WO2022080963A1 - 자성 분말의 제조 방법 - Google Patents

자성 분말의 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
WO2022080963A1
WO2022080963A1 PCT/KR2021/014392 KR2021014392W WO2022080963A1 WO 2022080963 A1 WO2022080963 A1 WO 2022080963A1 KR 2021014392 W KR2021014392 W KR 2021014392W WO 2022080963 A1 WO2022080963 A1 WO 2022080963A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
powder
magnetic powder
magnetic
calcium
preliminary
Prior art date
Application number
PCT/KR2021/014392
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
김종렬
이규태
강민규
Original Assignee
한양대학교 에리카산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한양대학교 에리카산학협력단 filed Critical 한양대학교 에리카산학협력단
Publication of WO2022080963A1 publication Critical patent/WO2022080963A1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/16—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes
    • B22F9/18—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with reduction of metal compounds
    • B22F9/20—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with reduction of metal compounds starting from solid metal compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/032—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of hard-magnetic materials
    • H01F1/04—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of hard-magnetic materials metals or alloys
    • H01F1/047—Alloys characterised by their composition
    • H01F1/053—Alloys characterised by their composition containing rare earth metals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/032—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of hard-magnetic materials
    • H01F1/04—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of hard-magnetic materials metals or alloys
    • H01F1/06—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of hard-magnetic materials metals or alloys in the form of particles, e.g. powder
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a magnetic powder, and more particularly, to a method for manufacturing a magnetic powder in which a base powder mixed with a rare earth element and a metal element is calcined and reduced.
  • the permanent magnet material has a characteristic of generating a magnetic field by itself because it has a high coercive force, and as an energy conversion material, it is widely used in industries that basically require motor devices, automobiles, aviation, sensor industries, and the like.
  • the higher the characteristics of permanent magnets, the lower the weight and volume of the motor. has been continuing
  • top-down and bottom-up processes have been conducted through top-down and bottom-up processes, and the top-down process uses casting or rapid solidification to form a permanent magnet material phase and then applies various crushing processes to determine the size, shape, and particle size of the particles. It is a technique to improve magnetic properties by controlling the microstructure of When a crushing process using high energy is applied, some of the crushing medium is introduced, or heat generated during crushing may cause a problem in that an oxide is formed in the permanent magnet material to deteriorate magnetic properties.
  • the bottom-up process including chemical synthesis and plasma vaporization, is a technique mainly used to obtain nanoparticles or nanostructures directly without a crushing process. In terms of aspect, there are difficulties in applying it to mass production.
  • One technical problem to be solved by the present invention is to provide a method of manufacturing a magnetic powder having improved magnetic properties.
  • Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a method for producing a magnetic powder of a single phase hard magnetic phase.
  • Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a method of manufacturing a magnetic powder in which the problem of deterioration of magnetic properties due to the crushing process is reduced.
  • Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a method of manufacturing a magnetic powder that can be manufactured by a simple process through existing devices.
  • Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a method for producing a magnetic powder that is easily accessible to mass production.
  • Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a method of manufacturing a magnetic powder capable of selectively manufacturing hard magnetic powder having various compositions.
  • the technical problem to be solved by the present invention is not limited to the above.
  • the present invention provides a method of manufacturing a magnetic powder.
  • a base powder is obtained by crushing a mixed powder in which a first source powder containing a rare earth element, a second source powder containing a metal element, and an additive containing calcium are mixed.
  • Preparing, calcining the base powder to prepare a preliminary magnetic powder comprising a reactant of calcium monoxide (CaO) in which the additive is thermally decomposed and the second source powder, and reducing the preliminary magnetic powder The method may include preparing a magnetic powder having a single phase of a compound of the rare earth element and the metal element.
  • the calcination temperature of the base powder may include that of 700 °C or more and less than 900 °C.
  • the content of calcium may include 38 at% or less of the rare earth element.
  • the preliminary magnetic powder in the step of preparing the magnetic powder by reducing the preliminary magnetic powder, is heat-treated together with a reducing agent, in a state in which the preliminary magnetic powder is disposed on the reducing agent, the preliminary magnetic powder It may include heat-treating the powder.
  • the preparing of the base powder includes preparing a mixed powder by mixing the first source powder, the second source powder, and the additive, and ball milling the mixed powder. milling) may include the step of crushing.
  • the method of manufacturing the magnetic powder may further include removing the calcium monoxide (CaO) from which the additive is thermally decomposed after the manufacturing of the magnetic powder.
  • CaO calcium monoxide
  • the rare earth element includes any one of samarium (Sm), neodymium (Nd), lanthanum (La), cerium (Ce), and praseodymium (Pr), and the metal element is cobalt (Co). ), iron (Fe), copper (Cu), zirconium (Zr), chromium (Cr), tin (Sn), antimony (Sb), hafnium (Hf), manganese (Mn), bismuth (Bi), and nickel It may include any one of (Ni).
  • the magnetic powder may include one having a single phase of Sm 2 Co 17 .
  • the additive may include calcium acetate monohydrate (Ca(C 2 H 3 O 2 ) ⁇ H 2 O).
  • the first source powder containing samarium (Sm), the second source powder containing cobalt (Co), and the additive containing calcium are mixed by crushing the mixed powder.
  • a base powder calcining the base powder to prepare a preliminary magnetic powder including a reactant of calcium monoxide (CaO) in which the additive is thermally decomposed and the second source powder, and the preliminary magnetic powder by reducing to prepare a single-phase samarium-cobalt (Sm-Co) magnetic powder, wherein the contents of the samarium and the cobalt in the mixed powder and the calcination temperature of the base powder are controlled, Sm 2 Co 17 Or it may include preparing a single phase of any one of SmCo 5 .
  • the magnetic powder when the content of cobalt relative to the content of samarium in the mixed powder is controlled to be 7.3 at% to 8.5 at%, the magnetic powder may include having a Sm 2 Co 17 single phase. .
  • the magnetic powder when the content of cobalt relative to the content of samarium in the mixed powder is controlled to be 4.5 at% to 5.0 at%, the magnetic powder may include a single phase of SmCo 5 .
  • the calcination temperature of the base powder may include that of 700 °C or more and less than 900 °C.
  • the method for manufacturing a magnetic powder comprises crushing a mixed powder in which a first source powder containing a rare earth element, a second source powder containing a metal element, and an additive containing calcium are mixed to obtain a base powder.
  • preparing a preliminary magnetic powder comprising a reactant of calcium monoxide (CaO) in which the additive is thermally decomposed and the second source powder by calcining the base powder, and reducing the preliminary magnetic powder , preparing a magnetic powder having a single phase (hard magnetic phase) of a compound of the rare earth element and the metal element. That is, the crushing process may be performed before the hard magnetic phase is formed.
  • CaO calcium monoxide
  • FIG. 1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a magnetic powder according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing a manufacturing process of a magnetic powder according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a view for explaining a reduction step of the preliminary magnetic powder in the method of manufacturing the magnetic powder according to an embodiment of the present invention.
  • Example 4 is an image showing materials used in the manufacturing process of the magnetic powder according to Example 1 of the present invention.
  • Example 5 is an image illustrating a change in a preliminary magnetic powder according to a change in a calcination temperature in the manufacturing process of the magnetic powder according to Example 1 of the present invention.
  • FIG. 6 is an image illustrating a change in magnetic powder according to a change in a calcination temperature in the manufacturing process of the magnetic powder according to Example 1 of the present invention.
  • FIG. 7 and 8 are images showing changes in the magnetic powder according to the change in the content of calcium acetic acid monohydrate in the manufacturing process of the magnetic powder according to Example 1 of the present invention.
  • FIG 11 is a graph illustrating a change in the structure of a magnetic powder according to a change in a calcination temperature in the manufacturing process of the magnetic powder according to Example 1 of the present invention.
  • Example 12 is a graph showing the structural change of the magnetic powder according to the change in the content of calcium acetic acid monohydrate in the manufacturing process of the magnetic powder according to Example 1 of the present invention.
  • 13 and 14 are graphs showing changes in the properties of the magnetic powder according to the change in the content of calcium acetic acid monohydrate during the manufacturing process of the magnetic powder according to Example 1 of the present invention.
  • Example 15 is a graph showing the measurement result of the vibrating sample susceptibility of the magnetic powder according to Example 2 of the present invention.
  • Example 16 is a graph showing the results of X-ray diffraction analysis of the magnetic powder according to Example 2 of the present invention.
  • 17 and 18 are graphs comparing properties of magnetic powders according to Example 1, Comparative Example 2, and Comparative Example 3 of the present invention.
  • 19 and 20 are graphs comparing the properties of the magnetic powder according to Comparative Example 1 and Example 1 of the present invention.
  • first, second, third, etc. 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. Accordingly, what is referred to as a first component in one embodiment may be referred to as a second component in another embodiment.
  • 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 a complementary embodiment thereof.
  • 'and/or' is used in the sense of including at least one of the components listed before and after.
  • connection is used in a sense including both indirectly connecting a plurality of components and directly connecting a plurality of components.
  • FIG. 1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a magnetic powder according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a view showing a manufacturing process of a magnetic powder according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is an embodiment of the present invention It is a view for explaining the reduction step of the preliminary magnetic powder in the manufacturing method of the magnetic powder according to the.
  • the mixed powder 100 in which the first source powder 110 , the second source powder 120 , and the additive 130 are mixed may be prepared.
  • the first source powder 110 may include a rare earth element.
  • the rare earth element may include any one of samarium (Sm), neodymium (Nd), lanthanum (La), cerium (Ce), and praseodymium (Pr).
  • the first source powder 110 may include samarium (III) oxide (Sm 2 O 3 ).
  • the second source powder 120 may include a metal element.
  • the metal element is cobalt (Co), iron (Fe), copper (Cu), zirconium (Zr), chromium (Cr), tin (Sn), antimony (Sb), hafnium (Hf), manganese (Mn), bismuth (Bi), and may include any one of nickel (Ni).
  • the second source powder 120 may include cobalt (II) oxide (CoO).
  • the additive 130 may include calcium (Ca).
  • the additive 130 may include calcium acetate monohydrate (Ca(C 2 H 3 O 2 ) ⁇ H 2 O).
  • the additive 130 may include a calcium compound such as calcium monoxide (CaO).
  • the additive 130 may prevent diffusion due to contact between magnetic powders and prevent coarsening of the magnetic powder in the step of manufacturing the magnetic powder by reducing the preliminary magnetic powder, which will be described later.
  • magnetic powder as the powder coarsens, there may be a problem in that magnetic properties are deteriorated.
  • the additive 130 is mixed in the step of preparing the mixed powder, so the coarsening phenomenon of the magnetic powder is prevented, so the characteristics of the magnetic powder The deterioration problem can be reduced.
  • the content of the metal element (eg, cobalt) compared to the rare earth element (eg, samarium) in the mixed powder 100 may be controlled.
  • the content of the metal element (eg, cobalt) relative to the rare earth element (eg, samarium) is 7.3 at% to 8.5 at% (eg, samarium 10.5 to 12.0 at%, cobalt 88.0 to 89.5 at%) can be controlled.
  • the magnetic powder to be described later may have a Sm 2 Co 17 single phase.
  • the content of the metal element (eg, cobalt) relative to the rare earth element (eg, samarium) is 4.5 at% to 5.0 at% (eg, samarium 16.7 to 18.0 at%, cobalt 82.0 to 83.3 at%) can be controlled.
  • the magnetic powder to be described later may have a SmCo 5 single phase.
  • the content of the calcium (Ca) in the mixed powder 100 may be controlled. Specifically, the content of calcium (Ca) in the mixed powder 100 may be controlled to be 38 at% or less compared to the rare earth element (eg, samarium). Accordingly, the magnetic properties of the magnetic powder to be described later may be improved. On the other hand, when the content of calcium (Ca) in the mixed powder 100 exceeds 38 at%, a problem in that magnetic properties of the magnetic powder to be described below are deteriorated may occur. In addition, when the content of calcium (Ca) in the mixed powder 100 exceeds 38 at%, in the calcium monoxide (CaO) removal step to be described later, a problem may occur that calcium monoxide is not easily removed. there is. In addition, the overall process cost increases, the production amount of magnetic powder to be described later decreases, and it may be difficult to maintain the uniformity of the composition.
  • the rare earth element eg, samarium
  • the first source powder eg, Sm 2 O 3
  • the second source powder eg, CoO
  • the additive eg, Ca( ac)
  • the specific content of 2 is summarized in ⁇ Table 1> below.
  • the mixed powder 100 may be crushed to prepare the base powder 200 (S100). According to an embodiment, the mixed powder 100 may be crushed through a ball milling process as shown in FIG. 2 .
  • the base powder 200 may be calcined to prepare a preliminary magnetic powder 300 ( S200 ).
  • the preliminary magnetic powder 300 may include the rare earth element (eg, samarium)-the metal element (eg, cobalt)-calcium oxide (Sm-Co-Ca-O). there is.
  • the additive 130 may be thermally decomposed.
  • the additive 130 may be thermally decomposed in the order of calcium carbonate (CaCO 3 ) and calcium monoxide (CaO) according to the calcination temperature.
  • the calcium monoxide (CaO) and the second source powder 120 react to form the preliminary magnetic powder 300 .
  • the calcium monoxide (CaO) and the second source powder 120 (eg, CoO) react to form the preliminary magnetic powder 300 .
  • constituent elements of the preliminary magnetic powder 300 may be uniformly rearranged. For this reason, the magnetic powder to be described later may have a single phase.
  • the base powder 200 may be calcined at a temperature of 700 °C or higher.
  • the additive 130 may be thermally decomposed to generate the calcium monoxide (CaO), and the calcium monoxide (CaO) may react with the second source powder 120 (eg, CoO).
  • the base powder 200 is calcined at a temperature of less than 700° C.
  • the calcium monoxide (CaO) may not be generated from the additive 130 . Accordingly, the rearrangement of the constituent elements of the preliminary magnetic powder 300 does not occur, so that the magnetic powder to be described later may not have a single phase.
  • the base powder 200 is calcined at a temperature of 900° C. or higher, the magnetic powder to be described later may not have a single phase.
  • the magnetic powder to be described later may have a single phase.
  • the preliminary magnetic powder 300 may be reduced to produce the magnetic powder 400 (S300).
  • the preliminary magnetic powder 300 may be reduced by heat treatment with a reducing agent (ReA).
  • the reducing agent (ReA) may include any one of calcium (Ca) or calcium hydride (CaH 2 ).
  • the preliminary magnetic powder 300 in a state in which the preliminary magnetic powder 300 is disposed on the reducing agent ReA, the preliminary magnetic powder 300 may be heat-treated. In this case, despite an increase in batches of the preliminary magnetic powder 300 , the size of the particles included in the preliminary magnetic powder 300 may be maintained substantially constant. Accordingly, the coercive force of the magnetic powder 400 may be maintained substantially constant.
  • the preliminary magnetic powder 300 when heat treatment is performed in a state in which the reducing agent (ReA) and the preliminary magnetic powder 300 are mixed, the preliminary magnetic powder 300 is included as the batches of the preliminary magnetic powder 300 increase. The particle size may increase. Due to this, there may be a problem in that the coercive force of the magnetic powder 400 is reduced.
  • the magnetic powder 400 may have a single phase of a hard magnetic phase.
  • the magnetic powder 400 may have a Sm 2 Co 17 single phase.
  • the content of the metal element (eg, cobalt) relative to the rare earth element (eg, samarium) is controlled to be 7.3 at% to 8.5 at%, and the base powder
  • the calcination temperature of (200) is controlled to be 700° C. or more and less than 900° C.
  • the magnetic powder 400 having a Sm 2 Co 17 single phase can be manufactured.
  • the magnetic powder 400 may have a SmCo 5 single phase.
  • the content of the metal element (eg, cobalt) relative to the rare earth element (eg, samarium) is controlled to 4.5 at% to 5.0 at%, and the base powder
  • the calcination temperature of 200 is controlled to be 700° C. or more and less than 900° C.
  • the calcium monoxide (CaO) obtained by thermal decomposition of the additive 130 may be removed.
  • the calcium monoxide (CaO) obtained by thermal decomposition of the additive 130 may be removed.
  • a mixed solution of ammonium chloride (NH 4 Cl) and methanol (CH 3 OH) around the magnetic powder 400 of the calcium monoxide (CaO) may be removed.
  • a metal constituting the hard magnetic phase is formed through a process such as casting to form an ingot or ribbon having a hard magnetic phase, and then high energy is applied by a traditional powder metallurgy method such as a milling process. It was prepared by application.
  • a traditional powder metallurgy method such as a milling process.
  • a part of the crushing medium is introduced or the material composed of the rare earth element is oxidized by heat generated during the crushing process to induce the magnetic properties of the hard magnetic powder. This reduction problem occurred.
  • care must be taken in handling chemically unstable rare-earth metals in manufacturing ingots or ribbons made of the first hard magnetic phase, and high cost is required to construct facilities for melting and heat-treating metals at high temperatures.
  • Preparing the preliminary magnetic powder 300 including (CaO) and a reactant of the second source powder 120 , and reducing the preliminary magnetic powder 300 to obtain the rare earth element and the metal element It may include preparing the magnetic powder 400 having a single phase (hard magnetic phase) of the compound. That is, the crushing process may be performed before the hard magnetic phase is formed.
  • CoO Cobalt monoxide
  • Sm 2 O 3 samarium trioxide
  • Ca(C 2 H 3 O 2 ) ⁇ H 2 O powder were put into a 100ml PET bottle, and put into the bottle.
  • the materials were mixed using a vortex mixer to prepare a mixed powder.
  • the alumina balls are put into the wide-mouth bottle so that the weight ratio of the 3 mm diameter alumina balls and the mixed powder is 1:10, and the balls are milled at a speed of 150 to 300 rpm for 1 to 10 hours, and a 1.18 mm mesh sieve is sieved. Through separation, a base powder was prepared.
  • the prepared base powder was transferred to an alumina crucible, placed in an electric furnace, and calcined at a temperature of 10° C. per minute to prepare an Sm-Co-Ca-O preliminary magnetic powder.
  • the prepared preliminary magnetic powder is put in a stainless steel crucible together with a calcium reducing agent, reached a temperature of 700 ⁇ 1000 °C using an electric furnace at a temperature increase rate of 5 ⁇ 10 °C / min, and then an inert gas atmosphere (argon or nitrogen for 1 hour) atmosphere), but the heat treatment was performed in a state where the preliminary magnetic powder was placed on the calcium reducing agent in a state where the calcium reducing agent was laid on the floor.
  • the magnetic powder according to Example 1 having a Sm 2 Co 17 single phase was prepared by washing with a mixed solution of ammonium chloride (NH 4 Cl) and methanol to remove calcium monoxide (CaO).
  • NH 4 Cl ammonium chloride
  • CaO calcium monoxide
  • the magnetic powder according to Comparative Example 2 was prepared by reducing at a temperature of 900° C. without a ball milling process and a calcining process.
  • the magnetic powder according to Comparative Example 3 was prepared by reducing at a temperature of 900° C. without a calcination process.
  • Example 4 is an image showing materials used in the manufacturing process of the magnetic powder according to Example 1 of the present invention.
  • Fig. 4 (a) it was confirmed that cobalt monoxide (CoO) has a spherical shape and a powder having a wide particle size distribution is aggregated to exist, and as can be seen in Fig. 4 (b), trioxide Samarium (Sm 2 O 3 ) was found to exist in a form having an irregular shape and a size of several ⁇ m, and as can be seen in FIG. 4 (c), calcium acetic acid monohydrate (Ca(ac) 2 ) was It was confirmed that most had a rod shape and was in the form of a powder with a size of about 100 ⁇ m.
  • CoO cobalt monoxide
  • the base powder is the cobalt monoxide (CoO), samarium trioxide (Sm 2 O 3 ), and calcium acetic acid monohydrate (Ca(ac) 2 ) is crushed and mixed powder was found to exist in the form of
  • CoO cobalt monoxide
  • Sm 2 O 3 samarium trioxide
  • Ca(ac) 2 calcium acetic acid monohydrate
  • Example 5 is an image illustrating a change in a preliminary magnetic powder according to a change in a calcination temperature in the manufacturing process of the magnetic powder according to Example 1 of the present invention.
  • the magnetic powder according to Example 1 was prepared, and the temperature for calcining the base powder was controlled to 700°C, 800°C, 900°C, and 1000°C, respectively.
  • FIG. 6 is an image illustrating a change in magnetic powder according to a change in a calcination temperature in the manufacturing process of the magnetic powder according to Example 1 of the present invention.
  • FIG. 7 and 8 are images showing changes in the magnetic powder according to the change in the content of calcium acetic acid monohydrate in the manufacturing process of the magnetic powder according to Example 1 of the present invention.
  • Example 7 the magnetic powder according to Example 1 was prepared, but the content of calcium acetic acid monohydrate was controlled to 3 g, 6 g, 9 g, 12 g, 15 g, and 18 g, and prepared at each content. An SEM image of the magnetic powder is shown.
  • FIGS. 9A and 9B an SEM image of the magnetic powder according to Comparative Example 1 is shown.
  • FIGS. 10A and 10B the SEM image according to Example 1 is shown.
  • An SEM image of the magnetic powder is shown.
  • (a) of FIG. 9 is an SEM image of a 0.25 g batch state of Comparative Example 1
  • FIG. 9 (b) is an SEM image of a 0.5 g batch state of Comparative Example 1
  • FIG. (a) is an SEM image of the 0.5 g batch state of Example 1
  • FIG. 10 (b) is an SEM image of the 1 g batch state of Example 1.
  • FIG 11 is a graph illustrating a change in the structure of a magnetic powder according to a change in a calcination temperature in the manufacturing process of the magnetic powder according to Example 1 of the present invention.
  • the magnetic powder prepared at the calcination temperature of 700° C. and 800° C. has a single phase of Sm 2 Co 17 , but the magnetic powder prepared at the calcination temperature of 900° C. and 1000° C. has Sm 2 Co 17 and SmCo 5 .
  • Example 12 is a graph showing the structural change of the magnetic powder according to the change in the content of calcium acetic acid monohydrate in the manufacturing process of the magnetic powder according to Example 1 of the present invention.
  • Example 1 a magnetic powder according to Example 1 was prepared, but the content of calcium acetic acid monohydrate was controlled to 3 g, 6 g, 9 g, 12 g, and 15 g, and X for the magnetic powder prepared at each content - Shown by performing line diffraction analysis. As can be seen in FIG. 12 , it was confirmed that the Sm 2 Co 17 phase was formed in all magnetic powders.
  • 13 and 14 are graphs showing changes in the properties of the magnetic powder according to the change in the content of calcium acetic acid monohydrate during the manufacturing process of the magnetic powder according to Example 1 of the present invention.
  • the magnetic powder according to Example 1 was prepared, but the content of calcium acetic acid monohydrate was controlled to 3 g, 6 g, 9 g, 12 g, 15 g, and 18 g, and prepared at each content
  • the magnetic powder was shown by measuring the vibration sample susceptibility meter. More specifically, FIG. 14 shows that the magnetic susceptibility analysis shows the maximum magnetic energy product ((BH) max , MGOe), the degree of alignment (M r /M s ), and the coercive force (H) when the magnitude of the external magnetic field is measured under the condition of up to 2.5 Tesla.
  • FIG. 15 is a graph showing the measurement result of the vibration sample susceptibility of the magnetic powder according to Example 2 of the present invention
  • FIG. 16 is a graph showing the result of X-ray diffraction analysis of the magnetic powder according to Example 2 of the present invention.
  • the susceptibility of a vibration sample was measured for the magnetic powder according to Example 2 and shown in FIG. 15 , and X-ray rotation analysis was performed and the results are shown in FIG. 16 .
  • the magnetic powder according to Example 2 exhibited a high degree of alignment (M r /M s ) of 0.98, and it was confirmed that it had a high coercive force outside the measurement range.
  • the magnetic powder after alignment had a (002) diffraction peak strongly formed. It was confirmed that anisotropic characteristics were exhibited.
  • 17 and 18 are graphs comparing properties of magnetic powders according to Example 1, Comparative Example 2, and Comparative Example 3 of the present invention.
  • Condition 1 black line
  • Condition 2 red line
  • Condition 3 blue line
  • Condition 4 pink line
  • 19 and 20 are graphs comparing the properties of the magnetic powder according to Comparative Example 1 and Example 1 of the present invention.
  • FIGS. 19 and 20 the magnetic powder according to Comparative Examples 1 and 1 was measured by a vibration sample susceptibility meter and shown. Specifically, Figure 19 is shown by measuring the state of the 0.25g batch (batch) and 0.5g batch (batch) state of Comparative Example 1, Figure 22 is the 0.25g batch (batch) state of Example 1, 0.5g batch ( batch) state, and 1g batch (batch) state was measured and shown.
  • the magnetic powder in the case of manufacturing the magnetic powder according to an embodiment of the present invention, in the process of reducing the preliminary magnetic powder, a calcium reducing agent is laid on the floor and heat treatment is performed in a state in which the preliminary magnetic powder is disposed on the calcium reducing agent, the magnetic powder It can be seen that the magnetic properties of the
  • the method of manufacturing a magnetic powder according to an embodiment of the present invention may be applied to the field of permanent magnetism.

Abstract

자성 분말의 제조 방법이 제공된다. 상기 자성 분말의 제조 방법은, 희토류 원소를 포함하는 제1 소스 분말, 금속 원소를 포함하는 제2 소스 분말, 및 칼슘을 포함하는 첨가제가 혼합된 혼합 분말을 파쇄하여 베이스 분말을 준비하는 단계, 상기 베이스 분말을 하소하여, 상기 첨가제가 열분해된 일산화 칼슘(CaO)과 상기 제2 소스 분말의 반응물질을 포함하는 예비 자성 분말을 제조하는 단계, 및 상기 예비 자성 분말을 환원시켜, 상기 희토류 원소 및 상기 금속 원소의 화합물의 단일상을 갖는 자성 분말을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

자성 분말의 제조 방법
본 발명은 자성 분말의 제조 방법에 관련된 것으로서, 보다 구체적으로는 희토류 원소 및 금속 원소가 혼합된 베이스 분말을 하소하고 환원시키는 자성 분말의 제조 방법에 관련된 것이다.
영구자석 재료는 높은 보자력을 갖기 때문에 스스로 자기장을 발생시킬 수 있는 특징을 가지며, 에너지 변환 재료로써, 기본적으로 모터 장치가 요구되는 산업 및 자동차, 항공, 센서 산업 등에 폭넓게 사용되고 있다. 특히 하이브리드, 전기 자동차와 같은 친환경 운송 수단에 사용되는 영구자석 모터의 경우, 영구자석의 특성이 높을수록 모터의 무게와 부피를 줄일 수 있기 때문에, 우수한 자기적 특성을 발휘하는 영구자석 재료에 대한 연구가 지속되어 왔다.
영구자석의 자기적 특성을 향상시키기 위해 새로운 조성의 영구자석 재료를 개발하거나 기존의 영구자석 재료의 미세조직을 제어하기 위한 연구 등이 활발하게 이뤄지고 있으며, 전자의 경우, 새로운 조성에 대한 광범위한 횟수의 실험이 요구되며, 새로운 조성을 발견하더라도, 영구자석에 적용하기 위한 공정에 대한 연구가 필요하기 때문에 상당한 시간과 노력이 소요될 수 있다.
후자의 경우, 하향식 및 상향식 공정을 통한 연구가 진행되어 왔으며, 하향식 공정은 주조 혹은 급속응고법 등을 이용하여 영구자석 재료의 상을 형성시킨 후 다양한 파쇄 공정을 적용하여 입자의 크기, 형태, 나아가 입자의 미세조직을 제어함으로써 자기적 특성을 향상시키고자 하는 기법이다. 높은 에너지를 이용하는 파쇄 공정이 적용될 경우, 파쇄 매체의 일부가 유입되거나, 파쇄 중에 발생하는 열이 영구자석 재료에 산화물을 형성시켜 자기적 특성을 열화시키는 문제가 발생할 수 있다.
화학적 합성 및 플라즈마 기화 공정 등을 포함하는 상향식 공정은 나노 입자 혹은 나노 구조를 파쇄 공정 없이 직접 얻고자 할 때 주로 사용되는 기법으로써, 파쇄 공정이 불필요하여 상기 하향식 공정과 같은 문제는 발생하지 않으나 비용적인 측면에서 대량 생산에 적용하기에 어려움이 존재한다.
이에 따라, 상술된 문제점들을 최소화하면서도 특성이 높은 영구자석 재료를 제조하기 위한 다양한 기술들이 연구 및 개발되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 자기적 특성이 향상된 자성 분말의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 경자성상 단일상의 자성 분말의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 파쇄 공정에 따른 자기적 특성 저하 문제가 감소된 자성 분말의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 기존에 사용되는 장치들을 통해 간단한 공정으로 제조할 수 있는 자성 분말의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 대량생산으로의 접근이 용이한 자성 분말의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 다양한 조성의 경자성 분말을 선택적으로 제조할 수 있는 자성 분말의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.
상술된 기술적 과제들을 해결하기 위해 본 발명은 자성 분말의 제조 방법을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 자성 분말의 제조 방법은 희토류 원소를 포함하는 제1 소스 분말, 금속 원소를 포함하는 제2 소스 분말, 및 칼슘을 포함하는 첨가제가 혼합된 혼합 분말을 파쇄하여 베이스 분말을 준비하는 단계, 상기 베이스 분말을 하소하여, 상기 첨가제가 열분해된 일산화 칼슘(CaO)과 상기 제2 소스 분말의 반응물질을 포함하는 예비 자성 분말을 제조하는 단계, 및 상기 예비 자성 분말을 환원시켜, 상기 희토류 원소 및 상기 금속 원소의 화합물의 단일상을 갖는 자성 분말을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 예비 자성 분말을 제조하는 단계에서, 상기 베이스 분말의 하소 온도는 700℃ 이상 900℃ 미만인 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 혼합 분말 내에서, 상기 칼슘의 함량은 상기 희토류 원소 대비 38 at% 이하인 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 예비 자성 분말을 환원시켜 상기 자성 분말을 제조하는 단계에서, 상기 예비 자성 분말은 환원제와 함께 열처리되되, 상기 환원제 상에 상기 예비 자성 분말이 배치된 상태에서, 상기 예비 자성 분말이 열처리되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 베이스 분말을 제조하는 단계는, 상기 제1 소스 분말, 상기 제2 소스 분말, 및 상기 첨가제를 혼합하여 혼합 분말을 준비하는 단계, 및 상기 혼합 분말을, 볼 밀링(ball milling)하여 파쇄하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 자성 분말의 제조 방법은 상기 자성 분말을 제조하는 단계 이후, 상기 첨가제가 열분해된 상기 일산화 칼슘(CaO)을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 희토류 원소는 사마륨(Sm), 네오디뮴(Nd), 란타넘(La), 세륨(Ce), 및 프라세오디뮴(Pr) 중 어느 하나를 포함하고, 상기 금속 원소는 코발트(Co), 철(Fe), 구리(Cu), 지르코늄(Zr), 크로뮴(Cr), 주석(Sn), 안티모니(Sb), 하프늄(Hf), 망간(Mn), 비스무스(Bi), 및 니켈(Ni) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 자성 분말은, Sm2Co17 단일상을 갖는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 첨가제는, 칼슘 아세트산 1 수화물(Calcium acetate monohydrate, Ca(C2H3O2)·H2O)을 포함할 수 있다.
다른 실시 예에 따르면, 상기 자성 분말의 제조 방법은 사마륨(Sm)을 포함하는 제1 소스 분말, 코발트(Co)를 포함하는 제2 소스 분말, 및 칼슘을 포함하는 첨가제가 혼합된 혼합 분말을 파쇄하여 베이스 분말을 준비하는 단계, 상기 베이스 분말을 하소하여, 상기 첨가제가 열분해된 일산화 칼슘(CaO)과 상기 제2 소스 분말의 반응물질을 포함하는 예비 자성 분말을 제조하는 단계, 및 상기 예비 자성 분말을 환원시켜, 단일상의 사마륨-코발트(Sm-Co) 자성 분말을 제조하는 단계를 포함하되, 상기 혼합 분말 내의 상기 사마륨 및 상기 코발트의 함량과 상기 베이스 분말의 하소 온도를 제어하여, Sm2Co17 또는 SmCo5 중 어느 하나의 단일상을 제조하는 것을 포함할 수 있다.
다른 실시 예에 따르면, 상기 혼합 분말 내에서, 상기 사마륨 함량 대비 상기 코발트의 함량이 7.3 at% 내지 8.5 at%로 제어되는 경우, 상기 자성 분말은 Sm2Co17 단일상을 갖는 것을 포함할 수 있다.
다른 실시 예에 따르면, 상기 혼합 분말 내에서, 상기 사마륨 함량 대비 상기 코발트의 함량이 4.5 at% 내지 5.0 at%로 제어되는 경우, 상기 자성 분말은 SmCo5 단일상을 갖는 것을 포함할 수 있다.
다른 실시 예에 따르면, 상기 베이스 분말의 하소 온도는 700℃ 이상 900℃ 미만인 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 자성 분말의 제조 방법은, 희토류 원소를 포함하는 제1 소스 분말, 금속 원소를 포함하는 제2 소스 분말, 및 칼슘을 포함하는 첨가제가 혼합된 혼합 분말을 파쇄하여 베이스 분말을 준비하는 단계, 상기 베이스 분말을 하소하여, 상기 첨가제가 열분해된 일산화 칼슘(CaO)과 상기 제2 소스 분말의 반응물질을 포함하는 예비 자성 분말을 제조하는 단계, 및 상기 예비 자성 분말을 환원시켜, 상기 희토류 원소 및 상기 금속 원소의 화합물의 단일상(경자성상)을 갖는 자성 분말을 제조하는 단계를 포함할 수 있다. 즉, 경자성상이 형성되기 전 파쇄 공정이 수행될 수 있다.
이에 따라, 경자성상이 형성된 후 파쇄 공정이 수행되던 기존의 경자성상 분말 제조 공정과 비교하여, 파쇄로 인한 자기적 특성 저하 문제가 감소될 수 있다. 또한, 기존에 널리 사용되는 장치들을 통해 제조될 수 있으므로, 설비의 준비가 용이하며 대량생산으로의 접근이 용이한 장점이 있다. 뿐만 아니라, 대부분의 상업적으로 사용되는 희토류 영구자석 재료의 경우 환원 열처리 공정을 통해 쉽게 상을 형성할 수 있으므로, 다양한 조성의 경자성 분말을 선택적으로 제조할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 자성 분말의 제조 방법을 설명하는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 자성 분말의 제조 공정을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 자성 분말의 제조 방법 중 예비 자성 분말의 환원 단계를 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예 1에 따른 자성 분말의 제조 과정에 사용된 재료들을 나타내는 이미지이다.
도 5는 본 발명의 실시 예 1에 따른 자성 분말의 제조 과정에서 하소 온도의 변화에 따른 예비 자성 분말의 변화를 나타내는 이미지이다.
도 6은 본 발명의 실시 예 1에 따른 자성 분말의 제조 과정에서 하소 온도의 변화에 따른 자성 분말의 변화를 나타내는 이미지이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시 예 1에 따른 자성 분말의 제조 과정에서 칼슘 아세트산 1 수화물의 함량 변화에 따른 자성 분말의 변화를 나타내는 이미지이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 비교 예 1 및 실시 예 1에 따른 자성 분말을 비교하는 이미지이다.
도 11은 본 발명의 실시 예 1에 따른 자성 분말의 제조 과정에서 하소 온도의 변화에 따른 자성 분말의 구조 변화를 나타내는 그래프이다.
도 12는 본 발명의 실시 예 1에 따른 자성 분말의 제조 과정에서 칼슘 아세트산 1 수화물의 함량 변화에 따른 자성 분말의 구조 변화를 나타내는 그래프이다.
도 13 및 도 14는 본 발명의 실시 예 1에 따른 자성 분말의 제조 과정에서 칼슘 아세트산 1 수화물의 함량 변화에 따른 자성 분말의 특성 변화를 나타내는 그래프이다.
도 15는 본 발명의 실시 예 2에 따른 자성 분말의 진동시료 자화율 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 16은 본 발명의 실시 예 2에 따른 자성 분말의 X-선 회절분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 17 및 도 18은 본 발명의 실시 예 1, 비교 예 2, 및 비교 예 3에 따른 자성 분말의 특성을 비교하는 그래프이다.
도 19 및 도 20은 본 발명의 비교 예 1 및 실시 예 1에 따른 자성 분말의 특성을 비교하는 그래프이다.
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 구체화될 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.
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.
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.
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.
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.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 자성 분말의 제조 방법을 설명하는 순서도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 자성 분말의 제조 공정을 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 자성 분말의 제조 방법 중 예비 자성 분말의 환원 단계를 설명하는 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 제1 소스 분말(110), 제2 소스 분말(120), 및 첨가제(130)가 혼합된 혼합 분말(100)이 준비될 수 있다. 상기 제1 소스 분말(110)은 희토류 원소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 희토류 원소는 사마륨(Sm), 네오디뮴(Nd), 란타넘(La), 세륨(Ce), 및 프라세오디뮴(Pr) 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 소스 분말(110)은 삼산화 사마륨(Samarium(III) oxide, Sm2O3)을 포함할 수 있다.
이와 달리, 상기 제2 소스 분말(120)은 금속 원소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 금속 원소는 코발트(Co), 철(Fe), 구리(Cu), 지르코늄(Zr), 크로뮴(Cr), 주석(Sn), 안티모니(Sb), 하프늄(Hf), 망간(Mn), 비스무스(Bi), 및 니켈(Ni) 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 소스 분말(120)은 일산화 코발트(Cobalt(II) oxide, CoO)를 포함할 수 있다.
상기 첨가제(130)는 칼슘(Ca)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 첨가제(130)는 칼슘 아세트산 1 수화물(Calcium acetate monohydrate, Ca(C2H3O2)·H2O)을 포함할 수 있다. 이와 달리, 다른 예를 들어, 상기 첨가제(130)는 일산화 칼슘(CaO) 등의 칼슘 화합물을 포함할 수 있다.
상기 첨가제(130)는, 후술되는 예비 자성 분말을 환원시켜 자성 분말을 제조하는 단계에서, 자성 분말 간의 접촉에 의한 확산을 방지하고 자성 분말의 조대화 현상을 방지할 수 있다. 자성 분말의 경우, 분말이 조대화됨에 따라 자성 특성이 열화되는 문제점이 발생될 수 있다. 하지만, 상술된 바와 같이, 상기 실시 예에 따른 자성 분말의 제조 방법은, 상기 혼합 분말을 준비하는 단계에서 상기 첨가제(130)가 혼합됨에 따라, 자성 분말의 조대화 현상이 방지됨으로 자성 분말의 특성 열화 문제가 감소될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 혼합 분말(100) 내의 상기 희토류 원소(예를 들어, 사마륨) 대비 상기 금속 원소(예를 들어, 코발트)의 함량이 제어될 수 있다. 구체적으로, 상기 희토류 원소(예를 들어, 사마륨) 대비 상기 금속 원소(예를 들어, 코발트)의 함량은 7.3 at% 내지 8.5 at%로(예를 들어, 사마륨 10.5~12.0 at%, 코발트 88.0~89.5 at%) 제어될 수 있다. 이 경우, 후술되는 자성 분말은 Sm2Co17 단일상을 가질 수 있다. 이와 달리, 상기 희토류 원소(예를 들어, 사마륨) 대비 상기 금속 원소(예를 들어, 코발트)의 함량은 4.5 at% 내지 5.0 at%로(예를 들어, 사마륨 16.7~18.0 at%, 코발트 82.0~83.3 at%) 제어될 수 있다. 이 경우, 후술되는 자성 분말은 SmCo5 단일상을 가질 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 혼합 분말(100) 내에서 상기 칼슘(Ca)의 함량이 제어될 수 있다. 구체적으로, 상기 혼합 분말(100) 내에서 상기 칼슘(Ca)의 함량은 상기 희토류 원소(예를 들어, 사마륨) 대비 38 at% 이하로 제어될 수 있다. 이에 따라, 후술되는 자성 분말의 자성 특성이 향상될 수 있다. 이와 달리, 상기 혼합 분말(100) 내에서 상기 칼슘(Ca)의 함량이 38 at%를 초과하는 경우, 후술되는 자성 분말의 자성 특성이 저하되는 문제점이 발생될 수 있다. 또한, 상기 혼합 분말(100) 내에서 상기 칼슘(Ca)의 함량이 38 at%를 초과하는 경우, 후술되는 일산화 칼슘(CaO) 제거 단계에서, 일산화 칼슘이 용이하게 제거되지 않는 문제점이 발생될 수 있다. 뿐만 아니라, 전체적인 공정 비용이 증가하고, 후술되는 자성 분말의 제조량이 저하되며, 조성의 균일성을 유지하기 어려운 문제점이 발생될 수 있다.
상기 혼합 분말(100)을 준비하는데 사용된 상기 제1 소스 분말(예를 들어, Sm2O3), 상기 제2 소스 분말(예를 들어, CoO), 및 상기 첨가제(예를 들어, Ca(ac)2)의 구체적인 함량은 아래의 <표 1>을 통해 정리된다.
자성 분말 Phase Sm2Co17 SmCo5
Sm2O3 함량 (g) 0.4359 0.6539
CoO 함량 (g) 1.4987 1.4057
Ca(ac)2 함량 (g) 0~15 0~15
Sm: Co: Ca 비율 (at%) 1: 8: 0~38 1: 5: 0~25
Yield (g) ~1
상기 혼합 분말(100)이 파쇄되어, 베이스 분말(200)이 준비될 수 있다(S100). 일 실시 예에 따르면, 상기 혼합 분말(100)은 도 2에 도시된 바와 같이 볼 밀링(ball milling) 공정을 통해 파쇄될 수 있다.
상기 베이스 분말(200)이 준비된 후, 상기 베이스 분말(200)이 하소(Calcination)되어 예비 자성 분말(300)이 제조될 수 있다(S200). 예를 들어, 상기 예비 자성 분말(300)은 상기 희토류 원소(예를 들어, 사마륨)-상기 금속 원소(예를 들어, 코발트)-칼슘의 산화물(Sm-Co-Ca-O)을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 베이스 분말(200)이 하소되는 경우, 상기 첨가제(130)가 열분해될 수 있다. 상기 첨가제(130)는 하소 온도에 따라 탄산 칼슘(CaCO3), 일산화 칼슘(CaO)의 순서로 열분해될 수 있다. 상기 첨가제(130)가 상기 일산화 칼슘(CaO)으로 분해되는 경우, 상기 일산화 칼슘(CaO)과 상기 제2 소스 분말(120, 예를 들어, CoO)이 반응되어, 상기 예비 자성 분말(300)이 형성될 수 있다. 상기 일산화 칼슘(CaO)과 상기 제2 소스 분말(120, 예를 들어, CoO)이 반응되는 경우, 상기 예비 자성 분말(300)의 구성 원소들이 균일하게 재배치될 수 있다. 이로 인해, 후술되는 자성 분말은 단일상을 가질 수 있다.
예를 들어, 상기 베이스 분말(200)은 700℃ 이상의 온도에서 하소될 수 있다. 이 경우, 상기 첨가제(130)가 열분해되어 상기 일산화 칼슘(CaO)이 생성되고, 상기 일산화 칼슘(CaO)과 상기 제2 소스 분말(120, 예를 들어, CoO)이 반응될 수 있다. 이와 달리, 상기 베이스 분말(200)이 700℃ 미만의 온도에서 하소되는 경우, 상기 첨가제(130)로부터 상기 일산화 칼슘(CaO)이 생성되지 못할 수 있다. 이에 따라, 상기 예비 자성 분말(300)의 구성 원소들의 재배치가 발생되지 않아, 후술되는 자성 분말이 단일상을 갖지 못할 수 있다. 또한, 상기 베이스 분말(200)이 900℃ 이상의 온도에서 하소되는 경우, 후술되는 자성 분말이 단일상을 갖지 못할 수 있다.
즉, 상기 베이스 분말(200)을 하소하는 단계에서, 상기 베이스 분말(200)의 하소 온도를 700℃ 이상 900℃ 미만으로 제어함에 따라, 후술되는 자성 분말은 단일상을 가질 수 있다.
상기 예비 자성 분말(300)이 환원되어 자성 분말(400)이 제조될 수 있다(S300). 일 실시 예에 따르면, 상기 예비 자성 분말(300)은 환원제(ReA)와 함께 열처리됨으로써 환원될 수 있다. 예를 들어, 상기 환원제(ReA)는, 칼슘(Ca) 또는 칼슘 수소화물(CaH2) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 환원제(ReA) 상에 상기 예비 자성 분말(300)이 배치된 상태에서, 상기 예비 자성 분말(300)이 열처리될 수 있다. 이 경우, 상기 예비 자성 분말(300)의 배치(batch)가 증가함에도 불구하고, 상기 예비 자성 분말(300)이 포함하는 입자들의 크기가 실질적으로 일정하게 유지될 수 있다. 이에 따라, 상기 자성 분말(400)의 보자력이 실질적으로 일정하게 유지될 수 있다. 이와 달리, 상기 환원제(ReA)와 상기 예비 자성 분말(300)을 혼합한 상태에서 열처리하는 경우, 상기 예비 자성 분말(300)의 배치(batch)가 증가함에 따라 상기 예비 자성 분말(300)이 포함하는 입자들의 크기가 증가할 수 있다. 이로 인해, 상기 자성 분말(400)의 보자력이 감소하는 문제점이 발생될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 자성 분말(400)은 경자성상의 단일상을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 자성 분말(400)은 Sm2Co17 단일상을 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 혼합 분말(100) 내에서, 상기 희토류 원소(예를 들어, 사마륨) 대비 상기 금속 원소(예를 들어, 코발트)의 함량을 7.3 at% 내지 8.5 at%로 제어하고, 상기 베이스 분말(200)의 하소 온도를 700℃ 이상 900℃ 미만으로 제어함으로써, Sm2Co17 단일상을 갖는 상기 자성 분말(400)을 제조할 수 있다. 이와 달리, 다른 예를 들어, 상기 자성 분말(400)은 SmCo5 단일상을 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 혼합 분말(100) 내에서, 상기 희토류 원소(예를 들어, 사마륨) 대비 상기 금속 원소(예를 들어, 코발트)의 함량을 4.5 at% 내지 5.0 at%로 제어하고, 상기 베이스 분말(200)의 하소 온도를 700℃ 이상 900℃ 미만으로 제어함으로써, SmCo5 단일상을 갖는 상기 자성 분말(400)을 제조할 수 있다.
상기 예비 자성 분말(300)이 환원되어 상기 자성 분말(400)이 제조된 후, 상기 첨가제(130)가 열분해된 상기 일산화 칼슘(CaO)이 제거될 수 있다. 예를 들어, 상기 예비 자성 분말(300)이 환원된 상기 자성 분말(400)을, 염화 암모늄(NH4Cl)과 메탄올(CH3OH)의 혼합 용액으로 세척함으로써, 상기 자성 분말(400) 주위의 상기 일산화 칼슘(CaO)이 제거될 수 있다.
경자성상의 자성 분말을 제조하는 종래의 공정은, 경자성상을 구성하는 금속을 주조와 같은 공정을 통해 경자성상을 갖는 주괴 혹은 리본을 형성시킨 후 밀링 공정과 같은 전통적인 분말 야금학적 방법으로 높은 에너지를 인가함으로써 제조하였다. 이러한 종래의 공정은, 경자성상을 형성시킨 후 밀링 공정이 수행됨에 따라, 파쇄 매체의 일부가 유입되거나 파쇄 공정 중 발생하는 열에 의해 희토류 원소로 구성된 재료에 산화를 유발하여 경자성 분말의 자기적 특성이 감소되는 문제점이 발생되었다. 또한, 최초 경자성상으로 이루어진 주괴 혹은 리본을 제조하는 데 있어 화학적으로 불안정한 희토류 금속의 취급에 주의해야 하며, 높은 온도에서 금속들을 용융 및 열처리하기 위한 설비를 구축하는데 높은 비용이 요구되었다.
하지만, 본 발명의 실시 예에 따른 자성 분말의 제조 방법은, 상기 희토류 원소를 포함하는 상기 제1 소스 분말(110), 상기 금속 원소를 포함하는 상기 제2 소스 분말(120), 및 칼슘을 포함하는 상기 첨가제(130)가 혼합된 상기 혼합 분말(100)을 파쇄하여 상기 베이스 분말(200)을 준비하는 단계, 상기 베이스 분말(200)을 하소하여, 상기 첨가제(130)가 열분해된 상기 일산화 칼슘(CaO)과 상기 제2 소스 분말(120)의 반응물질을 포함하는 상기 예비 자성 분말(300)을 제조하는 단계, 및 상기 예비 자성 분말(300)을 환원시켜, 상기 희토류 원소 및 상기 금속 원소의 화합물의 단일상(경자성상)을 갖는 상기 자성 분말(400)을 제조하는 단계를 포함할 수 있다. 즉, 경자성상이 형성되기 전 파쇄 공정이 수행될 수 있다.
이에 따라, 경자성상이 형성된 후 파쇄 공정이 수행되던 기존의 경자성상 분말 제조 공정과 비교하여, 파쇄로 인한 자기적 특성 저하 문제가 감소될 수 있다. 또한, 기존에 널리 사용되는 장치들을 통해 제조될 수 있으므로, 설비의 준비가 용이하며 대량생산으로의 접근이 용이한 장점이 있다. 뿐만 아니라, 대부분의 상업적으로 사용되는 희토류 영구자석 재료의 경우 환원 열처리 공정을 통해 쉽게 상을 형성할 수 있으므로, 다양한 조성의 경자성 분말을 선택적으로 제조할 수 있는 장점이 있다.
이상, 본 발명의 실시 예에 따른 자성 분말의 제조 방법이 설명되었다. 이하, 본 발명의 실시 예에 따른 자성 분말의 제조 방법에 따라 제조된 자성 분말의 구체적인 실험 예 및 특성 평가 결과가 설명된다.
실시 예 1에 따른 자성 분말 제조
일산화 코발트(CoO), 삼산화 사마륨(Sm2O3), 및 칼슘 아세트산 1수화물(Ca(C2H3O2)·H2O) 분말을 100ml의 PET 광구병에 투입하고, 광구병에 투입된 물질들을 볼텍스 믹서를 이용하여 혼합하여 혼합 분말을 준비했다. 이후, 3 mm 직경의 알루미나 볼과 혼합 분말의 무게비가 1:10이 되도록 광구병에 알루미나 볼을 투입하고, 150~300 rpm의 속도로 1~10 시간 동안 볼 밀링하고, 1.18mm 메쉬의 체를 통해 분리시켜 베이스 분말을 준비했다.
준비된 베이스 분말은 알루미나 도가니에 옮겨 전기로에 위치시킨 후 분당 10℃의 온도로 승온시키며 하소하여 Sm-Co-Ca-O 예비 자성 분말을 제조하였다. 제조된 예비 자성 분말은 칼슘 환원제와 함께 스테인리스 스틸 도가니에 넣고, 전기로를 이용하여 700~1000℃의 온도까지 5~10℃/min의 승온속도로 도달시킨 후 1시간 동안 불활성 가스분위기(아르곤 또는 질소 분위기)에서 환원 열처리를 진행하되, 칼슘 환원제를 바닥에 깐 상태에서 칼슘 환원제 위에 예비 자성 분말을 올린 상태에서 열처리하였다.
최종적으로 염화 암모늄(NH4Cl)과 메탄올의 혼합용액으로 세척하여 일산화 칼슘(CaO)을 제거함으로써 Sm2Co17 단일상을 갖는 상기 실시 예 1에 따른 자성 분말을 제조하였다.
실시 예 2에 따른 자성 분말 제조
상술된 실시 예 1에 따른 자성 분말 제조 방법을 통해 제조하되, 혼합 분말을 준비하는 과정에서, 일산화 코발트(CoO) 및 삼산화 사마륨(Sm2O3)의 함량을 달리하여, SmCo5 단일상을 갖는 상기 실시 예 2에 따른 자성 분말을 제조하였다.
상술된 실시 예 1 및 실시 예 2에 따른 자성 분말의 제조 과정 중 사용된 삼산화 사마륨(Sm2O3), 일산화 코발트(CoO), 및 칼슘 아세트산 1 수화물(Ca(ac)2)의 구체적인 함량이 아래의 <표 2>를 통해 정리된다.
구분 실시 예 1 실시 예 2
자성 분말 Phase Sm2Co17 SmCo5
Sm2O3 함량 (g) 0.4359 0.6539
CoO 함량 (g) 1.4987 1.4057
Ca(ac)2 함량 (g) 0~15 0~15
Sm: Co: Ca 비율 (at%) 1: 8: 0~38 1: 5: 0~25
Yield (g) ~1
비교 예 1에 따른 자성 분말 제조
상술된 실시 예 1에 따른 자성 분말 제조 방법을 통해 제조하되, 예비 자성 분말을 환원하는 과정에서 예비 자성 분말과 칼슘 환원제를 혼합하고 열처리하는 방법으로 환원하여, 상기 비교 예 1에 따른 자성 분말을 제조하였다.
비교 예 2에 따른 자성 분말 제조
상술된 실시 예 1에 따른 혼합 분말을 준비한 후, 볼 밀링 공정과 하소 공정 없이 900℃의 온도에서 환원하여 상기 비교 예 2에 따른 자성 분말을 제조하였다.
비교 예 3에 따른 자성 분말 제조
상술된 실시 예 1에 따른 베이스 분말을 준비한 후, 하소 공정 없이 900℃의 온도에서 환원하여 상기 비교 예 3에 따른 자성 분말을 제조하였다.
도 4는 본 발명의 실시 예 1에 따른 자성 분말의 제조 과정에 사용된 재료들을 나타내는 이미지이다.
도 4의 (a) 내지 (d)를 참조하면, 상기 실시 예 1에 따른 자성 분말의 제조 과정에 사용된 일산화 코발트(CoO), 삼산화 사마륨(Sm2O3), 칼슘 아세트산 1 수화물(Ca(ac)2), 및 베이스 분말에 대해 SEM(Scanning Electron Microscope) 이미지를 나타내었다.
도 4의 (a)에서 확인할 수 있듯이, 일산화 코발트(CoO)는 구형의 형상을 가지고 넓은 입도 분포를 갖는 분말이 응집되어 존재하는 것을 확인할 수 있었고, 도 4의 (b)에서 확인할 수 있듯이, 삼산화 사마륨(Sm2O3)은 불규칙한 형상을 가지고 수 μm의 크기를 갖는 형태로 존재하는 것을 확인할 수 있었고, 도 4의 (c)에서 확인할 수 있듯이, 칼슘 아세트산 1 수화물(Ca(ac)2)은 대부분 로드(rod) 형상을 가지고 약 100 μm 크기의 분말 형태인 것을 확인할 수 있었다. 또한, 도 4의 (d)에서 확인할 수 있듯이, 상기 베이스 분말은 상기 일산화 코발트(CoO), 삼산화 사마륨(Sm2O3), 및 칼슘 아세트산 1 수화물(Ca(ac)2)이 파쇄되어 혼합 분말의 형태로 존재하는 것을 확인할 수 있었다.
도 5는 본 발명의 실시 예 1에 따른 자성 분말의 제조 과정에서 하소 온도의 변화에 따른 예비 자성 분말의 변화를 나타내는 이미지이다.
도 5의 (a) 내지 (d)를 참조하면, 상기 실시 예 1에 따른 자성 분말을 준비하되, 베이스 분말을 하소하는 온도를 700℃, 800℃, 900℃, 및 1000℃로 제어하고, 각각의 온도에서 제조된 예비 자성 분말에 대해 SEM의 후방산란 전자에 의한 이미지를 관찰하여 나타내었다.
도 5의 (a) 내지 (d)에서 확인할 수 있듯이, 베이스 분말의 하소 온도가 증가함에 따라 분말의 크기가 증가하며, 혼합된 분말 간의 열분해 및 화학적 반응이 발생하여 원소들이 균일하게 재배치되면서 후방산란 전자에 의한 명암의 대비가 줄어드는 것을 확인할 수 있었다. 특히, 900℃ 이상의 온도에서는, 이미지에서 보이는 흰색의 삼산화 사마륨(Sm2O3)이 칼슘과 코발트로 구성된 산화물 분말 안에 고립되어 존재하는 것을 확인할 수 있었다.
도 6은 본 발명의 실시 예 1에 따른 자성 분말의 제조 과정에서 하소 온도의 변화에 따른 자성 분말의 변화를 나타내는 이미지이다.
도 6의 (a) 내지 (d)를 참조하면, 서로 다른 온도에서 하소된(700℃, 800℃, 900℃, 1000℃) 예비 자성 분말이 900℃에서 환원되어 제조된 자성 분말 각각에 대해 SEM 이미지를 나타내었다.
도 6의 (a) 및 (b)에서 확인할 수 있듯이, 700℃ 및 800℃의 하소 온도에서 제조된 자성 분말의 경우, 1 μm 이하의 직경을 갖는 분말이 좁은 입도 분포를 가지는 것을 확인할 수 있었다. 반면, 도 6의 (c) 및 (d)에서 확인할 수 있듯이, 900℃ 및 1000℃의 하소 온도에서 제조된 자성 분말의 경우, 분말의 크기가 수십 nm 부터 수 μm의 직경을 가지며, 넓은 입도 분포를 가지는 것을 확인할 수 있었다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시 예 1에 따른 자성 분말의 제조 과정에서 칼슘 아세트산 1 수화물의 함량 변화에 따른 자성 분말의 변화를 나타내는 이미지이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 상기 실시 예 1에 따른 자성 분말을 준비하되, 칼슘 아세트산 1 수화물의 함량을 3g, 6g, 9g, 12g, 15g, 및 18g으로 제어하고, 각각의 함량으로 제조된 자성 분말에 대해 SEM 이미지를 나타내었다.
도 7 및 도 8에서 확인할 수 있듯이, 칼슘 아세트산 1 수화물의 함량이 증가함에 따라, 자성 분말의 크기는 수 μm에서 수백 nm까지 조절되는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 12g의 첨가량부터 100~200 nm 직경의 자성 분말의 분포가 크게 증가한 것을 확인할 수 있었다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 비교 예 1 및 실시 예 1에 따른 자성 분말을 비교하는 이미지이다.
도 9의 (a) 및 (b)를 참조하면, 상기 비교 예 1에 따른 자성 분말에 대해 SEM 이미지를 나타내었고, 도 10의 (a) 및 (b)를 참조하면, 상기 실시 예 1에 따른 자성 분말에 대해 SEM 이미지를 나타내었다. 구체적으로 도 9의 (a)는 비교 예 1의 0.25g 배치(batch) 상태의 SEM 이미지이고, 도 9의 (b)는 비교 예 1의 0.5g 배치(batch) 상태의 SEM 이미지이고, 도 10의 (a)는 실시 예 1의 0.5 g 배치(batch) 상태의 SEM 이미지이고, 도 10의 (b)는 실시 예 1의 1 g 배치(batch) 상태의 SEM 이미지이다.
도 9의 (a) 및 (b)에서 확인할 수 있듯이, 예비 자성 분말과 칼슘 환원제가 혼합되어 열처리된 상기 비교 예 1에 따른 자성 분말의 경우, 배치가 증가할수록 입자의 크기 또한 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 반면, 도 10의 (a) 및 (b)에서 확인할 수 있듯이, 바닥에 깔린 칼슘 환원제 위에 예비 자성 분말이 위치한 상태에서 열처리된 상기 실시 예 1에 따른 자성 분말의 경우, 배치가 증가함에도 불구하고 입자의 크기가 실질적으로 일정하게 유지되는 것을 확인할 수 있었다.
도 11은 본 발명의 실시 예 1에 따른 자성 분말의 제조 과정에서 하소 온도의 변화에 따른 자성 분말의 구조 변화를 나타내는 그래프이다.
도 11을 참조하면, 서로 다른 온도에서 하소된(700℃, 800℃, 900℃, 1000℃) 예비 자성 분말이 900℃에서 환원되어 제조된 자성 분말 각각에 대해 X-선 회절분석을 수행하여 나타내었다.
도 11에서 확인할 수 있듯이, 700℃ 및 800℃의 하소 온도에서 제조된 자성 분말의 경우 Sm2Co17 단일상을 갖지만, 900℃ 및 1000℃의 하소 온도에서 제조된 자성 분말의 경우 Sm2Co17 및 SmCo5의 복합상을 갖는 것을 확인할 수 있었다.
도 12는 본 발명의 실시 예 1에 따른 자성 분말의 제조 과정에서 칼슘 아세트산 1 수화물의 함량 변화에 따른 자성 분말의 구조 변화를 나타내는 그래프이다.
도 12를 참조하면, 상기 실시 예 1에 따른 자성 분말을 준비하되, 칼슘 아세트산 1 수화물의 함량을 3g, 6g, 9g, 12g, 및 15g으로 제어하고, 각각의 함량으로 제조된 자성 분말에 대해 X-선 회절분석을 수행하여 나타내었다. 도 12에서 확인할 수 있듯이, 모든 자성 분말은 Sm2Co17 상이 형성된 것을 확인할 수 있었다.
도 13 및 도 14는 본 발명의 실시 예 1에 따른 자성 분말의 제조 과정에서 칼슘 아세트산 1 수화물의 함량 변화에 따른 자성 분말의 특성 변화를 나타내는 그래프이다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 상기 실시 예 1에 따른 자성 분말을 준비하되, 칼슘 아세트산 1 수화물의 함량을 3g, 6g, 9g, 12g, 15g, 및 18g으로 제어하고, 각각의 함량으로 제조된 자성 분말에 대해 진동시료 자화율 측정기의 측정을 실시하여 나타내었다. 보다 구체적으로, 도 14는 자화율 분석은 외부자기장의 크기가 최대 2.5 Tesla 조건에서 측정되었을 때, 최대자기에너지적((BH)max, MGOe), 정렬도(Mr/Ms), 보자력(Hc, kOe), 잔류자화(Mr, emu/g), 및 포화자화(Ms, emu/g)를 나타낸다.
도 13 및 도 14에서 확인할 수 있듯이, 칼슘 아세트산 1 수화물의 함량이 3g ~ 15g으로 증가함에 따라 최대자기에너지적, 정렬도, 보자력, 및 잔류자화가 증가하지만, 15g을 기점으로 상술된 특성들이 소폭 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 본 발명의 실시 1예에 따른 자성 분말을 제조하는 경우, 칼슘 아세트산 1 수화물의 함량을 15g 이하로 제어함에 따라, 자성 분말의 자성 특성을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다. 또한, 상술된 <표 1>을 통해 알 수 있듯이, 칼슘 아세트산 1 수화물의 함량이 15g인 경우, 사마륨(Sm)에 대한 칼슘 아세트산 1 수화물의 함량은 38 at%이므로, 희토류 원소 대비 칼슘 아세트산 1 수화물의 함량을 38 at% 이하로 제어함에 따라, 자성 분말의 자성 특성을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.
도 15는 본 발명의 실시 예 2에 따른 자성 분말의 진동시료 자화율 측정 결과를 나타내는 그래프이고, 도 16은 본 발명의 실시 예 2에 따른 자성 분말의 X-선 회절분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 15 및 도 16을 참조하면, 상기 실시 예 2에 따른 자성 분말에 대해 진동시료 자화율을 측정하여 도 15에 나타내었고, X-선 회전분석을 수행하여 그 결과를 도 16에 나타내었다. 도 15 및 도 16에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예 2에 따른 자성 분말은 0.98의 높은 정렬도(Mr/Ms)를 나타내고, 측정 범위를 벗어난 높은 보자력을 갖는 것을 확인할 수 있었다. 또한, X-선 회절분석 결과로부터 SmCo5 단일상이 형성된 것을 확인할 수 있었고, 정렬 전 상기 자성 분말은 등방성 회절 피크(peak)가 나타난 것과 달리 정렬 후 상기 자성 분말은 (002) 회절 피크가 강하게 형성된 이방성의 특징을 보이는 것을 확인할 수 있었다.
도 17 및 도 18은 본 발명의 실시 예 1, 비교 예 2, 및 비교 예 3에 따른 자성 분말의 특성을 비교하는 그래프이다.
도 17 및 도 28을 참조하면, 상기 실시 예 1, 비교 예 2, 및 비교 예 3에 따른 자성 분말을 준비한 후, 각각의 자성 분말에 대해 진동시료 자화율 측정기의 측정을 실시하여 나타내었다. 보다 구체적으로, Condition 1(검은선)은 비교 예 2를 나타내고, Condition 2(빨간선)은 비교 예 3을 나타내고, Condition 3(파란선)은 3.3 g의 칼슘 아세트산 1 수화물로 제조된 실시 예 1을 나타내고, Condition 4(핑크선)은 15g의 칼슘 아세트산 1 수화물고 제조된 실시 예 1을 나타낸다. 각각의 조건은 아래의 <표 3>을 통해 정리된다.
표기 구분 공정 특징 Ca(ac)2 함량
Condition 1(검은선) 비교 예 2 볼밀(X)/하소(X)/환원(O) 3.3g
Condition 2(빨간선) 비교 예 3 볼밀(O)/하소(X)/환원(O) 3.3g
Condition 3(파란선) 실시 예 1 볼밀(O)/하소(O)/환원(O) 3.3g
Condition 4(핑크선) 실시 예 1 볼밀(O)/하소(O)/환원(O) 15g
도 17 및 도 18에서 확인할 수 있듯이, 상기 비교 예 2 및 비교 예 3에 따른 자성 분말의 경우 2개 이상의 복합상으로 이루어지며, 국부적으로 조성이 불균일한 것을 확인할 수 있었다. 또한, 15g의 칼슘 아세트산 1 수화물로 제조된 실시 예 1에 따른 자성 분말의 최대자기에너지적((BH)max, MGOe)이 가장 높게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 특히, 볼밀 공정 및 하소 공정이 생략된 상태에서 제조된 상기 비교 예 2에 따른 자성 분말 및 하소 공정이 생략된 상태에서 제조된 상기 비교 예 3에 따른 자성 분말은 15g의 칼슘 아세트산 1 수화물로 제조된 상기 실시 예 1에 따른 자성 분말과 비교하여 최대자기에너지적((BH)max, MGOe)이 현저하게 낮게 나타나는 것을 확인할 수 있었다.
도 19 및 도 20은 본 발명의 비교 예 1 및 실시 예 1에 따른 자성 분말의 특성을 비교하는 그래프이다.
도 19 및 도 20을 참조하면, 상기 비교 예 1 및 실시 예 1에 따른 자성 분말에 대해 진동시료 자화율 측정기의 측정을 실시하여 나타내었다. 구체적으로, 도 19는 비교 예 1의 0.25g 배치(batch) 상태 및 0.5g 배치(batch) 상태를 측정하여 나타내었고, 도 22는 실시 예 1의 0.25g 배치(batch) 상태, 0.5g 배치(batch) 상태, 및 1g 배치(batch) 상태를 측정하여 나타내었다.
도 19에서 확인할 수 있듯이, 예비 자성 분말과 칼슘 환원제가 혼합되어 열처리된 상기 비교 예 1에 따른 자성 분말의 경우, 배치(batch)가 증가함에 따라 보자력의 감소폭이 크게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 반면, 도 20에서 확인할 수 있듯이, 바닥에 깔린 칼슘 환원제 위에 예비 자성 분말이 위치한 상태에서 열처리된 상기 실시 예 1에 따른 자성 분말의 경우, 배치(batch)가 증가함에도 불구하고 보자력이 실질적으로 일정하게 유지되는 것을 확인할 수 있었다.
이에 따라, 본 발명의 실시 예에 따른 자성 분말을 제조하는 경우, 예비 자성 분말을 환원하는 과정에서, 칼슘 환원제를 바닥에 깔고 칼슘 환원제 상에 예비 자성 분말을 배치한 상태에서 열처리함에 따라, 자성 분말의 자성 특성을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.
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.
본 발명의 실시 예에 따른 자성 분말의 제조 방법은 영구 자성 분야에 적용될 수 있다.

Claims (14)

  1. 희토류 원소를 포함하는 제1 소스 분말, 금속 원소를 포함하는 제2 소스 분말, 및 칼슘을 포함하는 첨가제가 혼합된 혼합 분말을 파쇄하여 베이스 분말을 준비하는 단계;
    상기 베이스 분말을 하소하여, 상기 첨가제가 열분해된 일산화 칼슘(CaO)과 상기 제2 소스 분말의 반응물질을 포함하는 예비 자성 분말을 제조하는 단계; 및
    상기 예비 자성 분말을 환원시켜, 상기 희토류 원소 및 상기 금속 원소의 화합물의 단일상을 갖는 자성 분말을 제조하는 단계를 포함하는, 자성 분말의 제조 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 예비 자성 분말을 제조하는 단계에서, 상기 베이스 분말의 하소 온도는 700℃ 이상 900℃ 미만인 것을 포함하는 자성 분말의 제조 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 혼합 분말 내에서, 상기 칼슘의 함량은 상기 희토류 원소 대비 38 at% 이하인 것을 포함하는 자성 분말의 제조 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 예비 자성 분말을 환원시켜 상기 자성 분말을 제조하는 단계에서,
    상기 예비 자성 분말은 환원제와 함께 열처리되되, 상기 환원제 상에 상기 예비 자성 분말이 배치된 상태에서, 상기 예비 자성 분말이 열처리되는 것을 포함하는 자성 분말의 제조 방법.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 베이스 분말을 제조하는 단계는,
    상기 제1 소스 분말, 상기 제2 소스 분말, 및 상기 첨가제를 혼합하여 혼합 분말을 준비하는 단계; 및
    상기 혼합 분말을, 볼 밀링(ball milling)하여 파쇄하는 단계를 포함하는 자성 분말의 제조 방법.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 자성 분말을 제조하는 단계 이후, 상기 첨가제가 열분해된 상기 일산화 칼슘(CaO)을 제거하는 단계를 더 포함하는 자성 분말의 제조 방법.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 희토류 원소는 사마륨(Sm), 네오디뮴(Nd), 란타넘(La), 세륨(Ce), 및 프라세오디뮴(Pr) 중 어느 하나를 포함하고,
    상기 금속 원소는 코발트(Co), 철(Fe), 구리(Cu), 지르코늄(Zr), 크로뮴(Cr), 주석(Sn), 안티모니(Sb), 하프늄(Hf), 망간(Mn), 비스무스(Bi), 및 니켈(Ni) 중 어느 하나를 포함하는 자성 분말의 제조 방법.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 자성 분말은, Sm2Co17 단일상을 갖는 것을 포함하는 자성 분말의 제조 방법.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 첨가제는, 칼슘 아세트산 1 수화물(Calcium acetate monohydrate, Ca(C2H3O2)·H2O)을 포함하는 자성 분말의 제조 방법.
  10. 사마륨(Sm)을 포함하는 제1 소스 분말, 코발트(Co)를 포함하는 제2 소스 분말, 및 칼슘을 포함하는 첨가제가 혼합된 혼합 분말을 파쇄하여 베이스 분말을 준비하는 단계;
    상기 베이스 분말을 하소하여, 상기 첨가제가 열분해된 일산화 칼슘(CaO)과 상기 제2 소스 분말의 반응물질을 포함하는 예비 자성 분말을 제조하는 단계; 및
    상기 예비 자성 분말을 환원시켜, 단일상의 사마륨-코발트(Sm-Co) 자성 분말을 제조하는 단계를 포함하되,
    상기 혼합 분말 내의 상기 사마륨 및 상기 코발트의 함량과 상기 베이스 분말의 하소 온도를 제어하여, Sm2Co17 또는 SmCo5 중 어느 하나의 단일상을 제조하는 것을 포함하는 자성 분말의 제조 방법.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 혼합 분말 내에서, 상기 사마륨 함량 대비 상기 코발트의 함량이 7.3 at% 내지 8.5 at%로 제어되는 경우, 상기 자성 분말은 Sm2Co17 단일상을 갖는 것을 포함하는 자성 분말의 제조 방법.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 베이스 분말의 하소 온도는 700℃ 이상 900℃ 미만인 것을 포함하는 자성 분말의 제조 방법.
  13. 제9 항에 있어서,
    상기 혼합 분말 내에서, 상기 사마륨 함량 대비 상기 코발트의 함량이 4.5 at% 내지 5.0 at%로 제어되는 경우, 상기 자성 분말은 SmCo5 단일상을 갖는 것을 포함하는 자성 분말의 제조 방법.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 베이스 분말의 하소 온도는 700℃ 이상 900℃ 미만인 것을 포함하는 자성 분말의 제조 방법.
PCT/KR2021/014392 2020-10-16 2021-10-15 자성 분말의 제조 방법 WO2022080963A1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2020-0134070 2020-10-16
KR1020200134070A KR102333257B1 (ko) 2020-10-16 2020-10-16 자성 분말의 제조 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022080963A1 true WO2022080963A1 (ko) 2022-04-21

Family

ID=78899808

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2021/014392 WO2022080963A1 (ko) 2020-10-16 2021-10-15 자성 분말의 제조 방법

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR102333257B1 (ko)
WO (1) WO2022080963A1 (ko)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20000048208A (ko) * 1998-12-17 2000-07-25 카나가와 치히로 희토류/철/붕소계 영구자석의 제조방법
KR20170002946A (ko) * 2015-06-30 2017-01-09 삼성전기주식회사 자성 복합체 및 그 제조방법
KR101936174B1 (ko) * 2013-11-05 2019-01-08 가부시키가이샤 아이에이치아이 희토류 영구자석 및 희토류 영구자석의 제조 방법
KR20190053611A (ko) * 2017-11-10 2019-05-20 주식회사 엘지화학 자성 물질 및 이의 세정 방법
KR102125168B1 (ko) * 2018-07-03 2020-06-22 한양대학교 에리카산학협력단 하이브리드 자성 섬유 및 그 제조방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20000048208A (ko) * 1998-12-17 2000-07-25 카나가와 치히로 희토류/철/붕소계 영구자석의 제조방법
KR101936174B1 (ko) * 2013-11-05 2019-01-08 가부시키가이샤 아이에이치아이 희토류 영구자석 및 희토류 영구자석의 제조 방법
KR20170002946A (ko) * 2015-06-30 2017-01-09 삼성전기주식회사 자성 복합체 및 그 제조방법
KR20190053611A (ko) * 2017-11-10 2019-05-20 주식회사 엘지화학 자성 물질 및 이의 세정 방법
KR102125168B1 (ko) * 2018-07-03 2020-06-22 한양대학교 에리카산학협력단 하이브리드 자성 섬유 및 그 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR102333257B1 (ko) 2021-12-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4762574A (en) Rare earth-iron-boron premanent magnets
WO2016175377A1 (ko) 열적 안정성이 향상된 망간비스무트계 소결자석 및 이들의 제조 방법
JP7220300B2 (ja) 希土類永久磁石材料、原料組成物、製造方法、応用、モーター
WO2016093379A1 (ko) 비자성 합금을 포함하는 열간가압변형 자석 및 이의 제조방법
WO2012102497A2 (en) R-fe-b sintered magnet with enhanced mechanical properties and method for producing the same
BR102021006354A2 (pt) Ímã de terras raras e método de fabricação para o mesmo
WO2022080963A1 (ko) 자성 분말의 제조 방법
US6676730B2 (en) Method of producing Nd-Fe-B based nanophase power
JP2004253697A (ja) 永久磁石材料及び永久磁石
WO2019212101A1 (ko) 희토류 영구자석의 제조방법
WO2016010348A1 (ko) 중희토류 원소를 포함하지 않는 r-fe-b계 소결자석 및 이의 제조방법
WO2020045865A1 (ko) 자석 분말의 제조 방법 및 자석 분말
WO2019156259A1 (ko) 이붕소마그네슘을 포함하는 초전도체 및 이의 제조방법
WO2020111772A1 (ko) 희토류 자석 제조방법
WO2020085738A1 (ko) 소결 자석의 제조 방법 및 소결 자석
WO2017191866A1 (ko) 희토류 소결 자석의 제조방법
JP2011014600A (ja) 希土類磁石
WO2021071236A1 (ko) 소결 자석의 제조 방법
KR102367537B1 (ko) 자성 입자 및 이의 제조 방법
US4952252A (en) Rare earth-iron-boron-permanent magnets
WO2017105136A1 (ko) 자성 물질 및 이의 제조방법
WO2014058218A1 (ko) 에이치디디알공법 중 수소방출및재결합단계 제어방법과, 수소방출및재결합단계를 포함하는 희토류-철-보론계 희토류자성분말의 제조방법 및 이에 따라 제조된 희토류-철-보론계 희토류자성분말
WO2021060849A1 (ko) 소결 자석의 제조 방법 및 소결 자석
WO2020009303A1 (ko) 하이브리드 자성 섬유 및 그 제조방법
WO2021025301A1 (ko) 자석 분말의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 소결 자석

Legal Events

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

Ref document number: 21880609

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 21880609

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1