KR20060124480A

KR20060124480A - 비정질분말 플레이크 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20060124480A
Application number: KR1020050046432A
Authority: KR
Inventors: 김윤배; 김광윤; 석현광; 김상우
Original assignee: 한국과학기술연구원
Priority date: 2005-05-31
Filing date: 2005-05-31
Publication date: 2006-12-05
Also published as: KR100701413B1

Abstract

본 발명에서는 급냉 응고에 의해 제조된 비정질합금을 고 에너지 밀을 이용하여 플레이크 형상의 비정질분말을 제조하였다. 본 발명의 고 에너지 밀을 이용하여 제조한 비정질분말 플레이크는 전자파 흡수 박형 필름 제조에 유용하게 적용할 수 있다.

비정질분말, 고 에너지 밀, 플레이크

Description

비정질분말 플레이크 및 그 제조방법{AMORPHOUS POWDER FLAKES AND THEIR PREPARATION METHOD THEREOF}

도 1은 개스분무법에 의하여 제조된 89.4Fe-8.3Si-2.3B 비정질 분말의 주사전자현미경 사진이다.

도 2는 Flake형상의 89.4Fe-8.3Si-2.3B 비정질분말의 주사전자현미경 사진이다.

도 3은 Flake형상의 89.4Fe-8.3Si-2.3B 비정질분말의 XRD pattern이다.

도4는 Flake형상의 90.4Fe-6.1Si-3.5B 비정질분말의 주사전자현미경 사진이다.

도5는 Flake형상의 90.4Fe-7.6Si-2.0B 비정질분말의 주사전자현미경 사진이다.

도6은 Flake형상의 83.5Fe-7.7Nb-5.6Si-3.2B 비정질분말의 주사전자현미경 사진이다.

도7은 Flake형상의 82.7Fe-5.7Nb-8.0Si-2.2B-1.3Cu 비정질분말의 주사전자현미경 사진이다.

도8은 Flake형상의 86.1Fe-8.0Si-3.4B-2.0Cr-0.5C 비정질분말의 주사전자현미경 사진이다.

본 발명은 고 에너지 밀을 이용하여 제조한 플레이크(flake) 형상의 비정질분말에 관한 것으로, 특히 전자파 흡수 박형 필름에 적합한 비정질분말 플레이크 및 그 제조방법에 관한 것이다.

각종 전기 및 전자기기에서 전자파를 흡수할 수 있는 기능을 가진 전자파 흡수 박형 필름은 고분자 수지에 필러(filler)로 두께가 얇은 플레이크 형상의 결정질 연자성 분말이 분산, 혼합되어 필름 형태로 제조된다. 전기전자 기기의 발전에 따라 이들 기기의 사용주파수 대역이 고주파화되고 또한 차세대 정보 통신기기 등의 사용주파수가 증가함에 따라 고주파수 대역에서 노이즈(noise) 발생과 이에 따른 전기전자 기기의 오작동 및 성능저하 문제가 심각하게 대두되고 있으며, 이에 대응할 수 있는 새로운 전자파 흡수 박형 필름의 개발이 필요하다. 비정질 연자성 합금은 결정질 재료에 비해 내식성, 내마모성, 강도 등이 우수하고, 투자율이 높고 고주파특성이 우수하여 전기 및 전자 기기의 각종 디바이스의 자성소자로 사용이 가능하다.

연자성 비정질 합금을 전자파 흡수 박형 필름에 사용하기 위해서는 결정질 연자성 합금과 마찬가지로 두께가 얇은 플레이크 형상으로 제조하여야 한다. 그러나 비정질합금은 결정질 재료와는 달리 탄성한계가 크고 소성변형을 거의 하지 않아 편상화된 플레이크 형상의 비정질분말을 제조하는 것이 어려운 것으로 알려져 있다.

따라서 본 발명의 목적은 위와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 비정질합금에 대하여 편상화된 플레이크 형상의 비정질 분말을 저렴한 비용으로 제조하는 것이다.

상기와 같은 본 발명의 목적은 비정질 분말을 고 에너지 밀(mill)을 이용하여 비정질분말의 형상을 변화시킴으로서 외관비(aspect ratio)가 큰 비정질분말 플레이크 및 그 제조방법을 제공하는 것에 의하여 달성된다.

본 발명에 따른 외관비가 큰 비정질분말 플레이크는 급속응고에 의해 제조된 200 ㎛ 이하의 입자 크기를 갖는 비정질 분말을 고에너지 밀을 이용한 밀링(milling) 공정으로 두께가 0.1 ~ 5 ㎛ 정도인 플레이크 형상의 비정질분말을 제조하는 것이다.

밀링 공정시 비정질 분말의 플레이크화는 1000 rpm 이하에서 시간은 7 시간 이내로 하는 것이 바람직하다. 고에너지 밀의 회전속도가 더 크거나, 밀링 시간이 더 길어지면 비정질분말이 플레이크화 되지 않고 작은 분말로 분쇄되어 바람직하지 않다.

본 발명의 일실시예에서 상기 비정질 분말은 철(Fe)을 주성분으로 함유하고, 실리콘(Si)및 보론(B)을 포함하는, 즉 Fe-Si-B계 비정질 분말을 사용하였다.

Fe-Si-B계 비정질 분말의 경우, 그 조성은 Fe, Si 및 B의 함량이 각각 88.5~90.5 중량%, 6.0~9.0 중량% 및 2.0~3.5 중량% 인 것이 바람직하다.

그러나 본 발명에 있어서 상기 비정질 분말은 위와 같은 조성을 갖는 것에 국한되는 것은 아니며, Zr, Cu, Fe, Al, Ti, Mg, Ln, Pd, Co 및 Ni계로 구성된 군에서 선택되는 금속을 주성분으로 포함하는 Zr-Cu-Ni-Al-Ti계, Zr-Ti-Cu-Ni-Be계, Zr-Al-Ni-Cu계, Zr-Ti-Nb-Ni-Cu-Be계, Cu-Ti-Zr-Ni-(Sn)-Si계, Fe-Cr-Mo-C-B계, Fe-B-Si계, Fe-Si-B-C계, Fe-Si-B-C-P계, Fe-Cr-B-Si-C계, Fe-Si-B-Nb계, Fe-Zr-B-(Ni)계, Fe-Cu-Nb-Si-B계, Fe-Co-Ni-Zr-B계, Fe-Al-B-(Nb, Cu)계, Fe-Nb-B계, Fe-Zr-B-Cu계, Fe-Cr-Mo-C-B계, Al-La(Ce,Y)-Ni계, Ti-Cu-Ni-Sn-Be-Zr계, Ti-Zr-Cu-Ni계, Mg-Cu(Ni)-Ag-Y(Ce)계, Mg-Ca-Al계, La-Al-Ni계, Pd-Ni-Cu-P계, Pd-Ni-P계, Co-Fe-Si-B계, Co-Fe-Ni-(Mo)-B-Si계, Ni-Cr-Fe-Si-B계, Ni-Nb-Cr-Mo-P-B계 및 Ni-B-Si계 비정질 분말을 비롯하여, 가능한 모든 종류의 비정질 분말을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 플레이크 형상의 비정질분말 및 그 제조방법은

(1) 급속 응고에 의해 비정질 분말을 제조하고,

(2) 상기 단계 (1)에서 얻어지는 비정질분말을 고에너지 밀을 이용하여 형상을 변화시켜 비정질분말 플레이크를 얻는 것을 포함한다.

상기 단계 (1)은 고주파 진공 유도 용해법(vacuum induction melting)에 따라 필요한 조성의 합금을 제조하고, 이를 급속 응고시켜 비정질분말로 전환시키는 것을 포함한다.

상기 단계 (1)의 급속 응고에는 수 분무 (water atomization), 가스 분무 (gas atomization), 원심 분무 (centrifugal atomization), 또는 멜트 스피닝 (melt spinning)후 분쇄 등의 방법을 이용할 수 있다. 이들 방법 중 가스 분무에 의하는 경우에는 이르곤 가스, 헬륨 가스 또는 질소 가스를 사용할 수 있으며, 그 압력은 30 ~ 100 bar인 것이 바람직하다. 이와 같은 방법으로 제조되는 비정질분말은 200 ㎛ 이하의 입자 크기를 갖는다.

상기 단계 (2)에서는 고에너지 밀을 이용하여 비정질분말의 형상을 변화시켜 비정질분말 플레이크를 얻을 수 있다.

이 중에서 상기 단계 (2)의 고에너지 밀을 이용한 비정질분말의 플레이크화에는 볼밀(ball mill) 또는 아트리션밀(attrition mill)등을 사용하여 건식 또는 습식으로 하는것이 바람직하다. 본 발명의 실시예에서는 독일 Zoz사의 고에너지 밀인 Symoloyer를 이용하였다. 이 경우, 비정질분말의 플레이크화 조건은 1000 rpm 이하에서 7시간 이내로 하는 것이 바람직하다.

이하에서는 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하지만, 실시예는 본 발명의 예시에 불과할 뿐, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

개스분무법(gas atomization)에 의해 제조된 Fe : Si : B 사이의 중량비가 89.4 : 8.3 : 2.3 인 89.4Fe-8.3Si-2.3B 조성을 갖는 구형에 가까운 비정질 분말을 고 에너지 밀을 이용하여 비정질분말의 플레이크화를 실시하였다. 도 1은 개스분무에 의해 제조된 89.4Fe-8.3Si-2.3B 비정질 분말의 주사전자현미경(scanning electron microscope)사진으로 구형에 가까운 형상이다.

89.4Fe-8.3Si-2.3B 비정질 분말을 고에너지 밀인 Symoloyer를 이용하여 1000 rpm의 이하의 회전속도에서 7시간 이내, 바람직하기로는 600 rpm에서 6시간 동안 아르곤(Ar) 분위기 하에서 건식방법으로 밀링하였다. 도 2는 이와 같은 방법으로 얻어진 89.4Fe-8.3Si-2.3B 비정질분말 플레이크의 주사전자현미경 사진을 보여주는 것이다. 편상화 공정에 의해 비정질분말이 구형에서 두께 1㎛ 정도의 플레이크 형태로 분말의 형상이 변화되었음을 알 수 있다. 도 3은 비정질분말 플레이크의 XRD 패턴으로서 편상화 공정 후에도 비정질상을 그대로 유지하고 있는 것을 보여주는 것이다.

실시예 2

89.4Fe-8.3Si-2.3B 비정질분말 대신 90.4Fe-6.1Si-3.5B 비정질분말을 사용하는 것 외에는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 도 4는 이와 같은 방법으로 얻어진 90.4Fe-6.1Si-3.5B 비정질분말 플레이크의 주사전자현미경 사진을 보여주는 것이다.

실시예 3

89.4Fe-8.3Si-2.3B 비정질분말 대신 90.4Fe-7.6Si-2.0B 비정질분말을 사용하는 것 외에는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 도 5는 이와 같은 방법으로 얻어진 90.4Fe-7.6Si-2.0B 비정질분말 플레이크의 주사전자현미경 사진을 보여주는 것이다.

실시예 4

89.4Fe-8.3Si-2.3B 비정질분말 대신 83.5Fe-7.7Nb-5.6Si-3.2B 비정질분말을 사용하는 것 외에는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 도 6은 이와 같은 방법으로 얻어진 83.5Fe-7.7Nb-5.6Si-3.2B 비정질분말 플레이크의 주사전자현미경 사진을 보여주는 것이다.

실시예 5

89.4Fe-8.3Si-2.3B 비정질분말 대신 82.7Fe-5.7Nb-8.0Si-2.2B-1.3Cu 비정질분말을 사용하는 것 외에는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 도 7은 이와 같은 방법으로 얻어진 82.7Fe-5.7Nb-8.0Si-2.2B-1.3Cu 비정질분말 플레이크의 주사전자현미경 사진을 보여주는 것이다.

실시예 6

89.4Fe-8.3Si-2.3B 비정질분말 대신 86.1Fe-8.0Si-3.4B-2.0Cr-0.5C 비정질분말을 사용하는 것 외에는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 밀링시 회전속도 600 rpm에서, 6시간 대신 700 rpm에서 7시간 동안 하는 것 외에는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 도 8은 이와 같은 방법으로 얻어진 86.1Fe-8.0Si-3.4B-2.0Cr-0.5C 비정질분말 플레이크의 주사전자현미경 사진을 보여주는 것이다.

이상의 실시예에서는 Fe를 주성분으로 하는 비정질분말로부터 고에너지 밀을 이용하여 비정질분말 플레이크 및 그 제조방법에 대해서만 기술하였으나, 당업자에게는 본 발명에 따른 비정질분말 플레이크 및 그 제조방법이 특별한 변형 없이 다른 모든 가능한 계열의 비정질 분말로부터 비정질분말 플레이크를 제조하는 데에 적용될 수 있음이 명백할 것이다.

탄성한계가 크고 소성변형을 거의 하지 않아 편상화된 플레이크 형상으로 제조하기 어려운 비정질분말을 경제적인 방법으로 플레이크화 하였다. 본 발명에 따른 비정질분말 플레이크는 특히 전자파 흡수 박형 필름 제조에 사용할 수 있는 연자성 비정질분말 플레이크로 유용하게 적용될 수 있을 것이다.

Claims

비정질합금을 급속 응고시켜 비정질분말을 얻는 제1단계와,

고에너지 밀을 이용하여 상기 비정질분말을 밀링하여 비정질분말 플레이크를 얻는 제2단계를 포함하는 비정질분말 플레이크 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 제1단계에서 비정질분말은 Fe, Si, B, Cr, C, Nb 및 Cu 중에서 선택되는 어느 한 종 이상을 포함하는 비정질분말 플레이크 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 제1단계에서 비정질분말은 Fe, Si 및 B의 함량이 각각 88.5~90.5 중량%, 6.0~9.0 중량% 및 2.0~3.5 중량%인 비정질분말 플레이크 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 제1단계에서 비정질분말 중의 Fe, Si, B 및 Nb의 함량이 각각 83.5 중량%, 5.6 중량%, 3.2 중량% 및 7.7 중량%인 비정질분말 플레이크 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 제1단계에서 비정질분말 중의 Fe, Si, B, Nb 및 Cu의 함량이 각각 82.8 중량%, 8.0 중량% 및 2.2 중량%, 5.7 중량% 및 1.3 중량%인 비정질분말 플레이크 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 제1단계에서 비정질분말 중의 Fe, Si, B, Cr 및 C의 함량이 각각 86.1 중량%, 8.0 중량% 및 3.4 중량%, 2.0 중량% 및 0.5 중량%인 비정질분말 플레이크 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 제1단계의 비정질분말은 비정질분말의 구성 성분으로 이루어진 합금의 용융물을 가스 분무, 원심 분무, 수 분무 또는 멜트 스피닝후 분쇄하여 얻어진 것인 비정질분말 플레이크 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 제1단계에서 비정질 분말의 입자 크기가 200 ㎛ 이하인 비정질분말 플레이크 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 제2단계에서 비정질분말을 고에너지 밀을 이용하여 형상을 변화시켜 편상화하는 것을 특징으로 하는 비정질분말 플레이크 제조방법.
제9항에 있어서, 상기 고에너지 밀은 Symoloyer, 볼밀(ball mill) 또는 아트리션밀(attrition mill) 등을 사용하여 수행되는 것인 비정질분말 플레이크 제조방법.
제10항에 있어서, 밀링은 Symoloyer를 사용할 경우 1000 rpm 이하에서 7시간 이내로 하는 비정질분말 Flake의 제조 방법.
제10항에 있어서, 밀링은 건식(Dry) 또는 습식(Wet)방법으로 하는 비정질분말 Flake의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 비정질 분말이 Zr, Cu, Fe, Al, Ti, Mg, Ln, Pd, Co 및 Ni계로 구성된 군에서 선택되는 금속을 주성분으로 포함하는 Zr-Cu-Ni-Al-Ti계, Zr-Ti-Cu-Ni-Be계, Zr-Al-Ni-Cu계, Zr-Ti-Nb-Ni-Cu-Be계, Cu-Ti-Zr-Ni-(Sn)-Si계, Fe-Cr-Mo-C-B계, Fe-B-Si계, Fe-Si-B-C계, Fe-Si-B-C-P계, Fe-Cr-B-Si-C계, Fe-Si-B-Nb계, Fe-Zr-B-(Ni)계, Fe-Cu-Nb-Si-B계, Fe-Co-Ni-Zr-B계, Fe-Al-B-(Cu, Nb)계, Fe-Nb-B계, Fe-Zr-B-Cu계, Fe-Cr-Mo-C-B계, Al-La(Ce,Y)-Ni계, Ti-Cu-Ni-Sn-Be-Zr계, Ti-Zr-Cu-Ni계, Mg-Cu(Ni)-Ag-Y(Ce)계, Mg-Ca-Al계, La-Al-Ni계, Pd-Ni-Cu-P계, Pd-Ni-P계, Co-Fe-Si-B계, Co-Fe-Ni-(Mo)-B-Si계, Ni-Cr-Fe-Si-B계, Ni-Nb-Cr-Mo-P-B계 및 Ni-B-Si계 중에서 선택되는 어느 하나인 비정질분말 플레이크 제조방법.
제1항에 있어서, 제2단계 후, 비정질 분말 플레이크의 두께는 0.1 ~ 5 ㎛ 인 비정질 분말 플레이크 제조방법.
제1항의 방법에 의하여 제조되며, Zr, Cu, Fe, Al, Ti, Mg, Ln, Pd, Co 및 Ni계로 구성된 군에서 선택되는 금속을 주성분으로 포함하는 비정질 합금의 분말로서, 두께가 0.1 ~ 5 ㎛ 인 비정질 분말 플레이크.
제15항의 비정질 분말 플레이크를 사용한 전자파 흡수 박형 필름.