KR820002326B1 - 고도의 배열된 자성입자를 갖고 매트릭스 결합된 영구자석 - Google Patents
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Abstract
내용 없음.
Description
[발명의 명칭]
고도의 배열된 자성입자를 갖고 매트릭스 결합된 영구자석
[발명의 상세한 설명]
본 발명은 비자성 결합제내에 비등방성이며 자성의 딱딱한 입자를 포함한 영구자석에 관한 것이다.
제일 비등방성이며 매트릭스 결합된 영구자석은 미합중국 특허번호 2,999,275호의 공정으로 만들어졌다.
그 공정에서 비자성 결합제에 분사된 자구 크기의 페라이트 조각들이 혼합되거나 압축되어 조각들의 표면을 기계적으로 배열시킨다.
상기 특허실시예 1의 고밀도 자석내에서 2100가우스(gauss)의 잔류 자속밀도(Br)와 배열된 바륨 페라이트 조각 표면의 수직방향으로 0.9×106가우스-에르스텟의 최대 에너지 산출량이 달성될 수 있다.
캐나다 특허 번호 961,257호에는 자성방향을 기계적인 방향과 결합시키고 개량된 페라이트 조각을 사용해서 2800가우스의 Br과 1.89×106가우스-에르스텟(실시예 3)의 최대 에너지 산출량이 고밀도 자석에서 얻어진다는 것을 나타내고 있다.
밀링(milling)이나 압출하는 대신, 미합중국 특허번호 4,022,701과 같이 페라이트 입자를 배열시키기 위해서 자계를 적용하는 동시 사출성형에 의해서 매트릭스 결합된 고밀도 페라이트 자석을 형성한다.
이 공정으로 만들어지는 바륨 페라이트 자석은 2528 가우스 이상의 Br과 1.57×106가우스-에르스텟(표 1)의 최대 에너지 산출량을 가지며 스트론툼 페라이트 자석은 2680가우스의 Br과 1.71×106가우스-에르스텟의 최대 에너지 산출량을 갖는다.
본 발명에서의 자석은 90%를 초과하는 입자 배열을 달성하기 위해서 상업적인 면에서 실질적으로 생산할 수 있는 매트릭스 결합된 최고의 고밀도 영구자석으로 되어 있다. 상업적인 규모로 시도하면 입자 비율은 평균 약 63부피%이며, 90% 이상의 입자배열은 입자비율이 70% 정도에서 이루어질 수 있다고 기술되어 있다. 특히, 입자들이 작은 조각일지라도 고도의 비율에서는 입자들이 자계에서 회전하기 어렵기 때문에 62-65부피%의 입자비율이 이상적이다.
다음 공식은 매트릭스 결합된 자석에서의 입자배열 정도의 근사치를 제공한다.
여기서 δ는 입자의 자성모멘트, d는 입자밀도이며, v는 매트릭스 결합된 자석에서 입자의 부피%이다.
비결정이며 적어도 50에서 볼-앤-링(ball and ring) 인화온도를 갖고 포화지방산 이합체의 환식 니트릴 유도체인 처리첨가제의 비율이 적은 고용융 폴리아마이드 수지를 구성하고 있는 비자성 결합체를 이용하는 것을 제외한 특허 번호 4,022,701에서와 같이 자계를 적용함과 동시 자성적으로 경화되고 비등방성 입자와 비자성 결합제를 주형구멍으로 사출 성형함으로서 상기 목적을 달성할 수 있다.
이 처리 첨가제는 입자배열을 고도로 하는데 필요하며 전체 결합제중 1-35중량%(3-15%가 이상적임)로 농축하는데 효과적이다. 고용융 폴리아마이드 수지는 다음 일반식을 갖고 있다.
여기서 R1은 하나 이상의 이염기산 잔류물이고, R2는 하나 이상의 디아민 잔류물이고, n은 고용응 폴리아미이드 수지가 적어도 50℃에서 볼앤링 연화 온도를 갖게되는 정수이다.
산과 아민 잔류물의 비율이 낮으면 각각 부가적인 카복실 및 아민가능을 갖게된다.
자계의 강도는 적어도 3000에르스 튕이어야 하며 사출 성형시 충분한 열이 공급되어야 입자와 결합제의 혼합물이 주형을 완전히 채울 수 있도록 하기 위해서 유체상태로 되며 입자를 주형으로 흘러들어갈 때 자장과 관련해서 배열하게끔 하게 된다.
혼합물은 결합체의 점도가 약 100poises될 때까지 가열해야 한다.
결합제 점도가 100poses 되려면 혼합물을 결합제의 볼앤링 연화온도 이상(약 15℃ 이상)가열해야 하는 반면, 고용응된 폴리아마이드나 처리 첨가제가 열 효율을 저하시키는 온도이상 올라가지 않도록 주의해야 한다.
결합제로서 고용융 폴리아마이드 자체와의 실험에서 5-100poises 범위내의 결합제의 점도차는 입자배열에 거의 영향을 미치지 않는다. 어떠한 경우에도 입자배열은 90% 이상 도달하지 않는다. 처리 첨가제가 결합제 점도를 저하시킬지라도 고도의 입자배향은 그러한 저하의 원인이 될 수 없으며 이해할 수 없는 어떤 현상의 결과이다.
압출이나 혼합으로 생산되는 자석에 비해서, 사출성형을 하면 자석으로 하여금 보다 더 넓은 크기와 기하학적인 구성과 유리한 자화방향을 갖게된다. 용융상태에서 실온으로 냉각될 때 입자와 결합제의 혼합물이 비교적 덜 줄어들기 때문에 본 발명의 자석은 칫수의 허용오차에 접근할 수 있게끔 제조된다.
다음 실시예에서 모두 부(parts)는 다른 지시가 없는 한 중량으로 나타낸다.
[실시예 1]
바륨 페라이트 조각의 평균 직경은 1.9마이크로미터, 표면적 2.5-3.0㎡/g이며, 밀도 5.28g/㎤가 되도록 한다. 페라이트 조각들의 90.16부(63부피%)가 고용융 폴리아마이드 약 9.35부와 처리첨가제 약 0.49부의 혼합물인 결합제 9.84부와 혼합된다.
고용융 폴리아마이드는 다음 일반식을 갖는다.
여기서 R1은 하나 또는 그 이상의 이염기산 잔류물, R2는 하나 또는 그 이상의 디아민 잔류물이고, n은 뜨겁게 용융된 폴리아마이드가 연화온도(200℃)를 갖도록 하는 정수이다.
그것은 비중이 0.99, 점도는 240℃에서 40poises, 200℃에서 80poises이다.
처리 첨가제는 포화 지방산 이중체의환식 니트릴 유도체이고 일반화된 구조식 C36H66N2이다.
자세한 구조식은
여기서 R'과 R"중 하나는 알킬이고, 다른 하나는 -RCN이고, R은 알킬이다. 하나는 -(CH2)7CN이고 다른 하나는 -(CH2)7CH3로 생각된다. 다른 이성체들도 존재할 수 있는데 예를들면, R'은 -(CH2)10CN이고, R"는 -(CH2)4CH3이다.
상기 고용융 폴리아마이드 약 95부와 상기 처리첨가제 5부와의 혼합물은 볼앤링 연화온도 190℃-200℃이며, 점도는 210℃에서 25-55poises이다.
페라이트 조각과 결합제 혼합물은 밴버리 혼합기로 도입되고 180℃개 될때까지 4개의 변속장치를 통과시키며 이 온도에서 혼합물은 약 0.6㎝ 두께로 roll 분쇄기에서 얇은 막으로 나오게 된다.
이 얇은 막은 -25℃로 냉각된 조각으로 잘려지며 0.3㎝ 보다 작은 입자로 분쇄되어 다음 조건하에서 사출성형기로 도입된다.
주형은 수냉되어 15℃로 되고 사출시 및 후에 5초동안 두께방향에서 12,000 에르스텟의 자계에 적용된다. 사출물질은 30초후에 주형으로부터 사출된다. 그 결과 자석의 자기특성이 기록된 이력그라프를 사용한 것으로서 처리 첨가제를 생략하는 것 외에는 똑 같은 방법으로 만들어지는 자석과 비교해서 아래 표로 만들어졌다.
[실시예 1]
실시예 1에서의 입자배열은 95%이며 비교자석의 입자배열은 81.5%이다.
그들 자기력값이 다른 것과는 달리 비교자석과 실시예 1의 자석은 같은 물리적 성질을 갖는다. 실시예 1의 자석은 약 300kg/㎠의 인장강도를 갖고 파괴시 신장율 약 4%(ASTM D 638-72)를 갖는다.
[사출온도 연구]
실시예 1의 공정은 사출성형공정의 온도에서 조절하는 것외에 다음 결과와 같이 반복되었다.
[자석입자 부피 연구]
실시예 1의 공정은 페라이트 결합제 혼합에서 페라이트 입자 비율을 여러가지로 변경하는 것 외에 다음 결과와 같이 반복되었다.
[실시예 2-4]
매트릭스 결합된 자석은 결합제 및 실시예 1에서 사용된 바륨 페라이트 입자혼합물과 더불어 40-70 마이크로미타 범위내에 같은 축과 직경을 갖는 사마륨-코발트 입자로부터 만들어진다.
각 혼합물은 63부피%의 입자와 37부피%의 결합제를 함유하고 있다. 이 혼합물은 스팀으로 가열하는 실험실 규모의 roll 분쇄기에서 분쇄된 다음 실험실 규모의 사출 성형기로 도입되는데 이 사출성형기에 의해서 혼합물은 사출방향에서 직경 1.9㎝, 높이 0.3㎝의 실린더식 주형구멍으로 약 290℃에서 사출된다.
약 13,000에르스텟의 자계가 높이 방향으로 적용된다. 그 결과 자석에 관한 실험치는 다음과 같다.
실시예 2-4에서의 각각의 자석은 90%를 초과하는 입자배열을 갖는다.
[본 발명의 실시상태]
상기 용융된 폴리아마이드 수지가 다음 구조식을 갖는 것을 특징으로 하는 매트릭스 결합된 영구자석.
여기서 R1은 1 또는 2 이상의 이염기산 잔류물, R2는 1 또는 2 이상의 디아민 잔류물이고, n은 고용용 폴리아마이드가 적어도 50%의 볼앤링 연화온도를 갖는 정수이다.
상기 처리 첨가제가 일반화된 구조식 C36H66N2를 갖는 것을 특징으로 하는 매트릭스 결합된 영구자석.
상기 처리 첨가제가 다음 구조식을 특징으로 하는 매트릭스 결합된 영구자석.
여기서 R'과 R"중 하나는 -RCN, R은 알킬이다.
R'과 R"중 하나가 -(CH2)7CN이고 또 다른것은 -(CH2)7CH3인 것을 특징으로 하는 매트릭스 결합된 영구자석.
(1) 자성적으로 단단하고 비등방성 입자와 비자성 결합체 혼합물을 주형구멍으로의 사출성형, (2) 주형구멍을 적어도 3000에르스텟의 자장으로 동시 적용시키고, (3) 주형으로 부터의 결과자석을 냉각 및 사출단계를 구성하고, 상기 비자성 결합제가 비결정이며, 적어도 50℃의 볼 앤링 연화온도를 갖는 뜨겁게 용융된 폴리아마이드 수지와 포화지방산 이합체의 환식 나트릴 유도체인 처리 첨가제의 낮은 비율로 구성되어 있는 매트릭스 결합된 영구자석.
Claims (1)
- 비자성 결합제 내에 자기적으로 경질이고 비등방성 입자들로 구성되며 상기 입자들은 자석의 적어도 60부피%를 포함하는 매트릭스 결합된 영구자석에 있어서, 상기 결합제는 본질적으로 비결정이고 적어도 50℃에서 볼앤드링 연화온도를 갖는 고용융 폴리아마이드와, 전체결합제중 1-35중량%이며 포화지방산 이합체의 환식 니트릴 유도체인 처리 첨가제로 구성되는 것을 특징으로 하는 매트릭스 결합된 영구자석.
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