KR20110048717A - 자성체 복합물 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

자성체 복합물 및 그 제조방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 자성체 복합물 제조방법은, 투자율이 서로 다른 메인 자성체와 서브 자성체를 메인 자성체와 서브 자성체의 몰 비가 일정 비율 이상이 되도록 혼합한 후, 혼합한 자성체를 메인 자성체의 하소 온도에서 하소하고, 일정 직경이 될 때까지 분쇄하며, 일정한 압력에서 성형한다. 그 후, 메인 자성체의 소결 온도에서 소결하여 자성체 복합물을 형성한다.
자성체, 투자율, 조절, 변곡점, 하소, 소결

Description

자성체 복합물 및 그 제조방법{COMPOSITE MAGNETIC MATERIAL AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}
본 발명은 자성체 복합물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이종의 자성체를 혼합함으로써 공진점의 변화 없이 투자율이 조절될 수 있는 자성체 복합물 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 자성체는 소정의 유전율과 투자율을 가지고 있다. 이러한 자성체의 유전율과 투자율은 주파수에 따라 가변되는 특성을 보인다. 자성체의 투자율은 조성(Formula)의 변화, 열처리 공정의 변화, 및 유전체와의 혼합 등에 따라 조절될 수 있다.
이러한 방법들 중 조성을 변화시킴으로써 투자율을 조절하는 방법에 따르면, 소정 자성체를 구성하는 조성물 중에는 조성의 변화에 민감하게 반응하는 조성물이 있을 수 있기 때문에, 투자율을 조절함에 따라 다른 특성이 큰 폭으로 변화해버릴 수 있는 문제점 즉, 해당 조성의 상하한 값에 따라 투자율 조절의 한계가 생길 수 있는 문제점이 있다.
그리고, 열처리 공정의 변화에 의한 투자율 조절의 경우에는, 열처리 과정에서의 온도를 변화시킴으로써 투자율 조절이 가능하나, 그에 따라 변곡점 이동 현상이 발생하는 문제점 즉, 공진점이 달라져 버리는 문제점이 있다.
도 1은 열처리 과정에서 온도의 변화에 따른 자성체(Li0.50 Fe2.50O4)의 변곡점 이동 현상을 나타낸 그래프이다. 여기서, 상기 자성체의 투자율 중 실수부(μ')는 실선으로, 허수부(μ'')는 점선으로 나타내었다. 도 1을 참조하면, 상기 자성체의 소결(Sintering) 온도를 높일수록 상기 자성체의 변곡점이 낮은 주파수 대역으로 이동하는 것을 볼 수 있다.
또한, 유전체와의 혼합을 통해 투자율을 조절하는 경우, 자성체의 유전율 및 투자율을 변화시킬 수 있지만, 유전체는 투자율이 공기와 같은 1이므로, 유전체와 자성체를 혼합하면 자성체의 투자율은 그 혼합 비율에 따라 원래 투자율의 1/2 수준 이하로 낮아질 수 밖에 없어, 고 투자율의 자성체를 형성할 수 없는 문제점이 있다.
따라서, 자성체의 조성 또는 자성체를 제조하는 과정에 변화를 주지 않고, 변곡점 이동이 발생하지 않으면서, 고 투자율을 유지할 수 있는 자성체의 투자율 조절 방안이 요구된다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 투자율이 서로 다른 메인 자성체와 서브 자성체를 일정한 배합 비율로 혼합한 후 가공 처리함으로써, 메인 자성체의 변곡점의 이동 없이 투자율을 조절할 수 있도록 하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은, 하기의 설명에 의해 이해될 수 있으며, 이는 특허청구범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 자성체 복합물의 제조방법은, (A) 투자율이 서로 다른 메인 자성체와 서브 자성체를 메인 자성체와 서브 자성체의 몰 비가 최소 5:1이 되도록 혼합하는 단계; 및 (B) 상기 혼합한 자성체를 가공 처리하여 자성체 복합물을 얻는 단계를 포함한다.
상기 (B) 단계는, (B-1) 상기 혼합한 자성체를 일정 온도에서 하소하여 하소체를 얻는 단계; (B-2) 상기 하소체를 일정 직경이 될 때까지 분쇄하여 분체를 얻는 단계; (B-3) 상기 분체에 일정한 성형 압력을 가하여 성형체를 얻는 단계; 및 (B-4) 상기 성형체를 일정 온도에서 소결하여 자성체 복합물을 얻는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 투자율이 서로 다른 메인 자성체와 서브 자성체를 일정한 배합 비율로 혼합한 후 가공 처리함으로써, 메인 자성체의 변곡점의 이동 없이 자성체의 투자율을 조절할 수 있다.
이하, 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 자성체 복합물 및 그 제조방법의 구체적인 실시예를 설명하기로 한다. 그러나 이는 예시적 실시예에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
또한, 본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해 결정되며, 이하 실시예는 진보적인 본 발명의 기술적 사상을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 효율적으로 설명하기 위한 일 수단일 뿐이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자성체 복합물 제조 방법을 나타낸 순서 도이다. 이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 자성체 복합물 제조 방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 투자율이 서로 다른 메인 자성체와 서브 자성체를 소정의 배합비로 혼합한다(S 100). 예를 들어, 소정의 배합비가 되도록 칭량(秤量)한 메인 자성체 및 서브 자성체를 볼 밀(Ball Mill) 장비를 이용하여 혼합한다.
이때, 상기 메인 자성체의 변곡점이 이동하지 않도록 하기 위해서는 상기 메인 자성체와 서브 자성체의 몰 비가 일정 비율 이상(바람직하게는 5:1 이상)이 되어야 한다. 이에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.
상기 메인 자성체와 상기 서브 자성체는 그 구조가 서로 다른 자성체를 이용할 수 있다. 예를 들어, 상기 메인 자성체로는 스피넬(Spinel) 타입의 자성체를 이용할 수 있고, 상기 서브 자성체로는 헥사(Hexa) 타입 또는 가넷(Garnet) 타입의 자성체를 이용할 수 있다.
하지만, 상기 메인 자성체가 스피넬 타입의 자성체에 한정되는 것은 아니며, 헥사 타입의 자성체 또는 가넷 타입의 자성체를 메인 자성체로 하고 다른 타입의 자성체를 서브 자성체로 할 수도 있다.
표 1에 스피넬 타입, 가넷 타입, 헥사 타입의 자성체들의 조성(Formula)을 나타내었다.

타입 별 구분
조 성

스피넬(Spinel) 타입
Me*Fe2O3

가넷(Garnet) 타입
R* 3Fe5O12





헥사(Hexa) 타입
M 형

BaFe12O19

W 형
BaMe* 2Fe16O27

Y 형
Ba2Me* 2Fe12O22

Z 형
Ba3Me* 2Fe24O41
여기서, Me*는 Co, Ni, Zn, Cu, 및 Mn 중에서 선택된 하나 이상의 원소를 말하고, R*는 Y(Yttrium) 원소 등을 말한다.
상기 메인 자성체와 서브 자성체를 혼합한 후에는 상기 혼합한 자성체를 건조시킨 후(S 110), 상기 메인 자성체의 하소(Calcination) 온도에서 일정 시간 하소하여 하소체를 얻는다(S 120).
다음으로, 상기 하소체를 일정 직경(예를 들어, 0.5 ~ 10 ㎛)이 될 때까지 분쇄하여 분체를 얻는다(S 130). 상기 하소체는 일반적으로 과립상이기 때문에 진동 밀, 제트 밀, 볼 밀 등의 장치를 이용하여 일정 직경이 될 때까지 분쇄한다.
그 후, 상기 분체에 일정한 성형 압력(예를 들어, 100 ~ 2000kg/cm2)을 가하여 일정한 형상의 성형체를 얻은 후(S 140), 상기 메인 자성체의 소결(Sintering) 온도에서 일정 시간 소결하여 자성체 복합물을 얻는다(S 150).
본 발명의 실시예에서는 상기 하소 공정 및 소결 공정에서 온도의 변화를 주지 않고, 상기 메인 자성체의 하소 온도 및 소결 온도에서 그대로 하소 공정 및 소결 공정을 수행하기 때문에, 상기 메인 자성체의 변곡점 이동이 발생 하지 않게 된다.
다시 말하면, 상기 메인 자성체의 변곡점의 이동 없이 자성체의 투자율 변화가 가능하게 된다. 이 경우, 상기 메인 자성체의 사용 주파수에서 다양한 투자율을 가지는 자성체를 제공할 수 있게 된다.
또한, 투자율이 서로 다른 이종 타입의 자성체들의 배합 비율을 통해 투자율을 조절하기 때문에, 유전율에는 큰 변화 없이(본 발명의 자성체 복합물 제조에 사용되는 자성체로서는 유사한 값의 유전율을 가지는 자성체를 사용하게 되므로 혼합 후의 유전율의 변화는 대부분 2 이하가 됨) 투자율만을 적절히 조절할 수 있다.
구체적으로, 이종 타입의 자성체들 간의 유전율 값의 차이는 크지 않기 때문에, 이종 구조의 자성체를 서로 혼합한다 하더라도 혼합 전과 혼합 후의 유전율 값의 차이는 대부분 2 이하에 머무르게 된다. 따라서, 유전율의 큰 변화 없이 투자율만을 적절히 조절할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 자성체 복합물의 주파수에 따른 투자율 곡선을 나타낸 그래프이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 자성체 복합물에서 메인 자성체와 서브 자성체의 몰 비를 나타낸 도면이다.
여기서, 상기 자성체 복합물의 투자율 중 실수부(μ')는 실선으로, 허수부(μ'')는 점선으로 나타내었다. 또한, 상기 자성체 복합물에 있어서 메인 자성체로 스피넬 타입의 자성체를 이용하였고, 서브 자성체로 헥사 타입의 자성체를 이용하였다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 자성체 복합물 중 표본 SM01은 메인 자성체와 서브 자성체의 몰 비를 1:1로, 표본 SM03은 메인 자성체와 서브 자성체의 몰 비를 4.7:1로, 표본 SM04는 메인 자성체와 서브 자성체의 몰 비를 9.4:1로, 표본 SM05는 메인 자성체와 서브 자성체의 몰 비를 14.1:1로, 표본 SM06은 메인 자성체와 서브 자성체의 몰 비를 18.8:1로 하였다. 이때, 상기 스피넬 타입의 메인 자성체는 350 ~ 400 MHz 대역에서 변곡점을 가진다.
여기서, 표본 SM06(즉, 몰 비가 18.8:1) 및 표본 SM05(즉, 몰 비가 14.1:1)을 살펴보면, 자성체 복합물의 변곡점이 350 ~ 400 MHz 대역에서 나타남을 확인할 수 있다. 그리고 표본 SM04(즉, 몰 비가 9.4:1) 및 표본 SM03(즉, 몰 비가 4.7:1)의 경우도, 상기 표본 SM06 및 표본 SM05의 경우와 같이 뚜렷하지는 않으나 자성체 복합물의 변곡점이 350 ~ 400 MHz 대역에서 나타남을 확인할 수 있다.
반면에, 표본 SM01(즉, 몰 비가 1:1)에서는 자성체 복합물의 변곡점이 뚜렷하게 발견되지 않고, 투자율 자체도 현저히 낮은 값을 보인다는 것을 알 수 있다. 따라서, 메인 자성체의 변곡점의 이동 없이 투자율을 조절하려면, 메인 자성체와 서브 자성체의 몰 비가 최소 5:1 이상이 되어야 한다는 것을 알 수 있다.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다.
그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 열처리 과정에서 온도의 변화에 따른 자성체(Li0.50 Fe2.50O4)의 변곡점 이동 현상을 나타낸 그래프
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자성체 복합물 제조 방법을 나타낸 순서도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 자성체 복합물의 주파수에 따른 투자율 곡선을 나타낸 그래프.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 자성체 복합물에서 메인 자성체와 서브 자성체의 몰 비를 나타낸 도면.

Claims (7)

  1. (A) 투자율이 서로 다른 메인 자성체와 서브 자성체를 메인 자성체와 서브 자성체의 몰 비가 최소 5:1이 되도록 혼합하는 단계; 및
    (B) 상기 혼합한 자성체를 가공 처리하여 자성체 복합물을 얻는 단계를 포함하는, 자성체 복합물의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 메인 자성체와 상기 서브 자성체는 이종 타입의 자성체인, 자성체 복합물의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 메인 자성체는 스피넬(Spinel) 타입의 자성체이고, 상기 서브 자성체는 헥사(Hexa) 타입의 자성체인, 자성체 복합물의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 (B) 단계는,
    (B-1) 상기 혼합한 자성체를 일정 온도에서 하소하여 하소체를 얻는 단계;
    (B-2) 상기 하소체를 일정 직경이 될 때까지 분쇄하여 분체를 얻는 단계;
    (B-3) 상기 분체에 일정한 성형 압력을 가하여 성형체를 얻는 단계; 및
    (B-4) 상기 성형체를 일정 온도에서 소결하여 자성체 복합물을 얻는 단계를 포함하는, 자성체 복합물의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 (B-1) 단계는,
    상기 혼합한 자성체를 상기 메인 자성체의 하소 온도에서 하소하는, 자성체 복합물의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 (B-4) 단계는,
    상기 성형체를 상기 메인 자성체의 소결 온도에서 소결하는, 자성체 복합물의 제조방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 제조방법에 의하여 제조된 자성체 복합물.
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