KR20100111602A - 전자파 흡수체용 편상분말 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 핸드폰, 디지털 카메라 등 전자제품의 주요 전자파 발생원인인 CPU, LSI 및 배선에 부착하는 전자파 흡수체의 원재료가 되는 전자파 흡수체용 편상분말 및 그 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은 나노크기의 자성 금속이 응집되어 나노크기의 금속과 기공으로 이루어진 복합구조의 편상체를 이루고 있는 전자파 흡수체용 편상분말을 제공한다. 또한 이를 제조하기 위해서 금속 산화물을 준비하는 시료준비단계;

상기 금속 산화물을 나노크기의 분말로 분쇄하는 분쇄단계;

상기 분쇄된 금속 산화물을 환원하여 자성 금속분말로 만드는 환원단계;

상기 환원하여 얻어진 자성 금속분말을 편상화처리하는 편상화단계; 및

상기 편상화된 자성 금속분말의 잔류 응력을 제거하기 위해 열처리하는 단계를 포함하는 전자파 흡수체용 편상분말의 제조방법을 제공한다.

전자파 흡수체(electromagnetic wave absorbers), 전자파 억제 시트(electromagnetic noise suppression sheet), 자성금속(magnetic metal), 밀링(millimg), 편상(flake), 환원(reduction)

Description

전자파 흡수체용 편상분말 및 그 제조방법{FLAKE POWDER FOR ELECTROMAGNETIC WAVE ABSORBER AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 전자파가 발생하는 전자제품의 전자파 흡수체의 원재료에 관한 발명으로써, 보다 상세하게는 나노크기의 자성 물질을 이용한 전자파 흡수체용 편상분말 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.

최근 전자파 장해는 의료, 전자, 군사, 우주항공 등 다양한 산업분야에서 문제가 되고 있다. 전자파 장해는 컴퓨터의 오동작에서부터 자동차의 급발진 사고, 공장의 전소 사고에 이르기까지 다양한 형태로 나타나고 있어, 선진국을 중심으로 전자파에 대한 규제 강화 및 대책 마련에 부심하고 있는 실정이다.

상기 전자파 장해에 대한 대책의 하나로서, 도 1(a)에 나타난 바와 같이, 일반적으로는 은(Ag)과 같은 도전성 금속분말이나 페라이트 자성분말을 소재로 한 전자파 차폐재를 기기 내, 외벽에 도포하여 발생하는 전자파를 반사시키고 있다. 그러나 이러한 방법은 전자파를 근본적으로 제거하지 못하기 때문에 근본적인 해결방안이 되지 못한다.

이에 대한 대안으로 최근 자성 금속분말을 폴리머에 분산시켜, 만든 얇은 복합 시트를 노이즈 방사원 근방에 설치하여 입사된 전자파 노이즈 에너지를 이의 자기 손실로서 흡수하는 기술이 광범위하게 연구 개발되고 있다. 도 1(b)에 나타난 바와 같이, 전자파 흡수체는 전자파를 열에너지로 소모시키는 것으로 휴대전자제품에 많이 이용되고 있다. 전자파 흡수체의 효율을 높이기 위해서는 주재료인 자성 분말의 성능을 향상시킬 수 있어야 하는데, 이에 대한 연구가 논의되고 있다.

연자성 특성을 가지는 페라이트 및 금속분말로, 금속판을 덧붙인 자성재료는 비교적 넓은 범위의 주파수에 대해 우수한 흡수특성을 나타낸다. 이러한 전자파 흡수체는 재료의 투자율, 유전율 및 흡수체의 두께에 따라서 그 특성이 결정된다. 현재 대표적으로 이용되는 재료는 Fe-Si-Al(sendust), Fe-Si, Ni이 주성분인 Ni-Fe(퍼멀로이), Mo-Ni-Fe(MPP)와 Fe계 비정질합금을 열처리하여 나노결정화한 리본계(ribbon type)분말재료 등이 있다.

자성재료는 비교적 넓은 범위의 주파수에 대해 우수한 흡수특성을 필요로 하며, 전자제품의 소형화에 따라, 얇고 우수한 흡수 특성을 갖는 전자파 흡수체 제조의 필요성이 대두되고 있다. 이를 위해서는 광대역 주파수 범위에서 발생하는 전자파의 근원적 제거를 위한 전자파 흡수체를 개발할 필요가 있고, 그에 맞는 재료설계와 공정설계의 두 가지 측면에서 발생하는 문제점을 해결해야 한다.

먼저 재료설계 측면에서 현재 사용되는 자성재료를 보면, 고투자율 재료인 페라이트는 Snoek의 한계에 의해 비투자율이 GHz 대역에서 투자율이 5 이하로 줄어들기 때문에 준마이크로파 대역(300MHz~3GHz)에서는 효율이 낮으며 또한, 페라이트의 자화기구중 자성완화 요소 등을 검토해보았을 때, 페라이트를 이용하여 전자파 흡수체를 제조할 경우, 최소한 4㎜두께를 가져야 한다. 이것은 최근, 경박 단소화 경향에 위배된다. 그리고, Fe-Si-Al(sendust), Fe-Si 등 Fe계 금속분말은 포화자화값이 높지만 보자력이 높아서 투자율이 낮다. 그리고 Ni이 주성분인 Ni-Fe(퍼멀로이), Mo-Ni-Fe(MPP) 등의 금속분말은 투자율이 높지만, 포화자화값이 낮아서 외부 전자파에너지에 약하게 반응하는 문제점을 가지고 있다.

연자성 금속분말의 자기이방성을 높이고, 폴리머내의 자성분말의 충진율을 높이기 위한 방법으로써, 기존 전자파 흡수체는 편상화 처리된 연자성 분말을 주 재료로 사용하고 있다. 일반적으로 편상화 연자성 분말은 수~수십 마이크론 크기의 연자성 분말을 고에너지 볼밀을 이용하여 장시간 가공하여 제조한다. 그러나 장시간의 고에너지 볼밀과정은 분말의 편상화 가공의 효율성을 저하시키며, 특히 장시간 가공에 따른 공정의 비효율성 뿐만 아니라. 분말의 조성 및 불순물 혼입, 입도의 불균일성 및 분말의 내부응력 증가를 초래하여 연자성 특성을 감소시킨다. 따라서 공정설계 측면에서도 전자파 흡수체를 제조하는 바람직한 공정은 아직 미흡하다.

또한 기존 금속분말의 가장 큰 단점은 광대역화를 위한 분말제조의 한계이다. 전자파흡수체가 기존의 준마이크로파 대역에서 더 넓은 범위에서 사용하기 위해서는 연자성 금속분말의 두께가 더 얇아질 필요가 있다. 그러나, 기존 고에너지 볼밀을 이용하여 제조할 경우, 상기에서 나타낸 바와 같이 효율이 더 떨어지며, 불순물 혼입 및 내부응력증가 등으로 제조에 한계가 있다.

따라서 경박단소(輕薄短小)화 되는 전자제품 시장에서는 투자율이 높은 자성재료를 조직을 미세화하고, 낮은 에너지의 편상화 가공을 거쳐, 연자성 특성을 향상시킬 수 있거나 편상화 분말의 간격 혹은 미세구조를 제어하여 기존 금속분말에서는 낮았던 유전특성을 향상시킬 수 있는 전자파 흡수체용 편상분말에 대한 연구가 필요한 실정이다.

본 발명의 일측면에 따르면, 효율적인 방법으로 제조할 수 있고, 광대역 전자파 흡수능이 우수한 전자파 흡수체용 편상분말 및 그 제조방법을 제공된다.

본 발명은 나노크기의 자성 금속이 응집되어 나노크기의 금속과 기공으로 이루어진 복합구조의 편상체를 이루고 있는 전자파 흡수체용 편상분말을 제공한다.

또한 본 발명은 금속 산화물을 준비하는 시료준비단계;

상기 금속 산화물을 나노크기의 분말로 분쇄하는 분쇄단계;

상기 분쇄된 금속 산화물을 환원하여 자성 금속분말로 만드는 환원단계;

상기 환원하여 얻어진 자성 금속분말을 편상화처리하는 편상화단계; 및

상기 편상화된 자성 금속분말의 잔류 응력을 제거하기 위해 열처리하는 단계

를 포함하는 전자파 흡수체용 편상분말의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 의하면 나노금속분말는 편상화 공정에서 낮은 에너지로도 편상으로 제조될 수 있기 때문에 사용가능한 분말의 수율이 향상된다. 또한 기존 분말에 비해 분말의 두께를 더 얇게 할 수 있고 초기입자와 복합구조의 편상분말 혹은 초기 입자, 편상분말과 제조조건에 따라 발생하는 2차적으로 복합구조를 갖는 편상분말의 경계와 같이 2~3가지 경계면이 존재하기 때문에 광대역 주파수에서 사용가능한 전자파 흡수체를 제조할 수 있다.

또한 상기와 같은 다중경계면을 가지는 편상분말은 분말의 연자성 특성이 떨어지더라도 자기적 특성만 가지면, 전자파흡수율을 향상시키는 특징을 가질 수 있다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명자들은 종래의 마이크론 자성분말을 편상화하여 만들어진 전자파 흡수체가 갖는 문제점을 해결하기 위해서 깊이 연구한 결과, 금속 산화물을 이용하여 나노크기의 자성 금속 분말을 제조하고 이를 편상화 처리함으로써, 나노크기의 금속과 기공을 가지는 편상분말을 이용하는 경우에는 광대역 주파수에서의 전자파 흡수능이 우수하다는 것을 인지하고 이에 본 발명에 이르게 되었다.

본 발명인 전자파 흡수체용 편상분말은 나노크기의 자성 금속분말이 응집되어 편상체를 이루고 있다. 본 발명은 나노금속분말을 편상화 처리함으로써, 나노크기의 금속이 응집되면서 나노크기의 금속과 그 사이의 나노크기의 기공이 형성되어 있는 복합구조를 형성하게 된다.

기존 금속편상분말이 편상분말과 편상분말 사이 간격에 의해서만 가질 수 있었던 유전특성을 가질 수 있었다. 그러나 본 발명에서는 상기 나노크기의 금속과 기공이 복합구조에 의한 것뿐만 아니라, 편상화 가공처리에서 나노크기의 금속이 분쇄 및 응집되면서 형성되는 2차적인 복합구조를 갖는 편상분말을 통해서 본 발명의 편상분말은 2~3중적인 구조를 가지게 된다. 따라서 이를 통해 종래의 기술에 비해서 2~3배 이상의 유전특성을 가지게 되어 나노크기의 자성분말이 지니는 높은 투자율과 보자력 특성과 함께 유전특성이 향상되어 광대역 주파수 영역에서도 전자파 흡수능을 향상시킨다.

상기 나노금속분말은 자성 금속이면 제한되지 않으나, 바람직하게는 Fe계 금속, Ni계 금속, Co계 금속 및 상기 금속의 합금 상인 Ni-Fe계 금속, Fe-Co계 금속 중 어느 하나인 것이 바람직하다. 본 발명에서 Fe, Ni, Co계 금속은 합금상의 Fe, Ni, Co계 금속을 모두 포함하는 의미이다. 보다 바람직하게는 Ni의 조성이 40~90wt%인 Ni-Fe계 금속 및 Fe조성이 30~70wt%인 Fe-Co계 금속이 있다.

충분한 전자파 흡수능을 가지기 위해서는 상기 나노크기의 금속은 100㎚ 이하의 크기를 갖는 것이 바람직하고, 이때 나노크기의 금속과 기공이 형성하는 복합구조를 이루는 편상분말에서 상기 기공의 크기는 100nm 이하이며, 바람직하게는 1~10nm이어야 한다. 또한, 제조 조건에 따라, 상기 2차적인 복합구조를 형성할 경우에는 100nm 이하의 금속사이에 기공이 존재하며, 이때 기공의 크기는 100~500nm이다.

본 발명의 편상체를 갖는 편상분말은 평균높이가 1㎛이하이고, 평균길이가 20㎛이하이다. 편상분말의 높이는 자성특성을 잃지 않는 한 얇을수록 좋으며, 길이는 반자장 효과를 위해 긴 것이 좋다. 그러나, 편상분말이 무한히 길 경우, 전자파흡수체 제조시 분말의 함량을 높일 수 없기 때문에 편상분말의 높이에 비해 길이가 20배인 것이 바람직하다. 그리고, 전자파 흡수능은 분말의 높이에 따라 그 주파수 특성이 변하기 때문에 광대역에서 전자파 흡수능을 향상시키기 위해서 분말 높이의 범위가 넓은 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.

먼저, 금속 산화물을 준비한다. 본 발명에서 적용되는 금속 산화물은 제한되지 않으나, 바람직하게는 Ni계 산화물, Fe계 산화물 및 Co계 산화물 중 1종 또는 2종을 사용한다.

상기 금속 산화물을 나노크기의 분말로 분쇄한다. 상기 분쇄를 통해서 나노크기의 금속산화물 입자와 기공을 포함하는 나노크기의 분말을 형성한다. 상기 분쇄는 볼밀링(ball millimg), 비드밀링(bead milling), 초음파 밀링, 어트리터(attritor) 등이 사용될 수 있고, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 균일한 산화물 분말의 분쇄를 위하여 일부 분산제인 부탄올(butanol) 등을 사용할 수 있으며, 일반적으로 산화물에 사용되는 분산제는 한정하지 않고 사용될 수 있다

상기 분쇄과정을 거친 금속 산화물은 그 크기가 100㎚ 이하를 갖는 것이 바 람직하며, 2종 이상의 산화물을 동시 분쇄할 때는 균일한 혼합이 이루어지는 것이 합금화에 유리하다.

상기 분쇄과정을 거친 나노크기의 금속 산화물은 환원과정을 거쳐 자성 금속 분말로 환원하는 단계를 거친다. 상기 환원과정은 다양한 환원성 분위기에서 이루어질 수 있으며, 대표적으로 수소환원처리 또는 질소환원처리가 있다.

상기 환원처리된 나노크기의 자성 금속 분말을 편상화처리한다. 상기 편상화는 볼밀링(ball millimg), 비드밀링(bead milling), 초음파 밀링, 어트리터(attritor) 등이 사용될 수 있고, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명에 의하면 상기 편상화 공정이 비교적 낮은 에너지 공정인 볼밀링 및 초음파 밀링도 사용할 수 있다는 장점이 있다. 이는 본 발명에서 제조된 환원분말의 구조가 낮은 에너지에도 쉽게 편상화될 수 있기 때문이다. 그러나 종래 기술의 경우는 상기 볼밀링 및 초음파 밀링 공정으로는 준마이크로파 대역에서 전자파 흡수율을 20% 이상 나타낼 수 없다. 또한, 본 발명에서 제조된 환원분말을 고에너지 밀링방법으로 편상화하는 경우 종래에 비해 짧은 시간으로 제조할 수 있는 장점이 있다.

상기 편상화 처리를 통해서 나노크기의 금속과 기공이 응집되어 복합구조를 이루는 편상분말을 제조한다. 상기 편상화 처리는 분쇄 및 응집을 통하여 나노크기의 금속과 기공이 응집된 복합구조를 갖는 편상분말을 형성시키며, 제조조건에 따 라 2차적인 복합구조를 가지는 편상분말을 형성한다.

상기 편상화 처리된 나노크기 금속분말의 잔류응력을 제거하기 위해서 열처리한다. 편상화 밀링을 하게 되면 일반적으로 응집된 복합구조 내부에 잔류 압축응력이 존재하게 된다. 이러한 잔류응력은 마그네틱 스핀(magnetic spin)의 정렬을 힘들게 하므로, 낮은 보자력을 갖게 하기 위해서는 잔류응력을 제거해야 한다. 잔류응력은 열처리를 통하여 외부에서 에너지를 가함으로서 제거할 수 있다. 상기 열처리는 금속분말의 종류 및 양에 따라 달라질 수 있으며, 200~1400℃의 온도구간에서 행할 수 있다. 바람직하게는 500~1000℃온도구간에서 열처리한 후, 20℃/min이상의 냉각속도로 상온까지 냉각한다.

상기 열처리 온도가 200℃ 미만에서는 응력을 제거하기 충분한 에너지를 형성하는 것이 부족하며, 이를 보완하기 위해서는 장시간의 열처리가 필요하므로, 경제적인 손실이 많이 발생하게 되고, 장시간의 노출에 따른 산화 등의 문제로 특성이 저하될 가능성이 많아지는 문제가 있다. 다만 경제적인 손실을 최소화하고 산화 등의 문제를 최소화하기 위해서는 500℃이상의 온도에서 행하는 것이 바람직하다. 또한 1400℃를 초과하여 열처리하는 경우에는 잔류 응력 제거뿐만 아니라, 입자의 성장도 동시에 일어나게 되므로, 이러한 입자성장은 나노결정립 구조에서 가질 수 있는 자기적 특성을 저해하는 문제가 있다. 다만 입자의 성장으로 인한 자기적 특성을 저하를 최소화하고 잔류 응력 제거 효과를 얻기 위해서는 1000℃이하의 온도 에서 행하는 것이 바람직하다.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.

(실시예 1)

1. 나노(nano)크기의 금속분말 제조

본 구현예에서는 나노 크기의 Ni-Fe 금속분말을 사용하기 위해서, Ni-20wt%Fe의 나노금속분말을 제조하였다.

상기 Ni-Fe 나노 금속분말을 제조하기 위해서, 출발원료로 평균입도 1㎜, 밀도 5.25g/㎤ 를 갖는 Fe₂O₃(Kojundo, 99.9%)와 평균입도 7㎜, 밀도 7.45g/㎤ 를 갖는 NiO분말을 준비하였다.

Ni-20wt%Fe의 나노금속분말의 최종조성을 갖도록 칭량하여 순환식 수평 비드밀링 장치 또는 어트리터(attritor)를 이용하여 혼합, 분쇄하였다. 밀링과정에서 산화물 입자의 엉김 현상을 막기 위해 공정제어첨가제(PCA, process control agent)로는 메틸알코올(CH₃OH)을 사용하였다. 순환식 비드밀링과정의 경우, 디스크 회전속도는 2400rpm, 혼합탱크에서 분말-메틸알코올 액상혼합체의 회전속도는 180rpm이 되도록 조절하고 펌프는 50rpm이 되도록 액상을 순환시켰다. 분쇄용기와 분쇄 볼의 재질은 ZrO₂ 이었고, 용기 용적의 80%를 채워 10시간 이내로 밀링을 실시 하였다. 상기 비드 밀링을 실시한 복합산화물 나노분말의 미세구조를 도 4에 나타내었고, X선 회절패턴을 도 5에 나타내었다.

도 4에서는 밀링을 실시한 산화물 분말은 평균 20~30㎛ 크기의 응집된 복합구조를 가지며(a), 이러한 응집된 복합구조들은 평균 20㎚의 크기를 가지는 미세한 산화물 입자들(b)과 그 사이에 나노크기의 기공들로 이루어져 있음을 확인할 수 있다. 또한 도 5를 살펴보면 NiO와 Fe₂O₃이외의 피크는 관찰되지 않았으므로, 수평 밀링시 불순물의 혼입은 무시할 수 있음을 확인할 수 있다.

상기 분쇄한 산화물은 건조로에서 80℃의 온도로 충분히 건조한 후, 수소분위기에서 600℃의 온도로 1시간동안 환원처리하여 Ni-Fe 나노금속분말을 제조하였다. 환원분위기는 -77℃의 노점을 가지는 수소가스(99.999%)이었고, 이때 가스유속은 4.5ℓ/min으로 유지되었다. 환원처리된 나노금속분말은 환원로에 연결된 아르곤 가스분위기(99.9%)의 냉각챔버에서 약 50℃/min의 냉각속도로 상온까지 냉각처리된 후, 아르곤 분위기의 글로브 박스로 이송되어 분말제조과정을 비산화 분위기에서 연속적으로 진행할 수 있도록 하였다. 특히 Ni-Fe 나노금속분말의 재산화 및 표면오염을 억제하기 위해 글로브 박스 내의 산소와 수분의 함량을 200ppm이하로 유지하였다. 상기 환원처리한 Ni-20wt%Fe의 나노금속분말의 SEM과 TEM 결과를 각각 도 6의 (a), (b)에 나타내었고, X선 회절패턴을 도 7에 나타내었다.

도 6에 나타난 바와 같이, Ni-20wt%Fe의 나노금속분말은 20㎛정도의 응집된 복합구조를 형성(a)하고 있으며, 이러한 응집된 복합구조는 80㎚ 정도의 다결정 입자들(b)과 유사한 크기의 기공들로 이루어져 있음을 관찰할 수 있다. 또한 도 7에서는 불순물의 피크가 관찰되지 않았으며 감마(gamma)상 Ni-Fe 단일 합금상으로 이루어져 있음을 확인할 수 있었다.

2. 편상화 처리

상기 나노금속분말에 대하여 어트리터(attritor)를 이용하여 편상화 밀링을 실시하였다. 나노금속분말 100g을 어트리터를 사용하여 300rpm의 회전속도로 5시간 동안 편상화 밀링을 실시하였으며, 이때 볼과 분말의 중량비는 70:1로 하였다. 편상화 밀링에 사용된 어트리터의 용기 용적은 2000㎖이었으며, 재질은 스테인리스강이고, 볼른 편상화 밀링시 오염을 최소화하기 위해서 강재를 사용하였다. 편상화 과정이 끝난 나노금속분말은 진공 펌프를 이용한 필터링을 통해 건조하였다. 건조된 환원분말은 갈라진 케이크(cake) 형태를 하고 있었으며, 균일한 분말 형태를 얻기 위해 100메쉬(mesh)로 체질하였다.

도 8은 Ni-20wt%Fe 편상 나노금속분말의 미세구조를 관찰한 사진이다. 편상 나노금속분말은 평균 1㎛의 높이와 20㎛의 길이를 갖는 방향을 갖는 편상 형태의 응집된 복합구조를 형성하고 있다. 특히 도 8(c)는 응집된 복합구조의 내부를 나타 내는데, 평균 80㎚의 구형 나노입자과 유사한 크기의 기공의 복합구조로 이루어져 있음을 알 수 있다. 한편 도 9는 편상화 밀링한 Ni-20wt%Fe 나노금속분말의 X선 회절분석을 나타낸 그래프이다. 이를 통해 평상화된 나노금속분말은 감마(gamma)상의 Ni-Fe 상임을 알 수 있다.

3. 응력제거 열처리

편상화 밀링을 거친 나노금속분말의 잔류응력을 제거하기 위해서 수소분위기에서 600~900℃의 온도구간에서 열처리한 후 냉각챔버에서 20℃/min의 냉각속도로 상온까지 냉각하였다. 도 10은 각각 (a)잔류응력 열처리하지 않은 경우, (b)600℃열처리한 경우, (c)700℃ 열처리한 경우, (d)800℃에서 열처리한 경우의 전자파흡수체용 복합시트의 단면 미세구조를 나타낸 사진이다. 이에 나타난 바와 같이 응력제거를 위한 열처리를 행함에 따라 응집된 복합구조의 형태 및 크기가 대체로 균일하게 분포함을 알 수 있다.

4. 자기적 특성 측정

환원분말과 편상분말의 자기적 특성은 진동시료자력계(Vibrating Sample Magnetometer)를 이용하여 최대발생 자기장의 세기가 20KG인 전자석을 사용하여 시료면에 평행한 방향으로 자기장을 가해주었다. 시료의 자기적 성질을 측정하기 전에 고순도의 Ni를 사용하여 자력계를 보정하였다. 외부자장은 10KG ~ -10KG까지 감소시켰다가 다시 10KG까지 1시간동안 변화를 시키면서 상온에서 측정하였다. 이렇 게 측정된 자화곡선을 이용하여 포화자화 및 보자력을 측정하였다.

5. 전자파 흡수율 측정

전자파 흡수율을 측정하기 위한 시편은 닥터블레이트 공법으로 가로 세로 5㎝의 시트로 제조하였으며, 시트 두께는 0.2㎜ 두께로 제조하였다. 분말과 바인더로 첨가되는 TP273/E50 C-MIX2000을 무게비로 1:1이 되게 혼합한 후 유동량 조절을 위하여 소량의 BC신너를 첨가하여 롤링 장비를 이용하여 시트를 제조하였다. 측정 주파수 범위는 전자파 흡수율(power loss)의 경우에는 1MHz~ 13.5GHz, 투자율 유전율의 경우는 1MHz~10GHz범위에서 측정하였다.

본 발명의 전자파 흡수 특성을 비교하기 위해서, 비교시편을 다음과 같이 제조하였다.

비교시편은 상기 조건과 동일하게 제조하였으며, 분말은 ㈜AMO에서 제조한 Fe-Si-B 합금의 비정질 분말을 사용하였다. 분말의 크기는 평균 20㎛이며, 분말의 두께는 1㎛ 내외이다. 도 12는 상기 ㈜ AMO에서 제조한 분말의 미세구조 사진이다. Fe-Si-B 분말은 편상화를 위해 attrition mill을 이용하여 700rpm으로 20시간 볼밀을 실시하였다. 이 결과는 본 발명에서 제조한 편상분말의 편상화 비율과 동일하기 제조하기 위해 실시한 것이며, 볼밀 속도는 2.5배 증가해야하며, 볼밀 시간은 4배 증가되었다.Fe-Si-B 분말의 경우도 본 발명과 동일하게 응력을 제거하기 위하여 열처리를 420℃에서 실시하였고 그 결과를 도 11에 그래프로 나타내었다.

도 11에서는 전자파 흡수율(P_loss/P_in)의 결과를 보여주고 있다. 도 11에 나타난 바와 같이 응력제거를 위한 열처리를 하지 않은 경우(A)는 전자파 흡수율이 낮음을 알 수 있다. 그러나 응력제거를 위한 열처리를 한 경우(B, C, D)에는 1~2GHz 주파수 영역에서 최대 61%의 흡수율을 나타낼 수 있었다. 이 결과는 비교시편인 Fe-Si-B 분말로 제조된 시편은 최대 17%의 흡수율을 나타내는 것(E)과 비교할 때, 1GHz에서 본 발명에 의한 경우에는 비교시편에 비해서 약 3.6배 성능이 향상되었다.

(실시예 2)

하기 표 1은 상기 실시예 1에서 제조된 전자파흡수체와 현재 상용되고 있는 전자파 흡수체의 전자파 흡수율을 비교한 표이다. 상용제품은 국내의 A사와 국외(일본)의 B사에서 가장 우수한 제품을 비교하였으며, 비교 주파수 대역은 1GHz이다. 하기 표 1에서 발명재 1 내지 3은 상기 실시예 1과 동일한 것을 사용하였고, 측정방법도 상기 실시예 1과 동일한 방법을 사용하였다. 하기 표 1 및 도 11에 나타난 바와 같이, 비교재는 잔류응력 열처리를 행하지 않음으로써 흡수율이 낮고, 본 발명인 나노금속 편상분말을 이용한 발명재의 경우에는 상용재에 비해서 26~39% 흡수율이 더 높은 것으로 나타났다.

구분		조성	두께	잔류응력열처리	흡수율
비교재(도 11.A)	나노금속 편상분말	Ni-Fe	0.2㎜	없음	6.3%
발명재1(도 11.B)				600℃	40%
발명재2(도 11.C)				700℃	47%
발명재3(도 11.D)				800℃	61%
상용재	편상마이크로분말	Fe-Si-Al		700℃	17%
상용재				700℃	35%

(실시예 3)

잔류 응력 열처리 온도에 따른 전자파 흡수체의 전자파 흡수율을 측정하기 위해서, 상기 실시예 1에서 편상화 밀링을 거친 나노금속 분말을 이용하여 하기 표 2의 시트 두께, 밀도 및 상대밀도를 갖는 전자파 흡수체용 시편을 제작한 후, 하기 표 2와 같이 온도를 달리하여 잔류 응력 열처리를 행하였다.

상기 잔류 응력 열처리를 행한 각 시편을 실시예 1의 측정방법으로 전자파 흡수율을 측정하고 그 결과를 하기 표 3 및 도 13에 나타내었다.

분말조건	열처리전	열처리 온도
		600℃	700℃	800℃	900℃	1000℃
시트두께(㎜)	0.18	0.19	0.19	0.18	0.19	0.19
밀도(g/㎤)	3.3	3.67	3.75	3.63	3.57	3.76
상대밀도(%T.D.)	38.4	42.7	43.0	41.6	40.5	43.2

주파수 영역	열처리전	열처리 온도
		600℃	700℃	800℃	900℃	1000℃
10MHz	0.09%	3.04%	1.52%	2.69%	2.15%	1.35%
100MHz	0.6%	12.45%	8.88%	15.43%	16.56%	7.35%
1GHz	6.4%	45.96%	40.59%	61.39%	80.38%	37.87%

상기 표 3 및 도 13에서 나타난 바와 같이 잔류 응력 열처리를 하지 않는 시편은 1GHz에서 저조한 흡수율을 나타내는 것을 확인할 수 있으며, 열처리 온도를 1000℃까지 행한 경우에도 1GHz에서 37.87%의 높은 전자파 흡수율을 갖는 것을 알 수 있었다. 다만, 열처리 온도를 1000℃에서 행한 경우는 그 이하온도보다 흡수율이 다소 낮아짐을 알 수 있었다. 상기 결과로부터 편상화 처리에 의해서 증가하는 보자력이 잔류 응력 열처리에 의해 감소되는 것을 알 수 있었고, 열처리 온도가 1000℃이상인 경우는 보자력이 감소되는 동시에 입자가 성장하여 나노구조에서 가질 수 있는 자기적 특성을 잃기 때문에 전자파 흡수율이 다시 낮아짐을 알 수 있었다.

도 1의 (a)는 전자파를 반사하는 원리를, (b)는 전자파를 흡수하는 원리를 간략하게 나타낸 개념도이다.

도 2는 전자파흡수체 시트구조와 나노분말 복합구조를 이용한 구조설계의 개념도이다.

도 3은 본 발명의 전자파 흡수체용 편상 나노금속분말의 제조공정을 나타낸 개념도이다.

도 4는 비드 밀링을 실시한 복합산화물 나노분말의 미세구조의 사진들이다.

도 5는 복합산화물 나노분말의 X선 회절패턴을 나타낸 그래프이다.

도 6은 수소환원한 나노금속분말의 미세구조를 나타낸 사진들이다.

도 7은 수소환원한 나노금속분말의 X선 회절패턴을 나타낸 그래프이다

도 8은 편상화 처리한 나노금속분말의 미세구조를 나타낸 사진들이다.

도 9는 편상화 처리한 나노금속분말의 X선 회절패턴을 나타낸 그래프이다.

도 10은 전자파 흡수체용 복합시트의 단면 미세구조를 나타낸 사진으로 (a)잔류 응력 열처리하지 않은 경우, (b)600℃에서 열처리한 경우 (c)700℃에서 열처리한 경우, (d)800℃에서 열처리한 경우를 각각 나타낸 것이다.

도 11은 편상 나노금속분말로 제작한 전자파흡수체 시트의 주파수변화에 따른 흡수특성을 나타낸 그래프이다.

도 12는 Fe-Si-B 합금의 비정질 분말로 제조한 분말의 미세구조 사진이다.

도 13는 편상화 열처리에 따른 전자파 흡수체용 편상 나노금속분말의 주파수 변화에 따른 흡수특성을 나타낸 그래프이다.

Claims (12)

1. 나노크기의 자성 금속이 응집되어 나노크기의 금속과 기공으로 이루어진 복합구조의 편상체를 이루고 있는 전자파 흡수체용 편상분말.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 자성 금속은 Fe계 금속, Ni계 금속, Co계 금속, Ni-Fe계 금속 및 Fe-Co계 중 어느 하나인 전자파 흡수체용 편상분말.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 Ni-Fe계 금속은 Ni의 조성이 40~90wt%이고 나머지는 Fe인 것인, Fe-Co계 금속은 Fe 조성이 30~70wt% 이며 나머지는 Co인 것인 전자파 흡수체용 편상분말.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 나노크기의 금속과 기공은 각각 100㎚ 이하의 크기를 갖는 전자파 흡수체용 편상분말.
5. 청구항 1에 있어서, 상기 편상체는 평균높이가 1㎛이하이고, 평균길이가 20 ㎛이하인 전자파 흡수체용 편상분말.
6. 금속 산화물을 준비하는 시료준비단계;

   상기 금속 산화물을 나노크기의 분말로 분쇄하는 분쇄단계;

   상기 분쇄된 금속 산화물을 환원하여 자성 금속분말로 만드는 환원단계;

   상기 환원하여 얻어진 자성 금속분말을 편상화처리하는 편상화단계; 및

   상기 편상화된 자성 금속분말의 잔류 응력을 제거하기 위해 열처리하는 단계

   를 포함하는 전자파 흡수체용 편상분말의 제조방법.
7. 청구항 6에 있어서, 상기 금속 산화물은 Ni계 산화물, Fe계 산화물 및 Co계 산화물 중 1종 또는 2종인 전자파 흡수체용 편상분말의 제조방법.
8. 청구항 6에 있어서, 상기 금속 산화물을 분쇄하는 공정은 볼밀링(ball milling), 초음파 밀링, 비드밀링(bead milling), 어트리터(attritor) 중 어느 하나를 이용하는 전자파 흡수체용 편상분말의 제조방법.
9. 청구항 6에 있어서, 상기 환원단계는 수소 또는 질소분위기에서 환원하는 전자파 흡수체용 편상분말의 제조방법.
10. 청구항 6에 있어서, 상기 편상화는 볼밀링(ball milling), 초음파 밀링, 비드밀링(bead milling), 어트리터(attritor) 중 어느 하나를 이용하는 전자파 흡수체용 편상분말의 제조방법.
11. 청구항 6에 있어서, 상기 열처리는 200~1400℃의 온도범위에서 행하는 전자파 흡수체용 편상분말의 제조방법.
12. 청구항 11에 있어서, 상기 열처리는 500~1000℃의 온도범위에서 행하는 전자파 흡수체용 편상분말의 제조방법.

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