KR20000070901A

KR20000070901A - 연자성 복합재료

Info

Publication number: KR20000070901A
Application number: KR1019997007166A
Authority: KR
Inventors: 다다마사히또; 스즈끼게이찌로
Original assignee: 고다마 순이치로, 아마노 히로시; 구레하 가가쿠 고교 가부시키가이샤
Priority date: 1997-02-13
Filing date: 1998-02-13
Publication date: 2000-11-25
Also published as: EP1014394A4; CN1247629A; WO1998036430A1; EP1014394A1; JP3838730B2; JPH10229007A; US6338900B1

Abstract

본 발명에 의하면, 연질 페라이트로 이루어지는 자성체 분말 (A) 를 폴리머 (B) 중에 분산시켜 연자성 복합재료를 수득한다. 자성체 분말 (A) 는 소결자성체를 분쇄시켜 얻어진 랜덤 형상의 자성체 분말이며, 또한, 자성체 분말 (A) 의 평균입경 (d₂) 이 소결자성체의 평균결정입경 (d₁) 의 2 배 이상 크다. 상기 연질 자성체 복합재료는 높은 내전압을 갖는다.

Description

연자성 복합재료 {SOFT MAGNETIC COMPOSITE MATERIAL}

일반적으로, 산화 제 2 철과 2 가의 금속산화물의 화합물 (MO·Fe₂O₃) 은, 투자율 (μ) 이 큰 연자성 재료이며, 연질 (소프트) 페라이트라고 불리운다. 연질 페라이트는, 분말 야금의 수법으로 제조되어, 단단하며 경량이다. 연질 페라이트 중에서도 Ni-Zn 계 페라이트, Mg-Zn 계 페라이트, 및 Cu 계 페라이트는, 전기저항율이 높고, 고주파대이며 고투자율이라는 특징을 갖고 있다. 연질 페라이트는, 페리 자성 산화물로, 주로 스피넬형 결정구조를 갖고 있으나, 그 밖에 페록스플레나형이나 가닛형 결정구조인 것도 있다. 종래부터, 연질 페라이트는, 편향요크재료, 고주파트랜스, 자기헤드재료 등으로 이용되고 있다.

연질페라이트는, 약하다는 결점을 갖고 있으나, 전기저항이 높다는 특징을 살려, 그 분말을 폴리머 중에 분산시킨 연자성 복합재료가, 쵸크코일, 로터리트랜스, 라인필터, 전자파 차폐재료 (EMI 실드재료) 등으로서, 새로운 용도 전개가 시도되고 있다. 연자성 복합재료는, 바인더로서 폴리머를 이용하고 있기 때문에, 사출성형, 압출성형, 압축성형 등의 각종 성형법에 의하여, 목적으로 하는 형상의 성형체로 성형할 수 있다. 그런데, 전기저항이 높은 연질 페라이트 분말을 전기 절연성이 높은 폴리머중에 분산시킨 연자성 복합재료는, 양자의 전기적 특성으로부터 기대되는 정도의 높은 전기저항을 나타내지 못하며, 내전압에 약하다는 문제가 있었다.

연질 페라이트는, 일반적으로, (ⅰ) Fe₂O₃, CuO, NiO, MgO, ZnO 등의 원료의 혼합, (ⅱ) 가소, (ⅲ) 분쇄, (ⅳ) 입자화, (ⅴ) 성형, 및 (ⅵ) 소결의 각 공정을 거쳐, 소결자성체로서 제조되고 있다 (건식법). 공침법이나 분무열분해법에 의하여 미립자상의 산화물 분말을 조제하는 방법도 있으나, 어느 방법에서나, 산화물 분말을 입자화, 성형, 및 소결의 각 공정에 의하여 소결자성체로 제조하고 있다. 연질 페라이트는, 소결자성체의 상태에서는, 높은 전기저항 (전기 절연성) 을 나타내지만, 소결자성체를 분쇄하여 얻어진 자성체 분말을 폴리머와 브렌드하여 복합재료 (수지조성물) 로 한 경우, 전기 절연성이 현저히 저하하는 경향을 나타낸다.

그리하여, 연질 페라이트로 이루어지는 자성체 분말을 폴리머중에 분산시킨 복합재료를 성형하여 얻어진 성형체는, 고도의 전기 절연성이 요구되는 용도에 사용할 수 없으며, 특히 1500 V 이상의 내전압이 요구되는 라인필터 등의 전원기기의 부품으로 적용시킨 경우, 사용중 또는 시험중에 발열하여, 사용불능이 되는 문제가 있었다. 연질 페라이트 중에서도 Mg-Zn 계 페라이트, Ni-Zn 계 페라이트, 및 Cu 계 페라이트는, 소결자성체의 상태에서는 높은 전기저항을 나타내는데, 소결자성체를 분쇄하여, 자성체 분말로 하여 폴리머중에 분산시킨 경우, 전기저항이 현저히 저하하는 경향을 나타낸다.

본 발명은 연질 페라이트로 이루어지는 자성체 분말을 폴리머 중에 분산시킨 연자성 복합재료에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 적당한 투자율(透磁率)을 가짐과 동시에, 높은 전기 절연성을 나타내며, 내전압이 우수한 연자성 복합재료에 관한 것이다.

본 발명의 목적은, 과도한 투자율을 가짐과 동시에, 높은 전기절연성을 나타내며, 내전압이 우수한 연자성 복합재료를 제공하는 것에 있다.

본 발명자들은, 상기 종래 기술의 문제점을 극복하기 위하여 예의 연구한 결과, 소결한 상태의 연질 페라이트를 분쇄하여 자성체 분말을 조제할 때, 해당 자성체 분말의 평균입경이 소결자성체의 평균결정입경의 2 배 이상이 되도록 분쇄함으로써, 해당 자성체 분말을 폴리머중에 분산시켜 복합재료로 한 경우에, 높은 전기저항을 나타내며, 내전압이 현저히 우수한 연자성 복합재료를 얻을 수 있음을 발견하였다.

소결자성체의 평균결정입경이 작아지도록 입자화나 소결 등의 조건제어를 행하면, 자성체 분말의 평균입경을 비교적 작게해도, 높은 내전압을 달성할 수 있다. 따라서, 폴리머중에 입도 분포가 균일한 비교적 소입경의 자성체 분말을 균일하게 분산시킬 수 있고, 그럼으로써, 고품질의 연자성 복합재료를 얻을 수 있다. 본 발명에서는, 연질 페라이트로서 Mg-Zn 계 페라이트를 이용한 경우에, 특히 우수한 내전압과 적당한 투자율을 갖는 연자성 복합재료를 얻을 수 있다.

본 발명은, 이들의 견지에 의거하여 완성하는데 도달한 것이다. 그리하여 본 발명에 의하면, 연질 페라이트로 이루어지는 자성체 분말 (A) 를 폴리머 (B) 중에 분산시킨 연자성 복합재료에 있어서, 자성체 분말 (A) 가 소결자성체를 분쇄시켜 얻어진 랜덤 형상의 자성체 분말이며, 또한, 자성체 분말 (A) 의 평균입경 (d₂) 이 소결자성체의 평균결정입경 (d₁) 의 2 배 이상 큰 것을 특징으로 하는 연자성 복합재료가 제공된다.

연질 페라이트로 이루어지는 자성체 분말 (A) 는, Mg-Zn 계 페라이트로 이루어지는 자성체 분말인 것이 바람직하다.

(발명의 실시를 위한 최량의 형태)

본 발명에서 사용하는 연질 페라이트는, 산화 제 2 철 (Fe₂O₃) 과 2 가의 금속산화물 (MO) 의 화합물 (MO·Fe₂O₃) 이며, 일반적으로 건식법에 의하여, 원료의 혼합, 가소, 분쇄, 입자화, 성형, 소결의 공정으로 소결체로 제조되어 있는 것이다. 고품질의 페라이트를 제조하는 경우에는, 공침법과 분무열분해법이 이용되고 있다. 원료의 대표적인 것은, Fe₂O₃, MnO₂, MnCO₃, CuO, NiO, MgO, ZnO 등이다.

건식법에서는, 각 원료를 소정의 배합비가 되도록 계산하여 혼합한다. 가소공정에서는, 통상 노중에서 850∼1100 ℃ 의 온도로 혼합물을 가열한다. 가소시킨 페라이트는, 분쇄하여 1∼1.5 ㎛ 정도의 분말로 만든다. 금형으로 성형하기 전에 높은 체적밀도와 양호한 유동성을 얻기 위하여, 페라이트 분말을 과립상으로 입자화한다. 과립상의 페라이트분말은, 금형에 넣어져 성형기에 의하여 소정의 형상으로 압축성형된다. 성형된 페라이트는, 대형 터널식 전기로 등으로 소결된다.

공침법에서는, 금속염의 수용액에 강 알카리를 첨가하여, 수산화물을 침전시키고, 이것을 산화시켜 미립자의 페라이트 분말을 얻는다. 페라이트 분말은 입자화, 성형, 소결의 공정에 의하여 소결자성체로 제조된다. 분무열분해법에서는, 금속염의 수용액을 열분해하여 미립자상의 산화물을 얻는다. 산화물 분말은 분쇄, 입자화, 성형, 소결의 공정에 의하여 소결자성체로 제조된다.

본 발명에서는, 높은 내전압을 얻기 위하여, 입자화 공정에 있어서, 페라이트 분말을 스프레이 드라이법에 의하여 입자화하는 것이 바람직하다. 예를 들면 건식법에서는, 가소공정 후, 습식 분쇄된 페라이트 슬러리에 바인더나 윤활제를 첨가하고, 스프레이 드라이를 이용하여 분무건조시켜, 약 100∼150 ㎛ 정도의 과립으로 제조한다. 공침법이나 분무열분해법으로 얻어진 페라이트 분말을 스프레이 드라이법에 의하여 입자화할 수도 있다. 연질 페라이트의 결정입자는, 주로 스피넬형 결정구조를 갖는 것이다.

연질 페라이트에는, 2 가의 금속산화물 (MO) 의 종류에 따라, 예컨대 Mn-Zn 계, Mg-Zn 계, Ni-Zn 계, Cu 계, Cu-Zn 계, Cu-Zn-Mg 계, Cu-Ni-Zn 계 등의 각종 페라이트로 분류된다. 본 발명은, 이들 중에서도, 소결자성체를 분쇄하여 분말 자성체로 하여 폴리머중에 분산시킨 경우에, 전기저항이 대폭으로 저하하는 Ni-Zn 계 페라이트, Mg-Zn 계 페라이트, 및 Cu 계 페라이트에 적용시킨 경우에, 우수한 효과를 얻을 수 있고, 특히 Mg-Zn 계 페라이트에 적용시킨 경우에 현저히 우수한 효과를 얻을 수 있다.

Mg-Zn 계 페라이트란, 일반식 (MgO)x(ZnO)y·Fe₂O₃로 표시되는 조성을 갖는 것을 말한다 (x 및 y 는, 조성비율을 나타낸다). Mg-Zn 계 페라이트는, Mg 의 일부를 Ni, Cu, Co, Mn 등의 다른 2 가의 금속으로 치환한 것일 수도 있다. 또한, 본래의 특성을 손상시키지 않는 범위에서, 그 외의 첨가제를 첨가할 수도 있다. 헤마타이트의 석출을 억제하기 위하여, 산화철의 함유량을 조정한 것이 특히 바람직하다. 본 발명에서는, 특히 내전압이 높고, 더구나 적정하게 높은 투자율을 갖는 연자성 복합재료를 얻을 수 있다는 점에서, 자성체 분말 (A) 가 Mg-Zn 계 페라이트인 것이 특히 바람직하다.

Ni-Zn 계 페라이트란, 일반식 (NiO)x(ZnO)y·Fe₂O₃로 표시되는 조성을 갖는 것을 말하며, Ni 의 일부를 Cu, Mg, Co, Mn 등의 다른 2 가의 금속으로 치환한 것일 수도 있다. 또한, 본래의 특성을 손상시키지 않는 범위에서, 그 외의 첨가제를 첨가할 수도 있다. 헤마타이트의 석출을 억제하기 위하여, 산화철의 함유량을 조정한 것이 특히 바람직하다.

Cu 계 페라이트란, 일반식 (CuO)·Fe₂O₃로 표시되는 조성을 갖는 것을 말하는데, Cu 의 일부를 Ni, Zn, Mg, Co, Mn 등의 다른 2 가의 금속으로 치환한 것일 수도 있다. 또한, 본래의 특성을 손상시키지 않는 범위에서 그 외의 첨가제를 첨가할 수도 있다. 헤마타이트의 석출을 억제하기 위하여, 산화철의 함유량을 조정한 것이 특히 바람직하다.

본 발명에서는, 소결자성체를 분쇄하여 얻어진 자성체 분말을 사용한다. 이 분쇄법에 의하면, 통상의 연질 페라이트 분말의 제조공정에 의하여, 목적으로 하는 평균입경을 갖는 자성체 분말 (A) 를 용이하게 조제할 수 있다. 또한, 이 분쇄법에 의하면, 소결자성체의 평균결정입경 (d₁) 에 따라서, 자성체 분말 (A) 의 평균입경 (d₂) 이 과도한 크기가 되도록 조정할 수 있다. 분쇄법에 의하여 얻어지는 자성체 분말 (A) 의 형상은, 비구형의 랜덤 형상이 된다.

소결자성체의 분쇄에는, 예를 들면, 해머밀, 로드밀, 볼밀 등의 분쇄 수단을 이용한다. 분쇄시에, 자성체 분말의 평균입경 (d₂) 이 소결자성체의 평균결정입경 (d₁) 의 2 배 이상이 되도록 분쇄한다. 즉, 분쇄 공정에 있어서, 자성체 분말의 평균입경 (d₂) 과 소결자성체의 평균결정입경 (d₁) 의 관계가, 식 (1) 을 만족시키도록 제어한다.

2d₁ d₂(1)

본 발명자들의 검토 결과에 의하면, 평균결정입경 (d₁) 을 갖는 소결자성체를 분쇄했을 때, 얻어지는 자성체 분말의 평균 입자경 (d₂) 이 작아짐에 따라서, 자성체 분말과 폴리머를 함유하는 복합재료의 전기저항이 저하하는 것으로 판명되었다. 현 시점에서, 그 기구는 불명확하나, 결정 입자의 파괴에 의한 고전기 저항층의 손실이나, 분쇄에 의하여 새롭게 형성된 결정 단면이 어떤 결함이 되어있을 가능성 등을 생각할 수 있다. 단, 관여하고 있는 기구에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

자성체 분말의 평균입경 (d₂) 과 소결자성체의 평균결정입경 (d₁) 의 관계는 식 (2) 를 만족시키는 것이 바람직하다.

3d₁ d₂(2)

소결자성체의 평균결정입경 (d₁) 에 대한 자성체 분말의 평균입경 (d₂) 의 배율의 상한은, 바람직하게는 10 배이며, 더욱 바람직하게는 7 배이다. 따라서, 자성체 분말의 평균입경 (d₂) 과 소결자성체의 평균결정입경 (d₁) 의 관계는, 더욱 바람직하게는 식 (3) 을 만족시키며, 특히 바람직하게는 식 (4) 를 만족시킨다.

2d₁ d₂ 10d₁(3)

3d₁ d₂ 7d₁(4)

분쇄에 의하여, 자성체 분말 (A) 의 평균입경 (d₂) 은, 10 ㎛∼1㎜ 의 범위내로 하는 것이 바람직하며, 20∼500 ㎛ 의 범위내로 하는 것이 더욱 바람직하며, 20∼50 ㎛ 의 범위내로 하는 것이 특히 바람직하다. 자성체 분말 (A) 의 평균입경 (d₂) 이 10 ㎛ 미만에서는, 투자율을 높이는 것이 곤란해지며, 한편, 평균입경이 1 ㎜ 을 초과하면, 사출성형 등에 의하여 성형을 행할때, 금형내에서의 유동성이 저하하기 때문에, 어느 경우도 바람직하지 못하다.

소결자성체의 평균결정입경 (d₁) 은, 바람직하게는 2∼50 ㎛ 의 범위내이며, 더욱 바람직하게는 3∼15 ㎛ 의 범위내이다. 결정 입경 (d₁) 이 지나치게 작으면 투자율이 불충분해지고, 한편, 지나치게 크면 전기저항이 저하하는 경향을 보인다. 따라서, 본 발명에서는, 소결자성체의 평균결정입경 (d₁) 이 2∼50 ㎛ 의 범위내이며, 또한, 자성체 분말 (A) 의 평균입경 (d₂) 이 20∼500 ㎛ 의 범위내인 자성체 분말을 이용하는 것이 바람직하다. 단, 자성체 분말 (A) 의 평균입경 (d₂) 은, 소결자성체의 평균결정입경 (d₁) 의 2 배 이상이며, 바람직하게는 2∼10 배의 범위내이다.

또한, 본 발명에서는, 소결자성체의 평균결정입경 (d₁) 이 3∼15 ㎛ 의 범위내이며, 또한, 자성체 분말 (A) 의 평균입경 (d₂) 이 20∼50 ㎛ 의 범위내인 자성체 분말을 이용하는 것이, 성형 가공성, 내전압, 투자율, 및 성형체의 물성상의 관점에서 특히 바람직하다. 이 경우, 자성체 분말 (A) 의 평균입경 (d₂) 은, 소결자성체의 평균결정입경 (d₁) 의 2 배 이상이며, 바람직하게는 2∼10 배의 범위내, 더욱 바람직하게는 3∼7 배의 범위내이다.

본 발명의 연자성 복합재료는, 자성체 분말 (A) 50∼95 체적 % 및 폴리머 (B) 5∼50 체적 % 를 함유하는 수지조성물인 것이 바람직하다. 자성체 분말 50 체적 % 미만에서는 충분한 투자성을 얻는 것이 곤란하다. 반대로, 자성체 분말이 95 체적 % 를 초과하면, 사출성형시의 유동성이 극단으로 저하한다. 내전압과 투자율과 성형성의 관점에서 더욱 바람직한 배합비율은, 자성체 분말 (A) 가 55∼75 체적 % 이며, 폴리머 (B) 가 25∼45 체적 % 이다.

본 발명에서 사용하는 폴리머 (B) 로서는, 예컨대, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-아세트산비닐 공중합체, 아이오노머 등의 폴리올레핀; 나일론 6, 나일론 66, 나일론 6/66 등의 폴리아미드; 폴리페닐렌술피드, 폴리페닐렌술피드케톤 등의 폴리아릴렌술피드; 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 전방향족 폴리에스테르 등의 폴리에스테르; 폴리이미드, 폴리에테르이미드, 폴리아미드이미드 등의 폴리이미드계 수지; 폴리스티렌, 아크릴로니트릴-스티렌 공중합체 등의 스티렌계수지; 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴, 염화비닐-염화비닐리덴 공중합체, 염소화폴리에틸렌 등의 염소함유 비닐계수지; 폴리아크릴산메틸, 폴리메타크릴산메틸 등의 폴리(메타)아크릴산에스테르; 폴리아크릴로니트릴, 폴리메타크릴로니트릴 등의 아크릴로니트릴계 수지; 테트라플루오로에틸렌/퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체, 테트라플루오로에틸렌/헥사플루오로프로필렌 공중합체, 폴리불화비닐리덴 등의 열가소성 불소수지; 폴리디메틸실록산 등의 실리콘계 수지; 폴리페닐렌옥시드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르케톤, 폴리아릴레이트, 폴리술폰, 폴리에테르술폰 등의 각종 엔지니어링 플라스틱스; 폴리아세탈, 폴리카보네이트, 폴리아세트산비닐, 폴리비닐포르말, 폴리비닐부티랄, 폴리부틸렌, 폴리이소부틸렌, 폴리메틸펜텐, 부탄디엔수지, 폴리에틸렌옥시드, 옥시벤조일폴리에스테르, 폴리파라크실렌수지 등의 각종 열가소성수지; 에폭시수지, 페놀수지, 불포화폴리에스테르수지 등의 열경화성 수지; 에틸렌프로필렌고무, 폴리부타디엔고무, 스티렌부타디엔고무, 클로로브렌고무 등의 엘라스토머; 스티렌-부타디엔-스티렌블록 공중합체 등의 열가소성 엘라스토머; 및 이들 2 종 이상의 혼합물 등을 들 수 있다.

이들 폴리머중에서도, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀, 폴리아미드, 및 폴리페닐렌술피드 등의 폴리아릴렌술피드가 성형성면에서 보아 특히 바람직하다. 또한, 내열성, 내약품성, 난연성, 내후성, 전기적 특성, 성형성, 치수안정성, 내전압 등의 관점에서, 폴리아릴렌술피드가 더욱 바람직하며, 폴리페닐렌술피드가 특히 바람직하다.

본 발명의 연자성 복합재료에는, 기계적 특성, 내열성 등을 개선하기 위하여, 섬유상 충전재, 판상 충전재, 구상 충전재 등의 각종 충전재를 함유시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 연자성 복합재료에는, 필요에 따라서 난연제, 산화방지제, 착색제 등의 각종 첨가제를 배합할 수 있다.

본 발명의 연자성 복합재료는, 각 성분을 균일하게 혼합함으로써 제조할 수 있다. 예컨대, 자성체 분말과 폴리머의 각 소정량을 헨셀 믹서 등의 혼합기로 혼합하고, 용융 혼합반죽함으로써, 연자성 복합재료를 제조할 수 있다. 연자성 복합재료는, 사출성형, 압출성형, 압축성형 등 각종 성형법에 의하여, 목적하는 형상의 성형체로 성형할 수 있다. 이와같이 하여 얻어진 성형체는, 우수한 내전압과 적당한 투자율을 갖는 것이다.

본 발명의 연자성 복합재료의 내전압은, 통상 1500 V 이상이며, 바람직하게는 1500∼8000 V 의 범위내, 더욱 바람직하게는 3500∼6000 V 의 범위내이다. 또한, 본 발명의 연자성 복합재료의 비투자율은, 통상 10 이상, 바람직하게는 10∼20 의 범위내이다. 본 발명의 연자성 복합재료는, 자성체 분말 (A) 로서, 특히 Mg-Zn 계 페라이트 분말을 이용한 경우, 내전압이 3500∼6000 V 이며, 비투자율이 통상 10∼20, 바람직하게는 15∼20 의 연자성 복합재료를 얻을 수 있다.

본 발명의 연자성 복합재료는, 예를 들면, 코일, 트랜스, 라인필터, 전자파 차폐재 등의 광범위한 용도에 적용시킬 수 있다.

이하에 실시예 및 비교예를 나타내어, 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다. 물성의 측정방법은 다음과 같다.

(1) 소결자성체의 평균결정입경

소결자성체의 단면을 주사형 전자현미경으로 관찰하고, 결정 입경을 측정하여 평균치를 산출한다 (n=100개).

(2) 자성체 분말의 평균입경

분말시료를 마이크로스파텔로 2 컵 취하여 비이커에 넣고, 음이온 계면활성제 (SN 디스퍼셋 5468) 를 1∼2 방울 첨가한 후, 분말시료가 부서지지 않도록 앞끝이 둥근 봉으로 반죽한다. 이 시료를 이용하여, 닛키소사 제조 마이크로트랙 FRA 입도 분석계 9220 형으로 평균입경을 측정한다.

(3) 내전압

두께 0.5 ㎜ 의 판상 성형품의 양측에 원반형 전극을 접촉시켜, 키꾸스이 덴시 코오교 제조 내압시험기 TOS 5050 을 사용하여 측정온도 23 ℃, 컷오프 (cut off) 전류 1 mA 로, 60 초간 인가 가능한 최대의 교류전압을 구한다. 단위:V

(4) 비투자율

JIS C 2561 에 준거하여, 1V, 100 kHz 에 있어서의 비투자율을 측정한다.

실시예 1

Fe₂O₃(69.8 중량%), ZnO (15.1 중량%), MgO (10.5 중량%), MnO (3.1 중량%), CuO (1.1 중량%), CaO (0.2 중량%), 및 BiO₃(0.2 중량%) 를 혼합하여 건조시킨 후, 1000 ℃ 에서 가소시킨다. 가소로 얻어진 페라이트 분말을 스프레이드라이법으로 입자화하고, 계속해서 전기 노중에서 1300 ℃ 까지의 온도로 소결하여 Mg-Zn 계 페라이트 (측정 주파수 100 kHz 로의 교류 초투자율 μ_iac=400) 의 소결체를 얻는다. 얻어진 소결자성체의 단면을 주사형 전자현미경으로 관찰한 결과, 결정 입자의 평균결정입경은 12 ㎛ 이었다 (n=100 개). 이 소결자성체를 해머밀로 분쇄하고, 평균 입자경 44 ㎛ 의 자성체 분말을 얻는다. 얻어진 자성체 분말의 비중은, 4.6 이었다.

이와같이 하여 얻어진 Mg-Zn 계 페라이트 분말 17 ㎏ 과 폴리페닐렌술피드 (구레하 카가꾸 코오교 제조; 310 ℃, 전단속도 1000/초에 있어서의 용융점도=약 20 Pa·s) 3㎏ 을 20L 헨실믹서로 혼합한다. 얻어진 혼합물을 280∼330 ℃ 로 설정한 2 축 압출기에 공급하여, 용융 혼합반죽하여 펠렛화한다. 이 펠렛을 사출성형기 (니혼 세이코우쇼 제조 JW-75E) 에 공급하고, 실린더 온도 280∼310 ℃, 사출압력 약 1000 kgf/㎠, 금형온도 약 160℃ 로 사출성형함으로써, 10 ㎜ ×130 ㎜×0.8 ㎜ 의 판상 성형품을 얻는다. 얻어진 성형품의 내전압을 측정한 결과, 5000 V 였다.

또한, 상기 펠렛을 사출성형기 (닛세이쥬시 제조 PS-10E) 에 공급하고, 실린더 온도 280∼310 ℃, 사출압력 약 1000 kgf/㎠, 금형온도 약 160 ℃ 로 사출성형하여 트로이달형 코어 (외경 12.8 ㎜, 내경 7.5 ㎜) 를 성형한다. 얻어진 트로이달형 코어에 폴리에스테르로 피복된 직경 0.3 ㎜ø의 구리선을 60 턴 감아, 1 V, 100 kHz 에 있어서의 비투자율을 측정한 결과, 16.7 이었다. 결과를 표 1 에 나타낸다.

실시예 2

실시예 1 과 동일한 방법으로 얻어진 Mg-Zn 계 페라이트의 소성체를 해머밀로 분쇄하고, 평균입경 38 ㎛ 의 자성체 분말을 얻는다. 이 자성체 분말을 이용한 것 외에는, 실시예 1 과 동일한 조작을 행한다. 결과를 표 1 에 나타낸다.

비교예 1

실시예 1 과 동일한 방법으로 얻어진 Mg-Zn 계 페라이트의 소성체를 해머밀로 분쇄하고, 평균입경 20 ㎛ 의 자성체 분말을 얻는다. 이 자성체 분말을 이용한 것 외에는, 실시예 1 과 동일한 조작을 행한다. 결과를 표 1 에 나타낸다.

비교예 2

가압 과립법에 의하여 입자화한 Mg-Zn 계 페라이트 (실시예 1 과 동일 조성) 를 1300 ℃ 까지의 온도로 소성하고, Mg-Zn 계 페라이트 (μ_iac=500, 측정주파수 100 kHz) 의 소결체를 얻는다. 얻어진 소결자성체의 단면을 주사형 전자현미경으로 관찰한 결과, 평균결정입경은 26 ㎛ 였다. 이 소결자성체를 해머밀로 분쇄하고, 평균 입자경 21 ㎛ 의 자성체 분말을 얻는다. 이 자성체 분말의 비중은, 4.6 이었다. 이 자성체 분말을 이용한 것 외에는, 실시예 1 과 동일한 조작을 행한다. 결과를 표 1 에 나타낸다.

실시예 3

Fe₂O₃(66.2 중량%), NiO (6.7 중량%), ZnO (20.2 중량%), CuO (6.6 중량%), MnO (0.2 중량%), 및 CrO (0.1 중량%) 를 혼합하여 건조시킨 후, 1000 ℃ 로 가소한다. 가소하여 얻어진 Ni-Zn 계 페라이트를 분쇄하고, 계속해서 스프레이 드라이법에 의하여 입자화한 후, 1200 ℃ 까지의 온도로 소성하고, Ni-Zn 계 페라이트 (μ_iac=1000, 측정주파수 100 kHz) 의 소결체를 얻는다. 얻어진 소결체의 단면을 주사형 전자현미경으로 관찰한 결과, 평균결정입경은 5 ㎛ 였다. 이 소결체를 해머밀로 분쇄하여, 평균 입자경 25 ㎛ 의 분말을 얻는다. 자성체 분말의 비중은 5.1 이었다. 이 자성체 분말을 이용한 것 외에는, 실시예 1 과 동일한 조작을 행한다. 결과를 표 1 에 나타낸다.

실시예 4

실시예 3 에서 얻어진 Ni-Zn 계 페라이트 분말 18 ㎏ 과 폴리페닐렌술피드 (구레하 카가꾸 코오교 제조; 310 ℃, 전단속도 1000/초에 있어서의 용융점도=약 20 Pa·s) 2 ㎏ 을 사용한 것 외에는, 실시예 1 과 동일한 조작을 행한다. 결과를 표 1 에 나타낸다.

비교예 3

실시예 3 과 동일한 조성으로 가소시킨 Ni-Zn 계 페라이트를 분쇄하고, 계속해서 스프레이드라이법에 의하여 입자화한 후, 1250 ℃ 까지의 온도로 소결하고, Ni-Zn 계 페라이트 (μ_iac=1200, 측정주파수 100 kHz) 의 소결체를 얻는다. 얻어진 소결자성체의 단면을 주사형 전자현미경으로 관찰한 결과, 평균결정입경은 31 ㎛ 이었다. 이 소결자성체를 해머밀로 분쇄하고, 평균 입자경 15 ㎛ 의 분말을 얻는다. 이 자성체 분말의 비중은, 5.1 이었다. 이 자성체 분말을 이용한 것 외에는 실시예 4 와 동일한 조작을 행한다. 결과를 표 1 에 나타낸다.

	조성	페라이트의 평균결정입경(㎛)	페라이트의 평균분말입경(㎛)	내전압(V)	비투자율
	수지					페라이트
	종류					중량%	체적%	종류	중량%	체적%
실시예1	PPS	15	37	Mg-Zn	85	63	12	44	5000	16.7
실시예2	PPS	15	37	Mg-Zn	85	63	12	38	4000	16.0
비교예1	PPS	15	37	Mg-Zn	85	63	12	20	500	14.0
비교예2	PPS	15	37	Mg-Zn	85	63	26	21	250	14.2
실시예3	PPS	15	40	Ni-Zn	85	60	5	25	3000	11.3
실시예4	PPS	10	29	Ni-Zn	90	71	5	25	1500	15.1
비교예3	PPS	10	29	Ni-Zn	90	71	31	15	250	14.1

표 1 의 결과로부터 명확하듯이, 자성체 분말의 평균입경 (d₂) 이 소결자성체의 평균결정입경 (d₁) 의 2 배 이상, 바람직하게는 3 배 이상 큰 자성체 분말을 폴리머중에 분산시킨 연자성 복합재료 (실시예 1∼4) 는, 적합한 투자율과 우수한 내전압을 나타내는 것이었다.

이에 대하여, 자성체 분말의 평균입경 (d₂) 이 소결자성체의 평균결정입경 (d₁) 의 2 배 미만으로 작은 경우 (비교예 1∼3) 에는, 전기저항이 급격히 저하하여, 내전압이 열악한 복합재료 밖에 얻을 수 없다.

본 발명에 의하면, 적합한 투자율을 가짐과 동시에, 높은 전기절연성을 나타내며, 내전압이 우수한 연자성 복합재료가 제공된다. 본 발명의 연자성 복합재료는, 사출성형법, 압출성형법, 압축성형법 등에 의하여, 내전압이 우수한 코일, 트랜스, 라인필터, 전자파 차폐재 등의 각종 성형체 (성형품이나 부품) 로 성형할 수 있다.

Claims

연질 페라이트로 이루어지는 자성체 분말 (A) 를 폴리머 (B) 중에 분산시킨 연자성 복합재료에 있어서, 자성체 분말 (A) 가 소결자성체를 분쇄하여 얻어진 랜덤 형상의 자성체 분말이며, 또한, 자성체 분말 (A) 의 평균입경 (d₂) 이 소결자성체의 평균결정입경 (d₁) 의 2 배 이상 큰 것을 특징으로 하는 연자성 복합재료.
제 1 항에 있어서, 자성체 분말 (A) 가, Mg-Zn 계 페라이트 분말인 연자성 복합재료.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 자성체 분말 (A) 가, 미소결 페라이트 분말을 스프레이드라이법으로 과립상으로 입자화한 후, 소결하여 이루어지는 소결자성체를 분쇄하여 얻어진 랜덤 상의 자성체 분말인 연자성 복합재료.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 자성체 분말 (A) 의 평균입경 (d₂) 이, 소결자성체의 평균결정입경 (d₁) 의 2∼10 배의 범위내인 연자성 복합재료.
제 4 항에 있어서, 자성체 분말 (A) 의 평균입경 (d₂) 이, 소결자성체의 평균결정입경 (d₁) 의 3∼7 배의 범위내인 연자성 복합재료.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 소결자성체의 평균결정입경 (d₁) 이 2∼50 ㎛ 인 범위내에서, 자성체 분말 (A) 의 평균입경 (d₂) 이 20∼500 ㎛ 인 범위내이며, 또한, 평균입경 (d₂) 이 평균결정입경 (d₁) 의 2∼10 배의 범위내인 연자성 복합재료.
제 6 항에 있어서, 소결자성체의 평균결정입경 (d₁) 이 3∼15 ㎛ 의 범위내이고, 자성체 분말 (A) 의 평균입경 (d₂) 이 20∼50 ㎛ 의 범위내이며, 또한, 평균입경 (d₂) 이 평균결정입경 (d₁) 의 3∼7 배의 범위내에 있는 연자성 복합재료.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 자성체 분말 (A) 50∼95 체적% 와 폴리머 (B) 5∼50 체적% 를 함유하는 연자성 복합재료.
제 8 항에 있어서, 자성체 분말 (A) 55∼75 체적% 와 폴리머 (B) 25∼45 체적% 를 함유하는 연자성 복합재료.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 폴리머 (B) 가, 폴리올레핀, 폴리아미드, 및 폴리아릴렌술피드로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 폴리머인 연자성 복합재료.
제 10 항에 있어서, 폴리머 (B) 가 폴리아릴렌술피드인 연자성 복합재료.
제 11 항에 있어서, 폴리아릴렌술피드가, 폴리페닐렌술피드인 연자성 복합재료.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 연자성 복합재료의 내전압이 1500 V 이상인 연자성 복합재료.
제 13 항에 있어서, 연자성 복합재료의 내전압이 1500∼8000 V 의 범위내인 연자성 복합재료.
제 14 항에 있어서, 연자성 복합재료의 내전압이 3500∼6000 V 의 범위내인 연자성 복합재료.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 연자성 복합재료의 비투자율(比透磁率)이 10 이상인 연자성 복합재료.
제 16 항에 있어서, 연자성 복합재료의 비투자율이 10∼20 의 범위내인 연자성 복합재료.
제 1 항에 있어서, 연질 페라이트로 이루어지는 자성체 분말 (A) 를 폴리머 (B) 중에 분산시킨 연자성 복합재료에 있어서,

(1) 자성체 분말 (A) 가, 소결자성체를 분쇄하여 얻어진 랜덤 형상의 자성체 분말이며,

(2) 소결자성체의 평균결정입경 (d₁) 이 3∼15 ㎛ 의 범위내이며,

(3) 자성체 분말 (A) 의 평균입경 (d₂) 이 20∼50 ㎛ 의 범위내이며,

(4) 자성체 분말 (A) 의 평균입경 (d₂) 이 소결자성체의 평균결정입경 (d₁) 의 3∼7 배의 범위내이며,

(5) 자성체 분말 (A) 55∼75 체적% 와 폴리머 (B) 25∼45 체적% 를 함유하며,

(6) 연자성 복합재료의 내전압이 1500∼8000 V 의 범위내이며, 또한,

(7) 연자성 복합재료의 비투자율이 10∼20 의 범위내인,

연자성 복합재료.
제 18 항에 있어서, 자성체 분말 (A) 가 Mg-Zn 계 페라이트 분말이며, 또한, 연자성 복합재료의 내전압이 3500∼6000 V 의 범위내인 연자성 복합재료.
제 18 항 또는 제 19 항에 있어서, 폴리머 (B) 가, 폴리페닐렌술피드인 연자성 복합재료.