KR20200018267A - 자석 분말 및 자석 분말의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 자석 분말은 희토류 산화물, 원료 물질, 금속, 금속 산화물 및 환원제의 혼합물의 합성으로부터 얻어진 분말 입자이고, 상기 분말 입자는 단일상이며, 상기 원료물질은 Fe 및 Co 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 금속은 Ti, Zr, Mn, Mo, V 및 Si 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 금속 산화물은 MnO2-, MoO3, V2O5, SiO2, ZrO2 및 TiO2 중 적어도 하나를 포함한다.

Description

자석 분말 및 자석 분말의 제조 방법{MAGNETIC POWDER AND MANUFACTURING METHOD OF MAGNETIC POWDER}
본 발명은 자석 분말 및 자석 분말의 제조 방법에 대한 것이다. 보다 구체적으로, ThMn12 구조의 희토류를 포함하는 자석 분말 및 자석 분말의 제조 방법에 대한 것이다.
ThMn12 구조의 SmFe12계 자석은 기존 Nd2Fe14B 구조에 비해 다음과 같이 상온에서 뛰어난 자기적 특성을 갖는다.
Sm(Fe0.8Co0.2)12: μ0Ms=1.78T, μ0Ha=12T
Nd2Fe14B: μ0Ms=1.61T, μ0Ha=7.6T
(μ0: 진공의 투자율, Ms: 자발 자화의 강도, Ha: 자기 이방성의 세기).
또한 자성체가 자성을 잃는 온도인 퀴리 온도(Curie temperature)가 800K 이상으로 열 안정성이 Nd2Fe14B 보다 뛰어나다.
기존의 자석 분말의 제조방법은 금속 분말 야금법에 기초한 스트립(Strip)/몰드 캐스팅(mold casting) 또는 멜트 스피닝(melt spinning)방법이 알려져 있다. 먼저, 스트립(Strip)/몰드캐스팅(mold casting) 방법의 경우, 희토류 금속, 철 등의 금속을 가열을 통해 용융시켜 잉곳을 제조하고, 결정립 입자를 조분쇄하고, 미세화 공정을 통해 마이크로 입자를 제조하는 공정이다. 이를 반복하여, 분말을 수득하고, 자기장 하에서 프레싱(pressing) 및 소결(sintering) 과정을 거쳐 비등방성 소결 자석을 제조하게 된다.
또한, 멜트 스피닝(melt spinning) 방법은 금속 원소들을 용융시킨 후, 빠른 속도로 회전하는 휠(wheel)에 부어서 급냉하고, 제트 밀(jet mill)로 분쇄 후, 고분자로 블렌딩하여 본드 자석으로 형성하거나, 프레싱 하여 자석으로 제조한다.
다만, 스트립 캐스팅(Strip casting) 방법으로 SmFe12계 자석을 제조 시, 단일상을 얻기 힘들뿐만 아니라, 분말입자의 크기가 수 마이크로미터로 제어된 분말을 얻기 힘들며, 제트 밀(jet mill)을 통한 입자 미립화를 위해 수소흡장을 할 경우 상 분리가 일어나 단일상을 유지하기 힘들다.
본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 단일상이며 자석 분말의 입자의 평균 입도가 소정 크기 이하로 제어된 자석 분말 및 그 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 자석 분말은, 희토류 산화물, 원료 물질, 금속, 금속 산화물 및 환원제의 혼합물의 합성으로부터 얻어진 분말 입자이고, 상기 분말 입자는 단일상이며, 상기 원료물질은 Fe 및 Co 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 금속은 Ti, Zr, Mn, Mo, V 및 Si 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 금속 산화물은 MnO2, MoO3, V2O5, SiO2, ZrO2 및 TiO2 중 적어도 하나를 포함한다.
상기 환원제는 Ca, Mg, CaH2, Na 및 Na-K 합금 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 자석 분말은 ThMn12 구조일 수 있다.
상기 희토류 산화물은 산화네오디뮴 또는 산화사마륨을 포함할 수 있다.
상기 혼합물은 Cu, Al, Ga, CuF2, CaF2 및 GaF3 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
상기 자석 분말은 ThMn12 구조이고, 상기 자석 분말의 조성은 R1-xZrx(Fe1-yCoy)12-zTzM{(0≤x≤0.2), (0≤y≤0.2), (0≤z≤1)}이며, 상기 R은 Nd 또는 Sm이고, 상기 M은 Cu, Al 또는 Ga이며, 상기 T는 Mn, Mo, V, Si 또는 Ti일 수 있다.
상기 자석 분말의 조성은 Sm1-xZrx(Fe1-yCoy)12-zTzM{(0≤x≤0.2), (0≤y≤0.2), (0≤z≤1)}이며, 상기 M은 Cu, Al 또는 Ga이고, 상기 T는 Mn, Mo, V, Si 또는 Ti일 수 있다.
상기 자석 분말을 구성하는 입자들의 평균 입도가 10 마이크로미터 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자석 분말의 제조 방법은 희토류 산화물, 원료 물질, 금속, 금속 산화물 및 환원제를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; 및 상기 혼합물을 섭씨 800 내지 1100의 온도에서 가열하여 환원-확산법을 이용해 자석 분말을 합성하는 단계를 포함하고, 상기 원료 물질은 Fe 및 Co 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 금속은 Ti, Zr, Mn, Mo, V 및 Si 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 금속 산화물은 MnO2-, MoO3, V2O5, SiO2, ZrO2 및 TiO2 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 자석 분말은 분말 입자가 단일상이다.
상기 환원제는 Ca, Mg, CaH2, Na 및 Na-K 합금 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 가열은 10분 내지 6시간 동안 이루어질 수 있다.
상기 합성된 자석 분말은 ThMn12 구조일 수 있다.
상기 희토류 산화물은 산화네오디뮴 또는 산화사마륨을 포함할 수 있다.
상기 혼합물은 Cu, Al, Ga, CuF2, CaF2 및 GaF3 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
상기 자석 분말은 ThMn12 구조이고, 상기 자석 분말의 조성은 R1-xZrx(Fe1-yCoy)12-zTzM{(0≤x≤0.2), (0≤y≤0.2), (0≤z≤1)}이며, 상기 R은 Nd 또는 Sm이고, 상기 M은 Cu, Al 또는 Ga이며, 상기 T는 Mn, Mo, V, Si 또는 Ti일 수 있다.
상기 자석 분말의 조성은 Sm1-xZrx(Fe1-yCoy)12-zTzM{(0≤x≤0.2), (0≤y≤0.2), (0≤z≤1)}이며, 상기 M은 Cu, Al 또는 Ga이고, 상기 T는 Mn, Mo, V, Si 또는 Ti일 수 있다.
상기 자석 분말을 구성하는 입자들의 평균 입도가 10 마이크로미터 이하일 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 환원-확산 방법을 통해 2차상이 감소된 단일상을 갖는 자석 분말을 구현하고, 자석 분말을 구성하는 입자의 평균 입도가 10 마이크로미터 이하로 제어가 가능하여, 주상의 포화 자화의 저하 및 영구 자석의 보자력 저하를 방지할 수 있다.
도 1은 실시예 1 내지 실시예 6에서 제조한 자석 분말의 XRD 패턴이다.
도 2는 실시예 7에서 제조한 자석 분말의 XRD 패턴이다.
도 3은 비교에 1 내지 비교예 3에서 제조한 자석 분말의 XRD 패턴이다.
도 4 및 도 5는 실시예 1에서 제조한 자석 분말의 주사 전자 현미경 이미지이다.
도 6 및 도 7은 실시예 2에서 제조한 자석 분말의 주사 전자 현미경 이미지이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이제 본 발명의 일 실시예에 따른 자석 분말에 대하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자석 분말은 희토류 산화물, 원료 물질, 금속, 금속 산화물 및 환원제의 혼합물의 합성으로부터 얻어진 분말 입자이고, 상기 분말 입자는 단일상이며, 상기 원료물질은 Fe 및 Co 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 금속은 Ti, Zr, Mn, Mo, V 및 Si 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 금속 산화물은 MnO2-, MoO3, V2O5, SiO2, ZrO2 및 TiO2 중 적어도 하나를 포함한다.
상기 환원제는 Ca, Mg, CaH2, Na 및 Na-K 합금 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 특히 CaH2가 바람직하다. 상기 희토류 산화물은 산화네오디뮴 또는 산화사마륨을 포함할 수 있다.
상기 자석 분말은 ThMn12 구조일 수 있다. ThMn12 구조의 자석은 Nd2Fe14B 구조에 비해 상온에서 뛰어난 자기적 특성을 갖으며, 퀴리 온도(Curie temperature)가 800K 이상으로 열 안정성이 Nd2Fe14B 보다 뛰어나다.
상기 혼합물은 Cu, Al, Ga, CuF2, CaF2 및 GaF3 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 이 경우 ThMn12 구조의 자석 분말은 조성이 R1-xZrx(Fe1-yCoy)12-zTzM{(0≤x≤0.2), (0≤y≤0.2), (0≤z≤1)}이며, R은 Nd 또는 Sm이고, M은 Cu, Al 또는 Ga이며, T는 Mn, Mo, V, Si 또는 Ti일 수 있다. 더욱 구체적으로, 자석 분말의 조성은 Sm1-xZrx(Fe1-yCoy)12-zTzM{(0≤x≤0.2), (0≤y≤0.2), (0≤z≤1)}이며, M은 Cu, Al 또는 Ga이고, T는 Mn, Mo, V, Si 또는 Ti일 수 있다. 상기 조성은 Co가 없는 조건에서도 단일상의 자석 분말이 가능하며, Co는 자석 분말의 포화 자화 증가를 위해 첨가한다.
Ti, Zr, Mn, Mo, V 및 Si 중 적어도 하나를 포함하는 금속 및 MnO2, MoO3, V2O5, SiO2, ZrO2 및 TiO2 중 적어도 하나를 포함하는 금속 산화물은 상의 안정성 확보를 위해 첨가되는 것이다.
ThMn12 구조는 2a, 8i, 8j 및 8f으로 구성된 4개의 결정 자리가 있다. 희토류 금속 원자는 2a 자리에 위치하며, Fe 원소는 8i, 8j 및 8f 자리에 위치한다. 8i, 8j 및 8f 자리에 위치한 Fe 원자 사이의 거리는 Fe 원자의 반지름과 비슷하거나 그 이상이다. Ti, Mn, Mo, V 및 Si 원소가 Fe 원자를 치환하여 8i, 8j 및 8f 자리에 위치하게 되면, Ti, Mn, Mo, V 및 Si 원자는 Fe 원자 사이의 거리보다 크고, 그 치환으로 인해 ThMn12 구조의 응집 에너지가 감소하기 때문에 상이 안정화 된다. 이러한 원리는 상기 금속의 산화물인 TiO2, MnO2, MoO3, V2O5 및 SiO2을 첨가하는 경우에도 동일하게 적용된다.
반면, Zr의 경우 희토류 금속 원자를 치환하여 ThMn12 구조의 2a 자리에 위치할 수 있다. Zr 원자는 Nd 나 Sm 같은 희토류 금속 원자보다 상대적으로 작은 크기를 갖기 때문에, 결정 격자의 수축을 발생시키고, 치환으로 인해 Fe가 위치한 8i 자리의 하위 구조를 더욱 작게 만들어 상이 안정화된다. 이러한 원리는 Zr의 산화물인 ZrO2를 첨가하는 경우에도 동일하게 적용된다.
ThMn12형 결정상은 정방정계의 결정 구조를 갖는다. ThMn12 구조의 자석 분말은 상의 안정성이 떨어져 부산물로 Fe를 많이 포함하기 때문에, Fe 원소 농도가 높아 Alpha Fe 상 등이 석출되기 쉬어 단일상의 자석 분말을 얻기 힘들다. 하지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 자석 분말은 Alpha Fe, FeTi 또는 Fe2Ti 등의 2차상의 함량이 감소된 단일상의 ThMn12 구조의 자석 분말이므로, Alpha Fe 등의 석출로 인한 주상 중의 Fe 농도 감소를 방지할 수 있어, 주상의 포화 자화의 저하 및 영구 자석의 보자력의 저하를 방지할 수 있다.
ThMn12 구조의 자석 분말은 상의 안정성이 떨어져 제트 밀(jet mill)을 통한 분쇄 공정을 위해 수소 흡장을 할 경우 자석 분말을 구성하는 입자의 입도를 10 마이크로미터 이하로 제어하기 힘들다. 반면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자석 분말은 환원-확산법을 통해 자석 분말을 구성하는 입자의 평균 입도가 10 마이크로미터 이하로 제어된 ThMn12 구조의 자석 분말일 수 있다. 자석 분말을 소결하여 소결 자석을 얻는 과정의 경우, 섭씨 1000 내지 1250도의 온도 범위에서 소결을 진행할 때 반드시 결정립 성장을 동반하게 되는데, 이러한 결정립의 성장은 보자력을 감소시키는 요인으로 작용한다. 소결 자석의 결정립의 크기는 초기 자석 분말의 크기와 직결되기 때문에, 본 발명의 일 실시예에 따른 자석 분말과 같이, 자석 분말의 평균 입도를 10 마이크로미터 이하로 제어한다면, 보자력이 향상된 소결 자석을 제조할 수 있다.
그러면 이하에서 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자석 분말의 제조 방법에 대하여 상세하게 설명한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 자석 분말의 제조 방법은, 희토류 자석 분말의 제조방법일 수 있다. 더욱 구체적으로, ThMn12 구조의 자석 분말의 제조 방법일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자석 분말의 제조 방법은 희토류 산화물, 원료 물질, 금속, 금속 산화물 및 환원제를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; 및 상기 혼합물을 섭씨 800 내지 1100의 온도에서 가열하여 환원-확산법을 이용해 자석 분말을 합성하는 단계를 포함하고, 상기 원료 물질은 Fe 및 Co 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 금속은 Ti, Zr, Mn, Mo, V 및 Si 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 금속 산화물은 MnO2-, MoO3, V2O5, SiO2, ZrO2 및 TiO2 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 자석 분말은 분말 입자가 단일상이다.
상기 환원제는 Ca, Mg, CaH2, Na 및 Na-K 합금 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 특히 CaH2가 바람직하다. 상기 희토류 산화물은 산화네오디뮴 또는 산화사마륨을 포함할 수 있다.
상기 가열은 불활성 분위기에서 섭씨 800 내지 1100의 온도로 튜브 전기로 안에서 10분 내지 6시간 동안 수행될 수 있다. 섭씨 800 내지 1100의 온도에서의 혼합물 간에 환원 및 확산에 의해 별도의 조분쇄, 수소파쇄, 제트밀과 같은 분쇄 공정이나 표면 처리 공정 없이 희토류 자석 분말을 합성할 수 있다. 가열 시간이 10분 이하인 경우 금속 분말이 충분히 합성되지 못하며, 가열 시간이 6시간 이상인 경우 금속 분말의 크기가 조대해지고 1차 입자들끼리 뭉치는 문제점이 있을 수 있다.
상기 금속 및 금속 산화물은 상의 안정성을 확보하기 위해 첨가되는 것이다. 상기 혼합물은 Cu, Al, Ga, CuF2, CaF2 및 GaF3 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
상기 혼합물을 반응시키는 단계 이후 환원 부산물 제거를 위한 세정 단계가 더 포함될 수 있다. 상기 가열을 통해 합성된 분말에 NH4NO3를 균일하게 섞어준 뒤 메탄올에 담가 균질기(Homogenizer)를 통한 균질화를 1회 또는 2회 반복 진행한다. 이후, 에탄올 또는 메탄올에 NH4NO3을 녹여 상기 합성된 분말 및 ZrO2 ball과 함께 터뷸러 믹서(Turbula mixer)에서 분쇄를 동반한 세정을 진행한다. 마지막으로, 상기 분말을 아세톤으로 헹군 후 진공 건조를 하여 세정 단계를 마무리한다. 상기 세정 단계는 공기와의 접촉을 최소화하기 위해 N2 분위기에서 실행될 수 있다.
이렇게 제조되는 희토류 자석 분말은 ThMn12 구조의 자석 분말일 수 있다. 자석 분말의 조성은, R1-xZrx(Fe1-yCoy)12-zTzM{(0≤x≤0.2), (0≤y≤0.2), (0≤z≤1)}이고, R은 Nd 또는 Sm이며, M은 Cu, Al 또는 Ga이며, 상기 T는 Mn, Mo, V, Si 또는 Ti 일 수 있다. 더욱 구체적으로, 자석 분말의 조성은 Sm1-xZrx(Fe1-yCoy)12-zTzM{(0≤x≤0.2), (0≤y≤0.2), (0≤z≤1)}이며, 상기 M은 Cu, Al 또는 Ga이고, 상기 T는 Mn, Mo, V, Si 또는 Ti일 수 있다.
ThMn12형 결정상은 정방정계의 결정 구조를 갖는다. ThMn12 구조의 자석 분말은 상의 안정성이 떨어져 부산물로 Fe를 많이 포함하기 때문에, Fe 원소 농도가 높아 Alpha Fe, FeTi 또는 Fe2Ti 등의 2차상이 석출되기 쉬어 단일상의 자석 분말을 얻기 힘들다. Alpha Fe 등이 석출되면 주상 중의 Fe 원소 농도가 저하되어, 주상의 포화 자화의 저하 및 영구 자석의 보자력 저하를 초래한다.
기존의 스트립 캐스팅(Strip casting) 공법으로 ThMn12 구조의 자석 분말을 제조하면, 자석 분말을 구성하는 입자의 입도가 10 마이크로미터의 이하로 제어된 자석 분말을 얻기 힘들다. 또한, ThMn12 구조의 자석 분말은 상이 불안정하기 때문에, 제트 밀(jet mill)을 통한 분쇄 공정을 위해 수소 흡장을 할 경우 상분리가 일어나 단일상을 유지하기 어렵다.
반면, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 별도의 조분쇄, 수소파쇄, 제트밀과 같은 분쇄 공정이나 표면 처리 공정 없이 금속 산화물, 금속 또는 금속 불화물을 첨가하여 단일 공정의 환원-확산 방법을 통해 Alpha Fe, FeTi 또는 Fe2Ti 등의 2차상의 함량이 감소된 단일상이고, 자석 분말을 구성하는 입자의 평균 입도가 10 마이크로미터 이하인 ThMn12 구조의 자석 분말의 제조가 가능하다.
그러면 이하에서 구체적인 실시예를 통하여 본 기재에 따른 자석 분말의 제조방법에 대하여 설명한다.
실시예 1: ZrO 2 , Ti0 2 , Cu 첨가
Sm2O3 8.500g, Fe 23.957g, Co 6.320g, ZrO2 1.201g, Ti02 3.893g, Cu 0.309g및 환원제 CaH2 12.004g을 균일하게 혼합하여 혼합물을 제조한다. 혼합물을 임의의 모양의 SUS에 담아 탭핑(tapping)한 후 불활성 가스(Ar, He) 분위기에서 섭씨 900 내지 1050의 온도로 1시간 내지 3시간 동안 튜브 전기로 안에서 반응시킨다. 반응이 종료된 후 모르타르로 갈아 자석 분말로 만든 다음 환원부산물인 Ca, CaO를 제거하기 위해 세정 과정을 진행한다. 세정 과정은 공기와의 접촉을 최소화 하기 위해 N2 분위기에서 진행한다. NH4NO3 50g를 합성된 자석 분말과 균일하게 섞어준 뒤 400ml의 메탄올에 담가 효과적인 세정을 위해 균질기(Homogenizer)를 통한 균질화를 1회 혹은 2회 반복 진행하고, NH4NO3 0.5g을 녹인 에탄올 또는 메탄올에 자석 분말과 200g ZrO2 ball을 함께 넣어 터뷸러 믹서(Turbula mixer)를 통해 분쇄를 동반한 세정 과정을 진행한다. 그 후, 아세톤으로 헹군 후 진공 건조한다.
실시예 2: Ti0 2, 환원제 Na-K 합금 첨가
Sm2O3 8.925g, Fe 23.957g, Co 6.320g, Ti02 3.893g 및 환원제 Ca 10.477g, Na-K 합금 0.918g을 균일하게 혼합한 뒤, 실시예 1에 기재된 방법으로 자석 분말을 합성한다. 합성된 자석 분말을 모르타르로 갈아준 후, 실시예 1에 기재된 방법으로 세정을 진행한다.
실시예 3: ZrO 2 , Ti0 2 , CuF 2 첨가
Sm2O3 2.086g, Fe 6.148g, Co 1.622g, ZrO2 0.295g, Ti02 0.478g, CuF2 0.122g 및 환원제 CaH2 2.738g을 균일하게 혼합한 뒤, 실시예 1에 기재된 방법으로 자석 분말을 합성한다. 합성된 자석 분말을 모르타르로 갈아준 후, 실시예 1에 기재된 방법으로 세정을 진행한다.
실시예 4: ZrO 2 , Ti0 2 , Cu 첨가
Sm2O3 2.086g, Fe 6.148g, Co 1.622g, ZrO2 0.295g, Ti02 0.478g, Cu 0.076g 및 환원제 CaH2 2.738g을 균일하게 혼합한 뒤, 실시예 1에 기재된 방법으로 자석 분말을 합성한다. 합성된 자석 분말을 모르타르로 갈아준 후, 실시예 1에 기재된 방법으로 세정을 진행한다.
실시예 5: ZrO 2 , Ti0 2 , Cu 첨가
Sm2O3 2.125g, Fe 5.989g, Co 1.580g, ZrO2 0.150g, Ti02 0.973g, Cu 0.077g 및 환원제 CaH2 2.847g을 균일하게 혼합한 뒤, 실시예 1에 기재된 방법으로 자석 분말을 합성한다. 합성된 자석 분말을 모르타르로 갈아준 후, 실시예 1에 기재된 방법으로 세정을 진행한다.
실시예 6: ZrO 2 , Ti0 2 , Cu 첨가
Sm2O3 2.125g, Fe 6.098g, Co 1.608g, ZrO2 0.300g, Ti02 0.778g, Cu 0.077g 및 환원제 CaH2 2.693g을 균일하게 혼합한 뒤, 실시예 1에 기재된 방법으로 자석 분말을 합성한다. 합성된 자석 분말을 모르타르로 갈아준 후, 실시예 1에 기재된 방법으로 세정을 진행한다.
실시예 7: Nd 2 O 3 , TiO 2 , CaF 2 첨가
Nd2O3 2.086g, Fe 7.652g, Ti02 0.9409g, CaF2 0.2904g 및 환원제 Ca 2.6092g을 균일하게 혼합한 뒤, 실시예 1에 기재된 방법으로 자석 분말을 합성한다. 합성된 자석 분말을 모르타르로 갈아준 후, 실시예 1에 기재된 방법으로 세정을 진행한다.
비교예 1: 아크 용해법
Nd 1.54g, Fe 13.275g, Co 4.425g, Ti 0.76g을 혼합하여 제조한 합금 원료를 아크 용해법을 통해 용해시킨 후, 50K/sec의 속도로 급랭하여 박편을 제조한다. 상기 박편을 Ar 분위기에서 섭씨 1100도의 온도로 4시간 열처리를 실시한 후, Ar 분위기에서 커터 밀을 사용하여 박편을 분쇄시켜 자석 분말을 제조한다.
비교예 2: 스트립 캐스팅 방법으로 급랭
Nd 1.54g, Fe 13.275g, Co 4.425g, Ti 0.76g을 혼합하고 용해로에서 용해하여 용탕을 준비한다. 상기 용탕을 냉각 롤에 공급하여 104K/sec의 속도로 급랭하여 박편을 제조한다. Ar 분위기에서 커터 밀을 사용하여 박편을 분쇄시켜 자석 분말을 제조한다.
비교예 3: 스트립 캐스팅 방법으로 급랭 후 균질화 열처리
비교예 2와 동일한 방법으로 박편을 제조한다. 상기 박편을 Ar 분위기에서 섭씨 1200도의 온도로 4시간 열처리를 실시한 후, Ar 분위기에서 커터 밀을 사용하여 박편을 분쇄시켜 자석 분말을 제조한다.
평가예 1: XRD 패턴
상기 실시예 1 내지 6에서 제조한 자석 분말의 XRD 패턴을 도 1에 나타내었고, 실시예 7에서 제조한 자석 분말의 XRD 패턴을 도2에 나타내었으며, 비교예 1 내지 비교예 3에서 제조한 자석 분말에 대한 XRD 패턴을 도 3에 나타내었다. 도 2에서의 Si는 각 지점의 기준점을 잡기 위해 첨가한 물질이다. 도 1을 참고하면, 실시예 1 내지 6에 따른 자석 분말은 미약한 Alpha Fe 또는 FeTi의 피크 강도를 확인할 수 있고, 도 2를 참고하면, 실시예 7에 따른 자석 분말은 Alpha Fe등 2차상의 피크가 나타나지 않는 것을 확인할 수 있다. 반면, 도 3을 참고하면, 비교예 1 내지 비교예 3에 따른 자석 분말은 분명한 Alpha (Fe, Co) 상의 피크 강도를 확인할 수 있다.
평가예 2: 부피 분율
Rietveld refinement 방법 및 EDS 분석에 따라 측정한 실시예 1, 실시예 2, 비교예 1, 비교예 2 및 비교예 3의 2차상 및 미반응물의 부피 분율을 표 1에 나타내었다.
2차상의 부피 분율(%) 미반응물 부피 분율(%)
실시예 1 1.21 [Fe2Ti] -
실시예 2 1.65 [Alpha Fe] 0.67
비교예 1 17.5 [Alpha (Fe, Co)] -
비교예 2 6 [Alpha (Fe, Co)] -
비교예 3 3.9 [Alpha (Fe, Co)] -
실시예 1 내지 실시예 2에서 제조한 자석 분말의 경우, 2차상의 부피 분율이 모두 2% 이하로서, 비교예 1 내지 3에 비하여 2차상의 함량이 감소된 높은 순도의 단일상 자석 분말임을 확인할 수 있다.
평가예 3: 주사전사 현미경 이미지
상기 실시예 1 에서 제조한 Sm0.8Zr0.2(Fe0.8Co0.2)11Ti1Cu0.1 자석 분말의 주사 전자 현미경 이미지를 도 4 및 도 5에 나타내었고, 상기 실시예 2에서 제조한 Sm(Fe0.8Co0.2)11Ti1 자석 분말의 주사 전자 현미경 이미지를 도 6 및 도 7에 나타내었다. 도 4 내지 도 7을 참고하면, 본 발명의 실시예들에 따른 자석 분말을 구성하는 입자들의 평균 입도가 10 마이크로미터 이하임을 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (17)

  1. 희토류 산화물, 원료 물질, 금속, 금속 산화물 및 환원제의 혼합물의 합성으로부터 얻어진 분말 입자이고, 상기 분말 입자는 단일상이며,
    상기 원료물질은 Fe 및 Co 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 금속은 Ti, Zr, Mn, Mo, V 및 Si 중 적어도 하나를 포함하며,
    상기 금속 산화물은 MnO2-, MoO3, V2O5, SiO2, ZrO2 및 TiO2 중 적어도 하나를 포함하는 자석 분말.
  2. 제1항에서,
    상기 환원제는 Ca, Mg, CaH2, Na 및 Na-K 합금 중 적어도 하나를 포함하는 자석 분말.
  3. 제1항에서,
    상기 자석 분말은 ThMn12 구조인 자석 분말.
  4. 제1항에서,
    상기 희토류 산화물은 산화네오디뮴 또는 산화사마륨을 포함하는 자석 분말.
  5. 제1항에서,
    상기 혼합물은 Cu, Al, Ga, CuF2, CaF2 및 GaF3 중 적어도 하나를 더 포함하는 자석 분말.
  6. 제5항에서,
    상기 자석 분말은 ThMn12 구조이고,
    상기 자석 분말의 조성은 R1-xZrx(Fe1-yCoy)12-zTzM{(0≤x≤0.2), (0≤y≤0.2), (0≤z≤1)}이며,
    상기 R은 Nd 또는 Sm이고,
    상기 M은 Cu, Al 또는 Ga이며,
    상기 T는 Mn, Mo, V, Si 또는 Ti인 자석 분말.
  7. 제6항에서,
    상기 자석 분말의 조성은 Sm1-xZrx(Fe1-yCoy)12-zTzM{(0≤x≤0.2), (0≤y≤0.2), (0≤z≤1)}이며,
    상기 M은 Cu, Al 또는 Ga이고,
    상기 T는 Mn, Mo, V, Si 또는 Ti인 자석 분말.
  8. 제1항에서,
    상기 자석 분말을 구성하는 입자들의 평균 입도가 10 마이크로미터 이하인 자석 분말.
  9. 희토류 산화물, 원료 물질, 금속, 금속 산화물 및 환원제를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; 및
    상기 혼합물을 섭씨 800 내지 1100의 온도에서 가열하여 환원-확산법을 이용해 자석 분말을 합성하는 단계를 포함하고,
    상기 원료 물질은 Fe 및 Co 중 적어도 하나를 포함하며,
    상기 금속은 Ti, Zr, Mn, Mo, V 및 Si 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 금속 산화물은 MnO2-, MoO3, V2O5, SiO2, ZrO2 및 TiO2 중 적어도 하나를 포함하며,
    상기 자석 분말은 분말 입자가 단일상인 자석 분말의 제조 방법.
  10. 제9항에서,
    상기 환원제는 Ca, Mg, CaH2, Na 및 Na-K 합금 중 적어도 하나를 포함하는 자석 분말의 제조 방법.
  11. 제9항에서,
    상기 가열은 10분 내지 6시간 동안 이루어지는 자석 분말의 제조 방법.
  12. 제9항에서,
    상기 합성된 자석 분말은 ThMn12 구조인 자석 분말의 제조 방법.
  13. 제9항에서,
    상기 희토류 산화물은 산화네오디뮴 또는 산화사마륨을 포함하는 자석 분말의 제조 방법.
  14. 제9항에서,
    상기 혼합물은 Cu, Al, Ga, CuF2, CaF2 및 GaF3 중 적어도 하나를 더 포함하는 자석 분말의 제조 방법.
  15. 제14항에서,
    상기 자석 분말은 ThMn12 구조이고,
    상기 자석 분말의 조성은 R1-xZrx(Fe1-yCoy)12-zTzM{(0≤x≤0.2), (0≤y≤0.2), (0≤z≤1)}이며,
    상기 R은 Nd 또는 Sm이고,
    상기 M은 Cu, Al 또는 Ga이며,
    상기 T는 Mn, Mo, V, Si 또는 Ti인 자석 분말의 제조 방법.
  16. 제15항에서,
    상기 자석 분말의 조성은 Sm1-xZrx(Fe1-yCoy)12-zTzM{(0≤x≤0.2), (0≤y≤0.2), (0≤z≤1)}이며,
    상기 M은 Cu, Al 또는 Ga이고,
    상기 T는 Mn, Mo, V, Si 또는 Ti인 자석 분말의 제조 방법.
  17. 제9항에서,
    상기 자석 분말을 구성하는 입자들의 평균 입도가 10 마이크로미터 이하인 자석 분말의 제조 방법.
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