KR0145815B1 - 페라이트 복합 산화물 분말의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 철분말의 산화열을 이용한 페라이트 복합 산화물 분말의 제조방법에 관한 것으로, 특히 페라이트 복합 산화물을 제조하기 위한 원료용 산화물 분말에 산화촉매제로서 금속염화물을 첨가하여 철분말의 산화반응을 촉진시킴으로써 반응분말내에 국부적으로 존재하는 미반응 분말을 제거하고자 하는 것이다.

이와 같은 본 발명에서는 첨가되는 금속염화물은 원료용 분말의 전체 중량의 0.2∼10중량% 정도를 첨가하게 되면 철분말의 크기에 크게 의존함이 없이 균일하고 미세한 페라이트 합성분말의 제조가 가능하므로 고품질의 세라믹 페라이트 재료의 저가화에 크게 기여할 수 있을 것이다.

Description

페라이트 복합 산화물 분말의 제조방법

본 발명은 철분말의 산화열을 이용한 페라이트 복합 산화물의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 페라이트 복합 산화물을 제조하기 위한 원료용 산화물 분말에 산화촉매제를 첨가하여 철분말의 산화반응을 촉진시킴으로써 반응에 안정성을 부여하고 나아가 생성된 반응분말내에 국부적으로 존재하는 미반응 분말을 제거할 수 있는 페라이트 복합 산화물 분말의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 페라이트를 공업적으로 제조하는 방법은 산화철, 산화아연, 산화망간 등의 금속산화물을 기계적으로 혼합하여 하소(Calcination)시킨 후에 분쇄하여 원료분말을 제조한 다음 이 원료분말을 성형하여 마지막으로 고온에서 소결하는 방법이 이용되어 왔다. 그러나, 이와 같은 방법은 하소 공정이 비교적 고온에서 장시간 진행되어 생산공정중의 불순물 혼입에 따른 미세조직이 불균일하고, 또한 생산공정의 장기화에 따른 에너지의 과다소비등 생산성 측면에서도 큰 문제점을 안고 있었다.

한편, 이와 같은 기존의 페라이트의 제조 방법에 따른 문제점에 더하여 전자산업의 급속한 발달로 전자기기는 점차 고주파화 되어 가고 있으며 이에 대응되는 고품질의 페라이트 코어의 개발이 요구되어 오고 있으며, 이러한 요구에 부응하여 종래기술에 비하여 진보된 페라이트 제조방법으로서 기존의 하소공정을 생략하여 철분말을 산화성분위기에서 산소와 반응시킴으로써 산화열을 이용하여 Fe, Ni, Mg, Mn, Cu, Zn, Li 등의 금속산화물을 함유하는 다양한 페라이트를 제조할 수 있는 이른바 연쇄고온합성법이 러시아의 메르자노프(Merzhanov)에 의하여 제안되었으며, 이 방법에 따르면 페라이트 복합 산화물을 제조하는 장치의 구성이 간단하고 외부로부터의 열공급이 필요치 않아 전력소모도 없으므로 매우 경제적인 방법이라고 할 수 있다.

그러나, 철분말의 산화열을 이용하는 이 방법은 산화반응중에 생성된 중간산화물이 철분말과 산소와의 계속적인 산화반응을 차단시킴으로써 반응종료후 미반응 산화물이 잔류하게 되며, 이러한 미반응 산화물은 분쇄가 곤란하여 분쇄공정중에 불순물의 혼입이 증대되고, 생성산화물의 조성이 국부적으로 달라 소성공정중 미세조직을 균일하게 제어하기가 곤란하게 되므로 페라이트 산화물의 제품특성을 저하시키는 원인이 되는 등 실제 응용에 한계를 지니게 되었다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 페라이트 복합 산화물 분말의 제조공정중에 산화촉매제를 첨가하여 사용함으로써 철분말의 산화반응을 촉진시켜 산화반응에 안정성을 부여하고 생산성을 향상시키며, 나아가 반응생성 산화물분말내에 국부적으로 존재하는 미반응 산화물분말을 제거하여 균일한 자기적 특성을 갖는 페라이트 복합 산화물 분말을 제조하는 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따르면, 산화성 분위기에서 철분말의 산화열을 이용하여 페라이트 복합 산화물 분말을 제조함에 있어 페라이트 분말을 제조하기 위한 원료용 분말들의 혼합시에 금속산화물을 첨가하는 것을 특징으로 하는 페라이트 복합 산화물 분말의 제조방법이 제공된다.

한편, 본 발명에 따라 페라이트 분말을 제조하기 위한 원료용 분말들에 첨가되는 금속염화물은 염화이연(ZnCl₂), 이염화철 및 삼염화철(FeCl₂·H₂O 및 FeCl₃·H₂O),염화마그네슘(MgCl₂)등을 예로 들 수 있으며 이들은 분말형태로 또는 용매에 고용시킨 용액상태로 원료분말에 첨가하여 균일하게 혼합하여 혼합원료를 제조한다. 이러한 금속염화물들은 염소가 C1^-이온형태로 분말의 표면에 존재한 후 연쇄고온 합성이 진행되는 화학반응에 참여한 후 염소가스의 형태로 제거된다.

본 발명에서 첨가되는 금속염화물의 함량은 페라이트 분말을 제조하기 위한 원료용 분말들의 전체 중량의 0.2∼10%인 것이 바람직한데, 금속염화물의 함량이 0.2% 미만일 경우에는 첨가제로서의 역할이 불충분하여 반응생성물의 미세조직의 향상에 크게 기여를 하지 못하며, 반면에 금속염화물의 함량이 10%를 초과할 경우에는 합성반응시 금속염화물 내에서 과대한 결정성장의 위험이 생기게 되어 후속하는 분쇄공정에서의 분쇄가 곤란하여 결국 자기적 특성을 저하시킬 우려가 있다.

[실시예 1]

Ni_0.35Zn_0.65Fe₂O₄조성을 갖도록 3-13㎛의 카르보닐 철분말과 산화철, 산화아연 및 니켈산화물을 포함하는 원료 분말 500g에 20g의 FeCl₂·H₂O를 첨가하여 함께 4시간 습식 혼합하여 건조시켰다.

혼합된 분말을 지름 ψ150㎜, 두께10㎜의 원통형 용기에 채운 후 1기압의 산소분압의 분위기에서 점화기나 발열체를 이용하여 산화 반응을 발생시키는 연쇄고온합성법에 의하여 Ni-Zn 페라이트 복합 산화물 분말을 얻었다. 이 반응분말을 주사전자 현미경으로 촬영(× 5000)하여 사진 Ⅰ1(a)에 나타내었다.

[사진 Ⅰa]

[비교실시예 1]

산화촉매제로서 FeCl₂·H₂O 금속염화물을 첨가한 것을 제외하고는, 실시예 1에서와 동일한 방법으로 Ni-Zn 페라이트 복합 산화물 분말을 얻었다. 이 반응 분말을 주사전자 현미경으로 촬영(× 5000)하여 사진 Ⅰ(b)에 나타내었다.

[사진 Ⅰb]

사진 Ⅰ에서 알 수 있는 바와 같이, 원료용 분말의 혼합시에 금속염화물로서 FeCl₂·H₂O를 첨가하지 않은 경우에는 크기가 비교적 큰 미반응 산화물이 잔존하게 되는 반면, 금속염화물을 첨가한 경우에는 미반응 산화물의 존재없이 미세한 입도의 페라이트 복합 산화물 분말이 얻어질 수 있음을 알 수 있다.

[실시예 2]

Fe : Mn : Zn = 67.9 : 15.9 : 16.2(중량비)비의 조성을 갖도록 산화철, 산화아연 및 망간 화합물 원료 분말 500g에 ZnCl₂를 첨가하여 함께 4시간 혼합하여 건조시켰다.

혼합된 분말을 지름 φ150㎜, 두께 10㎜의 원통형 용기에 채운 후 1기압의 산소 분압의 분위기에서 점화기나 발열체를 이용하여 산화 반응을 시키는 연쇄고온 합성법에 의하여 Mn-Zn 페라이트 복합 산화물 분말을 얻었다.

실시예 2에서는 ZnCl₂의 첨가량에 따른 반응양상을 알아보기 위해 크기가 서로 다른 철분말을 이용하여 ZnCl₂의 첨가량을 다양하게 변화시켰다. 이렇게 하여 얻어진 결과를 표 1에 나타내었다.

표 1에서 알 수 있는 바와 같이, ZnCl₂금속염화물을 이용하여 철분말의 산화반응을 촉진시킨 경우 ZnCl₂의 첨가량에 따라 반응 분말의 조직이 변화하는데 ZnCl₂의 함량이 0.1 중량%의 경우에는 산화반응에 대한 기여도가 충분치 못하여 미반응 분말이 존재하게 되며, ZnCl₂가 10중량%를 초과하게 되면 금속염화물내에서 합성분응에 의해 결정립이 과대하게 성장하여 균일한 페라이트 분말의 제조가 어렵게 됨을 알 수 있다.

한편, 본 발명에서와 같이 페라이트 복합 산화물 분말의 제조시에 금속염화물을 일정량 첨가하게 되면 표 1에서 보는 바와 같이 철분말의 크기에 관계없이 균일하고 미세한 페라이트 합성 분말의 제조가 가능하므로 고가의 카르보닐 철분말은 물론 저가의 아토마이즈드 철분말(atomized Fe powders)을 이용하여 연쇄고온합성법으로 고품질의 기능성 재료를 제조할 수 있어 고품질의 세라믹 페라이트 재료의 저가화에 크게 기여할 수 있을 것이다.

Claims (4)

1. 산화성 분위기에서 철분말의 산화열을 이용하여 페라이트 복합 산화물 분말을 제조하는 방법에 있어서, 페라이트 복합 산화물 분말을 제조하기 위한 원료용 분말들의 혼합시에 금속염화물을 첨가하는 것을 특징으로 하는 페라이트 복합 산화물 분말의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 금속염화물은 ZnCl₂, FeCl₂, FeCl₃또는 MgCl₂에서 선택된 1 또는 2 이상의 혼합물임을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 금속염화물은 분말형태로 첨가됨을 특징으로 하는 방법.
4. 제1항에 또는 2항에 있어서, 상기 금속염화물의 첨가량은 페라이트 복합 산화물 분말을 제조하기 위한 원료용 분말의 전체 중량의 0.2∼10%임을 특징으로 하는 방법.