KR20220085649A - 인덕터용 자성체 및 이를 포함하는 인덕터용 자성소재의 제조방법 - Google Patents

인덕터용 자성체 및 이를 포함하는 인덕터용 자성소재의 제조방법 Download PDF

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KR20220085649A
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Abstract

본 발명은 대전류 영역에서 직류중첩 특성이 우수한 인덕터용 자성체 및 이를 포함하는 인덕터용 자성소재의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 인덕터용 자성체는 대전류용 인덕터에 사용되는 자성체로서, Al: 10wt% 이상과 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 함유하는 Fe-Al계 합금을 포함하는 코어입자와; 상기 코어입자의 표면에 Al2O3로 형성되는 절연층을 포함한다.

Description

인덕터용 자성체 및 이를 포함하는 인덕터용 자성소재의 제조방법{Magnetic material for inductor and method of manufacturing magnetic material for inductor including the same}
본 발명은 인덕터용 자성체 및 이를 포함하는 인덕터용 자성소재의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 대전류 영역에서 직류중첩 특성이 우수한 인덕터용 자성체 및 이를 포함하는 인덕터용 자성소재의 제조방법에 관한 것이다.
전기충전 방식을 사용하는 자동차에는 고전압 배터리로 충전할 수 있는 충전장치인 OBC(On Board charger)가 필요하다.
OBC는 교류(AC) 상용전원(220V 등)을 직류(DC)로 바꿔주는데, 이때, 전압과 전류의 위상이 달라 역률(Power Factor)이 나빠지면서 전력변환 효율이 저하된다.
그래서, 전력변환 효율이 저하되는 것을 방지하기 위하여 OBC 내 PFC(Power Factor Correction)로 상용 교류(AC) 전원을 정류하여 전압과 전류의 위상 편차를 보정하여 역률을 1에 가깝게 만들어 준다.
이러한 PFC 회로에 사용되는 인덕터는 대전류 영역(DC bais)에서의 인덕턴스값 저하가 낮고, 손실(Coreloss) 값 또한 낮은 재료가 사용되어야 한다. 그래서, 일반적으로 Permalloy(Fe-50%Ni)소재가 사용되고 있다.
앞서 언급되었듯이, 대전류용 인덕터 소재는 대전류 영역에서 인덕턴스 유지(직류중첩특성)가 중요하며, 이를 위해서는 낮은 투자율(60u 이하)의 합금분말 성형체를 사용하고 있다.
일반적으로 연자성 합금분말의 투자율을 낮추기 위해서는 자성분말에 인산이나 세라믹 절연재와 같은 절연물질을 첨가하여 자성분말의 표면에 절연 코팅층을 형성하는 방식이 적용되고 있다.
하지만, 절연 코팅층의 형성을 위하여 과도한 절연물질을 첨가하게 되면 분말-분말, 절연물질-절연물질간 뭉침현상의 발생과 낮은 성형체 밀도로 인해 자기적 특성이 저하되는 문제가 발생하였다.
상기의 배경기술로서 설명된 내용은 본 발명에 대한 배경을 이해하기 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
등록특허공보 제10-0433200호 (2004.05.17)
본 발명은 대전류 영역에서 직류중첩 특성이 우수한 인덕터용 자성체 및 이를 포함하는 인덕터용 자성소재의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 인덕터용 자성체는 대전류용 인덕터에 사용되는 자성체로서, Al: 10wt% 이상과 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 함유하는 Fe-Al계 합금을 포함하는 코어입자와; 상기 코어입자의 표면에 Al2O3로 형성되는 절연층을 포함한다.
상기 Fe-Al계 합금은 Al: 13.0 ~ 14.0wt%를 함유하는 것을 특징으로 한다.
상기 Fe-Al계 합금은 직경이 106㎛ 이하, 평균 결정립 크기가 20 ~ 40㎛인 구형의 분말인 것을 특징으로 한다.
상기 절연층의 두께는 0.5 ~ 1㎛인 것을 특징으로 한다.
상기 자성체는 측정자화강도가 130 ~ 150 Oe일 때 직류중첩특성이 80% 이상인 것을 특징으로 한다.
상기 자성체는 측정자화강도가 0 Oe에서 400 Oe로 커지는 동안 직류중첩특성의 저하율이 50% 이하인 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 일 실시형태에 따른 인덕터용 자성소재의 제조방법은 대전류용 인덕터에 사용되는 자성소재를 제조하는 방법으로서, Al: 10wt% 이상과 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 함유하는 코어입자를 준비하는 코어입자 준비단계와; 활석(Mg3Si4O10(OH)2)을 수분제거 처리하여 메인 절연재를 준비하는 절연재 준비단계와; 준비된 코어입자와 메인 절연재를 혼합하여 제 1 혼합재를 준비하는 제 1 혼합단계와; 준비된 제 1 혼합재를 900 ~ 1300℃에서 열처리하여 코어입자의 표면에 Al2O3로 형성되는 절연층이 형성된 자성체를 생성하는 제 1 열처리단계를 포함한다.
상기 코어입자 준비단계에서, 상기 코어입자는 Al: 13.0 ~ 14.0wt%를 함유하는 것을 특징으로 한다.
상기 절연재 준비단계는 활석(Mg3Si4O10(OH)2)을 1000℃ 이상의 온도로 로스팅(roasting)하여 수분율이 1% 이하인 메인 절연재를 생성하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 혼합단계는 코어입자 100중량부에 대하여 메인 절연재 0.1 ~ 10중량부를 혼합하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 열처리단계는 900 ~ 1300℃에서 0.5 ~ 12시간 동안 실시하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 열처리단계는 불활성가스와 환원가스의 혼합가스 분위기 또는 불활성가스 분위기에서 실시하는 것을 특징으로 한다.
상기 열처리단계 이후에는 상기 자성체에 윤활제를 혼합하여 제 2 혼합재를 준비하는 제 2 혼합단계와; 준비된 제 2 혼합재를 성형하는 성형체를 생성하는 성형단계와; 상기 성형체의 성형 잔류응력을 제거하는 열처리를 실시하는 제 2 열처리단계를 더 포함한다.
상기 제 2 혼합단계에서 코어입자 100중량부에 대하여 윤활제 0.1 ~ 5중량부를 혼합하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 2 혼합단계에서는 제 2 혼합재에 상기 메인 절연재와는 다른 종류의 세라믹 소재인 서브 절연재를 더 혼합하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 2 열처리단계는 상기 성형체를 600 ~ 1000℃에서 열처리하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 로스팅하여 수분이 제거된 활석을 이용하여 Fe-Al계 합금으로 형성되는 코어입자의 표면에 Al2O3로 형성되는 균일한 두께의 절연층을 형성함으로써, 대전류 영역에서 직류중첩특성이 우수한 인덕터용 자성체를 획득할 수 있는 효과가 있다.
또한, 수분이 제거된 활석을 이용하여 고온 열처리를 통하여 절연층을 형성함에 따라 코어입자와 코어입자 사이 및 절연재와 절연재 사이에 뭉침현상이 발생하는 것을 억제할 수 있고, 코어입자의 결정립 사이즈를 증가시킬 수 있으며 내부 응력을 제거할 수 있는 효과를 동시에 기대할 수 있다.
그리고, 종래에는 코어입자를 열처리한 다음 코어입자의 표면에 절연층을 형성하는 2단계의 공정을 실시하였지만, 본 발명에 따르면 코어입자와 절연재를 고온에서 열처리하는 1단계의 공정으로 절연층을 형성할 수 있게 됨에 따라 제조 공정을 단순화할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
도 1a는 Al의 함량에 따른 코어입자의 최대투자율(μm) 변화를 보여주는 그래프이고,
도 1b는 Al의 함량에 따른 코어입자의 히스테리시스 손실(Wh) 변화를 보여주는 그래프이며,
도 1c는 Al의 함량에 따른 코어입자의 보자력(Hc) 변화를 보여주는 그래프이고,
도 1d는 Al의 함량에 따른 코어입자의 철손(mW/ccc) 변화를 보여주는 그래프이며,
도 2a 내지 도 2c는 비교예와 실시예에 따른 자성체의 표면을 보여주는 확대 사진과 자성체의 표면 성분을 분석한 결과를 보여주는 도면이고,
도 3은 비교예와 실시예에 따른 자성체의 고온 열처리에 따른 직류중첩특성의 변화를 보여주는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
본 발명에 따른 인덕터용 자성체는 대전류용 인덕터에 사용되는 자성체로서, Fe-Al계 합금으로 이루어진 코어입자의 표면에 Al2O3로 형성되는 절연층을 포함한다.
코어입자는 Fe-Al계 합금으로 이루어지는 분말로서, Al: 10wt% 이상과 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 함유한다. 이때 바람직하게는 Al의 함량이 13.0 ~ 14.0wt%인 것이 좋다. 더욱 바람직하게는 Al의 함량이 13.0 ~ 13.6wt%인 것이 좋다.
인덕터 소재의 주요 인자는 투자율, 철손 및 직류중첩특성이 대표적이다. 만약, Al의 함유에 의해 비저항값이 높아져서 철손을 감소시키고, 결정자기 이방성을 낮춰서 높은 투자율을 기대할 수 있다. 그래서, Al의 함량은 10% 이상으로 유지하는 것이 바람직하다.
하지만, Al의 함량이 많아질수록 항복강도가 높아지고, 특정 함량에서는 원자배열의 규칙화로 인해 최대 투자율이 현저히 감소되는 문제가 발생한다. 그래서 Al의 함량을 13.0 ~ 14.0wt%로 한정하는 것이 바람직하다.
코어입자는 직경이 106㎛ 이하인 구형의 분말인 것이 바람직하다. 특히 코어입자는 절연층의 형성을 위하여 고온 열처리되는 동안 결정립의 크기가 증가된다. 이에 따라 코어입자의 평균 결정립 크기는 20 ~ 40㎛인 것이 바람직하다.
그리고, 절연층은 코어입자의 표면에 절연성을 부여하는 층이지만, 본 발명에서 절연층은 절연성의 부여와 함께 직류중첩특성을 향상시키는 역할을 한다.
이러한 절연층은 수분이 제거된 활석(Mg3Si4O10(OH)2)을 이용하여 고온 열처리를 통하여 코어입자의 표면에 Al2O3로 형성되는 산화피막이다.
이때 절연층은 코어입자의 표면에 균일하면서 견고하게 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 절연층의 두께는 얇을수록 좋은 특성이 구현되지만, 원하는 수준의 절연성과 직류중첩특성을 유지하기 위하여 0.5 ~ 1㎛로 형성되는 것이 바람직하다.
상기와 같이 Fe-Al계 합금으로 이루어진 코어입자의 표면에 Al2O3로 형성되는 절연층으로 이루어진 자성체는 대전류 영역(DC bais)에서 인덕턴스값(직류중첩특성)의 저하가 낮아야 한다.
따라서, 본 실시예에 따른 자성체는 측정자화강도가 130 ~ 150 Oe일 때 직류중첩특성이 80% 이상인 것을 유지하는 것이 바람직하다.
또한, 자성체는 측정자화강도가 0 Oe에서 400 Oe로 커지는 동안 직류중첩특성의 저하율이 50% 이하로 유지하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 자성체를 이용하여 인덕터용 자성소재를 제조하는 방법에 대하여 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 인덕터용 자성소재의 제조방법은 대전류용 인덕터에 사용되는 자성소재를 제조하는 방법으로서, Fe-Al계 합금으로 코어입자를 준비하는 코어입자 준비단계와; 활석(Mg3Si4O10(OH)2)을 수분제거 처리하여 메인 절연재를 준비하는 절연재 준비단계와; 준비된 코어입자와 메인 절연재를 혼합하여 제 1 혼합재를 준비하는 제 1 혼합단계와; 준비된 제 1 혼합재를 900 ~ 1300℃에서 열처리하여 코어입자의 표면에 Al2O3로 형성되는 절연층이 형성된 자성체를 생성하는 제 1 열처리단계를 포함한다.
그리고, 열처리단계 이후에는 상기 자성체에 윤활제를 혼합하여 제 2 혼합재를 준비하는 제 2 혼합단계와; 준비된 제 2 혼합재를 성형하는 성형체를 생성하는 성형단계와; 상기 성형체의 성형 잔류응력을 제거하는 열처리를 실시하는 제 2 열처리단계를 더 포함한다.
코어입자 준비단계는 Fe-Al계 합금으로 구형의 코어입자를 준비하는 단계로서, Al: 10wt% 이상과 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 함유하도록 용강을 준비한 다음 이를 분무법에 의해 구형의 분말로 제조한다.
이때 코어입자의 Al 함량은 13.0 ~ 14.0wt%인 것이 좋고, 더욱 바람직하게는 13.0 ~ 13.6wt%인 것이 좋다.
절연재 준비단계는 코어입자에 절연층을 형성하는데 사용되는 메인 절연재를 준비하는 단계로서, 본 실시예에서는 수분이 제거된 활석(Talc; Mg3Si4O10(OH)2)을 메인 절연재로 사용한다.
일반적인 활석(Talc)은 일반적으로 5 ~ 10wt% 수준의 수분을 함유한다. 이렇게 수분이 제거되지 않은 일반적인 활석(Normal Talc)을 이용하여 절연층을 형성하는 경우에는 철손(coreloss)값이 증가하는 문제가 발생한다.
그래서, 본 실시예에서는 메인 절연재로 수분이 제거된 활석(Talc)을 사용한다. 활석(Talc)에서 수분을 제거하기 위하여 활석(Talc)을 1000℃ 이상의 온도로 로스팅(roasting)한다. 그래서, 활석의 수분율을 0% 수준으로 유지하는 것이 바람직하다. 다만, 0% 수준으로 수분이 완전히 제거된 활석의 경우에 대기에 노출됨으로써 수분이 함유될 수 있다. 그래서, 본 실시예에서는 수분이 제거된 활석(Roasted Talc)의 수분을 1% 이하로 한정함으로써, 수분을 제거하지 않은 활석(Normal Talc)과 구별되도록 하였다.
제 1 혼합단계는 준비된 코어입자와 메인 절연재를 혼합하여 제 1 혼합재를 준비하는 단계이다.
이때 코어입자 100중량부에 대하여 메인 절연재 0.1 ~ 10중량부를 혼합한다. 바람직하게는 코어입자 100중량부에 대하여 메인 절연재 1중량부를 혼합한다.
메인 절연재인 수분이 제거된 활석(Roasted Talc)은 코어입자와의 혼합 시에 소착이 방지되도록 하는 동시에 절연제로서의 역할도 한다.
그래서, 메인 절연제의 혼합량이 많아지면 투자율이 낮아지는 문제가 있다. 그래서 메인 절연제의 혼합량을 0.1 ~ 10중량부로 제한하는 것이 바람직하다.
제 1 열처리단계는 코어입자의 표면에 메인 절연재를 이용하여 절연층을 형성하여 자성체를 생성하는 단계로서, 준비된 제 1 혼합재를 고온에서 열처리하여 코어입자의 표면에 함유된 Al가 메인 절연재에 함유된 O와 반응되도록 하여 코어입자의 표면에 균일하면서 견고한 산화피막인 Al2O3로 형성된 절연층을 형성시킨다.
이때 제 1 열처리단계는 상기 제 1 열처리단계는 900 ~ 1300℃에서 0.5 ~ 12시간 동안 실시한다. 바람직하게는 1100℃에서 2 ~ 3시간 동안 열처리를 실시하는 것이 좋다.
특히, 제 1 열처리단계는 불활성가스와 환원가스의 혼합가스 분위기 또는 불활성가스 분위기에서 실시하는 것이 바람직하다. 예를 들어 불활성가스로는 질소(N2)를 사용할 수 있고, 환원가스로는 수소(H2)를 사용할 수 있다. 한편, 제 1 열처리단계를 환원가스 단독 분위기, 즉 수소(H2)가스 단독 분위기에서 실시하지 않는 이유는 수소(H2)가스 단독 분위기에서 열처리를 하는 경우에는 코어입자의 표면에 절연층이 형성되지 않기 때문이다.
이렇게 제 1 열처리단계에서 고온 열처리를 실시함으로써, 코어입자의 표면에 균일하면서 견고한 절연층을 형성할 수 있다. 특히, 원하는 수준의 절연성과 직류중첩특성을 유지하기 위하여 절연층의 두께를 0.5 ~ 1㎛ 수준으로 형성되도록 하는 것이 바람직하다.
그리고, 제 1 열처리단계가 실시되는 동안 코어입자는 결정립이 성장하면서 크기가 증가된다. 그래서, 제 1 열처리단계 실시 이후에는 코어입자의 평균 결정립 크기가 20 ~ 40㎛정도로 성장한다.
또한, 제 1 열처리단계가 실시되는 동안 자성체의 내부 응력이 제거되어 자성특성이 향상된다.
제 2 혼합단계는 인덕터용 자성소재를 제조하기 위하여 준비된 자성체에 윤활제를 건식으로 혼합하여 제 2 혼합재를 생성하는 단계로서, 자성소재에 사용되는 통상의 윤활제를 준비된 자성체와 혼합할 수 있다.
이때 윤활제의 함량은 코어입자 100중량부에 대하여 윤활제 0.1 ~ 5중량부를 혼합하는 것이 좋다.
또한, 제 2 혼합단계에서는 절연성을 향상시키기 위하여 메인 절연재와는 다른 종류의 세라믹 소재인 서브 절연제를 더 혼합할 수 있다.
성형단계는 준비된 인덕터용 자성소재를 형성하기 위하여 제 2 혼합재를 원하는 형상으로 성형하여 성형체를 생성하는 단계이다. 예를 들어 제 2 혼합재를 8 ton/cm2 이상의 고압으로 압축 성형할 수 있다.
제 2 열처리단계는 성형체의 성형시 잔류된 성형 잔류응력을 제거하는 열처리단계로서, 성형체를 600 ~ 1000℃에서 열처리한다.
이때, 제 2 열처리단계는 불활성가스와 환원가스의 혼합가스 분위기 또는 불활성가스 분위기에서 0.5 ~ 12시간 동안 실시할 수 있다.
다음으로, 실시예와 비교예를 통하여 본 발명을 설명한다.
먼저, 코어입자의 Al 함량 범위를 한정하는 이유에 대하여 설명한다.
코어입자에 함유되는 Al의 함량을 변경하여 제작된 시편에 대하여 최대투자율, 히스테리시스 손실 및 보자력을 측정하였고, 그 결과를 도 1a 내지 도 1c에 나타내었다.
도 1a는 Al의 함량에 따른 코어입자의 최대투자율(μm) 변화를 보여주는 그래프이고, 도 1b는 Al의 함량에 따른 코어입자의 히스테리시스 손실(Wh) 변화를 보여주는 그래프이며, 도 1c는 Al의 함량에 따른 코어입자의 보자력(Hc) 변화를 보여주는 그래프이고, 도 1d는 Al의 함량에 따른 코어입자의 철손(mW/ccc) 변화를 보여주는 그래프이다.
도 1a에서 알 수 있듯이, 최대투자율은 Al의 함량이 10wt% 이상으로 함유되면서 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
그리고, 도 1b 및 1c에서 알 수 있듯이, 히스테리시스 손실과 보자력은 Al의 함량이 8wt% 이상으로 함유되면서 저하되기 시작하여 10wt% 이상의 범위에서 낮게 유지되는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 도 1d에서 알 수 있듯이, 철손(core loss)는 Al의 함량이 10wt% 이상으로 함유되면서 급격하게 저하되기 시작하여 13.0 ~ 14.0wt%, 바람직하게는 13.0 ~ 13.6wt% 범위에서 철손이 최저값을 갖는 것을 확인할 수 있었다.
따라서, 자성체를 형성하는 Fe-Al계 합금에서 Al의 함량은 10wt% 이상, 바람직하게는 13.0 ~ 14.0wt%, 더욱 바람직하게는 13.0 ~ 13.6wt%로 유지하는 것이 좋다는 것을 확인할 수 있었다.
다음으로, 고온 열처리의 필요성 및 온도를 한정하는 이유에 대하여 설명한다.
코어입자 99wt%와 수분이 제거된 활석(Roasted Talc) 1wt%를 혼합한 다음 고온 열처리 전의 자성체, 880℃에서 2시간 동안 열처리를 실시한 자성체 및 1100℃에서 2시간 동안 열처리를 실시한 자성체의 표면을 관찰하고, 표면의 성분을 분석하였으며, 그 결과를 도 2a 내지 도 2c에 나타내었다.
도 2a 내지 도 2c는 자성체의 표면을 보여주는 확대 사진과 자성체의 표면 성분을 분석한 결과를 보여주는 도면이다.
이때 도 2a는 열처리 전의 자성체에 대한 도면이고, 도 2b는 880℃에서 열처리된 자성체에 대한 도면이며, 도 2c는 1100℃에서 열처리된 자성체에 대한 도면이다.
도 2a에서 알 수 있듯이, 고온 열처리 전에는 자성체의 표면에 아직 절연층이 형성되지 않은 것을 확인할 수 있었다.
그리고, 도 2b에서 알 수 있듯이, 880℃에서 열처리된 자성체는 코어입자의 결정립 크기가 증가하였고, 절연층이 관찰되기는 하지만, 절연층의 형성이 미비한 것을 확인할 수 있었다.
반면에, 도 2c에서 알 수 있듯이, 1100℃에서 열처리된 자성체는 표면에 절연층이 형성된 것을 확인할 수 있었다. 특히, 코어입자의 표면에 약 0.5 ~ 1 ㎛ 사이의 균일하고 견고한 절연층(Al2O3)이 형성되어 있으며, 절연층이 형성된 범위에서 Al 함량이 Fe 함량보다 높은 수치를 보이는 것을 확인할 수 있었다.
따라서, 제 1 열처리단계에서 900 ~ 1300℃ 범위로 열처리를 실시하는 경우에 원하는 수준의 절연층을 형성할 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.
다음으로, 고온 열처리에 따른 직류중첩특성의 변화에 대하여 설명한다.
코어입자 99wt%와 수분이 제거된 활석(Roasted Talc) 1wt%를 혼합한 다음 고온 열처리 전의 자성체(비교예 1), 880℃에서 2시간 동안 열처리를 실시한 자성체(비교예 2) 및 1100℃에서 2시간 동안 열처리를 실시한 자성체(실시예)에 대하여 자화강도(Magnetic Force)를 증가시키면서 직류중첩특성(Percent Permeability)의 변화를 측정하였고, 그 결과를 도 3 및 표 1에 나타내었다.
표 1에서 저하율은 자화강도 0 Oe 대비 400 Oe에서 측정된 직류중첩특성의 저하율(%)을 의미한다.
자화강도(Oe) 0 80 100 130 150 165 200 400 저하율(%)
직류중첩특성
(%)		 비교예1 53.6 61.6 53.6 36.3 32.9 29.8 23.2 10.4 80.6
비교예2 82.8 86.5 82.8 69.2 64.9 60.1 47.5 20.4 75.3
실시예 88.7 90.3 88.7 84.1 82.7 81.2 76.6 55.1 37.9
도 3 및 표 1에서 알 수 있듯이, 측정자화강도 모든 구간에서 본 발명에 따라 1100℃에서 열처리한 자성체인 실시예 1의 직류중첩특성이 가장 우수한 것을 확인할 수 있었다.
특히, 실시예는 최근 대전류용 인덕터에 적용되는 자화강도 구간인 130 ~ 150 Oe, 즉 측정자화강도가 130 ~ 150 Oe일 때 직류중첩특성이 84.1 ~ 88.7%로 80% 이상을 유지하는 것을 확인할 수 있었다.
반면에, 측정자화강도가 130 ~ 150 Oe인 구간에서 비교예 1는 36.3 ~ 53.6%를 유지하였고, 비교예 2는 64.9 ~ 69.2%를 유지하였다.
특히, 실시예는 측정자화강도가 0 Oe에서 400 Oe로 증가되는 동안 직류중첩특성의 저하율이 37.9%로 50% 이하를 유지하였지만, 비교예 1은 80.6%의 저하율을 보였고, 비교예 2는 75.3%의 저하율을 보였다.
이러한 결과에서 본 발명의 실시예에 따라 고온에서 열처리를 실시하면 직류중첩특성이 개선된다는 것을 확인할 수 있었다.
다음으로, 코어입자에 수분이 제거된 활석(Roasted Talc)의 혼합 여부에 따른 직류중첩특성의 변화에 대하여 설명한다.
수분이 제거된 활석(Roasted Talc)을 혼합하지 않는 코어입자(비교예 3)를 준비하고, 수분이 제거된 활석(Roasted Talc)을 1wt%를 혼합한 코어입자(실시예)를 준비하였다. 그리고, 준비된 비교예 3과 실시예 2에 따른 코어입자를 1100℃에서 2시간 동안 열처리를 실시한 다음 자화강도(Magnetic Force)를 증가시키면서 직류중첩특성(Percent Permeability)의 변화를 측정하였고, 그 결과를 도 4에 나타내었다.
도 4에서 알 수 있듯이, 실시예에 비하여 비교예 3은 측정자화강도 모든 구간에서 직류중첩특성이 현저히 낮은 것을 확인할 수 있었다.
이러한 결과는 비교예 3의 경우에 수분이 제거된 활석(Roasted Talc)을 혼합하지 않았기 때문에, 열처리 시에 코어입자 간에 소착이 발생되어 절연성이 저하된 것으로 유추할 수 있다.
다음으로, 활석(Talc)의 수분 제거 여부에 따른 자성 특성을 비교하였다.
수분을 제거하지 않은 활석(Normal Talc) 1wt%와 코어입자 99wt%를 혼합한 다음 1100℃에서 2시간 동안 열처리를 실시한 자성체(비교예)를 준비하고, 수분을 제거한 활석(Roasted Talc) 1wt%와 코어입자 99wt%를 혼합한 다음 1100℃에서 2시간 동안 열처리를 실시한 자성체(실시예)를 준비한 다음, 투자율, 직류중첩특성(Percent Permeability) 및 철손과 같은 자성특성을 측정하였고, 그 결과를 표 2에 나타내었다.

구분		 자성특성
투자율
(100KHz)		 자화강도 Core Loss(50KHz/0.1T)
50 Oe 100Oe Pcv Pev Phv
비교예 62 86 63 597 53 38
실시예 47 93 80 391 16 376
표 2에서 알 수 있듯이, 비교예에 비하여 실시예에서 모든 자성특성이 우수한 것을 확인할 수 있었다.
본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.

Claims (16)

  1. 대전류용 인덕터에 사용되는 자성체로서,
    Al: 10wt% 이상과, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 함유하는 Fe-Al계 합금을 포함하는 코어입자와;
    상기 코어입자의 표면에 Al2O3로 형성되는 절연층을 포함하는 인덕터용 자성체.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 Fe-Al계 합금은 Al: 13.0 ~ 14.0wt%를 함유하는 것을 특징으로 하는 인덕터용 자성체.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 Fe-Al계 합금은 직경이 106㎛ 이하, 평균 결정립 크기가 20 ~ 40㎛인 구형의 분말인 것을 특징으로 하는 인덕터용 자성체.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 절연층의 두께는 0.5 ~ 1㎛인 것을 특징으로 하는 인덕터용 자성체.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 자성체는 측정자화강도가 130 ~ 150 Oe일 때 직류중첩특성이 80% 이상인 것을 특징으로 하는 인덕터용 자성체.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 자성체는 측정자화강도가 0 Oe에서 400 Oe로 커지는 동안 직류중첩특성의 저하율이 50% 이하인 것을 특징으로 하는 인덕터용 자성체.
  7. 대전류용 인덕터에 사용되는 자성소재를 제조하는 방법으로서,
    Al: 10wt% 이상과 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 함유하는 코어입자를 준비하는 코어입자 준비단계와;
    활석(Mg3Si4O10(OH)2)을 수분제거 처리하여 메인 절연재를 준비하는 절연재 준비단계와;
    준비된 코어입자와 메인 절연재를 혼합하여 제 1 혼합재를 준비하는 제 1 혼합단계와;
    준비된 제 1 혼합재를 900 ~ 1300℃에서 열처리하여 코어입자의 표면에 Al2O3로 형성되는 절연층이 형성된 자성체를 생성하는 제 1 열처리단계를 포함하는 인덕터용 자성소재의 제조방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 코어입자 준비단계에서, 상기 코어입자는 Al: 13.0 ~ 14.0wt%를 함유하는 것을 특징으로 하는 인덕터용 자성소재의 제조방법.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 절연재 준비단계는 활석(Mg3Si4O10(OH)2)을 1000℃ 이상의 온도로 로스팅(roasting)하여 수분율이 1% 이하인 메인 절연재를 생성하는 것을 특징으로 하는 인덕터용 자성소재의 제조방법.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 제 1 혼합단계는 코어입자 100중량부에 대하여 메인 절연재 0.1 ~ 10중량부를 혼합하는 것을 특징으로 하는 인덕터용 자성소재의 제조방법.
  11. 청구항 7에 있어서,
    상기 제 1 열처리단계는 900 ~ 1300℃에서 0.5 ~ 12시간 동안 실시하는 것을 특징으로 하는 인덕터용 자성소재의 제조방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제 1 열처리단계는 불활성가스와 환원가스의 혼합가스 분위기 또는 불활성가스 분위기에서 실시하는 것을 특징으로 하는 인덕터용 자성소재의 제조방법.
  13. 청구항 7에 있어서,
    상기 열처리단계 이후에는 상기 자성체에 윤활제를 혼합하여 제 2 혼합재를 준비하는 제 2 혼합단계와;
    준비된 제 2 혼합재를 성형하는 성형체를 생성하는 성형단계와;
    상기 성형체의 성형 잔류응력을 제거하는 열처리를 실시하는 제 2 열처리단계를 더 포함하는 인덕터용 자성소재의 제조방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 제 2 혼합단계에서 코어입자 100중량부에 대하여 윤활제 0.1 ~ 5중량부를 혼합하는 것을 특징으로 하는 인덕터용 자성소재의 제조방법.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 제 2 혼합단계에서는 제 2 혼합재에 상기 메인 절연재와는 다른 종류의 세라믹 소재인 서브 절연재를 더 혼합하는 것을 특징으로 하는 인덕터용 자성소재의 제조방법.
  16. 청구항 13에 있어서,
    상기 제 2 열처리단계는 상기 성형체를 600 ~ 1000℃에서 열처리하는 것을 특징으로 하는 자성소재의 제조방법.
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