KR102610890B1 - 스트론튬 페라이트 소결자석 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스트론튬 페라이트 소결자석에 관한 것으로, 보다 상세하게는 라포나이트를 입계상에 포함하는 스트론튬 페라이트 소결자석 및 이의 제조방법을 제공한다.

Description

스트론튬 페라이트 소결자석 및 이의 제조방법{STRONTIUM FERRITE SINTERED MAGNET AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}
본 발명은 스트론튬 페라이트 소결자석에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스트론튬 페라이트 소결자석 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
페라이트 소결자석은 스피커, 영구자석 모터, 가동 코일형 장치, 발전기, 회전기, 마이크 등의 전기-기계적 에너지의 전환에 많이 응용이 되고, 저장매체 등에도 널리 사용되고 있다. 대표적인 페라이트 소결자석으로서, 육방정의 M형 마그네토플럼바이트(magnetoplumbite) 구조를 가지는 스트론튬(Sr) 페라이트(SrFe12O19)가 알려져 있다. 상기 스트론튬 페라이트 소결자석은, 산화철과 스트론튬(Sr)의 탄산염 등을 원료로 하고, 분말 야금법에 의해 비교적 염가로 제조된다.
최근, 소비자의 요구에 따라 자동차용 전장 부품, 전기 기기용 부품 등에 있어서, 부품의 소형화, 경량화 및 고효율화를 목적으로, 페라이트 소결자석의 고성능화가 요구되고 있다. 특히, 자동차용 전장 부품에 사용되는 모터에는, 높은 잔류자화밀도(Br)를 유지하면서, 박형화했을 때의 강한 반자계에 의해서도 감자(減磁)하지 않는, 높은 보자력(HcJ)을 가지는 스트론튬 페라이트 소결자석이 요구되고 있다.
상기 스트론튬 페라이트 소결자석의 자석 특성 등급은 잔류자화밀도와 보자력의 정도에 따라 결정되며, 이 둘은 상충관계에 있다. 이 중, 잔류자화밀도의 경우, 스트론튬 페라이트 소결자석의 가소 단계에서, 스트론튬 페라이트화되는 정도(결정화도)에 따라 증가하는 포화 자화(Ms) 값과 밀접한 연관이 있다.
종래에는 스트론튬 페라이트 소결자석의 포화 자화를 향상시키기 위해서 고순도의 산화철을 사용하거나, 가소 단계에서 가소 온도를 1,280℃ 이상의 고온으로 수행하거나, 분산제를 첨가하는 등의 방법을 연구해왔다. 그러나, 고순도의 철을 사용하는 경우에는 포화 자화를 향상시킬 수 있으나, 산화철의 순도가 높아질수록 가격이 상승하는 문제가 있고, 고온으로 가소 단계를 수행하는 경우에는 스트론튬 페라이트의 결정화도를 높여 포화 자화를 향상시킬 수 있으나, 에너지 비용이 높다는 단점이 있다. 또한, 분산제를 이용하는 경우에는 스트론튬 페라이트의 결정화도를 높이는 데는 도움이 되나, 그 종류가 한정되어 있고, 주상이 치밀하게 적층되는 것을 방해하는 문제점이 있다.
따라서, 이러한 종래의 문제점을 해결하고, 우수한 보자력 및 포화 자화를 가지는 스트론튬 페라이트 소결자석을 제조하기 위한 연구가 필요한 실정이다.
KR 2006-0057651 A
본 발명에서 해결하고자 하는 과제는, 상기 발명의 배경이 되는 기술에서 언급한 문제들을 해결하기 위하여, 스트론튬 페라이트 소결자석의 보자력과 포화 자화 등의 자석 특성을 향상시키는 것이다.
즉, 본 발명은 스트론튬 페라이트 소결자석 제조 시, 라포나이트(Laponite)를 혼합하여 제조함으로써, 저비용으로 보자력 및 포화 자화가 향상된 고성능의 스트론튬 페라이트 소결자석 및 상기 스트론튬 페라이트 소결자석의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명은 라포나이트를 입계상에 포함하는 스트론튬 페라이트 소결자석을 제공한다.
또한, 본 발명은 주상 성분 원료를 혼합하는 제1 혼합 단계; 제1 혼합 단계에서 혼합된 혼합물을 가소화하고, 분쇄하여 분쇄 분말을 제조하는 단계; 분쇄 분말을 혼합하는 제2 혼합 단계; 및 제2 혼합 단계에서 혼합된 혼합물을 미분쇄하고, 소결하는 단계, 상기 제2 혼합 단계의 혼합은, 라포나이트를 포함하여 실시되는 것인 스트론튬 페라이트 소결자석 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 스트론튬 페라이트 소결자석은 입계상에 라포나이트를 포함함으로써, 주상 입자의 성장을 방지하여 주상 입자의 크기를 적정범위 내로 조절할 수 있고, 이를 통해, 주상을 치밀하게 적층시킬 수 있으며, 스트론튬 페라이트 소결자석의 보자력을 향상시킬 수 있다. 이 경우 소결 밀도가 향상되어, 자화용이 축 방향으로의 정렬도가 증가하여 자기장 인가 시 쉽게 자화되는 효과가 있으며, 경량화 및 소형화된 기기에 적용이 용이한 장점이 있다.
도 1 및 도 2는 각각 실시예 1 및 비교예 1의 스트론튬 페라이트 소결자석의 SEM 사진이다.
본 발명의 설명 및 청구범위에서 사용된 용어나 단어는, 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선을 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명에 따르면, 스트론튬 페라이트 소결자석이 제공된다. 상기 스트론튬 페라이트 소결자석은 라포나이트를 입계상에 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 스트론튬 페라이트 소결자석은, 육방정의 M형 마그네토플럼바이트 구조를 가지는 스트론튬 페라이트로 이루어지는 주상과 주상의 사이에 존재하여 주상을 둘러싸는 입계상을 포함할 수 있다. 일반적으로, 자성 재료, 특히 소결 자석은, 복수의 화합물로 구성되어 있고, 그 자성 재료의 특성(물성, 자석 특성 등)을 결정짓고 있는 화합물이 주상으로 정의된다. 본 발명에서의 주상, 즉 육방정의 M형 마그네토플럼바이트 구조를 가지는 스트론튬 페라이트 상도, 본 발명의 페라이트 소결 자석의 물성, 자석 특성 등의 기본 부분을 결정짓고 있다. 이 때, 상기 육방정의 M형 마그네토플럼바이트 구조를 가지는 것이란, 페라이트 가소체의 X선 회절을 일반적인 조건 하에서 측정한 경우에, 육방정의 M형 마그네토플럼바이트 구조의 X선 회절 패턴이 주로 관찰되는 것을 말한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 주상을 형성하는 스트론튬 페라이트 입자는 SrFe12O19로 표기되어 한 분자당 12개의 철 이온이 존재할 수 있다. 이 때, 상기 스트론튬 페라이트의 자기적 성질은 철(Fe) 이온의 자기 모멘트에 기초를 하고 있으며, 상기 Fe 이온 12개 중 상향 스핀 방향이 8개, 하향 스핀 방향이 4개 존재하여, 스트론튬 페라이트의 한 분자당 순수 스핀의 합은 4개가 된다. 일반적으로 스트론튬 페라이트에서 철 이온은 3가(Fe3+)로 3d 전자(스핀 자기 모멘트, spin magnetic moment)가 5개로, 총 20개(5개 스핀 모멘트 Х 순수 스핀의 합)의 스핀 자기 모멘트가 스트론튬 페라이트 자석의 자성의 근원(포화 자화)이 된다. 이 때, 자성의 근원인 포화 자화 값을 높이기 위해, 철 이온의 하향 스핀 방향에 철 이온보다 낮은 스핀 자기 모멘트를 갖는 원소 또는 비자성 원소를 치환시켜 총 스핀 자기 모멘트를 증가시킴으로써 포화 자화를 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 스트론튬 페라이트 입자에서, 철(Fe)의 일부는 코발트(Co), 아연(Zn), 니켈(Ni), 망간(Mn), 마그네슘(Mg) 및 크로뮴(Cr) 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상으로 치환될 수 있다. 보다 구체적인 예로 스트론튬 페라이트 입자에서 철은 코발트로 치환될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 주상을 형성하는 스트론튬 페라이트 입자에서, 스트론튬(Sr)의 일부를 희토류 원소로 치환할 수 있다. 예를 들어, 상기 희토류 원소로서, 란타늄(La), 네오듐(Nd), 프라세오듐(Pr) 및 세륨(Ce) 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 등을 포함할 수 있다. 상기 스트론튬 페라이트 입자에서, 스트론튬의 일부를 희토류 원소로 치환함으로써, 가격 경쟁력을 확보하고, 고온에서도 높은 자력을 유지할 수 있는 효과가 있다. 보다 구체적인 예로 스트론튬 페라이트 입자에서 스트론튬은 란타늄으로 치환될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 주상과 주상 사이에 형성된 입계상은 라포나이트(Laponite)를 포함할 수 있다. 본 발명에서, 라포나이트는 실리콘(Si), 마그네슘(Mg), 나트륨(Na) 및 리튬(Li)을 포함하고 있는 디스크 타입(Disk-type)의 형상을 갖는 적층형 합성 점토(Synthetic clay)를 포괄적으로 의미할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 라포나이트의 결정구조는 주로 실리카(SiO2)로 구성된 사면체층과 주로 마그네슘(Mg) 및 알루미늄(Al)으로 구성된 팔면체층이 1:1 또는 2:1로 적층된 적층구조를 가지고 있다. 이 때, 사면체층 구성성분인 Si의 일부나 팔면체층 구성성분의 일부가 산화상태가 더 낮은 원소로 치환되면(예를 들어, 사면체 층의 Si4+ 이온이 Al3+ 이온으로, 또는 팔면체층의 Al3+가 Mg2+ 이온으로, 또는 Mg2+가 Li+ 이온으로 치환) 각층 자체는 과잉의 음전하(negative charge)를 띠게 되며, 이 과잉의 음전하를 전기적으로 중화시키기 위하여 층간에 과잉의 음전하 양에 해당되는 양이온이 존재하게 된다. 상기 양이온은 Na+, K+, Li+, NH4+, H+, Ag+, Ca2+, Mg2+, Co2+, Ni2+, Fe2+, Zn2+, Mn2+, Cu2+, Al3+ 및 Fe3+로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 보다 구체적인 예로 상기 층간에 존재하는 양이온은 Na+일 수 있다. 따라서, 라포나이트를 물에 분산시킬 경우, 물 분자가 층간 양이온에 배위되면서 층간삽입(intercalation)이 발생하게 되어 분산력이 우수할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 스트론튬 페라이트 소결자석은 입계상에 라포나이트를 포함함으로써, 주상을 둘러싸는 구조로 형성되어 주상 입자간의 응집 및 입자의 성장을 방지하여 주상 입자의 크기를 적정범위 내로 조절할 수 있다. 예를 들어, 상기 스트론튬 페라이트 소결자석은 주상 입자의 평균 입경은 1.5 ㎛ 내지 5.0 ㎛, 2.0 ㎛ 내지 5.0 ㎛ 또는 2.5 내지 3.5 ㎛일 수 있다. 주상 입자의 평균 입경을 상기 범위 내로 조절함으로써, 주상을 치밀하게 적층시킬 수 있으며, 이 경우 자화용이 축 방향으로의 정렬도가 증가하여 자기장 인가 시 쉽게 자화되는 효과가 있고, 이와 더불어 보자력이 상승하는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 스트론튬 페라이트 소결자석은 입계상에 라포나이트를 포함함으로써, 주상을 치밀하게 적층하여 스트론튬 페라이트 소결자석의 소결 밀도를 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 스트론튬 페라이트 소결자석의 소결 밀도는 4.9 g/cm3 내지 5.3 g/cm3, 4.9 g/cm3 내지 5.25 g/cm3 또는 4.9 g/cm3 내지 5.2 g/cm3일 수 있다. 본 발명에 따른 스트론튬 페라이트 소결자석은 상기 범위 내의 향상된 소결 밀도를 가짐으로써, 부피가 크게 축소될 수 있고, 이를 통해 우수한 자석 특성과 더불어 소형화 및 경량화가 가능하며, 소형화 및 경량화가 요구되는 다양한 제품의 핵심부품으로 적용시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 스트론튬 페라이트 소결자석은 입계상에 라포나이트를 포함함으로써, 주상을 치밀하게 적층하여 스트론튬 페라이트 소결자석에 기공이 형성되는 것을 방지할 수 있고, 기공이 형성되더라도 평균 크기가 200 nm 내지 800 nm, 200 nm 내지 750 nm 또는 200 내지 700 nm인 미세기공으로 형성되도록 유도할 수 있다. 이를 통해, 기존의 분산제를 사용하여 스트론튬 페라이트 소결자석을 제조한 경우, 주상이 치밀하게 적층되지 않아, 가열 단계에서 분산제의 증발로 인해 다수의 거대 기공이 발생하는 문제점을 해결할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 스트론튬 페라이트 소결자석은 주상에 라포나이트를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 스트론튬 페라이트 소결자석의 제조 과정에 있어서, 주상 성분 및 라포나이트를 혼합한 후 가소 단계를 거치게 되는데, 이 경우, 라포나이트의 우수한 분산 특성으로 인해 주상 성분이 용이하게 혼합되고, 라포나이트의 표면 전하 특성으로 인해 상기 가소 단계에서 부반응이 억제되어 주상 성분이 스트론튬 페라이트화되는 정도, 즉, 스트론튬 페라이트 결정화도가 상승하게 된다. 또한, 스트론튬 페라이트 소결자석은 스트론튬 페라이트 결정화도가 상승함에 따라, 우수한 포화 자화 값을 구현할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 스트론튬 페라이트 소결자석은 입계상 또는 주상 및 입계상에 라포나이트를 포함함으로써, 포화 자화와 보자력이 향상되는 효과를 얻을 수 있다. 예를 들어, 스트론튬 페라이트 소결자석의 포화 자화는 64 emu/g 내지 80 emu/g, 64 emu/g 내지 78 emu/g 또는 66 emu/g 내지 74 emu/g 이고, 보자력은 3,000 Oe 내지 5,400 Oe, 3,200 Oe 내지 4,800 Oe 또는 3,500 Oe 내지 4,800 Oe일 수 있다. 본 발명에 따른 스트론튬 페라이트 소결자석은 상기 범위 내의 포화 자화 및 보자력을 가짐으로써, 고성능의 자석 특성을 지니고, 이를 통해, 다양한 분야에 적용이 가능한 이점이 있다.
본 발명에 따르면, 스트론튬 페라이트 소결자석의 제조방법이 제공된다. 상기 스트론튬 페라이트 소결자석의 제조방법은, 주상 성분 원료를 혼합하는 제1 혼합 단계; 제1 혼합 단계에서 혼합된 혼합물을 가소화하고, 분쇄하여 분쇄 분말을 제조하는 단계; 분쇄 분말을 혼합하는 제2 혼합 단계; 및 제2 혼합 단계에서 혼합된 혼합물을 미분쇄하고, 소결하는 단계를 포함하고, 상기 제2 혼합 단계의 혼합은, 라포나이트를 포함하여 실시될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 주상 성분 원료를 혼합하는 제1 혼합 단계에 있어서, 주상 성분 원료로서, 스트론튬 전구체 및 철 전구체를 포함할 수 있다. 상기 스트론튬 전구체는 Sr(NO3)2, SrCO3, SrCl2, SrSO4 및 Sr(OH)2로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 보다 구체적인 예로 상기 스트론튬 전구체는 SrCO3를 포함할 수 있다. 또한, 상기 철 전구체는, Fe(NO3)3, FeCO3, FeCl3, Fe2O3, FeCl2 및 Fe(OH)3로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 보다 구체적인 예로 상기 철 전구체는 Fe2O3를 포함할 수 있다. 이를 통해, 스트론튬 페라이트를 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 주상 성분 원료를 혼합하는 제1 혼합 단계 이후에, 제1 혼합 단계에서 혼합된 혼합물을 가소화하고, 분쇄하여 분쇄 분말을 제조하는 단계를 포함할 수 있다. 이 때, 제1 혼합 단계에서 혼합된 혼합물을 가소화하여 가소체를 제조할 수 있다. 예를 들어, 상기 가소 단계는, 300 ℃ 내지 400 ℃에서 1차 열처리하는 단계, 600 ℃ 내지 700 ℃에서 2차 열처리하는 단계 및 1,000 ℃ 내지 1,200 ℃에서 3차 열처리하는 단계를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 1차 열처리 단계를 통해 유기물 내지 불순물의 제거가 가능하고, 2차 열처리 단계를 통해 잔존하는 이산화탄소 등을 효과적으로 제거할 수 있으며, 3차 열처리 단계를 통해 입자가 조대해지는 것을 방지하면서, 스트론튬 페라이트의 결정화도를 향상시킬 수 있다. 이와 같은 가소 단계를 거침으로써, 비교적 저온의 가소 온도로 주상 성분 원료를 효과적으로 용융 및 혼합함으로써, 에너지 비용을 절감하고, 공정 시간을 단축할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 가소체를 분쇄하여 분쇄 분말을 제조할 때는, 진동 로드 밀 등을 사용하여 건식으로 분쇄를 실시하여 분쇄 분말을 수득할 수 있다. 이 때, 상기 분쇄 분말의 평균 입자 크기는 3 ㎛ 내지 20 ㎛, 3 ㎛ 내지 15 ㎛ 또는 3 ㎛ 내지 10 ㎛일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 분쇄 분말을 혼합하는 제2 혼합 단계는, 상기 가소체를 분쇄하여 제조된 분쇄 분말 및 라포나이트를 포함하여 실시될 수 있다. 이를 통해, 제조된 스트론튬 페라이트 소결자석은 입계상에 라포나이트가 포함하게 되고, 상기 스트론튬 페라이트 소결자석은 입자의 성장이 제어된 주상을 가질 수 있고, 이를 통해 상기 주상이 치밀하게 적층되어 보자력이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 분쇄 분말을 혼합하는 제2 혼합 단계 이후에, 제2 혼합 단계에서 혼합된 혼합물을 미분쇄하고, 소결하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 혼합 단계에서 혼합된 혼합물을 미분쇄할 때는, 상기 가소체를 분쇄하여 제조한 분쇄 분말 및 라포나이트의 혼합물을 습식 아트라이터, 볼 밀, 또는 제트 밀 등을 사용하여 습식으로 분쇄하여 미분쇄 분말을 수득할 수 있다. 상기 분쇄 시간은, 예를 들면, 습식 아트라이터를 사용하는 경우에는, 30 분 내지 10 시간 동안 진행될 수 있고, 볼 밀을 사용하는 경우에는, 5 시간 내지 50 시간 진행될 수 있다. 상기 분쇄 시간은, 분쇄 방법에 의해 적절히 조정하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 미분쇄하는 단계를 거침으로써, 가소체를 분쇄하여 분쇄 분말을 제조하는 단계 이후에 경우에 따라 입자 간 응집으로 인해 성장한 입자를 다시 분쇄할 수 있고, 상기 분쇄 분말을 더욱 분쇄하여 미립자를 형성할 수 있다. 이와 같이, 미분쇄하는 단계를 통해 형성된 미립자의 평균 입자 크기는 1 ㎛ 내지 5 ㎛, 1 ㎛ 내지 4 ㎛ 또는 1.5 ㎛ 내지 3 ㎛일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 미분쇄된 분말을 소결함으로써 본 발명에 따른 스트론튬 페라이트 소결자석을 제조할 수 있다. 예를 들어, 상기 소결 단계는 상압소결, 열간프레싱, 열간 정수압 소결, 가스압 소결 및 스파크 플라즈마 소결로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 방법으로 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 라포나이트의 종횡비는 1:5 내지 1:80, 1:20 내지 1:60 또는 1:20 내지 1:50일 수 있다. 상기 라포나이트의 종횡비는, 디스크 타입(Disk-type)의 판상 형상의 라포나이트에 대해서, 두께:입경의 비율을 나타낸 것이다. 상기 범위 내의 종횡비를 갖는 라포나이트를 제2 혼합 단계 또는 제1 혼합 단계 및 제2 혼합 단계에서 사용함으로써, 라포나이트의 혼합으로 인해 얻을 수 있는 효과를 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 라포나이트의 함량은 혼합물 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 1 중량부, 0.2 내지 0.8 중량부 또는 0.3 내지 0.6 중량부일 수 있다. 상기 범위 내의 라포나이트를 포함함으로써, 상술한 라포나이트로 인한 효과를 더욱 향상시킬 수 있다. 구체적으로, 상기 범위 내의 라포나이트를 포함함으로써, 보자력이 효과적으로 향상되고, 주상 입자의 응집 및 성장을 방지하여 포화 자화의 저하를 막을 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 주상 성분 원료를 혼합하는 제1 혼합 단계 및 분쇄 분말을 혼합하는 제2 혼합 단계에 있어서, 라포나이트를 포함하여 혼합하는 경우에는 용매를 더 포함할 수 있다. 상기 용매는 예를 들어, 수용성 용매를 포함할 수 있다. 상기 수용성 용매는, 물; 아세톤(acetone); 메탄올(methanol), 에탄올(ethanol) 등의 친수성 알코올(alcohol) 용매; 알데히드(aldehyde) 용매; 에스테르(ester) 용매 및 케톤(ketone) 용매 등의 테르펜(terpene) 유도체 용매; 에틸아세테이트(ethyl acetate) 용매; 클로로포름(chloroform) 용매; N-메틸-2피롤리돈(N-methyl-2-pyrrolidone), 2-피롤리돈(2-pyrrolidone), N-비닐-피롤리돈(N-vinyl-pyrrolidone) 등의 피롤리돈(pyrrolidone) 용매; 및 에틸렌 카보네이트(ethylene carbovate), 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate), 1,2-부틸렌 카보네이트(1,2-butylenes carbonate), 1,3-부틸렌 카보네이트(1, 3-butylene carbonate), 플로로 에틸렌 카보네이트(fluoro ethylene carbonate), 디메틸 카보네이트(dimethyl carbonate), 에틸 메틸 카보네이트(ethyle methyl carbonate), 디에틸 카보네이트(diethyl carbonate) 등의 카보네이트(carbonate) 용매;로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 보다 구체적인 예로 상기 수용성 용매로서 물을 포함할 수 있다. 이와 같이, 물을 용매로서, 라포나이트를 분산시킴으로써, 물 분자가 라포나이트의 층간 양이온에 배위되면서 층간삽입(intercalation)이 발생하게 되어 혼합물의 분산력을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 주상 성분 원료를 혼합하는 제1 혼합 단계 또는 분쇄 분말을 혼합하는 제2 혼합 단계에 있어서, 코발트 전구체, 아연 전구체, 니켈 전구체, 망간 전구체, 마그네슘 전구체 및 크로뮴 전구체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 더 포함할 수 있다. 제1 혼합 단계 또는 제2 혼합 단계에서 코발트 전구체, 아연 전구체, 니켈 전구체, 망간 전구체, 마그네슘 전구체 및 크로뮴 전구체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 더 포함함으로써, 스트론튬 페라이트에 있어서 철의 일부를 코발트, 아연, 니켈, 망간, 마그네슘 및 크로뮴 중 1종 이상으로 치환할 수 있다. 예를 들어, 상기 코발트 전구체는 Co(NO3)2, CoCO3, CoCl2 및 CoSO4로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 더 포함할 수 있고, 상기 아연 전구체는 Zn(NO3)2, ZnCl2, ZnSO4 및 ZnO로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 더 포함할 수 있고, 상기 니켈 전구체는 Ni(NO3)2, NiCO3, NiCl2 및 NiSO4로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 더 포함할 수 있고, 상기 망간 전구체는 Mn(NO3)2, MnCO3, MnCl2, MnSO4 및 MnO2로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 더 포함할 수 있고, 상기 마그네슘 전구체는 Mg(NO3)2, MgCO3, MgCl2 및 MgSO4로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 더 포함할 수 있으며, 상기 크로뮴 전구체는 Cr3O4, Cr2O3, CrO2 및 CrO3로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 더 포함할 수 있다. 보다 구체적인 예로 상기 제1 혼합 단계 또는 제2 혼합 단계에 있어서 코발트 전구체를 포함할 수 있다. 상기 제1 혼합 단계 또는 제2 혼합 단계에서 코발트 전구체를 더 포함함으로써, 스트론튬 페라이트 입자의 철의 일부가 코발트로 치환되고, 이를 통해, 스트론튬 페라이트 입자의 총 스핀 자기 모멘트를 증가시킴으로써 포화 자화를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 주상 성분 원료를 혼합하는 제1 혼합 단계 또는 분쇄 분말을 혼합하는 제2 혼합 단계에 있어서, 란타늄 전구체, 네오듐 전구체, 프라세오듐 전구체 및 세륨 전구체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 더 포함할 수 있다. 제1 혼합 단계 또는 제2 혼합 단계에서 란타늄 전구체, 네오듐 전구체, 프라세오듐 전구체 및 세륨 전구체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 더 포함함으로써, 스트론튬 페라이트에 있어서 스트론튬의 일부를 란타늄, 네오듐, 프라세오듐 및 세륨 중 1종 이상으로 치환할 수 있다. 예를 들어, 상기 란타늄 전구체는 La2O3, La(NO3)3, LaCl3, La2(SO4)3 및 La(OH)3로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 더 포함할 수 있고, 네오듐 전구체는 Nd2O3, Nd(NO3)3, NdCl3, Nd2(SO4)3 및 Nd(OH)3로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 더 포함할 수 있고, 프라세오듐 전구체는 Pr2O3, Pr(NO3)3, PrCl3, Pr2(SO4)3 및 Pr(OH)3로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 더 포함할 수 있으며, 세륨 전구체는 Ce2O3, Ce(NO3)3, CeCl3, Ce2(SO4)3 및 Ce(OH)3로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 더 포함할 수 있다. 보다 구체적인 예로 상기 제1 혼합 단계 또는 제2 혼합 단계에 있어서 란타늄 전구체를 포함할 수 있다. 상기 제1 혼합 단계 또는 제2 혼합 단계에서 란타늄 전구체를 더 포함함으로써, 스트론튬 페라이트 입자의 스트론튬의 일부가 란타늄으로 치환되고, 이를 통해, 가격 경쟁력을 확보하고, 고온에서도 높은 자력을 유지할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 스트론튬 페라이트 소결자석은 하기 일반식 1을 만족할 수 있다.
[일반식 1]
SraLabCacFedCreCofOgSihMgiNajLik
상기 일반식 1에서, a는 0.88 내지 0.95의 수이고, b는 0.05 내지 0.12의 수이고, c는 0.01 내지 0.03의 수이고, d는 11.50 내지 12.00의 수이고, e는 0.10 내지 0.35의 수이고, f는 0.05 내지 0.15의 수이고, g는 18.8 내지 19.5의 수이고, h는 0.10 내지 0.30의 수이며, i는 0.001 내지 0.05의 수이고, j는 0.001 내지 0.05의 수이며, k는 0.001 내지 0.05의 수이다. 이 때, a 내지 k는 원자비율을 기준으로 기재한 것이다. 이와 같이, 본 발명에 따른 스트론튬 페라이트 소결자석은 스트론튬의 일부가 란타늄으로 치환되고, 철의 일부는 코발트로 치환되었으며, 실리콘, 마그네슘, 나트륨 및 리튬을 구성성분으로 포함하는 라포나이트를 포함하고 있다는 것을 알 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 주상 성분 원료를 혼합하는 제1 혼합 단계 또는 분쇄 분말을 혼합하는 제2 혼합 단계에 있어서, 염화금속염, 질산금속염 및 황산금속염으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 염을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 염화금속염은 NaCl, KCl, LiCl, CaCl2 및 MgCl2로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 질산금속염은 NaNO3, KNO3, LiNO3, Ca(NO3)2 및 Mg(NO3)2로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 황산금속염은 Na2SO4, K2SO4, Li2SO4, CaSO4 및 MgSO4로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 상기 주상 성분 원료를 혼합하는 제1 혼합 단계 또는 분쇄 분말을 혼합하는 제2 혼합 단계에 있어서, 염을 더 포함함으로써, 가소 온도 및 소결 온도가 낮아지고, 합성 반응의 속도가 상승하여 공정 조건상 유리할 수 있고, 스트론튬 페라이트의 결정화도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 혼합 단계에서 혼합된 혼합물의 pH는 4 내지 7일 수 있다. 상기 혼합물의 pH를 상기 범위로 조절하기 위하여 제2 혼합 단계에서, 산성 물질을 더 혼합할 수 있다. 예를 들어, 상기 산성 물질은 염산(HCl), 아세트산(CH3COOH), 황산(H2SO4), 아황산(H2SO3), 질산(HNO3), 인산(H3PO4), 포름산(HCOOH), 시트르산(C6H8O7), 락트산(CH3CHOHCOOH), 아미노산(NH2CHRnCOOH), 타르타르산(C4H6O6), 아스코르브산(C6H8O6), 붕산(H3BO3) 및 규산(H2SiO3)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 상기 혼합물의 pH는 스트론튬 상 형성에 큰 영향을 미칠 수 있다. 구체적으로, pH 4 내지 7 범위에서는 산화철이 이온화 되는 것을 막을 수 있고, 탄산스트론튬과 산화철이 섞이기 용이하여 스트론튬 페라이트화가 용이할 수 있다. 보다 구체적으로 pH가 4 이상인 경우에는 산화철이 배합액 내에서 이온화되지 않기 때문에 반응에 참여할 산화철이 풍부하게 되어 스트론튬 페라이트화가 용이하고, pH가 7 이하인 경우에는 배합된 산화철 또는 탄산스트론튬 입자의 표면에 하이드록실기(OH-)의 형태를 띤 금속염이 형성되는 것을 방지하여 산화철과 탄산스트론튬의 배합 또는 결정화 반응이 억제되어 스트론튬 페라이트화가 용이하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 미분쇄된 분말을 소결하는 단계에서는, 상압소결, 열간프레싱, 열간 정수압 소결, 가스압 소결 및 스파크 플라즈마 소결로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 방법으로 수행할 수 있다.
이하, 실시예에 의하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 통상의 기술자에게 있어서 명백한 것이며, 이들 만으로 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
실시예
실시예 1
<스트론튬 페라이트 소결자석의 제조>
Fe2O3와 SrCO3를 Fe:Sr=12:1의 비율로 혼합하고, 상기 Fe2O3와 SrCO3 혼합물 100 중량부를 기준으로 La2O3, Co3O4 및 CaCO3를 각각 0.7 중량부, 0.05 중량부 및 0.05 중량부의 함량으로 물과 함께 첨가하였다. 여기에 붕산을 0.05 중량부의 함량으로 혼합하여 pH를 4 내지 7로 제어한 제1 혼합 단계를 거쳐 혼합물을 제조하였다. 그런 다음, 상기 혼합물을 1200℃의 온도에서 240 분간 가소하였다. 그런 다음, 가소된 가소체를 디스크밀로 분쇄하여 분쇄 분말을 수득하였다. 그런 다음, 상기 분쇄 분말 300 g을 100 중량부로 하여 종횡비가 1:20인 라포나이트(Laponite RD, Laponite RDS, Laponite JS, 공급사:BYK) 0.3 중량부, Cr2O3 0.50 중량부, Co3O4 0.10 중량부 및 CaCO3 0.07 중량부를 혼합하고, 물을 450 g 첨가하는 제2 혼합 단계를 수행하였다. 그런 다음, 제2 혼합 단계를 거친 미분말 수용액을 볼밀로 17 시간 동안 미분쇄하여 미분쇄 슬러리를 제조하였다. 해당 미분쇄 슬러리를 금형틀에 붓고 자장성형기를 통해(인가 자장: 1.0 T) 탈수 및 성형 과정을 거쳐 지름 3.5 cm 내외 두께 1.0 cm 내외 크기의 원형 소결자석을 제작했다. 해당 소결자석을 1200℃의 온도에서 240 분간 소결하여 스트론튬 페라이트 소결 자석을 제조하였다.
실시예 2
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되, 라포나이트의 함량을 0.6 중량부로 혼합하여 스트론튬 페라이트 소결자석을 제조하였다.
실시예 3
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되, 종횡비가 1:30인 라포나이트를사용하여 스트론튬 페라이트 소결자석을 제조하였다.
실시예 4
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되, 종횡비가 1:40인 라포나이트를사용하여 스트론튬 페라이트 소결자석을 제조하였다.
실시예 5
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되, 종횡비가 1:50인 라포나이트를사용하여 스트론튬 페라이트 소결자석을 제조하였다.
실시예 6
<스트론튬 페라이트 소결자석의 제조>
Fe2O3와 SrCO3를 Fe:Sr=12:1의 비율로 혼합하고, 상기 Fe2O3와 SrCO3 혼합물 100 중량부를 기준으로 종횡비가 1:20인 라포나이트(Laponite RD, Laponite RDS, Laponite JS, 공급사:BYK), La2O3, Co3O4 및 CaCO3를 각각 0.3 중량부, 0.7 중량부, 0.05 중량부 및 0.05 중량부를 물과 함께 첨가하였다. 여기에 붕산을 0.05 중량부의 함량으로 혼합하여 pH를 4 내지 7로 제어한 제1 혼합 단계를 거쳐 혼합물을 제조하였다. 그런 다음, 상기 혼합물을 1200℃의 온도에서 240 분간 가소하였다. 그런 다음, 가소된 가소체를 디스크밀로 분쇄하여 분쇄 분말을 수득하였다. 그런 다음, 상기 분쇄 분말 300 g을 100 중량부로 하여 종횡비가 1:20인 라포나이트(Laponite RD, Laponite RDS, Laponite JS, 공급사:BYK) 0.3 중량부, Cr2O3 0.50 중량부, Co3O4 0.10 중량부 및 CaCO3 0.07 중량부를 혼합하고, 물을 450 g 첨가하는 제2 혼합 단계를 수행하였다. 제2 혼합 단계를 거친 미분말 수용액을 볼밀로 17 시간 동안 미분쇄하여 미분쇄 슬러리를 제조하였다. 해당 미분쇄 슬러리를 금형틀에 붓고 자장성형기를 통해(인가 자장: 1.0 T) 탈수 및 성형 과정을 거쳐 지름 3.5 cm 내외 두께 1.0 cm 내외 크기의 원형 소결자석을 제작했다. 해당 소결자석을 1200℃의 온도에서 240 분간 소결하여 스트론튬 페라이트 소결 자석을 제조하였다.
실시예 7
상기 실시예 6과 동일한 방법으로 제조하되, 라포나이트의 함량을 제1 혼합 단계 및 제2 혼합 단계 각각에서 0.6 중량부로 혼합하여 스트론튬 페라이트 소결자석을 제조하였다.
실시예 8
상기 실시예 6과 동일한 방법으로 제조하되, 종횡비가 1:30인 라포나이트를사용하여 스트론튬 페라이트 소결자석을 제조하였다.
실시예 9
상기 실시예 6과 동일한 방법으로 제조하되, 종횡비가 1:40인 라포나이트를사용하여 스트론튬 페라이트 소결자석을 제조하였다.
실시예 10
상기 실시예 6과 동일한 방법으로 제조하되, 종횡비가 1:50인 라포나이트를사용하여 스트론튬 페라이트 소결자석을 제조하였다.
비교예
비교예 1
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되, 라포나이트를 혼합하지 않고 스트론튬 페라이트 소결자석을 제조하였다
비교예 2
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되, 라포나이트 대신에 SiO2를 동일한 함량으로 사용하여 스트론튬 페라이트 소결자석을 제조하였다.
비교예 3
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되, 라포나이트 대신에 SiO2를 사용하고, SiO2의 함량을 0.6 중량부로 첨가하여 스트론튬 페라이트 소결자석을 제조하였다.
비교예 4
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되, 라포나이트 대신에 SiO2를 사용하고, SiO2의 함량을 1 중량부로 첨가하여 스트론튬 페라이트 소결자석을 제조하였다.
비교예 5
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되, 라포나이트 대신에 SiO2를 사용하고, SiO2의 함량을 1.5 중량부로 첨가하여 스트론튬 페라이트 소결자석을 제조하였다.
비교예 6
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되, 종횡비가 1: 10인 라포나이트를동일한 함량으로 사용하여 스트론튬 페라이트 소결자석을 제조하였다.
비교예 7
상기 실시예 6과 동일한 방법으로 제조하되, 라포나이트 대신에 SiO2를 동일한 함량으로 사용하여 스트론튬 페라이트 소결자석을 제조하였다.
비교예 8
상기 실시예 6과 동일한 방법으로 제조하되, 라포나이트 대신에 SiO2를 사용하고, SiO2의 함량을 0.6 중량부로 첨가하여 스트론튬 페라이트 소결자석을 제조하였다.
비교예 9
상기 실시예 6과 동일한 방법으로 제조하되, 라포나이트 대신에 SiO2를 사용하고, SiO2의 함량을 1 중량부로 첨가하여 스트론튬 페라이트 소결자석을 제조하였다.
비교예 10
상기 실시예 6과 동일한 방법으로 제조하되, 라포나이트 대신에 SiO2를 사용하고, SiO2의 함량을 1.5 중량부로 첨가하여 스트론튬 페라이트 소결자석을 제조하였다.
비교예 11
상기 실시예 6과 동일한 방법으로 제조하되, 종횡비가 1: 10인 라포나이트를 동일한 함량으로 사용하여 스트론튬 페라이트 소결자석을 제조하였다.
실험예
실험예 1
상기 실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 5에서 제조된 각각의 스트론튬 페라이트 소결자석의 포화 자화, 보자력 및 소결 밀도를 측정하였다. 그 결과는 하기 표 1에 나타내었다.
* 포화 자화(emu/g) 및 보자력(Oe): BH Tracer(Lake Shore, USA) 장비에 원형 소결자석을 장착한 후, 장비를 구동하여 hysteresis loop를 측정하였다(측정 인가 자장: -1.0 ~ 2.0 T).
* 소결 밀도(g/cm3): 비중계를 통해 측정하였다. 먼저 비중계 내의 물의 온도를 측정한 후, 해당 온도에서 물의 밀도(dw)를 측정하였다. 그런 다음, 소결자석의 건조무게(gdry)를 측정하고, 수중무게(gwater)를 측정하고, 소결 밀도(겉보기 밀도)= gdry/(gdry-gwater)*dw의 수식을 통해 소결 밀도를 계산하였다.
실시예 비교예
1 2 1 2 3 4 5
포화 자화
(emu/g)		 68 67 65 66 65 63 62
보자력
(Oe)		 4,200 4,300 3,700 4,100 4,300 4,400 4,600
소결 밀도
(g/cm3)		 5.03 5.05 4.95 4.98 4.99 5.01 5.00
실시예에 따른 스트론튬 페라이트 소결자석은 상기 제2 혼합 단계 시 라포나이트를 포함하여 제조한 것으로, 각 주상의 주변에 형성된 입계상에 라포나이트가 포함된 구조를 가진다. 이와 비교하여, 비교예에 따른 스트론튬 페라이트 소결자석은 입계상에 라포나이트를 포함하지 않거나, 라포나이트 대신 SiO2를 0.3 내지 1.5 중량% 포함하고 있다.
그 결과, 상기 표 1을 참조하면, 입계상에 라포나이트를 포함하고 있는 실시예 1 및 2와 비교하여, 입계상에 라포나이트를 포함하고 있지 않는 비교예 1은 포화 자화, 보자력 및 소결 밀도가 모두 저하된 것을 확인할 수 있다.
또한, 입계상에 라포나이트를 포함하고 있는 실시예 1 및 2와 비교하여, 입계상에 SiO2를 포함하고 있는 비교예 2 내지 5는 보자력은 유사한 수준이나, 포화 자화 및 소결 밀도가 다소 저하된 것을 확인할 수 있다. 이를 통해, 입계상에 SiO2를 포함한 경우, 라포나이트를 포함한 경우와 비교하여, 주상이 치밀하게 적층되지 못한다는 것을 알 수 있다. 또한, SiO2의 함량이 증가할수록, 과량의 SiO2가 입계상을 형성하여 포화 자화가 점점 줄어드는 것을 확인할 수 있다.
실험예 2
상기 실시예 1, 실시예 3, 실시예 4, 실시예 5 및 비교예 6에서 제조된 각각의 스트론튬 페라이트 소결자석의 포화 자화, 보자력 및 소결 밀도를 측정하였다. 그 결과는 하기 표 2에 나타내었다.
실시예 비교예
1 3 4 5 6
포화 자화
(emu/g)		 68 68 67 67 67
보자력
(Oe)		 4,200 4,150 4,100 4,050 4,000
소결 밀도
(g/cm3)		 5.03 5.02 5.00 5.00 5.02
상기 실시예 1, 실시예 3, 실시예 4, 실시예 5 및 비교예 6에 따른 스트론튬 페라이트 소결자석은 상기 제2 혼합 단계 시 라포나이트를 포함하여 제조한 것이다. 다만, 실시예의 경우, 종횡비가 1:20 내지 1:50 범위의 라포나이트를 사용하였으나, 비교예 6의 경우 종횡비가 1:10인 라포나이트를 사용하였다.
그 결과, 표 2를 참조하면, 종횡비가 1:20 내지 1:50 범위인 라포나이트를 포함한 실시예에 따른 스트론튬 페라이트 소결자석의 경우, 종횡비가 1:10의 라포나이트를 포함한 비교예 6과 비교하여, 보자력 및 소결 밀도가 향상된 효과를 보였다. 특히, 라포나이트의 종횡비가 1:20인 경우, 포화 자화, 보자력 및 소결 밀도가 더욱 향상되었다.
실험예 3
상기 실시예 6 내지 7 및 비교예 7 내지 10에서 제조된 각각의 스트론튬 페라이트 소결자석의 포화 자화, 보자력 및 소결 밀도를 측정하였다. 그 결과는 하기 표 3에 나타내었다.
실시예 비교예
6 7 7 8 9 10
포화 자화
(emu/g)		 69 69 66 65 64 62
보자력(Oe) 4,100 4,200 4,000 4,100 4,300 4,400
소결 밀도(g/cm3) 5.04 5.06 4.98 4.99 5.01 4.99
실시예에 따른 스트론튬 페라이트 소결자석은 상기 제1 혼합 단계 및 제2 혼합 시 모두 라포나이트를 포함하여 제조한 것으로, 각 주상 및 입계상에 라포나이트가 포함된 구조를 가진다. 이와 비교하여, 비교예에 따른 스트론튬 페라이트 소결자석은 주상 및 입계상에 라포나이트 대신 SiO2를 0.3 내지 1.5 중량% 포함하고 있다.
그 결과, 상기 표 3을 참조하면, 주상 및 입계상에 라포나이트를 포함하고 있는 실시예 6 및 7과 비교하여, 주상 및 입계상에 SiO2를 포함하고 있는 비교예 7 내지 10은 보자력은 유사한 수준이나, 포화 자화 및 소결 밀도가 저하된 것을 확인할 수 있다. 이를 통해, 주상 및 입계상에 SiO2를 포함한 경우, 라포나이트를 포함한 경우와 비교하여, 주상이 치밀하게 적층되지 못한다는 것을 알 수 있다. 또한, SiO2의 함량이 증가할수록, 과량의 SiO2가 입계상을 형성하여 포화 자화가 점점 줄어드는 것을 확인할 수 있다.
실험예 4
상기 실시예 6, 실시예 8, 실시예 9, 실시예 10 및 비교예 11에서 제조된 각각의 스트론튬 페라이트 소결자석의 포화 자화, 보자력 및 소결 밀도를 측정하였다. 그 결과는 하기 표 4에 나타내었다.
실시예 비교예
6 8 9 10 11
포화 자화
(emu/g)		 69 69 68 67 67
보자력
(Oe)		 4,100 4,050 4,000 3,900 3,950
소결 밀도
(g/cm3)		 5.04 5.04 5.02 5.00 5.01
상기 실시예 6, 실시예 8, 실시예 9, 실시예 10 및 비교예 11에 따른 스트론튬 페라이트 소결자석은 상기 제1 혼합 단계 및 제2 혼합 단계 시 모두 라포나이트를 포함하여 제조한 것이다. 다만, 실시예의 경우, 종횡비가 1:20 내지 1:50 범위의 라포나이트를 사용하였으나, 비교예 11의 경우 종횡비가 1:10인 라포나이트를 사용하였다.
그 결과, 표 4를 참조하면, 종횡비가 1:20 내지 1:50 범위인 라포나이트를 포함한 실시예에 따른 스트론튬 페라이트 소결자석의 경우, 종횡비가 1:10의 라포나이트를 포함한 비교예 11과 비교하여, 포화 자화, 보자력 및 소결 밀도가 향상된 효과를 보였다. 특히, 라포나이트의 종횡비가 1:20인 경우, 포화 자화, 보자력 및 소결 밀도가 더욱 향상되었다.
실험예 5
상기 실시예 1 및 비교예 1에서 따른 스트론튬 페라이트 소결자석에 대하여 주사전자현미경(scanning electron microscope, SEM)으로 촬영하였다. 그 결과는 하기 도 1 및 도 2에 각각 나타내었다.
도 1을 참조하면, 실시예 1은 스트론튬 페라이트 주상 입자 및 상기 주상을 둘러싸는 입계상이 잘 형성된 것을 확인할 수 있었다. 또한, 주상 입자의 평균 입경은 2 ㎛ 내지 3.5 ㎛인 것을 확인할 수 있었다. 이와 비교하여, 비교예 1은 주상 입자들의 형태 및 크기가 균일하지 않으며, 다수의 거대 기공을 확인할 수 있다.
실험예 6
상기 실시예 1 내지 10에 따른 스트론튬 페라이트 소결자석의 성분 분석을 위하여 X선 형광 분석법(X-ray fluorescence spectrometry, XRF)을 수행하였다. 그 결과는 하기 표 5에 수치화 하였다.
Fe2O3 SrO La2O3 Co3O4 Cr2O3 CaO SiO2 MgO Na2O Li2O
실시예 1 87.83 9.21 0.70 0.10 0.80 0.35 0.79 0.04 0.03 0.03
실시예 2 87.39 9.17 0.69 0.09 0.79 0.34 1.19 0.08 0.06 0.07
실시예 3 87.83 9,21 0.70 0.09 0.80 0.35 0.78 0.03 0.04 0.03
실시예 4 87.81 9.18 0.71 0.10 0.81 0.34 0.79 0.03 0.03 0.04
실시예 5 87.72 9.19 0.71 0.10 0.80 0.35 0.77 0.04 0.03 0.04
실시예 6 87.84 9.17 0.70 0.09 0.79 0.35 0.78 0.04 0.04 0.03
실시예 7 87.42 9.19 0.70 0.09 0.78 0.36 1.18 0.08 0.07 0.07
실시예 8 87.75 9.18 0.70 0.10 0.79 0.34 0.79 0.03 0.04 0.03
실시예 9 87.79 9.16 0.71 0.09 0.78 0.36 0.78 0.04 0.04 0.04
실시예 10 87.82 9.19 0.70 0.08 0.80 0.35 0.80 0.04 0.03 0.03
상기 표 5를 참조하면, 스트론튬 페라이트 입자에 있어서, 스트론튬의 일부가 란타늄으로 치환된 것을 확인할 수 있고, 철의 일부가 코발트로 치환된 것을 확인할 수 있었다. 또한, 실리콘, 마그네슘, 나트륨 및 리튬의 존재를 통해 스트론튬 페라이트 소결자석에 라포나이트가 포함되어 있다는 것을 알 수 있었다.

Claims (10)

  1. 라포나이트를 입계상에 포함하는 스트론튬 페라이트 소결자석에 있어서,
    상기 라포나이트의 함량은 혼합물 100 중량부를 기준으로 0.3 내지 0.6 중량부인 스트론튬 페라이트 소결자석.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스트론튬 페라이트 소결자석은 주상 입자의 평균 입경이 1.5 ㎛ 내지 5.0 ㎛인 스트론튬 페라이트 소결자석.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스트론튬 페라이트 소결자석은 소결 밀도가 4.9 g/cm3 내지 5.3 g/cm3인 미세기공을 포함하는 것인 스트론튬 페라이트 소결자석.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 스트론튬 페라이트 소결자석은 평균 크기가 200 nm 내지 800 nm인 미세기공을 포함하는 것인 스트론튬 페라이트 소결자석.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 스트론튬 페라이트 소결자석은 주상에 라포나이트를 더 포함하는 것인 스트론튬 페라이트 소결자석.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 스트론튬 페라이트 소결자석의 포화 자화는 64 emu/g 내지 80 emu/g이고, 보자력은 3,000 Oe 내지 5,400 Oe인 스트론튬 페라이트 소결자석.
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