KR960004390B1 - 고보자력 Sr-페라이트 자성체의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

고보자력 Sr-페라이트 자성체의 제조 방법
제1도는 시트레이트 졸-겔 과정을 통해 얻은 전구 물질을 사전 열처리한 후, 800℃에서 3시간 동안 열처리하여 제조한 Sr-페라이트 분말의 자기 이력 곡선을 나타낸 도면.
제2도는 시트레이트 졸-겔 과정을 통해 얻은 전구 물질을 사전 열처리 없이 850℃의 고온에서 열충격을 가하고 동일 온도에서 2시간 동안 소성하여 제조한 본 발명에 따른 Sr-페라이트 분말의 자기 이력 곡선을 나타낸 도면.
제3도는 시트레이트 졸-겔 과정을 통해 얻은 전구 물질을 사전 열처리 없이 850℃의 고온에서 열충격을 가하고 동일 온도에서 2시간 동안 소성하여 제조한 본 발명에 따른 Sr-페라이트 분말의 투과 전자 현미경 사진.
본 발명은 수직 자기 기록 매체로 널리 사용되는 Sr-페라이트 자성체 분말의 제조 방법에 관한 것이다.
더욱 구체적으로는, 시트레이트 졸-겔 기술을 이용하여 얻은 전구 물질을 사전 열처리하지 않고, 즉시 고온에 노출시켜 열충격을 가하면서 소성 처리하는 것으로 이루어진, 고보자력 Sr-페라이트 자성체를 초미세 분말로 제조하는 개량된 방법에 관한 것이다.
Sr-페라이트는 걸어준 자기장 방향에 대해 수직으로 자화가 일어나는 특징을 갖고 있으며, Ba-페라이트에 비해 보자력이 높아 수직 자기 기록 매체로서 많은 연구 대상이 되어 왔다.
자성 재료에 있어서 우선적으로 요구되는 성질은 높은 보자력인데, 보자력은 입자 크기가 작을수륵 증가하는 경향이 있다.
따라서, 자성체의 보자력을 증진시키기 위해서는 분말 합성 경로의 제어를 통한 자성 분말의 미세화 과정이 필요하다.
종래, 합성 방법의 개선을 통해 미세한 자성 분말을 합성함으로써 보자력을 향상시키고자 하는 많은 연구등이 행해져 왔다.
Sr-페라이트 합성 방법에는 크게 고상 반응법과 습식 합성법이 있는데, 고보자력 분말의 제조에 있어서는 통상적인 고상 반응법 보다는 습식 합성법이 더욱 효과적인 것으로 알려져 있다.
대표적인 습식 합성법으로는 공침법, 알콕사이드법, 시트레이트 졸-겔법, 유리결정화업 등을 들 수가 있다.
알콕사이드법에서는 원료 물질로 금속-알콕사이드를 사용하는 데 원료 물질이 고가이고 금속-알콕사이드의 흡습성으로 인해 취급에 문제가 있다.
또한, 금속-알콕사이드 화합물의 가수 분해 속도를 적절히 제어하기가 힘든 단점이 있다(K. Haneda et al., IEEE Trans, MAG-23(5), 3134(1987) 참조).
유리결정화법은 용융제로서 BiO3와 SiO2를 첨가하는데 원료 물질의 용융에 고온이 요구되므로 제조 단가가 높고 공정이 복잡하다는 문계점이 있다(K. Oda et at., J. Mater. Sci., 24, 3739(1989) 참조).
수산화물 공침법에서는 강염기성의 수용액에서 수산화물 공침을 유도하는데 금속-수산화물의 큰 용해도 차이로 인해 정량적인 침전물을 얻기 힘들다(S. Kukarni et al., J. Mater. Sci., 24, 3739(1989) 참조).
에틸렌 글리콜을 이용한 시트레이트 졸-겔법은 중합제로서 에틸렌 글리콜을 첨가하는테 미세 분말을 얻는데는 효과적이나 비용 추가가 되는 단점이 있다(R. Ardiaca et al., IEEE Trans, Mag, MAG-23(1) 22(1987) 참조).
본 발명자들은 선행된 위 연구들의 문제점들을 극복하기 위해 미세 분말의 합성에 적합한 것으로 알려진 pH 조절을 통한 시트레이트 졸-겔 기술을 채택하여 Sr-페라이트의 전구 물질을 합성하고 통상의 방법에따라 이 전구 물질을 소성하여 자성 분말을 제조하는 연구를 진행하였다.
시트레이트 졸-겔법은 성분 원소들이 정량적으로 균일하게 혼합된 상태로 전구 물질을 할성할 수 있다는 장점을 갖고 있다.
그러나, 생성된 시트레이트 전구 물질로부터 페라이트 분말을 제조하기 위해서는 일차적으로 전구 물질내에 포함되어 있는 유기물을 제거하는 사전 열처리 단계를 거쳐야 하는데, 이때, 금속-시트레이트 전구 물질의 분해와 동시에 페라이트가 형성되는 것은 아니다.
즉, 성분 금속 원소 중 철(Fe)은 γ-Fe2O3로, Sr은 비결정의 Si 화합물인 SrCO3또는 SrO로 전이되고, 이어서 γ-Fe2O3은 α-Fe2O3로 다시 한번 전이되면서 Sr과 반응함으로써 페라이트가 생성되게 된다.
이 과정 중에서 생성되는 α-Fe2O3는 열역학적으로 안정하여 반응성이 저조할 뿐만 아니라, 그 자체가 반자성을 띄므로 자기적 성질의 저하를 초래하게 된다.
α-Fe2O3에 의한 이와 같은 반자성 효과 및 낮은 반응성으로 인해 페라이트 격자 형성을 위해서는 소성 공정이 높은 온도에서 장시간 수행되어야 한다.
그런데, 이러한 장시간의 고온 열처리는 결정 및 자기 분역의 성장을 초래하여 단자구의 수가 감소하므로, 결국 얻어진 자성체는 낮은 보자력을 나타내게 된다.
본 발명자들은 이러한 문제점을 해결하기 위해 연구한 결과, 사전 열처리 등의 중간 단계를 거치지 않고 직접 페라이트를 형성시키는 방법이 더욱 효과적임에 착안하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
따라서, 본 발명의 목적은 시트레이트 졸-겔법을 이용하여 높은 보자력을 갖는 Sr-페라이트 자성체를 미세 분말의 형태로 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 열처리 공정을 개선함으로써 에너지를 절감하고 제조공정의 단순화에 따른 원가 절하를 달성할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
위와 같은 본 발명의 목적은, (a) Sr(NO3)2, Fe(NO3)3ㆍ9H2O, 시트르산(C6H8O7) 및 염기성 물질의 혼합 수용액으로부터 비결정 겔타입의 시트레이트 전구 물질을 얻는 단계와, (b) 위 (a) 단계에서 얻어진 전구 물질을 고온에서 열충격을 가하며 소성하는 단계로 이루어진 본 발명의 방법에 의하여 달성된다.
본 발명에 따라 출발 혼합 수용액을 제조한다.
먼저, Sr(NO3)2와 Fe(NO3)3ㆍ9H2O을 증류수에 용해시킨 후, 이 혼합 수용액에 시트르산(C6H8O7)을 첨가하여 용해시키고, 염기성 물질을 적가하여 반응 용액의 pH가 5∼8이 되도록 조절한다.
이 염기성 물질로는 수산화 칼륨 및 암모니아수가 바람직하며, 암모니아수가 더욱 바람직하다.
이 혼합 수용액을 교반시키면서 가열하여 증류수를 증발시켜 비결정의 겔타입의 전구 물질을 얻는다.
이 전구 물질을 건조시킨 다음, 800℃ 이상의 온도로 예열된 전기로에 직접 투입하여 시료에 순간적인 열적 충격을 가하며 1∼3시간 동안 소성시킨 후, 시료를 공기 중에서 급냉시켜 분말을 제조한다.
출발 물질로 사용된 Sr(NO3)2와 Fe(NO3)3ㆍ9H2O는 Sr:Fe의 비가 1:10∼12가 되도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 방법에 따르면, 약 0.02∼0.05㎛의 초미세입자 크기와 6,000∼6,700 Oe의 높은 보자력을 갖는 Sr-페라이트 자성체 분말을 얻을 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예로서 더욱 상세히 설명한다.
그러나 본 발명이 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
Sr(NO3)20.01mol 및 Fe(NO3)3ㆍ9H2O 0.12mol을 증류수 500ml에 용해시킨 후, 이 혼합 수용액에 시트르산(C6H8O7) 약 0.48mol을 첨가하여 용해시키고, 암모니아수(NH4OH) 35ml를 적가하여 반응 용액의 pH를 5∼8이 되도록 조절하였다.
이 혼합 수용액을 교반시키면서 가열하여 증류수를 증발시켜 비결정 겔타입의 전구 물질을 얻었다.
이 전구 물질을 건조시킨 다음, 사전 열처리 과정 없이 800℃로 예열된 전기로에 직접 투입하여 시료에 순간적인 열충격을 가하였다.
이 온도에서 1∼3시간 동안 소성시킨 후, 시료를 공기 중에서 급냉시켜 분말을 제조하였다.
얻어진 분말의 자기적 특성, 즉 보자력, 각형비, 포화 자화 및 잔류 자기는 VSM으로, 입자 크기 및 형태는 투과 전자 현미경 사진(TEM)으로 관찰하였다. 측정된 자기적 성질과 입자 특성을 다음 표 1에 요약하였다.
[비교예 1]
실시예 1과 동일한 방법으로 얻은 전구 물질을 소성전에 약 500℃에서 1시간 동안 사전 열처리하여 전구 물질내의 유기 물질을 제거한 다음 직경 13mm, 두께 1mm의 시편으로 성형하였다.
성형된 시편을 전기로에 넣은 다음 800℃까지 4∼6시간 동안에 걸쳐 승온시킨 후 800℃에서 3시간 동안 소성하였다.
소성 후 전기로를 자연 서냉시켜 시료를 얻었다.
이 시료에 대해 실시예 1과 같이 측정한 자기적 성질과 입자 특성을 측정한 결과를 다음 표 2에 나타내었다.
얻어진 시료의 자기 이력 곡선은 제1도에 나타낸 바와 같다.
[실시예 2]
얻어진 전구 물질을 850℃까지 2시간 동안 열처리한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 분말을 합성하였다.
이 분말에 대해 실시예 1과 같이 자기적 성질과 입자 특성을 측정하여 그 결과를 다음 표 3에 나타내었다.
자기 이력 곡선과 투과 전자 현미경 사진은 제2도 및 3도에 나타내었다.
[실시예 3]
얻어진 전구 물질을 900℃에서 2시간 동안 열처리한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 분말을 합성하였다.
이 분말에 대해 실시예 1과 같이 자기적 성질과 입자 특성을 측정하여 그 결과를 다음 표 4에 나타내었다.
상기 결과로부터 알 수 있듯이, 전구 물질을 사전 열처리 과정없이 비교적 낮은 온도에서 짧은 시간 동안 열충격을 가하여 얻은 분말의 보자력(6,000∼6,700Oe)이 사전 열처리하여 얻은 분말의 보자력(3300∼3500Oe)보다 훨씬 높았는데, 이는 이미 언급한 바와 같이 단자구 수의 감소 때문인 것으로 해석될 수 있다.
입자 크기에 있어서도 사전 열처리하지 않은 분말이 그렇지 않은 경우의 분말보다 훨씬 미세하였다.
따라서, 본 발명의 방법은 고보자력의 Sr-페라이트 분말 합성에 매우 효과적으로 이용할 수 있음을 알 수 있다.

Claims (6)

  1. (a) Sr(NO3)2, Fe(NO3)3ㆍ9H2O, 시트르산(C6H8O7) 및 염기성 물질의 혼합 수용액으로부터 비결정겔 타입의 전구 물질을 얻는 단계와, (b) 위 (a) 단계에서 얻어진 전구 물질을 고온에서 열충격을 가하며 소성하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는, 고보자력의 Sr-페라이트 자성체 미세 분말의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 (b) 단계에서 열충격 온도가 800∼900℃인 것이 특징인 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 (b) 단계에서의 소성이 800∼900℃에서 1∼3시간 동안 수행되는 것이 특징인 방법.
  4. 제1항에 있어서, Sr-페라이트 자성체 분말의 입자 크기가 0.02∼0.05㎛이고, 보자력이 6,000∼6,700Oe인 방법.
  5. 제1항에 있어서, 염기성 물질이 암모니아수인 방법.
  6. 제1항에 있어서, Sr(NO3)2: Fe(NO3)3ㆍ9H2O의 몰비가 1:10∼12인 방법.
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