WO2017105136A1 - 자성 물질 및 이의 제조방법 - Google Patents

자성 물질 및 이의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
WO2017105136A1
WO2017105136A1 PCT/KR2016/014818 KR2016014818W WO2017105136A1 WO 2017105136 A1 WO2017105136 A1 WO 2017105136A1 KR 2016014818 W KR2016014818 W KR 2016014818W WO 2017105136 A1 WO2017105136 A1 WO 2017105136A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
mnb
magnetic material
based magnetic
mixture
oxide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/KR2016/014818
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
권순재
인준호
임병규
박범석
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LG Chem Ltd
Original Assignee
LG Chem Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by LG Chem Ltd filed Critical LG Chem Ltd
Priority to CN201680060931.8A priority Critical patent/CN108140480B/zh
Priority to US15/766,065 priority patent/US10878998B2/en
Publication of WO2017105136A1 publication Critical patent/WO2017105136A1/ko
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

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
    • H01F41/0206—Manufacturing of magnetic cores by mechanical means
    • H01F41/0246—Manufacturing of magnetic circuits by moulding or by pressing powder
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B35/00—Boron; Compounds thereof
    • C01B35/02—Boron; Borides
    • C01B35/04—Metal borides
    • 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
    • H01F1/14—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 metals or alloys
    • H01F1/147—Alloys characterised by their composition
    • 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
    • H01F1/14—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 metals or alloys
    • H01F1/20—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 metals or alloys in the form of particles, e.g. powder
    • H01F1/22—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 metals or alloys in the form of particles, e.g. powder pressed, sintered, or bound together
    • H01F1/24—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 metals or alloys in the form of particles, e.g. powder pressed, sintered, or bound together the particles being insulated
    • H01F1/26—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 metals or alloys in the form of particles, e.g. powder pressed, sintered, or bound together the particles being insulated by macromolecular organic substances
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K9/00—Screening of apparatus or components against electric or magnetic fields
    • H05K9/0073—Shielding materials
    • H05K9/0075—Magnetic shielding materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/50—Solid solutions
    • C01P2002/52—Solid solutions containing elements as dopants
    • C01P2002/54—Solid solutions containing elements as dopants one element only
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/70—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
    • C01P2002/72—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by d-values or two theta-values, e.g. as X-ray diagram
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
    • C01P2004/03—Particle morphology depicted by an image obtained by SEM
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/60—Particles characterised by their size
    • C01P2004/61—Micrometer sized, i.e. from 1-100 micrometer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/42—Magnetic properties

Definitions

  • the present application relates to a magnetic material and a method of manufacturing the same. More specifically, the present application relates to a MnB-based magnetic material and a method for manufacturing the same. In addition, the present application relates to an electromagnetic wave absorbing or shielding material and apparatus including the MnB-based magnetic material.
  • a magnetic material including Mn and B is prepared by hot melting method using Mn metal and B metal by using arc-melt equipment or induction melt equipment, or Mn metal powder. And B metal powder was prepared through a high-pressure compression process after a long time heat treatment.
  • the present application is to provide a method for producing a MnB-based magnetic material, MnB-based magnetic material produced by this method, and an electromagnetic wave absorbing or shielding material and apparatus including the same.
  • It provides a method for producing a MnB-based magnetic material comprising a.
  • the mixture further comprises calcium oxide.
  • the mixture further comprises a transition metal or lanthanide metal oxide.
  • Another embodiment of the present application provides an MnB-based magnetic material prepared by the above-described manufacturing method.
  • the MnB-based magnetic material is represented by the following Chemical Formula 1 or 2.
  • a and b are real numbers for showing the atomic ratio of Mn and B, respectively, and a: b is 1: 0.5-1: 1.5.
  • M is a transition metal or lanthanide metal, such as 3d transition metal such as chromium (Cr), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), niobium (Nb), molybdenum (Mo) ) 4d transition metals such as cerium (Ce), praseodymium (Pr), neodymium (Nd), samarium (Sm), europium (Eu), gadolinium (Gd), terbium (Tb), dysprosium (Dy) and erbium (Er) ) And lanthanide metals such as ytterbium (Yb),
  • 3d transition metal such as chromium (Cr), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), niobium (Nb), molybdenum (Mo)
  • 4d transition metals such as cerium (Ce), praseodymium (Pr), neodymium (Nd), s
  • c, d and e are real numbers for indicating the atomic ratio of Mn, M and B, respectively,
  • Another embodiment of the present application provides an electromagnetic wave absorbing or shielding material including an MnB-based magnetic material manufactured by the above-described manufacturing method.
  • Another embodiment of the present application provides a semiconductor, electronic, communication, or display device including the electromagnetic wave absorbing or shielding material.
  • the MnB-based magnetic material by a single-step solid chemical reaction Since it can be manufactured, MnB system magnetic material can be obtained efficiently and economically by saving energy and shortening manufacturing time.
  • the MnB-based magnetic material whose particle size is controlled at the micrometer level can be manufactured, but also a large amount of the MnB-based magnetic material can be manufactured as compared with the conventional method.
  • FIG. 1 illustrates a sequence of processes according to an exemplary embodiment of the present application.
  • FIG. 1 is a SEM photograph of the MnB particles prepared in Example 1.
  • Figure 3 shows the XRD measurement results of the MnB particles prepared in Example 1.
  • Figure 4 shows the XRD measurement results of the MnB particles prepared in Example 2.
  • FIG. 5 is a SEM photograph of the MnB particles prepared in Comparative Example 1.
  • Figure 6 shows the XRD measurement results of the MnB particles prepared in Comparative Example 1.
  • Figure 7 shows the XRD measurement results of the MnB particles prepared in Comparative Example 2.
  • Figure 8 shows the XRD measurement results of the MnB particles prepared in Comparative Example 3.
  • Figure 9 shows the XRD measurement results of the MnB particles prepared in Comparative Example 4.
  • An exemplary embodiment of the present application relates to a method for preparing a MnB-based magnetic material, comprising: preparing a mixture including manganese oxide and boron; And heat treating the mixture in an inert atmosphere.
  • the MnB-based magnetic material may be prepared by solid chemical reaction by heat treatment in an inert atmosphere using manganese oxide and boron as starting materials in the preparation of the MnB-based magnetic material.
  • the process conditions can be more easily controlled than in the conventional high temperature melting method or the method of heat treatment after high temperature compression for a long time, and a large amount of MnB-based magnetic materials can be efficiently produced.
  • since it is easy to control the size and shape of the MnB-based magnetic material it is possible to manufacture a MnB-based material having a particle size controlled to a micrometer level.
  • MnO, Mn 3 O 4 , Mn 2 O 3 , MnO 2 , MnO 3 , and the like may be used as the manganese oxide, and MnO is preferable for the efficiency of the reaction.
  • MnO particles one having a particle form may be used, and in this case, the particle size of the particle may be one of several micrometers to several hundred micrometers.
  • MnO particles having a particle diameter of 5 to 500 micrometers, specifically 30 to 300 micrometers may be used.
  • the manganese oxides exemplified above can be obtained from commercially available ones, such as those commercially available from Sigma-aldrich or Alfa.
  • amorphous boron particles may be used as the boron.
  • the boron particles particles having a particle diameter of several micrometers in a size of micrometer or less may be used.
  • boron particles having a particle diameter of 5 to 500 micrometers, specifically 30 to 300 micrometers may be used.
  • the boron particles can be obtained from those commercially available, such as those commercially available from Sigma-aldrich.
  • the mixture containing manganese oxide and boron has an atomic ratio of boron to manganese of manganese oxide and boron of 1 or more, preferably 5/3 or more, such as 5/3 to 2, more preferably It is included in an amount such that 5/3 or more but less than 2.
  • boron may simultaneously act as a reactant and a reducing agent.
  • the MnB magnetic powder of the present invention is difficult to prepare or is prepared as Mn rich boride phase.
  • Preparing a mixture containing the manganese oxide and boron may be performed by a method of mixing the manganese oxide and boron.
  • the mixing method may be a method known in the art, for example, manganese oxide and boron particles may be mixed by mortar for at least 15 minutes, or mixed by overnight milling at 200 rpm with an appropriate zirconia ball. .
  • the mixture further includes calcium oxide in addition to manganese oxide and boron.
  • Calcium oxide may serve to control the particle size and aggregation of the MnB-based magnetic material.
  • boron oxide reaction by-product boron oxide
  • a fine Mn deficiency may occur when forming the MnB-based magnetic material, but this problem can be prevented when calcium oxide is present.
  • Calcium oxide can also help to easily remove the reaction byproducts with NaOH and / or acetic acid.
  • Calcium oxide may be used in an amount such that the equivalent ratio of manganese oxide and calcium oxide in the mixture is in the range of 1: 0.1 to 1: 2.
  • the calcium oxide may be used in the form of a particle, for example, may be used in the form of a fine particle powder. Commercially available calcium oxide may be used, and particle diameters of the calcium oxide particles may be about several micrometers or less.
  • the mixture may further include a transition metal oxide or lanthanide oxide.
  • the transition metal oxide or lanthanide oxide include 3d transition metals such as chromium (Cr), iron (Fe), cobalt (Co), and nickel (Ni), and 4d such as niobium (Nb) and molybdenum (Mo).
  • Transition metals cerium (Ce), praseodymium (Pr), neodymium (Nd), samarium (Sm), europium (Eu), gadolinium (Gd), terbium (Tb), dysprosium (Dy), erbium (Er), ytterbium
  • An oxide containing at least one of lanthanide metals such as (Yb) may be used.
  • the transition metal oxide or lanthanide oxide may serve to provide a metal doped in the MnB-based magnetic material.
  • the transition metal oxide or lanthanide oxide may be used in an amount such that the atomic ratio of manganese to transition metal or ratan metal in the mixture is 4: 1 to 19: 1, for example, 8: 1 to 9: 1.
  • chromium (Cr) oxide iron (Fe) oxide, cobalt (Co) oxide, nickel (Ni), niobium (Nb), molybdenum (Mo) oxide may be used as the transition metal oxide.
  • lanthanide metal oxides include Ce 2 O 3 , Pr 2 O 3 , Nd 2 O 3 , Sm 2 O 3 , Eu 2 O 3 , Gd 2 O 3 , Tb 2 O 3 , Dy 2 O 3 , Er 2 O 3 , Yb 2 O 3 , or the like can be used.
  • transition metal oxide or lanthanide metal oxide a particle state thing can be used, For example, what was acquired from Sigma-Aldrich company can be used. For example, particles having a particle diameter of 100 nm to several micrometers may be used as the transition metal oxide or lanthanide metal oxide.
  • the mixture may be mixed well and then compressed.
  • the degree of compression may be determined as needed, and may be performed, for example, at a temperature of 2,000 atmospheres or more at room temperature.
  • the mixture can be shaped into a specific shape, for example a cylinder. Compression as described above is advantageous for the combustion synthesis method in the solid phase synthesis method.
  • an appropriate temperature to the compressed mixture as described above it is possible to induce a combustion reaction of the reactant manganese oxide and boron acting as a reducing agent.
  • the heat generated during the reaction process is substantial enough to advance the reaction of the reactant manganese oxide and boron, which acts as a reducing agent, it is possible to obtain a high quality product in a short time while saving energy.
  • the heat treatment is performed at the temperature conditions necessary for the manganese oxide and boron to undergo a solid chemical reaction.
  • the above mixture containing manganese oxide and boron undergoes spontaneous exothermic reaction by performing heat treatment in an inert atmosphere.
  • the heat treatment may be performed in the range of 750 °C to 1,000 °C.
  • the heat treatment is the oxidation of manganese oxide and boron under spontaneous exothermic reaction.
  • the reduction reaction may proceed until the MnB-based magnetic material is produced. That is, the manganese oxide is reduced to become a manganese metal, boron is oxidized to form boron oxide (B 2 O 3 ), and boron that does not participate in the oxidation reaction acts as a reactant to form MnB.
  • the heat treatment time may vary depending on the amount of starting material and the reaction conditions, but may be, for example, 3 minutes to 120 minutes.
  • the heat treatment is carried out in an inert atmosphere.
  • the inert atmosphere may be formed using an inert gas known in the chemical process field, and may be performed under a gas atmosphere such as Ar and He.
  • heat treatment may be performed in an Ar atmosphere of 5N level. Moisture is preferably included below the ppm level.
  • the method may further include cooling the reactant to room temperature after the heat treatment. This is to facilitate collection or post-treatment of the reactants.
  • the method may further include grinding the reactant after the heat treatment.
  • grinding step it is advantageous to separate the by-products described later.
  • the method may further include removing a reaction byproduct after the heat treatment.
  • the reaction by-products can be removed after the cooling step or the grinding step.
  • the reaction by-products are different depending on the type of reactants. For example, B 2 O 3 is generated as a reaction by-product when the reaction is performed using a mixture containing manganese oxide and boron, and Ca 3 is added to the mixture. (BO 3 ) 2 can occur as a reaction byproduct. Reaction by-products may be present in the molten state during the reaction.
  • Removal of the reaction byproduct may be performed using a solution in which the reaction byproduct may be dissolved.
  • a solution for removing the reaction by-products a basic aqueous solution containing a solute serving as bleaching or a solution containing an organic acid such as acetic acid may be used.
  • an aqueous solution containing NaOCl and KOH, an aqueous NaOH solution, and an acetic acid solution. And the like can be used.
  • the step of washing the MnB-based magnetic material may be further performed after removing the reaction by-product. Washing may be performed with a solvent such as distilled water or acetone. The washing may further include drying according to the type of solvent used.
  • FIG. 1 is a process schematic diagram of a method of manufacturing an MnB-based magnetic material of the present application according to Example 1 described later.
  • A) of FIG. 1 shows a starting material, and
  • (b) shows a state in which a reaction by-product and a product (MnB-based magnetic material) are mixed after heat treatment.
  • (c) shows the step of removing the reaction by-product using KOH and NaOCl,
  • (d) shows the state where the MnB-based magnetic particles were finally obtained.
  • MnB-based magnetic material prepared by the above-described manufacturing method.
  • the MnB-based magnetic material may be used as an electromagnetic shielding material having both magnetic loss and resistance loss characteristics by controlling the coercive force Hc that induces magnetic loss to induce electromagnetic wave absorption or shielding function and induces resistance loss.
  • MnB has a specific resistance of 0.31569 m ⁇ cm and can be compared with ferrite (10 7 m ⁇ cm), FEI alloy 50 (49 m ⁇ cm), Finemet (FT-3M) (0.12 m ⁇ cm), and silver (1.59x10 -7 m ⁇ cm). .
  • the chip agglomerates are melted at a high temperature to be synthesized, while according to the embodiments of the present application described above, the particle size can be uniformly controlled in the range of several micrometers, for example, 1 to 10 micrometers.
  • the MnB-based magnetic material may be spherical particles.
  • the MnB-based magnetic material is represented by the following Chemical Formula 1 or 2.
  • a and b are real numbers for showing the atomic ratio of Mn and B, respectively, and a: b is 1: 0.5-1: 1.5.
  • a: b of Chemical Formula 1 is 1: 0.8 to 1: 1.2.
  • M is a transition metal or a lanthanide metal such as 3d transition metals such as chromium (Cr), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), and 4d transitions such as niobium (Nb) and molybdenum (Mo).
  • Metals Cerium (Ce), Praseodymium (Pr), Neodymium (Nd), Samarium (Sm), Europium (Eu), Gadolinium (Gd), Terbium (Tb), Dysprosium (Dy), Erbium (Er), Ytterbium ( Lanthanide metals, such as Yb),
  • c, d and e are real numbers for indicating the atomic ratio of Mn, M and B, respectively,
  • M in Formula 1 is chromium (Cr), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), or neodymium (Nd).
  • M in Formula 1 is neodymium (Nd).
  • the MnB-based material may have a complex form with a polymer or rubber, such as epoxy resin (Expoxy-resin).
  • Another embodiment of the present application provides an electromagnetic wave absorbing or shielding material including an MnB-based magnetic material manufactured by the above-described manufacturing method.
  • the electromagnetic wave absorbing or shielding material may have a structure known in the art.
  • the electromagnetic wave absorbing or shielding material may have a structure having a mesh pattern including the aforementioned MnB-based magnetic material on a substrate.
  • the sizes of the eyes of the mesh pattern may be the same, but a mesh pattern composed of two or more eyes having different sizes or shapes may be used.
  • the line width, line spacing, line height, etc. of the mesh pattern may be configured in a range known in the art.
  • the electromagnetic wave absorbing or shielding material may be applied to any device requiring electromagnetic wave absorbing or shielding.
  • the electromagnetic wave absorbing or shielding material may be applied to an electromagnetic wave shielding paint, a semiconductor packaging material, a wireless charging system, an electronic communication device, a mobile phone, a display device, and the like.
  • the cooled reactant was pulverized and washed sequentially with a 20 wt% NaOH aqueous solution and a 2% acetic acid aqueous solution to remove Ca 3 (BO 3 ) 2 , a reaction by-product. Then washed three times with distilled water, washed once with acetone and dried. XRD results of the MnB prepared in Example 2 are shown in FIG. 4.
  • the cooled reactant was pulverized and washed with 6 wt% NaOCl and 20 wt% KOH mixed aqueous solution to remove B 2 O 3 , a reaction by-product. Then washed three times with distilled water, washed once with acetone and dried.
  • a magnetization characteristic graph of MnB prepared in Example 1 is shown in FIG. 10.
  • MnB-based magnetic materials prepared in Examples 1 to 3 were obtained as spherical particles having similar coercive force and electrical conductivity.
  • the materials prepared in Comparative Examples 1 and 2 were observed to have similar coercivity as compared with those prepared in Examples, while the electrical conductivity was markedly decreased. This is interpreted as a phenomenon in which Al 2 O 3 or MgO produced as a by-product between MnB particles acts as an insulator that prevents electron transfer.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Hard Magnetic Materials (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Soft Magnetic Materials (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)

Abstract

본 출원은 망간 산화물 및 붕소를 포함하는 혼합물을 준비하는 단계; 및 상기 혼합물을 불활성 분위기하에서 열처리하는 단계를 포함하는 MnB계 자성 물질의 제조방법, 이에 의하여 제조된 MnB계 자성 물질, 이를 포함하는 전자기파 흡수 또는 차폐 소재, 반도체, 전자, 통신, 또는 디스플레이 장치에 관한 것이다.

Description

자성 물질 및 이의 제조방법
본 명세서는 2015년 12월 18일 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제 10-2015-0181699호의 출원일 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 명세서에 포함된다.
본 출원은 자성 물질 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 출원은 MnB계 자성 물질 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 또한, 본 출원은 MnB계 자성 물질을 포함하는 전자기파 흡수 또는 차폐 소재 및 장치에 관한 것이다.
종래에는, Mn과 B를 포함하는 자성 물질은, Mn 금속과 B 금속을 아크 용융(Arc-melt) 장비 또는 인덕선 용융(Induction melt) 장비 등을 이용한 고온 용융 방법을 통하여 제조하거나, Mn 금속 분말 및 B 금속 분말을 고압압착한 후 장시간 열처리를 하는 방법을 통하여 제조하였다.
그러나, 상기와 같은 종래 방법은 아크 용융이나 인덕선 용융을 위한 특수 장비가 필요하거나, MnB계 자성 물질의 입자 크기나 형상 제어가 어려웠다. 또한, 자기 손실(hysteresis loss) 유도를 통한 전자기파 흡수 또는 차폐를 위한 물성 제어의 한계가 존재했다.
본 출원은 MnB계 자성 물질의 제조방법, 이 방법에 의하여 제조된 MnB계 자성 물질, 및 이를 포함하는 전자기파 흡수 또는 차폐 소재 및 장치를 제공하고자 한다.
본 출원의 일 실시상태는
망간 산화물 및 붕소를 포함하는 혼합물을 준비하는 단계; 및
상기 혼합물을 불활성 분위기하에서 열처리하는 단계
를 포함하는 MnB계 자성 물질의 제조방법을 제공한다.
본 출원의 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 혼합물은 칼슘 산화물을 더 포함한다.
본 출원의 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 혼합물은 전이금속 또는 란탄족 금속 산화물을 더 포함한다.
본 출원의 또 하나의 실시상태는 전술한 제조방법에 의하여 제조된 MnB계 자성 물질을 제공한다.
본 출원의 또 하나의 실시상태에 따르면 상기 MnB계 자성 물질은 하기 화학식 1 또는 2로 표시된다.
[화학식 1]
MnaBb
화학식 1에 있어서, a 및 b는 각각 Mn 및 B의 원자비율을 나타내기 위한 실수로서 a:b는 1:0.5~1:1.5이다.
[화학식 2]
MncMdBe
화학식 2에 있어서, M은 전이금속 또는 란탄족 금속, 예컨대 크롬(Cr), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni) 등의 3d 전이금속, 니오븀(Nb), 몰리브데넘(Mo) 등의 4d 전이금속, 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 사마륨(Sm), 유로퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 터븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 어븀(Er), 이터븀(Yb) 등의 란탄족 금속이고,
c, d 및 e는 각각 Mn, M 및 B의 원자비율을 나타내기 위한 실수로서,
d/(c+d)는 0.05 내지 0.2이고, (c+d):e=1:0.8~1:1.2이다.
본 출원의 또 하나의 실시상태는 전술한 제조방법에 의하여 제조된 MnB계 자성 물질을 포함하는 전자기파 흡수 또는 차폐 소재를 제공한다.
본 출원의 또 하나의 실시상태는 상기 전자기파 흡수 또는 차폐 소재를 포함하는 반도체, 전자, 통신, 또는 디스플레이 장치를 제공한다.
본 출원의 실시상태들에 따른 방법에 따르면, 종래의 고온용융 방법이나 고압압착 후 장시간의 열처리를 이용하는 방법을 이용하지 않고도, 단일 단계(single-step)의 고체화학반응에 의하여 MnB계 자성 물질을 제조할 수 있으므로, 에너지 절약 및 제조시간 단축에 의하여 효율적이고 경제적으로 MnB계 자성 물질을 얻을 수 있다. 또한, 본 출원의 실시상태들에 따르면 입자크기가 마이크로미터 수준으로 제어된 MnB계 자성 물질을 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 종래의 방법에 비하여 MnB계 자성 물질을 대량으로 제조할 수 있다.
도 1은 본 출원의 일 실시상태에 따른 공정의 순서를 도식화한 것이다.
도 2는 실시예 1에서 제조된 MnB 입자의 SEM 사진이다.
도 3은 실시예 1에서 제조된 MnB 입자의 XRD 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 4는 실시예 2에서 제조된 MnB 입자의 XRD 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 5는 비교예 1에서 제조된 MnB 입자의 SEM 사진이다.
도 6은 비교예 1에서 제조된 MnB 입자의 XRD 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 7은 비교예 2에서 제조된 MnB 입자의 XRD 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 8은 비교예 3에서 제조된 MnB 입자의 XRD 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 9는 비교예 4에서 제조된 MnB 입자의 XRD 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 10은 MnB 입자의 자화(Magnetization) 이미지를 나타낸 것이다.
본 출원의 일 실시상태는 MnB계 자성 물질의 제조방법에 관한 것으로서, 망간 산화물 및 붕소를 포함하는 혼합물을 준비하는 단계; 및 상기 혼합물을 불활성 분위기하에서 열처리하는 단계를 포함한다.
상기 실시상태에 따르면, MnB계 자성 물질을 제조시 출발물질로서 망간 산화물과 붕소를 이용하여, 불활성 분위기하에서 열처리함으로써 고체화학반응에 의하여 MnB계 자성 물질을 제조할 수 있다. 이에 의하여, 종래의 고온 용융 방법이나, 고온압착후 장시간 열처리하는 방법에 비하여 공정 조건을 더 쉽게 제어할 수 있을 뿐만 아니라, 대량의 MnB계 자성 물질을 효율적으로 제조할 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 실시상태에 따르면 MnB계 자성 물질의 크기와 형상을 제어하는 것이 용이하므로, 입자크기가 마이크로미터 수준으로 제어된 MnB계 물질을 제조할 수 있다.
일 실시상태에 따르면, 상기 망간 산화물로는 MnO, Mn3O4, Mn2O3, MnO2, MnO3 등을 사용할 수 있으며, MnO를 사용하는 것이 반응의 효율성을 위하여 바람직하다. 망간 산화물로는 입자 형태를 갖는 것을 사용할 수 있으며, 이 때 입자의 입경은 수마이크로미터 내지 수백마이크로미터 크기의 것을 사용할 수 있다. 일 예에 따르면, 입경이 5 내지 500 마이크로미터, 구체적으로 30 내지 300 마이크로미터의 MnO 입자를 사용할 수 있다. 상기 예시한 망간 산화물은 시판되는 것들로부터 입수할 수 있으며, 예컨대 시그마 알드리치(Sigma-aldrich)나 알파(Alfa)에서 시판하는 것들이 사용될 수 있다.
일 실시상태에 따르면, 상기 붕소로는 비정질의 붕소 입자를 사용할 수 있다. 상기 붕소 입자로는 마이크로미터 이하의 크기에서 수마이크로미터 수준의 입경을 갖는 입자가 사용될 수 있다. 일 예에 따르면, 입경이 5 내지 500 마이크로미터, 구체적으로 30 내지 300 마이크로미터의 붕소 입자를 사용할 수 있다. 상기 붕소 입자는 시판되는 것들로부터 입수할 수 있으며, 예컨대 시그마 알드리치(Sigma-aldrich)에서 시판하는 것들이 사용될 수 있다.
일 실시상태에 따르면, 상기 망간 산화물과 붕소를 포함하는 혼합물은 망간 산화물과 붕소를 망간에 대한 붕소의 원자비가 1 이상, 바람직하게는 5/3 이상, 예컨대 5/3 내지 2, 더욱 바람직하게는 5/3이상 2 미만이 되도록 하는 함량으로 포함한다. 상기와 같은 원자비 내에서 붕소가 반응물 역할과 환원제 역할을 동시에 할 수 있다.
또한, 환원제 역할을 하는 물질이 충분하지 않은 경우, 본 발명의 MnB 자성 분말이 제조되기 어렵거나 Mn rich boride 상과 같이 제조되는 문제가 있다.
상기 망간 산화물과 붕소를 포함하는 혼합물을 준비하는 단계는 망간 산화물과 붕소를 혼합하는 방법으로 수행될 수 있다. 혼합하는 방법은 당 기술분야에 알려져 있는 방법이 사용될 수 있으며, 예컨대 망간 산화물과 붕소 입자를 모르타르로 15분 이상 혼합하거나 적절한 지르코니아 볼을 넣어 200 rpm으로 밤샘 밀링(overnight milling)에 의하여 혼합할 수 있다.
본 출원의 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 혼합물은 망간 산화물과 붕소 이외에 칼슘 산화물을 더 포함한다. 칼슘 산화물은 MnB계 자성물질의 입자크기 및 응집을 제어하는 역할을 수행할 수 있다. 또한, 망간(Mn)의 일부가 반응 부산물인 붕소산화물(boron oxide)로 확산됨으로 인하여 MnB계 자성물질 형성시 미세한 Mn 부족이 발생할 수 있으나, 칼슘 산화물이 존재하는 경우 이러한 문제를 방지할 수 있다. 또한, 칼슘 산화물은 반응 부산물을 NaOH 및/또는 아세트산으로 쉽게 제거할 수 있도록 도울 수 있다. 칼슘 산화물은 상기 혼합물 중의 망간 산화물과 칼슘 산화물의 당량비가 1:0.1 내지 1:2의 범위 내가 되도록 하는 양으로 사용될 수 있다. 상기 칼슘 산화물로는 입자 형태의 것을 사용할 수 있으며, 예컨대 미세 입자 분말의 형태의 것을 사용할 수 있다. 상기 칼슘 산화물로는 시판되는 것들을 사용할 수 있으며, 상기 칼슘 산화물 입자의 입경은 대략 수 마이크로미터 이하의 것들이 사용될 수 있다.
본 출원의 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 혼합물은 전이금속 산화물 또는 란탄족 산화물을 더 포함할 수 있다. 상기 전이금속 산화물 또는 란탄족 산화물로는 예컨대 크롬(Cr), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni) 등의 3d 전이금속, 니오븀(Nb), 몰리브데넘(Mo) 등의 4d 전이금속, 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 사마륨(Sm), 유로퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 터븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 어븀(Er), 이터븀(Yb) 등의 란탄족 금속 중 적어도 하나를 포함하는 산화물이 사용될 수 있다. 상기 전이금속 산화물 또는 란탄족 산화물은 MnB계 자성물질 내에 도핑되는 금속을 제공하는 역할을 수행할 수 있다. 상기 전이금속 산화물 또는 란탄족 산화물은 상기 혼합물 중의 망간 대 전이금속 또는 라탄족 금속의 원자비가 4:1 내지 19:1, 일 예로서 8:1 내지 9:1이 되도록 하는 양으로 사용될 수 있다.
예컨대, 전이금속 산화물로는 크롬(Cr) 산화물, 철(Fe) 산화물, 코발트(Co) 산화물, 니켈(Ni), 니오븀(Nb), 몰리브데넘(Mo) 산화물이 사용될 수 있다.
예컨대, 란탄족 금속 산화물로는 Ce2O3, Pr2O3, Nd2O3, Sm2O3, Eu2O3, Gd2O3, Tb2O3, Dy2O3, Er2O3, Yb2O3 등을 사용할 수 있다.
상기 전이금속 산화물 또는 란탄족 금속 산화물로는 입자 상태의 것을 사용할 수 있으며, 예컨대 시그마 알드리치사에서 판매하는 것으로부터 입수한 것을 사용할 수 있다. 예컨대, 상기 전이금속 산화물 또는 란탄족 금속 산화물로서 입경이 100 nm 내지 수 마이크로미터 수준의 입자를 사용할 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 따르면, 상기 혼합물을 잘 혼합한 후 압축하는 단계를 수행할 수 있다. 상기 압축의 정도는 필요에 따라 결정될 수 있으며, 예컨대 상온에서 2,000 기압 이상의 조건에서 수행될 수 있다. 상기 압축에 의하여 상기 혼합물은 특정 형태, 예컨대 실린더 모양으로 성형될 수 있다. 상기와 같이 압축하는 경우 고상합성법 중 연소 합성법에 유리하다. 구체적으로, 상기와 같이 압축된 혼합물에 적절한 온도를 가함으로써 반응물인 망간 산화물과 환원제 역할을 하는 붕소의 연소 반응을 유도할 수 있다. 이 때, 반응 과정 중에 나오는 열이 반응물인 망간 산화물과 환원제 역할을 하는 붕소의 반응을 연쇄적으로 진행시킬 정도로 상당하기 때문에 에너지를 절감하면서도 빠른 시간 내에 양질의 생성물을 얻을 수 있다.
이어서, 전술한 실시상태들에 따라 제조된 혼합물을 불활성 분위기하에서 열처리하는 단계를 수행한다.
상기 열처리는 망간 산화물과 붕소가 고체화학반응을 하는데 필요한 온도 조건에서 수행된다. 전술한 망간 산화물과 붕소를 포함하는 혼합물은 불활성 분위기하에서 열처리를 수행함으로써 자발적인 발열반응이 진행된다. 예컨대, 상기 열처리는 750 ℃ 내지 1,000 ℃의 범위 내에서 수행될 수 있다.
상기 열처리는 망간 산화물과 붕소가 자발적 발열반응 하에서 산화. 환원 반응이 이루어져 MnB계 자성 물질이 생성될 때까지 진행될 수 있다. 즉, 망간산화물은 환원되어 망간 금속이 되며, 붕소는 산화되어 붕소산화물(B2O3)이 생성되며, 산화 반응에 참여하지 않는 붕소는 반응물로 작용하여 MnB를 형성하게 된다. 열처리시간은 출발 물질의 양, 반응 조건에 따라 상이할 수 있으나, 예컨대 3분 내지 120분간 진행될 수 있다. 상기 열처리는 불활성 분위기 하에서 수행된다. 불활성 분위기는 화학공정분야에 알려져 있는 불활성 가스를 이용하여 조성할 수 있으며, 예컨대 Ar, He 등의 가스 분위기 하에서 수행할 수 있다. 예컨대 5N 수준의 Ar 분위기에서 열처리가 수행될 수 있다. 수분은 ppm 수준 이하로 포함되는 것이 바람직하다. 상기와 같이 불활성 분위기하에서 열처리를 하는 경우 생성물의 수득률 및 순도를 높일 수 있다.
본 출원의 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 열처리 이후에 반응물을 상온으로 냉각하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이는 이후 반응물을 수거하거나 후처리 하기 용이하기 위함이다.
본 출원의 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 열처리 이후에 반응물을 분쇄하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이와 같은 분쇄 단계를 거치는 경우, 후술하는 부산물 분리에 유리하다.
본 출원의 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 열처리 이후에 반응 부산물을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 냉각 단계 또는 분쇄 단계가 수행되는 경우, 냉각 단계 또는 분쇄 단계 이후에 반응 부산물을 제거할 수 있다. 반응 부산물은 반응물의 종류에 따라 상이하며, 예컨대 망간 산화물과 붕소를 포함하는 혼합물을 이용하여 반응을 진행하는 경우 B2O3가 반응 부산물로 발생하고, 상기 혼합물에 칼슘 산화물이 첨가되는 경우 Ca3(BO3)2가 반응 부산물로 발생할 수 있다. 반응 부산물은 반응과정에서 용융된 상태로 존재할 수 있다.
상기 반응 부산물의 제거는 반응 부산물이 용해될 수 있는 용액을 이용하여 수행할 수 있다. 상기 반응 부산물 제거를 위한 용액로는 표백(bleaching) 역할을 하는 용질이 포함된 염기성 수용액 또는 아세트산과 같은 유기산이 포함된 용액을 사용할 수 있으며, 예컨대 NaOCl 및 KOH를 포함하는 수용액, NaOH 수용액, 아세트산 수용액 등이 사용될 수 있다.
본 출원의 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 반응 부산물 제거 이후 MnB계 자성 물질을 세척하는 단계를 추가로 수행할 수 있다. 세척은 증류수나 아세톤과 같은 용매로 수행할 수 있다. 상기 세척하는 단계는 사용되는 용매의 종류에 따라 건조하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
도 1에 후술하는 실시예 1에 따른 본 출원의 MnB계 자성 물질의 제조방법의 공정 모식도를 도시하였다. 도 1의 (a)는 출발물질을 나타내고, (b)는 열처리 후 반응 부산물과 생성물(MnB계 자성 물질)이 혼합되어 있는 상태를 나타낸다. (c)는 KOH 및 NaOCl을 이용하여 반응 부산물을 제거하는 단계를 나타낸 것이고, (d)는 MnB계 자성 입자가 최종적으로 얻어진 상태를 나타낸다.
본 출원의 또 하나의 실시상태는 전술한 제조방법에 의하여 제조된 MnB계 자성 물질을 제공한다. 상기 MnB계 자성 물질은 자기 손실을 유도하여 전자기파 흡수 또는 차폐 기능을 유도하는 보자력(Hc)을 제어하고, 저항손실을 유도하여 자기손실 및 저항손실 특성을 모두 갖는 전자기파 차폐 물질로 활용될 수 있다. 구체적으로 MnB는 비저항값이 0.31569 mΩcm으로서, 페라이트(107 mΩcm), FEI alloy 50(49 mΩcm), Finemet(FT-3M)(0.12 mΩcm), 은(1.59x10-7 mΩcm)과 비교될 수 있다.
종래 방법에서는 칩(chip) 덩어리를 고온에서 용융시켜 합성하는 반면에, 전술한 본 출원의 실시상태들에 따르면 입자 크기를 수 마이크로미터, 예컨대 1 내지 10 마이크로미터 범위에서 균일하게 제어할 수 있다. 본 출원의 실시상태들에 따르면 MnB계 자성 물질은 구형 형태의 입자일 수 있다.
본 출원의 또 하나의 실시상태에 따르면 상기 MnB계 자성 물질은 하기 화학식 1 또는 2로 표시된다.
[화학식 1]
MnaBb
화학식 1에 있어서, a 및 b는 각각 Mn 및 B의 원자비율을 나타내기 위한 실수로서 a:b는 1:0.5~1:1.5이다.
일 예에 따르면, 상기 화학식 1의 a:b는 1:0.8~1:1.2이다.
[화학식 2]
MncMdBe
화학식 2에 있어서,
M은 전이금속 또는 란탄족 금속, 예컨대 크롬(Cr), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni) 등의 3d 전이금속, 니오븀(Nb), 몰리브데넘(Mo) 등의 4d 전이금속, 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 사마륨(Sm), 유로퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 터븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 어븀(Er), 이터븀(Yb) 등의 란탄족 금속이고,
c, d 및 e는 각각 Mn, M 및 B의 원자비율을 나타내기 위한 실수로서,
d/(c+d)는 0.05 내지 0.2이고, (c+d):e=1:0.8~1:1.2이다.
일 예에 따르면, 상기 화학식 1의 M은 크롬(Cr), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 또는 네오디뮴(Nd)이다.
일 예에 따르면, 상기 화학식 1의 M은 네오디뮴(Nd)이다.
본 출원의 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 MnB계 물질은 에폭시 수지(Expoxy-resin)와 같은 고분자 또는 고무와의 복합체 형태를 가질 수 있다.
본 출원의 또 하나의 실시상태는 전술한 제조방법에 의하여 제조된 MnB계 자성 물질을 포함하는 전자기파 흡수 또는 차폐 소재를 제공한다.
전자기파 흡수 또는 차폐 소재는 당기술 분야에 알려져 있는 구조를 가질 수 있다. 예컨대 상기 전자기파 흡수 또는 차폐 소재는 기재 상에 전술한 MnB계 자성 물질을 포함하는 메쉬 패턴이 구비된 구조를 가질 수 있다. 여기서, 메쉬 패턴의 눈들의 크기는 서로 동일할 수도 있으나, 크기나 형태가 상이한 2종 이상의 눈들로 이루어진 메쉬 패턴이 사용될 수도 있다. 메쉬 패턴의 선폭, 선간격, 선고 등은 당기술분야에 알려져 있는 범위로 구성될 수 있다.
본 출원의 또 하나의 실시상태는 상기 전자기파 흡수 또는 차폐 소재를 포함하는 반도체, 전자, 통신, 또는 디스플레이 장치를 제공한다. 상기 전자기파 흡수 또는 차폐 소재는 전자기파 흡수 또는 차폐가 필요한 모든 장치에 적용될 수 있다. 예컨대, 상기 전자파 흡수 또는 차폐 소재는 전자파 차폐 도료, 반도체 팩키징 소재, 무선 충전 시스템, 전자.통신 장비, 휴대폰, 디스플레이 장치 등에 적용될 수 있다.
이하에서 실시예를 통하여, 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 그러나, 이하의 실시예들은 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 범위를 한정하기 위한 것은 아니다.
실시예 1 (MnO + B)
MnO 5.3947 g(0.0760 mol), B 1.3701 g (0.1267 mol)을 균일하게 혼합한 후, 지름 1cm의 실린더 모양으로 성형하였다. 성형된 혼합물을 불활성 가스(Ar, He) 분위기에서 850℃에서 10분간 열처리하였다. 이 과정에서 자발적인 발열 반응이 진행되었다.
MnO + 5/3 B -> MnB + 1/3 B2O3
반응 후 상온에서 냉각된 반응물을 분쇄하고 6wt% NaOCl과 20wt% KOH 혼합 수용액으로 세척하여 반응 부산물인 B2O3를 제거하였다. 이어서 증류수로 3회 세척하고, 아세톤으로 1회 세척한 후 건조하였다. 실시예 1에서 제조된 MnB의 SEM 사진과 XRD 측정 결과를 각각 도 2 및 도 3에 나타내었다.
실시예 2 (MnO + B + CaO)
MnO 5.3947 g(0.0760 mol), B 1.3701 g (0.1267 mol), CaO 4.3176 g(0.0760 mol)을 균일하게 혼합한 후, 지름 1cm의 실린더 모양으로 성형하였다. 성형된 혼합물을 불활성 가스(Ar, He) 분위기에서 850℃에서 10분간 열처리하였다. 이 과정에서 자발적인 발열 반응이 진행되었다.
MnO + 5/3 B + CaO -> MnB + 1/3 Ca3(BO3)2
반응 후 상온에서 냉각된 반응물을 분쇄하고 20wt% NaOH 수용액 및 2% 아세트산 수용액으로 순차적으로 세척하여 반응 부산물인 Ca3(BO3)2를 제거하였다. 이어서 증류수로 3회 세척하고, 아세톤으로 1회 세척한 후 건조하였다. 실시예 2에서 제조된 MnB의 XRD 측정 결과를 각각 도 4에 나타내었다.
실시예 3 (MnO + Nd2O3 + B)
MnO 4.27476 g(0.06026 mol), Nd2O3 1.1264 g(0.003348 mol), B 1.3534 g (0.1138 mol)을 균일하게 혼합한 후, 지름 1cm의 실린더 모양으로 성형하였다. 성형된 혼합물을 불활성 가스(Ar, He) 분위기에서 850℃에서 10분간 열처리하였다. 이 과정에서 자발적인 발열 반응이 진행되었다.
0.9 MnO + 0.05 Nd2O3 + 1.7 B -> Mn0.9Nd0.1B + 0.35 B2O3
반응 후 상온에서 냉각된 반응물을 분쇄하고 6wt% NaOCl과 20wt% KOH 혼합 수용액으로 세척하여 반응 부산물인 B2O3를 제거하였다. 이어서 증류수로 3회 세척하고, 아세톤으로 1회 세척한 후 건조하였다.
비교예 1 (Mn + B2O3 + Al)
Mn 8.3558 g(0.1521 mol), B2O3 5.2946 g(0.07605 mol), Al 4.3092 g (0.1521 mol)을 균일하게 혼합한 후, 지름 1cm의 실린더 모양으로 성형하였다. 성형된 혼합물을 불활성 가스(Ar, He) 분위기에서 850℃에서 10분간 열처리하였다.
Mn + 0.5 B2O3 + Al -> MnB + 0.5 Al2O3
Mn, B2O3, Al을 반응물질로 사용할 경우 MnB 결정이 생성되나, 반응생성물인 Al2O3를 선택적으로 제거하기가 어려워 순수한 MnB를 얻을 수 없었다. 비교예 1에서 제조된 MnB의 SEM 사진과 XRD 측정 결과를 각각 도 5 및 도 6에 나타내었다.
비교예 2 (Mn + B2O3 + Mg)
Mn 4.1779 g (0.07605 mol), B2O3 2.6472 g(0.0380 mol), Mg 2.7725 g (0.1141 mol)을 균일하게 혼합한 후, 지름 1cm의 실린더 모양으로 성형하였다. 성형된 혼합물을 불활성 가스(Ar, He) 분위기에서 850℃에서 10분간 열처리하였다.
Mn + 0.5 B2O3 + Mg -> MnB + 1.5 MgO
Mn, B2O3, Mg를 반응물질로 사용할 경우 MnB 결정이 생성되나, 반응생성물인 MgO를 선택적으로 제거하기가 어려워 순수한 MnB를 얻을 수 없었다. 비교예 2에서 제조된 MnB의 XRD 측정 결과를 도 7에 나타내었다.
비교예 3 MnO:B = 1:1
MnO 5.3947 g(0.0760 mol), B 0.8221 g (0.0760 mol)을 균일하게 혼합한 후, 지름 1cm의 실린더 모양으로 성형하였다. 성형된 혼합물을 불활성 가스(Ar, He) 분위기에서 850℃에서 10분간 열처리하였다. 실시예 1에서 사용한 6wt% NaOCl과 20wt% KOH 혼합 수용액 대신 증류수로만 3회 세척하고, 아세톤으로 1회 세척한 후 건조하였다. 비교예 3에서 제조된 MnB의 XRD 측정 결과를 도 8에 나타내었다.
비교예 4 MnO:B = 1:4
MnO 5.3947 g(0.0760 mol), B 3.2886 g (0.3042 mol)을 균일하게 혼합한 후, 지름 1cm의 실린더 모양으로 성형하였다. 성형된 혼합물을 불활성 가스(Ar, He) 분위기에서 850℃에서 10분간 열처리하였다. 실시예 1에서 사용한 6wt% NaOCl과 20wt% KOH 혼합 수용액 대신 증류수로만 3회 세척하고, 아세톤으로 1회 세척한 후 건조하였다. 비교예 4에서 제조된 MnB의 XRD 측정 결과를 도 9에 나타내었다.
실시예 1에서 제조된 MnB의 자화 특성 그래프를 도 10에 나타내었다. 실시예 1 내지 3에서 제조된 MnB계 자성물질은 유사한 수준의 보자력과 전기전도도를 갖는 구형 입자로 얻어졌다. 반면, 비교예 1 및 2에서 제조된 물질은 실시예에서 제조된 것들에 비하여 보자력은 비슷한 수준으로 관찰된 반면에 전기전도도는 현저히 감소하는 결과를 보였다. 이것은 MnB 입자들 사이에 부산물로 생성된 Al2O3 또는 MgO가 전자 이동을 방해하는 부도체로 작용하여 나타나는 현상으로 해석된다.
비교예 3 및 4와 같이, Mn과 B의 원자비가 1:1 또는 1:4가 되도록 하여 반응시킨 경우, 합성된 MnB 이외에 미반응된 MnO나 B가 세척 과정 중에 씻겨 나갔으며, 6wt% NaOCl과 20wt% KOH 혼합 수용액으로 세척하지 않아서 부산물 Mn3(BO3)2가 남아 있음을 도 8 및 9로부터 확인할 수 있다.

Claims (19)

  1. 망간 산화물 및 붕소를 포함하는 혼합물을 준비하는 단계; 및
    상기 혼합물을 불활성 분위기하에서 열처리하는 단계
    를 포함하는 MnB계 자성 물질의 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 혼합물은 망간 산화물과 붕소를 망간에 대한 붕소의 원자비가 5/3 내지 2가 되도록 포함하는 것인 MnB계 자성 물질의 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 혼합물은 칼슘 산화물을 더 포함하는 것인 MnB계 자성 물질의 제조방법.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 혼합물 중 망간 산화물과 칼슘 산화물의 당량비가 1:0.1 내지 1:2의 범위 내인 것인 MnB계 자성 물질의 제조방법.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 혼합물은 전이금속 또는 란탄족 금속 산화물을 더 포함하는 것인 MnB계 자성 물질의 제조방법.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 전이금속 또는 란탄족 금속 산화물은 크롬(Cr), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 니오븀(Nb), 몰리브데넘(Mo), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 사마륨(Sm), 유로퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 터븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 어븀(Er), 이터븀(Yb) 중 적어도 하나를 포함하는 산화물을 포함하는 것인 MnB계 자성 물질의 제조방법.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 전이금속 또는 란탄족 금속 산화물은 Nd2O3을 포함하는 것인 MnB계 자성 물질의 제조방법.
  8. 청구항 5에 있어서, 상기 혼합물 중의 망간 대 전이금속 또는 라탄족 금속의 원자비가 8:1 내지 9:1인 것인 MnB계 자성 물질의 제조방법.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 혼합물을 압축하는 단계를 더 수행하는 것인 MnB계 자성 물질의 제조방법.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 열처리는 750 ℃ 내지 1,000 ℃의 범위 내에서 수행되는 것인 MnB계 자성 물질의 제조방법.
  11. 청구항 1에 있어서, 상기 열처리 이후에 반응물을 냉각하는 단계, 반응물을 분쇄하는 단계, 반응 부산물을 제거하는 단계, 및 반응물을 세척하는 단계 중 적어도 한 단계를 더 포함하는 MnB계 자성 물질의 제조방법.
  12. 청구항 11에 있어서, 반응 부산물을 제거하는 단계는 염기성 수용액 또는 유기산이 포함된 용액에 반응 부산물을 용해하는 단계를 포함하는 것인 MnB계 자성 물질의 제조방법.
  13. 청구항 1 내지 12 중 어느 하나의 항에 따른 제조방법에 의하여 제조된 MnB계 자성 물질.
  14. 청구항 13에 있어서, MnB계 자성물질의 입자 크기가 1 내지 10 마이크로미터 범위 내인 것인 MnB계 자성 물질.
  15. 청구항 13에 있어서, 상기 MnB계 자성 물질은 하기 화학식 1 또는 2로 표시되는 것인 MnB계 자성 물질:
    [화학식 1]
    MnaBb
    화학식 1에 있어서, a 및 b는 각각 Mn 및 B의 원자비율을 나타내기 위한 실수로서 a:b는 1:0.5~1:1.5이다.
    [화학식 2]
    MncMdBe
    화학식 2에 있어서, M은 전이금속 또는 란탄족 금속이고,
    c, d 및 e는 각각 Mn, M 및 B의 원자비율을 나타내기 위한 실수로서,
    d/(c+d)는 0.05 내지 0.2이고, (c+d):e=1:0.8~1:1.2이다.
  16. 청구항 15에 있어서, 상기 전이금속 또는 란탄족 금속은 크롬(Cr), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 니오븀(Nb), 몰리브데넘(Mo), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 사마륨(Sm), 유로퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 터븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 어븀(Er), 이터븀(Yb) 중 적어도 하나를 포함하는 것인 MnB계 자성 물질.
  17. 청구항 13에 있어서, 고분자 또는 고무와의 복합체 형태인 것인 MnB계 자성 물질.
  18. 청구항 13에 따른 MnB계 자성 물질을 포함하는 전자기파 흡수 또는 차폐 소재.
  19. 청구항 18에 따른 전자기파 흡수 또는 차폐 소재를 포함하는 반도체, 전자, 통신, 또는 디스플레이 장치.
PCT/KR2016/014818 2015-12-18 2016-12-16 자성 물질 및 이의 제조방법 Ceased WO2017105136A1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201680060931.8A CN108140480B (zh) 2015-12-18 2016-12-16 磁性材料及其制备方法
US15/766,065 US10878998B2 (en) 2015-12-18 2016-12-16 Magnetic material and preparation method thereof

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2015-0181699 2015-12-18
KR1020150181699A KR102055930B1 (ko) 2015-12-18 2015-12-18 자성 물질 및 이의 제조방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017105136A1 true WO2017105136A1 (ko) 2017-06-22

Family

ID=59057084

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2016/014818 Ceased WO2017105136A1 (ko) 2015-12-18 2016-12-16 자성 물질 및 이의 제조방법

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10878998B2 (ko)
KR (1) KR102055930B1 (ko)
CN (1) CN108140480B (ko)
WO (1) WO2017105136A1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112390638A (zh) * 2020-11-30 2021-02-23 横店集团东磁股份有限公司 一种低饱和窄线宽旋磁材料及其制备方法
WO2024187358A1 (zh) * 2023-03-14 2024-09-19 昆明理工大学 一种过渡金属硼化物的快速制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0529125A (ja) * 1991-07-24 1993-02-05 Tokin Corp 酸化物磁性材料の製造方法
JP2001217109A (ja) * 2000-02-03 2001-08-10 Tdk Corp 磁石組成物及びこれを用いるボンド磁石
KR20130122452A (ko) * 2012-04-30 2013-11-07 엘지이노텍 주식회사 무선충전 라디에이터 기능을 갖는 자성 필름, 그 제조방법 및 이를 이용한 무선충전 디바이스
KR20140131071A (ko) * 2013-05-03 2014-11-12 경북대학교 산학협력단 철계 연자성 나노 결정질상을 포함하는 복합소재 및 이의 제조방법
KR20150090242A (ko) * 2013-01-16 2015-08-05 고쿠리츠켄큐카이하츠호진 카가쿠기쥬츠신코키코 자성 재료 및 자성 재료의 제조 방법

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3424687A (en) * 1964-10-06 1969-01-28 Matsushita Electric Industrial Co Ltd Ferromagnetic material
JPH06316702A (ja) * 1993-04-30 1994-11-15 Toyota Motor Corp 摺動部材用アルミニウム合金粉末およびアルミニウム合金
JP4140324B2 (ja) 2002-09-10 2008-08-27 住友金属鉱山株式会社 金属ホウ化物粉末及びその製造方法
EP2423164A1 (en) 2010-08-25 2012-02-29 Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. General synthesis of metal borides in liquid salt melts
CN101973559B (zh) * 2010-10-11 2011-12-28 吉林大学 锰的硼化物的高温高压制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0529125A (ja) * 1991-07-24 1993-02-05 Tokin Corp 酸化物磁性材料の製造方法
JP2001217109A (ja) * 2000-02-03 2001-08-10 Tdk Corp 磁石組成物及びこれを用いるボンド磁石
KR20130122452A (ko) * 2012-04-30 2013-11-07 엘지이노텍 주식회사 무선충전 라디에이터 기능을 갖는 자성 필름, 그 제조방법 및 이를 이용한 무선충전 디바이스
KR20150090242A (ko) * 2013-01-16 2015-08-05 고쿠리츠켄큐카이하츠호진 카가쿠기쥬츠신코키코 자성 재료 및 자성 재료의 제조 방법
KR20140131071A (ko) * 2013-05-03 2014-11-12 경북대학교 산학협력단 철계 연자성 나노 결정질상을 포함하는 복합소재 및 이의 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
CN108140480A (zh) 2018-06-08
KR20170073146A (ko) 2017-06-28
CN108140480B (zh) 2020-12-25
US20180286543A1 (en) 2018-10-04
US10878998B2 (en) 2020-12-29
KR102055930B1 (ko) 2019-12-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2022055272A1 (ko) 양극재 회수 방법
EP3605570A1 (en) Method for manufacturing sintered magnet and sintered magnet
US10629344B2 (en) Magnetic material and a method of synthesising the same
WO2015046732A1 (ko) 열간가압성형 공정을 이용한 이방성 열간가압성형 자석의 제조방법 및 이 방법으로 제조된 열간가압성형 자석
WO2016093379A1 (ko) 비자성 합금을 포함하는 열간가압변형 자석 및 이의 제조방법
CN110047637B (zh) 一种高频用2：17型稀土类-铁-氮系复合磁性材料的制备方法
WO2013165148A1 (ko) 고순도 사산화삼망가니즈의 제조방법 및 그 제조방법에 의하여 제조된 고순도 사산화삼망가니즈
WO2017105136A1 (ko) 자성 물질 및 이의 제조방법
WO2019013442A1 (ko) 정전척
WO2019039893A1 (ko) 양극활물질, 그 제조 방법, 및 이를 포함하는 리튬이차전지
WO2020085738A1 (ko) 소결 자석의 제조 방법 및 소결 자석
WO2019093660A2 (ko) 마그헤마이트의 제조방법
WO2020045865A1 (ko) 자석 분말의 제조 방법 및 자석 분말
CN120809410A (zh) 软磁复合材料、软磁芯环及其制备方法和用途
KR20190053611A (ko) 자성 물질 및 이의 세정 방법
WO2021071236A1 (ko) 소결 자석의 제조 방법
WO2022080963A1 (ko) 자성 분말의 제조 방법
JP2014122392A (ja) 希土類−鉄−窒素系磁石粉末の製造方法
WO2003088280A1 (en) Process for the production of neodymium-iron-boron permanent magnet alloy powder
WO2025095519A1 (ko) 희토류 소결 자석의 제조방법 및 이로부터 제조된 소결 자석
JP2010283359A (ja) 希土類−鉄−マンガン−窒素系磁石粉末
CN106158211B (zh) 一种高性能钕铁硼稀土永磁合金及其制备方法
WO2021075787A1 (ko) 소결 자석의 제조 방법
WO2024177358A1 (ko) 희토류 자석 미세분말 제조방법 및 이를 이용한 희토류계 소결자석 제조방법
WO2020032547A1 (ko) 자석 분말 및 자석 분말의 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16876078

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 15766065

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 16876078

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1