WO2022103203A1

WO2022103203A1 - 육방정계 페라이트 자성분말 및 그 제조방법

Info

Publication number: WO2022103203A1
Application number: PCT/KR2021/016554
Authority: WO
Inventors: 김종렬; 김민열
Original assignee: 한양대학교 에리카산학협력단
Priority date: 2020-11-13
Filing date: 2021-11-12
Publication date: 2022-05-19
Also published as: KR20220065714A

Abstract

육방정계 페라이트 자성분말의 제조방법이 제공된다. 상기 육방정계 페라이트 자성분말의 제조방법은 금속 산화물을 포함하는 제1 소스 분말, 산화철을 포함하는 제2 소스 분말, 칼슘을 포함하는 제3 소스 분말, 및 염(Salt)을 포함하는 제4 소스 분말을 혼합하여 베이스 분말을 제조하는 단계, 상기 제4 소스 분말의 녹는점 보다 높은 온도에서 상기 베이스 분말을 열처리하여, 육방정계 페라이트(hexaferrite) 자성분말을 합성하는 단계, 및 상기 육방정계 페라이트 자성분말을 세척하여, 상기 육방정계 페라이트 자성분말 내 잔존된 상기 제4 소스 분말을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

육방정계 페라이트 자성분말 및 그 제조방법

본 발명은 육방정계 페라이트 자성분말 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 칼슘(Ca)을 통해 각형비가 제어된 육방정계 페라이트 자성분말 및 그 제조방법에 관련된 것이다.

M-type hexaferrite는 높은 보자력을 갖는 자성 재료로써, 전자파 흡수체 및 고무자석 등에 사용되고 있다. 이러한 M-type hexaferrite의 특성은 포화자속밀도와 높은 보자력으로 평가된다. 여기에서 포화자속밀도와 보자력은 M-type hexaferrite에 첨가되는 이종원소에 의해 증가하거나 감소할 수 있다.

대표적으로 첨가되는 이종원소인 La과 Co는 M-type hexaferrite가 우수한 특성을 갖게 만드는 대표적인 원소이지만, 고온에서(1200℃ 이상) 합성해야 하기 때문에 분말의 형상과 크기를 제어하기 어렵다는 단점이 있다. 따라서 우수한 특성의 M-type hexaferrite 분말을 합성하며, 동시에 분말의 크기와 형상을 제어하기 위한 방안이 필요하다.

본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 분말의 크기 및 형상 제어가 용이한 육방정계 페라이트 자성분말 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 분말의 각형비 제어가 용이한 육방정계 페라이트 자성분말 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 균일한 육각판상 형상을 갖는 육방정계 페라이트 자성분말 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 자성 특성이 향상된 육방정계 페라이트 자성분말 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.

상술된 기술적 과제들을 해결하기 위해 본 발명은 육방정계 페라이트 자성분말의 제조방법을 제공한다.

일 실시 예에 따르면, 상기 육방정계 페라이트 자성분말의 제조방법은 금속 산화물을 포함하는 제1 소스 분말, 산화철을 포함하는 제2 소스 분말, 칼슘을 포함하는 제3 소스 분말, 및 염(Salt)을 포함하는 제4 소스 분말을 혼합하여 베이스 분말을 제조하는 단계, 상기 제4 소스 분말의 녹는점 보다 높은 온도에서 상기 베이스 분말을 열처리하여, 육방정계 페라이트(hexaferrite) 자성분말을 합성하는 단계, 및 상기 육방정계 페라이트 자성분말을 세척하여, 상기 육방정계 페라이트 자성분말 내 잔존된 상기 제4 소스 분말을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 육방정계 페라이트 자성분말을 합성하는 단계에서, 상기 베이스 분말의 열처리 온도가 제어됨에 따라, 상기 육방정계 페라이트 자성분말의 형상 및 자성 특성이 제어되는 것을 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 베이스 분말이 850℃ 이상 1050℃ 미만의 온도에서 열처리됨에 따라, 상기 육방정계 페라이트 자성분말은 육각판상 형상을 갖는 것을 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 베이스 분말이 850℃ 초과 1050℃ 미만의 온도에서 열처리됨에 따라, 상기 육방정계 페라이트 자성분말의 보자력(coercive force)이 향상되는 것을 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 베이스 분말을 제조하는 단계에서, 상기 베이스 분말 내 상기 제3 소스 분말의 함량이 제어됨에 따라, 상기 육방정계 페라이트 자성분말의 각형비 및 자성 특성이 제어되는 것을 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 베이스 분말 내 상기 제3 소스 분말의 함량이 0.1 mol% 초과 0.2 mol% 미만으로 제어됨에 따라, 상기 육방정계 페라이트 자성분말의 각형비가 제어되는 것을 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 베이스 분말 내 상기 제3 소스 분말의 함량이 0.1 mol% 초과 0.2 mol% 미만으로 제어됨에 따라, 상기 육방정계 페라이트 자성분말의 보자력(coercive force)이 향상되는 것을 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 금속 산화물은 스트론튬(Sr) 산화물, 바륨(Ba) 산화물, 코발트(Co) 산화물, 및 란타늄(La) 산화물 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 제3 소스 분말은, 탄산 칼슘(CaCO₃) 및 산화 칼슘(CaO) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 제4 소스 분말은, 염화 나트륨(NaCl), 염화 칼슘(CaCl₂), 및 염화 칼륨(KCl) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

상술된 기술적 과제들을 해결하기 위해 본 발명은 육방정계 페라이트 자성분말을 제공한다.

일 실시 예에 따르면, M_1-xCa_xFe₁₂O₁₉ (x>0)의 화학식을 갖는 육방정계 페라이트 자성분말에 있어서, 상기 육방정계 페라이트 자성분말 내 상기 칼슘의 함량이 0.1 mol% 초과 0.2 mol% 미만으로 제어되는 것을 포함하고, 상기 M은 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 코발트(Co) 및 란타늄(La) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 육방정계 페라이트 자성분말 내 상기 칼슘의 함량에 따라, 상기 육방정계 페라이트 자성분말의 각형비가 제어되는 것을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 육방정계 페라이트 자성분말의 제조방법은 금속 산화물을 포함하는 제1 소스 분말(예를 들어, SrCO₃), 산화철을 포함하는 제2 소스 분말(예를 들어, Fe₂O₃), 칼슘을 포함하는 제3 소스 분말(예를 들어, CaCO₃), 및 염(Salt)을 포함하는 제4 소스 분말(예를 들어, NaCl)을 혼합하여 베이스 분말을 제조하는 단계, 상기 제4 소스 분말의 녹는점 보다 높은 온도에서 상기 베이스 분말을 열처리하여, 육방정계 페라이트(hexaferrite) 자성분말을 합성하는 단계, 및 상기 육방정계 페라이트 자성분말을 세척하여, 상기 육방정계 페라이트 자성분말 내 잔존된 상기 제4 소스 분말을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 육방정계 페라이트 자성분말을 합성하는 단계에서, 상기 베이스 분말의 열처리 온도가 850℃ 이상 1050℃ 미만으로 제어될 수 있다. 이에 따라, 상기 육방정계 페라이트 자성분말은 균일한 육각판상 형상을 가질 수 있고, 보자력(coercive force)이 향상될 수 있다.

또한, 상기 베이스 분말 내 상기 제3 소스 분말(예를 들어, CaCO₃)의 함량이 0.1 mol% 초과 0.2 mol% 미만으로 제어될 수 있다. 이에 따라, 상기 육방정계 페라이트 자성분말의 각형비가 용이하게 제어될 수 있고, 보자력(coercive force)이 향상될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 육방정계 페라이트 자성분말의 제조방법을 설명하는 순서도이다.

도 2는 본 발명의 실험 예 1 내지 실험 예 4에 따른 페라이트 자성분말의 VSM Hysteresis Loop를 나타내는 도면이다.

도 3은 본 발명의 실험 예 1 내지 실험 예 4에 따른 페라이트 자성분말의 자기적 특성 변화를 나타내는 도면이다.

도 4는 본 발명의 실험 예 1 및 실험 예 2에 따른 페라이트 자성분말을 촬영한 사진이다.

도 5는 본 발명의 실험 예 3 및 실험 예 4에 따른 페라이트 자성분말을 촬영한 사진이다.

도 6은 본 발명의 실험 예 2 및 실험 예 5 내지 실험 예 7에 따른 페라이트 자성분말의 VSM Hysteresis Loop를 나타내는 도면이다.

도 7은 본 발명의 실험 예 2 및 실험 예 5 내지 실험 예 7에 따른 페라이트 자성분말과 비교 예에 따른 페라이트 자성분말의 자기적 특성 변화를 나타내는 도면이다.

도 8은 본 발명의 비교 예 및 실험 예 5에 따른 페라이트 자성분말을 촬영한 사진이다.

도 9는 본 발명의 실험 예 2, 실험 예 6, 및 실험 예 7에 따른 페라이트 자성분말을 촬영한 사진이다.

도 10은 본 발명의 실험 예 2에 따른 페라이트 자성분말의 패턴을 촬영한 사진이다.

도 11은 본 발명의 비교 예 및 실험 예들에 따른 페라이트 자성분말의 입자 두께 분포를 비교하는 그래프이다.

도 12는 본 발명의 비교 예 및 실험 예들에 따른 페라이트 자성분말의 각형비를 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 1을 참조하면, 제1 내지 제4 소스 분말이 혼합된 베이스 분말이 제조될 수 있다(S100). 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 내지 제4 소스 분말이 볼 밀링(ball milling) 방법으로 혼합됨으로써, 상기 베이스 분말이 제조될 수 있다. 또한, 상기 베이스 분말은, (제1 소스 분말+제2 소스 분말+제3 소스 분말): 제4 소스 분말이 50 wt%: 50 wt%의 비율로 혼합됨으로써 제조될 수 있다.

상기 제1 소스 분말은 금속 산화물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 금속 산화물은 스트론튬(Sr) 산화물, 바륨(Ba) 산화물, 코발트(Co) 산화물, 및 란타늄(La) 산화물 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 이와 달리, 다른 실시 예에 따르면, 상기 제1 소스 분말은 스트론튬(Sr) 화합물, 바륨(Ba) 화합물, 코발트(Co) 화합물, 및 란타늄(La) 화합물 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 소스 분말은, Sr(NO₃)₂, SrCO₃, SrCl₂, SrSO₄, Sr(OH)₂, Ba(NO₃)₂, BaCO₃, BaCl₂, BaSO₄, BaO₂, Co(NO₃)₂, CoCO₃, CoCl₂, CoSO₄, La(NO₃)₃, LaCl₃, La₂(SO₄)₃, 및 La(OH)₃ 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

상기 제2 소스 분말은 산화철을 포함할 수 있다. 이와 달리, 다른 실시 예에 따르면, 상기 제2 소스 분말은 철 화합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 소스 분말은 Fe₂O₃, Fe(NO₃)₃, FeCO₃, FeCl₃, FeCl₂, 및 Fe(OH)₃ 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

상기 제3 소스 분말은 칼슘(Ca)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제3 소스 분말은 탄산 칼슘(CaCO₃) 및 산화 칼슘(CaO) 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 탄산 칼슘(CaCO₃)의 경우 산화 칼슘(CaO)보다 다루기가 쉬움으로, 상기 제3 소스 분말로서 탄산 칼슘(CaCO₃)을 사용함으로써 공정 편의성을 향상시킬 수 있다.

상기 제4 소스 분말은 염(salt)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제4 소스 분말은 염화 나트륨(NaCl), 염화 칼슘(CaCl₂), 및 염화 칼륨(KCl) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 베이스 분말 내 상기 제3 소스 분말(예를 들어, CaCO₃)의 함량이 제어될 수 있다. 이에 따라, 후술되는 육방정계 페라이트 자성분말의 각형비 및 자성 특성이 제어될 수 있다.

구체적으로, 상기 베이스 분말 내 상기 제3 소스 분말(예를 들어, CaCO₃)의 함량이 0.1 mol% 초과 0.2 mol% 미만으로 제어될 수 있다. 이에 따라, 후술되는 육방정계 페라이트 자성분말의 각형비가 용이하게 제어될 수 있다. 이와 달리, 상기 베이스 분말 내 상기 제3 소스 분말(예를 들어, CaCO₃)의 함량이 0.1 mol% 이하 또는 0.2 mol% 이상으로 제어되는 경우, 후술되는 육방정계 페라이트 자성분말의 각형비가 제어되지 않는 문제점이 발생될 수 있다.

또한, 상기 베이스 분말 내 상기 제3 소스 분말(예를 들어, CaCO₃)의 함량이 0.1 mol% 초과 0.2 mol% 미만으로 제어됨에 따라, 후술되는 육방정계 페라이트 자성분말의 보자력(coercive force)이 향상될 수 있다. 이와 달리, 상기 베이스 분말 내 상기 제3 소스 분말(예를 들어, CaCO₃)의 함량이 0.1 mol% 이하 또는 0.2 mol% 이상으로 제어되는 경우, 후술되는 육방정계 페라이트 자성분말의 보자력(coercive force)이 저하되는 문제점이 발생될 수 있다.

상기 베이스 분말이 열처리되어 육방정계 페라이트(hexaferrite) 자성분말이 합성될 수 있다(S200). 상기 베이스 분말이 열처리되는 경우, 상기 제1 내지 제3 소스 분말의 반응은 아래의 <반응식 1>과 같이 이루어질 수 있다.

<반응식 1>

(1-x)SrCO₃ + xCaCO₃ + 6Fe₂O₃ -> Sr_1-xCa_xFe₁₂O₁₉ + CO₂ (x>0)

일 실시 예에 따르면, 상기 베이스 분말은 상기 제4 소스 분말의 녹는점 보다 높은 온도에서 열처리될 수 있다. 즉, 상기 베이스 분말은 용융염(molten salt) 방식으로 열처리될 수 있다. 구체적으로, 상기 베이스 분말은 알루미나 도가니에 담겨 O₂ 3L/min 분위기의 Box furnace에서 열처리될 수 있다.

예를 들어, 상기 제4 소스 분말이 염화 나트륨(NaCl)을 포함하는 경우, 상기 베이스 분말은 800℃ 초과의 온도에서 열처리될 수 있다. 다만, 상기 베이스 분말의 열처리 온도가 과도하게 높아지는 경우, 상기 페라이트 자성분말의 형상이 불규칙해지고 각형비가 제어되지 않을 수 있다. 이에 따라, 상기 베이스 분말은 850℃ 이상 1050℃ 미만의 온도에서 열처리될 수 있다. 이 경우, 상기 육방정계 페라이트 자성분말은 육각판상 형상을 가질 수 있으며 각형비의 제어가 용이하게 이루어질 수 있다.

또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 베이스 분말은 850℃ 초과 1050℃ 미만의 온도에서 열처리될 수 있다. 이에 따라, 상기 육방정계 페라이트 자성분말의 보자력(coercive force)이 향상될 수 있다. 이와 달리, 상기 베이스 분말이 850℃ 이하의 온도 또는 1050℃ 이상의 온도에서 열처리되는 경우, 상기 육방정계 페라이트 자성분말의 보자력이 감소되는 문제점이 발생될 수 있다.

상기 육방정계 페라이트 자성분말이 합성된 후, 상기 육방정계 페라이트 자성분말 내 잔존된 상기 제4 소스 분말(예를 들어, NaCl)을 제거하기 위해 상기 육방정계 페라이트 자성분말이 세척될 수 있다(S300).

결과적으로, 본 발명의 실시 예에 따른 육방정계 페라이트 자성분말은 M_1-xCa_xFe₁₂O₁₉ (x>0)의 화학식을 갖되, 상기 육방정계 페라이트 자성분말 내 상기 칼슘의 함량이 0.1 mol% 초과 0.2 mol% 미만으로 제어되고, 상기 M은 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 코발트(Co) 및 란타늄(La) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

이상, 본 발명의 실시 예에 따른 육방정계 페라이트 자성분말 및 그 제조방법이 설명되었다. 이하, 본 발명의 실시 예에 따른 육방정계 페라이트 자성분말 및 그 제조방법의 구체적인 실험 예 및 특성 평가 결과가 설명된다.

실험 예 1에 따른 페라이트 자성분말 제조

SrCO₃, Fe₂O₃, CaCO₃, 및 NaCl을 볼 밀링(Ball milling)을 이용하여 고르게 혼합한 후, 알루미나 도가니에 담아 O₂ 3L/min 분위기의 Box Furnace에서 열처리하였다. 열처리후 냉각된 시료는 NaCl을 제거하기 위해 증류수를 활용하여 3~5회 수세를 진행하였다. 이후, 수세된 분말을 60℃ 오븐에서 24시간 동안 건조하여 실험 예 1에 따른 페라이트 자성분말을 제조하였다. 보다 구체적으로, SrCO₃, Fe₂O₃, CaCO₃, 및 NaCl의 혼합 과정에서 CaCO₃는 0.15 mol%로 혼합되었으며, 혼합된 분말은 850℃의 온도에서 열처리되었다.

실험 예 2에 따른 페라이트 자성분말 제조

상술된 실험 예 1에 따른 페라이트 자성분말의 제조 방법에 따라 제조하되, 혼합된 분말이 950℃의 온도에서 열처리되었다.

실험 예 3에 따른 페라이트 자성분말 제조

상술된 실험 예 1에 따른 페라이트 자성분말의 제조 방법에 따라 제조하되, 혼합된 분말이 1050℃의 온도에서 열처리되었다.

실험 예 4에 따른 페라이트 자성분말 제조

상술된 실험 예 1에 따른 페라이트 자성분말의 제조 방법에 따라 제조하되, 혼합된 분말이 1150℃의 온도에서 열처리되었다.

실험 예 5에 따른 페라이트 자성분말 제조

상술된 실험 예 2에 따른 페라이트 자성분말의 제조 방법에 따라 제조하되, SrCO₃, Fe₂O₃, CaCO₃, 및 NaCl의 혼합 과정에서 CaCO₃는 0.05 mol%로 혼합되었다.

실험 예 6에 따른 페라이트 자성분말 제조

상술된 실험 예 2에 따른 페라이트 자성분말의 제조 방법에 따라 제조하되, SrCO₃, Fe₂O₃, CaCO₃, 및 NaCl의 혼합 과정에서 CaCO₃는 0.10 mol%로 혼합되었다.

실험 예 7에 따른 페라이트 자성분말 제조

상술된 실험 예 2에 따른 페라이트 자성분말의 제조 방법에 따라 제조하되, SrCO₃, Fe₂O₃, CaCO₃, 및 NaCl의 혼합 과정에서 CaCO₃는 0.20 mol%로 혼합되었다.

비교 예에 따른 페라이트 자성분말 제조

상술된 실험 예 2에 따른 페라이트 자성분말의 제조 방법에 따라 제조하되, CaCO₃ 없이 SrCO₃, Fe₂O₃, 및 NaCl을 혼합하여 제조하였다.

상술된 실험 예들 및 비교 예에 따른 페라이트 자성분말의 제조 과정에서 사용된 CaCO₃ 함량 및 혼합 분말 열처리 온도가 아래의 <표 1>을 통해 정리된다.

구분	열처리 온도 (℃)	CaCO₃ 함량 (mol%)
실험 예 1	850℃	0.15 mol%
실험 예 2	950℃	0.15 mol%
실험 예 3	1050℃	0.15 mol%
실험 예 4	1150℃	0.15 mol%
실험 예 5	950℃	0.05 mol%
실험 예 6	950℃	0.10 mol%
실험 예 7	950℃	0.20 mol%
비교 예	950℃	-

도 2를 참조하면, 상기 실험 예 1 내지 실험 예 4에 따른 페라이트 자성분말을 준비한 후, 각각에 대해 VSM(LakeShore 7410) Hysteresis Loop를 나타내었다. 도 2에서 확인할 수 있듯이, 상기 실험 예 1 내지 실험 예 4에 따른 페라이트 자성분말들 각각의 그래프 면적이 다르게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 950℃의 온도에서 열처리되어 제조된 상기 실험 예 2에 따른 페라이트 자성분말의 그래프 면적이 가장 넓게 나타나는 것을 확인할 수 있었다.

도 3을 참조하면, 상기 실험 예 1 내지 실험 예 4에 따른 페라이트 자성분말을 준비한 후, 각각에 대해 포화자화(Ms, emu/g) 및 보자력(Hc, Oe)을 측정하여 나타내었다. 도 3에서 확인할 수 있듯이, 상기 실험 예 1 내지 실험 예 4에 따른 페라이트 자성분말들의 포화자화는 큰 차이를 나타내지 않는 것을 확인할 수 있었다.

반면, 상기 실험 예 1 내지 실험 예 4에 따른 페라이트 자성분말의 보자력은 현저한 차이를 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 구체적으로, 열처리 온도가 850℃에서 950℃로 증가함에 따라 보자력도 현저하게 증가하지만, 열처리 온도가 950℃에서 1050℃, 및 1150℃로 증가함에 따라 보자력은 현저하게 감소하는 것을 확인할 수 있었다.

이에 따라, 본 발명의 실시 예에 따른 육방정계 페라이트 자성분말의 제조 과정 중, SrCO₃, Fe₂O₃, CaCO₃, 및 NaCl이 혼합된 분말의 열처리 온도 제어를 통해 보자력의 향상이 이루어질 수 있음을 알 수 있다. 특히, 열처리 온도는 850℃에서 하한값을 갖고 1050℃에서 상한값을 가짐으로, SrCO₃, Fe₂O₃, CaCO₃, 및 NaCl이 혼합된 분말을 850℃ 초과 1050℃ 미만의 온도에서 열처리함으로써, 육방정계 페라이트 자성분말의 보자력을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.

도 4는 본 발명의 실험 예 1 및 실험 예 2에 따른 페라이트 자성분말을 촬영한 사진이고, 도 5는 본 발명의 실험 예 3 및 실험 예 4에 따른 페라이트 자성분말을 촬영한 사진이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 실험 예 1 내지 실험 예 4에 따른 페라이트 자성분말을 SEM(Scanning Electron Microscope) 촬영하여 나타내었다. 도 4에서 확인할 수 있듯이, 850℃ 및 950℃에서 열처리된 상기 실험 예 1 및 실험 예 2에 따른 페라이트 자성분말은 균일한 육각판상 형상을 갖는 것을 확인할 수 있었다. 반면, 도 5에서 확인할 수 있듯이, 상기 1050℃ 및 1150℃에서 열처리된 상기 실험 예 3 및 실험 예 4에 따른 페라이트 자성분말은 분말의 형상이 불규칙한 것을 확인할 수 있었다.

이에 따라, 균일할 육각판상 형상의 페라이트 자성분말을 제조하기 위하여, SrCO₃, Fe₂O₃, CaCO₃, 및 NaCl이 혼합된 분말이 850℃ 이상 1050℃ 미만의 온도에서 열처리되어야 함을 알 수 있다.

도 6을 참조하면, 상기 실험 예 2 및 실험 예 5 내지 실험 예 7에 따른 페라이트 자성분말을 준비한 후, 각각에 대해 VSM(LakeShore 7410) Hysteresis Loop를 나타내었다. 도 6에서 확인할 수 있듯이, 상기 실험 예 2 및 실험 예 5 내지 실험 예 7에 따른 페라이트 자성분말들 각각의 그래프 면적이 다르게 나타나는 것을 확인할 수 있었다.

도 7을 참조하면, 상기 실험 예 2 및 실험 예 5 내지 실험 예 7에 따른 페라이트 자성분말과 비교 예에 따른 페라이트 자성분말을 준비한 후, 각각에 대해 포화자화(Ms, emu/g) 및 보자력(Hc, Oe)을 측정하여 나타내었다.

도 7에서 확인할 수 있듯이, CaCO₃의 함량이 증가함에 따라 포화자화는 점점 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 반면, 보자력의 경우 CaCO₃의 함량이 증가함에 따라 점점 증가하다가 0.15mol%를 기준으로 다시 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 구체적으로, CaCO₃의 함량이 0 mol%에서 0.05 mol%, 0.10 mol%, 및 0.15 mol%로 증가함에 따라 보자력이 증가하지만, 0.15 mol%에서 0.20 mol%로 증가함에 따라 보자력은 감소하는 것을 확인할 수 있었다.

이에 따라, 본 발명의 실시 예에 따른 육방정계 페라이트 자성분말의 제조 과정 중, SrCO₃, Fe₂O₃, CaCO₃, 및 NaCl이 혼합된 분말 내 CaCO₃의 함량 제어를 통해 보자력의 향상이 이루어질 수 있음을 알 수 있다. 특히, CaCO₃ 함량은 0.10 mol%에서 하한값을 갖고 0.20 mol%에서 상한값을 가짐으로, SrCO₃, Fe₂O₃, CaCO₃, 및 NaCl이 혼합된 분말 내 CaCO₃의 함량을 0.10 mol% 초과 0.20 mol% 미만으로 제어함으로써, 육방정계 페라이트 자성분말의 보자력을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.

도 8은 본 발명의 비교 예 및 실험 예 5에 따른 페라이트 자성분말을 촬영한 사진이고, 도 9는 본 발명의 실험 예 2, 실험 예 6, 및 실험 예 7에 따른 페라이트 자성분말을 촬영한 사진이고, 도 10은 본 발명의 실험 예 2에 따른 페라이트 자성분말의 패턴을 촬영한 사진이다.

도 8 및 도 9를 참조하면, 상기 실험 예 2 및 실험 예 5 내지 실험 예 7에 따른 페라이트 자성분말 및 비교 예에 따른 페라이트 자성분말을 SEM(Scanning Electron Microscope) 촬영하여 나타내었다.

도 8에서 확인할 수 있듯이, CaCO₃가 함유되지 않은 상기 비교 예에 따른 페라이트 자성분말 및 CaCO₃의 함유량이 0.05 mol%인 상기 실험 예 5에 따른 페라이트 자성분말의 경우, 각형비의 제어가 이루어지지 않는 것을 확인할 수 있었다. 하지만, 도 9에서 확인할 수 있듯이, CaCO₃의 함유량이 0.1 mol%인 상기 실험 예 6에 따른 페라이트 자성분말, CaCO₃의 함유량이 0.15 mol%인 상기 실험 예 2에 따른 페라이트 자성분말, 및 CaCO₃의 함유량이 0.2 mol%인 상기 실험 예 7에 따른 페라이트 자성분말의 경우, 각형비의 제어가 용이하게 이루어진 것을 확인할 수 있었다.

결과적으로, SrCO₃, Fe₂O₃, CaCO₃, 및 NaCl이 혼합된 분말내 CaCO₃ 함유량을 0.1 mol% 초과 0.2 mol%로 제어함에 따라, 본 발명의 실시 예에 따른 육방정계 페라이트 자성분말의 각형비 제어가 용이하게 이루어질 수 있음을 알 수 있다.

도 10을 참조하면, 상기 실험 예 2에 따른 페라이트 자성분말을 TEM(Transmission Electron Microscope) 촬영하고, 이에 상응하는 SAED(selected area electron diffraction) 패턴을 나타내었다. 도 10에서 확인할 수 있듯이, 상기 실험 예 2에 따른 페라이트 자성분말은 단결정 구조를 가지며 (0001) 면의 방향은 육각판상 분말의 두께 방향과 평행한 것을 확인할 수 있었다.

도 11은 본 발명의 비교 예 및 실험 예들에 따른 페라이트 자성분말의 입자 두께 분포를 비교하는 그래프이고, 도 12는 본 발명의 비교 예 및 실험 예들에 따른 페라이트 자성분말의 각형비를 비교하는 그래프이다.

도 11의 (a)를 참조하면, 상기 비교 예에 따른 페라이트 자성분말의 입자 두께 분포를 나타내고, 도 11의 (b)를 참조하면, 상기 실험 예 5에 따른 페라이트 자성분말의 입자 두께 분포를 나타내고, 도 11의 (c)는 본 발명의 실험 예 6에 따른 페라이트 자성분말의 입자 두께 분포를 나타내고, 도 11의 (d)는 본 발명의 실험 예 2에 따른 페라이트 자성분말의 입자 두께 분포를 나타낸다.

도 11의 (a) 내지 (d)에서 확인할 수 있듯이, CaCO₃를 함유하지 않는 경우, 페라이트 자성분말 입자의 평균 두께는 1μm를 갖는 반면, CaCO₃를 함유하는 페라이트 자성분말 입자의 평균 두께는 0.4μm 내지 0.6μm를 갖는 것을 확인할 수 있었다.

도 12를 참조하면, 상기 비교 예, 실험 예 2, 및 실험 예 5 내지 실험 예 7에 따른 페라이트 자성분말의 각형비(t/d ratio)를 비교하여 나타낸다. 도 12에서 확인할 수 있듯이, CaCO₃를 함유함에 따라 각형비(t/d ratio)가 현저하게 감소하는 것을 확인할 수 있었다.

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 육방정계 페라이트 자석분말은 각종 센서 및 전자기기용 흡수체 등에 적용될 수 있다.

Claims

금속 산화물을 포함하는 제1 소스 분말, 산화철을 포함하는 제2 소스 분말, 칼슘을 포함하는 제3 소스 분말, 및 염(Salt)을 포함하는 제4 소스 분말을 혼합하여 베이스 분말을 제조하는 단계;

상기 제4 소스 분말의 녹는점 보다 높은 온도에서 상기 베이스 분말을 열처리하여, 육방정계 페라이트(hexaferrite) 자성분말을 합성하는 단계; 및

상기 육방정계 페라이트 자성분말을 세척하여, 상기 육방정계 페라이트 자성분말 내 잔존된 상기 제4 소스 분말을 제거하는 단계를 포함하는 육방정계 페라이트 자성분말의 제조방법.
제1 항에 있어서,

상기 육방정계 페라이트 자성분말을 합성하는 단계에서,

상기 베이스 분말의 열처리 온도가 제어됨에 따라, 상기 육방정계 페라이트 자성분말의 형상 및 자성 특성이 제어되는 것을 포함하는 육방정계 페라이트 자성분말의 제조방법.
제2 항에 있어서,

상기 베이스 분말이 850℃ 이상 1050℃ 미만의 온도에서 열처리됨에 따라, 상기 육방정계 페라이트 자성분말은 육각판상 형상을 갖는 것을 포함하는 육방정계 페라이트 자성분말의 제조방법.
제2 항에 있어서,

상기 베이스 분말이 850℃ 초과 1050℃ 미만의 온도에서 열처리됨에 따라, 상기 육방정계 페라이트 자성분말의 보자력(coercive force)이 향상되는 것을 포함하는 육방정계 페라이트 자성분말의 제조방법.
제1 항에 있어서,

상기 베이스 분말을 제조하는 단계에서, 상기 베이스 분말 내 상기 제3 소스 분말의 함량이 제어됨에 따라, 상기 육방정계 페라이트 자성분말의 각형비 및 자성 특성이 제어되는 것을 포함하는 육방정계 페라이트 자성분말의 제조방법.
제5 항에 있어서,

상기 베이스 분말 내 상기 제3 소스 분말의 함량이 0.1 mol% 초과 0.2 mol% 미만으로 제어됨에 따라, 상기 육방정계 페라이트 자성분말의 각형비가 제어되는 것을 포함하는 육방정계 페라이트 자성분말의 제조방법.
제5 항에 있어서,

상기 베이스 분말 내 상기 제3 소스 분말의 함량이 0.1 mol% 초과 0.2 mol% 미만으로 제어됨에 따라, 상기 육방정계 페라이트 자성분말의 보자력(coercive force)이 향상되는 것을 포함하는 육방정계 페라이트 자성분말의 제조방법.
제1 항에 있어서,

상기 금속 산화물은 스트론튬(Sr) 산화물, 바륨(Ba) 산화물, 코발트(Co) 산화물, 및 란타늄(La) 산화물 중 어느 하나를 포함하는 육방정계 페라이트 자성분말의 제조방법.
제1 항에 있어서,

상기 제3 소스 분말은, 탄산 칼슘(CaCO₃) 및 산화 칼슘(CaO) 중 어느 하나를 포함하는 육방정계 페라이트 자성분말의 제조방법.
제1 항에 있어서,

상기 제4 소스 분말은, 염화 나트륨(NaCl), 염화 칼슘(CaCl₂), 및 염화 칼륨(KCl) 중 어느 하나를 포함하는 육방정계 페라이트 자성분말의 제조방법.
M_1-xCa_xFe₁₂O₁₉ (x>0)의 화학식을 갖는 육방정계 페라이트 자성분말에 있어서,

상기 육방정계 페라이트 자성분말 내 상기 칼슘의 함량이 0.1 mol% 초과 0.2 mol% 미만으로 제어되는 것을 포함하고,

상기 M은 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 코발트(Co) 및 란타늄(La) 중 어느 하나를 포함하는 육방정계 페라이트 자성분말.
제11 항에 있어서,

상기 육방정계 페라이트 자성분말 내 상기 칼슘의 함량에 따라, 상기 육방정계 페라이트 자성분말의 각형비가 제어되는 것을 포함하는 육방정계 페라이트 자성분말.