는 기술로는 습식 공정(wet chemical method)을 적용하였으나, 이 경우 환경 오염물질이 발생하고, 공정비용이 높고, 균일 코팅이 어려운 문제점을 가진다.
또한, 연자성 금속분말의 절연 피복을 위한 반응로 내부의 연자성 분말의 절연을 위한 환원성 또는 혼합 분위기에의 열처리 중, 산화 환원이 발생되면서 수소와 물의 비율이 변화되고, 외부와 100% 차단시키는 것이 불가능하여, 일부 수소비가 변화게 되므로, 고품질의 절연 피복이 수행되지 못하는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-2011-0122096호
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이슬점으로 수증기량을 제어하는 경우에도 항온조의 온도를 변화시킬 필요가 없으며, 이에 따라 반응속도 저하가 발생하지 않고, 연자성 분말 절연 처리를 위한 수소비 변화에 대하여 즉각적으로 대응하면서 연자성 금속분말의 표면에 절연 코팅층을 형성할 수 있도록 하는 분위기 제어 기반 연자성 금속분말 절연 피복 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예는 분위기 제어 기반 연자성 금속 분말 절연 피복 장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 분위기 제어 기반 연자성 금속 분말 절연 피복 장치는, 수소가스 또는 불활성가스를 항온조부에 공급하는 가스공급부; 상기 공급된 수소가스 또는 불활성가스에 기 설정된 수소비(PH2/PH2O)가 되도록 소정의 수분을 함유한 혼합 가스를 반응로부에 공급하는 항온조부; 연자성 금속 분말이 장입된 상태로 기 설정된 수소비(PH2/PH2O)에서 열처리를 수행하여 목표 금속 만을 선택적으로 산화시켜서, 상기 연자성 금속 분말의 표면에 산화물절연막을 형성하는 반응로부; 상기 반응로부 내부의 혼합 가스의 수소비(PH2/PH2O)를 측정하는 수소비검출센서부; 및 상기 수소비검출센서부에서 측정된 수소비(PH2/PH2O)에 따라 기 설정된 수소비(PH2/PH2O)를 유지하기 위해 상기 반응로부에 수소가스를 공급하는 수소비제어부; 를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 불활성가스는 질소(N2), 아르곤(Ar) 및 네온(Ne)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 연자성 금속 분말은 Fe-M계 금속이고, 상기 M은 상기 목표 금속이고, 상기 목표 금속은 실리콘(Si), 크롬(Cr), 알루미늄(Al) 및 붕소(B) 중에 선택되는 어느 하나 이상의 금속을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 연자성 금속 분말이 Fe-Si-Cr계인 경우, 상기 Si 및 Cr 만을 선택적으로 산화시키기 위한 수소비(PH2/PH2O)는 10 내지 106 이고, 열처리 온도는 300K 내지 2000K일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 수소비측정센서부에서 측정된 수소비(PH2/PH2O)가 기 설정된 수소비(PH2/PH2O) 보다 낮은 경우에는 상기 수소비제어부에서 상기 반응로부로 수소가스를 추가적으로 공급하고, 수소비측정센서부에서 측정된 수소비(PH2/PH2O)가 기 설정된 수소비 보다 높은 경우에는 상기 가스공급부에서 상기 항온조부로 공급하는 수소 가스의 일부를 불활성 가스로 대체하여 공급할 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예는 분위기 제어 기반 연자성 금속 분말 절연 피복 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 분위기 제어 기반 연자성 금속 분말 절연 피복 방법은, 목표 금속만이 선택적으로 산화되도록 하는 수소비(PH2/PH2O) 조건 및 열처리 온도 조건을 설정하는 단계; 항온조부에 유입된 수소 가스 또는 불활성 가스에 기 설정된 수소비(PH2/PH2O) 조건이 되도록 소정의 수분을 함유한 혼합 가스를 연자성 금속 분말이 장입된 반응로부로 공급하는 단계; 상기 반응로부 내부의 혼합 가스의 수소비를 측정하는 단계; 상기 측정된 수소비에 따라 기 설정된 수소비 조건을 유지하기 위해 상기 반응로부로 수소 가스 또는 불활성 가스를 추가적으로 공급하는 단계; 및 상기 반응로부 내부의 혼합 가스가 기 설정된 수소비 조건으로 유지된 상태에서 기 설정된 열처리 온도 조건으로 열처리를 수행하여 상기 연자성 금속 분말의 표면에 산화물절연막을 형성하는 단계; 를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 불활성 가스는 질소(N2), 아르곤(Ar) 및 네온(Ne)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 연자성 금속 분말은 Fe-M계 금속이고, 상기 M은 상기 목표 금속이고, 상기 목표 금속은 실리콘(Si), 크롬(Cr), 알루미늄(Al) 및 붕소(B) 중에 선택되는 어느 하나 이상의 금속을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 연자성 금속 분말이 Fe-Si-Cr계인 경우, 상기 Si 및 Cr 만을 선택적으로 산화시키기 위한 수소비(PH2/PH2O) 조건은 10 내지 106 이고, 열처리 온도 조건은 300K 내지 2000K일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 반응로부로 수소 가스 또는 불활성가스를 추가적으로 공급하는 단계에서, 상기 측정된 수소비가 기 설정된 수소비 보다 낮은 경우에는 상기 반응로부로 수소가스를 추가 공급하고, 상기 측정된 수소비가 기 설정된 수소비 보다 높은 경우에는 상기 항온조부로 공급하는 수소 가스의 일부를 불활성 가스로 대체하여 공급할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 연자성 금속 분말의 절연 피복 처리를 위하여 정밀하게 수소비(PH2/PH2O) 제어가 필요한 경우에도 항온조부의 온도를 변화시키지 않고 즉각적으로 수소 또는 불활성 가스를 공급하여 실시간·자동적으로 수소비를 제어할 수 있다.
또한, 수소비검출센서를 통해 기 설정된 수소비와의 차이를 측정하여 정밀하게 수소비를 제어할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 분위기 제어 기반 연자성 금속 분말 절연 피복 장치의 구성도이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 분위기 제어 기반 연자성 금속 분말 절연 피복 장치의 모식도이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 수소비(PH2/PH2O) 및 열처리 온도에 따른 금속들의 산화 환원 그래프이다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 분위기 제어 기반 연자성 금속 분말 절연 피복 방법의 순서도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 분위기 제어 기반 연자성 금속 분말 절연 피복 장치를 설명한다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 분위기 제어 기반 연자성 금속 분말 절연 피복 장치의 구성도이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 분위기 제어 기반 연자성 금속 분말 절연 피복 장치의 모식도이다.
도1 및 도2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 분위기 제어 기반 연자성 금속 분말 절연 피복 장치는, 수소가스 또는 불활성가스를 항온조부에 공급하는 가스공급부(10); 상기 공급된 수소가스 또는 불활성가스에 기 설정된 수소비(PH2/PH2O)가 되도록 소정의 수분을 함유한 혼합 가스를 반응로부에 공급하는 항온조부(20); 연자성 금속 분말이 장입된 상태로 기 설정된 수소비(PH2/PH2O)에서 열처리를 수행하여 목표 금속 만을 선택적으로 산화시켜서, 상기 연자성 금속 분말의 표면에 산화물절연막을 형성하는 반응로부(30); 상기 반응로부 내부의 혼합 가스의 수소비(PH2/PH2O)를 측정하는 수소비검출센서부(40); 및 상기 수소비검출센서부에서 측정된 수소비(PH2/PH2O)에 따라 기 설정된 수소비(PH2/PH2O)를 유지하기 위해 상기 반응로부에 수소가스를 공급하는 수소비제어부(50); 를 포함한다.
상기 가스공급부(10)는 수소가스 또는 불활성가스를 항온조부(20)에 공급한다.
예를 들어, 상기 가스공급부(10)는 수소가스, 불활성가스 또는 수소 및 불활성가스를 상기 항온조부(20)로 공급할 수 있다.
상기 불활성 가스는 수소비(PH2/PH2O)의 조절을 위해서 수소와 함께 또는 단독으로 공급될 수 있다.
상기 불활성가스는 질소(N2), 아르곤(Ar) 및 네온(Ne)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 항온조부(20)는 상기 공급된 수소가스 또는 불활성가스에 기 설정된 수소비(PH2/PH2O)가 되도록 소정의 수분을 함유한 혼합 가스를 반응로부에 공급한다.
상기 수소비(PH2/PH2O)는 수증기의 분압 대비 수소기체 분압의 비율일 수 있다. 즉, 수소기체 분압을 수증기의 분압으로 나눈 값이다.
상기 수소가스 또는 불활성가스가 상기 항온조부(20)의 증류수를 통과하면서 소정의 수분을 함유하게 되는데, 상기 항온조부(20) 내부의 이슬점에 따라 수증기량이 달라지게 되므로 상기 기 설정된 수소비(PH2/PH2O)가 되도록 상기 항온조부의 온도를 초기 설정할 수 있다.
예를 들어, 가스공급부(10)에서 수소가스(H2)와 및 질소가스(N2)를 항온조부(20)에 공급하여 증류수를 통과시켜서 기 설정된 수소비(PH2/PH2O)가 되도록 수증기를 함유한 혼합가스를 반응로부(30)로 배출시킬 수 있다.
상기 반응로부(30)는 연자성 금속 분말이 장입된 상태로 기 설정된 수소비(PH2/PH2O)에서 열처리를 수행하여 목표 금속 만을 선택적으로 산화시켜서, 상기 연자성 금속 분말의 표면에 산화물절연막을 형성시킨다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 수소비(PH2/PH2O) 및 열처리 온도에 따른 금속들의 산화 환원 그래프이다.
도3을 참조하면, 상기 반응로부는 수소비(PH2/PH2O)가 조절된 혼합 가스 분위기에서 열처리를 수행하므로 상기 연자성 금속 분말에 포함된 금속 중에 목표 금속 만을 선택적으로 산화시킬 수 있다.
상기 연자성 금속 분말은 Fe-M계 금속이고, 상기 M은 상기 목표 금속이고, 상기 목표 실리콘(Si), 크롬(Cr), 알루미늄(Al) 및 붕소(B) 중에 선택되는 어느 하나 이상의 금속을 포함할 수 있다.
상기 연자성 금속 분말이 Fe-Si-Cr계인 경우, 상기 Si 및 Cr 만을 선택적으로 산화시키기 위한 수소비(PH2/PH2O)는 10 내지 106 이고, 열처리 온도는 300K 내지 2000K일 수 있다.
상기 수소비(PH2/PH2O)가 10 미만인 경우에는 Fe가 산화될 수 있고, 106 초과인 경우에는 Si 또는 Cr 이 산화되지 않을 수 있다.
또한, 상기 열처리 온도가 300K 미만인 경우에는 Fe가 산화될 수 있고, 2000K 이상인 경우에는 Si 또는 Cr 이 산화되지 않을 수 있다.
상기 Fe-M계 연자성 금속 분말에서 M(목표 금속)만 선택적으로 산화되도록 하는 수소비(PH2/PH2O) 조건 및 열처리 온도 조건은 선택적으로 산화시키고자 하는 금속의 종류나, 경제성을 고려하여 설정할 수 있다.
그러나, 상기 항온조부(20)에서 반응로부(30)로 공급된 혼합가스의 수소비가 항상 정확하게 유지되는 것은 아닐 수 있다. 그래서 정밀한 제어를 위해서 상기 기 설정된 수소비를 유지시켜주는 제어과정이 필요할 것이다. 수소비를 조절하기 위한 한가지 방법으로, 항온조부(20)의 온도를 변화시켜서 이슬점을 조절하는 방법이 있는데 이는 즉각적으로 수소비를 조절하는 데에는 어려움이 있다. 그래서 이를 개선하여 수소비를 자동으로 실시간으로 제어하기 위해서 수소비검출센서부(40)와 수소비제어부(50)를 포함하였다.
상기 수소비검출센서부(40)는 상기 반응로부(30) 내부의 혼합 가스의 수소비(PH2/PH2O)를 측정할 수 있다.
상기 측정된 수소비(PH2/PH2O)가 기 설정된 수소비(PH2/PH2O)와 동일한 경우에는 그대로 열처리를 수행하여 상기 연자성 금속 분말의 표면에 산화물절연막을 형성할 수 있다.
그러나, 상기 측정된 수소비(PH2/PH2O)가 기 설정된 수소비(PH2/PH2O)와 차이가 있는 경우에는 수소비를 제어하기 위한 프로세스를 행하게 된다.
상기 수소비측정센서부(40)에서 측정된 수소비(PH2/PH2O)가 기 설정된 수소비(PH2/PH2O) 보다 낮은 경우에는 상기 수소비제어부(50)에서 상기 반응로부로 수소가스를 추가적으로 공급하여, 수소비를 높일 수 있다.
예를 들어, 수소비를 높이기 위해, 상기 수소비제어부(50)는 항온조부(20)에서 상기 반응로부(30)로 혼합기체를 공급하는 배관에 연결된 바이패스 배관을 통해 수소가스를 추가적으로 공급하여, 상기 수소가스가 반응로부로 유입될 수 있도록 할 수 있다.
또한, 상기 측정된 수소비(PH2/PH2O)가 기 설정된 수소비 보다 높은 경우에는, 상기 가스공급부에서 상기 항온조부로 공급하는 수소 가스의 일부를 불활성 가스로 대체하여 공급하여, 수소 가스 공급량을 줄임으로써, 수소비를 낮출 수 있다.
상기 수소 가스 및 불활성 가스의 함량비는 상기 측정된 수소비와 기 설정된 수소비의 차이에 따라 달라질 수 있으며, 상기 반응로부(30)의 혼합 가스가 설정된 수소비가 되도록 실시간·자동적으로 제어하게 된다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 분위기 제어 기반 연자성 금속 분말 절연 피복 방법을 설명한다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 분위기 제어 기반 연자성 금속 분말 절연 피복 방법의 순서도이다.
도4를 참조하면, 목표 금속만이 선택적으로 산화되도록 하는 수소비(PH2/PH2O) 조건 및 열처리 온도 조건을 설정하는 단계(S100); 항온조부에 유입된 수소 가스 또는 불활성 가스에 기 설정된 수소비(PH2/PH2O) 조건이 되도록 소정의 수분을 함유한 혼합 가스를 연자성 금속 분말이 장입된 반응로부로 공급하는 단계(S200); 상기 반응로부 내부의 혼합 가스의 수소비를 측정하는 단계(S300); 상기 측정된 수소비에 따라 기 설정된 수소비 조건을 유지하기 위해 상기 반응로부로 수소 가스 또는 불활성 가스를 추가적으로 공급하는 단계(S400); 및 상기 반응로부 내부의 혼합 가스가 기 설정된 수소비 조건으로 유지된 상태에서 기 설정된 열처리 온도 조건으로 열처리를 수행하여 상기 연자성 금속 분말의 표면에 산화물절연막을 형성하는 단계(S500); 를 포함한다.
첫째 단계에서, 목표 금속만이 선택적으로 산화되도록 하는 수소비(PH2/PH2O) 조건 및 열처리 온도 조건을 설정한다(S100).
상기 목표 금속은 연자성 금속 분말에 포함된 금속 중에 산화시켜서 산화물절연막을 형성하고자 하는 금속일 수 있다.
상기 수소비(PH2/PH2O) 수증기의 분압 대비 수소기체 분압의 비율일 수 있다. 즉, 수소기체 분압을 수증기의 분압으로 나눈 값이다.
둘째 단계에서, 항온조부에 유입된 수소 가스 또는 불활성 가스에 기 설정된 수소비(PH2/PH2O) 조건이 되도록 소정의 수분을 함유한 혼합 가스를 연자성 금속 분말이 장입된 반응로부로 공급한다(S200).
상기 불활성 가스는 질소(N2), 아르곤(Ar) 및 네온(Ne)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 수소가스 또는 불활성가스가 상기 항온조부의 증류수를 통과하면서 소정의 수분을 함유하게 되는데, 상기 항온조부 내부의 이슬점에 따라 수증기량이 달라지게 되므로 상기 기 설정된 수소비(PH2/PH2O)가 되도록 상기 항온조부의 온도를 초기 설정할 수 있다.
예를 들어, 가스공급부에서 수소가스(H2)와 및 질소가스(N2)를 항온조부에 공급하여 증류수를 통과시켜서 기 설정된 수소비(PH2/PH2O)가 되도록 수증기를 함유한 혼합가스를 반응로부로 배출시킬 수 있다.
상기 연자성 금속 분말은 Fe-M계 금속이고, 상기 M은 산화시키고자 하는 목표 금속이고, 상기 목표 금속은 실리콘(Si), 크롬(Cr), 알루미늄(Al) 및 붕소(B) 중에 선택되는 어느 하나 이상의 금속을 포함할 수 있다.
셋째 단계에서, 상기 반응로부 내부의 혼합 가스의 수소비를 측정할 수 있다(S300).
상기 항온조부에서 반응로부로 공급된 혼합가스의 수소비가 항상 정확하게 유지되는 것은 아닐 수 있기 때문에 수소비를 측정하는 센서로 상기 반응로부 내부 혼합 가스의 수소비를 측정하여 기 설정된 수소비와 동일한지 또는 상이한지 판단할 수 있도록 한다.
넷째 단계에서, 상기 측정된 수소비에 따라 기 설정된 수소비를 유지하기 위해 상기 반응로부로 수소 가스 또는 불활성가스를 추가적으로 공급한다(S400).
상기 측정된 수소비(PH2/PH2O)가 기 설정된 수소비(PH2/PH2O)와 동일한 경우에는 S500 단계의 열처리를 수행하여 상기 연자성 금속 분말의 표면에 산화물절연막을 형성할 수 있다.
상기 측정된 수소비가 기 설정된 수소비와 동일하지 않은 경우, 기 설정된 수소비를 유지하기 위해서 추가적인 수소 가스 또는 불활성가스를 실시간으로, 자동적으로, 즉각적으로 공급하여 기 설정된 수소비가 될 수 있도록 한다.
상기 측정된 수소비가 기 설정된 수소비 보다 낮은 경우에는 상기 반응로부로 수소가스를 추가 공급할 수 있다.
예를 들어, 상기 항온조부에서 상기 반응로부로 혼합기체를 공급하는 배관에 연결된 바이패스 배관을 통해 수소가스를 추가적으로 공급하여, 상기 수소가스가 반응로부로 유입될 수 있도록 할 수 있다.
또한, 상기 측정된 수소비(PH2/PH2O)가 기 설정된 수소비 보다 높은 경우에는, 상기 가스공급부에서 상기 항온조부로 공급하는 수소 가스의 일부를 불활성 가스로 대체하여 공급하여, 수소 가스 공급량을 줄임으로써, 수소비를 낮출 수 있다.
상기 수소 가스 및 불활성 가스의 함량비는 상기 측정된 수소비와 기 설정된 수소비의 차이에 따라 달라질 수 있으며, 상기 반응로부의 혼합 가스가 설정된 수소비가 되도록 실시간·자동적으로 제어하게 된다
다섯째 단계에서, 상기 반응로부 내부의 혼합 가스가 기 설정된 수소비 조건으로 유지된 상태에서 기 설정된 열처리 온도 조건으로 열처리를 수행하여 상기 연자성 금속 분말의 표면에 산화물절연막을 형성한다(S500).
상기 연자성 금속 분말이 Fe-Si-Cr계인 경우, 상기 Si 및 Cr 만을 선택적으로 산화시키기 위한 수소비(PH2/PH2O) 조건은 10 내지 106 이고, 열처리 온도 조건은 300K 내지 2000K일 수 있다(도3).
상기 수소비(PH2/PH2O)가 10 미만인 경우에는 Fe가 산화될 수 있고, 106 초과인 경우에는 Si 또는 Cr 이 산화되지 않을 수 있다.
또한, 상기 열처리 온도가 300K 미만인 경우에는 Fe가 산화될 수 있고, 2000K 이상인 경우에는 Si 또는 Cr 이 산화되지 않을 수 있다.
예를 들어, Fe-Si-Cr계 연자성 금속 분말을 수소비(PH2/PH2O) 10에서 923K 온도로 열처리하여 상기 Fe-Si-Cr계 연자성 금속 분말 표면에 Si 및 Cr을 포함하는 산화물절연막을 형성할 수 있다.
실시예
먼저, Fe를 제외하고, Cr 및 Si이 산화되는 수소비(PH2/PH2O) 조건을 10으로, 열처리 온도 조건을 923K로 설정하였다. 다음으로, 가스공급부에서 수소가스를 항온조부에 공급하였다. 다음으로, 상기 공급된 수소가스에 수소비(PH2/PH2O) 10이 되도록 수분을 함유한 혼합가스를 반응로부에 공급하였다. 다음으로, 상기 반응로부 내부에서 상기 혼합가스의 수소비(PH2/PH2O) 가 10이 되는지 수소비검출센서부로 측정하였다. 상기 측정된 수소비가 10 보다 작은 경우 수소비제어부에서 반응로부로 수소를 공급하고, 상기 측정된 수소비가 10보다 큰 경우 질소가스를 항온조부로 공급하여, 상기 반응로부 내부 혼합가스의 수소비가 10이 되도록 제어하였다. 다음으로, Fe-Cr-Si계 연자성 금속 분말이 장입된 반응로부를 923K로 열처리하여 상기 Fe-Cr-Si계 연자성 금속 분말 표면에 Cr 및 Si 산화물절연막을 형성하였다.
본 발명의 실시예에 따르면, 연자성 금속 분말의 절연 피복 처리를 위하여 정밀하게 수소비(PH2/PH2O) 제어가 필요한 경우에도 항온조부의 온도를 변화시키지 않고 즉각적으로 수소 또는 불활성 가스를 공급하여 실시간·자동적으로 수소비를 제어할 수 있다.
또한, 수소비검출센서를 통해 기 설정된 수소비와의 차이를 측정하여 정밀하게 수소비를 제어할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 가스공급부
20: 항온조부
30: 반응로부
40: 수소비검출센서부
50: 수소비제어부

Claims (10)

  1. 수소가스 또는 불활성가스를 항온조부에 공급하는 가스공급부;
    상기 공급된 수소가스 또는 불활성가스에 기 설정된 수소비(PH2/PH2O)가 되도록 소정의 수분을 함유한 혼합 가스를 반응로부에 공급하는 항온조부;
    연자성 금속 분말이 장입된 상태로 기 설정된 수소비(PH2/PH2O)에서 열처리를 수행하여 목표 금속 만을 선택적으로 산화시켜서, 상기 연자성 금속 분말의 표면에 산화물절연막을 형성하는 반응로부;
    상기 반응로부 내부의 혼합 가스의 수소비(PH2/PH2O)를 측정하는 수소비검출센서부; 및
    상기 수소비검출센서부에서 측정된 수소비(PH2/PH2O)에 따라 기 설정된 수소비(PH2/PH2O)를 유지하기 위해 상기 반응로부에 수소가스를 공급하는 수소비제어부; 를 포함하는 특징으로 하고,
    상기 반응로부로 상기 항온조부의 혼합가스를 공급하는 배관에 연결된 바이패스 배관을 더 포함하고, 상기 수소비검출센서부에서 측정된 수소비(PH2/PH2O)가 기 설정된 수소비(PH2/PH2O) 보다 낮은 경우에는 상기 수소비제어부에서 상기 바이패스 배관을 통해 수소가스를 추가적으로 공급하고, 수소비검출센서부에서 측정된 수소비(PH2/PH2O)가 기 설정된 수소비 보다 높은 경우에는 상기 가스공급부에서 상기 항온조부로 공급하는 수소 가스의 일부를 불활성 가스로 대체하여 공급하는 것을 특징으로 하는 분위기 제어 기반 연자성 금속 분말 절연 피복 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 불활성가스는 질소(N2), 아르곤(Ar) 및 네온(Ne)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 분위기 제어 기반 연자성 금속 분말 절연 피복 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 연자성 금속 분말은 Fe-M계 금속이고, 상기 M은 상기 목표 금속이고, 상기 목표 금속은 실리콘(Si), 크롬(Cr), 알루미늄(Al) 및 붕소(B) 중에 선택되는 어느 하나 이상의 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 분위기 제어 기반 연자성 금속 분말 절연 피복 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 연자성 금속 분말이 Fe-Si-Cr계인 경우, 상기 Si 및 Cr 만을 선택적으로 산화시키기 위한 수소비(PH2/PH2O)는 10 내지 106 이고, 열처리 온도는 300K 내지 2000K인 것을 특징으로 하는 분위기 제어 기반 연자성 금속 분말 절연 피복 장치.
  5. 삭제
  6. 제1항의 분위기 제어 기반 연자성 금속 분말 절연 피복 장치를 이용한 분위기 제어 기반 연자성 금속 분말 절연 피복 방법에 있어서,
    목표 금속만이 선택적으로 산화되도록 하는 수소비(PH2/PH2O) 조건 및 열처리 온도 조건을 설정하는 단계;
    상기 항온조부에 유입된 수소 가스 또는 불활성 가스에 기 설정된 수소비(PH2/PH2O) 조건이 되도록 소정의 수분을 함유한 혼합 가스를 연자성 금속 분말이 장입된 상기 반응로부로 공급하는 단계;
    상기 반응로부 내부의 혼합 가스의 수소비를 측정하는 단계;
    상기 측정된 수소비에 따라 기 설정된 수소비 조건을 유지하기 위해 상기 반응로부로 수소 가스 또는 불활성 가스를 추가적으로 공급하는 단계; 및
    상기 반응로부 내부의 혼합 가스가 기 설정된 수소비 조건으로 유지된 상태에서 기 설정된 열처리 온도 조건으로 열처리를 수행하여 상기 연자성 금속 분말의 표면에 산화물절연막을 형성하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 분위기 제어 기반 연자성 금속 분말 절연 피복 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 불활성 가스는 질소(N2), 아르곤(Ar) 및 네온(Ne)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 분위기 제어 기반 연자성 금속 분말 절연 피복 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 소정의 수분을 함유한 혼합 가스를 연자성 금속 분말이 장입된 반응로부로 공급하는 단계에서,
    상기 연자성 금속 분말은 Fe-M계 금속이고, 상기 M은 상기 목표 금속이고, 상기 목표 금속은 실리콘(Si), 크롬(Cr), 알루미늄(Al) 및 붕소(B) 중에 선택되는 어느 하나 이상의 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 분위기 제어 기반 연자성 금속 분말 절연 피복 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 연자성 금속 분말이 Fe-Si-Cr계인 경우, 상기 Si 및 Cr 만을 선택적으로 산화시키기 위한 수소비(PH2/PH2O) 조건은 10 내지 106 이고, 열처리 온도 조건은 300K 내지 2000K인 것을 특징으로 하는 분위기 제어 기반 연자성 금속 분말 절연 피복 방법.
  10. 삭제
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