KR20210043119A - 페라이트 소결 자석의 제조 방법 - Google Patents
페라이트 소결 자석의 제조 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20210043119A KR20210043119A KR1020190125895A KR20190125895A KR20210043119A KR 20210043119 A KR20210043119 A KR 20210043119A KR 1020190125895 A KR1020190125895 A KR 1020190125895A KR 20190125895 A KR20190125895 A KR 20190125895A KR 20210043119 A KR20210043119 A KR 20210043119A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- raw material
- ferrite sintered
- sintered magnet
- material compound
- manufacturing
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 61
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 42
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 27
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 51
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 51
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 42
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 30
- 239000006247 magnetic powder Substances 0.000 claims description 23
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 23
- 238000010298 pulverizing process Methods 0.000 claims description 21
- 150000001722 carbon compounds Chemical class 0.000 claims description 20
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 18
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 14
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims description 13
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 claims description 13
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 12
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims description 6
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 5
- 229910021193 La 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 5
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 4
- 238000010304 firing Methods 0.000 claims description 4
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 claims description 2
- 150000001805 chlorine compounds Chemical class 0.000 claims 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 17
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 11
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 10
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 8
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 6
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 5
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 5
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 5
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910020599 Co 3 O 4 Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910001047 Hard ferrite Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 description 3
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 description 3
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 3
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001035 Soft ferrite Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 229960004494 calcium gluconate Drugs 0.000 description 2
- 235000013927 calcium gluconate Nutrition 0.000 description 2
- 239000004227 calcium gluconate Substances 0.000 description 2
- NEEHYRZPVYRGPP-UHFFFAOYSA-L calcium;2,3,4,5,6-pentahydroxyhexanoate Chemical compound [Ca+2].OCC(O)C(O)C(O)C(O)C([O-])=O.OCC(O)C(O)C(O)C(O)C([O-])=O NEEHYRZPVYRGPP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYSA-N diboron trioxide Chemical compound O=BOB=O JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 2
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical compound [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 1
- -1 Co(OH) 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910018916 CoOOH Inorganic materials 0.000 description 1
- 101100496858 Mus musculus Colec12 gene Proteins 0.000 description 1
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017493 Nd 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052777 Praseodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N boric acid Chemical compound OB(O)O KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 1
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000011363 dried mixture Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 239000000017 hydrogel Substances 0.000 description 1
- 150000004679 hydroxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 239000000700 radioactive tracer Substances 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N strontium atom Chemical compound [Sr] CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001238 wet grinding Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
- H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
- H01F41/0253—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing permanent magnets
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/26—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on ferrites
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
- H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
- H01F1/03—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
- H01F1/032—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of hard-magnetic materials
- H01F1/10—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of hard-magnetic materials non-metallic substances, e.g. ferrites, e.g. [(Ba,Sr)O(Fe2O3)6] ferrites with hexagonal structure
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
- H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
- H01F1/03—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
- H01F1/12—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials
- H01F1/34—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials non-metallic substances, e.g. ferrites
- H01F1/342—Oxides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/44—Metal salt constituents or additives chosen for the nature of the anions, e.g. hydrides or acetylacetonate
- C04B2235/442—Carbonates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
- C04B2235/66—Specific sintering techniques, e.g. centrifugal sintering
- C04B2235/667—Sintering using wave energy, e.g. microwave sintering
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Hard Magnetic Materials (AREA)
Abstract
본 발명은 페라이트 소결 자석의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 보자력(Hcj)이 우수하면서도 향상된 성능 지수(IP)를 나타내는 페라이트 소결 자석을 개선된 생산성 하에서 제조할 수 있는 방법이 제공된다.
Description
본 발명은 페라이트 소결 자석의 제조 방법에 관한 것이다.
자성 재료인 페라이트(ferrite)는 연질 페라이트(soft ferrite)와 경질 페라이트(hard ferrite)로 구분된다. 상기 연질 페라이트(soft ferrite)는 재료의 자기적인 특성이 자장의 방향과 크기에 따라 쉽게 변화되는 재료로서 등방성을 나타내고 TV나 통신용 트랜스 등에 활용되고 있다.
상기 경질 페라이트(hard ferrite)는 AO·Fe2O3(A: 2가 금속 이온, Sr 또는 Ba)의 조성으로 육방정(六方晶)의 M형 마그네토플럼바이트(magnetoplumbite) 구조를 가지며 재료의 자기적 특성이 자장의 방향과 크기에 따라 쉽게 변화되지 않는 재료이다. 상기 경질 페라이트는 이방성을 나타내고 통상적으로 자동차 전장용 모터 및 전기기구용 회전기 등 영구자석의 재료로 사용되고 있다. SrFe12O19의 조성을 갖는 스트론튬 페라이트(이하, "Sr 페라이트"로 기재함)는 대표적인 M형 마그네토플럼바이트 구조의 자성 재료이다.
페라이트 소결 자석은 원료 배합 공정, 가소(假燒) 공정, 분쇄 공정, 자장 중 성형 공정, 건조 공정, 소결 공정, 및 가공 공정을 통해 제조된다.
페라이트 소결 자석의 등급은 대표적으로 잔류자속밀도(Br) 및 보자력(Hcj)으로 결정되는데, 이 둘은 트레이드-오프(trade off)의 관계에 있어 함께 향상시키는 것이 매우 어렵다.
페라이트 소결 자석의 물성은 원료 화합물, 첨가제, 가소, 분쇄, 소결 등 다양한 요인이 복합적으로 미세 구조 및 결정 크기에 영향을 주어 조절된다고 알려져 있다.
예를 들어, 자성 분말의 입자 크기가 작을수록 결정 입자 자체의 잔류자속밀도(Br) 특성은 저하되나, 성형체의 밀도를 높임으로써 높은 잔류자속밀도 특성을 구현할 수 있다.
분쇄 조건의 변경을 통해 자성 분말의 입자 크기를 작게 만들 수 있지만, 분쇄 및 탈수 공정의 시간 증가, 불량률 증가 등 전체적인 공정의 생산성 저하를 야기하는 문제가 있다.
또한, 보자력(Hcj)은 최적의 결정 크기(Sr 페라이트의 경우 1 ㎛ 이하)가 존재하며, 이 크기보다 크거나 작으면 보자력이 감소하는 문제가 있다.
본 발명은 보자력(Hcj)이 우수하면서도 향상된 성능 지수(index of performance, IP)를 나타낼 수 있는 페라이트 소결 자석을 개선된 생산성 하에서 제조할 수 있는 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 따르면,
원료 화합물 및 상기 원료 화합물의 중량 대비 0.1 중량% 내지 0.5 중량%의 결정성 탄소 화합물을 포함하는 혼합물을 준비하는 배합 공정,
상기 혼합물을 가소하여 가소체를 제조하는 가소 공정,
상기 가소체를 분쇄하여 자성 분말을 얻는 분쇄 공정,
상기 자성 분말을 자장 하에서 성형하여 성형체를 얻는 성형 공정, 및
상기 성형체를 소성하여 소결체를 얻는 소결 공정을 포함하고,
상기 결정성 탄소 화합물은 그래핀(graphene) 및 탄소 나노튜브(carbon nanotube)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 화합물인,
페라이트 소결 자석의 제조 방법이 제공된다.
이하, 발명의 구현 예에 따른 페라이트 소결 자석의 제조 방법에 대해 상세히 설명하기로 한다.
본 명세서에서 명시적인 언급이 없는 한, 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다.
본 명세서에서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 "포함"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
본 발명자들의 계속적인 연구 결과, 페라이트 소결 자석을 제조하는 원료 화합물의 배합 공정에 그래핀, 탄소 나노튜브와 같은 결정성 탄소 화합물을 첨가할 경우, 발달된 미세 다공성 구조를 갖는 가소체를 얻을 수 있음이 확인되었다. 상기 미세 다공성 구조는 가소체의 분쇄를 용이하게 하면서도, 자장 하의 성형 공정에서 탈수를 원활하게 하고, 성형체의 소결 공정에서 가수체 분말의 표면의 반응성을 증가시킨다.
이처럼 상기 미세 다공성 구조는 공정의 생산성 저하 없이 가소체 입자의 크기를 쉽게 제어할 수 있게 해주고, 성형체의 고밀도화를 통한 고성능의 페라이트 소결 자석의 제조를 가능하게 한다.
발명의 일 구현 예에 따르면,
원료 화합물 및 상기 원료 화합물의 중량 대비 0.1 중량% 내지 0.5 중량%의 결정성 탄소 화합물을 포함하는 혼합물을 준비하는 배합 공정,
상기 혼합물을 가소하여 가소체를 제조하는 가소 공정,
상기 가소체를 분쇄하여 자성 분말을 얻는 분쇄 공정,
상기 자성 분말을 자장 하에서 성형하여 성형체를 얻는 성형 공정, 및
상기 성형체를 소성하여 소결체를 얻는 소결 공정을 포함하고,
상기 결정성 탄소 화합물은 그래핀(graphene) 및 탄소 나노튜브(carbon nanotube)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 화합물인,
페라이트 소결 자석의 제조 방법이 제공된다.
우선, 페라이트 소결 자석을 제조하기 위한 원료 화합물을 혼합하는 배합 공정이 수행된다.
상기 구현 예의 제조 방법은 본 발명이 속하는 기술분야에서 알려진 다양한 페라이트 소결 자석의 제조를 위해 적용될 수 있으므로, 상기 원료 화합물의 종류는 특별히 한정되지 않는다.
예를 들어, 상기 원료 화합물로는 Fe 원료 물질과 Sr 원료 물질이 적용될 수 있다. 상기 Sr 페라이트 소결 자석은 Sr의 일부가 La, Nd 또는 Pr 등의 희토류 원소로 치환되고, Fe의 일부가 Co, Mn 또는 Ni로 치환된 페라이트 소결 자석일 수 있다. 그러므로, 상기 배합 공정에서 상기 원료 화합물로는 Fe 원료 물질 및 Sr 원료 물질과 함께, La, Nd 또는 Pr 등의 희토류 원소를 제공하기 위한 원료 물질, Co 원료 물질, Nn 원료 물질 등이 추가로 적용될 수 있다.
상기 각 금속의 원료 물질은 각 금속의 산화물, 탄산염, 수산화물, 질산염, 또는 염화물 등일 수 있다. 구체적으로, 상기 Fe 원료 물질은 Fe의 산화물(Fe2O3), Fe의 수산화물(Fe(OH)3), Fe의 염화물(FeCl3) 등일 수 있고; Sr 원료 물질은 Sr의 탄산염(SrCO3), Sr의 산화물(SrO), Sr의 염화물(SrCl2) 등일 수 있고; La 원료 물질은 La의 산화물(La2O3), La의 수산화물(La(OH)3), La의 탄산염(La2(CO3)3·8H2O) 등이 수 있고; Nd 원료 물질은 Nd의 산화물(Nd2O3)일 수 있고; Pr 원료 물질은 Pr의 산화물(Pr6O11)일 수 있고; Co 원료 물질은 Co의 산화물(CoO, Co3O4), Co의 수산화물(CoOOH, Co(OH)2, Co3O4·m1H2O, 여기서 m1은 양수이다), Co의 탄산염(CoCO3), Co의 염기성 탄산염(m2CoCO3·m3Co(OH)2·m4H2O, 여기서 m2, m3 및 m4는 양수이다) 등일 수 있고; Mn 원료 물질은 Mn의 산화물(MnO2)일 수 있고; Ni 원료 물질은 Ni의 산화물(NiO, Ni2O3)일 수 있다.
바람직하게는 상기 원료 화합물은 Fe2O3, SrCO3, 및 La2O3를 포함할 수 있다.
특히, 상기 배합 공정에서 상기 원료 화합물에는 결정성 탄소 화합물이 혼합된다.
상기 결정성 탄소 화합물은 공기 중에서의 분해 온도가 400 내지 700 ℃로 높고 분해되어 기체(CO2)를 발생시킨다. 발명의 구현 예에서, 상기 원료 화합물과 배합된 상기 결정성 탄소 화합물은 가소 공정의 높은 온도 하에서 분해되어 기체를 발생시킴으로써, 가소체 내부에 발달된 미세 다공성 구조를 부여한다.
상기 결정성 탄소 화합물은 그래핀(graphene) 및 탄소 나노튜브(carbon nanotube)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 화합물일 수 있다. 바람직하게는, 상기 결정성 탄소 화합물은 탄소 나노튜브이다.
상기 결정성 탄소 화합물은 상기 원료 화합물의 중량 대비 0.1 중량% 내지 0.5 중량%의 함량으로 혼합될 수 있다.
상기 결정성 탄소 화합물의 첨가에 따른 미세 다공성 구조의 발달 효과가 발현될 수 있도록 하기 위하여, 상기 결정성 탄소 화합물은 상기 원료 화합물의 중량 대비 0.1 중량% 이상으로 첨가되는 것이 바람직하다. 다만, 과량의 결정성 탄소 화합물이 첨가될 경우 자성 분말의 입자 크기의 제어가 어려워질 수 있고, 이로 인하여 성형 과정에서 탈수 문제로 생산성이 저하하고 불량률이 높아질 수 있다. 또한, 목표로 하는 보자력 및 잔류자속밀도를 갖는 페라이트 소결 자석의 제조가 어려워 질 수 있다. 그러므로, 상기 결정성 탄소 화합물은 상기 원료 화합물의 중량 대비 0.5 중량% 이하로 첨가되는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 상기 결정성 탄소 화합물은 상기 원료 화합물의 중량 대비 0.10 중량% 내지 0.50 중량%, 혹은 0.10 중량% 내지 0.45 중량%, 혹은 0.10 중량% 내지 0.40 중량%, 혹은 0.15 중량% 내지 0.35 중량%의 함량으로 혼합될 수 있다.
상기 원료 화합물에는 가소 반응의 촉진을 위해 삼산화붕소(B2O3) 및 붕산(H3BO3) 등과 같은 B를 포함하는 화합물이 추가로 첨가될 수 있다. 상기 B를 포함하는 화합물의 첨가 시기는 특별히 한정되지 않으며, 가소 공정의 시작 전 아무 때나 첨가될 수 있다. 상기 B를 포함하는 화합물은 원료 물질 100 중량부에 대해 0.01 내지 1.5 중량부로 첨가될 수 있다.
또한, 상기 원료 화합물에는 자석 특성을 향상시키기 위해 Cr2O3, Al2O3 또는 이들의 혼합물이 첨가되거나, 혹은 소결 조제로서 SiO2, CaCO3 또는 이들의 혼합물이 첨가될 수 있다.
상기 Cr2O3, Al2O3 또는 이들의 혼합물의 첨가 시기는 특별히 한정되지 않으며, 성형 공정 전 아무 때나 첨가될 수 있다. 그리고, 상기 소결 조제의 첨가 시기도 특별히 한정되지 않으며, 소결 공정의 시작 전 아무 때나 첨가될 수 있다.
상기 Cr2O3, Al2O3 또는 이들의 혼합물은 원료 화합물 100 중량부에 대해 0.001 내지 5 중량부 혹은 0.001 내지 3 중량부로 첨가될 수 있다. 상기 소결 조제는 원료 화합물 100 중량부에 대해 0.01 내지 2 중량부 혹은 0.01 내지 1 중량부로 첨가될 수 있다.
상기 배합 공정에서는 제조하고자 하는 페라이트 소결 자석의 각 금속의 조성을 고려하여 상기 원료 화합물 및 상기 결정성 탄소 화합물을 소정의 비율로 혼합하여 혼합물을 준비한다.
상기 배합 공정에서는 어트리션 밀(attrition mill), 볼 밀(ball-mill), 터뷸러 믹서(turbula mixer), 또는 스펙스 밀(spex mill) 등을 이용하여 상기 원료 화합물 및 상기 결정성 탄소 화합물을 포함한 혼합물을 분쇄하면서 0.5 내지 20 시간 동안 혼합할 수 있다.
상기 혼합물의 배합은 습식 또는 건식으로 수행될 수 있다.
상기 배합 공정을 습식으로 수행할 경우 용매로는 물을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 혼합물의 분산성을 향상시킬 목적으로 폴리카르본산 암모늄, 글루콘산 칼슘 등의 분산제가 추가로 사용될 수 있다. 가소 공정의 수행 전에 슬러리 상태의 상기 혼합물을 탈수하는 과정을 거칠 수 있다.
상기 배합 공정을 건식으로 수행할 경우 상기 혼합물에 스틸 볼 등을 첨가하여 함께 교반함으로써 보다 균일하게 혼합할 수 있다.
이어서, 상기 혼합물을 가소하여 가소체를 제조하는 가소 공정이 수행된다.
상기 가소 공정에서는 상기 혼합물을 1100 ℃ 내지 1450 ℃, 혹은 1100 ℃ 내지 1300 ℃로 가열하여 상기 혼합물의 페라이트화 반응을 촉진시켜 M형 마그네토플럼바이트(magneto-plumbite) 결정구조를 갖는 가소체를 제공할 수 있다.
상기 가소 공정은 산소 농도가 5 부피% 이상, 혹은 10 부피% 이상, 혹은 20 부피% 이상인 분위기 하에서 수행함으로써 이상립(異常粒) 성장, 이상(異相)의 생성 등을 억제할 수 있다. 상기 가소 공정에서 가소 시간은 0.1 시간 내지 5 시간으로 조절될 수 있다.
이어서, 상기 가소체를 분쇄하여 자성 분말을 얻는 분쇄 공정이 수행된다.
상기 분쇄 공정에서는 상기 가소체를 조분쇄하여 조분쇄 분말을 얻고, 이를 다시 미분쇄하여 자성 분말을 제조할 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며, 한 번의 분쇄 공정을 통해 자성 분말을 제조할 수도 있다.
바람직하게는, 상기 분쇄 공정은, 상기 가소체를 건식으로 조분쇄하여 조분쇄 분말을 얻는 제1 분쇄 단계 및 상기 조분쇄 분말을 습식으로 미분쇄하여 자성 분말을 얻는 제2 분쇄 단계를 포함하여 수행될 수 있다.
상기 제1 분쇄 단계에는 진동 밀, 제트 밀, 볼 밀, 또는 아트라이터(attritor) 등이 이용될 수 있다. 상기 제2 분쇄 단계에는 진동 밀, 제트 밀, 볼 밀, 또는 아트라이터 등이 이용될 수 있다.
상기 제2 분쇄 단계에서 습식 분쇄로 얻어진 자성 분말은 슬러리 상으로 얻어지므로, 원심 분리, 필터 프레스 등을 통해 슬러리를 농축하거나, 혹은 50 ℃ 내지 150 ℃의 온도로 가열 건조하는 것이, 후속되는 성형 공정의 원활한 수행을 위해 바람직하다.
여기서, 상기 조분쇄 분말은 공기 투과법으로 측정한 평균 입경이 1 내지 8 ㎛일 수 있고, 상기 자성 분말은 공기 투과법으로 측정한 평균 입경이 0.1 내지 1.0 ㎛일 수 있다.
후속 성형 공정 전에 원심분리 등을 통해 상기 슬러리를 농축하거나 혹은 50 ℃ 내지 150 ℃의 온도에서 상기 슬러리를 건조할 수 있다. 상기 슬러리는, 예를 들면, 고상 비율이 약 50 내지 70 중량%가 되도록 농축될 수 있다.
이어서, 상기 자성 분말을 자장 하에서 성형하여 성형체를 얻는 성형 공정이 수행된다.
상기 성형 공정에서는 자장 하에서 상기 자성 분말을 성형함으로써 입자의 결정 방위를 배향시킬 수 있어 자석 특성을 비약적으로 향상시킬 수 있다.
일 예로, 상기 성형은 필터 프레스를 이용하여 수행될 수 있다.
다른 일 예로, 상기 자성 분말을 혼련하여 펠렛을 제조하고, 상기 펠렛을 자장 하에서 사출 성형하여 성형체를 제조할 수 있다. 상기 자성 분말은 니더(kneader)를 이용해 혼련될 수 있으며, 이때, 본 발명이 속한 기술분야에 알려진 공지의 첨가제가 첨가될 수 있다. 혼련된 자성 분말은 펠렛타이저로 1축 또는 2축 압출기를 통해 펠렛화될 수 있다. 수득된 펠렛은 세라믹 사출 성형 장치를 통해 100 ℃ 내지 200 ℃의 온도로 가열 용융된 후, 20 ℃ 내지 80 ℃의 금형으로 사출되어 성형될 수 있다. 이때, 성형 압력은 0.1 톤/cm2 내지 0.5 톤/cm2으로 조절될 수 있다.
상기 성형 공정은 자장 하에서 수행될 수 있는데 우수한 자석 특성의 페라이트 소결 자석을 제공하기 위해, 약 5 내지 15 kOe의 자장이 인가될 수 있다.
상기 성형 공정 이후에 상기 성형체를 건조하는 건조 공정이 추가로 수행될 수 있다. 상기 건조 공정에서는 상기 성형 공정에서 얻어진 성형체를 약 100 ℃ 내지 350 ℃에서 건조시킬 수 있다.
이어서, 상기 성형체를 소성하여 소결체를 얻는 소결 공정이 수행된다.
상기 소결 공정에서는 승온 속도, 소결 최고 온도, 소결 최고 온도에서의 유지 시간, 및 냉각 속도 등의 소결 조건을 조절하여 페라이트 소결 자석의 자기 특성을 고성능화할 수 있다.
구체적으로, 승온 속도를 1℃/분 내지 10℃/분으로 조절하고, 소결 최고 온도를 1150 ℃ 내지 1300 ℃ 내로 조절하고, 최고 온도에서의 유지 시간을 0 분 내지 120 분의 범위로 조절하고, 냉각 속도를 1℃/분 내지 10℃/분으로 조절하여 고성능의 페라이트 소결 자석을 제공할 수 있다.
상기 소결 공정 이후에 상기 소결체를 원하는 형성으로 가공하는 가공 공정이 추가로 수행될 수 있다.
본 발명에 따르면, 보자력(Hcj)이 우수하면서도 향상된 성능지수(IP)를 나타내는 페라이트 소결 자석을 개선된 생산성 하에서 제조할 수 있는 방법이 제공된다.
이하, 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예들을 제시한다. 그러나 하기의 실시예들은 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 발명을 이들만으로 한정하는 것은 아니다.
실시예 1
357.99 g의 Fe2O3, 53.24 g의 SrCO3, 4.76 g의 La2O3, 1.5 g의 SiO2, 750 g의 H2O를 배합한 원료 화합물을 준비하였다.
2.3 L 용량의 광구병에 상기 원료 화합물과 상기 원료 화합물의 중량 대비 0.15 중량%의 탄소 나노튜브을 첨가하고 150 rpm의 속도로 30 분 동안 볼-밀하여 혼합물 슬러리를 얻었다. 상기 볼-밀에는 지름 5 mm의 지르코니아 볼 2 kg이 이용되었다. 상기 혼합물 슬러리를 90 ℃ 하에서 약 12 시간 동안 건조하였다.
건조된 혼합물을 2 시간에 걸쳐 1255 ℃까지 승온시키고 2 시간 동안 1255 ℃를 유지한 후 자연 냉각하여 가소체를 얻었다.
디스크-밀(gap size 0.3 mm, 속도 300 rpm)을 이용하여 상기 가소체를 조분쇄(1차 분쇄)하여 조분쇄 분말을 얻었다.
2.3 L 용량의 광구병에 300 g의 상기 조분쇄 분말, 2.10 g의 CaCO3 0.15 g의 SrCO3, 6.00 g의 La2O3, 3.00 g의 Co3O4, 1.50 g의 SiO2, 3.00 g의 Cr2O3, 0.9 g의 글루콘산 칼슘, 및 490 g의 H2O를 혼합(total solid content = 38 %)한 후, 150 rpm의 속도로 22 시간 동안 볼-밀(2차 분쇄)하여 자성 분말 슬러리를 얻었다. 상기 볼-밀에는 지름 5 mm의 스틸 볼 6.5 kg이 이용되었다.
상기 자성 분말 슬러리를 고형분 함량 65 중량%가 되도록 탈수한 후, 자장 방향이 가압 방향과 평행한 습식 자장 성형기를 이용하여 성형체를 제조하였다. 상기 성형 공정에서 0.3 톤/㎠의 성형 압력, 20 kG의 인가 자장, 7 kG의 내부 자장, 탈수포의 통기도 300 mm/sec, 성형체의 수분 함량 12~14 중량%로 적용되었다.
상기 성형체를 3 시간 30 분에 걸쳐 1225 ℃까지 승온시키고 30 분 동안 1225 ℃를 유지한 후 자연 냉각하여 소결체를 얻었다.
상기 소결체를 직경 35 mm 및 두께 10 mm의 원판 형태로 가공하여 페라이트 소결 자석 시편을 제조하였다.
실시예 2
상기 혼합물 슬러리의 제조 공정에서 상기 탄소 나노튜브의 함량을 상기 원료 화합물의 중량 대비 0.30 중량%로 변경한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 페라이트 소결 자석 시편을 제조하였다.
실시예 3
상기 혼합물 슬러리의 제조 공정에서 상기 탄소 나노튜브의 함량을 상기 원료 화합물의 중량 대비 0.35 중량%로 변경한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 페라이트 소결 자석 시편을 제조하였다.
실시예 4
상기 혼합물 슬러리의 제조 공정에서 상기 탄소 나노튜브 대신 그래핀을 동일한 함량으로 첨가한 것을 제외하고, 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 페라이트 소결 자석 시편을 제조하였다.
비교예 1
상기 혼합물 슬러리의 제조 공정에서 상기 탄소 나노튜브의 함량을 상기 원료 화합물의 중량 대비 0.05 중량%로 변경한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 페라이트 소결 자석 시편을 제조하였다.
비교예 2
상기 혼합물 슬러리의 제조 공정에서 상기 탄소 나노튜브의 함량을 상기 원료 화합물의 중량 대비 0.7 중량%로 변경한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 페라이트 소결 자석 시편을 제조하였다.
비교예 3
상기 혼합물 슬러리의 제조 공정에서 상기 탄소 나노튜브를 첨가하지 않은 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 페라이트 소결 자석 시편을 제조하였다.
시험예
(1) 상기 실시예 및 비교예에서 얻은 상기 혼합물 슬러리를 100 ℃의 오븐에서 건조한 후, 건조된 시료를 75 ㎛ 채에 통과시켜서 고운 분말을 준비 하고, 공기역학적 입경분포 측정기(APS)를 이용하여 분말의 평균 입경을 측정하였다.
(2) B-H Curve Tracer를 이용하여 20 ℃의 온도, 외부 인가 자장 10 kOe, 분말의 충진율 1.0 g/cc 조건 하에서 상기 실시예 및 비교예에서 얻은 각각의 페라이트 소결 자석 시편에 대한 보자력(Hcj, kA/m), 잔류자속밀도(Br, mT), 및 성능 지수(IP = Br + 0.5Hcj)를 측정하였다.
(3) 상기 실시예 및 비교예에서 각각 30 개의 페라이트 소결 자석 시편을 제조하였을 때, 크랙이 발생한 시편의 개수를 카운트하였다.
| 평균 입경 (㎛) |
잔류자속밀도(Br) (mT) |
보자력(Hcj) (kA/m) |
성능 지수 (IP) |
크랙 개수 (개) |
|
| 실시예 1 | 0.81 | 434 | 323 | 596 | 1 |
| 실시예 2 | 0.79 | 432 | 325 | 595 | 1 |
| 실시예 3 | 0.80 | 435 | 322 | 596 | 0 |
| 실시예 4 | 0.80 | 433 | 325 | 596 | 1 |
| 비교예 1 | 0.89 | 412 | 323 | 574 | 0 |
| 비교예 2 | 0.72 | 440 | 280 | 580 | 9 |
| 비교예 3 | 0.90 | 410 | 322 | 571 | 1 |
상기 표 1을 참고하면, 실시예들에 따른 페라이트 소결 자석은 비교예들에 따른 페라이트 소결 자석에 비하여 동등 이상의 보자력을 가지면서도 우수한 성능 지수를 나타내는 것으로 확인된다.
Claims (6)
- 원료 화합물 및 상기 원료 화합물의 중량 대비 0.1 중량% 내지 0.5 중량%의 결정성 탄소 화합물을 포함하는 혼합물을 준비하는 배합 공정,
상기 혼합물을 가소하여 가소체를 제조하는 가소 공정,
상기 가소체를 분쇄하여 자성 분말을 얻는 분쇄 공정,
상기 자성 분말을 자장 하에서 성형하여 성형체를 얻는 성형 공정, 및
상기 성형체를 소성하여 소결체를 얻는 소결 공정을 포함하고,
상기 결정성 탄소 화합물은 그래핀(graphene) 및 탄소 나노튜브(carbon nanotube)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 화합물인,
페라이트 소결 자석의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 원료 화합물은, Fe의 산화물, 수산화물 또는 염화물; Sr의 탄산염, 산화물 또는 염화물; 및 La의 산화물, 수산화물 또는 탄산염을 포함하는, 페라이트 소결 자석의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 원료 화합물은 Fe2O3, SrCO3, 및 La2O3를 포함하는, 페라이트 소결 자석의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 가소 공정은 1100 ℃ 내지 1450 ℃의 온도 하에서 수행되는, 페라이트 소결 자석의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 분쇄 공정은, 상기 가소체를 건식으로 조분쇄하여 조분쇄 분말을 얻는 제1 분쇄 단계 및 상기 조분쇄 분말을 습식으로 미분쇄하여 자성 분말을 얻는 제2 분쇄 단계를 포함하여 수행되는, 페라이트 소결 자석의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 소결 공정은 1150 ℃ 내지 1300 ℃의 온도 하에서 수행되는, 페라이트 소결 자석의 제조 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190125895A KR102664653B1 (ko) | 2019-10-11 | 2019-10-11 | 페라이트 소결 자석의 제조 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190125895A KR102664653B1 (ko) | 2019-10-11 | 2019-10-11 | 페라이트 소결 자석의 제조 방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20210043119A true KR20210043119A (ko) | 2021-04-21 |
| KR102664653B1 KR102664653B1 (ko) | 2024-05-08 |
Family
ID=75743936
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020190125895A KR102664653B1 (ko) | 2019-10-11 | 2019-10-11 | 페라이트 소결 자석의 제조 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102664653B1 (ko) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20030072212A (ko) * | 2001-02-07 | 2003-09-13 | 스미토모 도큐슈 긴조쿠 가부시키가이샤 | 영구자석 및 그 제조방법 |
| KR20180000383A (ko) * | 2016-06-22 | 2018-01-03 | 주식회사 나노스페이스 | 산화 그래핀을 이용한 자성다공체 및 그 제조방법 |
-
2019
- 2019-10-11 KR KR1020190125895A patent/KR102664653B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20030072212A (ko) * | 2001-02-07 | 2003-09-13 | 스미토모 도큐슈 긴조쿠 가부시키가이샤 | 영구자석 및 그 제조방법 |
| KR20180000383A (ko) * | 2016-06-22 | 2018-01-03 | 주식회사 나노스페이스 | 산화 그래핀을 이용한 자성다공체 및 그 제조방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR102664653B1 (ko) | 2024-05-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4367649B2 (ja) | フェライト焼結磁石 | |
| US10720272B2 (en) | Ferrite magnetic material and ferrite sintered magnet | |
| KR102588231B1 (ko) | 페라이트 자성재료 및 페라이트 소결자석 | |
| CN103058641B (zh) | 一种制备非稀土高磁性永磁铁氧体材料的方法 | |
| WO1999034376A1 (fr) | Aimant en ferrite et son procede de production | |
| JP2016157939A (ja) | ボンド磁石用フェライト粉末とその製造方法並びにフェライト系ボンド磁石 | |
| US6419847B1 (en) | Ferrite magnet powder and magnet using said magnet powder, and method for preparing them | |
| JP2021141151A (ja) | ボンド磁石用フェライト粉末およびその製造方法 | |
| KR102664653B1 (ko) | 페라이트 소결 자석의 제조 방법 | |
| US11664142B2 (en) | Ferrite sintered magnet and rotating electric machine | |
| KR102430475B1 (ko) | 페라이트 소결 자석의 제조 방법 및 페라이트 소결 자석 | |
| KR102610891B1 (ko) | 페라이트 소결 자석의 제조 방법 | |
| WO2016136701A1 (ja) | ボンド磁石用フェライト粉末とその製造方法並びにフェライト系ボンド磁石 | |
| KR102664651B1 (ko) | 페라이트 소결 자석의 제조 방법 | |
| KR102406630B1 (ko) | 페라이트 소결 자석의 제조 방법 및 페라이트 소결 자석 | |
| KR102407046B1 (ko) | 페라이트 자성재료 및 페라이트 소결자석 | |
| US11636964B2 (en) | Ferrite sintered magnet and rotating electric machine | |
| KR102664658B1 (ko) | 페라이트 소결 자석의 제조 방법 | |
| KR100538874B1 (ko) | 고특성 페라이트 소결자석 및 그 제조방법 | |
| KR20210043116A (ko) | 페라이트 소결 자석의 제조 방법 | |
| KR102588230B1 (ko) | 페라이트 자성재료 및 페라이트 소결자석 | |
| JPH02180004A (ja) | 異方性酸化物磁性粉末の製造方法およびプラスチック磁石の製造方法 | |
| KR102258552B1 (ko) | 페라이트 자성재료 및 페라이트 소결자석 | |
| KR20200090037A (ko) | 페라이트 소결 자석의 제조 방법 | |
| JP2000173812A (ja) | 異方性フェライト磁石の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |