KR20050006545A

KR20050006545A - 이중성형 자석용 스트론튬 페라이트 자성체 제조방법

Info

Publication number: KR20050006545A
Application number: KR1020030046409A
Authority: KR
Inventors: 김정식
Original assignee: 강규채
Priority date: 2003-07-09
Filing date: 2003-07-09
Publication date: 2005-01-17

Abstract

본 발명은 이중성형 자석용 스트론튬 페라이트 자성체 제조방법에 관한 것으로, Fe₂O₃를 KCl과 NaCl을 섞은 염을 1 : 1의 비율로 혼합하여 800℃로 가열하여 구형으로 만든 다음, 주성분인 Fe₂O₃와 SrCO₃를 5.85 : 1의 몰비로 혼합하고, 첨가제로 0.12몰의 CaO, 0.12몰의 SiO₂및 0.08몰의 Al₂O₃을 첨가하며, 상기 혼합원소와 KCl과 NaCl을 섞은 염을 1 : 1의 비율로 혼합한 상태로 750∼900℃로 가열하여 스트론튬-페라이트 분말을 합성하는 제1공정과, 제1공정을 거친 스트론튬-페라이트 분말에 결합제로서 4중량비의 폴리비닐알콜을 첨가하는 제2공정과, 상기 제2공정을 거친 스트론튬-페라이트 분말을 1500Kgf로 가압하면서 9KOe로 자계를 걸어주는 제3공정과, 상기 3공정을 거친 스트론튬-페라이트 성형체를 1100∼1300℃의 온도에서 3시간동안 소결시키는 제4공정 및, 상기 제4공정을 거친 소결체를 착자시키는 제5공정을 포함하여 이루어지며, 제1공정에 의해 합성된 스트론튬 페라이트 분말형상이 균일한 육각판상형의 형상을 지니고, 2∼3㎛ 정도의 균일한 입자를 갖게됨으로써 제5공정 후 제조된 스트론튬-페라이트가 우수한 자석의 특성을 갖게 되는 것이다.

Description

이중성형 자석용 스트론튬 페라이트 자성체 제조방법 { Manufacturing method of the Sr-ferrite magnet for double-layered pressing magnet }

본 발명은 이중성형 자석용 스트론튬 페라이트 자성체 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 적산전력계 등 측정기기에 사용되는 자석는 온도에 따른 자기적 특성의 변화가 적은 알루미늄니켈코발트형 자석이 사용되고 있다. 이러한 알루미늄니켈코발트형 자석은 보자력이 작기 때문에 측정기기에 사용될 경우 시간의 변화에 따른 자기적 특성이 변화될 수 있는 문제가 있었다. 이에 따라, 최근에는 도 1에 도시된 바와 같이, 알루미늄니켈코발트 자석위에 보자력이 높은 스트론튬-페라이트 자석를 적층한 이중성형 자석을 측정기기에 사용하고 있는 실정이다.

그런데, 적산전력계 등 측정기기에 사용되는 기존의 이중성형 자석은 도 2에 도시된 바와 같이, AlNiCo층(100) 위에 적층된 Sr페라이트층(110)의 입자크기와 형상이 불규칙하여 제품 제작시 기구적인 수평도 조정이 어려운 문제점이 있었다. 그리고, 기존의 이중성형 자석은 분쇄공정을 통하여 등방성분말을 사용함으로써 공정이 복잡하고 보자력이 떨어지는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 이중성형 자석이 지닌 문제점을 해소하기 위하여, 용융염법에 의한 분말제조 방식을 채택하여 입자의 크기와 형상이 균일하게 하여 제품의 평행도를 개선할 수 있으며, 높은 자기 이방성을 갖게 됨으로써 보자력을 향상시킬 수 있는 이중성형 자석용 스트론튬 페라이트 자성체 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, Fe₂O₃를 KCl과 NaCl을 섞은 염을 1 : 1의 비율로 혼합하여 800℃로 가열하여 구형으로 만든 다음, 주성분인 Fe₂O₃와 SrCO₃를 5.85 : 1의 몰비로 혼합하고, 첨가제로 0.12몰의 CaO, 0.12몰의 SiO₂및 0.08몰의 Al₂O₃을 첨가하며, 상기 혼합원소와 KCl과 NaCl을 섞은 염을 1 : 1의 비율로 혼합한 상태로 750∼900℃로 가열하여 스트론튬-페라이트 분말을 합성하는 제1공정과, 제1공정을 거친 스트론튬-페라이트 분말에 결합제로서 4중량비의 폴리비닐알콜을 첨가하는 제2공정과, 상기 제2공정을 거친 스트론튬-페라이트 분말을1500Kgf로 가압하면서 9KOe로 자계를 걸어주는 제3공정과, 상기 3공정을 거친 스트론튬-페라이트 성형체를 1100∼1300℃의 온도에서 3∼6시간동안 소결시키는 제4공정 및, 상기 제4공정을 거친 소결체를 착자시키는 제5공정을 포함하여 이루어져 있다.

상기 제4공정에서 생성되는 소결체는 화학성분이 원자중량비로 7.58의 Sr, 89.05의 Fe, 0.90의 Ca, 0.75의 Si, 1.20의 Al로 구성되어 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 이중성형 자석용 스트론튬 페라이트 자성체 제조방법에 의하면, 용융염법에 의하여 분말을 제조하여 형상이 균일한 육각판상형의 형상을 지니고, 2∼3㎛ 크기의 입자를 갖게됨으로써 우수한 자석의 특성을 갖게 되는 것이다.

도 1은 일반적인 적산전력계용 링자석를 도시한 사시도,

도 2는 종래의 이중성형 링자석를 도시한 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 스트론튬-페라이트 자성체 제조공정도,

도 4는 본 발명에 따른 제1공정에서 스트론튬-페라이트 분말형상으로서,

(a)는 반응시간이 10분에서 스트론튬-페라이트 분말형상

(b)는 반응시간이 1시간에서 스트론튬-페라이트 분말형상

(c)는 반응시간이 2시간에서 스트론튬-페라이트 분말형상

(d)는 반응시간이 6시간에서 스트론튬-페라이트 분말형상

도 5는 본 발명에 따른 제1공정에서 스트론튬-페라이트 분말의 반응시간에 따른 XRD패턴을 도시한 그래프,

도 6은 본 발명에 따른 제4공정에서 스트론튬-페라이트 소결체 미세구조로서,

(a)는 소결온도가 1180℃에서 스트론튬-페라이트 소결체구조

(b)는 소결온도가 1200℃에서 스트론튬-페라이트 소결체구조

(c)는 반응시간이 1220℃에서 스트론튬-페라이트 소결체구조

(d)는 반응시간이 1240℃에서 스트론튬-페라이트 소결체구조

도 7은 스트론튬-페라이트 소결체를 VSM으로 측정한 B-H 그래프로서,

(a)는 1150℃에서 B-H 그래프

(b)는 1200℃에서 B-H 그래프

(c)는 1250℃에서 B-H 그래프

도 8은 본 발명에 따른 이중성형 링마크네트를 도시한 단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : AlNiCo층 20 : Sr-페라이트층

도 3은 본 발명에 따른 스트론튬-페라이트 자성체 제조공정도이다.

본 발명에 따른 이중성형 자석용 스트론튬 페라이트 자성체 제조방법은 도 3에 도시된 바와 같이, 혼합원료를 섞어서 750∼900℃ 이하로 가열하여 스트론튬-페라이트 분말을 합성하는 제1공정과, 상기 스트론튬-페라이트 분말에 결합제를 첨가하는 제2공정과, 상기 스트론튬-페라이트 분말을 자장을 걸어주고 가압하는 제3공정과, 상기 스트론튬-페라이트 성형체를 1000∼1300℃의 온도에서 일정시간 동안 소결시키는 제4공정 및, 상기 제4공정을 거친 소결체를 착자시키는 제5공정으로 이루어져 있다.

상기 제1공정에서는 일차적으로 Fe₂O₃를 KCl과 NaCl을 섞은 염을 1 : 1의 비율로 혼합하여 800℃로 가열하여 구형으로 만든 다음, 주성분인 Fe₂O₃와 SrCO₃를 5.85 : 1의 몰비로 혼합하고, 첨가제로 0.12몰의 CaO, 0.12몰의 SiO₂및 0.08몰의 Al₂O₃을 첨가한 후, 상기 혼합원료와 KCl과 NaCl을 섞은 염을 1 : 1의 비율로 혼합한 상태로 750∼900℃로 1∼6시간동안 가열하여 스트론튬-페라이트 분말을 합성한다. 그 후, 스트론튬-페라이트 분말을 세척하고 건조시켜 특성화 시킨다.

상기 스트론튬-페라이트 분말은 아래의 표 1에 나타난 바와 같이, 일정 원자중량비의 Sr, Fe, Ca, Si, Al 화학조성을 갖는다.

표 1 EDS로 측정된 스트론튬-페라이트의 화학성분비

	Sr	Fe	Ca	Si	Al
원자중량비(Wt％)	7.58	89.05	0.90	0.75	1.20

여기서, 스트론튬(Sr)성분을 기준으로 하여 화학식으로 환산하면, Sr_1.0Fe1_11.76Al_0.16CaO_0.12O_19+x가 된다.

도 4는 본 발명에 따른 제1공정에서 스트론튬-페라이트 분말형상으로 반응시간에 따는 변화를 도시하고 있다.

스트론튬-페라이트 분말입자의 형태는, 뚜렷한 판상형의 2∼3㎛ 크기로 반응시간이 증가할수록 육각판상형태가 더 뚜렷하고 그 입자크기도 증가함을 알 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 제1공정에서 스트론튬-페라이트 분말의 반응시간에따른 XRD패턴을 도시한 그래프이다. 반응시간이 10분일때 일부의 Fe₂O₃가 반응하기 않은 채 잔류하고 있고, 반응시간이 증가함에 따라 Fe₂O₃가 크게 줄어들고 2시간 이상의 반응시간에서는 거의 존재하지 않고 스트론튬-페라이트 상만 존재함을 알 수 있다.

상기 제2공정에서는 제1공정을 거친 혼합원료에 결합제로서 4중량비의 폴리비닐알콜을 첨가한다.

상기 제3공정에서는 상기 제2공정을 거친 혼합원료를 1500Kgf로 가압하면서 9KOe로 자계를 걸어준다.

상기 제4공정에서는 상기 3공정을 거친 혼합원료를 1000∼1300℃의 온도에서 3시간동안 소결시킨다.

도 6은 본 발명에 따른 제4공정에서 스트론튬-페라이트 소결체 미세구조를 도시한 것이다. 도 6a에 도시된 바와 같이, 1180℃에서 소결시킨 스트론튬-페라이트의 경우, 입자 크기 분포상태가 균일하지 않고 작은 입자들이 많은 것으로 보아 부분적으로 입자성장이 충분히 일어나지 못하고 다소 불균일하게 이루어져 있음을 알 수 있다. 반면, 도 6b와 도 6c에서 도시된 바와 같이, 1200℃와 1220℃에서 소결된 스트론튬-페라이트의 경우, 비교적 입자들이 균일하게 성장한 상태이며, 입자들 사이에 기공이 적은 상태로서 치밀화가 잘 이루어져 있음을 알 수 있다. 그러나, 도 6d에 도시된 바와 같이, 1240℃에서 소결된 스트론튬-페라이트는 일부 입자가 과대하게 성장된 상태로서 입자들 간에 치밀화가 다소 떨어진 형상을 이루고 있다. 이는 아래의 표 2에 도시된 1200℃와 1220℃에서 가장 높은 소결밀도 값을 나타내는 것와 서로 관련이 있음을 알 수 있다.

표 2. 소결온도에 따른 스트론튬-페라이트의 밀도값

소결온도(℃)	소결밀도(g/㎤)
1150	4.65
1180	4.68
1200	4.82
1220	4.85
1240	4.75

여기서, 1220℃일 때 가장 높은 밀도 값으로 4.85가 나타나고 있으며, 이는 이론밀도값(5.15 g/㎤ )의 94％에 해당되는 값이다.

스트론튬-페라이트에 대한 소결밀도는 아르키메데스 방법으로 측정하였다. 소결시편을 중류수에 넣고 4시간을 끓인 후 상온까지 냉각시키고, 먼저 물속에서 포화시편의 수중무게(W_sus)를 측정하고, 물에서 꺼내어 젖은 수건으로 포화시편의 표면을 닦아내고 포화무게(W_sat)를 측정하는 한편, 포화시편을 120℃의 건조기에서 3시간 동안 건조 후 건조무게(W_dry)를 측정하였다. 부피밀도는 아래와 같이 계산하였다.

D_bulk= W_dry/ (W_sat-W_sus)

도 7은 스트론튬-페라이트 소결체를 VSM으로 측정한 B-H 그래프이다.

도 7a 내지 도 7c에 도시된 바와 같이, 스트론튬-페라이트를 각각 1150℃, 1200℃, 1250℃로 소결시킨 시편을 측정한 결과, 1200℃로 소결된 시편이 가장 우수한 자성특정을 나타내며, 이 때 포화자화는 3500G, 보자력은 2400Oe이다.

제5공정에서는 일정한 크기 예를 들면, 16 ×12 ×4.4㎜ 크기로 스트론튬-페라이트 소결체를 착자한다.

도 8은 본 발명에 따른 스트론튬 페라이트 자성체 제조방법에 의하여 제조된 이중성형 링마크네트를 도시한 단면도이다.

도 8에 도시된 바와 같이, AlNiCo층(10) 위에 형성된 Si-페라이트층은 입자크기 및 형상이 균일하고, 높은 자기 이방성의 육각판상형으로 되어 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 이중성형 자석용 스트론튬 페라이트 자성체 제조방법에 의하면, 용융영법을 사용하여 제조함으로써 높은 이방성를 지닌 육각판상형을 갖는 자성분말을 얻게 되고, 이러한 방법으로 제조된 스트론튬-페라이트 자석은 높은 포화자화와 보자력을 갖게 되므로 측정기기의 오차를 최소화할 수 있는 것이다. 한편, 본 발명에 따른 이중성형 자석용 스트론튬 페라이트 자성체 제조방법은 기존의 제조공정중에서 필수적인 분말을 미세화시키기 위한 분쇄공정과 체가름공정이 필요없기 때문에 공정의 수를 줄일 수 있고, 이에 따라 제조원가를 절감할 수 있게 되는 것이다.

Claims

Fe₂O₃를 KCl과 NaCl을 섞은 염을 1 : 1의 비율로 혼합하여 800℃로 가열하여 구형으로 만든 다음, 주성분인 Fe₂O₃와 SrCO₃를 5.85 : 1의 몰비로 혼합하고, 첨가제로 0.12몰의 CaO, 0.12몰의 SiO₂및 0.08몰의 Al₂O₃을 첨가하며, 상기 혼합원소와 KCl과 NaCl을 섞은 염을 1 : 1의 비율로 혼합한 상태로 750∼900℃로 가열하여 스트론튬-페라이트 분말을 합성하는 제1공정;

제1공정을 거친 스트론튬-페라이트 분말에 결합제로서 4중량비의 폴리비닐알콜을 첨가하는 제2공정;

상기 제2공정을 거친 스트론튬-페라이트 분말을 1500Kgf로 가압하면서 9KOe로 자계를 걸어주는 제3공정;

상기 3공정을 거친 스트론튬-페라이트 성형체를 1100∼1300℃의 온도에서 3시간동안 소결시키는 제4공정; 및

상기 제4공정을 거친 소결체를 착자시키는 제5공정을 포함하여 이루어진 이중성형 자석용 스트론튬 페라이트 자성체 제조방법.
제 1 항에 있어서,

상기 제1공정에서 생성되는 화학성분이 중량비로 7.58의 Sr, 89.05의 Fe,0.90의 Ca, 0.75의 Si, 1.20의 Al로 구성된 것을 특징으로 하는 이중성형 자석용 스트론튬 페라이트 자성체 제조방법.
제 1 항에 있어서,

상기 소결체는 1200∼1220℃에서 최고의 소결밀도를 갖는 것을 특징으로 하는 이중성형 자석용 스트론튬 페라이트 자성체 제조방법.