KR20110075802A - 와이 타입 페라이트 제조 방법 및 이에 의해 제조된 와이 타입 페라이트 - Google Patents
와이 타입 페라이트 제조 방법 및 이에 의해 제조된 와이 타입 페라이트 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 와이 타입 페라이트 제조 방법 및 이에 의해 제조된 와이 타입 페라이트에 관한 것이다.
본 발명은 Ba2Co2 -x- yZnxCuyFe12O22와 같은 조성식을 갖는 와이 타입 페라이트에 있어서, 상기 x 값의 범위는 0.6 ≤ x ≤ 1.2이고, 상기 y 값은 0.5인 것을 특징으로 하는 와이 타입 페라이트를 제공한다.
본 발명에 의하면, 와이 타입 페라이트에 함유된 코발트 이온의 일부를 아연 이온 및 구리 이온으로 치환하여 1GHz 이상의 고주파 대역에서도 2 이상의 투자율을 가지는 와이 타입 페라이트를 제조할 수 있기 때문에, 와이 타입 페라이트를 고주파 대역을 필요로 하는 통신 장치의 소재로 사용할 수 있는 효과가 있다.
와이 타입 페라이트, 치환, 투자율, 고주파, 전이 금속
Description
본 발명은 와이 타입 페라이트 제조 방법 및 이에 의해 제조된 와이 타입 페라이트에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 고주파 대역에서 높은 투자율 값을 가지는 와이 타입 페라이트의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 와이 타입 페라이트에 관한 것이다.
페라이트(ferrite)란 900℃ 이하에서 안정한 체심입방결정(體心立方結晶)의 철에 합금원소 또는 불순물이 녹아서 된 고용체이다. 다시 말해 페라이트는 철강의 금속조직학상의 용어로서, α철을 바탕으로 한 고용체 또는 고용된 원소의 이름을 붙여 실리콘 페라이트 또는 규소철 이라고도 한다.
이러한 페라이트는 현미경으로 보면 단상(單相)이며, 탄소가 조금 녹아 있는 페라이트의 흰 부분과 펄라이트의 검게 보이는 부분이 섞여 나타나는 특성이 있고, 고주파용 변압기, 픽업, 테이프 리코더 따위의 자기 헤드 등에 사용된다.
한편, 상기와 같은 페라이트 중에서 육방정계 페라이트의 일종인 와이 타입 페라이트(Y-Type ferrite)는 수백 MHz에서 수 GHz 대역에서 안테나, 전파 흡수체 등으로 사용 가능한 소재라고 알려져 있다.
하지만, 현재까지 와이 타입 페라이트에 대한 실질적인 연구는 1 GHz 이하의 주파수 대역에 대해서만 진행되고 있다.
또한, 종래의 와이 타입 페라이트는 1 GHz 내지 3 GHz의 주파수 대역에서 2 이하의 투자율 값, 즉 1GHz 이상의 주파수 대역에서 종래의 와이 타입 페라이트는 낮은 투자율 값을 가지기 때문에 1GHz 이상의 고주파 대역을 필요로 하는 통신 장치의 소재(안테나, 전파 흡수체 등)로는 종래의 와이 타입 페라이트가 부적합하다는 문제점이 있다.
전술한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 와이 타입 페라이트에 함유된 코발트 이온의 일부를 아연 이온 및 구리 이온으로 치환하여 1GHz 이상의 고주파 대역에서 고 투자율 값을 가지는 와이 타입 페라이트를 제조하기 위한 방법 및 이에 의해 제조된 와이 타입 페라이트를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, Ba2Co2 -x- yZnxCuyFe12O22와 같은 조성식을 갖는 와이 타입 페라이트에 있어서, 상기 x 값의 범위는 0.6 ≤ x ≤ 1.2이고, 상기 y 값은 0.5인 것을 특징으로 하는 와이 타입 페라이트를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 목적에 의하면, 바륨(Ba) 화합물, 코발트(Co) 화합물, 철(Fe) 화합물, 아연(Zn) 화합물 및 구리(Cu) 화합물을 포함하는 초기 원료를 제공하는 초기 원료 제공 단계; 상기 초기 원료를 용해시켜서 혼합하는 혼합 단계; 상기 초기 원료를 혼합하여 만든 혼합 용액을 공침시키는 공침 단계; 상기 공침된 물질을 세척 여과 및 건조시키는 건조 단계; 및 상기 건조된 물질을 일 회 이상 열처리하는 열처리 단계를 포함하고, 상기 열처리 단계에 의해 생성된 와이 타입 페라이트의 조성식은 Ba2Co2 -x- yZnxCuyFe12O22인 것을 특징으로 하는 와이 타입 페라이트 제조 방법을 제공한다.
상기 바륨 화합물, 상기 코발트 화합물, 상기 철 화합물, 상기 아연 화합물 및 상기 구리 화합물의 몰 비는 2:2-x-y:x:y:12이고, 상기 x 값의 범위는 0.6 ≤ x ≤ 1.2이고, 상기 y값은 0.5인 것이 바람직하다.
상기 열처리 단계는 300℃ 내지 500℃에서 제 1차 열처리를 수행하는 단계; 및 1100℃ 내지 1250℃에서 제 2차 열처리를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 바륨 화합물은 질산바륨(Ba(No3)2)을 포함할 수 있다.
상기 코발트 화합물은 질산코발트6수화물(Co(No3)2ㆍ6H2O)을 포함할 수 있다.
상기 철 화합물은 질산제이철9수화물(Fe(No3)3ㆍ9H20)을 포함할 수 있다.
상기 아연 화합물은 질산아연9수화물(Zn(No3)2ㆍ9H20)을 포함할 수 있다.
상기 구리 화합물은 질산구리3수화물(Cu(No3)2ㆍ3H20)을 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 와이 타입 페라이트에 함유된 코발트 이온의 일부를 아연 이온 및 구리 이온으로 치환하여 1GHz 이상의 고주파 대역에서도 2 이상의 투자율을 가지는 와이 타입 페라이트를 제조할 수 있기 때문에, 와이 타입 페라이트를 고주파 대역을 필요로 하는 통신 장치의 소재로 사용할 수 있는 효과가 있다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관 하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 와이 타입 페라이트의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
우선, 본 발명의 실시예에 따른 와이 타입 페라이트의 제조 방법을 설명하기 전에, 본 발명의 실시예에 따른 와이 타입 페라이트에 대한 설명을 하도록 한다.
본 발명의 실시예에 따른 와이 타입 페라이트는 Ba2Co2 -x- yZnxCuyFe12O22와 같은 조성식을 가지고, x 값의 범위는 0.6 ≤ x ≤ 1.2이고, y 값은 0.5로써 아연의 몰(mol) 비에 따라 투자율 값 및 투자손실 값을 변화할 수 있다.
이와 같은 와이 타입 페라이트를 제조하기 위한 초기 원료는 바륨(Ba) 화합물, 코발트(Co) 화합물, 철(Fe) 화합물, 아연(Zn) 화합물 및 구리(Cu) 화합물을 포함하되, 상기 바륨 화합물은 바륨 염화물, 바륨 질산화물 및 바륨 황화물 중 어느 하나, 상기 코발트 화합물은 코발트 염화물, 코발트 질산화물 및 코발트 황화물 중 어느 하나, 상기 철 화합물은 철 염화물, 철 질산화물 및 철 황화물 중 어느 하나이며, 상기 아연 화합물은 아연 염화물, 아연 질산화물 중 어느 하나 이고, 상기 구리 화합물은 구리 염화물, 구리 질산화물 및 구리 황화물 중 어느 하나이다. 여기서, 바륨은 스트론튬(Sr)으로 대체가 가능하다.
본 발명에서는 설명의 편의를 위해 바륨 화합물을 바륨 질산화물인 질산 바륨(Ba(No3)2)으로 한정하고, 코발트 화합물을 코발트 질산화물인 질산코발트6수화물(Co(No3)2ㆍ6H2O)으로 한정하고, 철 화합물을 철 질산화물인 질산제이철9수화 물(Fe(No3)3ㆍ9H20)로 한정하며, 구리 화합물을 구리 질산화물인 질산구리3수화물(Cu(No3)2ㆍ3H20)로 한정하여 설명하지만, 본 발명을 실제로 적용할 경우에는 이에 한정되지 않는다는 것은 물론이다.
도 1을 참고하여, 본 발명의 와이 타입 페라이트 제조 방법은, Ba2Co2Fe12O22의 화학식을 갖는 와이 타입 페라이트에서 전이 금속 이온인 코발트 이온(Co)의 일부를 또 다른 전이금속인 아연 이온(Zn) 및 구리 이온(Cu)으로 치환하여 1 GHz 내지 3 GHz의 주파수 대역에서도 2 이상의 투자율을 가지는 와이 타입 페라이트를 제조하기 위한 방법으로써, 바륨 화합물{질산바륨(Ba(No3)2)}, 코발트 화합물{질산코발트6수화물(Co(No3)2ㆍ6H2O)}, 철 화합물{질산제이철9수화물(Fe(No3)3ㆍ9H20)}, 아연 화합물{질산아연9수화물(Zn(No3)2ㆍ9H20)} 및 구리 화합물{질산구리3수화물(Cu(No3)2ㆍ3H20)}을 포함하는 초기 원료를 제공하는 단계, 상기 초기 원료를 용해시켜서 혼합하는 단계, 상기 초기 원료를 혼합하여 만든 혼합 용액을 공침시키는 단계, 상기 공침된 물질을 세척 여과 및 건조시키는 단계 및 상기 건조된 물질을 일 회 이상 열처리하는 단계를 포함한다. 여기서, 공침법이란 혼합 용액에서 목적이온을 침전시킬 때 다른 이온을 포함한 침전제(용액)를 혼합 용액에 첨가하여 목적 이온과 다른 이온을 함께 침전시키는 방법으로서, 본 발명의 실시예에서는 수산화 나트륨(NaOH)과, 과산화수소(H2O2)를 물에 녹인 과산화수소수가 혼합된 침전제를 이용하여 상기 초기 원료를 공침시킨다.
이에 대한 자세한 설명은 아래와 같다.
본 발명에 따른 와이 타입 페라이트를 제조하기 위해, 초기 원료, 즉 질산바륨, 질산코발트6수화물, 질산제이철9수화물, 질산아연9수화물 및 질산구리3수화물을 제공한다(S 110). 여기서, 질산 아연9수화물 및 질산구리3수화물은 와이 타입 페라이트에 포함된 코발트 이온의 일부를 아연 이온 및 구리 이온으로 치환하기 위한 원료로써, 질산바륨, 질산코발트6수화물, 질산제이철9수화물, 질산아연9수화물 및 질산구리3수화물, 즉 바륨 화합물, 질산 화합물, 철 화합물, 아연 화합물 및 구리 화합물의 몰 비는 2:2-x-y:x:y:12이고, 질산아연9수화물의 몰 비인 x 값의 범위는 0.6 ≤ x ≤ 1.2이고, 질산구리3수화물의 몰비인 y 값은 0.5인 것이 바람직하다. 본 발명에서 x 값이 0.6 ≤ x ≤ 1.2이고, y 값이 0.5여야 하는 이유에 대한 자세한 설명은 도 2 및 도 3의 설명에서 하도록 하겠다.
상기 단계 S110에서 제공된 질산바륨, 질산코발트6수화물, 질산제이철9수화물, 질산아연9수화물 및 질산구리3수화물을 대기 중에서 물에 완전히 용해시킴으로써, 질산바륨, 질산코발트6수화물, 질산제이철9수화물, 질산아연9수화물 및 질산구리3수화물을 혼합한 혼합 용액을 만들고, 침전제를 혼합 용액에 첨가하여 혼합 용액을 공침시킨다(S120, S130). 여기서, 침전제는 2 내지 4 당량비의 수산화나트륨과 철 2가 이온을 산화시킬 수 있는 화학양론적량의 1 내지 4배의 과산화수소수를 혼합한 수산화나트륨-과산화수소수 혼합 용액인 것이 바람직하다.
상기 단계 S130을 통해 공침된 물질, 즉 상기 혼합 용액에 침전제를 첨가하여 공침된 금속 수산화물을 세척 여과 및 건조시킨다(S140).
이렇게 건조된 금속 수산화물을 300℃ 내지 500℃의 온도에서 1차 열처리한다(S150). 여기서, 1차 열처리 온도는 400℃인 것이 바람직하다.
1차 열처리된 금속 수산화물을 1100℃ 내지 1250℃의 온도에서 2차 열처리한다(S160). 여기서, 2차 열처리 온도는 1200℃인 것이 바람직하다.
상기 과정을 통해 질산 바륨, 질산코발트6수화물, 질산제이철9수화물, 질산아연9수화물 및 질산구리3수화물은 Ba2Co2 -x- yZnxCuYFe12O22와 같은 조성식을 가지는 와이 타입 페라이트로 합성된다.
한편, 상기 단계 S150에서 1차 열처리 온도를 300℃ 내지 500℃로 한정하고, 상기 단계 S160에서 2차 열처리 온도를 1100℃ 내지 1250℃로 한정한 이유는 상기 금속 수산화물을 상기 한정한 1차 열처리 온도 및 2차 열처리 온도로 열처리했을 때에 본 발명의 실시예에 따른 와이 타입 페라이트(조성식: Ba2Co2 -x- yZnxCuYFe12O22)의 투자율이 높아지기 때문이다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 와이 타입 페라이트(조성식: Ba2Co2 -x-yZnxCuYFe12O22)를 제조하기 위한 초기 원료 중에서 질산구리3수화물의 몰비를 0.5로 고정한 상태에서 질산아연9수화물의 몰 비를 변화시켰을 때, 와이 타입 페라이트(조성식: Ba2Co2 -x- yZnxCuYFe12O22)의 투자율 및 투자손실 변화, 즉 , y 값을 0.5로 고정한 상태에서 x 값을 변화시켰을 때, 와이 타입 페라이트(조성식: Ba2Co2 -x-yZnxCuYFe12O22)의 투자율 및 투자손실 변화에 따른 에 대한 자세한 설명을 하도록 하 겠다.
도 2는 질산구리3수화물의 몰 비를 0.5로 고정한 상태에서 질산아연9수화물의 몰비를 변화시켰을 때, 와이 타입 페라이트의 투자율 변화를 나타낸 도면이고, 도 3은 질산아연9수화물의 몰 비 변화에 따른 와이 타입 페라이트의 투자손실 변화를 나타낸 도면이다.
도 2에서는 질산아연9수화물의 몰 비, 즉 Ba2Co2 -x- yZnxCuYFe12O22의 조성식에서 x 값의 변화에 따라서 와이 타입 페라이트(조성식: Ba2Co2 -x- yZnxCuYFe12O22)의 투자율 값이 변화하는 것을 확인할 수 있고, 도 3에서는 질산아연9수화물의 몰 비의 변화에 따라서 와이 타입 페라이트(조성식: Ba2Co2 -x- yZnxCuYFe12O22)의 투자손실 값이 변화하는 것을 확인할 수 있다.
다시 말해서, 와이 타입 페라이트에 포함된 코발트 이온의 일부를 아연 이온 및 구리 이온으로 치환하되, 구리 이온의 몰비를 0.5로 고정한 상태에서 아연 이온의 치환량을 변화하면, 와이 타입 페라이트(조성식: Ba2Co2 -x- yZnxCuYFe12O22)의 투자율 값 및 투자손실값이 아연 이온의 치환량에 따라 변화되는 것을 알 수 있다. 도 2와 도 3에서 Co2Y는 종래 와이 타입 페라이트(조성식: Ba2Co2Fe12O22), 즉 전이 금속 이온인 코발트 이온(Co)을 또 다른 전이금속으로 치환하지 않은 와이 타입 페라이트를 나타낸 것이다.
본 발명의 실시예에서 와이 타입 페라이트(조성식: Ba2Co2 -x- yZnxCuYFe12O22)를 고주파 대역(1GHz 내지 3GHz)의 안테나 소재로 사용하기 위해서는 와이 타입 페라이트(조성식: Ba2Co2-x-yZnxCuYFe12O22)가 고주파 대역에서 2 이상의 투자율 값을 유지하여야 함과 동시에 낮은 투자손실 값을 가져야 하는데, 도 2 및 도 3에서 이를 만족하는 질산아연9수화물의 몰 비(x)는 0.6 및 0.8인 것을 알 수 있다.
한편, 와이 타입 페라이트(조성식: Ba2Co2 -x- yZnxCuYFe12O22)를 고주파 대역(1GHz 내지 3GHz)의 전파를 흡수하는 전파 흡수체로 사용하기 위해서는 와이 타입 페라이트(조성식: Ba2Co2 -x- yZnxCuYFe12O22)가 고주파 대역에서 2 이상의 투자율 평균값을 유지하여야 함과 동시에 높은 투자손실 값을 가져야하는데, 도 2 및 도 3에서 이를 만족하는 질산아연9수화물의 몰비(x)는 1.0 및 1.2인 것을 알 수 있다.
결론적으로, 와이 타입 페라이트(조성식: Ba2Co2 -x- yZnxCuYFe12O22)에 포함된 코발트 이온의 일부를 아연 이온 및 구리 이온으로 치환할 때, 질산구리3수화물의 몰비(y)를 0.5로 고정한 상태에서 질산아연9수화물의 몰 비(x)를 0.6, 0.8, 1.0 및 1.2 중 어느 하나, 즉 x 값을 0.6 ≤ x ≤ 1.2로 하고, y 값을 0.5로 하여 코발트 이온의 일부를 아연 이온 및 구리 이온으로 치환한 와이 타입 페라이트(조성식: Ba2Co2-x-yZnxCuYFe12O22)는 고주파 대역에서 2 이상의 투자율과 낮은 투자손실 값 또는 2 이상의 투자율 평균값과 높은 투자손실 값을 가지기 때문에 고주파 대역을 필요로 하는 통신 장치의 소재로 사용될 수 있는 것이다.
이상 본 발명의 구체적 실시형태들을 참조하여 본 발명을 설명하였으나, 이 는 예시에 불과하며 본 발명의 범위를 제한하는 것이 아니다. 당업자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 설명된 실시형태들을 변경 또는 변형할 수 있다. 본 명세서에서 설명된 각 기능 블록들 또는 수단들은 전자 회로, 직접 회로, ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 등 공지된 다양한 소자들로 구현될 수 있으며, 각각 별개로 구현되거나 2 이상이 하나로 통합되어 구현될 수 있다. 본 명세서 및 청구범위에서 별개인 것으로 설명된 수단 등의 구성요소는 단순히 기능상 구별된 것으로 물리적으로는 하나의 수단으로 구현될 수 있으며, 단일한 것으로 설명된 수단 등의 구성요소도 수개의 구성요소의 결합으로 이루어질 수 있다. 또한, 본 명세서에서 설명된 각 방법 단계들은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 그 순서가 변경될 수 있고, 다른 단계가 부가될 수 있다. 뿐만 아니라, 본 명세서에서 설명된 다양한 실시형태들은 각각 독립하여서뿐만 아니라 적절하게 결합 되어 구현될 수도 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시형태가 아니라 첨부된 청구범위 및 그 균등물에 의해 정해져야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 와이 타입 페라이트의 제조 과정을 나타낸 순서도,
도 2는 질산구리3수화물의 몰 비 변화에 따른 와이 타입 페라이트의 투자율 변화를 나타낸 도면,
도 3은 질산구리3수화물의 몰 비 변화에 따른 와이 타입 페라이트의 투자손실 변화를 나타낸 도면이다.
Claims (9)
- Ba2Co2 -x- yZnxCuyFe12O22와 같은 조성식을 갖는 와이 타입 페라이트에 있어서, 상기 x 값의 범위는 0.6 ≤ x ≤ 1.2이고, 상기 y 값은 0.5인 것을 특징으로 하는 와이 타입 페라이트.
- 바륨(Ba) 화합물, 코발트(Co) 화합물, 철(Fe) 화합물, 아연(Zn) 화합물 및 구리(Cu) 화합물을 포함하는 초기 원료를 제공하는 초기 원료 제공 단계;상기 초기 원료를 용해시켜서 혼합하는 혼합 단계;상기 초기 원료를 혼합하여 만든 혼합 용액을 공침시키는 공침 단계;상기 공침된 물질을 세척 여과 및 건조시키는 건조 단계; 및상기 건조된 물질을 일 회 이상 열처리하는 열처리 단계를 포함하고, 상기 열처리 단계에 의해 생성된 와이 타입 페라이트의 조성식은 Ba2Co2 -x- yZnxCuyFe12O22인 것을 특징으로 하는 와이 타입 페라이트 제조 방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 바륨 화합물, 상기 코발트 화합물, 상기 철 화합물, 상기 아연 화합물 및 상기 구리 화합물의 몰 비는 2:2-x-y:x:y:12이고, 상기 x 값의 범위는 0.6 ≤ x ≤ 1.2이고, 상기 y값은 0.5인 것을 특징으로 하는 와이 타입 페라이트 제조 방법.
- 제 2 항에 있어서, 상기 열처리단계는300℃ 내지 500℃에서 제 1차 열처리를 수행하는 단계; 및1100℃ 내지 1250℃에서 제 2차 열처리를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 와이 타입 페라이트 제조 방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 바륨 화합물은 질산바륨(Ba(No3)2)을 포함하는 것을 특징으로 하는 와이 타입 페라이트 제조 방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 코발트 화합물은 질산코발트6수화물(Co(No3)2ㆍ6H2O)을 포함하는 것을 특징으로 하는 와이 타입 페라이트 제조 방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 철 화합물은 질산제이철9수화물(Fe(No3)3ㆍ9H20)을 포함하는 것을 특징으로 하는 와이 타입 페라이트 제조 방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 아연 화합물은 질산아연9수화물(Zn(No3)2ㆍ9H20)을 포함하는 것을 특징으로 하는 와이 타입 페라이트 제조 방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 구리 화합물은 질산구리3수화물(Cu(No3)2ㆍ3H20)을 포함하는 것을 특징으로 하는 와이 타입 페라이트 제조 방법.
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