KR20010034349A - 망간아연계 페라이트코어의 제조방법 및 망간아연계페라이트코어 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 표면전기저항이 높고, 자심손실이 낮은 망간아연계 페라이트를, 질소가스를 외부로부터 도입하지 않고, 단시간에 소성할 수 있는 망간아연계 페라이트코어의 제조방법, 및 망간아연계 페라이트코어를 제공하는 것을 목적으로 하고, 이것을 달성하기 위해 망간아연게 페라이트를 소정의 코어형상으로 형성하고 이것을 탄산가스 및 수증기로 산소농도를 조정한 소성분위기중에서 소성한 후 냉각속도 350∼850℃/시간으로 급냉하는 제조방법으로, 이 방법을 사용하여 제조된 망간아연계 페라이트코어를 얻는다.
Description
최근 CRT를 사용한 디스플레이모니터 및 텔레비젼 시장은 대형 화면 및 고주파에로의 경향이 현저하다. 따라서, 종래의 페라이트재료 보다 투자율이 높고, 포화자속밀도가 높으며 자심손실이 낮은 전자기 특성을 갖는 편향 요크용 코어의 페라이트 재료의 개발이 요구되고 있다. 이와 같은 편향 요크용 코어의 페라이트재료로는 종래 마그네슘아연계 페라이트가 사용되고 있지만, 마그네슘아연계 페라이트는 재질 고유의 전자기 특성에 한계가 있고, 자심손실에 의한 코어의 발열이 현저하여 대형 화면, 광각편향, 고주파에 사용되는 편향요크용 코어로 사용하기 곤란하다.
고(高)투자율, 고(高)포화자속밀도, 저(低)자심손실의 페라이트코어로서 Fe2O3가 50몰% 이상의 망간아연계 페라이트코어가 알려져 있지만, 표면전기저항이 낮고, 권선간의 절연이 확보될 수 없다는 단점이 있다. 따라서, 표면전기저항이 높고, 자심손실이 적은 페라이트코어가 요구되고 있다.
또 박형 전자기기가 진전됨에 따라, 트랜스나 코일의 박형화가 요구되고 있다. 이와 같은 용도로 종래에는 자심손실이 낮고 Fe2O3가 50몰% 이상인 망간아연계 페라이트코어가 사용되었다. 그러나 이와 같이 Fe2O3가 50몰% 이상인 망간아연계 페라이트코어에서는 표면전기저항이 낮기때문에 절연보빈을 장착시켜 와이어를 감기 때문에 보다 박형화하기가 곤란하였다.
이 때문에, 종래는 보다 박형화를 도모하기 위해서, 표면전기저항이 큰 니켈아연계 페라이트코어를 사용하고, 코어에 절연보빈을 장착시키지 않고 코어에 직접 권선한 트랜스나 코일이 개발되었다. 그러나, 이 경우에도 니켈아연계 페라이트코어를 사용하기 때문에 자심손실을 희생하지 않으면 안된다는 문제가 있다.
이런 의미에서도 표면전기저항이 높고 자심손실이 낮은 페라이트코어가 요구되고 있다.
지금까지 Fe2O3가 50몰% 이상인 망간아연계 페라이트의 문제점에 대해 설명하였으나, 이러한 문제는 Fe2O3가 50몰% 미만인 망간아연계 페라이트에도 어느 정도 존재하나, Fe2O3양이 적어짐에 따라 서서히 해소된다.
상기 Fe2O3가 50몰% 이상인 망간아연계 페라이트코어의 표면전기저항을 높게 하는 방법으로 예를 들어, 일본국 특개평 6-295812호 공보에 Fe2O3가 50몰% 이상인 망간아연계 페라이트코어에 산화처리를 하여 표면에 전기절연층을 형성하는 방법이 제안되어 있다. 이 방법에 의하면, 자심손실이 낮고, 표면전기저항이 높은 망간아연계 페라이트코어가 얻어지고, 코어에 와이어를 직접 감을 수 있기 때문에 보다 소형화할 수 있다.
본 발명은 편향 요크 또는 트랜스, 코일 등에 사용되는 망간아연계 페라이트 코어의 제조방법 및 망간아연계 페라이트 코어에 관한 것이다.
그러나, 상기 종래의 Fe2O3가 50몰% 이상인 망간아연계 페라이트코어의 제조방법은 다음과 같은 문제점이 있다.
(A) 상기 전기절연층을 형성하는 데에 장시간을 필요로 하고, 제조단가가 증가한다. 구체적으로는 상기 공개공보의 문제를 해결하기 위한 수단에서 소성(소성온도 1,250℃) 종료후 시간당 약 75℃의 속도로 900℃까지 냉각한다. 900℃까지의 냉각, 즉 350℃의 온도 저하에 약 4.7시간이 필요하다. 900℃ 이하에서는 시간당 300℃의 속도로 냉각하고, 700∼400℃ 사이에서 공기를 도입하여 전기절연층을 형성시키고 있다. 로의 출구온도를 100℃로 하면 냉각시간이 약 7.5시간 필요하다. 또 이와 같은 산화조건에 의해 전기절연층을 형성하면 이 전기절연층에 크랙이 발생하기 쉬운 경향이 있다.
(B) 상기 공개공보에 개시된 방법에서는 소성분위기로서 질소가스를 사용한 저산소농도 분위기를 사용하고 있지만, 외부로부터 질소가스를 도입하면 현재 편향 요크코어로 사용되고 있고 외부로부터 질소가스를 도입하지 않고 소성하여 얻어지는 마그네슘아연계 페라이트코어보다 단가가 높아진다.
따라서, 본 발명은 표면전기저항이 높고, 자심손실이 낮은 망간아연계 페라이트코어를 질소가스를 외부로부터 도입하지 않고 단시간에 소성할 수 있는 망간아연계 페라이트코어의 제조방법, 및 망간아연계 페라이트코어를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이와 같은 목적은 하기 (1)∼(9) 중 어느 하나의 구성으로 달성된다.
(1) 망간아연계 페라이트를 소정의 코어형상으로 형성하고, 이것을 탄산가스 및 수증기로 산소농도가 조절된 소성분위기중에서 소성한 후, 냉각속도 250∼850℃ /시간으로 냉각하는 망간아연계 페라이트코어의 제조방법.
(2) 상기 냉각속도는 300∼850℃/시간인 상기 (1)의 망간아연계 페라이트코어의 제조방법.
(3) 상기 망간아연계 페라이트는 주성분으로 산화철을 Fe2O3로 환산하여 50몰% 이상 함유하는 상기 (1) 또는 (2)의 망간아연계 페라이트코어의 제조방법.
(4) 보조성분으로 산화칼슘을 CaO로 환산하여 0.04∼0.6중량% 함유하는 상기 (1)∼(3) 중 어느 하나의 망간아연계 페라이트코어의 제조방법.
(5) 보조성분으로 산화바나듐을 V2O5로 환산하여 0∼0.2중량% 함유하는 상기 (1)∼(4) 중 어느 하나의 망간아연계 페라이트코어의 제조방법.
(6) 상기 급냉은 소성분위기 중에 공기를 도입함에 따라 행해지는 상기 (1)∼(5) 중 어느 하나의 망간아연계 페라이트코어의 제조방법.
(7) 상기 탄산가스 및 수증기로 조절된 상기 소성분위기의 산소농도가 5∼21%인 상기 (1)∼(6) 중 어느 하나의 망간아연계 페라이트코어의 제조방법.
(8) 상기 탄산가스로서 열원의 연소배가스를 사용하는 상시 (1)∼(7) 중 어느 하나의 망간아연계 페라이트코어의 제조방법.
(9) 상기 (1)∼(8) 중 어느 하나의 망간아연계 페라이트코어의 제조방법에 의해 제조된 망간아연계 페라이트코어이고, 500V에서 표면전기저항이 1×106Ω이상이고, 100℃, 100kHz-20mT에서 자심손실이 12KW/㎥ 이하인 망간아연계 페라이트코어.
(발명을 실시하기 위한 태양)
본 발명의 망간아연계 페라이트코어에서의 망간아연게 페라이트는 그 주성분 조성은 어느 조성이어도 좋지만, 바람직하게는 산화철 Fe2O3로 환산하여 50몰% 이상, 바람직하게는 50.5∼54몰%, 보다 바람직하게는 51.5∼53.5몰% 함유한다.
본 발명의 망간아연계 페라이트에는 주성분으로 다른 산화망간(MnO) 및 산화아연(ZnO)을 함유하는데, 산화아연의 함유량은 ZnO로 환산하여 7∼21몰%, 바람직하게는 12∼17몰%이고, 잔부는 산화망간(MnO)인 것이 바람직하다.
본 발명의 망간아연계 페라이트는 보조성분으로 산화칼슘을 CaO로 환산하여 0.04∼0.7중량%, 바람직하게는 0.10∼0.60중량% 함유한다. CaO의 양이 상기의 범위외이면 자심손실이 낮고 표면전기저항이 높은 것이 얻어지지 않는다.
본 발명의 망간아연계 페라이트에는 보조성분으로 산화바나듐을 V2O5로 환산하여 0∼0.2중량%, 바람직하게는 0.025∼0.15중량% 함유한다. 산화바나듐(V2O5)을 함유함에 따라 자심손실이 낮고 포화자속밀도가 높으며, 산소농도가 낮더라도 권선간의 절연이 확보될 수 있을 만큼 높은 표면전기저항이 얻어져 페라이트코어의 표면에 크랙이 발생기 어렵게 된다. 산화바나듐(V2O5)이 너무 많으면 낮은 자심손실을 얻기 어렵게 된다.
상기 보조성분으로의 산화칼슘과 산화바나듐은 주로 입계에 존재하는 것으로 추정된다.
본 발명의 망간아연계 페라이트에는 다른 보조성분으로 Si Nb, W, Co, Ti, Mg, Ta, Cu 등을 함유할 수 있다. 이러한 보조성분의 함유량은 망간아연계 페라이트의 0.01∼2중량%, 특히 0.02∼1.8중량%인 것이 바람직하다.
이어서, 본 발명의 망간아연계 페라이트코어의 제조방법에 대해 설명한다.
우선, 일본국 특공소 47-11550호 공보에 기재되어 있는 분무배소에 의해 제조된 철과 망간의 산화물분말에 ZnO을 첨가하고, 볼밀 등으로 혼합분쇄한다. 또 통상의 분말도금법에 의해 Fe2O3, Mn3O4, ZnO를 볼밀 등으로 혼합하고, 가소하며, 볼밀 등으로 분쇄해도 된다. 분쇄후의 평균 1차 입경은 0.8∼1.7㎛인 것이 바람직하다.
또한 CaO, V2O5외에 다른 보조성분을 첨가하는 경우는 분쇄를 하기 전에 행하는 것이 바람직하다.
분쇄후 분말을 건조한 후, 소정의 코어형상으로 성형한다.
이 성형체를 소결한다. 소결온도 및 고온유지온도는 소결시의 분위기에 의하지만, 1,270∼1,350℃인 것이 바람직하다. 이 때, 소성분위기, 즉 소결시의 분위기는 산소를 5∼21%, 바람직하게는 5∼15%, 보다 바람직하게는 5∼10% 함유하는 분위기가 바람직하다. 산소농도가 5% 미만이면 권선간의 절연이 확보될 수 있을 만큼 높은 표면전기저항이 얻어지지 않으며, 21%를 넘으면 공기중의 산소농도보다 높게 되기 때문에 단가가 높아진다. 본 발명에서 이러한 소성분위기에서의 산소농도는 공기, 탄산가스 및 수증기를 사용하여 억제하고, 공기중의 질소 외에에는 사용하지 않는다. 이에 따라 소성분위기의 형성단가는 크게 절감된다. 소성을 위한 열원으로 LPG를 사용하고, 그 배가스를 상기 소성분위기에서 산소농도를 억제하는데 사용하는 탄산가스로 사용하면 보다 단가를 절감할 수 있다.
소결시간, 즉 고온유지시간은 1∼3시간인 것이 바람직하다. 또 소결온도까지의 승온속도는 100∼700℃/시간, 바람직하게는 400∼700℃/시간이 바람직하다.
본 발명의 특징중 하나인 소결온도에서의 강온, 즉 냉각은 산화칼슘과 산화바나듐 첨가시에서는 250∼850℃/시간, 바람직하게는 250∼800℃/시간, 보다 바람직하게는 300∼800℃/시간이고, 또 산화칼슘 첨가시에서는 300∼850℃/시간, 바람직하게는 350∼800℃/시간, 보다 바람직하게는 400∼800℃/시간으로 급냉한다. 냉각속도가 너무 느리면 망간아연계 페라이트코어의 표면에 크랙이 발생되기 쉬우며, 속도가 너무 빠르면 충분한 표면전기저항이 얻어지지 않는다.
상기 냉각은 연소분위기중에 공기를 도입함에 따라 행해진다. 이 연소분위기중에 공기를 도입함에 따라 상기 냉각시에는 통상 400∼200℃에서 분위기의 산소농도는 거의 21%가 된다.
이상에 의해 본 발명의 망간아연계 페라이트코어를 제조할 수 있고, 제조된 망간아연계 페라이트코어는 500V에서 1 ×106Ω이상으로 표면전기저항이 높고, 100℃, 100kHz-20mT에서 자심손실이 12KW/㎥ 이하로 낮으며, 코어표면에 크랙이 발생하지 않는 양호한 것이 된다. 이에 따라 코어에 권선을 직접 감을 수 있어 소형화할 수 있다.
또 망간아연계 페라이트코어는 100℃, 1kHz에서 270mT 이상인 높은 포화자속밀도가 된다.
현재, 본 발명에서 얻어진 망간아연계 페라이트코어에서의 표면전기저항의 상한은 1 ×1010Ω, 특히 5 ×107Ω이고, 자심손실의 하한은 1.0KW/㎥, 특히 2.0KW/㎥ 이며, 포화자속밀도의 상한은 400mT 정도이다.
본 발명의 망간아연계 페라이트코어는 평균결정입경이 15㎛ 이하인 것이 바람직하다. 평균결정입경이 15㎛를 넘으면 자심손실이 커진다.
이 경우의 평균결정입경은 하기와 같이 규정된다.
우선, 페라이트소결체의 단면에 나타난 결정입자의 단면적의 평균, 즉 결정입자 1개당 단면적을 구한다.
이어서, 이 단면적과 같은 면적의 큰 원을 구하여 구의 직경을 구한다. 본 발명에서는 이 값을 평균결정입경으로 한다.
이와 같은 측정은, 예를 들어 페라이트소결체를 거울면 연마후, 염산 등으로 에칭하고, 이것을 500∼1000배 정도의 금속전자현미경으로 관찰하여 얻어진 사진을 사용하여 적어도 면적이 10,000㎛2이상인 범위에서 결정입경을 구한다.
본 발명의 망간아연계 페라이트코어는 상기와 같은 구성으로 함에 따라 편향 요크로서 제품조립시에 종래 제품에 비해 약 3℃ 이하, 특히 4∼5℃ 정도 발열을 저하시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 들어 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
(실시예 1: CaO함유의 영향)
우선, Fe2O353몰%, MnO 33몰%, ZnO 14몰%를 주성분으로 하고, 보조성분으로 CaO를 0.02∼0.7중량% 함유한 재료를 조정하였다.
이 재료의 조정은 다음과 같이 행하였다. 우선, 주성분을 상기 조성으로 칭량, 혼합한 후, 그 혼합분말을 950℃에서 소정시간 가소하였다. 이 가소에 의해 얻어진 가소분말에 CaO를 첨가하여 분쇄하였다. 얻어진 분말에 폴리비닐알코올용액을 첨가하여 조립화하고, 조립물을 가압성형하여 트로이덜형상의 성형체를 얻었다. 이후, 이 성형체를 소성하였다.
소성은 500℃/시간의 승온속도로 승온하고, 소결온도, 즉 고온유지온도 1320℃에서 1.5시간동안 유지한 후 냉각속도 600℃/시간으로 냉각하였다. 산소농도는 열원 또는 LPG의 배가스인 탄산가스 및 수증기를 사용하여 산소농도를 조절하였다. 고온유지부에서 산소농도를 7%로 설정하고, 고온유지부 종료시점에서 소성분위기에 공기를 도입하여 냉각하였다. 공기를 도입함에 따라 소성분위기의 산소농도는 온도 300℃ 이하에서 21%가 되었다.
이와 같이 하여 얻어진 페라이트소결체의 각 샘플 조성을 형광X선분석으로 분석한 결과, 재료조정시의 조성과 거의 동일하였다. 또한 샘플은 외경 30mm, 내경 20mm, 높이 8mm의 트로이덜상으로 하였다.
얻어진 트로이덜형상의 소결체의 각 샘플에 대해서, 100℃, 100KHz-20mT에서의 자심손실, 100℃에서의 포화자속밀도, 500V에서의 표면전기저항을 측정하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
| 샘플번호 | CaO(중량%) | 자심손실(KW/㎥)100KHz-20mT100℃ | 포화자속밀도(mT)100℃ | 표면저항(Ω)500V |
| 1(비교예) | 0.02 | 21.1 | 317 | ≤106 |
| 2(실시예) | 0.04 | 10.5 | 310 | 3×106 |
| 3(실시예) | 0.10 | 3.4 | 306 | 6×106 |
| 4(실시예) | 0.15 | 2.9 | 301 | 9×106 |
| 5(실시예) | 0.25 | 3.1 | 285 | 5×106 |
| 6(실시예) | 0.40 | 3.7 | 280 | 7×106 |
| 7(실시예) | 0.50 | 4.1 | 276 | 3×106 |
| 8(실시예) | 0.60 | 6.0 | 274 | 2×106 |
| 9(비교예) | 0.70 | 13.5 | 268 | ≤106 |
CaO는 페라이트코어의 결정입계부에 높은 저항층을 형성함에 따라, 낮은 자심손실과 높은 표면전기저항을 얻을 수 있는 효과가 있다. 표 1로부터, 탄산가스 및 수증기로 산소농도를 조정하고 냉각속도를 600℃/시간으로 급냉하는 제조방법에서는 CaO가 0.04중량% 미만이면 입계에 형성되는 저항층이 불충분하게 되고, 자심손실이 열화하며, 표면전기저항도 저하된다는 것을 알 수 있다. CaO가 0.70중량%를 넘으면 결정이 이상적으로 성장하여 자심손실이 열화하고, 표면전기저항도 저하되는 것을 알 수 있다. 환원하면, 본 발명에 따라 CaO를 0.04∼0.70중량%의 범위에서 함유하는 경우, 탄산가스 및 수증기로 산소농도를 조정하고, 냉각속도를 600℃/시간으로 급냉하는 단가가 낮은 제조방법에서도 입계에 고저항층이 균일하게 형성되고, 높은 표면전기저항화를 도모할 수 있다. 또 입계의 고저항화에 의해 과전류손실을 줄일 수 있으며, 낮은 자심손실화에도 기여한다.
또 샘플번호 1, 샘플번호 4 및 샘플번호 9의 페라이트 소결체를 거울면연마후, 염산으로 에칭하고, 연마면을 500배 금속현미경으로 촬영한 사진을 기초로 이들 샘플의 평균결정입경 d를 조사하였다.
또한 평균결정입경 및 결정입경분포는 하기와 같이 하여 산출하였다.
상기와 같이 하여 얻어진 사진상에 100㎛ ×100㎛의 정방형으로 구획하고 이중에 존재하는 결정입자의 수를 산정하였다. 다만, 구획경계에 존재하는 결정입자는 1/2개로 계산하였다. 이 수를 n으로 하고, 하기식에서 평균결정입경 d를 산출하였다.
그 결과, 비교예의 샘플 1에서는 d=5.88㎛, 샘플 9에서는 d=16.34㎛, 실시예의 샘플 4에서는 d=6.25㎛이었다.
(실시예 2: V2O5함유의 영향)
실시예 1과 동일한 주성분조성 및 보조성분으로 CaO: 10중량%, V2O5를 0∼0.225중량%로 하여 재료를 실시예 1과 마찬가지로 칭량, 혼합, 가소, 분쇄, 성형하였다. 그 외는 실시예 1과 동일하게 하여 트로이덜형상의 성형체를 얻고, 이 성형체를 소성하였다.
이와 같이 하여 얻어진 페라이트소결체의 각 샘플의 조성을 형광X선분석으로 분석한 결과, 재료조성시의 조성과 거의 동일하였다. 또한 샘플은 실시예 1과 마찬가지로 외경 30mm, 내경 20mm, 높이 8mm의 트로이덜상으로 하였다.
얻어진 트로이덜형상의 소결체의 각 샘플에 대해 실시예 1과 마찬가지로 100℃, 100KHz-20mT에서의 자심손실, 100℃에서의 포화자속밀도, 500V에서의 표면전기저항을 측정하였다. 그 결과를 표 2에 나타낸다.
| 샘플번호 | V2O5(중량%) | 자심손실(KW/㎥)100KHz-20mT100℃ | 포화자속밀도(mT)100℃ | 표면저항(Ω)500V |
| 11(실시예) | 0.000 | 3.4 | 306 | 6 ×106 |
| 12(실시예) | 0.025 | 3.0 | 312 | 6 ×106 |
| 13(실시예) | 0.050 | 2.7 | 320 | 4 ×106 |
| 14(실시예) | 0.075 | 2.5 | 324 | 4 ×106 |
| 15(실시예) | 0.100 | 2.1 | 332 | 4 ×106 |
| 16(실시예) | 0.125 | 3.2 | 335 | 3 ×106 |
| 17(실시예) | 0.150 | 4.8 | 342 | 3 ×106 |
| 18(실시예) | 0.175 | 7.3 | 335 | 3 ×106 |
| 19(실시예) | 0.200 | 10.4 | 324 | 2 ×106 |
| 20(비교예) | 0.225 | 13.6 | 317 | 2 ×106 |
표 2로부터 알수 있는 바와 같이, V2O5는 페라이트코어의 소결체를 촉진하고, 결정입계부에 고저항층을 형성함으로써, 낮은 자심손실, 높은 포화자속밀도, 높은 표면전기저항을 얻는 효과가 있다. 표 2로부터 탄산가스 및 수증기로 산소농도를 조정하고, 냉각속도를 600℃/시간으로 급냉하는 제조방법에서는 V2O5를 함유시키는 자심손실을 저하시켜 포화자속밀도가 향상되는 것을 알 수 있다. V2O5가 0.02중량%를 넘으면 결정이 과도하게 촉진되기 때문에 저자심손실이 열화된다. 본 발명에 의해 V2O5를 0∼0.20중량%로 함유하는 경우, 탄산가스 및 수증기로 산소농도를 조정하고, 냉각속도를 600℃/시간으로 냉각하는 단가가 낮은 제조방법에서도 높은 포화자속밀도 및 낮은 자심손실이 얻어질 뿐만 아니라, 페라이트코어의 표면에 크랙이 발생하기 어려워 높은 표면전기저항이 얻어진다.
(실시예 3: 냉각속도의 영향 1)
실시예 1과 마찬가지로 주성분조성 및 보조성분으로 CaO: 0.10중량% 함유한 재료를 실시예 1과 마찬가지로 칭량, 혼합, 가소, 분쇄, 성형하였다.
실시예 1과 마찬가지로 소성하고, 냉각속도를 900, 800, 600, 400, 300, 200℃/시간으로 변화시켰다.
얻어진 트로이덜형상의 소결체의 각 시료에 대해 실시예 1과 동일하게 하여 자심손실, 포화자속밀도, 표면전기저항을 측정하고, 병행하여 표면의 크랙유무를 측정하였다. 그 결과를 표 3에 나타낸다.
| 샘플번호 | 냉각속도(℃/시간) | 자심손실(KW/㎥)100KHz-20mT100℃ | 포화자속밀도(mT)100℃ | 표면저항(Ω)500V | 크랙유무 |
| 21 | 200* | 12.6 | 288 | 1 ×107 | 유 |
| 22 | 300 | 5.8 | 296 | 8 ×106 | 무 |
| 23 | 400 | 3.1 | 302 | 5 ×106 | 무 |
| 24 | 600 | 3.4 | 306 | 6 ×106 | 무 |
| 25 | 800 | 2.9 | 306 | 6 ×106 | 무 |
| 26 | 900* | 2.5 | 312 | ≤106 | 무 |
*는 본 발명의 바람직한 범위를 벗어난 것을 나타낸다.
표 3으로부터, 냉각속도가 느린 샘플 21의 경우, 표면의 산화처리시간이 길기 때문에 전기절연층이 많이 형성되고, 표면전기저항이 커지는 것을 알 수 있다. 그러나, 페라이트 이외의 성분을 너무 많이 형성하기 때문에 자심손실이 열화하고, 페라이트코어 표면에 크랙이 발생한다. 한편, 샘플 26인 경우 냉각속도가 너무 빠르기 때문에 전기절연층이 그다지 형성되지 않고 낮은 자심손실이 얻어지며, 페라이트코어 표면에 크랙도 발생되지 않지만, 표면전기저항은 저하된다. 이에 비해, 샘플 22∼25에서는 냉각속도가 본 발명의 범위가 되고, 적당하게 되며, 전기절연층이 적절히 형성되고, 낮은 자심손실이 얻어지고, 페라이트코어의 표면에 크랙이 발생하지 않는 표면전기저항이 큰 망간아연계 패라이트코어가 얻어지는 것을 알 수 있다.
(실시예 4: 냉각속도의 영향 2)
실시예 1과 동일한 주성분조성 및 보조성분으로 CaO: 0.10중량%, V2O5: 0.10중량% 함유한 재료를 실시예 1과 마찬가지로 칭량, 혼합, 가소, 분쇄, 성형하였다.
실시예 1과 동일하게 소성하고, 냉각속도를 700, 600, 400, 300, 250, 200℃/시간으로 변화시켰다.
얻어진 트로이덜코어형상의 소결체의 각 시료에 대해 실시예 1과 동일하게 하여 자심손실, 포화자속밀도, 표면전기저항을 측정하고, 병행하여 표면의 크랙유무를 측정하였다. 그 결과를 표 4에 나타낸다.
| 샘플번호 | 냉각속도(℃/시간) | 자심손실(KW/㎥)100KHz-20mT100℃ | 포화자속밀도(mT)100℃ | 표면저항(Ω)500V | 크랙유무 |
| 31 | 200* | 12.6 | 311 | 1 ×107 | 유 |
| 32 | 250 | 8.7 | 315 | 1 ×107 | 무 |
| 33 | 300 | 4.5 | 320 | 6 ×106 | 무 |
| 34 | 400 | 3.1 | 326 | 5 ×106 | 무 |
| 35 | 600 | 2.1 | 332 | 4 ×106 | 무 |
| 36 | 800 | 1.8 | 340 | 2 ×106 | 무 |
| 37 | 900* | 1.6 | 345 | ≤106 | 무 |
*는 본 발명의 바람직한 범위를 벗어난 것을 나타낸다.
표 4로부터, 냉각속도가 250℃/시간 이하로 더딘 샘플 31의 경우, 표면의 산화처리시간이 길기 때문에 전기절연층을 많이 형성되고, 표면전기저항이 높아진다는 것을 알 수 있다. 그러나, 페라이트 이외의 성분을 너무 많이 형성하기 때문에 자심손실이 열화하고, 페라이트코어 표면에 크랙이 발생한다. 한편, 냉각속도가 900℃/시간 이상인 샘플 37인 경우, 냉각속도가 너무 빠르기 때문에 전기절연층이 그다지 형성되지 않고 낮은 자심손실이 얻어지며, 페라이트코어 표면에 크랙도 발생되지 않지만, 표면전기저항은 저하된다. 이에 비해, 샘플 32∼36에서는 냉각속도가 적당하고, 전기절연층이 적절히 형성되며, 낮은 자심손실이 얻어지고, 페라이트코어의 표면에 크랙이 발생하지 않는 표면전기저항이 큰 망간아연계 패라이트코어가 얻어지는 것을 알 수 있다.
(실시예 5: 산소농도의 영향)
실시예 1과 동일한 주성분조성 및 보조성분 CaO: 0.10중량% 함유한 재료를 실시예 1과 마찬가지로 칭량, 혼합, 가소, 분쇄, 성형하였다.
실시예 1과 동일하게 소성하고, 고온유지부는 산소농도 3, 5, 7, 10, 15, 21%로 설정하였다. 상기한 바와 같이, 냉각시에 공기를 도입함에 따라 300℃ 이하에서 산소농도 21%가 되었다. 또한 상기한 바와 같이, 산소농도가 21%를 넘게 하기위해서는 특별히 산소를 공급할 필요가 있어 단가가 커지게 된다. 따라서, 이와 같이 높은 산소농도는 본 발명의 범위에서 제외하였다.
얻어진 트로이덜형상의 소결체의 각 시료에 대해 실시예 2와 동일하게 하여 자심손실, 포화자속밀도, 표면전기저항, 페라이트코어 표면의 크랙유무를 측정하였다. 그 결과를 표 5에 나타낸다. 소성분위기의 산소농도는 상기 실시예와 마찬가지로 탄산가스 및 수증기를 사용하여 조정하였다.
| 샘플번호 | 산소농도(%) | 자심손실(KW/㎥)100KHz-20mT100℃ | 포화자속밀도(mT)100℃ | 표면저항(Ω)500V |
| 41(비교예) | 3 | 2.8 | 310 | ≤106 |
| 42(실시예) | 5 | 3.3 | 306 | 3 ×106 |
| 43(실시예) | 7 | 3.4 | 306 | 6 ×106 |
| 44(실시예) | 10 | 4.8 | 300 | 5 ×106 |
| 45(실시예) | 15 | 7.5 | 296 | 8 ×106 |
| 46(실시예) | 21 | 9.8 | 292 | 1 ×107 |
표 5로부터, 냉각속도가 600℃/시간으로 급냉되는 제조방법에서는 산소농도가 5% 미만인 경우, 산소량이 적기 때문에 전기절연층이 그다지 형성되지 않으며, 낮은 자심손실은 얻어지지만 표면전기저항은 저하된다는 것을 알 수 있다.
본 발명에 의하면 Fe2O3가 50몰% 이상인 망간아연계 페라이트코어에 있어서, 신속하고 단가가 낮은 제조방법으로 고(高) 포화자속밀도, 저(低) 자심손실, 표면에 크랙이 발생하지 않는 고(高) 표면전기저항을 갖는 망간아연계 페라이트코어를 얻을 수 있다.
본 발명에서는 250∼850℃/시간, 바람직하게는 300∼850℃/시간이라는 급냉중에 코어의 표면에 전기절연층을 형성하기 때문에 제조시간을 상당히 단축할 수 있다. 예를 들어, 상기한 바와 같이, 250℃/시간, 바람직하게는 300℃/시간의 온도저하는 많아야 1시간 정도에 이루어질 수 있다. 이것은 250℃/시간인 경우 처리시간이 상기 종래의 약 4.7시간에 비해 약 1/3이고, 냉각시간은 약 3/5이 된다. 300℃/시간인 경우 처리시간이 약 1/4이고, 냉각시간은 약 1/2이 된다. 이에 따라 코어의 제조단가를 상당히 감소시킬 수 있다. 또 산화량은 냉각속도가 빠르고 냉각부의 산소농도가 낮을수록 적지만, 본 발명의 조건에서는 종래의 조건에 비해 냉각속도가 빠르고 산소농도가 낮아지게 된다. 이와 같은 조건에서 형성된 전기절연층에는 크랙의 발생율이 매우 작아진다. 또 산화량도 작아지기 때문에 저자심손실을 유지할 수 있다.
상기한 바와 같이, 매우 단시간에 형성된 전기절연층은 절연성이 충분하지 않을 수 있고, 충분한 고저항성이 얻어지지 않을 수 있지만, 본 발명에서는 페라이트중에 보조성분으로 CaO를 상기의 양을 첨가함에 따라 충분한 절연성이 얻어지고, 권선간의 절연이 확보될 수 있다.
본 발명의 제조방법에 의한 본 발명의 망간아연계 페라이트코어는 500V에서 1 ×106Ω이상, 바람직하게는 1 ×106Ω∼1 ×1010Ω의 높은 표면전기저항을 가지며, 100℃, 100kHz-20mT에서 12KW/㎥ 이하, 바람직하게는 1∼10KW/㎥의 낮은 자심손실, 및 100℃에서 270mT이상, 바람직하게는 300∼400mT의 높은 포화자속밀도를 달성할 수 있다.
또 본 발명에서는 소성분위기의 산소농도를, 질소가스를 도입하지 않고 열원으로서 사용하는 연소배가스인 탄산가스 및 수증기를 사용하여 조절함으로써 제조단가를 줄일 수 있다.
Claims (9)
- 망간아연계 페라이트를 소정의 코어형상으로 형성하고, 이것을 탄산가스 및 수증기로 산소농도가 조절된 소성분위기중에서 소성한 후, 냉각속도 250∼850℃/시간으로 냉각하는 망간아연계 페라이트코어의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 냉각속도는 300∼850℃/시간인 망간아연계 페라이트코어의 제조방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 망간아연계 페라이트는 주성분으로 산화철을 Fe2O3로 환산하여 50몰% 이상 함유하는 망간아연계 페라이트코어의 제조방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 보조성분으로 산화칼슘을 CaO로 환산하여 0.04∼0.6중량% 함유하는 망간아연계 페라이트코어의 제조방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 보조성분으로 산화바나듐을 V2O5로 환산하여 0∼0.2중량% 함유하는 망간아연계 페라이트코어의 제조방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 급냉은 소성분위기 중에 공기를 도입함에 따라 행해지는 망간아연계 페라이트코어의 제조방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 탄산가스 및 수증기로 조절된 상기 소성분위기의 산소농도가 5∼21%인 망간아연계 페라이트코어의 제조방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 탄산가스로서 열원의 연소배가스를 사용하는 망간아연계 페라이트코어의 제조방법.
- 상기 제1항 또는 제2항의 망간아연계 페라이트코어의 제조방법에 의해 제조된 망간아연계 페라이트코어이고, 500V에서 표면전기저항이 1 ×106Ω이상이고, 100℃, 100kHz-20mT에서 자심손실이 12KW/㎥ 이하인 망간아연계 페라이트코어.
Applications Claiming Priority (6)
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| JP10-350765 | 1998-11-25 | ||
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| JP11-329865 | 1999-11-19 |
Publications (2)
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