KR19990008174A - 페라이트 자석과 페라이트 자석용 분말 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 화학 구조식이 SrO·2(FeO)·n(Fe₂O₃) 으로 표시되는 W 형 페라이트로 페라이트 자석을 제조하고, 이의 제조 방법을 제공하는 것인바, 상기 W 형 자석은 기존의 M 형 자석과 같은 가격 대 성능비를 유지하며, 5MGOe 이상의 최대 에너지 산출량을 나타낸다. 상술한 목적을 달성하기 위하여, 상기 분말 원료는 상기 구조식에서 n 값의 범위가 7.2 내지 7.7이 되도록 소정의 조건하에서 SrCO₃와 Fe₂O₃의 혼합물을 미리 준비하여 제조한 분말 원료에 탄소 원소를 혼합시킨다. 상기 혼합물을 하소시킨 다음, CaO, SiO₂및 C 분말을 추가로 혼합시키고 분쇄하여 평균 입자 크기가 0.06㎛ 이하로 만든 다음, 자기장하에서 압분체를 형성시키고, 형성된 생성물을 비산화성 대기하에서 소결시킨다. 이러한 방법에 의해, 과거에는 실현하지 못했던 W 형 자석을 용이하고도 저렴한 비용을 사용하여 제조할 수 있다.

Description

페라이트 자석과 페라이트 자석용 분말 및 이의 제조방법

SrO·6Fe₂O₃으로 통상 표시되는 자석 산화물로서, 자석 아납산염 타입의 6각형 구조의 페라이트이며, 소위 M 형 페라이트라 불리는 자석 산화물이 J.J.웬트 등(1952년, 필립스)에 의해 제안되었었다. 그 이래로, 상기 자석은 이들의 우수한 자석 특성 및 높은 가격 대 성능비에 기인하여 대량으로 생산되었고, 다양한 분야에서 사용되어 왔다.

최근에는 환경적 측면에서 자동차에 대하여 낮은 연료-소비가 요구됨에 따라 자동차의 차체를 경량화시키는 경향이 가속화되었다. 그 결과, 소형 및 경량 구조의 전자 부품을 생산하기 위하여, 이들 전자 부품의 주요 성분으로 사용되는 자석은 고효율성을 지닌 소형으로 제작되어야만 한다.

그러나, 전술한 M 형 자석의 자화도는 낮기 때문에 보다 우수한 자석 특성; 예를들면 최대 에너지 산출량-(BH)max-은 5MGOe 이상을 얻기 어렵다.

기존의 M 형 자석 보다 자화도가 큰 페라이트 자석을 제조하기 위하여, M 형 자석을 주성분으로 하는 SrO-Fe₂O₃를 3원 시스템, 예컨대 SrO-MeO-Fe₂O₃(이때, Me는 Co, Zn, 또는 Fe와 같은 2가 금속 이온을 나타냄)으로 확장시켜서 철고토질(ferromagnetism) 만큼 강한 4가지 유형(W 형, X 형, Y 형, 및 Z 형)의 더욱 복잡한 6각형 구조의 페라이트 자석을 제조할 수 있다는 제안이 있어왔다.

이들 중에서, W 형 자석은 기존의 M 형 자석과 유사한 결정 구조를 가지며, M 형 자석 및 대략 동일한 이방성 자석보다 포화 자화가 약 10% 더 높은 우수한 성능을 가진다. 그러나, W 형 자석은 실현되지 못했었다.

예를들면, F.K.랏저린 등의 문헌 [Journal of Applied Physics(vol.51, p.5913, 1980]에는 W 형 자석이 BaO·2(FeO)·8(Fe₂O₃) 및 SrO·2(FeO)·8(Fe₂O₃) 로 이루어진다고 개시하였다. 그러나, 제안된 자석과 관련된 몇가지 단점; 즉 (1) 소결 대기를 조절하는데 복잡한 시스템이 요구되며, (2) Ba-시스템 자석에 대한 최대 에너지 산출량이 4.3MGOe 인 반면, Sr-시스템 자석의 (BH)max 값은 3.8MGOe 이라는 단점들이 보고된 바 있다. 따라서, 이들 최대 에너지 산출량을 통해 제안된 자석들이 기존의 M 형 자석에 비해 더 우수한 자석 특성 수치를 갖지 못한다는 것을 알 수 있다.

또한, S.램 등의 문헌 [IEEE Trans. Magn., vol.1, p.15; 1992]에는 Sr_0.9Ca_0.1O·2(ZnO)·8(Fe₂O₃)의 최대 에너지 산출량, (BH)max가 2.7MGOe 라고 기록하고 있다. 그러나, 이러한 유형의 자석은 아직 실현되지 못했다.

결론적으로, 상기 제품들에서 발견된 문제들을 극복하기 위하여 본 발명에서는 페라이트 자석, 및 상기 페라이트 자석용 분말 및 이의 제조 방법을 제공하는 바, W 형 자석의 구조를 SrO·2(FeO)·n(Fe₂O₃) 로 표시할 수 있고, 상기 W 형 자석은 기존의 M 형 자석이 가지는 가격 대 성능비와 유사한 가격 대 성능비를 보유하고, 5MGOe를 초과하는 최대 에너지 산출량과 같은 우수한 자석 특성을 나타낸다.

본 발명은 기본적인 구조가 SrO·2(FeO)·n(Fe₂O₃)으로 표시되는 W 형 페라이트(ferrite) 자석에 관한 것이며; 보다 구체적으로 본 발명은 페라이트 자석과 상기 페라이트 자석을 제조하는데 사용되는 분말 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 상기 W 형 페라이트 자석은 기존의 M 형 페라이트 자석으로는 얻을 수 없었던 5MGOe 이상의 최대 에너지 산출량을 나타내는 것을 특징으로 하며, 상기 자석은 상기에 제시한 구조식에서 n 값을 가장 최적인 조건으로 존재하는 방식으로 분말 원료를 혼합하고, 하소후에 임의의 유형의 첨가제 성분(들)을 첨가하고, 입자 크기를 소정 범위내로 조절한 후, 하소된 분말을 사용하여 압분체를 형성하고, 형성된 압분체를 소결시킴으로써 제조하였다.

도 1은 화학식 SrO·2(FeO)·n(Fe₂O₃)에서 n 값을 세가지 다른 소결 온도에 대하여 변화시킬 때 자석의 고유 강제력(iHc) 및 잔류 자속 밀도(Br)의 변화를 도시하였다.

도 2는 분말 원료에 0.5 중량%의 탄소를 첨가한 경우에 4가지의 다른 온도로 가열하여 하소시킨 분말의 x-선 회절도이다.

도 3는 분말 원료에 탄소를 첨가하지 않은 경우에 4가지의 다른 온도로 가열하여 하소시킨 분말의 x-선 회절도이다.

도 4는 CaO 및 SiO₂의 첨가량을 변화시켰을 때 SrO·2(FeO)·7.5(Fe₂O₃) 조성물의 고유 강제력(iHc) 및 잔류 자속 밀도(Br)의 변화를 도시하였다.

도 5는 하소 공정후에 탄소를 첨가하지 않은 경우에, 형성된 압분체를 형성하기 위한 6가지 다른 건조 온도의 함수로서 최대 에너지 산출량, (BH)max의 변화를 나타낸 것이다.

도 6은 탄소를 0 내지 1 중량%의 첨가량으로 변화시켰을 때 SrO·2(FeO)·7.5(Fe₂O₃) 조성물의 최대 에너지 산출량,(BH)max의 변화를 도시하였다.

도 7은 Cr₂O₃의 첨가량을 0 내지 1 중량%로 변화시켰을 때 SrO·2(FeO)·7.5(Fe₂O₃) 조성물의 고유 강제력(iHc) 및 잔류 속 밀도(Br)의 변화를 도시하였다.

도 8은 CoO의 첨가량을 0 내지 1 중량%로 변화시켰을 때 SrO·2(FeO)·7.5(Fe₂O₃) 조성물의 고유 강제력(iHc) 및 잔류 속 밀도(Br의) 변화를 도시하였다.

도 9는 4가지 다른 입자 크기의 함수로서 고유 강제력(iHc) 및 잔류 속 밀도(Br)간의 상호 관련 변화를 도시하였다.

도 10은 평균 알갱이 크기의 함수로서 고유 강제력(iHc), 잔류 속 밀도(Br), 및 최대 에너지 산출량, (BH)max의 변화를 도시하였다.

도 11은 본 발명의 실시태양에 따라 제조된 W 형 자석의 자화 곡선을 도시한 것이다.

발명을 실시하기 위한 최상의 방식

본 발명에 따른 페라이트 자석을 제조하기 위한 연속 공정은 다음과 같다:

1) SrCO₃와 Fe₂O₃를 임의의 몰비로 혼합하여 분말 원료를 제조하고,

2) 상기 분말 원료에 탄소를 혼합시키고,

3) 상기 혼합물을 하소하고,

4) 하소 공정후에 하소된 분말에 CaO, SiO₂, 및 C를 첨가하고,

5) 분말의 평균 입자 크기가 0.06㎛ 가 되도록 분말 혼합물을 분쇄하고,

6) 자기장하에서 압분체를 형성시키고,

7) 형성된 압분체를 비산화성 대기하에서 소결시킨다.

우선, 본 발명자들은 SrO·2(FeO)·n(Fe₂O₃) 로 표시되는 구조식을 갖는 W 형 자석에서 적당한 n 값의 범위를 정하였다. 분말 원료를 제조할 때, SrCO₃와 Fe₂O₃의 혼합물을 여러 몰비로 혼합시켰다. 이어서, 혼합물을 질소 대기하에서 1,340℃의 온도로 하소시켰다. 더욱이, 하소된 혼합물을 평균 입자 크기가 0.06㎛ 인 미세한 입자로 분쇄하였다. 이어서, 분쇄된 입자에 자기장을 가하여 압분체를 형성하였다. 형성된 압분체를 3가지 다른 소결 온도 1,150℃, 1,175℃, 및 1,200℃에서 최종적으로 소결시켰다. 도 1에서는 n 값을 (X축상에서) 7.0 내지 8.75로 변화시킬 때 다양하게 제조된 자석의 고유 강제력(iHc), 및 잔류 자속 밀도(Br)가 변화함을 보여준다.

도 1을 살펴보면, 전술한 구조식에서 n 값을 7.2 이하로 하거나 또는 7.7 이상으로 하는 경우에, 강제력(iHc)이 감소하였고 목적하는 최대 에너비 산출치((BH)max) 5MGOe 를 수득할 수 없음을 알 수 있다. 따라서, n 값의 범위를 7.2 내지 7.7로 정할 필요가 있다. 구조식 SrO·2(FeO)·n(Fe₂O₃) 중의 n 값에 대하여 상기 제한치를 얻기 위해서는, SrCO₃와 Fe₂O₃분말을 1:8.2 내지 1:8.7의 몰비 범위로 혼합시켜야 한다.

도 2는 상기 분말 원료를 0.5 중량%의 탄소 분말과 혼합한 다음, 질소 대기하에서 1,150℃, 1,200℃, 1,250℃, 및 1,300℃의 온도로 가열하여 하소시킨 분말의 결정 구조를 식별하기 위한 x-선 회절도이다. 또한, 탄소 분말을 분말 원료에 혼합하지 않을 점을 제외하고는 동일한 조건하에서 가열시켜 하소된 분말의 결정 구조의 x-선 회절도는 도 3에 도시하였다. 도 2와 도 3에서 사용된 다른 표시들(예를 들면, 원, 삼각형 및 사각형)은 각각의 대표적인 하소 온도에 대한 회절 강도를 나타낸다. 검게 칠한 표시는 W 형에 대한 데이터를 나타내고, 칠하지 않은 표시는 M 형 자석에서 수득한 데이터를 나타낸다.

탄소 분말을 분말 원료에 첨가하지 않은 경우에, W 형 자석의 소결 온도는 비교적 높은 온도로 제한되는 반면; 분말 원료에 탄소 분말을 첨가한 M 형 자석은 보다 넓은 범위의 하소 온도에서 제조할 수 있으므로, 제조 원가를 낮출 수 있고, 생산성을 향상시키며, 정제 입자를 사용함으로써 향상된 고유 강제력을 얻을 수 있다.

결론적으로 전술한 바와 같이, SrCO₃와 Fe₂O₃를 임의의 규정 몰비로 혼합함으로써 미리 제조한 분말 원료에 0.3 내지 5.0 중량%의 탄소 분말을 첨가하였다. 환원제로서 제공되는 탄소 분말은 후속의 하소 공정중에 분말 원료가 산화되는 것을 방지하기 위하여 첨가된다. 하소 공정 전에 첨가되는 탄소의 함량이 0.3 중량% 이하인 경우에, 하소 온도는 넓은 범위로 정할 수 없고; 반대로, 탄소의 첨가량이 5.0 중량%를 초과하는 경우에는 W 형 페라이트를 제조하는 것이 더욱 어려워지고, W 형 자석을 제조했다하더라도 자석 특성은 불량하다. 결론적으로, 하소 공정에 앞서 분말 원료에 첨가되는 탄소의 첨가량은 0.3 중량% 내지 5.0 중량% 범위가 적당하다.

다음 단계에서, 임의량의 탄소와 혼합된 분말 원료를 하소시킨다. W 형 자석은 2가 철이온(Fe⁺⁺)을 포함하므로, 하소 대기를 제어할 필요가 있다. 질소 기체가 비산화성 대기로 적합하지만, 첨가된 탄소 분말의 함량에 따라 공기중에서 하소시키는 것도 가능하다. 또한, 하소 온도 역시 첨가된 탄소의 함량에 따라 달라진다. 본 발명에 가장 적합한 하소 온도 범위는 1,150℃ 내지 1,400℃ 이다.

하소된 분말에서 형성된 구조상에 대한 x-선 회절도(도 2 참조)에서 알 수 있듯이, W 형 페라이트가 수득되었다. 결론적으로, 하소된 분말은 추가로 분쇄하여 미세 입자로 만들어 결합 자석 또는 소결 자석을 제조하는데 사용할 수 있는 분말 원료를 제조한다. 하소된 분말을 결합 자석을 제조하는데 사용하는 경우에, 하소된 분말을 0.07㎛ 내지 3㎛ 범위의 미세 입자로 분쇄하는 것이 바람직하다. 하소된 분말을 소결 자석을 제조하는데 사용하는 경우에, 하소된 분말은 입자 크기가 0.06㎛ 이하가 되도록 분쇄하는 것이 좋다.

한편, 본 발명에 따라, CaO(0.3 내지 1.5 중량%), SiO₂(0.1 내지 0.6 중량%) 및 C(0.1 내지 0.5 중량%)를 하소된 분말에 첨가하였다. 이들 3가지 첨가제는 잔류 속 밀도(Br)와 고유 강제력(iHc)을 향상시키는데 기여한다.

도 4는 SrO·2(FeO)·7.5(Fe₂O₃) 의 조성물에 대하여 CaO의 첨가량을 0.15 내지 0.9 중량%(x-축)으로 변경하고, SiO₂의 첨가량은 0.15 중량%(원 표시), 0.30 중량%(삼각형 표시) 내지 0.45 중량%(사각형 표시)로 변화시켰을 때 고유 강제력(iHc) 및 잔류 속 밀도(Br)가 변화함을 도시한 도면이다. 도 4에 존재하는 샘플들은 질소 대기하에서 1,340℃의 온도로 하소하고, 평균 입자 크기가 0.06㎛ 인 미세 입자로 분쇄하고, 자기장을 적용하여 압분체를 형성하고, 1,175℃에서 소결시켰다.

비교적 넓은 CaO 첨가량 범위에서 고유 강제력이 크게 향상되었음을 발견할 수 있으나, 상기 첨가량이 0.3 중량% 이하인 경우에는 첨가 효과가 없었다. 한편, CaO 첨가량이 1.5 중량%를 초과하는 경우에는 Ca 페라이트를 제조할 수 있지만 자석 특성을 열화시킬 수 있다. 따라서, CaO의 첨가량은 0.3 내지 1.5 중량%의 범위로 제한하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 0.5 내지 0.8 중량%로 제한하는 것이다.

SiO₂첨가량을 살펴보면, 첨가량이 0.1 중량% 이하인 경우에는 고유 강제력이 개선되지 않은 반면; 0.6 중량%를 초과하는 경우에는 고유 강제력 및 잔류 속 밀도 둘다 불량하였다. 결론적으로, 첨가량의 범위는 0.1 중량% 내지 0.6 중량% 로 제한하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.3 중량% 내지 0.4 중량% 로 제한하는 것이다.

도 5는 하소 공정후에 탄소 분말을 첨가하지 않고 형성된 압분체에 대하여 50 내지 175℃의 건조 온도 범위의 함수로서, 최대 에너지 산출량((BH)max)의 변화를 도시하였다. 상기 도면을 통해, 탄소를 첨가하지 않은 경우에 우수한 자석 특성은 매우 좁은 범위의 건조 온도에서 수득됨을 알 수 있다. 따라서, 하소된 분말을 분쇄하기 앞서 탄소를 첨가하는 것은 최적 온도 범위의 건조 온도를 보다 높은 온도 쪽으로 이동시키고, 그 결과 우수한 최대 에너지 산출량((BH)max)을 안정화시킨다.

또한, 도 6은 탄소 첨가량을 변화시켰을 때 SrO·2(FeO)·7.5(Fe₂O₃) 조성물의 최대 에너지 산출량((BH)max)의 변화를 도시하였다. 이 샘플을 질소 대기하에서 1,340℃의 온도로 하소하고, 평균 입자 크기가 0.06㎛ 인 미세 입자로 분쇄하고, 자기장하에서 압분체를 형성하고, 1,150℃ 에서 소결하였다.

탄소를 첨가함으로써 고유 강제력과 잔류 속 밀도 둘다 향상됨을 발견하였다. 더욱이, 형성된 압분체를 건조 처리하는 경우에 탄소 첨가는 최적 건조 온도 범위를 넓게하는데 도움을 주며, 우수한 최대 에너지 산출량((BH)max)을 안정화시키고; 상기 형성된 압분체는 후술하는 습식 분쇄 공정을 통해 분쇄시킨 분말을 사용함으로써 자기장하에서 형성되었다.

탄소 첨가량은 하소 공정에 앞서 첨가할 때 요구되는 함량과는 차이가 있다. 즉, 0.1 중량% 이하인 경우에, 최대 에너지 산출량((BH)max)은 개선되지 않았고; 반대로 0.5 중량%를 초과하는 경우에는 최대 에너지 산출량이 감소하는 경향을 나타내었다. 결론적으로, 첨가량의 범위는 0.1 중량% 내지 0.5 중량% 의 범위가 바람직하며; 특히 범위를 0.1 내지 0.3 중량%의 범위로 제한하는 것이 더욱 바람직하다.

상술한 첨가제 외에도, Cr₂O₃(0.2 내지 0.8 중량%) 또는 CoO(O.2 내지 0.8 중량%)중 적어도 하나를 첨가함으로써 고유 강제력 및 잔류 속 밀도 둘다를 개선시킬 수 있다.

즉, 조성물 SrO·2(FeO)·7.5(Fe₂O₃) 에 대하여 CaO 는 0.45 중량%, SiO₂는 0.45 중량%로 일정하게 유지하면서 Cr₂O₃의 첨가량은 0 내지 1 중량% 로 변경할 수 있다. 도 7은 Cr₂O₃의 첨가량의 함수로서 고유 강제력(iHc) 및 잔류 속 밀도(Br)가 변화됨을 입증한다. 도 7에서, 고유 강제력은 Cr₂O₃분말을 첨가함으로써 개선될 수 있음을 알 수 있다. 그러나, Cr₂O₃의 첨가량에는 제한이 있다; 첨가량이 0.2 중량% 이하이거나 또는 0.8 중량% 이상인 경우에 고유 강제력은 감소하였다. 결론적으로, Cr₂O₃의 첨가량은 0.2 내지 0.8 중량% 의 범위로 조절하는 것이 바람직하다.

도 8은 CaO 및 SiO₂를 일정하게(즉, 각각 0.45 중량%) 유지하고 CoO 의 첨가량은 0 내지 1 중량% 로 변화시키는 경우에, 고유 강제력(iHc) 및 잔류 속 밀도(Br)가 변화함을 보여준다. 도 8에서 보여주는 바와 같이, 잔류 속 밀도는 CoO 분말을 첨가함으로써 개선된 반면; 첨가량을 0.2 중량% 이하로 하였을 경우에는 CoO 의 유리한 첨가 효과가 발견되지 않았다. 한편, 상기 첨가량이 0.8 중량% 이상인 경우에 고유 강제력은 감소하였다. 따라서, CoO 첨가량은 0.2 내지 0.8 중량% 의 범위로 조절하는 것이 바람직하다.

상기에서 언급한 바와 같은 유효한 첨가제 외에도, 0.3 내지 1.0 중량% 의 범위로 SrCO₃을 첨가하는 것은 자석 특성을 개선시키는 측면에서 효과적이며; 상기 첨가량은 하소 온도 및 분쇄된 분말의 입자 크기를 비롯한 기타 조건에 따라 달라진다.

각종 첨가제와 함께 첨가되는 분말은 이제 평균 입자 크기가 0.06㎛ 이하인 미세 입자로 분쇄된다. 분쇄 수단은 특정 기술로 제한되지 않지만, 볼밀 또는 마멸밀과 같은 습식 분쇄 공정을 이용하는 것이 바람직하다. 이어서, 선향 기술에서 공지된 바와 같이 분쇄된 분말은 자기장하에서 처리하여 압분체를 형성하였다.

도 9는 입자 크기를 0.027㎛, 0.047㎛, 0.081㎛ 내지 0.143㎛ 로 변화시킬 때, 잔류 속 밀도(Br)의 변화를 도시하였다. SrO·2(FeO)·7.5(Fe₂O₃) 의 조성을 갖는 샘플을 하소 공정에 앞서 0.5 중량%의 탄소와 혼합시키고, 1,250℃의 질소 대기하에서 하소한 다음, 0.47 중량%의 CaO, 0.3 중량%의 SiO₂및 0.17 중량%의 C를 추가로 첨가하고, 임의의 입자 크기의 분말로 분쇄한 다음, 적용된 자기장하에서 압분체를 형성시키고 1,175℃에서 소결하였다.

평균 입자 크기가 0.06㎛ 를 초과하는 경우에, 잔류 속 밀도(Br)가 향상되더라도, 고유 강제력(iHc)에서 나쁜 효과가 발견되었다. 게다가, 평균 입자 크기가 너무 작은 경우에, 고유 강제력(iHc)의 향상을 나타내었으나, 잔류 속 밀도(Br)는 저하되었다. 결론적으로, 하소 공정에 앞서 첨가되는 평균 입자 크기는 0.06㎛ 이하로 제한해야 한다. 가장 바람직한 범위의 평균 입자 크기 범위는 0.04 내지 0.06㎛ 이다. 입자 크기의 모든 데이터는 BET 측정법으로 수득하였다.

전술한 바와 같이, 볼밀과 같은 습식 분쇄 방법을 이용하는 경우에 형성된 압분체를 최적 온도에서 건조하는 것이 바람직하다. 분쇄하기 전에 첨가되는 탄소 또는 기타 첨가제의 첨가량에 따라, 바람직한 온도 범위는 100℃ 내지 200℃ 로 달라진다.

상기 공정의 최종 단계는 형성된 압분체를 소결시키는 것이다. 소결 공정에는 특정 필요조건은 없지만, 바람직한 소결 대기는 불활성 기체 또는 진공과 같은 비산화성 대기이고, 소결 온도 범위는 1,150℃ 내지 1,250℃ 가 바람직하다. 그 외에도, 필요에 따라 산화제 또는 환원제를 첨가하는 것이 바람직하고; 압분체의 조성, 첨가제의 유형, 하소 조건, 분쇄된 입자 크기, 및 건조 조건에 따라 달라진다. 탄소 또는 PVA는 환원제로 사용할 수 있는 반면; 철의 세스퀴산화물(Fe₂O₃) 분말은 산화제로 사용할 수 있다.

본 발명에 따르면, 생성된 페라이트 자석의 평균 알갱이 크기는 2㎛ 이하로 제한하였다. 도 10은 평균 알갱이 크기(㎛)의 함수로서 각종 자석 특성(고유 강제력(iHc), 잔류 속 밀도(Br) 및 최대 에너지 산출량((BH)max))을 나타내었다. 본 발명의 SrO·2(FeO)·n(Fe₂O₃) (이때, n은 7.2 내지 7.7 임) 조성물에서, 평균 알갱이 크기가 2㎛ 를 초과하는 경우에 자석 특성(특히, 고유 강제력)이 감소하는 경향을 나타내었다. 그러므로, 우수한 자석 특성, 특히 최대 에너지 산출량((BH)max)이 5MGOe(기존의 M 형 자석으로는 달성할 수 없었던 수치임)가 되도록하기 위해서는 평균 알갱이 크기를 2㎛ 이하로 조절할 필요가 있다. 더욱 바람직하게는, 평균 입자 크기의 범위는 1.2 내지 1.7㎛ 로 조절하는 것이다.

본 발명자들은 W 형 자석이 기존의 M 형 자석보다 더 큰 자화성을 가진다는 것을 인식하여다. 본 발명자들은 구조식 SrO·2(FeO)·n(Fe₂O₃)의 n-값에 대한 최적 범위를 발견하였다. 게다가, 자석 특성을 개선시키기 위하여, 적합한 유형의 첨가제를 찾기 위해 부단히 노력을 한 결과, 하소 공정을 거친 후에 임의의 유형의 다수의 첨가제 성분을 첨가함으로써 자석 특성을 크게 향상시킬 수 있다는 결론에 도달하였다.

게다가, 본 발명자들은 페라이트 자석을 다음과 같은 연속 공정을 통해 5MGOe(기존의 어떠한 M 형 자석으로도 달성할 수 없었던 수치임)를 초과하는 최대 에너지 산출량, (BH)max 를 갖는 구조로 제조할 수 있음을 발견하였다: (1) 임의의 유형의 첨가제와 함께 혼합되는 분말 원료를 만들고, (2) 평균 입자 크기가 0.06㎛(BET 측정법으로 측정함) 이하가 되도록 상기 분말 원료를 분쇄하고, (3) 자기장하에서 압분체를 형성하고, 및 (4) 형성된 압분체를 비-산화 대기중에서 소결시킨다.

보다 상세하게 설명하면, 본 발명은 다음과 같은 공정 특징을 가진다: (1) 규정 몰비의 범위가 1:8.2 내지 1:8.7인 SrCO₃와 Fe₂O₃의 혼합물인 분말 원료를 만들고, (2) 0.3 내지 5.0 중량%의 탄소를 첨가하고, (3) 상기 혼합물을 하소시키고, (4) 0.3 내지 1.5 중량%의 CaO, 0.1 내지 0.6 중량%의 SiO₂및 0.1 내지 0.5 중량%의 C를 추가로 첨가하고, (5) 상기 혼합물을 평균 입자 크기가 0.06㎛ 이하가 되도록 미세 입자로 분쇄하고, (6) 자기장을 적용하여 압분체를 형성하고, (7) 형성된 압분체를 비-산화성 대기중에서 소결시킨다. 그 결과, 구조식이 SrO·2(FeO)·n(Fe₂O₃)으로 표시되고, 상기 식에서 n 값의 최적 범위가 7.2 내지 7.7 이며, 소결된 압분체의 평균 알갱이 크기가 2㎛ 이하이며, 최대 에너지 산출량, (BH)max 가 5MGOe 이상인 페라이트 자석을 수득할 수 있다.

또한, 본 발명은 전술한 페라이트 자석을 제조하는 방법을 제공하는 바, 이 제조 방법은 다음과 같은 특징을 가진다: (1) 하소 단계 후에, 상술한 첨가제를 첨가하고, 추가로 Cr₂O₃(0.2 내지 0.8 중량%) 또는 CoO(0.2 내지 0.8 중량%) 중 적어도 하나를 첨가하며, (2) 형성된 압분체를 100 내지 200℃의 온도 범위하에서 건조시키고, (3) 소결 공정중에 산화제 또는 환원제를 첨가한다.

또한, 본 발명은 페라이트 자석용으로 사용된 분말을 제조하는 것을 특징으로 하며, 상기 분말은 결합 자석용 또는 소결 자석용으로 유용하게 사용될 수 있으며, SrCO₃및 Fe₂O₃를 1:8.2 내지 1:8.7 의 소정 몰비가 되도록 혼합하기 전에 분말 원료 0.3 내지 5.0 중량%를 첨가하고, 제조된 혼합물을 하소하고, 하소된 분말을 평균 입자 크기가 3㎛ 이하인 미세 입자로 분쇄하여 제조하였다.

본 발명의 상기 목적 및 기타 다른 목적, 특징 및 장점은 본 발명의 실시예들을 통해 상세히 기술하였고, 그 내용은 첨부하는 도면을 참조하여 이해해야 한다.

분말 원료는 SrCO₃와 Fe₂O₃를 1:8.5의 몰비로 혼합함으로써 제조하였다. 또한, 1.5 중량%의 탄소를 상기 분말 원료에 추가로 첨가하였다. 상기 혼합물을 1,350℃의 질소 대기하에서 1시간 동안 하소시켰다. 하소된 분말에 0.6 중량%의 CaO, 0.3 중량%의 SiO₂, 및 0.2 중량%의 C를 첨가한 다음, 볼밀로 분쇄하여 평균 입자 크기가 0.05㎛ 인 미세한 분말을 생성하였다.

이어서, 분쇄된 분말을 자기장하에서 처리하여 압분체를 형성시켰다. 형성된 압분체는 200℃에서 2시간 동안 건조시킨 다음, 질소 대기하에서 1,175℃의 온도로 1시간 동안 소결시켰다.

상기에서 제조된 W 형 자석의 자석 특성은 다음과 같다; 4πIs = 5.0kG, Br = 4.8kG, iHc = 2.5kOe, (BH)max = 5.3MGOe. 도 11은 상기 공정에 따라 제조된 W 형 자석의 자화 곡선을 나타낸 것이다.

본 발명에 따라, 지금까지는 실현하지 못했던 W 형 자석을 용이하고도 저렴한 비용으로 제조하였다. 또한, 본 발명은 M 형 자석과 유사한 가격 대 성능비를 유지하면서 W 형 자석을 제조할 수 있고, 상기 W 형 자석은 기존의 M 형 자석에서 발견되었던 수치 보다 더 높은 5.0MGOe 이상의 최대 에너지 산출량((BH)max)를 가진다.

본 발명은 바람직한 실시태양 및 실시예들을 관점에서 설명하였으나, 이들에 의해 제한되지 않으며; 당업자라면 첨부한 청구범위에서 정의되는 본 발명의 원리 및 범위를 벗어남이 없이 수정 및 변경할 수 있다.

Claims (7)

1. SrO·2(FeO)·n(Fe₂O₃) 으로 표시되는 화학 구조식에서 적당한 n의 값이 7.2 내지 7.7 인 페라이트 자석으로서; 상기 구조식의 소결체는 평균 입자 크기가 2㎛ 이하이고, 최대 에너지 산출량((BH)max)은 5MGOe 이상인 페라이트 자석.
2. 하기 연속 공정에 의해 수행되는 페라이트 자석의 제조방법:

   몰비의 범위가 1:8.2 내지 1:8.7인 SrCO₃와 Fe₂O₃으로 구성되는 분말 원료를 제조하고;

   상기 분말 원료에 0.3 내지 5.0 중량%의 탄소를 혼합시키며;

   상기 혼합물을 하소시키고;

   하소된 혼합물에 0.3 내지 1.5 중량%의 CaO, 0.1 내지 0.6 중량%의 SiO₂및 0.1 내지 0.5 중량%의 C를 첨가하고;

   상기 하소된 혼합물을 평균 입자 크기가 0.06㎛ 이하가 되도록 미세 입자로 분쇄하고;

   상기 미세 분말을 사용하여 자기장하에서 압분체를 형성시키고;

   형성된 압분체를 비-산화성 대기중에서 소결시킨다.
3. 제 2 항에 있어서, 하소 공정후에 0.2 내지 0.8 중량% 의 Cr₂O₃또는 0.2 내지 0.8 중량% 의 CoO 중 하나 이상을 첨가하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
4. 제 2 항에 있어서, 형성된 압분체를 100℃ 내지 200℃의 온도 범위에서 건조시키는 제조방법.
5. 제 2 항에 있어서, 산화제 또는 환원제를 소결 공정에 앞서 첨가하는 제조방법.
6. SrCO₃와 Fe₂O₃를 1:8.2 내지 1:8.7의 몰비 범위로 혼합시키고, 추가로 탄소 0.3 내지 5.0 중량%를 혼합시킨 다음, 하소 공정 후에 분쇄시켜서 제조한 페라이트 자석용 분말.
7. 하기의 연속 공정을 포함하여 페라이트 자석용 분말을 제조하는 방법:

   몰비 범위가 1:8.2 내지 1:8.7 인 SrCO₃와 Fe₂O₃로 이루어진 분말 원료를 제조하는 공정;

   상기 분말 원료에 0.3 내지 5.0 중량%의 탄소를 첨가하는 공정;

   상기 혼합물을 하소시키는 공정; 및

   하소된 혼합물을 미세 입자로 분쇄시키는 공정.