KR20200023107A - 소결 자석 제조 방법 및 이에 따라 제조된 소결 자석 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 소결 자석 제조 방법은 [(La, Ce)1-xNdx]2FeyB(x=0~0.5, y=12~13) 분말 입자를 제조하기 위해 분말 입자 원재료를 혼합하는 단계, Ca 환원-확산 방법을 사용하여 상기 혼합된 분말 입자 원재료를 반응시키는 단계, 그리고 상기 반응에 의해 형성된 물질을 세정, 분쇄 및 건조하여 자석 분말을 제조하는 단계를 포함한다.

Description

소결 자석 제조 방법 및 이에 따라 제조된 소결 자석{MANUFACTURING METHOD OF SINTERED MAGNETIC AND SINTERED MAGNETIC MANUFACTURED BY THE SAME}
본 발명은 소결 자석 제조 방법 및 이에 따라 제조된 소결 자석에 관한 것이다.
NdFeB계 자석은 희토류 원소인 Nd 및 철, 붕소(B)의 화합물인 Nd2Fe14B의 조성을 갖는 영구자석으로서, 1983년 개발된 이후에 30년 동안 범용 영구자석으로 사용되어 왔다. 이러한 NdFeB계 자석은 전자 정보, 자동차 공업, 의료 기기, 에너지, 교통 등 여러 분야에서 쓰인다. 특히 최근 경량, 소형화 추세에 맞춰서 공작 기기, 전자 정보기기, 가전용 전자 제품, 휴대 전화, 로봇용 모터, 풍력 발전기, 자동차용 소형 모터 및 구동 모터 등의 제품에 사용되고 있다.
NdFeB계 자석은 고가의 희토류 원소이기 때문에 지구상에 매장량이 풍부하고 가격이 저렴한 La, Ce 등의 금속을 Nd, Dy, Tb, Pr을 대체하여 페라이트 자석보다 그 성능이 좋고 NdFeB계 자석보다 그 성능이 낮거나 유사하게 유지할 수 있는지 연구되고 있다. 미국 공개 공보 US2016-0141083의 문헌에서는 비활성 기체 분위기에서 고순도의 원재료를 유도 용해(induction melting) 및 스트립 캐스팅(strip casting) 공정으로 얻어진 등방성 나노결정립(nanocrystalline)인 [La, Ce]1-xNdx]2Fe14B 리본을 핫-프레싱(hot-pressing) 및 다이-업셋(die-upset) 공정을 통해 소결 자석을 제조하고, 이러한 소결 자석에 Nd70Cu30 합금 리본으로 감싼 다음 섭씨 700도에서 6시간 열처리함으로써 Nd 함량이 결정립의 중심부에서 표면부로 갈수록 증가하는 코어-쉘 형태의 Nd 저감형 소결 자석을 제조할 수 있다. 하지만, 이 경우 서브-미크론 크기의 [La, Ce]1-xNdx]2Fe14B 결정립에서만 Nd-Cu 합금의 효과적 확산에 의해 Nd 함량의 구배가 형성될 수 있다.
Scientific Reports volumn 6, 32200(2016)에 발표된 내용에 따르면, (La, Ce) rich NdFeB 분말과 (La, Ce) free NdFeB 분말을 혼합하여 제조된 Nd 저감형 소결 자석은, (La, Ce) rich Nd계 분말과 (La, Ce) free Nd계 분말을 유도 용해, 스트립 캐스팅, 수소 파쇄(hydrogen decrepitation), 제트 밀(jet milling) 공정으로 각각 제조하고, 상기 두 종류의 분말을 적절한 중량비로 혼합하고 분말 야금법을 이용하여 La-Ce의 함량이 조절된 소결 자석을 제조할 수 있다. 하지만, 수소 파쇄 및 제트 밀 공정은 고가의 특수 장비가 요구되며, 재료 손실률이 30~40%로 높아 공정 단가 절감이 어려운 문제가 있다. 또한, 2종의 혼합 분말을 섞어 소결할 경우, Nd와 (La, Ce)의 고체 확산 차에 의해 홀(hole)이 생길 수도 있다(Acta Materiala 2018, 145, 18-28).
실시예들은, Nd 등의 양을 감소시키면서 페라이트 자석보다 성능이 우수하고, NdFeB계 자석보다 성능이 낮거나 유사하게 유지될 수 있는 희토류 자석 및 그 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
그러나, 본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고 본 발명에 포함된 기술적 사상의 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 소결 자석 제조 방법은 [(La, Ce)1-xNdx]2FeyB(x=0~0.5, y=12~13) 분말 입자를 제조하기 위해 분말 입자 원재료를 혼합하는 단계, Ca 환원-확산 방법을 사용하여 상기 혼합된 분말 입자 원재료를 반응시키는 단계, 그리고 상기 반응에 의해 형성된 물질을 세정, 분쇄 및 건조하여 자석 분말을 제조하는 단계를 포함한다.
상기 분말 입자 원재료를 혼합하는 단계는 La2O3 분말 CeO2 분말 및 Nd2O3 분말을 습식 볼밀 또는 건식 볼밀로 혼합한 다음, B, Cu/Al/Ga의 불화물 및 Fe를 혼합하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 분말 입자 원재료를 반응시키는 단계는 상기 분말 입자 원재료를 혼합하는 단계 이후에 Ca를 혼합하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제조된 자석 분말에, 습식 분쇄된 NdH2 분말을 10 내지 30 중량%를 첨가할 수 있다.
상기 습식 분쇄된 NdH2 분말은 섭씨 1000도 내지 1100도에서 열처리할 수 있다.
상기 열처리된 자석 분말은 Nd와 La/Ce의 고체 확산 차이에 의해 결정립 표면에 나노 두께의 (Nd, La, Ce)2Fe14B의 쉘이 형성될 수 있다.
상기 나노 두께의 (Nd, La, Ce)2Fe14B의 쉘에 포함된 Nd의 함량은 결정립 중심부에 형성된 (Nd, La, Ce)2Fe14B의 코어에 포함된 Nd의 함량보다 클 수 있다.
상기 열처리된 자석 분말은 Nd와 La/Ce의 고체 확산 차이에 의해 결정립 표면에 나노 두께의 (Nd, La, Ce)2Fe14B의 쉘이 형성되고, 상기 나노 두께의 (Nd, La, Ce)2Fe14B의 쉘의 두께는 결정립 중심부에 형성된 (Nd, La, Ce)2Fe14B의 코어의 두께보다 얇을 수 있다.
상기 NdH2 분말은 헥산 분위기에서 습식 분쇄될 수 있다.
상기 소결 자석 제조 방법은, 상기 제조된 자석 분말을 NdH2 분말과 혼합하여 성형체를 제조한 이후에 진공 소결로에서 열처리하고, 아르곤 분위기에서 상온까지 식힌 이후, 후 열처리 진행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 소결 자석은 La2O3 분말 CeO2 분말 및 Nd2O3 분말을 습식 볼밀 또는 건식 볼밀로 혼합한 다음, B, Cu/Al/Ga의 불화물 및 Fe를 혼합하는 단계, Ca 환원-확산 방법을 사용하여 상기 혼합된 분말 입자 원재료를 반응시키는 단계, 상기 반응에 의해 형성된 물질을 세정, 분쇄 및 건조하여 자석 분말을 제조하는 단계, 그리고 상기 제조된 자석 분말에, 습식 분쇄된 NdH2 분말을 10 내지 30 중량%를 첨가하는 단계를 포함하는 소결 자석 제조 방법에 의해 제조된다.
실시예들에 따르면, 소결 자석 형성을 위한 원재료들을 혼합한 다음 Ca 환원-확산 방법을 이용하여 상대적으로 낮은 반응 온도와 짧은 반응 시간으로 Nd 저감형 자석 분말을 합성할 수 있다.
또, 화학 합성법(산화-환원)으로 제조된 결정성의 [La, Ce]1-xNdx]2Fe14B 입자와 습식 분쇄된 NdH2 입자를 혼합하고 소결하는 과정에서, Nd와 La/Ce의 고체 확산 차이에 의해 결정립 표면에 Nd-rich (Nd, La, Ce)2Fe14B 쉘이 형성될 수 있다.
도 1은 실시예 1에 따라 제조된 자석 분말의 SEM 사진이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 자석 분말의 XRD 패턴을 도시한 그래프이다.
도 3은 실시예 1에 따라 제조된 자석 분말의 M-H 데이터를 도시한 그래프이다.
도 4는 실시예 1에 따라 제조된 자석 분말을 소결한 이후 XRD 패턴을 도시한 그래프이다.
도 5는 실시예 1에 따라 제조된 소결 자석의 자속 밀도와 보자력을 나타내는 그래프이다.
도 6은 실시예 2에 따라 제조된 자석 분말의 XRD 패턴을 도시한 그래프이다.
도 7은 실시예 2에 따라 제조된 자석 분말의 M-H 데이터를 도시한 그래프이다.
도 8은 실시예 2에 따라 제조된 자석 분말을 소결한 이후 XRD 패턴을 도시한 그래프이다.
도 9는 실시예 2에 따라 제조된 소결 자석의 자속 밀도와 보자력을 나타내는 그래프이다.
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.
NdFeB계 자석의 일반적인 제조는 금속 분말 야금법에 기초한 strip/mold casting 또는 melt spinning 방법이 알려져 있다. 먼저, strip/mold casting 방법의 경우, Nd, 철, 붕소(B) 등의 금속을 가열을 통해 용융시켜 잉곳을 제조하고, 결정립 입자를 조분쇄하고, 미세화 공정을 통해 마이크로 입자를 제조하는 공정이다. 이를 반복하여, 분말을 수득하고, 자기장 하에서 pressing 및 sintering 과정을 거쳐 비등방성 소결 자석을 제조하게 된다.
또한, melt spinning 방법은 금속 원소들을 용융시킨 후, 빠른 속도로 회전하는 wheel에 부어서 급냉하고, 제트 밀링 분쇄 후, 고분자로 블렌딩 하여 본드 자석으로 형성하거나, 프레싱 하여 자석으로 제조한다.
그러나, 이러한 방법들은 모두 분쇄 과정이 필수적으로 요구되며, 분쇄 과정이 시간이 오래 소요되고, 분쇄 후 분말의 표면을 코팅하는 공정이 요구되는 문제점이 있다.
본 발명의 실시예에 따른 소결 자석 제조 방법은, La2O3, CeO2, Nd2O3 분말을 습식 볼밀로 균일하게 혼합한 다음 B, Cu/Al/Ga의 불화물, Fe, Ca을 turbular mixer를 이용해 상기의 원재료들을 순차적으로 혼합한 다음 Ca 환원-확산을 이용하여 상대적으로 섭씨 950도 정도의 낮은 반응 온도와 10분 정도의 짧은 반응 시간으로 Nd 저감형 자석 분말을 합성할 수 있다.
또, 산화-환원의 화학 합성법으로 제조된 마이크로미터 크기의 [(La,Ce)1-xNdx]2FeyB 입자(x=0~0.5, y=12~13)와 습식 분쇄된 마이크로미터 크기의 NdH2 입자를 적절히 혼합하고 소결하는 과정에서 Nd와 La/Ce의 고체 확산 차에 의해 결정립 표면에 나노 두께의 Nd-rich (Nd,La,Ce)2Fe14B 쉘(shell)이 형성될 수 있다. 본 명세서에서 기재하는 마이크로미터 크기란, 대략 1 마이크로미터 이상 5 마이크로미터 이하의 크기를 의미한다.
구체적으로, 산화-환원의 화학 합성법으로 제조된 마이크로미터 크기의 [(La,Ce)1-xNdx]2FeyB 입자(x=0~0.5, y=12~13)에 습식 분쇄된 NdH2 분말 입자를 10 내지 30 중량%를 첨가하여 섭씨 1000도 내지 1100도에서 열처리할 수 있다. 바람직하게는 NdH2 분말 입자를 10 내지 15 중량%를 첨가할 수 있다. 여기서, NdH2 분말 입자를 첨가하는 이유는, 소결 과정에서 액상 소결을 유도하여 치밀도가 높은 소결 자석을 얻을 수 있도록 하기 위함이다.
J. Mater. Sci. tech. 2017, 33, 1087-1096 논문에 따르면, Nd-Fe-B ternary phase diagram과 달리 Ce-Fe-B ternary phase diagram에서는 CeFe2도 존재하는데, 상자성의 특성을 가지고 있고, 저융점 액상 소결을 방해함으로써 소결 자석의 특성을 저하시킬 수 있다. 이에 반해, 본 실시예의 합성법에 의해 제조된 자석 분말에서는 CeFe2가 관찰되지 않으므로 자석 분말의 자화 이력 곡선에서 보자력 감소가 없으며, 소결 자석 제조에 소결 밀도 저하가 없다. 기존의 금속 야금은 섭씨 1500도 내외의 높은 온도에서 용융시킨 다음 스트립 캐스팅 과정을 거치는데 비해, 본 실시예에서는 Ca 환원-확산법을 이용하여 상대적으로 낮은 온도에서 짧은 시간 동안 합성하므로 자석 분말에서 불순물이 석출되기 어렵다.
본 실시예에 따르면, 상기 특허 문헌 및 논문과 달리 화학 합성법으로 제조된 [(La,Ce)1-xNdx]yFe14B 입자(x=0~0.5, y=12~13)와 습식 분쇄된 NdH2 입자를 적절히 혼합해 성형체를 만든 다음, 소결 및 후열처리 공정으로 자석을 제조한다. 이때, Nd와 La/Ce의 고체 확산 정도 차이에 의해 소결 자석의 결정립 표면에 나노 두께의 Nd-rich (Nd,La,Ce)2Fe14B　 쉘이 형성될 수 있다. 결정립 내부에는 Nd의 함량이 상대적으로 낮은 (Nd,La,Ce)2Fe14B　 코어가 형성될 수 있으며, 쉘에 포함된 Nd의 함량은 코어에 포함된 Nd의 함량보다 작다. 또, 열처리된 자석 분말은 Nd와 La/Ce의 고체 확산 차이에 의해 결정립 표면에 나노 두께의 (Nd, La, Ce)2Fe14B의 쉘이 형성되고, 상기 나노 두께의 (Nd, La, Ce)2Fe14B의 쉘의 두께는 결정립 중심부에 형성된 (Nd, La, Ce)2Fe14B의 코어의 두께보다 얇을 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 소결 자석 제조 방법에 대해 좀 더 구체적으로 설명하기로 한다. 하지만, 이하의 실시예들은 본 발명을 설명하기 위한 예시에 해당하며, 이러한 실시예들에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
1) (Nd 0.5 La 0.125 Ce 0.375 ) 2 Fe 12 B(CuAlGa) 0.05 제조(자석 분말)
La2O3 2.09g, CeO2 5.4g, Nd2O3 8.65g를 에탄올 분위기에서 3시간동안 볼밀(ball mill) 처리로 혼합하고, 에어(Air) 분위기에서 분말을 건조한 다음 섭씨 900도의 진공 분위기에서 1시간동안 열처리한 다음 [또는 La2O3 2.09 g, CeO2 5.4 g, Nd2O3 8.65 g과 지르코니아 볼을 날젠통에 넣고 페인트 쉐이커로 30분동안 혼합하고, tubular mixer로 2시간 추가로 혼합한 다음] 이 혼합 분말을 B 0.56g, AlF3 0.22g, CuF2 0.26g, GaF3 0.33g과 같이 날젠 통에 넣고, 페인트 쉐이커(paint shaker)로 30분 혼합한 다음, 여기에 Fe 34.43 g를 넣고 페인트 쉐이커로 30 분 혼합하고, 마지막으로 Ca 9.80 g을 넣고 tubular mixer로 1 시간 혼합한 다음 내부가 카본 시트(carbon sheet)로 둘러싸인 quartz 튜브에 다져 넣고 불활성 가스(Ar, He) 분위기에서 섭씨 950 도에서 10 분 동안 튜브 전기로 안에서 반응시킨다. 암모늄 나이트레이트가 녹아 있는 에탄올에 분말을 넣고 균질화기(homogenizer)를 이용해 10-30 분간 세정한 다음 날젠 통에 세정된 분말과 에탄올, zirconia ball (분말 대비 6배의 중량비), 암모늄 나이트레이트를 (초기 세정시 사용한 양 대비 1/10) 넣고 2 시간 동안 turbular mixer로 자석 분말을 분쇄한 다음 아세톤으로 세정하고 건조한다.
2) 소결 자석 제조
Spex mill을 이용해 헥산 분위기에서 분쇄된 NdH2를 (Nd0.5La0.125Ce0.375)2Fe12B(Cu AlGa)0.05 자석 분말 대비 10wt% 넣고 잘 혼합한 다음 흑연 몰드에 넣고 흑연 뚜껑으로 닫은 후 도가니 하부에 적절한 진동을 가해 주면서 혼합 분말을 다지고 착자기에 넣어 1.75kV로 자장을 걸어준 다음, 진공 소결로에서 섭씨 1040 도에서 2시간 열처리시킨 후 Ar 분위기에서 소결체를 상온까지 식힌 다음 섭씨 500 도에서 1시간 동안 후-열처리를 진행한다. (Nd0.5La0.125Ce0.375)2Fe12B(CuAlGa)0.05 자석 분말 8g에 중량비 10wt%의 헥산 분위기에서 분쇄된 NdH2를 첨가하고, 윤활제로 부탄올을 첨가해 자장 성형 후, 진공 소결로에서 섭씨 1030도의 온도에서 2시간동안 소결한 후 착자해 B-H 측정을 진행하였다.
실시예 2
1) (La 0.25 Ce 0.75 ) 2 Fe 13 B(CuAlGa) 0.075 제조(자석 분말)
La2O3 3.96 g, CeO2 10.22 g를 에탄올 분위기에서 3시간 동안 볼밀(ball mill) 처리로 혼합하고, 에어(Air) 분위기에서 분말을 건조한 다음 섭씨 900도의 온도의 진공 분위기에서 1시간 동안 열처리한 다음 [또는 La2O3 3.96 g, CeO2 10.22 g과 지르코니아 볼을 날젠통에 넣고 페인트 쉐이커로 30분 동안 혼합하고, tubular mixer로 2시간 동안 추가로 혼합한 다음] B 0.53 g, AlF3 0.31 g, CuF2 0.37 g, GaF3 0.46 을 날젠통에 넣고 페인트 쉐이커로 30 분 혼합한 다음, 여기에 Fe 35.30 g를 넣고 페인트 쉐이커로 30 분 혼합하고, 마지막으로 Ca 10.23 g을 넣고 tubular mixer로 1 시간 혼합한 다음 내부가 카본 시트로 둘러싸인 quartz 튜브에 다져 넣고 불활성 가스(Ar, He) 분위기에서 섭씨 950 도 에서 10 분 동안 튜브 전기로 안에서 반응시킨다.
합성된 분말의 세정, 분쇄, 건조 과정은 실시예 1과 동일하다.
2) 소결 자석 제조
Spex mill을 이용해 헥산(hexane) 분위기에서 분쇄된 NdH2를 (La0.25Ce0.75)2Fe13 B(CuAl Ga)0.075 분말 대비 각각 10, 15, 25, 30wt% 넣고 잘 혼합한 다음 흑연 몰드에 넣고 흑연 뚜껑으로 닫은 후 도가니 하부에 적절한 진동을 가해 주면서 혼합 분말을 다지고 착자기에 넣어 1.75kV로 자장을 걸어준 다음 진공 소결로에서 섭씨 1040 도에서 2 시간 열처리시킨 후 아르곤(Ar) 분위기에서 소결체를 상온까지 식힌 다음 섭씨 500 도에서 1시간 동안 후-열처리를 진행한다.
실시예 2에서는 모분말 합성시 La, Ce의 전구체만 넣어주어 자석 분말을 합성하였고, 이후 소결 자석 제조시에 첨가되는 소결 보조제로서 NdH2가 자석 분말에 Nd를 공급하는 역할로 사용된다.
이하에서는 실시예 1, 2에 따라 제조된 자석 분말 및 소결 자석에 대한 SEM 사진, XED 패턴 등의 실험예에 대해 설명하기로 한다.
도 1은 실시예 1에 따라 제조된 자석 분말의 SEM 사진이다.
도 1을 참고하면, 합성된 자석 분말이 1 내지 5 마이크로미터의 크기를 가짐을 확인할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 자석 분말의 XRD 패턴을 도시한 그래프이다.
도 2를 참고하면, 실시예 1에 따라 제조된 자석 분말에서 결정성을 확인할 수 있다.
도 3은 실시예 1에 따른 자석 분말의 M-H 데이터를 도시한 그래프이다.
도 3을 참고하면, 실시예 1에 따라 제조된 소결 자석의 경우, NdFeB 소결 자석 분말의 자기이력곡선을 확인할 수 있다.
도 4는 실시예 1에 따라 제조된 자석 분말을 소결한 이후 XRD 패턴을 도시한 그래프이다.
도 4를 참고하면, 실시예 1에 따라 제조된 소결 자석에서 (105), (006) 방향으로 배향된 정도를 확인할 수 있다.
도 5는 실시예 1에 따라 제조된 소결 자석의 자속 밀도와 보자력을 나타내는 그래프이다. 구체적으로, 도 5는 실시예 1에 따라 제조된 자석 분말에 소결보조제로서 NdH2를 넣고 균질하게 혼합하고 성형체를 제조한 다음 소결해서 얻어진 소결 자석의 보자력(X축)에 따른 자속 밀도(Y축)를 나타내는 B_H 그래프이다.
도 5를 참고하면, 실시예 1의 소결 자석 제조에 따라 얻어진 소결 자석의 자속 밀도 및 보자력, 최대 에너지적 밀도를 확인할 수 있다. 구체적으로, 흑연 몰드에 자석 분말과 NdH2를 균질하게 혼합해 넣고, 적절한 진동으로 다진 다음, 펄스 자기장으로 처리해 성형체를 제조한 이후, PLP(Pressless Process) 소결하는 제1 조건, 제1 조건에 추가로 후-열처리(post annealing)를 하는 제2 조건, 압력을 걸어주면서 제조된 성형체를 자장 성형하고 소결한 다음 후-열처리를 하는 제3 조건에 의해 각각 얻어진 결과이다.
앞의 세 가지 조건에서 얻어진 곡선은 결정립의 과소결이 없으며 (곡선의 각형비 유지) 최대 에너지적 밀도 또한 30MGOe 이하를 나타내는데, PLP 성형체 또는 자장 성형체를 소결하고 후-열처리(섭씨 500도에서 1~2시간)까지 한 경우에 해당하는 제2 조건 및 제3 조건에서, 자속 밀도가 유지되면서 보자력 향상이 관찰되어 가장 바람직한 실시예라고 할 수 있다. 이 정도의 성능은 기존의 NdFeB 소결 자석보다(42SH; 보자력 12.4kOe, 자속 밀도 1.28T) 낮지만, 페리아트 자석과 NdFeB계 자석이 각각 적용되는 분야의 중간 영역에서 적용될 수 있다.
도 6은 실시예 2에 따라 제조된 자석 분말의 XRD 패턴을 도시한 그래프이다.
도 6을 참고하면, 실시예 2에 따라 제조된 자석 분말에서 결정성을 확인할 수 있다.
도 7은 실시예 2에 따라 제조된 자석 분말의 M-H 데이터를 도시한 그래프이다.
도 7을 참고하면, 실시예 2에 따라 제조된 소결 자석의 경우, NdFeB 소결 자석 분말의 자기이력곡선을 확인할 수 있다.
도 8은 실시예 2에 따라 제조된 자석 분말을 소결한 이후 XRD 패턴을 도시한 그래프이다.
도 8을 참고하면, 실시예 2에 따라 제조된 소결 자석에서 (105), (006) 방향으로 배향된 정도를 확인할 수 있다.
도 9는 실시예 2에 따라 제조된 소결 자석의 자속 밀도와 보자력을 나타내는 그래프이다. 구체적으로, 도 9는 실시예 2에 따라 제조된 자석 분말에 소결보조제로서 NdH2를 넣고 소결해서 얻어진 소결 자석의 보자력(X축)에 따른 자속 밀도(Y축)를 나타내는 B_H 그래프이다.
도 9를 참고하면, 실시예 2에 따라 제조된 소결 자석의 자속 밀도 및 보자력, 최대 에너지적 밀도를 확인할 수 있다.
본 발명의 실시예 1, 2는 소결 자석 형성을 위한 원재료들을 혼합한 다음 Ca 환원-확산 방법을 이용하여 상대적으로 낮은 반응 온도와 짧은 반응 시간으로 Nd 저감형 자석 분말을 합성할 수 있고, 화학 합성법(산화-환원)으로 제조된 결정성의 [La, Ce]1-xNdx]2Fe14B 입자와 습식 분쇄된 NdH2 입자를 혼합하고 소결하는 과정에서, Nd와 La/Ce의 고체 확산 차이에 의해 결정립 표면에 Nd의 함량이 상대적으로 많은 (Nd, La, Ce)2Fe14B 쉘이 형성되는 점에서 장점이 있다. 바람직하게는 실시예 1에 관한 도 5와 실시예 2에 관한 도 9를 통해 소결 자석의 성능을 비교할 때, 보자력 및 자속 밀도가 실시예 1에서 더 높게 나온 것을 확인할 수 있으며, 이것은 Nd를 (La, Ce)으로 대체하여 자석 제조 시, 모분말 합성에서 Nd, La, Ce의 비율 조절을 하고 소결시 적절한 소결 보조제를 넣어주는 방법이 효율적임을 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 (11)

  1. [(La, Ce)1-xNdx]2FeyB(x=0~0.5, y=12~13) 분말 입자를 제조하기 위해 분말 입자 원재료를 혼합하는 단계,
    Ca 환원-확산 방법을 사용하여 상기 혼합된 분말 입자 원재료를 반응시키는 단계, 그리고
    상기 반응에 의해 형성된 물질을 세정, 분쇄 및 건조하여 자석 분말을 제조하는 단계를 포함하는 소결 자석 제조 방법.
  2. 제1항에서,
    상기 분말 입자 원재료를 혼합하는 단계는
    La2O3 분말 CeO2 분말 및 Nd2O3 분말을 습식 볼밀 또는 건식 볼밀로 혼합한 다음, B, Cu/Al/Ga의 불화물 및 Fe를 혼합하는 단계를 포함하는 소결 자석 제조 방법.
  3. 제2항에서,
    상기 분말 입자 원재료를 반응시키는 단계는 상기 분말 입자 원재료를 혼합하는 단계 이후에 Ca를 혼합하는 단계를 포함하는 소결 자석 제조 방법.
  4. 제1항에서,
    상기 제조된 자석 분말에, 습식 분쇄된 NdH2 분말을 10 내지 30 중량%를 첨가하는 소결 자석 제조 방법.
  5. 제4항에서,
    상기 제조된 자석 분말과 상기 습식 분쇄된 NdH2 분말을 혼합하여 성형체를 제조한 이후에 섭씨 1000도 내지 1100도에서 열처리하는 소결 자석 제조 방법.
  6. 제5항에서,
    상기 열처리된 자석 분말은 Nd와 La/Ce의 고체 확산 차이에 의해 결정립 표면에 나노 두께의 (Nd, La, Ce)2Fe14B의 쉘이 형성되는 소결 자석 제조 방법.
  7. 제6항에서,
    상기 나노 두께의 (Nd, La, Ce)2Fe14B의 쉘에 포함된 Nd의 함량은 결정립 중심부에 형성된 (Nd, La, Ce)2Fe14B의 코어에 포함된 Nd의 함량보다 큰 소결 자석 제조 방법.
  8. 제5항에서,
    상기 열처리된 자석 분말은 Nd와 La/Ce의 고체 확산 차이에 의해 결정립 표면에 나노 두께의 (Nd, La, Ce)2Fe14B의 쉘이 형성되고, 상기 나노 두께의 (Nd, La, Ce)2Fe14B의 쉘의 두께는 결정립 중심부에 형성된 (Nd, La, Ce)2Fe14B의 코어의 두께보다 얇은 소결 자석 제조 방법.
  9. 제4항에서,
    상기 NdH2 분말은 헥산 분위기에서 습식 분쇄되는 소결 자석 제조 방법.
  10. 제1항에서,
    상기 제조된 자석 분말을 NdH2 분말과 혼합하여 성형체를 제조한 이후에 진공 소결로에서 열처리하고, 아르곤 분위기에서 상온까지 식힌 이후, 후 열처리 진행하는 단계를 더 포함하는 소결 자석 제조 방법.
  11. La2O3 분말 CeO2 분말 및 Nd2O3 분말을 습식 볼밀 또는 건식 볼밀로 혼합한 다음, B, Cu/Al/Ga의 불화물 및 Fe를 혼합하는 단계,
    Ca 환원-확산 방법을 사용하여 상기 혼합된 분말 입자 원재료를 반응시키는 단계,
    상기 반응에 의해 형성된 물질을 세정, 분쇄 및 건조하여 자석 분말을 제조하는 단계, 그리고
    상기 제조된 자석 분말에, 습식 분쇄된 NdH2 분말을 10 내지 30 중량%를 첨가하는 단계를 포함하는 소결 자석 제조 방법에 의해 제조된 소결 자석.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2006291257A (ja) * 2005-04-07 2006-10-26 Sumitomo Metal Mining Co Ltd 希土類−遷移金属−窒素系磁性粉末とその製造方法

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