WO2020009303A1 - Hybrid magnetic fiber and manufacturing method therefor - Google Patents

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WO2020009303A1
WO2020009303A1 PCT/KR2019/001363 KR2019001363W WO2020009303A1 WO 2020009303 A1 WO2020009303 A1 WO 2020009303A1 KR 2019001363 W KR2019001363 W KR 2019001363W WO 2020009303 A1 WO2020009303 A1 WO 2020009303A1
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hybrid
hybrid magnetic
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rare earth
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좌용호
김종렬
이지민
황태연
강민규
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한양대학교에리카산학협력단
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Definitions

  • the present invention relates to a hybrid magnetic fiber and a method of manufacturing the same, and relates to a hybrid magnetic fiber including both hard magnetic and soft magnetic and a method of manufacturing the same.
  • the hard magnetic permanent magnets which are widely applied to the electric and motor industries, are largely divided into rare earth-based magnets, and non-rare earth magnets such as ferrite and alnico.
  • Rare earth magnets refer to compounds between rare earth metals and transition metals, and have a higher maximum magnetic energy ((BH) max) value than non-rare earth permanent magnets, which are essential to keep up with the recent weight reduction, miniaturization, and high performance of electronic products. It is an indispensable material.
  • BH maximum magnetic energy
  • Korean Patent Publication No. 10-2017-0108468 (Application No .: 10-2016-0032417, Applicant: Yonsei University Industry-Academic Cooperation Foundation) includes a substrate, and a laminate formed on the substrate and formed of a Bi thin film layer and an Mn thin film layer.
  • a coercive force-improved non-rare earth permanent magnet including a thin film laminate obtained by repeatedly laminating and heat-treating a unit at least two times and a method of manufacturing the same.
  • One technical problem to be solved by the present invention is to provide a hybrid magnetic fiber with improved coercivity and saturation magnetization and a method of manufacturing the same.
  • Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a hybrid magnetic fiber having an improved maximum magnetic energy value and a method of manufacturing the same.
  • Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a hybrid magnetic fiber with a reduced amount of rare earth and a method of manufacturing the same.
  • the technical problem to be solved by the present invention is not limited to the above.
  • the present invention provides a hybrid magnetic fiber manufacturing method.
  • the method of manufacturing a hybrid magnetic fiber may include preparing a source solution including a first source material including a rare earth element and a second source material including a transition metal element, and electrospinning the source solution. Forming a preliminary hybrid magnetic fiber comprising a rare earth oxide and a transition metal oxide, and reducing the preliminary hybrid magnetic fiber to form a magnetic crystal comprising a compound of the rare earth element and the transition metal element, And forming a hybrid magnetic fiber including a magnetic boundary layer including the transition metal element.
  • the magnetic crystal may include a hard-magnetic property
  • the magnetic boundary layer may include a soft-magnetic property
  • the magnetic boundary layer may include following the magnetization behavior of the magnetic crystal.
  • the mole fraction of the rare earth element in the source solution may include more than 9.290 at% and less than 10.562 at%.
  • the forming of the hybrid magnetic fibers may include mixing the preliminary hybrid magnetic fibers with a reducing agent, heat treating the preliminary hybrid magnetic fibers mixed with the reducing agent, and heat treating the preliminary hybrid magnetic fibers. It may include the step of washing with a washing solution.
  • the preliminary hybrid magnetic fiber mixed with the reducing agent may include heat treatment at a temperature of more than 500 ° C. and less than 800 ° C.
  • the reducing agent may include calcium (Ca).
  • the washing solution may include at least one of ammonium chloride (NH 4 Cl), and methanol (CH 3 OH).
  • the source solution may further include a crystallization source including a metal and a viscous source including a polymer.
  • the rare earth element may include any one of La, Ce, Pr, Nd, Sm, or Gd.
  • the transition metal element may include any one of Fe, Co, or Ni.
  • the present invention provides a hybrid magnetic fiber.
  • the hybrid magnetic fibers may be disposed between a plurality of magnetic crystals including a rare earth element and a compound of a transition metal element, and the magnetic crystals adjacent to each other to surround the magnetic crystals, It may include a magnetic boundary layer (magnetic boundary layer) containing the transition metal element.
  • the volume fraction of the magnetic boundary layer may include more than 0 vol% less than 10 vol%.
  • the magnetic crystal may have a hard magnetic property
  • the magnetic boundary layer may have a soft magnetic property
  • the magnetic boundary layer may include a magnetization behavior of the magnetic crystal.
  • a method of manufacturing a hybrid magnetic fiber preparing a source solution including a first source material including a rare earth element, and a second source material including a transition metal element, the source solution Electrospinning to form a preliminary hybrid magnetic fiber comprising a rare earth oxide and a transition metal oxide, and reducing the preliminary hybrid magnetic fiber to include a compound of the rare earth element and the transition metal element, and to exhibit hard magnetic properties.
  • the method may include forming a hybrid magnetic fiber having a magnetic crystal having a magnetic crystal and a magnetic boundary layer including the transition metal element and having soft magnetic properties.
  • the volume fraction of the magnetic boundary layer in the hybrid magnetic fiber is controlled, as a result of the magnetic crystal And a magnetic exchange coupling effect between the magnetic boundary layers. Accordingly, saturation magnetization is increased while maintaining high coercivity, and further, the maximum magnetic energy ((BH) max) value is improved to provide a hybrid magnetic fiber exhibiting excellent magnetic properties. Can be.
  • FIG. 1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a hybrid magnetic fiber according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating a hybrid magnetic fiber forming step of the hybrid magnetic fiber manufacturing method according to an embodiment of the present invention in detail.
  • FIG 3 is a view showing a manufacturing process of a hybrid magnetic fiber according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view showing a hybrid magnetic fiber according to an embodiment of the present invention.
  • 5 is a graph showing the characteristics of soft and hard magnetic materials.
  • FIG. 6 is a graph showing characteristics in the case where the self-exchange coupling effect is exhibited between soft magnetic and hard magnetic materials.
  • Example 12 is a photograph comparing the influence of the washing solution in the process of washing the hybrid magnetic fiber according to Example 1 of the present invention.
  • Example 13 is a photograph of a hybrid magnetic fiber according to Example 2 of the present invention.
  • Example 15 is a graph showing the effect of the mole fraction of rare earth elements contained in the source solution on the structure of the hybrid magnetic fiber according to Example 2 of the present invention.
  • 16 and 17 are graphs showing the effect of the mole fraction of the rare earth elements contained in the source solution on the structure of the hybrid magnetic fiber according to Example 1 of the present invention.
  • FIG. 18 is a graph showing the characteristics of a hybrid magnetic fiber according to a comparative example of the present invention in which no magnetic exchange coupling effect occurs.
  • Example 19 is a graph showing the effect of the volume fraction of the magnetic boundary layer on the magnetic properties of the hybrid magnetic fiber according to Example 1 of the present invention.
  • Example 20 is a graph showing the effect of the volume fraction of the magnetic crystals on the residual magnetization value of the hybrid magnetic fiber according to Example 1 of the present invention.
  • 21 is a graph showing the effect of the volume fraction of the magnetic crystal on the maximum magnetic energy value of the hybrid magnetic fiber according to Example 1 of the present invention.
  • 22 and 23 are graphs showing modification of the Recoil curve of the hybrid magnetic fibers according to Example 1 of the present invention, in which the volume fractions of the magnetic crystals and the magnetic crystal layers are different.
  • Example 24 is a graph showing Recoil susceptibility values of hybrid magnetic fibers according to Example 1 of the present invention, in which the volume fractions of the magnetic boundary layers are different from each other.
  • 25 to 27 is a graph comparing the characteristics of the heat treatment in the process of producing a hybrid magnetic fiber according to Example 1 of the present invention.
  • 29 to 31 are photographs and graphs comparing the diameters of the hybrid magnetic fibers according to Examples 1 and 3 of the present invention.
  • first, second, and third are used to describe various components, but these components should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another. Thus, what is referred to as a first component in one embodiment may be referred to as a second component in another embodiment.
  • first component in one embodiment may be referred to as a second component in another embodiment.
  • second component in another embodiment.
  • Each embodiment described and illustrated herein also includes its complementary embodiment.
  • the term 'and / or' is used herein to include at least one of the components listed before and after.
  • connection is used herein to mean both indirectly connecting a plurality of components, and directly connecting.
  • FIG. 1 is a flow chart illustrating a method of manufacturing a hybrid magnetic fiber according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a flow chart illustrating the hybrid magnetic fiber forming step of the hybrid magnetic fiber manufacturing method according to an embodiment of the present invention in detail.
  • 3 is a view showing a hybrid magnetic fiber manufacturing process according to an embodiment of the present invention
  • Figure 4 is a view showing a hybrid magnetic fiber according to an embodiment of the present invention.
  • a source solution including a first source material and a second source material may be prepared (S100).
  • the first source material may include a rare-earth element.
  • the rare earth element may include any one of La, Ce, Pr, Nd, Sm, or Gd.
  • the second source material may include a transition-metal element.
  • the transition metal element may include any one of Fe, Co, or Ni.
  • the source solution may further include a crystallization source, and a viscous source.
  • the crystallization source may include a metal.
  • the metal may be a metal water-soluble salt such as copper (Cu) or zirconium (Zr).
  • the crystallization source can improve the crystallinity of the hybrid magnetic fiber 100 to be described later.
  • the viscous source may include a polymer.
  • the polymer may include at least one of polyvinylpyrrolidone (PVP), polyacrylonitrile (PAN), poly (vinyl acetate) (PVAC), polyvinylbutyral (PVB), poly (vinyl alcohol) (PVA), or polyethylene oxide (PEO). It may include.
  • the viscous source may give viscosity to the source solution and control the diameter of the hybrid magnetic fiber 100 to be described later.
  • the mole fraction (at%) of the rare earth element in the source solution can be controlled. Specifically, the mole fraction of the rare earth element in the source solution may be controlled to be greater than 9.290 at% and less than 10.562 at%. In this case, an exchange-coupling effect may be generated between the magnetic crystal 110 and the magnetic boundary layer 120, which are included in the hybrid magnetic fiber 100 to be described later. In addition, the mole fraction of the rare earth element in the source solution may be controlled to more than 10.156 at% and less than 10.562 at%. In this case, the magnetic exchange coupling effect generated between the magnetic crystal 110 and the magnetic boundary layer 120 included in the hybrid magnetic fiber 100 to be described later may have a maximum value. A more detailed description will be given later.
  • the source solution is electrospun to form a preliminary hybrid magnetic fiber (S200).
  • the preliminary hybrid magnetic fiber formed by electrospinning the source solution may include a rare earth oxide and a transition metal oxide.
  • the preliminary hybrid magnetic fiber forming step may include a first preliminary hybrid magnetic fiber forming step and a second preliminary hybrid magnetic fiber forming step.
  • the first preliminary hybrid magnetic fiber forming step may be performed by electrospinning the source solution.
  • the first preliminary hybrid magnetic fiber may be made of a solid component of the source solution.
  • the first preliminary hybrid magnetic fiber may include a water-soluble metal salt, a polymer, and the like.
  • the forming of the second preliminary hybrid magnetic fiber may be performed by calcining the first preliminary hybrid magnetic fiber. That is, the first preliminary hybrid magnetic fiber may be thermally treated to decompose an organic material including a polymer in the first preliminary hybrid magnetic fiber.
  • the second preliminary hybrid magnetic fiber may include an oxide including all of a rare earth oxide, a transition metal oxide, and a rare earth-transition metal.
  • the source solution may be injected into a syringe 10, and the source solution may be spun by using a syringe pump 20.
  • the tip 30 of the syringe has an inner diameter of 0.05 to 2 mm
  • a collector in which the syringe tip 30 and the preliminary hybrid magnetic fibers are collected is spaced 10 to 20 cm apart
  • the syringe pump 20 May spin the source solution at a rate of 0.3-0.8 mL / h.
  • the voltage applied for electrospinning may be 16-23 kV.
  • the first preliminary hybrid magnetic fiber may be formed through the above-described process.
  • the first preliminary hybrid magnetic fiber may be collected in an alumina crucible and heat-treated at atmospheric pressure of 500 to 900 ° C. in an atmospheric atmosphere. In this process, all organic materials including polymers can be thermally decomposed. At this time, the temperature increase rate condition may be 1 ⁇ 10 °C per minute.
  • the second preliminary hybrid magnetic fiber may be formed through the above-described process.
  • the preliminary hybrid magnetic fibers may be reduced to form a hybrid magnetic fiber 100 including a magnetic crystal 110 and a magnetic boundary layer 120 (S300).
  • the hybrid magnetic fiber 100 includes a plurality of the magnetic crystals 110, the magnetic boundary layer 120 is disposed between the magnetic crystals 110 adjacent to each other, the magnetic crystals It may have a structure surrounding the (110).
  • the magnetic crystal 110 may include a compound of the rare earth element and the electrometal element.
  • the magnetic crystal 110 may include Nd 2 Fe 14 B, Sm 2 Co 17 and the like. Accordingly, the magnetic crystal 110 may have a hard-magnetic characteristic.
  • the magnetic boundary layer 120 may include the transition metal element.
  • the magnetic boundary layer 120 may include fcc-Fe, fcc-Co, and the like. Accordingly, the magnetic boundary layer 120 may have a soft magnetic property.
  • the hybrid magnetic fiber 100 is a chain in which the first single crystal 110 of hard magnetic properties and the second single crystal 120 of soft magnetic properties are alternately and repeatedly arranged. It may have a structure.
  • the hybrid magnetic fiber 100 has a structure of any one of the magnetic crystal 110-magnetic boundary layer 120 structure, or the first single crystal 110-second single crystal 120 chain structure.
  • the structure of the hybrid magnetic fiber 100, the conditions of the electrospinning process described above, the heat treatment conditions in the heat treatment reduction step described below, and the hard magnetic material, and soft magnetic material in the hybrid magnetic fiber 100 It can be determined according to the volume ratio and the like. Specifically, when controlled by the conditions of the electrospinning process, when the diameter of the hybrid magnetic fiber 100 is less than 500nm, the hybrid magnetic fiber 100 is the first single crystal 110-second single crystal 120 ) Can be formed into a chain structure. In addition, when the volume of the soft magnetic material is 10 vol% or more in the hybrid magnetic fiber 100, the hybrid magnetic fiber 100 may be formed in a first single crystal 110-second single crystal 120 chain structure. Can be.
  • the hybrid magnetic fibers 100 may have different industrial fields depending on the type of structure to be formed.
  • the hybrid magnetic fiber 100 may be sintered to be used in a high output product in the form of a sintered magnet.
  • it can be used in various advanced commercial equipment such as driving motors of hybrid vehicles (HEV) and electric vehicles (EVs), small motors for vehicles, VCMs for hard disks, speakers for mobile phones, small parts in industrial robots, and MRI.
  • HEV hybrid vehicles
  • EVs electric vehicles
  • small motors for vehicles small motors for vehicles
  • VCMs for hard disks
  • speakers for mobile phones small parts in industrial robots
  • MRI magnetic resonance imaging
  • the hybrid magnetic fiber 100 has a first single crystal 110-second single crystal 120 chain structure
  • the hybrid magnetic fiber 100 is mixed with a binder material and molded to form a bond-based magnet ( Plastic magnet, rubber magnet).
  • a bond-based magnet Plastic magnet, rubber magnet
  • the magnetic properties are lower than that of the sintered magnet, it can be used for door packing of a refrigerator, paperweight of a bulletin board, various stationery, etc. due to its high workability, seismic resistance, and impact resistance.
  • the forming of the hybrid magnetic fiber 100 (S300), the step of mixing the preliminary hybrid magnetic fiber with a reducing agent (S310), the step of heat-treating the preliminary hybrid magnetic fiber mixed with the reducing agent ( S320), and washing the heat-treated preliminary hybrid magnetic fiber with a washing solution (S330). That is, after the preliminary hybrid magnetic fiber 100 is mixed with a reducing agent and heat-treated, the hybrid magnetic fiber 100 may be formed.
  • the reducing agent may include calcium (Ca).
  • the reducing agent may include CaH 2 .
  • the hybrid magnetic fiber 100 may be easily formed.
  • rare earth elements it has a very small oxidation energy, it is possible to maintain the most stable phase in the form of oxides. Accordingly, in order to reduce the rare earth oxide to metal, a high temperature of 1500 ° C. or higher and a hydrogen atmosphere are required, and process difficulties are generated.
  • calcium (Ca) has a smaller oxidation energy than rare earth elements, when used as a reducing agent, a relatively low heat treatment temperature (for example, 500 to 800 ° C.) and a rare earth oxide in a non-hydrogen atmosphere are used. Can be easily reduced.
  • the heat treatment temperature of the preliminary hybrid magnetic fiber mixed with the reducing agent may be controlled. Specifically, the preliminary hybrid magnetic fiber mixed with the reducing agent may be heat-treated at a temperature of more than 500 °C less than 800 °C. In this case, the hybrid magnetic fiber 100 may be easily formed. On the contrary, when the preliminary hybrid magnetic fiber mixed with the reducing agent is heat-treated at a temperature of 500 ° C. or less, a problem may occur in which the reduction is not performed because the temperature is too low. In addition, when the preliminary hybrid magnetic fiber mixed with the reducing agent is heat-treated at a temperature of 800 ° C. or more, the hybrid magnetic fiber 100 may not be in the form of a fiber and may be deformed into a particle form.
  • the washing solution may include at least one of ammonium chloride (NH 4 Cl), and methanol (CH 3 OH).
  • the hybrid magnetic fiber 100 may be easily formed.
  • a reducing agent including calcium (Ca) calcium oxide (CaO) may be formed on the metal surface of which the rare earth oxide is reduced. Accordingly, a process for removing calcium oxide (CaO) is required, and a conventional calcium oxide (CaO) removing process uses a washing solution in which acetic acid or hydrochloric acid is mixed with ultrapure water.
  • a problem may occur when the acid solution causes a fatal effect such as corrosion or oxidation even on the magnetic phase.
  • the washing solution containing at least one of ammonium chloride (NH 4 Cl) and methanol (CH 3 OH) calcium oxide (CaO) can be easily removed without affecting the magnetic phase. .
  • the volume fraction (vol%) of the magnetic boundary layer 120 may be controlled. Specifically, in the hybrid magnetic fiber 100, the volume fraction of the magnetic boundary layer 120 may be controlled to more than 0 vol% less than 10 vol%. In this case, the magnetic boundary layer 120 may follow the magnetization behavior of the magnetic crystal 110. That is, an exchange-coupling effect may be generated between the magnetic crystal 110 and the magnetic boundary layer 120. In addition, in the hybrid magnetic fiber 100, the volume fraction of the magnetic boundary layer 120 may be controlled to more than 0 vol% less than 3 vol%. In this case, the magnetic exchange coupling effect generated between the magnetic crystal 110 and the magnetic boundary layer 120 may have a maximum value.
  • Figure 6 is a graph showing the characteristics when the magnetic exchange coupling effect between the soft magnetic and hard magnetic material.
  • the hybrid magnetic fiber 100 As described above, the hybrid magnetic fiber 100 according to the embodiment, the magnetic crystal 110 of the hard magnetic properties included in the hybrid magnetic fiber 100, and the magnetic boundary layer 120 of the soft magnetic properties A self-exchange effect may occur between them.
  • the volume fraction of the magnetic boundary layer 120 in the hybrid magnetic fiber 100 can be controlled.
  • the volume fraction of the magnetic boundary layer 120 in the hybrid magnetic fiber 100 may be controlled by the mole fraction of the rare earth element in the source solution.
  • the mole fraction of the rare earth element in the source solution according to the volume fraction of the magnetic boundary layer 120 in the hybrid magnetic fiber 100 may be calculated through Equation 1 below.
  • the volume fraction of the magnetic boundary layer 120 in the hybrid magnetic fiber 100 is controlled, resulting in the magnetic crystal 110 and the magnetic boundary layer.
  • a self-exchange coupling effect between 120 may occur.
  • the mole fraction of the rare earth element in the source solution is controlled to be greater than 9.290 at% and less than 10.562 at%
  • the volume fraction of the magnetic boundary layer 120 in the hybrid magnetic fiber 100 is greater than 0 vol% 10. It can be controlled to less than vol%.
  • a magnetic exchange coupling effect may occur between the magnetic crystal 110 and the magnetic boundary layer 120.
  • the hybrid magnetic fiber 100 according to the embodiment exhibits a high magnetic property, it can be easily used as a permanent magnet.
  • the hybrid magnetic fiber 100 according to the embodiment may exhibit high magnetic properties through the mixing of the hard magnetic material and the soft magnetic material, so that the use of the rare earth material for manufacturing the permanent magnet may be reduced. Can be.
  • a soft-magnetic material is coated on the hard magnetic material to form a core-shell structured material.
  • a sol-gel coating method is used.
  • nano-powders such as chemical reaction of hard magnetic material in air and hydrogen heat treatment for sol formation and reduction, oxidation of demagnetizing material in heat treatment to remove organic matter, etc. Since it is very susceptible to surface oxidation, ferrite in the form of oxide is mainly used. Accordingly, there is a problem that it is difficult to expect higher magnetic properties than commercial hard magnetic materials.
  • a composite powder is prepared by coating a soft magnetic material on the surface of a hard magnetic material by electroless or electrolytic deposition.
  • a process of dipping a light magnetic material in an acid solution containing hydrochloric acid (HCl) and ammonia solution Oxidation and surface defects of the hard magnetic material may be generated from the process of using the basic plating solution. Accordingly, the use of the ferrite in a stable oxide form is limited, and when the soft magnetic coating layer prepared as a result of the deposition is an oxide, there is a problem that an additional reduction heat treatment process must be accompanied.
  • the method of manufacturing a hybrid magnetic fiber preparing a source solution comprising a first source material containing a rare earth element, and a second source material containing a transition metal element, the Electrospinning a source solution to form the preliminary hybrid magnetic fiber comprising a rare earth oxide and a transition metal oxide, and reducing the preliminary hybrid magnetic fiber to include a compound of the rare earth element and the transition metal element, Forming the hybrid magnetic fiber 100 including the magnetic crystal 110 having a hard magnetic property and the magnetic boundary layer 120 including the transition metal element and having a soft magnetic property. It may include the step.
  • the volume fraction of the magnetic boundary layer 120 in the hybrid magnetic fiber 100 is controlled by controlling the mole fraction of the rare earth element in the source solution.
  • a magnetic exchange coupling effect may be generated between the magnetic crystal 110 and the magnetic boundary layer 120. Accordingly, saturation magnetization is increased while maintaining high coercivity, and further, the maximum magnetic energy ((BH) max) value is improved to provide a hybrid magnetic fiber exhibiting excellent magnetic properties. Can be.
  • the prepared source solution is placed in a syringe for electrospinning and continuously pushed at a rate of 0.3 to 0.8 mL / h using a syringe pump.
  • the tip of the syringe and the collector in which the spun fibers are collected are spaced apart at intervals of 15 cm, and a high voltage (16-23 kV) is applied so that the source solution is spun by the potential difference.
  • the material deposited on the collector is collected in an alumina (alumina, Al 2 O 3 ) crucible and heat treated at an air temperature of about 700 ° C. for 3 hours to decompose all organic materials including polymers.
  • the rare earth-containing oxide of SmCoO 3 -Co 3 O 4 - a spare magnetic hybrid fibers comprising a transition metal oxide can be obtained.
  • the preliminary hybrid magnetic fibers were mixed with CaH 2 in a volume ratio of 1: 1 and reduced by heat treatment for 3 hours at a temperature of about 700 ° C. in an inert atmosphere, followed by washing with ammonium chloride and methanol to give Sm of hard magnetic properties.
  • a hybrid magnetic fiber according to the first embodiment including a 2 Co 17 magnetic crystal and a fcc-Co magnetic boundary layer having soft magnetic properties was prepared.
  • boric acid (H 3 BO 3 ) was further mixed as much as half the number of moles of neodymium (III) nitrate hexahydrate.
  • the prepared source solution is placed in a syringe for electrospinning and continuously pushed at a rate of 0.3 to 0.8 mL / h using a syringe pump.
  • the tip of the syringe and the collector in which the spun fibers are collected are spaced at an interval of 18 cm, and a high voltage (16-23 kV) is applied so that the source solution is spun by the potential difference.
  • the material deposited on the collector is collected in an alumina (alumina, Al 2 O 3 ) crucible and heat treated at an air temperature of about 700 ° C. for 3 hours to decompose all organic materials including polymers.
  • a preliminary hybrid magnetic fiber containing a rare earth oxide-transition metal oxide of NdFeO 3 -NdBO 3 -Fe 2 O 3 is obtained.
  • the preliminary hybrid magnetic fibers were mixed with CaH 2 in a volume ratio of 1: 1 and reduced by heat treatment for 3 hours at a temperature of about 700 ° C. in an inert atmosphere, followed by washing with ammonium chloride and methanol to give Nd of hard magnetic properties.
  • a hybrid magnetic fiber according to a second embodiment including a 2 Fe 14 B magnetic crystal and a fcc-Fe magnetic boundary layer having soft magnetic properties was prepared.
  • a hybrid magnetic fiber according to Example 1 was prepared, but manufactured to have a diameter of 250 nm or less, thereby preparing a hybrid magnetic fiber according to Example 3 having a chain structure of hard magnetic property single crystal-soft magnetic property single crystal.
  • the hybrid magnetic fiber according to Example 1 wherein the mole fraction of the rare earth element in the source solution is controlled to 10.56 at%, 0 at%, 9.91 at%, and 4.80 at%, is SEM Scanning electron microscope images were taken and shown in FIGS. 7A, 7B, 8A, and 8B, respectively. As shown in FIG. 7 and FIG. 8, it was confirmed that the hybrid magnetic fiber according to Example 1 was formed in a fiber shape having a diameter of about 500 nm.
  • the temperature according to the heat treatment in the reduction step of the preliminary hybrid magnetic fiber is controlled to 400 °C, 500 °C, 600 °C, 700 °C, 750 °C, and 800 °C the hybrid according to Example 1 formed SEM images of the magnetic fibers were carried out in FIGS. 9A, 9B, 10A, 10B, 11A, and 11B, respectively. Indicated.
  • Example 12 is a photograph comparing the influence of the washing solution in the process of washing the hybrid magnetic fiber according to Example 1 of the present invention.
  • Example 13 is a photograph of a hybrid magnetic fiber according to Example 2 of the present invention.
  • FIG. 14 the state of the Sm-Co compound according to the mole fraction (at%) and temperature (° C.) of Sm in the Sm-Co compound is shown. As can be seen in Figure 14, when the mole fraction of Sm in the Sm-Co compound is less than 10.6 at%, it was confirmed that the hard magnetic properties and soft magnetic properties coexist.
  • Example 15 is a graph showing the effect of the mole fraction of rare earth elements contained in the source solution on the structure of the hybrid magnetic fiber according to Example 2 of the present invention.
  • the hybrid magnetic material according to Example 2 wherein the mole fraction of the rare earth element Nd in the source solution is controlled to 12.5 at%, 3.18 at%, and 0 at%, is formed.
  • X-ray diffraction analysis was shown by measuring the relative intensity (au) according to 2 ⁇ (degree) for each fiber.
  • FIG. 15 (a) when the mole fraction of the rare earth element in the source solution is 12.5 at%, only the hard magnetic properties of Nd 2 Fe 14 B were found.
  • Figure 15 (c) when the mole fraction of the rare earth element in the source solution is 0 at%, it was confirmed that only the soft magnetic properties of fcc-Fe.
  • 16 and 17 are graphs showing the effect of the mole fraction of the rare earth elements contained in the source solution on the structure of the hybrid magnetic fiber according to Example 1 of the present invention.
  • the hybrid magnetic fiber according to Example 2 wherein the mole fraction of rare earth element (Sm) in the source solution is controlled to be 10.56 at%, 0 at%, 9.91 at%, and 4.80 at% X-ray diffraction analysis by measuring the relative intensity (au) according to 2 ⁇ (degree) for each, and these are respectively (a) of Figure 16, (b) of Figure 16, (a) of Figure 17, and Figure 17 It is shown in (b).
  • Sm rare earth element
  • FIG. 18 is a graph showing the characteristics of a hybrid magnetic fiber according to a comparative example of the present invention in which no magnetic exchange coupling effect occurs.
  • an Applied field (kOe) of a hybrid magnetic fiber according to a comparative example of the present invention in which Sm 2 Co 17 light magnetic material and fcc-Co soft magnetic material are simply mixed in a volume ratio of 50 vol%: 50 vol%. Magnetization (emu / g) was measured according to) and the magnetic hysteresis curve was shown.
  • the hybrid magnetic fiber according to Example 1 in which the volume fraction of the Sm 2 Co 17 magnetic crystal and the fcc-Co magnetic boundary layer was controlled to 50 vol%: 50 vol%, was considered to exhibit a kink phenomenon. , It was confirmed that the effect of the auto-exchange coupling did not occur.
  • Example 19 is a graph showing the effect of the volume fraction of the magnetic boundary layer on the magnetic properties of the hybrid magnetic fiber according to Example 1 of the present invention.
  • the kink phenomenon does not appear in the magnetic hysteresis curve, the magnetic exchange coupling effect was confirmed to occur.
  • the hybrid magnetic fiber according to Example 1 exhibits the highest maximum magnetic energy ((BH) max ) value when the volume fraction of the fcc-Co magnetic boundary layer is 1 vol%. I could confirm it. Accordingly, when the volume fraction of the fcc-Co magnetic boundary layer is 1 vol%, it was found that the effect of the magnetic exchange coupling between the Sm 2 Co 17 magnetic crystal and the fcc-Co magnetic boundary layer is maximized.
  • (BH) max maximum magnetic energy
  • the size of the soft magnetic material should be smaller than twice the domain-wall width of the magnetic domain boundary.
  • the theoretical size of the fcc-Co magnetic boundary layer which is necessary to exhibit the effect of the magnetic exchange coupling between the Sm 2 Co 17 magnetic crystal and the fcc-Co magnetic boundary layer, is about 20.0 nm, which is less than about 5 at% when calculated by volume fraction. It can be seen that it is substantially in agreement with the experimental data of the invention.
  • Example 20 is a graph showing the effect of the volume fraction of the magnetic crystals on the residual magnetization value of the hybrid magnetic fiber according to Example 1 of the present invention.
  • the residual magnetization value (Remanence, M r (emu / g)) of the hybrid magnetic fiber according to Example 1, in which the volume fraction of the Sm 2 Co 17 magnetic crystal is controlled, is shown.
  • the volume fraction of the Sm 2 Co 17 magnetic crystal was 90 vol% or more, it was confirmed that the residual magnetization value was higher than that of the Sm 2 Co 17 single phase.
  • 21 is a graph showing the effect of the volume fraction of the magnetic crystal on the maximum magnetic energy value of the hybrid magnetic fiber according to Example 1 of the present invention.
  • the maximum magnetic energy value (Energy product, (BH) max (MGOe)) of the hybrid magnetic fiber according to Example 1, in which the volume fraction of the Sm 2 Co 17 magnetic crystal is controlled, is shown.
  • the maximum magnetic energy value was found to be the highest as 7.577 MGOe.
  • the hybrid magnetic fiber according to Example 1 when the volume fraction of the fcc-Co magnetic boundary layer is greater than 0 vol% less than 3 vol%, Sm 2 Co 17 magnetic crystals and fcc- It can be seen that the magnetic exchange coupling effect easily occurs between the Co magnetic boundary layers.
  • 22 and 23 are graphs showing modification of the Recoil curve of the hybrid magnetic fibers according to Example 1 of the present invention, in which the volume fractions of the magnetic crystals and the magnetic crystal layers are different.
  • Example 24 is a graph showing Recoil susceptibility values of hybrid magnetic fibers according to Example 1 of the present invention, in which the volume fractions of the magnetic boundary layers are different from each other.
  • dM / dH emu / (g. Oe) was measured to indicate the value of Recoil susceptibility.
  • one peak means that a magnetic exchange coupling effect occurs between the Sm 2 Co 17 magnetic crystal and the fcc-Co magnetic crystal layer, and the two peaks indicate the Sm 2 Co 17 magnetic crystal and fcc- It means that the magnetic exchange coupling effect does not appear between the Co magnetic crystal layers.
  • 25 to 27 is a graph comparing the characteristics of the heat treatment in the process of producing a hybrid magnetic fiber according to Example 1 of the present invention.
  • Relative intensity (au) according to 2theta (deg.) was measured to show an X-ray diffraction pattern.
  • Hybrid magnetic fibers heat treated at temperatures of 400 ° C., 500 ° C., 600 ° C., and 700 ° C. are shown in FIG. 25
  • hybrid magnetic fibers heat treated at temperatures of 700 ° C., 750 ° C., and 800 ° C. are shown in FIG. 26.
  • FIG. 27 is an enlarged graph of part A of FIG. 26.
  • the Sm 2 O 3 rare earth oxide is heat-treated at 25 ° C. to 1000 ° C. at a temperature increase rate of 10 ° C./mim in a hydrogen atmosphere, and then the weight loss (%) of the heat treated rare earth oxide is determined. Measured and shown. As can be seen from FIG. 28, in the case of the rare earth oxide, even when heat-treated at a temperature of 1000 ° C., there was almost no mass loss, and it was confirmed that the reduction was not easy.
  • 29 to 31 are photographs and graphs comparing the diameters of the hybrid magnetic fibers according to Examples 1 and 3 of the present invention.
  • FIG. 29A a SEM image of the hybrid magnetic fiber according to Example 3 is shown in FIG. 29A, and the diameter of the hybrid magnetic fiber is measured and illustrated in FIG. 29B.
  • the hybrid magnetic fiber according to Example 3 had a diameter of 250 nm or less and had a chain structure.
  • FIGS. 30A and 31A SEM images of the hybrid magnetic fibers according to Example 1 having a diameter of about 500 nm and a diameter of about 1000 nm are shown in FIGS. 30A and 31A, respectively.
  • the diameters of the hybrid magnetic fibers were measured and shown in FIGS. 30B and 31B.
  • the hybrid magnetic fiber according to Example 1 having a diameter of about 500 nm and a diameter of about 1000 nm has a magnetic crystal-magnetic boundary layer structure.
  • Hybrid magnetic fiber according to an embodiment of the present invention can be utilized in various industrial fields, such as permanent magnets, electric motors, micro relays, sensors.

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Abstract

A manufacturing method for a hybrid magnetic fiber is provided. The manufacturing method for a hybrid magnetic fiber may comprise the steps of: preparing a source solution comprising a first source material containing a rare earth element and a second source material containing a transition metal element; electrospinning the source solution to form a preliminary hybrid magnetic fiber containing a rare earth oxide and a transition metal oxide; and reducing the preliminary hybrid magnetic fiber to form a hybrid magnetic fiber, the hybrid magnetic fiber comprising: magnetic crystals containing a compound of the rare earth element and the transition metal element; and a magnetic boundary layer containing the transition metal element.

Description

하이브리드 자성 섬유 및 그 제조방법Hybrid magnetic fiber and its manufacturing method
본 발명은 하이브리드 자성 섬유 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 경자성 및 연자성을 모두 포함하는 하이브리드 자성 섬유 및 그 제조방법에 관련된 것이다. The present invention relates to a hybrid magnetic fiber and a method of manufacturing the same, and relates to a hybrid magnetic fiber including both hard magnetic and soft magnetic and a method of manufacturing the same.
전기 전자 및 모터 산업에 폭넓게 응용되는 경자성체 영구자석은 크게 희토류계와 페라이트(ferrite), 알니코 등의 비희토류계 자석으로 구분된다. 희토류계 자석은 희토류계 금속과 전이금속 간 화합물을 지칭하며 비희토류계 영구자석에 비해 최대 자기에너지적((BH)max) 값이 월등히 뛰어나 최근 전자 제품의 경량화, 초소형화, 고성능화에 발맞춰 필수불가결하게 사용되는 재료이다. 하지만, 희토류계 금속 가격의 상승 및 희토류 자원분포 불균형에 의해, 현재 희토류 저감 또는 비희토류계 자석 합성, 대체 영구자석 합성 연구가 시도되고 있다. The hard magnetic permanent magnets, which are widely applied to the electric and motor industries, are largely divided into rare earth-based magnets, and non-rare earth magnets such as ferrite and alnico. Rare earth magnets refer to compounds between rare earth metals and transition metals, and have a higher maximum magnetic energy ((BH) max) value than non-rare earth permanent magnets, which are essential to keep up with the recent weight reduction, miniaturization, and high performance of electronic products. It is an indispensable material. However, due to rising rare earth metal prices and unbalanced rare earth resource distribution, studies on rare earth reduction or non-rare earth magnet synthesis and alternative permanent magnet synthesis have been attempted.
예를 들어, 대한민국 특허 공개 번호 10-2017-0108468(출원번호: 10-2016-0032417, 출원인: 연세대학교 산학협력단)에는, 기판, 및 상기 기판 상에 형성되고, Bi 박막층 및 Mn 박막층으로 이루어진 적층 단위를 적어도 2회 이상 반복 적층 및 열처리한 박막 적층체를 포함하는 보자력이 향상된 비희토류 영구자석 및 이의 제조방법이 개시되어 있다. For example, Korean Patent Publication No. 10-2017-0108468 (Application No .: 10-2016-0032417, Applicant: Yonsei University Industry-Academic Cooperation Foundation) includes a substrate, and a laminate formed on the substrate and formed of a Bi thin film layer and an Mn thin film layer. Disclosed is a coercive force-improved non-rare earth permanent magnet including a thin film laminate obtained by repeatedly laminating and heat-treating a unit at least two times and a method of manufacturing the same.
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 보자력 및 포화자화가 향상된 하이브리드 자성 섬유 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다. One technical problem to be solved by the present invention is to provide a hybrid magnetic fiber with improved coercivity and saturation magnetization and a method of manufacturing the same.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 최대 자기에너지적값이 향상된 하이브리드 자성 섬유 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다. Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a hybrid magnetic fiber having an improved maximum magnetic energy value and a method of manufacturing the same.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 희토류의 사용량이 감소된 하이브리드 자성 섬유 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다. Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a hybrid magnetic fiber with a reduced amount of rare earth and a method of manufacturing the same.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다. The technical problem to be solved by the present invention is not limited to the above.
상술된 기술적 과제들을 해결하기 위해 본 발명은 하이브리드 자성 섬유 제조방법을 제공한다. In order to solve the above technical problem, the present invention provides a hybrid magnetic fiber manufacturing method.
일 실시 예에 따르면, 상기 하이브리드 자성 섬유 제조방법은 희토류 원소를 포함하는 제1 소스 물질, 및 전이금속 원소를 포함하는 제2 소스 물질을 포함하는 소스 용액을 제조하는 단계, 상기 소스 용액을 전기 방사하여, 희토류 산화물 및 전이금속 산화물을 포함하는 예비 하이브리드 자성 섬유를 형성하는 단계, 및 상기 예비 하이브리드 자성 섬유를 환원시켜, 상기 희토류 원소 및 상기 전이금속 원소의 화합물을 포함하는 자성 결정(magnetic crystal), 및 상기 전이금속 원소를 포함하는 자성 경계층(magnetic boundary layer)을 포함하는 하이브리드 자성 섬유를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. According to an embodiment, the method of manufacturing a hybrid magnetic fiber may include preparing a source solution including a first source material including a rare earth element and a second source material including a transition metal element, and electrospinning the source solution. Forming a preliminary hybrid magnetic fiber comprising a rare earth oxide and a transition metal oxide, and reducing the preliminary hybrid magnetic fiber to form a magnetic crystal comprising a compound of the rare earth element and the transition metal element, And forming a hybrid magnetic fiber including a magnetic boundary layer including the transition metal element.
일 실시 예에 따르면, 상기 자성 결정은 경자성(hard-magnetic) 특성을 갖고, 상기 자성 경계층은 연자성(soft-magnetic) 특성을 갖는 것을 포함할 수 있다. According to one embodiment, the magnetic crystal may include a hard-magnetic property, and the magnetic boundary layer may include a soft-magnetic property.
일 실시 예에 따르면, 상기 자성 경계층은, 상기 자성 결정의 자화 거동을 따르는 것을 포함할 수 있다. According to one embodiment, the magnetic boundary layer may include following the magnetization behavior of the magnetic crystal.
일 실시 예에 따르면, 상기 소스 용액 내의 상기 희토류 원소의 몰 분율은, 9.290 at% 초과 10.562 at% 미만인 것을 포함할 수 있다. According to an embodiment, the mole fraction of the rare earth element in the source solution may include more than 9.290 at% and less than 10.562 at%.
일 실시 예에 따르면, 상기 하이브리드 자성 섬유 형성 단계는, 상기 예비 하이브리드 자성 섬유를 환원제와 혼합하는 단계, 상기 환원제와 혼합된 상기 예비 하이브리드 자성 섬유를 열처리하는 단계, 및 열처리된 상기 예비 하이브리드 자성 섬유를, 세척 용액으로 세척하는 단계를 포함할 수 있다. According to an embodiment, the forming of the hybrid magnetic fibers may include mixing the preliminary hybrid magnetic fibers with a reducing agent, heat treating the preliminary hybrid magnetic fibers mixed with the reducing agent, and heat treating the preliminary hybrid magnetic fibers. It may include the step of washing with a washing solution.
일 실시 예에 따르면, 상기 환원제와 혼합된 상기 예비 하이브리드 자성 섬유는, 500℃ 초과 800℃ 미만의 온도에서 열처리 되는 것을 포함할 수 있다. According to an embodiment, the preliminary hybrid magnetic fiber mixed with the reducing agent may include heat treatment at a temperature of more than 500 ° C. and less than 800 ° C.
일 실시 예에 따르면, 상기 환원제는, 칼슘(Ca)을 포함할 수 있다. According to one embodiment, the reducing agent may include calcium (Ca).
일 실시 예에 따르면, 상기 세척 용액은, 염화암모늄(NH4Cl), 및 메탄올(CH3OH) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. According to one embodiment, the washing solution may include at least one of ammonium chloride (NH 4 Cl), and methanol (CH 3 OH).
일 실시 예에 따르면, 상기 소스 용액은, 금속을 포함하는 결정화 소스, 및 고분자를 포함하는 점성 소스를 더 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present disclosure, the source solution may further include a crystallization source including a metal and a viscous source including a polymer.
일 실시 예에 따르면, 상기 희토류 원소는, La, Ce, Pr, Nd, Sm, 또는 Gd 중 어느 하나를 포함할 수 있다. According to an embodiment, the rare earth element may include any one of La, Ce, Pr, Nd, Sm, or Gd.
일 실시 예에 따르면, 상기 전이금속 원소는, Fe, Co, 또는 Ni 중 어느 하나를 포함할 수 있다. According to one embodiment, the transition metal element may include any one of Fe, Co, or Ni.
상술된 기술적 과제들을 해결하기 위해 본 발명은 하이브리드 자성 섬유를 제공한다. In order to solve the above technical problem, the present invention provides a hybrid magnetic fiber.
일 실시 예에 따르면, 상기 하이브리드 자성 섬유는, 희토류 원소, 및 전이금속 원소의 화합물을 포함하는 복수의 자성 결정(magnetic crystal), 및 서로 인접한 상기 자성 결정 사이에 배치되어, 상기 자성 결정을 둘러싸고, 상기 전이금속 원소를 포함하는 자성 경계층(magnetic boundary layer)을 포함할 수 있다. According to an embodiment, the hybrid magnetic fibers may be disposed between a plurality of magnetic crystals including a rare earth element and a compound of a transition metal element, and the magnetic crystals adjacent to each other to surround the magnetic crystals, It may include a magnetic boundary layer (magnetic boundary layer) containing the transition metal element.
일 실시 예에 따르면, 상기 하이브리드 자성 섬유 내에서, 상기 자성 경계층의 부피 분율은, 0 vol% 초과 10 vol% 미만인 것을 포함할 수 있다. According to one embodiment, in the hybrid magnetic fiber, the volume fraction of the magnetic boundary layer may include more than 0 vol% less than 10 vol%.
일 실시 예에 따르면, 상기 자성 결정은 경자성 특성을 갖고, 상기 자성 경계층은 연자성 특성을 가지며, 상기 자성 경계층은, 상기 자성 결정의 자화 거동을 따르는 것을 포함할 수 있다. According to an embodiment, the magnetic crystal may have a hard magnetic property, the magnetic boundary layer may have a soft magnetic property, and the magnetic boundary layer may include a magnetization behavior of the magnetic crystal.
본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 자성 섬유의 제조방법은, 희토류 원소를 포함하는 제1 소스 물질, 및 전이금속 원소를 포함하는 제2 소스 물질을 포함하는 소스 용액을 준비하는 단계, 상기 소스 용액을 전기 방사하여, 희토류 산화물 및 전이금속 산화물을 포함하는 예비 하이브리드 자성 섬유를 형성하는 단계, 및 상기 예비 하이브리드 자성 섬유를 환원시켜, 상기 희토류 원소 및 상기 전이금속 원소의 화합물을 포함하고, 경자성 특성을 갖는 자성 결정(magnetic crystal), 및 상기 전이금속 원소를 포함하고 연자성 특성을 갖는 자성 경계층(magnetic boundary layer)을 포함하는 하이브리드 자성 섬유를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. In a method of manufacturing a hybrid magnetic fiber according to an embodiment of the present invention, preparing a source solution including a first source material including a rare earth element, and a second source material including a transition metal element, the source solution Electrospinning to form a preliminary hybrid magnetic fiber comprising a rare earth oxide and a transition metal oxide, and reducing the preliminary hybrid magnetic fiber to include a compound of the rare earth element and the transition metal element, and to exhibit hard magnetic properties. The method may include forming a hybrid magnetic fiber having a magnetic crystal having a magnetic crystal and a magnetic boundary layer including the transition metal element and having soft magnetic properties.
또한, 상기 실시 예에 따른 하이브리드 자성 섬유의 제조방법은, 상기 소스 용액 내의 상기 희토류 원소의 몰 분율을 제어함에 따라, 상기 하이브리드 자성 섬유 내의 상기 자성 경계층의 부피 분율이 제어되고, 결과적으로 상기 자성 결정 및 상기 자성 경계층 사이에 자기교환결합 효과를 발생시킬 수 있다. 이에 따라, 높은 보자력(coercivity)을 유지하면서도 포화자화(saturation magnetization)이 증가되고, 더 나아가 최대 자기에너지적((BH)max) 값이 향상되어, 우수한 자기적 특성을 나타내는 하이브리드 자성 섬유가 제공될 수 있다. In addition, in the method of manufacturing a hybrid magnetic fiber according to the embodiment, by controlling the mole fraction of the rare earth element in the source solution, the volume fraction of the magnetic boundary layer in the hybrid magnetic fiber is controlled, as a result of the magnetic crystal And a magnetic exchange coupling effect between the magnetic boundary layers. Accordingly, saturation magnetization is increased while maintaining high coercivity, and further, the maximum magnetic energy ((BH) max) value is improved to provide a hybrid magnetic fiber exhibiting excellent magnetic properties. Can be.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 자성 섬유의 제조방법을 설명하는 순서도이다. 1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a hybrid magnetic fiber according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 자성 섬유의 제조방법 중 하이브리드 자성 섬유 형성 단계를 구체적으로 설명하는 순서도이다. 2 is a flowchart illustrating a hybrid magnetic fiber forming step of the hybrid magnetic fiber manufacturing method according to an embodiment of the present invention in detail.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 자성 섬유의 제조공정을 나타내는 도면이다. 3 is a view showing a manufacturing process of a hybrid magnetic fiber according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 자성 섬유를 나타내는 도면이다. 4 is a view showing a hybrid magnetic fiber according to an embodiment of the present invention.
도 5는 연자성 및 경자성 물질의 특성을 나타내는 그래프이다. 5 is a graph showing the characteristics of soft and hard magnetic materials.
도 6은 연자성 및 경자성 물질 사이에 자기교환결합 효과가 나타낸 경우의 특성을 나타내는 그래프이다. FIG. 6 is a graph showing characteristics in the case where the self-exchange coupling effect is exhibited between soft magnetic and hard magnetic materials.
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유를 촬영한 사진이다. 7 and 8 are photographs taken of the hybrid magnetic fiber according to Example 1 of the present invention.
도 9 내지 도 11은 본 발명의 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유를 제조하는 과정에서 열처리되는 온도에 따른 특성을 비교하는 사진이다. 9 to 11 are photographs comparing the characteristics of the heat treatment in the process of producing a hybrid magnetic fiber according to Example 1 of the present invention.
도 12는 본 발명의 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유를 세척하는 과정에서, 세척 용액의 영향을 비교하는 사진이다.12 is a photograph comparing the influence of the washing solution in the process of washing the hybrid magnetic fiber according to Example 1 of the present invention.
도 13은 본 발명의 실시 예 2에 따른 하이브리드 자성 섬유를 촬영한 사진이다. 13 is a photograph of a hybrid magnetic fiber according to Example 2 of the present invention.
도 14는 Sm-Co 2성분계 시스템을 나타내는 그래프이다. 14 is a graph showing an Sm-Co bicomponent system.
도 15는 소스 용액이 포함하는 희토류 원소의 몰 분율이, 본 발명의 실시 예 2에 따른 하이브리드 자성 섬유의 구조에 미치는 영향을 나타내는 그래프이다. 15 is a graph showing the effect of the mole fraction of rare earth elements contained in the source solution on the structure of the hybrid magnetic fiber according to Example 2 of the present invention.
도 16 및 도 17은 소스 용액이 포함하는 희토류 원소의 몰 분율이, 본 발명의 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유의 구조에 미치는 영향을 나타내는 그래프이다. 16 and 17 are graphs showing the effect of the mole fraction of the rare earth elements contained in the source solution on the structure of the hybrid magnetic fiber according to Example 1 of the present invention.
도 18은 자기교환결합 효과가 발생되지 않은 본 발명의 비교 예에 따른 하이브리드 자성 섬유의 특성을 나타내는 그래프이다. 18 is a graph showing the characteristics of a hybrid magnetic fiber according to a comparative example of the present invention in which no magnetic exchange coupling effect occurs.
도 19는 자성 경계층의 부피 분율이, 본 발명의 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유의 자성 특성에 미치는 영향을 나타내는 그래프이다. 19 is a graph showing the effect of the volume fraction of the magnetic boundary layer on the magnetic properties of the hybrid magnetic fiber according to Example 1 of the present invention.
도 20은 자성 결정의 부피 분율이, 본 발명의 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유의 잔류자화값에 미치는 영향을 나타내는 그래프이다. 20 is a graph showing the effect of the volume fraction of the magnetic crystals on the residual magnetization value of the hybrid magnetic fiber according to Example 1 of the present invention.
도 21은 자성 결정의 부피 분율이, 본 발명의 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유의 최대 자기에너지적값에 미치는 영향을 나타내는 그래프이다. 21 is a graph showing the effect of the volume fraction of the magnetic crystal on the maximum magnetic energy value of the hybrid magnetic fiber according to Example 1 of the present invention.
도 22 및 도 23은 자성 결정 및 자성 결정층의 부피 분율이 서로 다른, 본 발명의 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유들의 Recoil 곡선 개형을 나타내는 그래프이다. 22 and 23 are graphs showing modification of the Recoil curve of the hybrid magnetic fibers according to Example 1 of the present invention, in which the volume fractions of the magnetic crystals and the magnetic crystal layers are different.
도 24는 자성 경계층의 부피 분율이 서로 다른, 본 발명의 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유들의 Recoil susceptibility 값을 나타내는 그래프이다. 24 is a graph showing Recoil susceptibility values of hybrid magnetic fibers according to Example 1 of the present invention, in which the volume fractions of the magnetic boundary layers are different from each other.
도 25 내지 도 27은 본 발명의 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유를 제조하는 과정에서 열처리되는 온도에 따른 특성을 비교하는 그래프이다. 25 to 27 is a graph comparing the characteristics of the heat treatment in the process of producing a hybrid magnetic fiber according to Example 1 of the present invention.
도 28은 희토류 산화물의 열처리 온도에 따른 특성 변화를 나타내는 그래프이다. 28 is a graph showing a change in characteristics of the rare earth oxide with respect to the heat treatment temperature.
도 29 내지 도 31은 본 발명의 실시 예 1 및 실시 예 3에 따른 하이브리드 자성 섬유의 직경을 비교하는 사진 및 그래프이다. 29 to 31 are photographs and graphs comparing the diameters of the hybrid magnetic fibers according to Examples 1 and 3 of the present invention.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the technical idea of the present invention is not limited to the exemplary embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided to ensure that the disclosed contents are thorough and complete, and that the spirit of the present invention can be sufficiently delivered to those skilled in the art.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. In the present specification, when a component is mentioned to be on another component, it means that it may be formed directly on the other component or a third component may be interposed therebetween. In addition, in the drawings, the thicknesses of films and regions are exaggerated for effective explanation of technical contents.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.In addition, in various embodiments of the present specification, terms such as first, second, and third are used to describe various components, but these components should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another. Thus, what is referred to as a first component in one embodiment may be referred to as a second component in another embodiment. Each embodiment described and illustrated herein also includes its complementary embodiment. In addition, the term 'and / or' is used herein to include at least one of the components listed before and after.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.In the specification, the singular encompasses the plural unless the context clearly indicates otherwise. In addition, the terms "comprise" or "having" are intended to indicate that there is a feature, number, step, element, or combination thereof described in the specification, and one or more other features or numbers, steps, configurations It should not be understood to exclude the possibility of the presence or the addition of elements or combinations thereof. In addition, the term "connection" is used herein to mean both indirectly connecting a plurality of components, and directly connecting.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.In addition, in the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 자성 섬유의 제조방법을 설명하는 순서도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 자성 섬유의 제조방법 중 하이브리드 자성 섬유 형성 단계를 구체적으로 설명하는 순서도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 자성 섬유의 제조공정을 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 자성 섬유를 나타내는 도면이다. 1 is a flow chart illustrating a method of manufacturing a hybrid magnetic fiber according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a flow chart illustrating the hybrid magnetic fiber forming step of the hybrid magnetic fiber manufacturing method according to an embodiment of the present invention in detail. 3 is a view showing a hybrid magnetic fiber manufacturing process according to an embodiment of the present invention, Figure 4 is a view showing a hybrid magnetic fiber according to an embodiment of the present invention.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 제1 소스 물질 및 제2 소스 물질을 포함하는 소스 용액이 준비될 수 있다(S100). 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 소스 물질은 희토류(rare-earth) 원소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 희토류 원소는, La, Ce, Pr, Nd, Sm, 또는 Gd 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제2 소스 물질은 전이금속(transition-metal) 원소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 전이금속 원소는, Fe, Co, 또는 Ni 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 1 to 4, a source solution including a first source material and a second source material may be prepared (S100). According to one embodiment, the first source material may include a rare-earth element. For example, the rare earth element may include any one of La, Ce, Pr, Nd, Sm, or Gd. According to one embodiment, the second source material may include a transition-metal element. For example, the transition metal element may include any one of Fe, Co, or Ni.
상기 소스 용액은, 결정화 소스, 및 점성 소스를 더 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 결정화 소스는, 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 금속은 구리(Cu), 지르코늄(Zr) 등과 같은 금속 수용성 염 일 수 있다. 상기 결정화 소스는, 후술되는 하이브리드 자성 섬유(100)의 결정화도를 향상시킬 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 점성 소스는, 고분자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 고분자는 PVP(polyvinylpyrrolidone), PAN(Polyacrylonitrile), PVAC(Poly(vinyl acetate)), PVB(Polyvinylbutyral), PVA(Poly(vinyl alcohol)) 또는 PEO(Polyethylene oxide) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 점성 소스는, 상기 소스 용액에 점성을 부여하여, 후술되는 하이브리드 자성 섬유(100)의 직경을 제어할 수 있다. The source solution may further include a crystallization source, and a viscous source. According to one embodiment, the crystallization source may include a metal. For example, the metal may be a metal water-soluble salt such as copper (Cu) or zirconium (Zr). The crystallization source can improve the crystallinity of the hybrid magnetic fiber 100 to be described later. According to one embodiment, the viscous source may include a polymer. For example, the polymer may include at least one of polyvinylpyrrolidone (PVP), polyacrylonitrile (PAN), poly (vinyl acetate) (PVAC), polyvinylbutyral (PVB), poly (vinyl alcohol) (PVA), or polyethylene oxide (PEO). It may include. The viscous source may give viscosity to the source solution and control the diameter of the hybrid magnetic fiber 100 to be described later.
일 실시 예에 따르면, 상기 소스 용액 내의 상기 희토류 원소의 몰 분율(at %)이 제어될 수 있다. 구체적으로, 상기 소스 용액 내의 상기 희토류 원소의 몰 분율은, 9.290 at% 초과 10.562 at% 미만으로 제어될 수 있다. 이 경우, 후술되는 하이브리드 자성 섬유(100)가 포함하는, 자성 결정(110) 및 자성 경계층(120) 사이에 자기교환결합 효과(exchange-coupling effect)가 발생될 수 있다. 또한, 상기 소스 용액 내의 상기 희토류 원소의 몰 분율은, 10.156 at% 초과 10.562 at% 미만으로 제어될 수 있다. 이 경우, 후술되는 하이브리드 자성 섬유(100)가 포함하는, 자성 결정(110) 및 자성 경계층(120) 사이에서 발생되는 자기교환결합 효과가 최대값을 가질 수 있다. 보다 구체적인 설명은 후술된다. According to one embodiment, the mole fraction (at%) of the rare earth element in the source solution can be controlled. Specifically, the mole fraction of the rare earth element in the source solution may be controlled to be greater than 9.290 at% and less than 10.562 at%. In this case, an exchange-coupling effect may be generated between the magnetic crystal 110 and the magnetic boundary layer 120, which are included in the hybrid magnetic fiber 100 to be described later. In addition, the mole fraction of the rare earth element in the source solution may be controlled to more than 10.156 at% and less than 10.562 at%. In this case, the magnetic exchange coupling effect generated between the magnetic crystal 110 and the magnetic boundary layer 120 included in the hybrid magnetic fiber 100 to be described later may have a maximum value. A more detailed description will be given later.
상기 소스 용액이 전기 방사되어, 예비 하이브리드 자성 섬유가 형성될 수 있다(S200). 상기 소스 용액이 전기 방사되어 형성된 상기 예비 하이브리드 자성 섬유는, 희토류 산화물 및 전이금속 산화물을 포함할 수 있다.The source solution is electrospun to form a preliminary hybrid magnetic fiber (S200). The preliminary hybrid magnetic fiber formed by electrospinning the source solution may include a rare earth oxide and a transition metal oxide.
일 실시 예에 따르면, 상기 예비 하이브리드 자성 섬유 형성 단계는, 제1 예비 하이브리드 자성 섬유 형성 단계, 및 제2 예비 하이브리드 자성 섬유 형성 단계를 포함할 수 있다. 상기 제1 예비 하이브리드 자성 섬유 형성 단계는, 상기 소스 용액을 전기 방사하는 방법으로 수행될 수 있다. 상기 제1 예비 하이브리드 자성 섬유는, 상기 소스 용액의 고형 성분으로 이루어질 수 있다. 상기 제1 예비 하이브리드 자성 섬유는, 수용성 금속염, 고분자 등을 포함할 수 있다. 상기 제2 예비 하이브리드 자성 섬유 형성 단계는, 상기 제1 예비 하이브리드 자성 섬유를 하소하는 방법으로 수행될 수 있다. 즉, 상기 제1 예비 하이브리드 자성 섬유를 열처리하여, 상기 제1 예비 하이브리드 자성 섬유 내의 고분자를 포함한 유기물을 분해시키는 방법으로 수행될 수 있다. 상기 제2 예비 하이브리드 자성 섬유는, 희토류 산화물, 전이금속 산화물, 희토류-전이금속이 모두 포함된 산화물을 포함할 수 있다.According to an embodiment, the preliminary hybrid magnetic fiber forming step may include a first preliminary hybrid magnetic fiber forming step and a second preliminary hybrid magnetic fiber forming step. The first preliminary hybrid magnetic fiber forming step may be performed by electrospinning the source solution. The first preliminary hybrid magnetic fiber may be made of a solid component of the source solution. The first preliminary hybrid magnetic fiber may include a water-soluble metal salt, a polymer, and the like. The forming of the second preliminary hybrid magnetic fiber may be performed by calcining the first preliminary hybrid magnetic fiber. That is, the first preliminary hybrid magnetic fiber may be thermally treated to decompose an organic material including a polymer in the first preliminary hybrid magnetic fiber. The second preliminary hybrid magnetic fiber may include an oxide including all of a rare earth oxide, a transition metal oxide, and a rare earth-transition metal.
보다 구체적으로, 주사기(syringe, 10) 안에 상기 소스 용액을 주입하고, 주사기 펌프(20)를 이용하여 상기 소스 용액을 방사할 수 있다. 이 경우, 상기 주사기의 팁(30)은 내부 직경이 0.05~2mm 이고, 상기 주사기 팁(30)과 상기 예비 하이브리드 자성 섬유가 포집되는 포집기(collector)는 10~20cm 이격되고, 상기 주사기 펌프(20)는 0.3~0.8 mL/h의 속도로 상기 소스 용액을 방사할 수 있다. 또한, 전기 방사를 위해 인가되는 전압은 16~23 kV일 수 있다. 상술된 공정을 통해 상기 제1 예비 하이브리드 자성 섬유가 형성될 수 있다. More specifically, the source solution may be injected into a syringe 10, and the source solution may be spun by using a syringe pump 20. In this case, the tip 30 of the syringe has an inner diameter of 0.05 to 2 mm, a collector in which the syringe tip 30 and the preliminary hybrid magnetic fibers are collected is spaced 10 to 20 cm apart, and the syringe pump 20 ) May spin the source solution at a rate of 0.3-0.8 mL / h. In addition, the voltage applied for electrospinning may be 16-23 kV. The first preliminary hybrid magnetic fiber may be formed through the above-described process.
상기 제1 예비 하이브리드 자성 섬유는, 알루미나(alumina) 도가니에 모아 500~900℃의 상압, 대기 분위기에서 열처리될 수 있다. 이 과정에서 고분자를 포함한 유기물이 모두 열분해 될 수 있다. 이 때 승온 속도 조건은 분당1~10℃ 일 수 있다. 상술된 공정을 통해 상기 제2 예비 하이브리드 자성 섬유가 형성될 수 있다. The first preliminary hybrid magnetic fiber may be collected in an alumina crucible and heat-treated at atmospheric pressure of 500 to 900 ° C. in an atmospheric atmosphere. In this process, all organic materials including polymers can be thermally decomposed. At this time, the temperature increase rate condition may be 1 ~ 10 ℃ per minute. The second preliminary hybrid magnetic fiber may be formed through the above-described process.
상기 예비 하이브리드 자성 섬유가 환원되어, 자성 결정(magnetic crystal, 110), 및 자성 경계층(magnetic boundary layer, 120)을 포함하는 하이브리드 자성 섬유(100)가 형성될 수 있다(S300). 일 실시 예에 따르면, 상기 하이브리드 자성 섬유(100)는, 복수의 상기 자성 결정(110)을 포함하되, 상기 자성 경계층(120)이 서로 인접한 상기 자성 결정(110) 사이에 배치되어, 상기 자성 결정(110)을 둘러싸는 구조를 가질 수 있다. The preliminary hybrid magnetic fibers may be reduced to form a hybrid magnetic fiber 100 including a magnetic crystal 110 and a magnetic boundary layer 120 (S300). According to one embodiment, the hybrid magnetic fiber 100 includes a plurality of the magnetic crystals 110, the magnetic boundary layer 120 is disposed between the magnetic crystals 110 adjacent to each other, the magnetic crystals It may have a structure surrounding the (110).
상기 자성 결정(110)은 상기 희토류 원소 및 상기 전기금속 원소의 화합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 자성 결정(110)은 Nd2Fe14B, Sm2Co17 등을 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 자성 결정(110)은 경자성(hard-magnetic) 특성을 가질 수 있다. 이와 달리, 상기 자성 경계층(120)은 상기 전이금속 원소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 자성 경계층(120)은 fcc-Fe, fcc-Co 등을 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 자성 경계층(120)은 연자성(soft-magnetic) 특성을 가질 수 있다. The magnetic crystal 110 may include a compound of the rare earth element and the electrometal element. For example, the magnetic crystal 110 may include Nd 2 Fe 14 B, Sm 2 Co 17 and the like. Accordingly, the magnetic crystal 110 may have a hard-magnetic characteristic. Alternatively, the magnetic boundary layer 120 may include the transition metal element. For example, the magnetic boundary layer 120 may include fcc-Fe, fcc-Co, and the like. Accordingly, the magnetic boundary layer 120 may have a soft magnetic property.
상술된 바와 달리, 다른 실시 예에 따르면, 상기 하이브리드 자성 섬유(100)는 경자성 특성의 제1 단결정(110) 및 연자성 특성의 제2 단결정(120)이 교대로 그리고, 반복적으로 배열되는 사슬 구조를 가질 수 있다. Unlike the above, according to another embodiment, the hybrid magnetic fiber 100 is a chain in which the first single crystal 110 of hard magnetic properties and the second single crystal 120 of soft magnetic properties are alternately and repeatedly arranged. It may have a structure.
즉, 상기 실시 예에 따른 하이브리드 자성 섬유(100)는 자성 결정(110)-자성 경계층(120) 구조, 또는 제1 단결정(110)-제2 단결정(120) 사슬 구조 중 어느 하나의 구조를 가질 수 있다. 상기 하이브리드 자성 섬유(100)의 구조는, 상술된 전기방사 공정의 조건, 후술되는 열처리 환원단계에서의 열처리 조건, 및 상기 하이브리드 자성 섬유(100) 내에서 경자성 특성 물질, 및 연자성 특성 물질의 부피비 등에 따라 결정될 수 있다. 구체적으로, 상기 전기방사 공정의 조건에 제어되어, 상기 하이브리드 자성 섬유(100)의 직경이 500nm 미만으로 제조되는 경우, 상기 하이브리드 자성 섬유(100)는 제1 단결정(110)-제2 단결정(120) 사슬 구조로 형성될 수 있다. 또한, 상기 하이브리드 자성 섬유(100) 내에서 연자성 특성 물질의 부피가 10 vol% 이상인 경우, 상기 하이브리드 자성 섬유(100)는 제1 단결정(110)-제2 단결정(120) 사슬 구조로 형성될 수 있다.That is, the hybrid magnetic fiber 100 according to the embodiment has a structure of any one of the magnetic crystal 110-magnetic boundary layer 120 structure, or the first single crystal 110-second single crystal 120 chain structure. Can be. The structure of the hybrid magnetic fiber 100, the conditions of the electrospinning process described above, the heat treatment conditions in the heat treatment reduction step described below, and the hard magnetic material, and soft magnetic material in the hybrid magnetic fiber 100 It can be determined according to the volume ratio and the like. Specifically, when controlled by the conditions of the electrospinning process, when the diameter of the hybrid magnetic fiber 100 is less than 500nm, the hybrid magnetic fiber 100 is the first single crystal 110-second single crystal 120 ) Can be formed into a chain structure. In addition, when the volume of the soft magnetic material is 10 vol% or more in the hybrid magnetic fiber 100, the hybrid magnetic fiber 100 may be formed in a first single crystal 110-second single crystal 120 chain structure. Can be.
상기 하이브리드 자성 섬유(100)는, 형성되는 구조의 형태에 따라 적용되는 산업 분야가 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 상기 하이브리드 자성 섬유(100)가 자성 결정(110)-자성 경계층(120) 구조를 갖는 경우, 상기 하이브리드 자성 섬유(100)를 소결하여 소결자석 형태로 고출력 제품에 활용할 수 있다. 특히, 하이브리드자동차(HEV)와 전기자동차(EV)의 구동용 모터, 차량용 소형 모터, 하드디스크용 VCM, 휴대전화용 스피커, 산업용 로봇 내 소형 부품, MRI등 각종 첨단선업용 기기에 사용될 수 있다.The hybrid magnetic fibers 100 may have different industrial fields depending on the type of structure to be formed. For example, when the hybrid magnetic fiber 100 has a magnetic crystal 110-magnetic boundary layer 120 structure, the hybrid magnetic fiber 100 may be sintered to be used in a high output product in the form of a sintered magnet. In particular, it can be used in various advanced commercial equipment such as driving motors of hybrid vehicles (HEV) and electric vehicles (EVs), small motors for vehicles, VCMs for hard disks, speakers for mobile phones, small parts in industrial robots, and MRI.
이와 달리, 상기 하이브리드 자성 섬유(100)가 제1 단결정(110)-제2 단결정(120) 사슬 구조를 갖는 경우, 상기 하이브리드 자성 섬유(100)를 바인더재와 혼합, 및 성형하여 본드계 자석(플라스틱 자석, 고무 자석)으로 활용할 수 있다. 이는, 소결자석과 비교하여 자성 특성은 낮지만, 가공성, 내진성, 내충격성이 높아 냉장고의 도어패킹, 게시판의 문진, 각종 문방구 등에 사용될 수 있다. On the contrary, when the hybrid magnetic fiber 100 has a first single crystal 110-second single crystal 120 chain structure, the hybrid magnetic fiber 100 is mixed with a binder material and molded to form a bond-based magnet ( Plastic magnet, rubber magnet). Although the magnetic properties are lower than that of the sintered magnet, it can be used for door packing of a refrigerator, paperweight of a bulletin board, various stationery, etc. due to its high workability, seismic resistance, and impact resistance.
일 실시 예에 따르면, 상기 하이브리드 자성 섬유(100) 형성 단계(S300)는, 상기 예비 하이브리드 자성 섬유를 환원제와 혼합하는 단계(S310), 상기 환원제와 혼합된 상기 예비 하이브리드 자성 섬유를 열처리하는 단계(S320), 및 열처리된 상기 예비 하이브리드 자성 섬유를 세척 용액으로 세척하는 단계(S330)를 포함할 수 있다. 즉, 상기 예비 하이브리드 자성 섬유(100)가 환원제와 혼합된 후, 열처리됨에 따라, 상기 하이브리드 자성 섬유(100)가 형성될 수 있다. According to one embodiment, the forming of the hybrid magnetic fiber 100 (S300), the step of mixing the preliminary hybrid magnetic fiber with a reducing agent (S310), the step of heat-treating the preliminary hybrid magnetic fiber mixed with the reducing agent ( S320), and washing the heat-treated preliminary hybrid magnetic fiber with a washing solution (S330). That is, after the preliminary hybrid magnetic fiber 100 is mixed with a reducing agent and heat-treated, the hybrid magnetic fiber 100 may be formed.
상기 환원제는 칼슘(Ca)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 환원제는 CaH2를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 하이브리드 자성 섬유(100)가 용이하게 형성될 수 있다. 구체적으로, 희토류계 원소들의 경우, 매우 작은 산화에너지를 갖고 있어, 산화물 형태일 때 가장 안정한 상을 유지할 수 있다. 이에 따라, 희토류 산화물을 금속으로 환원하기 위해서는 1500℃ 이상의 고온 및 수소 분위기가 요구되어, 공정상의 어려움이 발생된다. 하지만, 칼슘(Ca)의 경우 희토류계 원소들보다 더 작은 산화에너지를 갖기 때문에, 이를 환원제로 사용할 경우 상대적으로 낮은 열처리 온도(예를 들어 500~800℃) 및, 비수소 분위기에서 희토류 산화물을 금속으로 용이하게 환원시킬 수 있다. The reducing agent may include calcium (Ca). For example, the reducing agent may include CaH 2 . In this case, the hybrid magnetic fiber 100 may be easily formed. Specifically, in the case of rare earth elements, it has a very small oxidation energy, it is possible to maintain the most stable phase in the form of oxides. Accordingly, in order to reduce the rare earth oxide to metal, a high temperature of 1500 ° C. or higher and a hydrogen atmosphere are required, and process difficulties are generated. However, since calcium (Ca) has a smaller oxidation energy than rare earth elements, when used as a reducing agent, a relatively low heat treatment temperature (for example, 500 to 800 ° C.) and a rare earth oxide in a non-hydrogen atmosphere are used. Can be easily reduced.
상기 환원제와 혼합된 상기 예비 하이브리드 자성 섬유의 열처리 온도가 제어될 수 있다. 구체적으로, 상기 환원제와 혼합된 상기 예비 하이브리드 자성 섬유는, 500℃ 초과 800℃ 미만의 온도에서 열처리될 수 있다. 이 경우, 상기 하이브리드 자성 섬유(100)가 용이하게 형성될 수 있다. 이와 달리, 상기 환원제와 혼합된 상기 예비 하이브리드 자성 섬유가 500℃ 이하의 온도에서 열처리되는 경우, 온도가 너무 낮아 환원이 이루어지지 않는 문제점이 발생될 수 있다. 또한, 상기 환원제와 혼합된 상기 예비 하이브리드 자성 섬유가 800℃ 이상의 온도에서 열처리되는 경우, 상기 하이브리드 자성 섬유(100)가 섬유의 형태를 갖지 못하고, 입자(particle) 형태로 변형될 수 있다. The heat treatment temperature of the preliminary hybrid magnetic fiber mixed with the reducing agent may be controlled. Specifically, the preliminary hybrid magnetic fiber mixed with the reducing agent may be heat-treated at a temperature of more than 500 ℃ less than 800 ℃. In this case, the hybrid magnetic fiber 100 may be easily formed. On the contrary, when the preliminary hybrid magnetic fiber mixed with the reducing agent is heat-treated at a temperature of 500 ° C. or less, a problem may occur in which the reduction is not performed because the temperature is too low. In addition, when the preliminary hybrid magnetic fiber mixed with the reducing agent is heat-treated at a temperature of 800 ° C. or more, the hybrid magnetic fiber 100 may not be in the form of a fiber and may be deformed into a particle form.
상기 세척 용액은 염화암모늄(NH4Cl), 및 메탄올(CH3OH) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 하이브리드 자성 섬유(100)가 용이하게 형성될 수 있다. 구체적으로, 칼슘(Ca)을 포함하는 환원제를 이용하여 상기 예비 하이브리드 자성 섬유를 환원시키는 경우, 희토류 산화물이 환원된 금속 표면에 산화칼슘(CaO)이 형성될 수 있다. 이에 따라, 산화칼슘(CaO)을 제거하는 공정이 요구되는데, 기존의 산화칼슘(CaO) 제거 공정은, 아세트산 또는 염산을 초순수와 혼합한 세척 용액을 사용하였다. 이 경우, 산 용액이 자성 상에도 부식, 산화 등의 치명적인 영향을 발생시는 문제점이 발생될 수 있다. 하지만, 염화암모늄(NH4Cl), 및 메탄올(CH3OH) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 세척 용액의 경우, 자성상에 영향을 미치지 않으면서, 산화칼슘(CaO)을 용이하게 제거할 수 있다. The washing solution may include at least one of ammonium chloride (NH 4 Cl), and methanol (CH 3 OH). In this case, the hybrid magnetic fiber 100 may be easily formed. Specifically, when the preliminary hybrid magnetic fiber is reduced by using a reducing agent including calcium (Ca), calcium oxide (CaO) may be formed on the metal surface of which the rare earth oxide is reduced. Accordingly, a process for removing calcium oxide (CaO) is required, and a conventional calcium oxide (CaO) removing process uses a washing solution in which acetic acid or hydrochloric acid is mixed with ultrapure water. In this case, a problem may occur when the acid solution causes a fatal effect such as corrosion or oxidation even on the magnetic phase. However, in the case of the washing solution containing at least one of ammonium chloride (NH 4 Cl) and methanol (CH 3 OH), calcium oxide (CaO) can be easily removed without affecting the magnetic phase. .
일 실시 예에 따르면, 상기 하이브리드 자성 섬유(100) 내에서, 상기 자성 경계층(120)의 부피 분율(vol%)이 제어될 수 있다. 구체적으로, 상기 하이브리드 자성 섬유(100) 내에서, 상기 자성 경계층(120)의 부피 분율은 0 vol% 초과 10 vol% 미만으로 제어될 수 있다. 이 경우, 상기 자성 경계층(120)은 상기 자성 결정(110)의 자화 거동을 따를 수 있다. 즉, 상기 자성 결정(110) 및 상기 자성 경계층(120) 사이에 자기교환결합 효과(exchange-coupling effect)가 발생될 수 있다. 또한, 상기 하이브리드 자성 섬유(100) 내에서, 상기 자성 경계층(120)의 부피 분율은 0 vol% 초과 3 vol% 미만으로 제어될 수 있다. 이 경우, 상기 자성 결정(110) 및 상기 자성 경계층(120) 사이에 발생되는 자기교환결합 효과가 최대값을 가질 수 있다.According to one embodiment, in the hybrid magnetic fiber 100, the volume fraction (vol%) of the magnetic boundary layer 120 may be controlled. Specifically, in the hybrid magnetic fiber 100, the volume fraction of the magnetic boundary layer 120 may be controlled to more than 0 vol% less than 10 vol%. In this case, the magnetic boundary layer 120 may follow the magnetization behavior of the magnetic crystal 110. That is, an exchange-coupling effect may be generated between the magnetic crystal 110 and the magnetic boundary layer 120. In addition, in the hybrid magnetic fiber 100, the volume fraction of the magnetic boundary layer 120 may be controlled to more than 0 vol% less than 3 vol%. In this case, the magnetic exchange coupling effect generated between the magnetic crystal 110 and the magnetic boundary layer 120 may have a maximum value.
도 5는 연자성 및 경자성 물질의 특성을 나타내는 그래프이고, 도 6은 연자성 및 경자성 물질 사이에 자기교환결합 효과가 나타낸 경우의 특성을 나타내는 그래프이다. 5 is a graph showing the characteristics of the soft magnetic and hard magnetic material, Figure 6 is a graph showing the characteristics when the magnetic exchange coupling effect between the soft magnetic and hard magnetic material.
도 5 및 도 6을 참조하면, 연자성 물질의 경우 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 포화자화(saturation magnetization, Ms)는 상대적으로 높게 나타나고, 보자력(coercivity, HC)은 상대적으로 낮게 나타나는 특성을 가질 수 있다. 반면, 경자성 물질의 경우 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 보자력(HC)은 상대적으로 높게 나타나고, 포화자화(Ms)는 상대적으로 낮게 나타나는 특성을 가질 수 있다. 하지만, 연자성 물질 및 경자성 물질 사이에 자기교환결합 효과가 발생되는 경우, 도 6에 도시된 바와 같이 보자력(Hc) 및 포화자화(MS)가 모두 높게 나타나는 특성을 가질 수 있다. 결과적으로, 경자성 물질 및 연자성 물질 사이에 자기교환결합 효과가 나타나는 물질은, 우수한 자기적 특성을 가지게 되어, 영구자석으로 용이하게 사용될 수 있다. 5 and 6, in the case of the soft magnetic material, as shown in FIG. 5A, saturation magnetization (M s ) is relatively high, and coercivity (H C ) is relatively high. It may have a low appearance. On the other hand, in the case of the hard magnetic material, as shown in FIG. 5 (b), the coercive force (H C ) may be relatively high, and the saturation magnetization (M s ) may be relatively low. However, when a magnetic exchange coupling effect occurs between the soft magnetic material and the hard magnetic material, as shown in FIG. 6, both coercive force (H c ) and saturation magnetization (M S ) may be high. As a result, a material exhibiting a self-exchange effect between the hard magnetic material and the soft magnetic material has excellent magnetic properties and can be easily used as a permanent magnet.
상술된 바와 같이, 상기 실시 예에 따른 하이브리드 자성 섬유(100)는, 상기 하이브리드 자성 섬유(100)가 포함하는 경자성 특성의 상기 자성 결정(110), 및 연자성 특성의 상기 자성 경계층(120) 사이에 자기교환결합 효과가 발생될 수 있다. 이를 위해, 상기 하이브리드 자성 섬유(100) 내의 상기 자성 경계층(120)의 부피 분율이 제어될 수 있다. 또한, 상기 하이브리드 자성 섬유(100) 내의 상기 자성 경계층(120)의 부피 분율은, 상기 소스 용액 내의 상기 희토류 원소의 몰 분율에 의하여 제어될 수 있다. 상기 하이브리드 자성 섬유(100) 내의 상기 자성 경계층(120)의 부피 분율에 따른, 상기 소스 용액 내의 상기 희토류 원소의 몰 분율은 아래 <수학식 1>을 통하여 계산될 수 있다. As described above, the hybrid magnetic fiber 100 according to the embodiment, the magnetic crystal 110 of the hard magnetic properties included in the hybrid magnetic fiber 100, and the magnetic boundary layer 120 of the soft magnetic properties A self-exchange effect may occur between them. To this end, the volume fraction of the magnetic boundary layer 120 in the hybrid magnetic fiber 100 can be controlled. In addition, the volume fraction of the magnetic boundary layer 120 in the hybrid magnetic fiber 100 may be controlled by the mole fraction of the rare earth element in the source solution. The mole fraction of the rare earth element in the source solution according to the volume fraction of the magnetic boundary layer 120 in the hybrid magnetic fiber 100 may be calculated through Equation 1 below.
<수학식 1><Equation 1>
Figure PCTKR2019001363-appb-I000001
Figure PCTKR2019001363-appb-I000001
(RE(at.%): : 소스 용액 내의 희토류 원소 몰 분율, ρhard: 자성 결정의 밀도, xhard: 하이브리드 자성 섬유 내의 자성 결정의 부피 분율(0.0~1.0), mRE: 자성 결정 내 희토류 원소의 원자 개수 (예: Sm2Co17에서 mRE=2), MWhard: 자성 결정의 분자량, ρsoft: 자성 경계층의 밀도, mTM: 자성 결정 내 전이금속 원소의 원자 개수 (예: Sm2Co17에서 mTM=17), MWsoft: 자성 경계층의 분자량)(RE (at.%)): Mole fraction of rare earth elements in the source solution, ρ hard : density of magnetic crystals, x hard : Volume fraction of magnetic crystals in the hybrid magnetic fibers (0.0 to 1.0), m RE : Number of atoms of rare earth elements in the magnetic crystal (eg m RE = 2 in Sm 2 Co 17 ), MW hard : Molecular weight of magnetic crystals, ρ soft : Density of the magnetic boundary layer, m TM: atomic number of crystals in the magnetic transition metal element (for example, in the Sm 2 Co 17 m TM = 17 ), MW soft: Molecular weight of the magnetic boundary layer)
즉, 상기 소스 용액 내의 상기 희토류 원소의 몰 분율을 제어함에 따라, 상기 하이브리드 자성 섬유(100) 내의 상기 자성 경계층(120)의 부피 분율이 제어되고, 결과적으로 상기 자성 결정(110) 및 상기 자성 경계층(120) 사이에 자기교환결합 효과가 발생될 수 있다. 구체적으로, 상기 소스 용액 내의 상기 희토류 원소의 몰 분율이 9.290 at% 초과 10.562 at% 미만으로 제어되는 경우, 상기 하이브리드 자성 섬유(100) 내의 상기 자성 경계층(120)의 부피 분율은 0 vol% 초과 10 vol% 미만으로 제어될 수 있다. 이 경우, 상기 자성 결정(110) 및 상기 자성 경계층(120) 사이에 자기교환결합 효과가 발생될 수 있다. 결과적으로, 상기 실시 예에 따른 하이브리드 자성 섬유(100)는 높은 자기적 특성을 나타내어, 영구자석으로 용이하게 사용될 수 있다. 다시 말해, 상기 실시 예에 따른 하이브리드 자성 섬유(100)는 경자성 물질 및 연자성 물질의 혼합을 통해 높은 자기적 특성을 나타낼 수 있음에 따라, 영구자석을 제조하기 위한 희토류 물질의 사용이 감소될 수 있다. That is, by controlling the mole fraction of the rare earth element in the source solution, the volume fraction of the magnetic boundary layer 120 in the hybrid magnetic fiber 100 is controlled, resulting in the magnetic crystal 110 and the magnetic boundary layer. A self-exchange coupling effect between 120 may occur. Specifically, when the mole fraction of the rare earth element in the source solution is controlled to be greater than 9.290 at% and less than 10.562 at%, the volume fraction of the magnetic boundary layer 120 in the hybrid magnetic fiber 100 is greater than 0 vol% 10. It can be controlled to less than vol%. In this case, a magnetic exchange coupling effect may occur between the magnetic crystal 110 and the magnetic boundary layer 120. As a result, the hybrid magnetic fiber 100 according to the embodiment exhibits a high magnetic property, it can be easily used as a permanent magnet. In other words, the hybrid magnetic fiber 100 according to the embodiment may exhibit high magnetic properties through the mixing of the hard magnetic material and the soft magnetic material, so that the use of the rare earth material for manufacturing the permanent magnet may be reduced. Can be.
상술된 상기 실시 예에 따른 하이브리드 자성 섬유의 제조방법과 달리, 종래에는 경자성 물질 및 연자성 물질을 혼합시키기 위하여, 단순 혼합법, 코팅법, 증착법, 벌크(bulk) 공정, 및 플라즈마 공정 등이 사용되었다. Unlike the method of manufacturing the hybrid magnetic fiber according to the above-described embodiment, conventionally, in order to mix the hard magnetic material and the soft magnetic material, a simple mixing method, a coating method, a deposition method, a bulk process, a plasma process, and the like Was used.
단순 혼합법의 경우, 경자성 나노 분말 및 연자성 나노 분말을 물리적으로 결합시키는 방법으로서, 자기교환결합 효과를 발생시키기 위해, 소결(sintering) 등의 공정이 추가로 수행되어야 하는 단점이 있다. In the case of the simple mixing method, as a method of physically bonding the hard magnetic nanopowder and the soft magnetic nanopowder, there is a disadvantage that a process such as sintering must be additionally performed in order to generate a self-exchange coupling effect.
코팅법의 경우, 경자성 물질에 연자성 물질을 코팅하여 코어-쉘 구조의 물질을 형성하는 기술로서, 대표적으로 졸-겔(sol-gel) 코팅법이 사용된다. 졸-겔(sol-gel) 코팅법의 경우, 졸 형성 및 환원을 위한 대기 중 열처리와 수소 열처리 과정에서 경자성 물질의 화학반응, 유기물 제거를 위한 열처리 과정에서 결자성 물질의 산화 등 나노 분말의 표면산화에 매우 취약하므로, 산화물 형태인 페라이트가 주로 사용된다. 이에 따라, 상용 경자성체보다 높은 자성 특성을 기대하기 어려운 문제점이 있다. In the coating method, a soft-magnetic material is coated on the hard magnetic material to form a core-shell structured material. Typically, a sol-gel coating method is used. In the sol-gel coating method, nano-powders such as chemical reaction of hard magnetic material in air and hydrogen heat treatment for sol formation and reduction, oxidation of demagnetizing material in heat treatment to remove organic matter, etc. Since it is very susceptible to surface oxidation, ferrite in the form of oxide is mainly used. Accordingly, there is a problem that it is difficult to expect higher magnetic properties than commercial hard magnetic materials.
증착법의 경우, 경자성 물질 표면에 무전해 또는 전해 증착법으로 연자성 물질을 코팅하여 복합분말을 제조하는 기술로서, 염산(HCl)을 포함하는 산성 용액에 경자성 물질을 침지하는 과정, 암모니아 용액을 포함하는 염기성 도금액을 사용하는 과정으로부터 경자성 물질의 산화 및 표면 결함이 발생될 수 있다. 이에 따라, 안정한 산화물 형태의 페라이트에만 사용이 국한되어 있으며, 증착 수행결과로 제조된 연자성 코팅층이 산화물인 경우, 추가적인 환원 열처리 공정이 수반되야 하는 문제점이 있다. In the deposition method, a composite powder is prepared by coating a soft magnetic material on the surface of a hard magnetic material by electroless or electrolytic deposition.A process of dipping a light magnetic material in an acid solution containing hydrochloric acid (HCl) and ammonia solution Oxidation and surface defects of the hard magnetic material may be generated from the process of using the basic plating solution. Accordingly, the use of the ferrite in a stable oxide form is limited, and when the soft magnetic coating layer prepared as a result of the deposition is an oxide, there is a problem that an additional reduction heat treatment process must be accompanied.
벌크 공정의 경우, 고순도의 금속 잉곳으로부터 경자성 및 연자성 합금을 제조하는 기술, 또는 비정질 경자성 물질의 후속 열처리를 통하여 경자성 물질과 연자성 물질의 혼성 구조를 석출하는 기술이 있으며, 이는 높은 자기적 특성을 기대할 수 있지만, 낮은 보자력으로 인하여 본드자석용으로 사용 범위가 국한되는 문제점이 있다. For the bulk process, there are techniques for producing hard and soft magnetic alloys from high purity metal ingots or for depositing hybrid structures of hard and soft magnetic materials through subsequent heat treatment of amorphous hard magnetic materials, Magnetic properties can be expected, but due to the low coercivity, there is a problem that the range of use for the bonded magnet is limited.
플라즈마 공정의 경우, 비활성 분위기 내에서 나노 크기의 경자성 및 연자성 복합 분말의 생성이 가능하지만, 분말의 기화와 용해를 위해 5,000~10,000K의 고급 열원을 필요로 하고, 사이즈 및 양 조절이 어려우며, 분말 수거 과정에서 나노 분말과 가스와의 반응성 문제가 발생될 수 있다. In the plasma process, it is possible to produce nano-sized hard magnetic and soft magnetic composite powders in an inert atmosphere, but it requires 5,000 to 10,000 K high-grade heat source for the vaporization and dissolution of the powder, difficult to control the size and amount In the powder collection process, the reactivity of the nano powder with the gas may occur.
하지만, 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 자성 섬유의 제조방법은, 희토류 원소를 포함하는 제1 소스 물질, 및 전이금속 원소를 포함하는 제2 소스 물질을 포함하는 상기 소스 용액을 준비하는 단계, 상기 소스 용액을 전기 방사하여, 희토류 산화물 및 전이금속 산화물을 포함하는 상기 예비 하이브리드 자성 섬유를 형성하는 단계, 및 상기 예비 하이브리드 자성 섬유를 환원시켜, 상기 희토류 원소 및 상기 전이금속 원소의 화합물을 포함하고, 경자성 특성을 갖는 상기 자성 결정(magnetic crystal, 110), 및 상기 전이금속 원소를 포함하고 연자성 특성을 갖는 상기 자성 경계층(magnetic boundary layer, 120)을 포함하는 상기 하이브리드 자성 섬유(100)를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. However, the method of manufacturing a hybrid magnetic fiber according to an embodiment of the present invention, preparing a source solution comprising a first source material containing a rare earth element, and a second source material containing a transition metal element, the Electrospinning a source solution to form the preliminary hybrid magnetic fiber comprising a rare earth oxide and a transition metal oxide, and reducing the preliminary hybrid magnetic fiber to include a compound of the rare earth element and the transition metal element, Forming the hybrid magnetic fiber 100 including the magnetic crystal 110 having a hard magnetic property and the magnetic boundary layer 120 including the transition metal element and having a soft magnetic property. It may include the step.
또한, 상기 실시 예에 따른 하이브리드 자성 섬유의 제조방법은, 상기 소스 용액 내의 상기 희토류 원소의 몰 분율을 제어함에 따라, 상기 하이브리드 자성 섬유(100) 내의 상기 자성 경계층(120)의 부피 분율이 제어되고, 결과적으로 상기 자성 결정(110) 및 상기 자성 경계층(120) 사이에 자기교환결합 효과를 발생시킬 수 있다. 이에 따라, 높은 보자력(coercivity)을 유지하면서도 포화자화(saturation magnetization)이 증가되고, 더 나아가 최대 자기에너지적((BH)max) 값이 향상되어, 우수한 자기적 특성을 나타내는 하이브리드 자성 섬유가 제공될 수 있다. In addition, in the method of manufacturing a hybrid magnetic fiber according to the embodiment, the volume fraction of the magnetic boundary layer 120 in the hybrid magnetic fiber 100 is controlled by controlling the mole fraction of the rare earth element in the source solution. As a result, a magnetic exchange coupling effect may be generated between the magnetic crystal 110 and the magnetic boundary layer 120. Accordingly, saturation magnetization is increased while maintaining high coercivity, and further, the maximum magnetic energy ((BH) max) value is improved to provide a hybrid magnetic fiber exhibiting excellent magnetic properties. Can be.
이상, 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 자성 섬유 및 그 제조방법이 설명되었다. 이하, 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 자성 섬유 및 그 제조방법의 구체적인 실험 예 및 특성 평가 결과가 설명된다. In the above, the hybrid magnetic fiber and the manufacturing method thereof according to the embodiment of the present invention have been described. Hereinafter, specific experimental examples and characteristics evaluation results of the hybrid magnetic fiber and its manufacturing method according to the embodiment of the present invention will be described.
실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유 제조Hybrid magnetic fiber production according to Example 1
4 mL의 초순수에 사마륨(III) 질산 6수화물(Samarium(III) nitrate hexahydrate; Sm(NO3)36H2O)과 코발트(II) 질산 6수화물(Cobalt(II) nitrate hexahydrate; Co(NO3)26H2O)을 혼합한 용액과, 6 mL의 에탄올에 분자량 1,300,000의 PVP를 0.4g 녹인 용액을 혼합하여 소스 용액을 제조하였다. Samarium (III) nitrate hexahydrate (Smrium (III) nitrate hexahydrate; Sm (NO 3 ) 3 6H 2 O) and cobalt (II) nitrate hexahydrate (Cobalt (II) nitrate hexahydrate; Co (NO 3) ) 2 6H 2 O) and a solution of 0.4g of PVP having a molecular weight of 1,300,000 in 6 mL of ethanol was mixed to prepare a source solution.
제조된 소스 용액은 전기방사를 위해 주사기에 담고 주사기 펌프를 사용하여 0.3~0.8 mL/h의 속도로 용액을 지속적으로 밀어준다. 이 때 주사기의 팁(tip) 부분과 방사된 섬유가 포집되는 포집기(collector)는 15cm 간격으로 이격되고, 고전압(16~23 kV)을 인가해주어 전위차에 의해 소스 용액이 방사되도록 한다. 포집기에 증착된 물질은 알루미나(alumina, Al2O3) 도가니에 모아 대기 분위기에서 약 700℃의 온도로 3시간 동안 열처리하여 고분자를 포함한 유기물이 모두 분해되도록 한다. 이 과정에서 SmCoO3-Co3O4의 희토류계 산화물-전이금속 산화물을 포함하는 예비 하이브리드 자성 섬유가 얻어진다. The prepared source solution is placed in a syringe for electrospinning and continuously pushed at a rate of 0.3 to 0.8 mL / h using a syringe pump. At this time, the tip of the syringe and the collector in which the spun fibers are collected are spaced apart at intervals of 15 cm, and a high voltage (16-23 kV) is applied so that the source solution is spun by the potential difference. The material deposited on the collector is collected in an alumina (alumina, Al 2 O 3 ) crucible and heat treated at an air temperature of about 700 ° C. for 3 hours to decompose all organic materials including polymers. In the process the rare earth-containing oxide of SmCoO 3 -Co 3 O 4 - a spare magnetic hybrid fibers comprising a transition metal oxide can be obtained.
예비 하이브리드 자성 섬유를 CaH2와 1:1의 부피비로 혼합하고 비활성 분위기에서 약 700℃의 온도로, 3시간 동안 열처리하여 환원시킨 후, 염화암모늄과 메탄올을 이용하여 수세하여, 경자성 특성의 Sm2Co17 자성 결정 및 연자성 특성의 fcc-Co 자성 경계층을 포함하는 제1 실시 예에 따른 하이브리드 자성 섬유를 제조하였다. The preliminary hybrid magnetic fibers were mixed with CaH 2 in a volume ratio of 1: 1 and reduced by heat treatment for 3 hours at a temperature of about 700 ° C. in an inert atmosphere, followed by washing with ammonium chloride and methanol to give Sm of hard magnetic properties. A hybrid magnetic fiber according to the first embodiment including a 2 Co 17 magnetic crystal and a fcc-Co magnetic boundary layer having soft magnetic properties was prepared.
또한, 상기 제1 실시 예에 따른 하이브리드 자성 섬유 내의 Sm2Co17 자성 결정의 부피 분율을 제어하기 위해, 소스 용액 내의 사마륨 원소의 몰 분율이 제어되었고, 이는 아래 <수학식 2> 통해 산출되었으며, 산출된 결과는 <표 1>을 통해 정리된다. In addition, in order to control the volume fraction of the Sm 2 Co 17 magnetic crystal in the hybrid magnetic fiber according to the first embodiment, the mole fraction of the samarium element in the source solution was controlled, which is calculated through Equation 2 below. The calculated results are summarized in <Table 1>.
<수학식 2><Equation 2>
Figure PCTKR2019001363-appb-I000002
Figure PCTKR2019001363-appb-I000002
Figure PCTKR2019001363-appb-I000003
Figure PCTKR2019001363-appb-I000003
(Sm(at%): 소스 용액 내의 희토류 원소 몰 분율, ρSm2Co17: Sm2Co17자성 결정의 밀도, xSm2Co17: 하이브리드 자성 섬유 내의 Sm2Co17자성 결정의 부피 분율(0.0~1.0), mSm: 자성 결정 내 희토류 원소의 원자 개수, MWSm2Co17: 자성 결정의 분자량. ρCo: 자성 경계층의 밀도, mCo: 자성 결정 내 전이금속 원소의 원자 개수, MWCo: 자성 경계층의 분자량)(Sm (at%): a rare earth element molar fraction in the source solution, ρ Sm2Co17: Sm 2 Co 17 the density of the magnetic crystals, x Sm2Co17: volume of Sm 2 Co 17 magnetic crystal in the hybrid magnetic fiber fraction (0.0 ~ 1.0), m Sm : number of atoms of rare earth elements in magnetic crystals, MW Sm2Co17 : molecular weight of magnetic crystals ρ Co : density of magnetic boundary layers, m Co : number of atoms of transition metal elements in magnetic crystals, MW Co : molecular weight of magnetic boundary layers)
하이브리드 자성 섬유 내 자성 결정의 부피 분율 (Sm2Co17 vol%)Volume fraction of magnetic crystals in hybrid magnetic fibers (Sm 2 Co 17 vol%) 소스 용액 내 희토류 원소의 몰 분율(Sm at %)Mole fraction of rare earth elements in the source solution (Sm at%)
100100 10.56210.562
9999 10.40910.409
9797 10.15610.156
9595 9.9069.906
9090 9.2909.290
8080 8.1018.101
5050 4.8034.803
3030 2.7862.786
1010 0.8850.885
00 00
실시 예2에 따른 하이브리드 자성 섬유 제조Hybrid magnetic fiber production according to Example 2
4.5mL의 초순수에 네오디뮴(III) 질산 6수화물(Neodymium(III) nitrate hexahydrate; Nd(NO3)36H2O)과 철(III) 질산 9수화물(Iron(III) nitrate nonahydrate; Fe(NO3)39H2O)을 혼합한 용액과, 3 mL의 에탄올에 분자량 1,300,000의 PVP를 0.6g 녹인 용액을 혼합하여 소스 용액을 제조하였다. 또한, 네오디뮴(III) 질산 6수화물의 몰수의 절반에 해당하는 만큼 붕산(Boric acid; H3BO3)이 추가로 혼합되었다. Neodymium (III) nitrate hexahydrate (Nd (NO 3 ) 3 6H 2 O) and iron (III) nitrate hexahydrate (Iron (III) nitrate nonahydrate; Fe (NO 3 ) in 4.5 mL ultrapure water ) 3 9H 2 O) and a solution of 0.6 g of PVP having a molecular weight of 1,300,000 in 3 mL of ethanol was mixed to prepare a source solution. In addition, boric acid (H 3 BO 3 ) was further mixed as much as half the number of moles of neodymium (III) nitrate hexahydrate.
제조된 소스 용액은 전기방사를 위해 주사기에 담고 주사기 펌프를 사용하여 0.3~0.8 mL/h의 속도로 용액을 지속적으로 밀어준다. 이 때 주사기의 팁(tip) 부분과 방사된 섬유가 포집되는 포집기(collector)는 18cm 간격으로 이격되고, 고전압(16~23 kV)을 인가해주어 전위차에 의해 소스 용액이 방사되도록 한다. 포집기에 증착된 물질은 알루미나(alumina, Al2O3) 도가니에 모아 대기 분위기에서 약 700℃의 온도로 3시간 동안 열처리하여 고분자를 포함한 유기물이 모두 분해되도록 한다. 이 과정에서 NdFeO3-NdBO3-Fe2O3의 희토류계 산화물-전이금속 산화물을 포함하는 예비 하이브리드 자성 섬유가 얻어진다. The prepared source solution is placed in a syringe for electrospinning and continuously pushed at a rate of 0.3 to 0.8 mL / h using a syringe pump. At this time, the tip of the syringe and the collector in which the spun fibers are collected are spaced at an interval of 18 cm, and a high voltage (16-23 kV) is applied so that the source solution is spun by the potential difference. The material deposited on the collector is collected in an alumina (alumina, Al 2 O 3 ) crucible and heat treated at an air temperature of about 700 ° C. for 3 hours to decompose all organic materials including polymers. In this process, a preliminary hybrid magnetic fiber containing a rare earth oxide-transition metal oxide of NdFeO 3 -NdBO 3 -Fe 2 O 3 is obtained.
예비 하이브리드 자성 섬유를 CaH2와 1:1의 부피비로 혼합하고 비활성 분위기에서 약 700℃의 온도로, 3시간 동안 열처리하여 환원시킨 후, 염화암모늄과 메탄올을 이용하여 수세하여, 경자성 특성의 Nd2Fe14B 자성 결정 및 연자성 특성의 fcc-Fe 자성 경계층을 포함하는 제2 실시 예에 따른 하이브리드 자성 섬유를 제조하였다. The preliminary hybrid magnetic fibers were mixed with CaH 2 in a volume ratio of 1: 1 and reduced by heat treatment for 3 hours at a temperature of about 700 ° C. in an inert atmosphere, followed by washing with ammonium chloride and methanol to give Nd of hard magnetic properties. A hybrid magnetic fiber according to a second embodiment including a 2 Fe 14 B magnetic crystal and a fcc-Fe magnetic boundary layer having soft magnetic properties was prepared.
또한, 상기 제2 실시 예에 따른 하이브리드 자성 섬유 내의 Nd2Fe14B 자성 결정의 부피 분율을 제어하기 위해, 소스 용액 내의 네오디뮴 원소의 몰 분율이 제어되었고, 이는 아래 <수학식 3> 통해 산출되었으며, 산출된 결과는 <표 2>을 통해 정리된다. In addition, in order to control the volume fraction of Nd 2 Fe 14 B magnetic crystals in the hybrid magnetic fiber according to the second embodiment, the mole fraction of the neodymium element in the source solution was controlled, which was calculated through Equation 3 below. The calculated results are summarized in <Table 2>.
<수학식 3><Equation 3>
Figure PCTKR2019001363-appb-I000004
Figure PCTKR2019001363-appb-I000004
Figure PCTKR2019001363-appb-I000005
Figure PCTKR2019001363-appb-I000005
(Nd(at%): 소스 용액 내의 희토류 원소 몰 분율, ρ Nd2Fe14B: Nd2Fe14B 자성 결정의 밀도, xNd2Fe14B: 하이브리드 자성 섬유 내의 Nd2Fe14B 자성 결정의 부피 분율(0.0~1.0), mNd: 자성 결정 내 희토류 원소의 원자 개수, MWNd2Fe14B: 자성 결정의 분자량. ρFe: 자성 경계층의 밀도, mFe: 자성 결정 내 전이금속 원소의 원자 개수, MWFe: 자성 경계층의 분자량)(Nd (at%): mole fraction of rare earth elements in the source solution, ρ Nd2Fe14B : density of Nd 2 Fe 14 B magnetic crystals, x Nd2Fe14B : volume fraction of Nd 2 Fe 14 B magnetic crystals in a hybrid magnetic fiber (0.0 to 1.0) , m Nd : number of atoms of the rare earth element in the magnetic crystal, MW Nd2Fe14B : molecular weight of the magnetic crystal ρ Fe : density of the magnetic boundary layer, m Fe : number of atoms of the transition metal element in the magnetic crystal, MW Fe : molecular weight of the magnetic boundary layer)
하이브리드 자성 섬유 내 자성 결정의 부피 분율 (Nd2Fe14B vol%)Volume fraction of magnetic crystals in hybrid magnetic fibers (Nd 2 Fe 14 B vol%) 소스 용액 내 희토류 원소의 몰 분율(Nd at %)Mole fraction of rare earth elements in the source solution (Nd at%)
100100 12.50512.505
9999 12.34812.348
9797 12.03712.037
9595 11.72911.729
9090 10.97310.973
8080 9.5159.515
5050 5.5415.541
3030 3.1803.180
1010 1.0161.016
00 00
또한, 상기 실시 예 1 및 실시 예 2에 따른 하이브리드 자성 섬유의 구성이 아래 <표 3>을 통해 정리된다. In addition, the configuration of the hybrid magnetic fibers according to the first embodiment and the second embodiment is summarized through <Table 3> below.
구분division 자성 결정Magnetic crystal 자성 경계층Magnetic boundary layer
실시 예 1Example 1 Sm2Co17 Sm 2 Co 17 CoCo
실시 예 2Example 2 Nd2Fe14BNd 2 Fe 14 B FeFe
실시 예3에 따른 하이브리드 자성 섬유 제조Hybrid magnetic fiber production according to Example 3
기 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유를 제조하되, 250 nm이하의 직경을 갖도록 제조하여, 경자성 특성 단결정-연자성 특성 단결정의 사슬구조를 갖는 상기 실시 예 3에 따른 하이브리드 자성 섬유를 제조하였다.A hybrid magnetic fiber according to Example 1 was prepared, but manufactured to have a diameter of 250 nm or less, thereby preparing a hybrid magnetic fiber according to Example 3 having a chain structure of hard magnetic property single crystal-soft magnetic property single crystal.
기 실시 예 1 내지 3에 따른 하이브리드 자성 섬유의 구조가 아래 <표 4>를 통해 정리된다. The structure of the hybrid magnetic fibers according to Examples 1 to 3 is summarized through Table 4 below.
구분division 구조rescue
실시 예 1Example 1 자성 결정-자성 경계층 구조Magnetic Crystal-Magnetic Boundary Layer Structure
실시 예 2Example 2 자성 결정-자성 경계층 구조Magnetic Crystal-Magnetic Boundary Layer Structure
실시 예 3Example 3 단결정-단결정 사슬구조Monocrystalline-Single Crystal Chain Structure
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유를 촬영한 사진이다. 7 and 8 are photographs taken of the hybrid magnetic fiber according to Example 1 of the present invention.
도 7 및 도 8을 참조하면, 소스 용액 내 희토류 원소의 몰 분율이 10.56 at%, 0 at%, 9.91 at%, 및 4.80 at%로 제어되어 형성된 상기 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유를 SEM(scanning electron microscope) 촬영하여 각각 도 7의 (a), 도 7의 (b), 도 8의 (a), 및 도 8의 (b)에 나타내었다. 도 7 및 도 8에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유는, 약 500nm의 직경을 갖는 섬유 형태로 형성된 것을 확인할 수 있었다. Referring to FIGS. 7 and 8, the hybrid magnetic fiber according to Example 1, wherein the mole fraction of the rare earth element in the source solution is controlled to 10.56 at%, 0 at%, 9.91 at%, and 4.80 at%, is SEM Scanning electron microscope images were taken and shown in FIGS. 7A, 7B, 8A, and 8B, respectively. As shown in FIG. 7 and FIG. 8, it was confirmed that the hybrid magnetic fiber according to Example 1 was formed in a fiber shape having a diameter of about 500 nm.
도 9 내지 도 11은 본 발명의 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유를 제조하는 과정에서 열처리되는 온도에 따른 특성을 비교하는 사진이다. 9 to 11 are photographs comparing the characteristics of the heat treatment in the process of producing a hybrid magnetic fiber according to Example 1 of the present invention.
도 9 내지 도 11을 참조하면, 예비 하이브리드 자성 섬유의 환원 단계에서 열처리되는 온도가 400℃, 500℃, 600℃, 700℃, 750℃, 및 800℃로 제어되어 형성된 상기 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유를 SEM 촬영하여 각각 도 9의 (a), 도 9의 (b), 도 10의 (a), 도 10의 (b), 도 11의 (a), 및 도 11의(b)에 나타내었다. 9 to 11, the temperature according to the heat treatment in the reduction step of the preliminary hybrid magnetic fiber is controlled to 400 ℃, 500 ℃, 600 ℃, 700 ℃, 750 ℃, and 800 ℃ the hybrid according to Example 1 formed SEM images of the magnetic fibers were carried out in FIGS. 9A, 9B, 10A, 10B, 11A, and 11B, respectively. Indicated.
도 9의 (a) 및 (b)에서 확인할 수 있듯이, 환원 단계에서 열처리되는 온도가 400℃ 및 500℃인 경우, 희토류 산화물의 환원이 용이하게 이루어지지 않은 것을 확인할 수 있었다. 또한, 도 11의 (a) 및 (b)에서 확인할 수 있듯이, 환원단계에서 열처리되는 온도가 750℃ 및 800℃인 경우, 섬유의 형상을 유지하지 못하고 입자의 형상으로 변형되는 것을 확인할 수 있었다. 반면, 도 10의 (a) 및 (b)에서 확인할 수 있듯이, 환원단계에서 열처리되는 온도가 600℃ 및 700℃인 경우, 희토류 산화물의 환원이 용이하게 이루어져, 하이브리드 자성 섬유가 용이하게 형성된 것을 확인할 수 있었다. As can be seen in Figures 9 (a) and (b), when the temperature is 400 ℃ and 500 ℃ heat treatment in the reduction step, it was confirmed that the rare earth oxide is not easily reduced. In addition, as can be seen in Figure 11 (a) and (b), when the temperature to be heat-treated in the reduction step is 750 ℃ and 800 ℃, it could be confirmed that the shape of the fiber does not maintain the shape of the particles. On the other hand, as can be seen in Figure 10 (a) and (b), when the temperature is heat treated in the reduction step of 600 ℃ and 700 ℃, it is easy to reduce the rare earth oxide, it is confirmed that the hybrid magnetic fiber is easily formed Could.
도 12는 본 발명의 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유를 세척하는 과정에서, 세척 용액의 영향을 비교하는 사진이다. 12 is a photograph comparing the influence of the washing solution in the process of washing the hybrid magnetic fiber according to Example 1 of the present invention.
도 12의 (a) 및 (b)를 참조하면, 상기 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유를 세척하는 과정에서, 염화암모늄 및 메탄올이 혼합된 실시 예에 따른 세척 용액으로 세척된 경우를 도 12의 (a)에 도시하였고, 초순수 및 약산이 혼합된 기존의 세척 용액으로 세척된 경우를 도 12의 (b)에 도시하였다. 도 12의 (a) 및 (b)에서 알 수 있듯이, 기존의 세척 용액으로 세척된 경우, 섬유 표면에 부산물이 잔류하여 자성 특성을 저하시키는 반면, 실시 예에 따른 세척 용액으로 세척된 경우, 자성 섬유를 제외한 부산물이 선택적으로 제거되어, 이론치에 달하는 자기적 특성을 얻을 수 있는 것을 확인할 수 있었다. 12 (a) and 12 (b), in the process of washing the hybrid magnetic fiber according to Example 1, the case where the ammonium chloride and methanol are washed with the washing solution according to the embodiment of FIG. As shown in (a), the case of washing with a conventional washing solution mixed with ultrapure water and weak acid is shown in (b) of FIG. As can be seen in (a) and (b) of Figure 12, when washed with the existing washing solution, by-products remain on the surface of the fiber to reduce the magnetic properties, while when washed with the washing solution according to the embodiment, the magnetic By-products except fibers were selectively removed, and it was confirmed that magnetic properties reaching theoretical values were obtained.
도 13은 본 발명의 실시 예 2에 따른 하이브리드 자성 섬유를 촬영한 사진이다. 13 is a photograph of a hybrid magnetic fiber according to Example 2 of the present invention.
도 13의 (a) 내지 (c)를 참조하면, 소스 용액 내 희토류 원소의 몰 분율이 12.5 at%, 3.18 at%, 및 0 at%로 제어되어 형성된 상기 실시 예 2에 따른 하이브리드 자성 섬유를 SEM 촬영하여 각각 도 13의 (a) 내지 (c)에 나타내었다. 도 13의 (a) 내지 (c)에서 확인할 수 있듯이, 희토류 원소로 Nd를 사용하고, 전이금속 원소로 Fe를 사용한 경우에도, 하이브리드 자성 섬유가 용이하게 형성된 것을 확인할 수 있었다. Referring to (a) to (c) of Figure 13, SEM of the hybrid magnetic fiber according to Example 2 formed by controlling the mole fraction of the rare earth element in the source solution is controlled to 12.5 at%, 3.18 at%, and 0 at% The photographs are shown in FIGS. 13A to 13C, respectively. As can be seen from (a) to (c) of FIG. 13, even when Nd was used as the rare earth element and Fe was used as the transition metal element, it was confirmed that hybrid magnetic fibers were easily formed.
도 14는 Sm-Co 2성분계 시스템을 나타내는 그래프이다. 14 is a graph showing an Sm-Co bicomponent system.
도 14를 참조하면, Sm-Co 화합물 내에서 Sm의 몰 분율(at %)과 온도(℃)에 따른 Sm-Co 화합물의 상태를 나타내었다. 도 14에서 알 수 있듯이, Sm-Co 화합물 내에서 Sm의 몰 분율이 10.6 at%보다 작을 경우, 경자성 특성과 연자성 특성이 공존하는 것을 확인할 수 있었다. Referring to FIG. 14, the state of the Sm-Co compound according to the mole fraction (at%) and temperature (° C.) of Sm in the Sm-Co compound is shown. As can be seen in Figure 14, when the mole fraction of Sm in the Sm-Co compound is less than 10.6 at%, it was confirmed that the hard magnetic properties and soft magnetic properties coexist.
도 15는 소스 용액이 포함하는 희토류 원소의 몰 분율이, 본 발명의 실시 예 2에 따른 하이브리드 자성 섬유의 구조에 미치는 영향을 나타내는 그래프이다. 15 is a graph showing the effect of the mole fraction of rare earth elements contained in the source solution on the structure of the hybrid magnetic fiber according to Example 2 of the present invention.
도 15의 (a) 내지 (c)를 참조하면, 소스 용액 내 희토류 원소(Nd)의 몰 분율이 12.5 at%, 3.18 at%, 및 0 at%로 제어되어 형성된 상기 실시 예 2에 따른 하이브리드 자성 섬유 각각에 대해 2θ(degree)에 따른 Relative intensity(a.u.)를 측정하여 X-ray diffraction 분석을 나타내었다. 도 15의 (a)에서 확인할 수 있듯이, 소스 용액 내 희토류 원소의 몰 분율이 12.5 at%인 경우, Nd2Fe14B의 경자성 특성만 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 도 15의 (c)에서 확인할 수 있듯이, 소스 용액 내 희토류 원소의 몰 분율이 0 at%인 경우, fcc-Fe의 연자성 특성만 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 하지만, 도 15의 (b)에서 확인할 수 있듯이, 소스 용액 내 희토류 원소의 몰 분율이 3.15 at%인 경우, Nd2Fe14B의 경자성 특성과 fcc-Fe의 연자성 특성이 모두 나타나는 것을 확인할 수 있었다. Referring to (a) to (c) of FIG. 15, the hybrid magnetic material according to Example 2, wherein the mole fraction of the rare earth element Nd in the source solution is controlled to 12.5 at%, 3.18 at%, and 0 at%, is formed. X-ray diffraction analysis was shown by measuring the relative intensity (au) according to 2θ (degree) for each fiber. As can be seen in FIG. 15 (a), when the mole fraction of the rare earth element in the source solution is 12.5 at%, only the hard magnetic properties of Nd 2 Fe 14 B were found. In addition, as can be seen in Figure 15 (c), when the mole fraction of the rare earth element in the source solution is 0 at%, it was confirmed that only the soft magnetic properties of fcc-Fe. However, as can be seen in Figure 15 (b), when the mole fraction of the rare earth element in the source solution is 3.15 at%, it is confirmed that both the hard magnetic properties of Nd 2 Fe 14 B and the soft magnetic properties of fcc-Fe appear Could.
도 16 및 도 17은 소스 용액이 포함하는 희토류 원소의 몰 분율이, 본 발명의 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유의 구조에 미치는 영향을 나타내는 그래프이다. 16 and 17 are graphs showing the effect of the mole fraction of the rare earth elements contained in the source solution on the structure of the hybrid magnetic fiber according to Example 1 of the present invention.
도 16 및 도 17을 참조하면, 소스 용액 내 희토류 원소(Sm)의 몰 분율이 10.56 at%, 0 at%, 9.91 at%, 및 4.80 at%로 제어되어 형성된 상기 실시 예 2에 따른 하이브리드 자성 섬유 각각에 대해 2θ(degree)에 따른 Relative intensity(a.u.)를 측정하여 X-ray diffraction 분석하고, 이를 각각 도 16의 (a), 도 16의 (b), 도 17의 (a), 및 도 17의 (b)에 도시하였다. 16 and 17, the hybrid magnetic fiber according to Example 2, wherein the mole fraction of rare earth element (Sm) in the source solution is controlled to be 10.56 at%, 0 at%, 9.91 at%, and 4.80 at% X-ray diffraction analysis by measuring the relative intensity (au) according to 2θ (degree) for each, and these are respectively (a) of Figure 16, (b) of Figure 16, (a) of Figure 17, and Figure 17 It is shown in (b).
도 16의 (a)에서 알 수 있듯이, 소스 용액 내 희토류 원소의 몰 분율이 10.56 at%인 경우, Sm2Co17의 경자성 특성만 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 도 16의 (b)에서 확인할 수 있듯이, 소스 용액 내 희토류 원소의 몰 분율이 0 at%인 경우, fcc-Co의 연자성 특성만 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 하지만, 도 17의 (a) 및 (b)에서 확인할 수 있듯이, 소스 용액 내 희토류 원소의 몰 분율이 9.91 at%, 및 4.80 at%인 경우, Sm2Co17의 경자성 특성과 fcc-Co의 연자성 특성이 모두 나타나는 것을 확인할 수 있었다. As can be seen from (a) of Figure 16, when the mole fraction of the rare earth element in the source solution is 10.56 at%, it was confirmed that only the magnetic properties of Sm 2 Co 17 appears. In addition, as can be seen in Figure 16 (b), when the mole fraction of the rare earth element in the source solution is 0 at%, it was confirmed that only the soft magnetic properties of fcc-Co. However, as shown in (a) and (b) of FIG. 17, when the mole fraction of rare earth elements in the source solution is 9.91 at%, and 4.80 at%, the hard magnetic properties of Sm 2 Co 17 and All of the soft magnetic properties were confirmed.
도 18은 자기교환결합 효과가 발생되지 않은 본 발명의 비교 예에 따른 하이브리드 자성 섬유의 특성을 나타내는 그래프이다. 18 is a graph showing the characteristics of a hybrid magnetic fiber according to a comparative example of the present invention in which no magnetic exchange coupling effect occurs.
도 18을 참조하면, Sm2Co17 경자성 물질 및 fcc-Co 연자성 물질이 50 vol%: 50 vol%의 부피 비율로 단순 혼합된 본 발명의 비교 예에 따른 하이브리드 자성 섬유의 Applied field(kOe)에 따른 Magnetization(emu/g)을 측정하여 자기이력곡선을 나타내었다. 도 18에서 확인할 수 있듯이, Sm2Co17 자성 결정 및 fcc-Co 자성 경계층의 부피 분율이 50 vol%: 50 vol%로 제어된 상기 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유는, kink 현상이 나타나는 것으로 보아, 자기교환결합 효과가 발생되지 않은 것을 확인할 수 있었다. Referring to FIG. 18, an Applied field (kOe) of a hybrid magnetic fiber according to a comparative example of the present invention, in which Sm 2 Co 17 light magnetic material and fcc-Co soft magnetic material are simply mixed in a volume ratio of 50 vol%: 50 vol%. Magnetization (emu / g) was measured according to) and the magnetic hysteresis curve was shown. As can be seen in FIG. 18, the hybrid magnetic fiber according to Example 1, in which the volume fraction of the Sm 2 Co 17 magnetic crystal and the fcc-Co magnetic boundary layer was controlled to 50 vol%: 50 vol%, was considered to exhibit a kink phenomenon. , It was confirmed that the effect of the auto-exchange coupling did not occur.
도 19는 자성 경계층의 부피 분율이, 본 발명의 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유의 자성 특성에 미치는 영향을 나타내는 그래프이다. 19 is a graph showing the effect of the volume fraction of the magnetic boundary layer on the magnetic properties of the hybrid magnetic fiber according to Example 1 of the present invention.
도 19를 참조하면, fcc-Co 자성 경계층의 부피 분율이 제어된 상기 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유의 Applied field(Oe)에 따른 Magnetization(emu/g)을 측정하여 자기이력곡선을 나타내었다. 도 19에서 확인할 수 있듯이, 본 발명의 실시 예 1에 다른 하이브리드 자성 섬유의 경우, 도 18에 도시된 비교 예에 따른 하이브리드 자성 섬유와 달리, 자기이력곡선에서 kink 현상이 나타나지 않아, 자기교환결합 효과가 발생되는 것을 확인할 수 있었다. Referring to FIG. 19, magnetization (emu / g) according to the applied field (Oe) of the hybrid magnetic fiber according to Example 1, in which the volume fraction of the fcc-Co magnetic boundary layer was controlled, was measured to show a magnetic history curve. As can be seen in Figure 19, in the case of the hybrid magnetic fiber according to the first embodiment of the present invention, unlike the hybrid magnetic fiber according to the comparative example shown in Figure 18, the kink phenomenon does not appear in the magnetic hysteresis curve, the magnetic exchange coupling effect Was confirmed to occur.
또한, fcc-Co 자성 경계층의 부피 분율이 서로 다른 상기 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유의 자성 특성이 아래 <표 5>를 통해 정리된다. In addition, the magnetic properties of the hybrid magnetic fiber according to the first embodiment having a different volume fraction of the fcc-Co magnetic boundary layer is summarized through Table 5 below.
Fcc-Co 자성 경계층의 부피 분율(vol %)Volume fraction of Fcc-Co magnetic boundary layer (vol%) 포화자화Ms(emu/g)Saturation Magnetization M s (emu / g) 잔류자화Mr(emu/g)Residual Magnetization M r (emu / g) 자화율Mr/Ms(%)Susceptibility M r / M s (%) 보자력Hci(Oe)Coercivity H ci (Oe) 최대 자기에너지적(BH)max(MGOe)Max Magnetic Energy (BH) max (MGOe)
00 84.39084.390 58.50958.509 69.33269.332 7044.67044.6 7.0017.001
0.30.3 88.17688.176 60.69660.696 68.83568.835 6953.36953.3 N/AN / A
1One 87.26587.265 59.55959.559 68.25168.251 6953.76953.7 7.5777.577
1.51.5 87.55087.550 59.75659.756 68.25368.253 6741.56741.5 N/AN / A
33 87.88787.887 58.70658.706 66.79766.797 6513.46513.4 7.4297.429
55 97.31097.310 63.13563.135 64.88064.880 6193.06193.0 7.2087.208
77 98.37798.377 62.07062.070 63.09463.094 5721.25721.2 6.3986.398
1010 98.76098.760 60.32960.329 61.08761.087 5128.05128.0 6.0106.010
2020 99.44499.444 54.47854.478 54.78354.783 3672.13672.1 N/AN / A
3030 109.350109.350 52.18252.182 47.72047.720 2526.22526.2 N/AN / A
5050 124.670124.670 47.23147.231 37.88537.885 1208.91208.9 N/AN / A
7070 138.460138.460 40.60240.602 29.32429.324 604.1604.1 N/AN / A
100100 164.600164.600 25.24525.245 15.33715.337 162.5162.5 0.4010.401
표 5>를 통해 알 수 있듯이, 상기 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유는, fcc-Co 자성 경계층의 부피 분율이 1 vol%일 경우 가장 높은 최대 자기에너지적((BH)max) 값을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 이에 따라, fcc-Co 자성 경계층의 부피 분율이 1 vol%일 경우, Sm2Co17 자성 결정 및 fcc-Co 자성 경계층 사이에 자기교환결합 효과가 최대로 구현되는 것을 알 수 있었다. As can be seen from Table 5, the hybrid magnetic fiber according to Example 1 exhibits the highest maximum magnetic energy ((BH) max ) value when the volume fraction of the fcc-Co magnetic boundary layer is 1 vol%. I could confirm it. Accordingly, when the volume fraction of the fcc-Co magnetic boundary layer is 1 vol%, it was found that the effect of the magnetic exchange coupling between the Sm 2 Co 17 magnetic crystal and the fcc-Co magnetic boundary layer is maximized.
이론적으로 경자성 물질 및 연자성 물질 사이에 자기교환결합력을 발생시키기 위해서는, 경자성 물질 자구 경계의 도메인 벽 두께(Domain-wall width)의 2배에 달하는 값보다 연자성 물질의 크기가 작아야 한다. Sm2Co17 자성 결정 및 fcc-Co 자성 경계층 사이에서 자기교환결합 효과가 나타나기 위해 필요한 fcc-Co 자성 경계층의 이론적 크기는 약 20.0 nm 정도로, 부피 분율로 계산할 경우 약 5 at% 미만으로 나타나, 본 발명의 실험 데이터와 실질적으로 일치하는 것을 알 수 있다. Theoretically, in order to generate a magnetic exchange coupling force between the hard magnetic material and the soft magnetic material, the size of the soft magnetic material should be smaller than twice the domain-wall width of the magnetic domain boundary. The theoretical size of the fcc-Co magnetic boundary layer, which is necessary to exhibit the effect of the magnetic exchange coupling between the Sm 2 Co 17 magnetic crystal and the fcc-Co magnetic boundary layer, is about 20.0 nm, which is less than about 5 at% when calculated by volume fraction. It can be seen that it is substantially in agreement with the experimental data of the invention.
도 20은 자성 결정의 부피 분율이, 본 발명의 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유의 잔류자화값에 미치는 영향을 나타내는 그래프이다. 20 is a graph showing the effect of the volume fraction of the magnetic crystals on the residual magnetization value of the hybrid magnetic fiber according to Example 1 of the present invention.
도 20을 참조하면, Sm2Co17 자성 결정의 부피 분율이 제어된 상기 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유의 잔류자화값(Remanence, Mr(emu/g))을 측정하여 나타내었다. 도 20에서 확인할 수 있듯이, Sm2Co17 자성 결정의 부피 분율이 90 vol% 이상일 경우, Sm2Co17 단일상의 잔류자화값 보다 높은 잔류자화값을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. Referring to FIG. 20, the residual magnetization value (Remanence, M r (emu / g)) of the hybrid magnetic fiber according to Example 1, in which the volume fraction of the Sm 2 Co 17 magnetic crystal is controlled, is shown. As shown in FIG. 20, when the volume fraction of the Sm 2 Co 17 magnetic crystal was 90 vol% or more, it was confirmed that the residual magnetization value was higher than that of the Sm 2 Co 17 single phase.
도 21은 자성 결정의 부피 분율이, 본 발명의 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유의 최대 자기에너지적값에 미치는 영향을 나타내는 그래프이다. 21 is a graph showing the effect of the volume fraction of the magnetic crystal on the maximum magnetic energy value of the hybrid magnetic fiber according to Example 1 of the present invention.
도 21을 참조하면, Sm2Co17 자성 결정의 부피 분율이 제어된 상기 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유의 최대 자기에너지적값(Energy product, (BH)max(MGOe))을 측정하여 나타내었다. 도 21에서 확인할 수 있듯이, Sm2Co17 자성 결정의 부피 분율이 99 vol%인 경우 최대 자기에너지적값이 7.577 MGOe로 가장 높게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. Referring to FIG. 21, the maximum magnetic energy value (Energy product, (BH) max (MGOe)) of the hybrid magnetic fiber according to Example 1, in which the volume fraction of the Sm 2 Co 17 magnetic crystal is controlled, is shown. As can be seen in FIG. 21, when the volume fraction of the Sm 2 Co 17 magnetic crystal was 99 vol%, the maximum magnetic energy value was found to be the highest as 7.577 MGOe.
도 19 내지 도 21을 통해 알 수 있듯이, 상기 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유는, fcc-Co 자성 경계층의 부피 분율이 0 vol% 초과 3 vol% 미만인 경우, Sm2Co17 자성 결정 및 fcc-Co 자성 경계층 사이에 자기교환결합 효과가 용이하게 발생되는 것을 알 수 있다. As can be seen from Figure 19 to 21, the hybrid magnetic fiber according to Example 1, when the volume fraction of the fcc-Co magnetic boundary layer is greater than 0 vol% less than 3 vol%, Sm 2 Co 17 magnetic crystals and fcc- It can be seen that the magnetic exchange coupling effect easily occurs between the Co magnetic boundary layers.
도 22 및 도 23은 자성 결정 및 자성 결정층의 부피 분율이 서로 다른, 본 발명의 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유들의 Recoil 곡선 개형을 나타내는 그래프이다. 22 and 23 are graphs showing modification of the Recoil curve of the hybrid magnetic fibers according to Example 1 of the present invention, in which the volume fractions of the magnetic crystals and the magnetic crystal layers are different.
도 22 및 도 23을 참조하면, Sm2Co17 자성 결정 및 fcc-Co 자성 결정층의 부피 분율이 97 vol%: 3 vol%인 경우, 95 vol%: 5 vol%인 경우, 및 70 vol%: 30 vol%인 경우 각각에 대해 Applied Field(Oe)에 따른 Magnetization(emu/g)를 측정하여 Recoil 곡선 개형을, 도 22의 (a), 도 22의 (b), 및 도 23에 나타내었다. 22 and 23, when the volume fraction of the Sm 2 Co 17 magnetic crystal and the fcc-Co magnetic crystal layer is 97 vol%: 3 vol%, 95 vol%: 5 vol%, and 70 vol% In the case of 30 vol%, magnetization (emu / g) according to the Applied Field (Oe) was measured, and the Recoil curve modifications are shown in FIGS. 22A, 22B, and 23. .
도 22의 (a) 및 (b)에서 알 수 있듯이, Sm2Co17 자성 결정 및 fcc-Co 자성 결정층의 부피 분율이 97 vol%: 3 vol%인 경우, 95 vol%: 5 vol%인 경우의 상기 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유는, 폐쇄형 루프(closed loop)가 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 반면, 도 23에서 알 수 있듯이, Sm2Co17 자성 결정 및 fcc-Co 자성 결정층의 부피 분율이 70 vol%: 30 vol%인 경우의 상기 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유는, 개방형 루프(opened loop)가 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 폐쇄형 루프가 나타나는 하이브리드 자성 섬유의 경우, Sm2Co17 자성 결정 및 fcc-Co 자성 결정층 사이에 자기교환결합 효과가 나타나지만, 오픈형 루프가 나타나는 하이브리드 자성 섬유의 경우, Sm2Co17 자성 결정 및 fcc-Co 자성 결정층 사이에 자기교환결합 효과가 나타나지 않는 것을 의미한다. As can be seen from (a) and (b) of FIG. 22, when the volume fraction of the Sm 2 Co 17 magnetic crystal and the fcc-Co magnetic crystal layer is 97 vol%: 3 vol%, 95 vol%: 5 vol% In the case of the hybrid magnetic fiber according to Example 1, it was confirmed that a closed loop (closed loop) appears. On the other hand, as can be seen in Figure 23, when the volume fraction of the Sm 2 Co 17 magnetic crystals and fcc-Co magnetic crystal layer is 70 vol%: 30 vol% hybrid magnetic fiber according to the first embodiment, the open loop ( opened loop) appears. In the case of the hybrid magnetic fiber showing the closed loop, the magnetic exchange coupling effect between the Sm 2 Co 17 magnetic crystal and the fcc-Co magnetic crystal layer is shown, but in the case of the hybrid magnetic fiber showing the open loop, the Sm 2 Co 17 magnetic crystal and It means that the magnetic exchange coupling effect does not appear between the fcc-Co magnetic crystal layer.
도 24는 자성 경계층의 부피 분율이 서로 다른, 본 발명의 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유들의 Recoil susceptibility 값을 나타내는 그래프이다. 24 is a graph showing Recoil susceptibility values of hybrid magnetic fibers according to Example 1 of the present invention, in which the volume fractions of the magnetic boundary layers are different from each other.
도 24를 참조하면, fcc-Co 자성 경계층의 부피 분율이 1 vol% 초과인 경우(Co-excess-1), 3 vol% 초과인 경우(Co-excess-3), 5 vol% 초과인 경우(Co-excess-5), 및 30 vol% 초과인 경우(Co-excess-30)의 상기 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유 각각에 대해, H(kOe)에 따른 dM/dH(emu/(g.Oe))를 측정하여, Recoil susceptibility 값을 나타내었다. Referring to FIG. 24, when the volume fraction of the fcc-Co magnetic boundary layer is greater than 1 vol% (Co-excess-1), greater than 3 vol% (Co-excess-3), and greater than 5 vol% ( Co-excess-5), and for each of the hybrid magnetic fibers according to example 1 above 30 vol% (Co-excess-30), dM / dH (emu / (g. Oe)) was measured to indicate the value of Recoil susceptibility.
도 24에서 확인할 수 있듯이, fcc-Co 자성 경계층의 부피 분율이 1 vol% 초과인 경우(Co-excess-1), 3 vol% 초과인 경우(Co-excess-3), 및 5 vol% 초과인 경우(Co-excess-5)의 상기 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유는 1개의 피크(peak)가 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 하지만, fcc-Co 자성 경계층의 부피 분율이 30 vol% 초과인 경우(Co-excess-30)의 상기 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유는, 약 -7 kOe, 및 -2.5 kOe 부분에서 2개의 피크(peak)가 나타나는 것을 확인할 수 있었다. Recoil susceptibility 값을 나타내는 그래프에서, 1개의 피크는 Sm2Co17 자성 결정 및 fcc-Co 자성 결정층 사이에 자기교환결합 효과가 나타나는 것을 의미하고, 2개의 피크는 Sm2Co17 자성 결정 및 fcc-Co 자성 결정층 사이에 자기교환결합 효과가 나타나지 않은 것을 의미한다. As can be seen in Figure 24, when the volume fraction of the fcc-Co magnetic boundary layer is greater than 1 vol% (Co-excess-1), greater than 3 vol% (Co-excess-3), and greater than 5 vol% Hybrid magnetic fiber according to Example 1 of the case (Co-excess-5) was confirmed that one peak (peak) appears. However, the hybrid magnetic fiber according to Example 1 above when the volume fraction of the fcc-Co magnetic boundary layer is greater than 30 vol% (Co-excess-30) has two peaks at about −7 kOe and −2.5 kOe. It was confirmed that (peak) appeared. In the graph showing the Recoil susceptibility value, one peak means that a magnetic exchange coupling effect occurs between the Sm 2 Co 17 magnetic crystal and the fcc-Co magnetic crystal layer, and the two peaks indicate the Sm 2 Co 17 magnetic crystal and fcc- It means that the magnetic exchange coupling effect does not appear between the Co magnetic crystal layers.
도 25 내지 도 27은 본 발명의 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유를 제조하는 과정에서 열처리되는 온도에 따른 특성을 비교하는 그래프이다. 25 to 27 is a graph comparing the characteristics of the heat treatment in the process of producing a hybrid magnetic fiber according to Example 1 of the present invention.
도 25 내지 도 27을 참조하면, 예비 하이브리드 자성 섬유의 환원 단계에서 열처리되는 온도가 400℃, 500℃, 600℃, 700℃, 750℃, 및 800℃로 제어되어 형성된 상기 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유 각각에 대해, 2theta(deg.)에 따른 Relative intensity(a.u.)를 측정하여 X-ray diffraction 패턴을 나타내었다. 400℃, 500℃, 600℃, 및 700℃의 온도로 열처리된 하이브리드 자성 섬유는 도 25에 도시되고, 700℃, 750℃, 및 800℃이 온도로 열처리된 하이브리드 자성 섬유는 도 26에 도시되고, 도 26의 A부분에 대한 확대 그래프가 도 27에 도시된다. 25 to 27, the hybrid according to Example 1, wherein the temperature to be heat-treated in the reduction step of the preliminary hybrid magnetic fiber is controlled to be 400 ° C., 500 ° C., 600 ° C., 700 ° C., 750 ° C., and 800 ° C. For each of the magnetic fibers, Relative intensity (au) according to 2theta (deg.) Was measured to show an X-ray diffraction pattern. Hybrid magnetic fibers heat treated at temperatures of 400 ° C., 500 ° C., 600 ° C., and 700 ° C. are shown in FIG. 25, and hybrid magnetic fibers heat treated at temperatures of 700 ° C., 750 ° C., and 800 ° C. are shown in FIG. 26. FIG. 27 is an enlarged graph of part A of FIG. 26.
도 25 내지 도 27에서 확인할 수 있듯이, 환원 단계에서 열처리되는 온도가 400℃ 및 500℃인 경우, 희토류 산화물의 환원이 용이하게 이루어지지 않아, Sm2Co17 자성 결정 및 fcc-Co 자성 결정층의 혼합 구조가 측정되지 않은 것을 확인할 수 있었다. 또한, 환원단계에서 열처리되는 온도가 800℃인 경우 역시, Sm2Co17 자성 결정 및 fcc-Co 자성 결정층의 혼합 구조가 측정되지 않은 것을 확인할 수 있었다. 반면, 환원 단계에서 열처리되는 온도가 600℃, 700℃ 및 750℃인 경우, Sm2Co17 자성 결정 및 fcc-Co 자성 결정층의 혼합 구조가 용이하게 측정되는 것을 확인할 수 있었다. As can be seen in Figures 25 to 27, when the temperature to be heat-treated in the reduction step is 400 ℃ and 500 ℃, the rare earth oxide is not easily reduced, the Sm 2 Co 17 magnetic crystals and fcc-Co magnetic crystal layer It was confirmed that the mixed structure was not measured. In addition, when the temperature to be heat-treated in the reduction step is 800 ℃, it was also confirmed that the mixed structure of the Sm 2 Co 17 magnetic crystals and fcc-Co magnetic crystal layer was not measured. On the other hand, when the temperature to be heat-treated in the reduction step is 600 ℃, 700 ℃ and 750 ℃, it was confirmed that the mixed structure of the Sm 2 Co 17 magnetic crystal and fcc-Co magnetic crystal layer is easily measured.
도 28은 희토류 산화물의 열처리 온도에 따른 특성 변화를 나타내는 그래프이다. 28 is a graph showing a change in characteristics of the rare earth oxide with respect to the heat treatment temperature.
도 28을 참조하면, Sm2O3 희토류 산화물을 수소 분위기에서, 10℃/mim의 승온 속도로, 25℃부터 1000℃까지 열처리한 후, 열처리된 희토류 산화물의 질량 손실(weight loss, %)을 측정하여 나타내었다. 도 28에서 확인할 수 있듯이, 희토류 산화물의 경우, 1000℃의 온도로 열처리 되는 경우에도, 질량 손실이 거의 없어, 환원이 용이하게 이루어지지 않는 것을 확인할 수 있었다. Referring to FIG. 28, the Sm 2 O 3 rare earth oxide is heat-treated at 25 ° C. to 1000 ° C. at a temperature increase rate of 10 ° C./mim in a hydrogen atmosphere, and then the weight loss (%) of the heat treated rare earth oxide is determined. Measured and shown. As can be seen from FIG. 28, in the case of the rare earth oxide, even when heat-treated at a temperature of 1000 ° C., there was almost no mass loss, and it was confirmed that the reduction was not easy.
도 29 내지 도 31은 본 발명의 실시 예 1 및 실시 예 3에 따른 하이브리드 자성 섬유의 직경을 비교하는 사진 및 그래프이다. 29 to 31 are photographs and graphs comparing the diameters of the hybrid magnetic fibers according to Examples 1 and 3 of the present invention.
도 29를 참조하면, 상기 실시 예 3에 따른 하이브리드 자성 섬유를 SEM 촬영하여 도 29의 (a)에 도시하고, 하이브리드 자성 섬유의 직경을 측정하여 도 29의 (b)에 도시하였다. 도 29의 (a) 및 (b)에서 알 수 있듯이, 상기 실시 예 3에 따른 하이브리드 자성 섬유는, 직경이 250 nm 이하이고, 사슬구조를 갖는 것을 확인할 수 있었다. Referring to FIG. 29, a SEM image of the hybrid magnetic fiber according to Example 3 is shown in FIG. 29A, and the diameter of the hybrid magnetic fiber is measured and illustrated in FIG. 29B. As can be seen from (a) and (b) of FIG. 29, it was confirmed that the hybrid magnetic fiber according to Example 3 had a diameter of 250 nm or less and had a chain structure.
도 30 및 도 31을 참조하면, 약 500nm의 직경 및 약 1000nm의 직경을 갖는 상기 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유를 SEM촬영하여 각각 도 30의 (a) 및 도 31의 (a)에 도시하고, 각 하이브리드 자성 섬유의 지경을 측정하여 도 30의 (b) 및 도 31의 (b)에 도시하였다. 도 30 및 도 31에서 알 수 있듯이, 약 500 nm의 직경 및 약 1000 nm의 직경을 갖는 상기 실시 예1 에 따른 하이브리드 자성 섬유의 경우, 자성결정-자성 경계층 구조를 갖는 것을 확인할 수 있었다. 30 and 31, SEM images of the hybrid magnetic fibers according to Example 1 having a diameter of about 500 nm and a diameter of about 1000 nm are shown in FIGS. 30A and 31A, respectively. The diameters of the hybrid magnetic fibers were measured and shown in FIGS. 30B and 31B. As can be seen in FIGS. 30 and 31, the hybrid magnetic fiber according to Example 1 having a diameter of about 500 nm and a diameter of about 1000 nm has a magnetic crystal-magnetic boundary layer structure.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.As mentioned above, although this invention was demonstrated in detail using the preferable embodiment, the scope of the present invention is not limited to a specific embodiment, Comprising: It should be interpreted by the attached Claim. In addition, those skilled in the art should understand that many modifications and variations are possible without departing from the scope of the present invention.
본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 자성 섬유는 영구 자석, 전기 모터, 마이크로 릴레이, 센서 등 다양한 산업 분야에 활용될 수 있다.Hybrid magnetic fiber according to an embodiment of the present invention can be utilized in various industrial fields, such as permanent magnets, electric motors, micro relays, sensors.

Claims (14)

  1. 희토류 원소를 포함하는 제1 소스 물질, 및 전이금속 원소를 포함하는 제2 소스 물질을 포함하는 소스 용액을 준비하는 단계; Preparing a source solution comprising a first source material comprising a rare earth element and a second source material comprising a transition metal element;
    상기 소스 용액을 전기 방사하여, 희토류 산화물 및 전이금속 산화물을 포함하는 예비 하이브리드 자성 섬유를 형성하는 단계; 및 Electrospinning the source solution to form preliminary hybrid magnetic fibers comprising rare earth oxides and transition metal oxides; And
    상기 예비 하이브리드 자성 섬유를 환원시켜, 상기 희토류 원소 및 상기 전이금속 원소의 화합물을 포함하는 자성 결정(magnetic crystal), 및 상기 전이금속 원소를 포함하는 자성 경계층(magnetic boundary layer)을 포함하는 하이브리드 자성 섬유를 형성하는 단계를 포함하는, 하이브리드 자성 섬유 제조방법. Reducing the preliminary hybrid magnetic fiber, the hybrid magnetic fiber comprising a magnetic crystal containing a compound of the rare earth element and the transition metal element, and a magnetic boundary layer containing the transition metal element Comprising a step of forming a, magnetic magnetic fiber manufacturing method.
  2. 제1 항에 있어서, According to claim 1,
    상기 자성 결정은 경자성(hard-magnetic) 특성을 갖고, 상기 자성 경계층은 연자성(soft-magnetic) 특성을 갖는 것을 포함하는, 하이브리드 자성 섬유 제조방법. Wherein said magnetic crystal has hard-magnetic properties, and said magnetic boundary layer has soft-magnetic properties.
  3. 제1 항에 있어서, According to claim 1,
    상기 자성 경계층은, 상기 자성 결정의 자화 거동을 따르는 것을 포함하는, 하이브리드 자성 섬유 제조방법. Wherein said magnetic boundary layer comprises following magnetization behavior of said magnetic crystals.
  4. 제1 항에 있어서, According to claim 1,
    상기 소스 용액 내의 상기 희토류 원소의 몰 분율은, 9.290 at% 초과 10.562 at% 미만인 것을 포함하는, 하이브리드 자성 섬유 제조방법. And wherein the mole fraction of the rare earth element in the source solution is greater than 9.290 at% and less than 10.562 at%.
  5. 제1 항에 있어서, According to claim 1,
    상기 하이브리드 자성 섬유 형성 단계는, The hybrid magnetic fiber forming step,
    상기 예비 하이브리드 자성 섬유를 환원제와 혼합하는 단계; Mixing the preliminary hybrid magnetic fibers with a reducing agent;
    상기 환원제와 혼합된 상기 예비 하이브리드 자성 섬유를 열처리하는 단계; 및Heat-treating the preliminary hybrid magnetic fibers mixed with the reducing agent; And
    열처리된 상기 예비 하이브리드 자성 섬유를, 세척 용액으로 세척하는 단계를 포함하는, 하이브리드 자성 섬유 제조방법. The heat-treated preliminary hybrid magnetic fibers, comprising the step of washing with a washing solution, hybrid magnetic fiber manufacturing method.
  6. 제5 항에 있어서, The method of claim 5,
    상기 환원제와 혼합된 상기 예비 하이브리드 자성 섬유는, 500℃ 초과 800℃ 미만의 온도에서 열처리 되는 것을 포함하는, 하이브리드 자성 섬유 제조방법. The preliminary hybrid magnetic fiber mixed with the reducing agent comprises a heat treatment at a temperature of more than 500 ℃ less than 800 ℃, hybrid magnetic fiber manufacturing method.
  7. 제5 항에 있어서, The method of claim 5,
    상기 환원제는, 칼슘(Ca)을 포함하는 하이브리드 자성 섬유 제조방법. The reducing agent is a hybrid magnetic fiber manufacturing method comprising calcium (Ca).
  8. 제5 항에 있어서, The method of claim 5,
    상기 세척 용액은, 염화암모늄(NH4Cl), 및 메탄올(CH3OH) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 하이브리드 자성 섬유 제조방법. The washing solution is a hybrid magnetic fiber manufacturing method comprising at least one of ammonium chloride (NH 4 Cl), and methanol (CH 3 OH).
  9. 제1 항에 있어서, According to claim 1,
    상기 소스 용액은, 금속을 포함하는 결정화 소스, 및 고분자를 포함하는 점성 소스를 더 포함하는 하이브리드 자성 섬유 제조방법. The source solution is a hybrid magnetic fiber manufacturing method further comprises a crystallization source containing a metal, and a viscous source containing a polymer.
  10. 제1 항에 있어서, According to claim 1,
    상기 희토류 원소는, La, Ce, Pr, Nd, Sm, 또는 Gd 중 어느 하나를 포함하는, 하이브리드 자성 섬유 제조방법. The rare earth element, La, Ce, Pr, Nd, Sm, or Gd, hybrid magnetic fiber manufacturing method.
  11. 제1 항에 있어서, According to claim 1,
    상기 전이금속 원소는, Fe, Co, 또는 Ni 중 어느 하나를 포함하는, 하이브리드 자성 섬유 제조방법. The transition metal element, any one of Fe, Co, or Ni, hybrid magnetic fiber manufacturing method.
  12. 희토류 원소, 및 전이금속 원소의 화합물을 포함하는 복수의 자성 결정(magnetic crystal); 및 A plurality of magnetic crystals comprising a rare earth element and a compound of a transition metal element; And
    서로 인접한 상기 자성 결정 사이에 배치되어, 상기 자성 결정을 둘러싸고, 상기 전이금속 원소를 포함하는 자성 경계층(magnetic boundary layer)을 포함하는, 하이브리드 자성 섬유. And a magnetic boundary layer disposed between the magnetic crystals adjacent to each other, surrounding the magnetic crystals, the magnetic boundary layer comprising the transition metal element.
  13. 제12 항에 있어서, The method of claim 12,
    상기 하이브리드 자성 섬유 내에서, 상기 자성 경계층의 부피 분율은, 0 vol% 초과 10 vol% 미만인 것을 포함하는, 하이브리드 자성 섬유. Wherein, in the hybrid magnetic fiber, the volume fraction of the magnetic boundary layer is greater than 0 vol% and less than 10 vol%.
  14. 제12 항에 있어서, The method of claim 12,
    상기 자성 결정은 경자성 특성을 갖고, 상기 자성 경계층은 연자성 특성을 가지며, The magnetic crystal has a hard magnetic property, the magnetic boundary layer has a soft magnetic property,
    상기 자성 경계층은, 상기 자성 결정의 자화 거동을 따르는 것을 포함하는, 하이브리드 자성 섬유. Wherein said magnetic boundary layer comprises magnetization behavior of said magnetic crystals.
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