KR20160114577A - 절연 피막을 포함하는 방향성 전기 강 판상 제품 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 방향성 전기 강 판상 제품은 판상 제품의 적어도 하나의 표면에 도포되어 있는 절연 피막 층을 포함하며, 절연 피막은 인산염 및 실리카를 함유하는 모재를 포함한다. 절연 층은 필러 입자를 추가로 함유하며, 상기 필러 입자는 고영률 재료로 이루어진 코어와 및 쉘을 포함하고, 쉘은 상기 코어를 둘러싸고 필러 입자가 모재에 결합되게 하는 재료로 이루어진다. 이러한 방식으로, 방향성 전기 강 판상 제품의 절연 피막에 크롬 화합물을 첨가할 필요성을 제거하는 것이 가능하다.
Description
본 발명은 판상 제품(flat product)의 적어도 하나의 표면에 도포되어 있는 절연 피막 층을 포함하는 방향성 전기 강 판상 제품에 관한 것이며, 절연 피막은 인산염(phosphate) 및 실리카를 함유하는 모재(matrix)를 포함한다.
본 발명의 분야에서, "판상 제품"은 철계(steel base) 제품의 열간 또는 냉간 압연에 의해 얻어지는 스트립, 시트, 블랭크(blank) 등이다.
방향성 전기 강은, 에너지 효율적 변압기 및 대형 고성능 발전기의 제조를 위한 중요한 구성 요소(building block)인 강자성 철 재료이다. 적층형 권취 또는 천공 시트의 형태에 있어서, 방향성 전기 강은 배전 변압기, 전력 변압기 및 소형 변압기와 같은 전기 변압기의 필수적인 코어 재료(core material)이다. 전형적으로, 방향성 전기 강 제품은 두께가 0.15mm와 0.50mm 사이인 스트립 형태이다.
방향성 전기 강 제품이 전기 변압기 내의 코어 재료로서 사용될 때에 달성하여야 하는 높은 요건을 충족하기 위하여, 방향성 전기 강 제품의 표면에는 일반적으로 절연 피막이 도포된다.
변압기에 있어서는, 에너지 손실뿐만 아니라, 작동 중에 발생하는 소음도 중요한 품질 결정 인자이다. 변압기의 작동 중에 발생하는 소음 수준과 관련하여 충족될 필요가 있는 요건은 계속 증가하고 있으며 더욱 엄격해지고 있는 법적 요건 및 표준을 따른다. 예를 들어, 주거용 건물 근방에 대형 변압기의 허용은, 그와 같은 변압기에 의해 발생하는 소음 방출에 결정적으로 의존한다. 작동 소음은 자왜(magnetostriction)라고 알려진 물리적 효과에 기인하는 것으로 생각되며, 특히 변압기 내의 코어로 사용되는 방향성 전기 강 제품에 도포된 절연 피막의 물성에 의하여 영향을 받는다.
방향성 전기 강 제품에 도포된 절연 피막은 히스테리시스 손실(hysteresis loss)의 최소화에 바람직한 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 절연 피막은 인장 응력을 기재 재료(base material)에 전달할 수 있고, 방향성 전기 강 제품의 자기 손실(magnetic loss) 값을 개선할 뿐만 아니라 자왜를 감소시키며, 그에 따라 최종 변압기의 소음 거동에도 바람직한 영향을 미친다.
용이 자화(easy magnetization)의 방향이 압연 방향이도록, 결정학적 방위가 고스 집합조직(Goss texture)이라고 지칭되는 특별한 집합조직의 형태일 경우에만, 방향성 전기 강 제품의 자기적 물성이 달성된다. 고스 집합조직을 얻기 위한 공정은 당해 분야의 기술자에게 공지되어 있으며, 냉간 압연 단계 및 다양한 재결정 공정과 관련된 소둔 단계를 포함한다. 집합조직뿐만 아니라, 자구 구조(domain structure)도 방향성 전기 강 제품의 자기적 물성에 영향을 미친다. 자구 구조는 자화 역전(reversal of magnetism)에 의하여 초래되는 에너지 손실이 최소화되는 방식으로 물리적 효과에 의하여 영향을 받을 수 있다. 이와 관련하여, 하나의 중요 인자는 절연 피막에 의하여 강자성 기재 재료에 부여되는 장력이다.
더욱이, 문헌으로부터(예를 들면, 피. 앤더슨(P. Anderson), "왜곡 파형 조건에서 전기 강 내의 자왜의 응력 감도 측정(Measurement of the stress sensitivity of magnetostriction in electrical steels under distorted waveform conditions), 저널 오브 마그네티즘 앤드 마그네틱 머티리얼즈(Journal of Magnetism and Magnetic Materials) 320 (2008) e583-e588 참조), 높은 장력이 부여되면, 자왜가 개선(즉, 감소)되고, 따라서 재료 및 최종 변압기의 소음 거동이 개선되는 것으로 공지되어 있다. 또한, 절연 피막을 구비하는 방향성 전기 강 제품이 사용되면, 변압기 코어 내의 외부 응력에 대한 코어 손실 및 자왜의 감도도 감소한다.
요약하면, 당해 분야에서 현재 사용되는 절연 피막은 다음과 같은 3가지 주요 기능을 나타낸다.
- 금속 기재 재료의 전기 절연
- 금속 기재 재료에 인장 응력 부여
- 금속 기재 재료에 화학적 및 열적 저항성 제공
방향성 전기 강에 대하여 가장 일반적이고 성공적으로 이용되는 전기 절연 피막은, 이른바 글라스 필름(glass film) 및 그 위에 부착된 인산염 피막을 포함하는 2층 구조를 구비한다.
글라스 필름은 전형적으로 포르스테라이트(forsterite)와 같은 마그네슘 규산염으로 이루어지며, 이는 방향성 전기 강 제품에 의해 제공된 금속 표면 상에 얇은 층 형태로 부착된다. 글라스 필름은, 고온 소둔에 의하여, 부가된 마그네슘 산화물, 실리콘 및 철 산화물 사이의 반응으로 생성되며, 소둔 공정 중에 금속 표면에 형성된다.
인산염 피막의 형성은, 콜로이달 실리카(colloidal silica) 및 크롬 화합물을 함유하는 금속 인산염의 수용액을 강 시트의 표면에 도포하고 이를 800oC 내지 950oC 범위의 온도에서 베이킹하는 과정을 수반한다. 인산염 피막은 일반적으로 글라스 필름 위에 도포된다. 그러나, 글라스 필름이 개재되지 않은 상태에서 강 표면에 직접 인산염을 도포하는 것도 가능하다.
방향성 전기 강에 종래의 인산염 피막을 도포하기 위한 조성물 및 처리 용액은 일반적으로 아래의 구성으로 이루어진다.
- 물에 희석된 1종 이상의 제1 인산염(primary phosphate)(예를 들면, 마그네슘 또는 알루미늄 인산염)
- 1종 이상의 콜로이달 산화 화합물, 예를 들면 콜로이달 실리카
- 1종 이상의 크롬 화합물, 예를 들면 3산화크롬(chromium trioxide) 또는 크롬산(chromic acid)
그와 같은 조성물은, 예를 들면 일본 특허 공보 제JP 1971000075233호 및 미국 특허 공보 제US 3,856,568호에 기재되어 있다. 이러한 종래 기술 문헌에 따르면, 조성물 내에서 크롬 화합물의 주요 기능은, 베이킹 공정 중에 해리된 인산염을 결함시킴으로써, 얻어진 피막 층 내에 가스 기포(- 및 그로 인한 공극(porosity) -)을 방지하는 것이다. 그에 따라, 피막 층에 의하여 기재 재료에 부여되는 장력은 향상된다. Cr-화합물은 인산염계 피막의 부식 저항성을 개선시키고 처리 조성물의 안정성에 기여하는 것으로도 생각된다.
그러나, 종래 기술의 표준적인 절연 피막 내에 Cr-화합물의 사용의 명백한 단점은 독성 및 발암성(cancerogenicity)이다. 그 사용은 취급 및 보관 중에 상당한 위험을 야기한다. 따라서, 법규는 특히 전기 설비 내에 위해성 Cr-화합물의 사용을 더더욱 제한한다.
불행히도, 다른 첨가제에 의한 대체 없이 Cr-화합물을 단지 생략하면, 허용 가능한 결과가 달성되지 않는다. 방향성 전기 강에 대하여 피막 층 내에 Cr-화합물을 대체하거나 필요성을 제거하기 위한 노력이 종래에 이미 이루어져 왔다. 그러나, 방향성 전기 강 제품에 대하여 피막 층 내의 Cr-화합물을 대체하기 위한 유력한 대체제(replacement agent)의 필요성은 아직도 존재한다.
국제 공개 특허 공보 제WO 2013/064260 A1호에는, 금속 인산염, 실리카 입자 및 유기실란(organosilane)을 포함하는 크롬-비함유(chromium-free) 피막 혼합물이 기재되어 있다.
유럽 공개 특허 공보 제EP 0 555 867호에는, SiO2, TiO2 또는 다른 산화물일 수 있는 졸(sol)과 예를 들면 인산염일 수 있는 제2 구성물을 포함하는 결정질-비정질(crystalline-amorphous) 피막 시스템이 기재되어 있다.
유럽 공개 특허 공보 제EP 2 252 722호에 대응하는 국제 공개 특허 공보 제WO 2009/101129 A2호에는, 생략된 크롬 구성물의 기능을 대체하기 위한 콜로이드 안정제(colloid stabilizer) 및 산세 억제제(pickling inhibitor)의 첨가가 기재되어 있다. 그러나, 구성물의 안정성이 개선되기는 하지만, 강자성 기재 재료에 부여되는 장력은 Cr-함유 기준 제품만큼 양호하지는 않다.
독일 공개 특허 공보 제DE 10 2010 054 509 A1호는, 처리 용액에 Cr-III-화합물을 추가로 첨가함으로써, 국제 공개 특허 공보 제WO 2009/101129 A2호에 기재된 인산염 피막을 더욱 개선하는 것을 목적으로 한다.
이러한 종래 기술을 배경으로 하여, 본 발명의 목적은, 절연 피막을 구비하되 그 절연 피막에 크롬 화합물을 첨가할 필요가 없는 방향성 전기 강 판상 제품을 제공하는 것이다. 따라서, 본 발명의 목적은 방향성 전기 강 제품에 대한 종래의 피막 층 내의 Cr-화합물에 대한 유력한 대체제를 제공하는 것이다.
이러한 목적은 청구항 1에 따른 방향성 전기 강 판상 제품에 의하여 달성된다.
본 발명의 바람직한 실시 형태는 종속 청구항에 기재되어 있으며, 이하에 본 발명의 기본 사상과 함께 상세히 설명되어 있다.
방향성 전기 강 상에 절연 피막을 형성하기 위한 본 발명에 따른 조성물은 인산염과 실리카를 포함하며, 조성물 내에 포함된 특별한 형태의 필러 입자(filler particle)를 특징으로 한다. 이러한 필러 입자, 즉 본 발명에 따른 필러 입자는, 코어(core) 및 상기 코어를 둘러싸는 쉘(shell)을 포함한다(코어-쉘 필러 입자). 여기에서 사용된 "둘러싸는"이라는 용어는 "적어도 일부를 둘러싸는"의 의미로 이해되어야 한다. 입자의 쉘 재료는, 입자가 쉘에 의하여 모재에 결합되도록 선택된다.
본 발명에 따른 방향성 전기 강 판상 제품의 절연 층 내에 존재하는 필러 입자의 최적 효과는, 절연 피막이 0.1wt-% 내지 50wt-% 필러 입자를 포함할 때에 얻어질 수 있다.
본 발명에 따른 필러 입자는, 평균 직경이 대략 10nm 내지 1000nm(즉, 나노입자(nanoparticle))이고, 피막 내에 필러 재료로서 사용될 수 있는 입자이다. 각각의 입자는, 기본 구성 유닛(building unit)으로서의 코어와, 코어의 재료와는 다른 재료로 형성되고 코어를 적어도 부분적으로 둘러싸는 쉘을 각각 포함한다. 실제로는, 그와 같은 코어-쉘 필러 입자는, 코어 재료로 입자를 준비하고 쉘을 형성할 재료로 코어를 코팅함으로써 얻어질 수 있다.
그와 같은 입자는 본래는 공지되어 있기는 하지만, 이제까지는 용제형 페인트, 수성 페인트 및 바니시(varnish)의 생산에 있어서의 안료로서만 사용되었다. 이러한 필러 입자 안료를 얻기 위하여, 예를 들면 티타늄 또는 지르코늄 산화물로 구성된 코어는, 실리콘 산화물 또는 알루미늄 수산화물과 같은 재료와, 선택적으로, 페인트 및 바니시 제조를 위하여 사용되는 다양한 분산 시스템 내에서 분산성(dispersibility)을 향상시키기 위한 적절한 유기 표면 개질제(surface modifier)로 표면 처리된다.
경이롭게도, 방향성 전기 강 판상 제품에 대한 절연 피막에 그와 같은 필러 입자를 첨가함으로써, 이러한 조성물 내의 Cr-함유 화합물의 필요성이 제거될 수 있다는 것이 밝혀졌다. 따라서, 본 발명은 방향성 전기 강 제품에 대한 종래의 피막 층 내의 Cr-화합물에 대한 유력한 대체제로서 코어-쉘 필러 입자의 사용을 교시한다.
방향성 전기 강의 절연 피막의 구성물로서의 본 발명의 용도에 있어서는, 이러한 입자들의 개선된 분산성이 유일한 결정적 인자는 아니다. 오히려, 실험에 의하면, 경이롭게도, 입자를 구비하지 않는 Cr-비함유 피막 또는 비-코어/쉘 고영률 입자(non-core/shell high Young's modulus particle), 예를 들면 쉘이 없는 단순한 TiO2 입자의 사용에 비하여, 마무리된 절연 피막 층의 공극률(porosity)이 감소하고, 기재 금속에 부여된 피막의 장력은 증가하는 것으로 나타났다.
본 발명에 따라 얻어진 절연 피막의 층은 우수한 밀도 및 극소 수준의 공극률을 특징으로 한다. 본 발명에 의해 달성된 절연 피막의 높은 밀도 및 낮은 공극률은, 피막 층에 의해 부여된 장력이 전기 강의 전체 표면에 걸쳐서 균일하게 분산되는 것을 보장한다.
결과적으로, 이와 같이 달성된 강의 자왜 수준의 감소는 전체 표면에 걸쳐서 거의 또는 전혀 변동 없이 연속적으로 유효하다. 피. 앤더슨(위의 기재 참조)의 연구에 따르면, 변압기의 코어 재료로서 본 발명에 따른 조성물로 코팅된 방향성 전기 강 제품의 사용은, 최종 변압기의 소음 거동을 상당히 감소시킬 것으로 기대된다.
본 발명의 다른 특징 및 장점은, 특히 첨부 도면 내에 비제한적 예로서 도시된 여러 실시 형태에 관한 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따라 최외층 내에 고영률의 코어-쉘 필러 입자를 포함하는 절연 피막을 구비하는 방향성 전기 강의 표면 층 구조의 개략도(단면도)이다.
도 2는 침강 속도(sedimentation speed)를 결정하기 위하여 본 명세서의 실시예 2에서 사용된 방법의 개략도이다.
도 3은 절연 피막 내에 존재하는 필러 입자의 부피 분율이 본 발명에 따른 방향성 전기 강 피막의 유효 영률(effective Young's modulus)에 미치는 영향을 설명하는 데이터 도면이다(상세하게는, 실시예 3 참조).
도 4a 및 도 4b는, 주사 전자 현미경에 의하여 얻어진 이미지로서, a) 입자를 구비하지 않는 Cr-비함유 피막 및 b) 고영률 코어-쉘 필러 입자를 포함하는 본 발명에 따른 Cr-비함유 피막의 단면 시험편의 이미지를 나타낸다(상세하게는, 실시예 3 참조).
도 5는 글라스 층 및 인산염 층을 포함하는 2층 절연 피막을 구비하는 표준적인 종래 기술의 방향성 전기 강의 표면 층 구조의 개략도(단면도)이다.
도 1은 본 발명에 따라 최외층 내에 고영률의 코어-쉘 필러 입자를 포함하는 절연 피막을 구비하는 방향성 전기 강의 표면 층 구조의 개략도(단면도)이다.
도 2는 침강 속도(sedimentation speed)를 결정하기 위하여 본 명세서의 실시예 2에서 사용된 방법의 개략도이다.
도 3은 절연 피막 내에 존재하는 필러 입자의 부피 분율이 본 발명에 따른 방향성 전기 강 피막의 유효 영률(effective Young's modulus)에 미치는 영향을 설명하는 데이터 도면이다(상세하게는, 실시예 3 참조).
도 4a 및 도 4b는, 주사 전자 현미경에 의하여 얻어진 이미지로서, a) 입자를 구비하지 않는 Cr-비함유 피막 및 b) 고영률 코어-쉘 필러 입자를 포함하는 본 발명에 따른 Cr-비함유 피막의 단면 시험편의 이미지를 나타낸다(상세하게는, 실시예 3 참조).
도 5는 글라스 층 및 인산염 층을 포함하는 2층 절연 피막을 구비하는 표준적인 종래 기술의 방향성 전기 강의 표면 층 구조의 개략도(단면도)이다.
본 발명에 따르면, "코어-쉘 필러 입자"는 코어 및 상기 코어를 적어도 부분적으로 둘러싸는 쉘을 포함하는 필러 입자로 정의된다. 본 명세서 전체에 걸쳐서, 용어 "필러 입자"는 본 발명의 그와 같은 "코어-쉘 필러 입자"를 나타낸다.
본 발명에 따르면, 본 발명에 따른 절연 피막 내에 사용되는 필러 입자는 다양한 입자 크기를 가질 수 있으나, 일반적으로는 대략 10nm 내지 1000nm의 평균 직경을 나타낸다.
필러 입자의 입자 크기는, 예를 들면 전자 현미경으로 결정될 수 있다. 불규칙한 형태의 입자의 경우에는, 등가 직경(equivalent diameter)(즉, 동일한 면적 또는 부피를 갖는 구의 직경)이 결정된다. 실제 실험에 의하면, 본 발명에 따라 사용된 입자 크기가 평균 직경으로 대략 10nm 내지 600nm, 특히 100nm 내지 400nm일 때에, 우수한 결과가 달성될 수 있는 것으로 밝혀졌다. 입자의 평균 직경이 200nm 내지 300nm이면, 특히 바람직한 결과가 달성되었다.
본 발명의 한 실시 형태에 있어서, 본 발명에 따라 사용된 필러 입자의 코어는 입자에 강성(stiffness)을 부여하는 재료로 이루어지고, 쉘을 구성하는 재료는 절연 피막의 다른 구성물과의 반응을 중재함으로써 절연 피막 내의 코어-쉘 필러 입자의 분산성을 향상시킨다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 필러 입자의 코어를 형성하는 재료는 고영률 재료이다. 특히, 본 발명에 따른 고영률 재료는 적어도 200GPa의 영률을 특징으로 한다. 영률이 적어도 250GPa에 이르면, 필러 입자의 최적 효과가 예상될 수 있다. 고영률 필러 재료는, 코팅된 GO 전기 강 금속의 적절한 절단을 가능하게 하여야 한다. 따라서, 영률은 650GPa를 초과하지 않아야 한다. 필러 입자의 영률이 250GPa 내지 650GPa일 경우에, 필러 입자의 존재의 최적 효과가 얻어질 수 있다.
영률은 탄성 재료의 강성을 나타내는 주지의 척도이다. 이러한 파라미터를 결정하는 방법은 당업자에게 공지되어 있다. 본 명세서에 언급된 영률 값은 "머티리얼즈 사이언스 앤드 엔지니어링 핸드북(Materials Science and Engineering Handbook)"[3판 - CRC Press LLC, 2001 (표 223. 세라믹의 영률 - p788)]으로부터 참조될 수 있다.
본 발명에 따라 채용되는 필러 입자의 코어를 형성하기 위하여, 다양한 고영률 재료가 이용될 수 있다. 당업자라면, 이하의 실시예에 추가로 기재된 테스트 절차(test protocol)에서 그로부터 인용된 입자를 채용함으로써, 본 발명의 목적을 위한 소정의 고영률 재료의 적합성을 용이하게 테스트할 수 있다.
본 발명에 따른 코어를 위한 특히 적합한 재료인 것으로 입증된 고영률 재료는 천이 금속 산화물(transition metal oxide) 및 금속 산화물이다. 따라서, 필러 입자의 코어는 적어도 하나의 천이 금속 산화물 및/또는 금속 산화물을 포함할 수 있다. 특히 실용적인 실시 형태에 있어서, 코어는 이러한 산화물로 이루어진다. 실제 실험에 의하면, 상기 천이 금속 산화물 및/또는 금속 산화물이 알루미늄, 티타늄 및/또는 지르코늄 산화물, 특히 Al2O3, TiO2 및/또는 ZrO2일 때에, 극히 바람직한 결과가 달성되는 것으로 밝혀졌다.
쉘의 조성물과 관련하여, 다양한 재료가 사용될 수 있다. 쉘을 위한 재료는 조성물 내에 존재하는 다른 구성물, 특히 인산염 및 실리카 구성물과의 소정 유형의 반응 또는 "결합(bonding)"을 중재하다는 점이 중요하다. 절연 피막의 모재가 금속 인산염 및 콜로이달 실리카를 기반으로 하는 경우에, 쉘을 형성하는 재료는 금속 인산염 및 콜로이달 실리카와의 반응을 중재하여야 한다. 반응은 비-공유 또는 공유 결합성(covalent nature)일 수 있다.
다른 실시 형태에 따르면, 쉘을 위한 재료는 알루미늄 화합물, 실리카질 화합물(siliceous compound) 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 쉘이 상기 혼합물로 이루어지면, 최상의 결과가 얻어진다. 쉘이 알루미늄 산화물, 알루미늄 수산화물 및/또는 실리카, 특히 Al2O3 및/또는 SiO2를 포함하거나 이들로 이루어진 경우에, 특히 양호한 결과가 달성되었다.
예를 들어 TiO2 및/또는 ZrO2로 구성되지만 전술한 바와 같은 쉘을 구비하지 않는 고영률 입자를 테스트한 결과에 의하면, 본 발명의 효과를 달성하기 위해서는 쉘이 중요하다는 점이 밝혀졌다. 전기 강을 위한 절연 피막 내에 그와 같은 "쉘이 없는(naked)" 입자의 사용은 마무리 층의 불만족스러운 물성을 초래하였는데, 특히 절연 피막의 실리카/인산염 구성물과 ZrO2 또는 TiO2의 결합이 약하였으며, 공극이 충분히 충전되지 않았고, 피막의 부여 장력은 충분히 높지 않았다. 이는 본 발명의 교시에 있어서의 입자의 코어-쉘 구조의 중요성을 강조한다.
쉘 및 코어를 위한 재료는, 물론, 동일하지 않아야 한다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 쉘과 코어 모두가 Al2O3를 포함하면, 동일한 정도로 포함하지 않을 수 있다. 특별한 실시 형태에 따르면, 쉘과 코어 모두가 Al2O3를 포함하면, 쉘은 코어보다 높은 중량 분율의 Al2O3를 포함하여야 한다. 또 다른 실시 형태에 따르면, 쉘이 Al2O3를 포함하거나 주로 Al2O3로 이루어진 경우에, 코어는 Al2O3를 함유하지 않을 수 있다.
코어 및 쉘을 위한 다양한 재료에 대한 테스트에 의하면, 코어와 쉘 재료의 다음과 같은 조합에 의하여 우수한 결과가 달성되었다: 주로 TiO2 및/또는 ZrO2로 이루어진 코어 및 주로 Al2O3 및/또는 SiO2로 이루어진 쉘.
본 명세서 전체에 걸쳐서, "주로 이루어진"이라는 표현은 해당 재료의 75wt-%를 초과, 특히 85wt-% 또는 95wt-%를 초과하는 양으로 이루어진다는 것을 의미한다.
그와 같은 코어-쉘 필러 입자는 용제형 및 수성 페인트와 바니시 제조 시에 사용되는 백색 안료(white pigment)로서 상용화되어 있다. 본 발명에 따른 절연 피막 내에 사용될 수 있는 상용 코어-쉘 필러 입자는, 예를 들면 헌츠만 피그먼트(Huntsman Pigments)의 TIOXIDE® R-HD2 또는 크리미아 타이탄(Crimea TITAN)의 티타늄 다이옥사이드 피그멘탈 크리미아(Titanium dioxide pigmental Crimea) TiOx-230이다.
적합한 코어 쉘 입자는 페인트 또는 바니시를 위한 백색 안료인 것으로 이미 설명되었지만, 본 발명은 방향성 전기 강을 위한 절연 피막의 구성물로서 그와 같은 필러 입자의 사용을 최초로 교시한다. 경이롭게도, 필러 입자의 그와 같은 사용은, 절연 특성을 개선시키고, 절연 재료에 의하여 금속 기재 재료에 부여되는 인장 응력을 증가시키며, 중요하게는, 종래 기술의 절연 피막 내의 크롬-화합물의 필요성을 제거한다. 종래 기술의 백색 안료 코어-쉘 필러 입자는 페인트 및 바니시의 제조를 위해 사용되는 통상의 용제 내에서 향상된 안료 분산성과 관련하여 주로 고려되어 왔기 때문에, 위와 같은 결과는 경이로운 것이다.
실제 실험에 의하면, 본 발명의 효과가 달성되기 위해서는, 필러 입자의 쉘이 전체 필러 입자의 크기에 비하여 비교적 얇더라도 충분한 것으로 밝혀졌다. 따라서, 코어-쉘 필러 입자는 주로 코어 재료로 이루어지고, 코어 재료는 얇은 층의 쉘 재료로 코팅된다. 대부분의 용도에 있어서, 쉘의 평균 두께는 2nm 내지 20nm의 범위일 수 있다. 입자의 두께가 3nm 내지 10nm의 범위이면, 최상의 결과가 예상될 수 있다.
필러 입자의 코어 재료는 필러 입자의 전체 중량의 80.0wt-% 내지 99.9wt-%, 특히 90.0wt-% 내지 99.5wt-%, 예를 들면 95.0wt-% 내지 99.0wt-%를 차지할 수 있다. 따라서, 필러 입자의 쉘은 필러 입자의 전체 중량의 0.1wt-% 내지 20.0wt-%, 특히 0.5wt-% 내지 10.0wt-%, 예를 들면 1.0wt-% 내지 5.0wt-%를 차지할 수 있다.
실제로는, 필러 입자는 일반적으로 완벽하게 연속적인 외측 쉘을 구비하는 완전 구형 코어로 형성되지는 않는다. 오히려, 그와 같은 입자의 일반적 제조 방법으로 인하여, 전형적으로 필러 입자는, 예를 들면 코어/쉘 또는 코어/피복체(core/sheath) 입자, 코어를 불완전하게 포위하는 쉘 형태를 갖는 코어/쉘 입자, 다수의 코어를 구비하는 코어/쉘 입자 및 상호 관통 네트워크 입자(interpenetrating network particle)와 같은 2개 이상의 다양한 기하학적 구조 또는 형상으로 구성된다. 이러한 모든 경우에 있어서, 입자의 표면적의 대부분은 적어도 하나의 외측 구조체(outer phase)(본 명세서에서 "쉘"이라고 지칭)에 의해 점유되고, 입자의 내부는 적어도 하나의 내측 구조체(inner phase)(본 명세서에서 "코어"라고 지칭)에 의해 점유된다. 본 발명에 따른 용도에 적합한 필러 입자를 제조함에 있어서 경제적으로 채산성이 있는 방법은, 코어용 재료를 적절한 크기의 입자로 분쇄(milling)하고 이를 쉘용 재료로 코팅하는 것이며, 쉘용 재료는 분말 또는 슬러리(slurry)의 형태로 도포될 수 있다.
본 발명에 따라 구성된 절연 층 내에, 필러 입자의 농도는, 조성물의 전체 중량에 기초하여, 0.1wt-% 내지 50.0wt-%, 특히 1wt-% 내지 40.0wt-%, 예를 들면 10wt-% 내지 30.0wt-%의 범위일 수 있다.
이러한 농도 범위의 필러 입자를 함유하는 Cr-비함유 절연 층이 방향성 전기 강에 도포되면, 장력 및 자기적 성질의 관점에서, Cr-화합물이 존재하는 종래 기술의 인산염 기반의 피막과 적어도 동일한 피막 성능을 나타낸다.
종래 기술로부터 공지된 방향성 전기 강에 절연 피막을 형성하기 위한 조성물과 마찬가지로, 본 발명에 따라 전기 강 스트립 판상 제품에 피막을 형성하기 위하여 도포되는 조성물은 바람직하게는 액상이다. 그러나, 용도에 따라서는, 페이스트(paste)와 같은 기타 형태도 가능하다. 예를 들어, 조성물은 수용성일 수 있다. 다른 실시 형태에 있어서, 인산염은 조성물 내에 존재하는 물에 용해되는데, 다시 말하자면 용액을 형성한다. 조성물 내에 존재하는 다른 수용성 구성물에 대해서도 마찬가지일 수 있다. 본 발명의 필러 입자는 바람직하게는 액상 조성물 내에 분산된다. 수성 조성물(water-based composition)이 바람직하지만, 원론적으로 다른 용제, 특히 물과 비교하여 유사한 극성(polarity) 및 친수성(hydrophilicity)을 나타내는 용제도 가능하다. 그러나, 실제로는 수성 조성물이 특히 유용하고 비용-절약적인 것으로 입증되었으며, 따라서 바람직하다.
본 발명의 절연 피막은 종래 기술에 대하여 위에 기재된 인산염-유형의 피막이다. 따라서, 바람직한 실시 형태에 따르면, 피막은 적어도 하나의 금속 인산염, 특히 알루미늄 인산염, 니켈 인산염 및 마그네슘 인산염으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 금속 인산염 또는 이들의 혼합물을 포함한다.
원론적으로, 본 발명에 따른 판상 제품 상에 제공된 절연 층은 종래 기술의 인산염계 조성물에 대하여 공지된 바와 같은 양의 인산염을 함유할 수 있다. 그와 같이, 절연 층 내의 인산염, 특히 금속 인산염의 농도는, 절연 층의 조성물의 전체 중량에 기초하여, 0.1wt-% 내지 50.0wt-%, 특히 1.0wt-% 내지 45.0wt-%, 예를 들면 10.0wt-% 내지 40.0wt-%의 범위일 수 있다. 55wt-%를 초과하는 인산염 또는 금속 인산염의 함량은, 피막 온전성(coating integrity)이 저하된 경화 피막(cured coating)을 초래한다. 20wt-% 미만의 인산염 또는 금속 인산염의 함량은, 다공성이고 방향성 전기 강 제품에 충분한 장력을 제공하지 않는 피막을 초래한다. 피막 온전성과 장력 사이의 양호한 균형을 위하여, 조성물의 전체 중량에 기초하여, 25wt-% 내지 50wt-%, 특히 30wt-% 내지 45wt-% 인산염 또는 금속 인산염을 포함하는 조성물이 바람직하다.
본 발명에 따른 전기 강 판상 제품 상에 제공된 절연 층에는, 실리카, 특히 콜로이달 실리카가 존재하는 것이 바람직하다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 절연 층 내의 실리카 및/또는 콜로이달 실리카의 농도는, 조성물의 전체 중량에 기초하여, 20wt-% 내지 65wt-%, 바람직하게는 25wt-% 내지 50wt-%이며, 30wt-% 내지 40wt-%이면 특히 바람직하다. 65wt-%를 초과하는 실리카 함량은, 처리가 곤란한 점성 피막 혼합물을 초래하며, 20wt-% 미만의 실리카 함량은 충전 밀도(packing density)를 감소시켜, 방향성 전기 강에 제공될 수 있는 피막 장력의 양을 제한한다.
본 발명의 특히 바람직한 실시 형태에 따르면, 본 발명의 조성물의 (- 물 또는 용제 이외의 -) 주요 성분은 인산염 및 실리카이다. 이러한 점에서, 조성물은 주로 물, 인산염 및 실리카로 이루어질 수 있고, 필러 입자의 농도는 위에 기재되어 있는 바와 같다.
실제 실험에 의하면, 조성물이 콜로이달 안정제 및/또는 산세 억제제를 함유하면 바람직할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 이러한 첨가제는 국제 공개 특허 공보 제WO 2009/101129 A2호에 상세히 기재되어 있다. 그와 동일한 첨가제는 본 발명의 조성물 및 피막에도 적합하다.
따라서, 특히 적합한 콜로이드 안정제에 관한 국제 공개 특허 공보 제WO 2009/101129 A2호의 8 페이지의 2번째 문단부터 11 페이지의 3번째 문단까지의 설명이 참조되어 여기에 구체적으로 원용된다. 마찬가지로, 특히 적합한 산세 억제제에 관한 국제 공개 특허 공보 제WO 2009/101129 A2호의 12 페이지의 2번째 문단부터 15 페이지의 2번째 문단까지의 설명도 참조되어 구체적으로 원용된다.
인산 에스테르, 특히 모노에틸-인산염 및/또는 디에틸-인산염은 본 발명에 따른 바람직한 콜로이드 안정제이다. 바람직하게는, 산세 억제제는 디에틸-티오우레아와 같은 티오우레아-유도체(thiourea-derivative), prop-2-in-1-ole 또는 butin-1,4-diol과 같은 C2-10-알키놀(alkinol), 트리아진(triazin)-유도체, 티오글리콜산(thioglycolic acid), C1-4-알킬아민(alkylamine), 헥사메틸렌테트라민(hexamethylentetramine), 히드록실(hydroxyl)-C2-8-티오탄산(thiocarbonic acid) 및 지방 알코올 폴리글리콜 에테르(fatty alcohol polyglycol ether) 또는 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.
방향성 전기 강 상에 절연 피막을 형성하기 위한 본 발명의 조성물에 대하여, 특히 절연 층의 조성물, 시작 재료 및 물성과 관련하여, 바람직한 실시 형태가 위에 상세히 기재되어 있다. 물론, 이러한 실시 형태는 코팅된 방향성 전기 강을 제조하기 위한 방법에서 본 발명의 조성물을 이용함으로써 얻을 수 있는 본 발명의 절연 피막에 동일하게 적용된다. 조성물에 대하여 위에 기재되어 있는 구성들 중 하나 또는 조합을 선택적으로 특징으로 하는 절연 피막도 본 발명의 일부를 형성한다.
본 발명에 이르게 되기까지의 연구에 의하면, 고영률 입자를 구비하지 않는 Cr-비함유 절연 피막 또는 비-코어/쉘 고영률 입자, 예를 들면 쉘이 없는 단순한 TiO2 입자를 구비하는 Cr-비함유 절연 피막의 사용과 비교하여, 본 발명의 절연 피막은 피막 내에 Cr의 존재 유무와는 상관없이 개선된 유효 영률을 특징으로 하는 것이 입증되었다.
당업자라면, 절연 피막의 두께는, 코팅된 방향성 전기 강 제품의 의도된 용도와, 절연, 저항 및 자왜 수준과 관련하여 재료가 충족하여야 할 요건에 의존한다는 점을 이해할 것이다. 실제로는, 본 발명의 절연 피막이 0.5μm 내지 10μm 범위의 두께를 가졌을 때에, 만족스러운 결과가 이미 달성될 수 있었다. 1.0μm 내지 5.0μm, 특히 2.0μm 내지 4.0μm 범위의 두께가 본 발명에 따른 절연 피막에 바람직하다.
소정 피막에 의하여 인가된 장력은 대체로 피막의 두께에 비례한다. 따라서, 두께가 0.5μm 미만이면, 피막에 의하여 인가된 장력은 목적에 따라서는 충분하지 않을 수도 있다. 대조적으로, 피막의 두께가 10.0μm를 초과하면, 적층 인자(stacking factor)가 때로는 필요 이상으로 감소한다. 당업자는, 예를 들면 절연 피막을 위해 사용되는 조성물의 농도, 도포 양 또는 도포 조건(예를 들면, 롤 코터(roll coater)의 가압 조건)을 조정함으로써, 절연 피막의 두께를 소망 목표 값으로 조정하는 방법을 알고 있다.
본 발명의 바람직한 실시 형태에 있어서는, 절연 피막으로 코팅된 방향성 강 제품이 대기압에서 850oC까지 열적으로 안정되도록, 그에 따라 연속 소둔로 내에서 피복 스트립의 열적 평탄화(thermal flattening) 중에 채용된 처리 조건에 피막이 견딜 수 있도록, 절연 피막의 두께가 선택된다.
위에 기재되고 아래의 실시예에 의하여 설명되는 바와 같이, 코어-쉘 필러 입자의 본 발명에 따른 용도는, Cr-비함유 조성물 및 그 결과로서의 Cr-비함유 절연 피막을 가능하게 한다. 물론, 본 발명의 조성물 및 절연 피막은 크롬을 함유할 수도 있다. 그러나, 바람직하게는, 본 발명에 따른 조성물 및 절연 피막은 본질적으로 Cr을 함유하지는 않는다. 특히, 조성물 및 그에 따른 절연 피막 내의 크롬의 농도는, 전체 조성물 또는 절연 피막의 중량에 기초하여, 0.2wt-% 미만, 바람직하게는 0.1wt-% 미만, 가장 바람직하게는 0.01wt-% 미만일 수 있다.
본 발명은 절연 층을 구비하는 방향성 전기 강을 제조하기 위한 방법을 또한 제공하며, 그 공정은, 위에 상세히 기재된 바와 같은 조성물의 층을 전기 강의 표면에 도포하는 단계와, 이를 베이킹하여 절연 층을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 조성물은, 표면에 글라스 필름이 형성되었는지의 여부와는 관계없이, 전기 강의 표면에 도포될 수 있다. 그러나, 바람직하게는, 본 발명의 조성물을 도포하기 전에, 종래 기술에 기재된 바와 같은 마그네슘 산화물의 존재 하에, 고온 소둔에 의하여 포르스테라이트와 같은 마그네슘 규산염으로 이루어진 글라스 필름이 생성된다.
본 발명의 조성물은, 종래 기술의 인산염계 처리 용액을 필요로 하는 피복 방향성 전기 강의 제조로부터 공지된 방법에 의하여 전기 강의 표면에 도포될 수 있다. 본 발명의 조성물은, 피막 물성의 개선을 위한 밀도 조정을 위하여 물 등의 첨가에 의하여 희석될 수 있다. 조성물의 도포를 위하여, 롤 코터와 같은 공지 수단이 이용될 수 있다. 바람직한 실시 형태에 따르면, 본 발명의 조성물은 코팅 롤(coating roll)에 의해 도포된다.
절연 피막을 형성하기 위한 열-경화(heat-curing)는 전형적으로 800oC 내지 950oC 범위의 온도에서의 베이킹에 의하여 실시된다. 실제 실험에 의하면, 이 온도 범위 내에서의 베이킹은, 얻어진 피막에 의해 인가되는 장력을 최적화하는 것으로 입증되었다.
당업자에게 공지된 방법에 있어서 방향성 전기 강 제품을 생산하기 위하여 본 발명의 조성물을 사용함으로써, 위에 기재된 바와 같은 절연 피막의 층을 포함하는 본 발명의 방향성 전기 강 제품을 얻는 것이 가능하다.
여기에서 사용된 "방향성 전기 강 제품"은 방향성 전기 강으로 제조된 모든 제품일 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시 형태에 따르면, 방향성 전기 강 제품은 시트 또는 스트립, 특히 적층형 권취 또는 천공 시트일 수 있다. 전기 변압기의 코어 재료로서의 용도로 의도될 경우에, 본 발명에 따른 방향성 전기 강 제품은 바람직하게는 두께가 0.15mm와 0.50mm 사이인 스트립 형태이다.
본 발명의 방향성 전기 강 제품의 강자성 코어 재료 상의 장력의 추가 증가는, 본 발명에 따른 절연 피막과 전기 강 사이에 글라스 필름을 부착시킴으로써 달성될 수 있다. 여기에 사용된 "글라스 필름"은, 바람직하게는 주로 마그네슘 규산염 및 선택적인 매립 황화물(embedded sulfide)을 함유하는 세라믹과 같은 층을 의미한다. 글라스 필름은, 바람직하게는 종래 기술에 기재된 바와 같은 통상의 방식으로, 즉 조대-결정립 소둔(coarse-grain annealing) 중에, 전기 강 표면에 마그네슘 산화물과 철-실리콘 산화물에 의해 형성된다.
본 발명의 절연 피막 및 선택적으로 존재하는 글라스 필름은 본 발명의 방향성 전기 강 제품의 상부 및/또는 하부에 부착될 수 있다. 바람직하게는, 본 발명의 절연 피막 및 글라스 필름 층은 본 발명의 방향성 전기 강 제품의 상부과 하부에 존재한다.
여기에 기재된 본 발명의 방향성 전기 강 제품은 여러 적용 분야에 적합하다. 특히, 전기 변압기 내의 개선된 코어 재료로서 유용하다. 본 발명의 방향성 전기 강의 적용 분야는, 전력 변압기, 배전 변압기, 소형 변압기, 전류 변압기, 분로 리액터(shunt reactor), 권취 코어 및 발전기(power generator) 내에서의 사용을 포함한다. 따라서, 본 발명의 교시 범위는, 본 발명에 따른 방향성 전기 강 제품을 포함하는 그와 같은 장치를 또한 포함한다.
요약하면, 본 발명은 이하의 조합된 장점을 나타내는 절연 피막, 조성물, 방향성 전기 강 제품 및 이를 포함하는 장치를 제공한다.
1. 방향성 전기 강의 절연 피막에 사용되는 조성물 내에 Cr-화합물의 필요성이 제거된다. 이는 작업 안전 및 환경 규제의 관점에서 중요한 장점이다.
2. 강자성 기재 재료로의 절연 피막의 인가 인장 응력이 향상된다. 이는 본 발명의 방향성 전기 강 제품으로 제조된 변압기의 코어 손실 및 소음을 감소시키는 중요한 인자이다.
3. 자왜 및 부착성(adhesion)이 개선된다. 이는 소음 방출 한계에 관하여 장래에 예상될 수 있는 규제를 준수하도록 변압기의 소음 수준을 감소시킨다는 점에서 중요한 장점이다.
또한, 본 발명의 방법으로 코팅된 방향성 전기 강 시트는, 현재의 산업적 실시에 따라 방향성 전기 강 시트가 충족해야 하는 기본적인 물리적 및 화학적 요건에 적합한 것으로 입증되었다.
<실시예>
이하에서, 본 발명의 개시 내용을 제한하기 위한 것이 아닌 실시예를 참조하여, 본 발명에 의하여 달성되는 장점뿐만 아니라 소정의 예시적 실시 형태에 관하여 더욱 상세하게 구체적으로 설명하기로 한다.
<실시예 1>
본 발명의 절연 피막을 위한 일련의 수성 조성물이 이하의 표 1에 기재된 조성으로 준비되었다. 비교 목적으로, 일련의 조성물은 본 발명의 일부를 형성하지 않는 한 세트의 기준 용액을 또한 포함하였다. 달리 기재되어 있지 않다면, 표 1의 1행 내지 21행에 대하여, 모든 백분율은 wt-%로 주어지며, wt-% 값은 슬러리 조성물의 전체 중량에 기초한다.
<실시예 2>
실시예 1에서 준비된 조성물의 주요 물리화학적 물성이 평가되었다. 특히, 침강 거동(sedimentation behavior), 점도 및 겔화(gelification) 속도가 조사되었다. 그 결과는 이하의 표 2에 요약되어 있다.
시간의 함수로서의 침강 거동은 도 2에 도시된 방법에 따라 결정되었다. 이러한 목적으로, 조성물은 상온에서 6시간 동안 정치되었다(incubated). 상 분리(phase separation)가 관찰될 수 있는 경우에, 2개의 상의 체적이 측정되었다. 6시간 후의 침강은, 침강된 상의 체적에 대한 전체 체적의 백분율로 주어져 있다(도 2 참조, 100*Vo/Vx).
점도는 각각의 용액의 준비 후에 바로 측정되었다. 측정은 브룩필드(Brookfield) DV-II+ 점도계(스핀들: LVI, 드라이브: 50 rpm, T = 50oC)를 이용하여 실시되었다.
표 2에서의 변수 "겔화까지의 시간"은 용액이 겔화할 때까지 필요한 시간이다. 겔화의 시점(time point)은 50oC에서 점도의 급격한 증가를 수반하며, 이는 그 측정을 가능하게 한다. 특정 조성물의 겔화까지의 시간이 길수록, 용액은 공업적 관점에서 더욱 매력적이다.
표 2의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 코어 쉘 입자를 포함하는 조성물의 침강 거동은, 비-코어-쉘 입자 또는 유기질 쉘(organic shell)을 구비하는 코어 쉘 입자를 포함하는 비교예보다 우수하다.
또한, 본 발명에 따른 처리 용액 내의 코어 쉘 입자의 존재에 의하여 점도 및 겔화까지의 시간도 바람직한 영향을 받는다.
<실시예 3>
두께 0.30mm의 방향성 전기 강 샘플이 박스 소둔(box annealing) 후의 상태(즉, 종래 기술에 따른 포르스테라이트 피막 구비)에서 표 1에 기재된 처리 용액 1 내지 21로 코팅되었다. 코팅은 코터의 롤에 의하여 실시되었다. 베이킹 후의 피막 두께는 SEM FEG 현미경 또는 자기 유도 장치(예를 들면, 피셔 도막 두께 측정기(Fischer Permascope))로 측정되었으며, 2.25μm인 것으로 결정되었다. 베이킹 온도는 800oC 내지 950oC 범위 내에서 변경되었다.
본 발명에 따른 조성물에 코어-쉘 필러 입자를 추가하면, 형성 피막 층의 영률, 이른바 유효 영률(Effective Young's Modulus)의 향상이 수반되는 것으로 밝혀졌다. 영률은 오베르스트 빔 방법(Oberst beam method)에 의해 결정되었다.
이러한 효과는 이하의 공식에 따른 하쉰-쉬트리크만 모델(Hashin-Shtrikman model)을 적용함으로써 설명될 수 있다.
c1 필러 입자의 부피 분율
c2 최종 코팅 모재의 부피 분율: c2 = 1 - c1
도 3은 절연 피막 내에 존재하는 필러 입자의 부피 분율이 본 발명에 따른 방향성 전기 강 피막의 유효 영률에 미치는 영향을 설명하는 해당 데이터 도면을 나타낸다.
표 1의 처리 용액으로 코팅된 여러 방향성 전기 강 시트의 인가 장력 및 공극률을 포함하는 주요 물성이 측정되었다. 표 3에는, 베이킹 온도를 850oC로 설정하였을 때에 얻어진 일련의 샘플에 대한 결과가 요약되어 있다. 이 결과는, 다른 베이킹 조건에서 얻어진 시험편으로 실시된 여러 실험에 대한 대표적인 결과이다.
방향성 전기 강 샘플이 한 면에 표 1에 따른 조성물로 코팅되기 전과 후에, 샘플의 곡률이 측정되었다. 이러한 곡률 차이로부터 절연 피막에 의해 인가된 장력이 계산될 수 있었다. 그 결과가 표 3에 기재되어 있다.
또한, 공극률은 주사 전자 현미경(SEM)으로 기록된 단면 이미지의 검사에 의하여 평가되었다. 도 4a 및 도 4b는, 조성물 #3(비교예) 및 (본 발명에 따른) 조성물 #6에 의해 각각 얻어진 피막의 대표적 단면 이미지를 나타낸다.
표 3에 요약된 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 조성물은 Cr-비함유 기준물(Cr-free reference)에 비하여 최종 절연 피막의 인가 장력을 더욱 증가시킨다. 본 발명에 따른 필러 입자가 인가 장력에 미치는 바람직한 효과는, 종래 기술에 따른 Cr-화합물 첨가(샘플 #1)의 효과와 대등하거나 더욱 우수하다.
과학적 이론에 구애될 필요 없이, 이러한 바람직한 효과의 이유는, Cr-비함유 피막에 비하여, 본 발명의 피막의 유효 영률 증가와 조합된 밀도 향상(공극률 감소)인 것으로 판단된다.
본 발명의 절연 피막으로부터 Cr-화합물이 성공적으로 생략될 수 있다는 사실과 함께 본 발명에 따라 준비된 피막 내에서 관찰되는 낮은 수준의 공극률은 본 발명의 교시에 의해 제공되는 주요 장점들 중의 하나이다.
실험은 본 발명에 따른 절연 피막의 인가 장력 및 공극률의 개선의 이유가 무엇인지를 나타내는 것으로 보인다. 미세조직의 관점에서, 본 발명에 따른 피막은 특이하게 형성된 치밀한 복합 재료인 것을 특징으로 하며, 이는, 베이킹 공정 후에 종래 기술의 통상의 Cr-함유 절연 피막과 유사하게 낮은 열 팽창 계수를 유지시키면서, 관찰된 물리적 성질의 향상과 유효 영률의 증가를 일으키는 것으로 보인다.
Claims (15)
- 판상 제품의 적어도 하나의 표면에 도포되어 있는 절연 피막 층을 포함하며, 절연 피막은 인산염과 실리카를 함유하는 모재를 포함하도록 구성된 방향성 전기 강 판상 제품에 있어서,
절연 피막은 필러 입자를 추가로 함유하고,
상기 필러 입자는
- 고영률 재료로 이루어진 코어 및
- 상기 코어를 둘러싸며 필러 입자가 모재에 결합되게 하는 재료로 이루어진 쉘을 포함하는 것을 특징으로 하는 방향성 전기 강 판상 제품. - 청구항 1에 있어서,
절연 피막 층은 0.1wt-% 내지 50.0wt-%의 필러 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 방향성 전기 강 판상 제품. - 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 필러 입자는 평균 직경이 10nm 내지 1000nm인 것을 특징으로 하는 방향성 전기 강 판상 제품. - 선행 청구항들 중 어느 하나에 있어서,
필러 입자의 코어는 적어도 하나의 천이 금속 산화물 및/또는 금속 산화물을 포함하거나 그로 이루어진 것을 특징으로 하는 방향성 전기 강 판상 제품. - 선행 청구항들 중 어느 하나에 있어서,
입자의 코어는 적어도 200GPa의 영률을 갖는 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 방향성 전기 강 판상 제품. - 청구항 5에 있어서,
입자의 코어는 250GPa 내지 650GPa의 영률을 갖는 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 방향성 전기 강 판상 제품. - 선행 청구항들 중 어느 하나에 있어서,
필러 입자의 코어는, 적어도 하나의 천이 금속 산화물 및/또는 금속 산화물을 포함하거나 그로 이루어진 재료에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 방향성 전기 강 판상 제품. - 청구항 6에 있어서,
코어의 재료는 Al2O3, TiO2 및/또는 ZrO2를 포함하거나 그로 이루어진 것을 특징으로 하는 방향성 전기 강 판상 제품. - 선행 청구항들 중 어느 하나에 있어서,
필러 재료의 쉘은 무기 재료에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 방향성 전기 강 판상 제품. - 선행 청구항들 중 어느 하나에 있어서,
필러 입자의 쉘은 알루미늄 산화물, 알루미늄 수산화물 및/또는 실리카를 포함하거나 그로 이루어진 것을 특징으로 하는 방향성 전기 강 판상 제품. - 선행 청구항들 중 어느 하나에 있어서,
필러 입자의 코어 재료는 필러 입자의 80.0wt-% 내지 99.9wt-%를 구성하는 것을 특징으로 하는 방향성 전기 강 판상 제품. - 선행 청구항들 중 어느 하나에 있어서,
절연 층 내의 필러 입자의 농도는 0.1wt-% 내지 50.0wt-%인 것을 특징으로 하는 방향성 전기 강 판상 제품. - 선행 청구항들 중 어느 하나에 있어서,
절연 층의 모재의 인산염 구성물은 적어도 하나의 금속 인산염의 형태인 것을 특징으로 하는 방향성 전기 강 판상 제품. - 선행 청구항들 중 어느 하나에 있어서,
절연 층의 모재의 실리카 구성물은 콜로이달 실리카인 것을 특징으로 하는 방향성 전기 강 판상 제품. - 선행 청구항들 중 어느 하나에 있어서,
절연 층은 크롬 화합물을 함유하지 않는 것을 특징으로 하는 방향성 전기 강 판상 제품.
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