KR101309516B1 - 자성 비정질 금속 나노 파우더 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자성특성을 나타내는 자성 비정질 금속 나노 파우더 제조방법에 관한 것으로서, 상온에서 자성을 띄는 원소들을 포함하는 원료물질을 혼합하여 용융하는 제1단계; 상기 용융된 원료물질을 급속 응고하여 기지상과 기지상 내에 구형으로 석출된 석출상으로 구분되는 2상분리 비정질 금속을 제조하는 제2단계; 상기 2상분리 비정질 금속을 상기 석출상의 크기 분포에 따라 분리하는 제3단계; 및 상기 분리된 2상분리 비정질 금속의 기지상만을 선택적으로 용해하여 비정질 금속 분말을 제조하는 제4단계를 포함한다.
본 발명의 자성 비정질 금속 나노 파우더는, 상기한 방법으로 제조되며, 상기 비정질 금속 분말이 상온에서 자성을 띄는 원소들을 포함하는 2상분리 비정질 금속의 구형 석출상만으로 구성되고, 상기 구형 석출상은 2상분리과정에서 형성된 쉘(shell) 또는 야드(yard) 구조를 가지며, 이로 인해 분말 내부에 위치하는 자성원소의 조성적인 불균일에 의해서 자성 특성을 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 상온에서 자성을 띄는 원소를 포함하는 2상분리 비정질 금속을 제조한 뒤에 석출상의 분급상태에 따라서 나노크기의 석출상이 분포된 부분만을 이용하여 비정질 분말을 제조함으로써, 분급 상태가 조절된 나노 크기의 비정질 자성 나노 파우더를 제조할 수 있는 효과가 있다.

Description

자성 비정질 금속 나노 파우더 제조방법{PREPARATION METHOD FOR MAGNETIC METALLIC GLASS NANO-POWDER}
본 발명은 비정질 금속 나노 파우더 제조방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 자성특성을 나타내는 비정질 금속 나노 파우더 제조방법에 관한 것이다.
대부분의 금속 합금은 액상으로부터 응고 시에 원자의 배열이 규칙적인 결정상이 형성된다. 그러나 응고 시 냉각속도가 임계 값 이상으로 충분히 커서 결정상의 핵 생성 및 성장이 제한된다면, 액상의 불규칙적인 원자 구조가 그대로 고상으로 유지될 수 있다. 이와 같은 합금을 통상 비정질 합금(amorphous alloy) 또는 금속 유리(metallic glass)라 한다. 비정질 합금은 결정질 합금에 비해 2~3배 정도 높은 인장 강도를 가지며, 입계가 존재하지 않는 조직의 균일성으로 인해 내식성이 우수하거나 빠른 부식으로 촉매로의 활용이 가능한 것으로 알려져 있다.
한편, 비정질 분말은 나노 구조 물질의 제작을 위한 빌딩 블록, 고분자 물질의 강화, 낮은 녹는점을 가지는 합금 그리고 촉매 등으로 쓰일 수 있는데, 20세기 후반에 이르러 입자의 크기가 수십 나노미터에 이르게 되면 그 물질의 성질이 현저하게 변화하는 것을 알게 되었다.
특히 1959년 Richard P. Feynman의 발표와 20여 년 전 Eric K. Drexel에 의해 나노 크기 물질의 물리, 화학적인 특성을 조절하기 위한 완전히 새로운 분야의 연구가 이어지게 되었다. 현재에는 이러한 나노 구조 물질은 미래의 전기, 자기, 기계적 장치에서 주된 부분이 될 것으로 인식되고 있다.
이러한 나노 물질을 만드는 공정은 화학 진공 증착(chemical vapor deposition), 물리 진공 증착(physical vapor deposition), 침전(precipitation), 반응성 스퍼터링(reactive sputtering), 레이저 열분해(laser pyrolysis), 아크 플라즈마 공정(arc plasma process), 펄스 와이어 폭발(pulse wire explosion), 기계적 합금법(mechanical alloying), 그라인딩(grinding) 또는 졸겔법(sol-gel technique)등이 있다.
그런데, 이러한 대부분의 공정들은 보통 복잡한 공정과 고가의 장비를 필요로 하고 원자 구조를 제어할 수 없는 경우가 많다. 예를 들어, 화학 진공 증착, 아크 플라즈마 공정, 펄스 와이어 폭발 또는 기계적 합금법은 비정질과 같은 준안정(meta-stable)한 구조를 형성할 수 있지만, 침전법이나 졸겔법 등에서는 오로지 안정한 원자 구조만 이루게 된다.
또한, 상기한 대부분의 공정에서는 비정질 분말을 제조하는 것이 불가능하고, 특히 구형이면서 매끈한 표면을 갖도록 하기 어려우며 분말이 서로 뭉치는 현상이 발생한다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 자성특성을 갖는 비정질 상태의 나노 파우더를 제조하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 자성 비정질 금속 나노 파우더 제조방법은, 상온에서 자성을 띄는 원소들을 포함하는 원료물질을 혼합하여 용융하는 제1단계; 상기 용융된 원료물질을 급속 응고하여 기지상과 기지상 내에 구형으로 석출된 석출상으로 구분되는 2상분리 비정질 금속을 제조하는 제2단계; 상기 2상분리 비정질 금속을 상기 석출상의 크기 분포에 따라 분리하는 제3단계; 및 상기 분리된 2상분리 비정질 금속의 기지상만을 선택적으로 용해하여 비정질 금속 분말을 제조하는 제4단계를 포함한다.
2상분리 비정질 금속재료는 주성분 물질이 일정 온도 이하의 액체상태에서 불혼화(immiscible) 영역이 존재하여 급속냉각과정에서 2개의 구별되는 액체상으로 분리되면서, 최종적으로 2개의 서로 다른 조성을 가지는 비정질 상이 재료 내에 분리되어 존재하는 비정질 금속재료를 말한다. 이러한 2상분리 비정질 금속을 제조하는 급속 응고방법은 일반적으로 비정질 금속을 제조하는 데 사용되는 멜트 스피닝, 인젝션 캐스팅, 썩션 캐스팅 등의 방법이 사용될 수 있으며, 비정질 금속의 비정질 형성능을 고려하여 선택하는 것이 가능하다.
이때, 비정질 금속재료 내에 존재하는 2개의 상은 조성 조절을 통하여 연속적으로 위치하는 기지(matrix)상과 기지상 내에 구형으로 석출된 석출상의 형태로 존재하도록 제조가 가능하다.
2상분리 비정질 금속재료의 기지상 내에 석출된 구형 석출상은 과냉도가 크고 및 냉각 속도가 빠른 부분에서 다른 부분에 비하여 상대적으로 크기가 작아서 나노단위의 고른 직경을 갖는다. 본 발명의 발명자들은 2상분리 비정질 금속재료에서 나타는 석출상의 분급 특성을 이용하여 석출상의 크기에 따라서 2상분리 비정질 금속재료를 분리함으로써 나노크기의 직경을 가지는 자성 비정질 금속 나노 파우더를 제조하는 방법을 개발하였다.
이때, 제2단계는 멜트 스피닝법으로 수행되고, 제3단계는 2상분리 비정질 금속을 두께방향으로 상부와 하부로 분리하여 수행되며, 제4단계는 두께방향으로 분리된 2상분리 비정질 금속의 하부에 대하여 수행되는 것이 바람직하다.
비정질 금속재료를 제조하는 대표적인 급속응고 방법인 멜트 스피닝(melt spinning)은 완전히 용융된 원료물질을 회전하는 디스크 또는 휠 위로 토출하면, 디스크나 휠의 회전력에 의하여 공기 중으로 퍼져나간 원료물질이 급속 냉각됨으로써 리본형태의 비정질 금속 재료가 형성되는 방법이다. 이러한 멜트 스피닝으로 제조된 2상분리 비정질 금속재료는 제조단계에서 휠에 접촉하는 휠 방향(wheel side)의 하부와 반대쪽에 위치하는 자유 방향(free side)의 상부로 나눌 수 있으며, 상대적으로 휠 방향 하부의 과냉도가 크고 냉각 속도도 빠르기 때문에 직경이 작은 석출상이 분포한다. 따라서 두께방향으로 아래쪽에 위치하는 하부만을 분리하여 제4단계를 수행하면 나노크기로 고르게 분급된 비정질 분말을 얻을 수 있다.
이때, 자성을 띄는 2상분리 비정질 금속은 화학식 (Y,Gd)xTi100-(x+y+z)Aly (Co,Ni)z로 표시되고, x, y, z는 원자%로 각각 20≤x≤40, 20≤y≤30, 15≤z≤25일 수 있다.
자성을 띄는 2상분리 비정질 금속은 화학식 Zrp(Nd,Pr,Ce,La,Gd, Y)100-(p+q+r)Alq(Co,Ni)r로 표시되고, p, q, r은 원자%로 각각 5≤p≤30, 5≤q≤15, 25≤r≤35일 수 있다.
자성을 띄는 2상분리 비정질 금속은 화학식 NisNb50-s/2Y50-s/2로 표시되고, s는 원자%로 50≤s≤70일 수 있다.
자성을 띄는 2상분리 비정질 금속 리본은 화학식 [(Fe,Co)iSijB100-i-j]kCu100-k로 표시되고, i, j, k는 원자%로 각각 70≤i≤80, 5≤j≤15, 10≤k≤50일 수 있다.
특히 비정질 금속 분말을 제조하는 제4단계에서, 기지상을 선택적으로 용해하는 방법이 HNO3용액에 침지하여 수행되는 것이 바람직하며, HNO3용액의 농도는 0.1M 내지 1M 인 것이 좋다.
나아가 HNO3용액에 침지하여 기지상만을 선택적으로 용해하는 과정에서 초음파 및 온도를 인가함으로써 용해 반응의 속도를 약 20배 이상 향상시킬 수 있다.
본 발명의 다른 형태에 의한 자성 비정질 금속 나노 파우더는, 상기한 방법으로 제조되며, 상기 비정질 금속 분말이 상온에서 자성을 띄는 원소들을 포함하는 2상분리 비정질 금속의 구형 석출상만으로 구성되고, 상기 구형 석출상은 2상분리과정에서 형성된 쉘(shell) 구조 또는 야드(yard) 구조를 가질 수 있으며, 상기 비정질 금속 분말 내부에 위치하는 자성원소의 조성적인 불균일에 의해서 독특한 자성 특성을 가지는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명은, 상온에서 자성을 띄는 원소를 포함하는 2상분리 비정질 금속을 제조한 뒤에 석출상의 분급상태에 따라서 나노크기의 석출상이 분포된 부분만을 이용하여 비정질 분말을 제조함으로써, 분급 상태가 조절된 나노 크기의 비정질 자성 나노 파우더를 제조할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 비정질 자성 나노 파우더는 2상분리과정에서 형성된 쉘(shell) 구조 또는 야드(yard) 구조를 가진 석출상으로 구성됨으로써, 비정질 금속 분말 내부에 위치하는 자성원소의 조성적인 불균일에 의해서 독특한 자성 특성을 가지는 비정질 자성 나노 파우더를 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 2상분리 비정질 금속 리본의 기지상을 선택적으로 용해하는 과정에서 초음파 및 온도를 인가함으로써, 공정속도를 20배 이상 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라서 멜트 스피닝법으로 급속 응고하여 비정질 금속 나노 파우더를 제조하는 과정을 나타내는 순서도이다.
도 2는 멜트 스피닝법에 의해서 2상분리 비정질 금속 리본을 제조하는 모습을 나타내는 모식도이다.
도 3은 멜트 스피닝법으로 제조된 Y28Ti28Al24Co20 비정질 금속재료의 투과전자현미경 사진과 각 상의 스펙트럼 분포를 나타낸 그래프이다.
도 4는 멜트 스피닝법으로 제조된 2상분리 비정질 합금 리본의 분급상태 및 본 실시예로 제조된 나노 파우더를 나타내는 사진이다.
도 5는 본 실시예에 따라서 2상분리 비정질 금속 리본의 기지를 선택적으로 용해하는 시간을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 실시예에 따라서 제조된 비정질 금속 나노 파우더를 촬영한 주사현미경 사진이다.
도 7은 본 실시예에 따라 제조된 비정질 금속 나노 파우더와 일반적인 비정질 금속 재료들의 x선 회절분석 결과이다.
도 8은 본 실시예에 따라 제조된 비정질 금속 나노 파우더에 대하여 SQUID로 측정한 온도에 따른 포화 자화 값을 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 실시예에 따라 제조된 비정질 금속 나노 파우더와 비정질 금속 리본의 자성특성을 비교한 그래프이다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라서 급속응고가 멜트 스피닝법인 경우에, 비정질 금속 나노 파우더를 제조하는 과정을 나타내는 순서도이다.
본 실시예의 비정질 금속 나노 파우더를 제조하는 과정은, 멜트 스피닝법으로 2상분리 비정질 금속 리본을 제조하는 단계, 멜트 스피닝법으로 제조된 2상분리 비정질 금속 리본을 과냉도와 냉각속도 차에 의해 석출상의 크기 및 분포가 확연히 구별되는 상부와 하부로 분리하는 단계 및 분리된 2상분리 비정질 금속 리본에서 기지상만을 선택적으로 용해하는 단계를 포함하여 구성된다.
멜트 스피닝법에 한 2상분리 비정질 금속 리본 제조
도 2는 멜트 스피닝법에 의해서 2상분리 비정질 금속 리본을 제조하는 모습을 나타내는 모식도이다.
멜트 스피닝법은 완전히 용융된 원료물질을 회전하는 디스크 또는 휠 위로 토출하면, 디스크나 휠의 회전력에 의하여 공기 중으로 퍼져나간 원료물질이 급속 냉각됨으로써 리본형태의 비정질 금속 재료가 형성되는 방법이다. 멜트 스피닝법은 리본형태의 비정질 재료를 제조하는 일반적인 방법 중에 하나이므로 자세한 설명은 생략하며, 제조대상인 비정질 금속 재료의 특성에 맞추어 다양한 공정조건을 적용할 수 있다.
2상분리 비정질 금속재료는 주성분 물질이 일정 온도 이하의 액체상태에서 불혼화(immiscible) 영역이 존재하여 급속냉각과정에서 2개의 구별되는 액체상으로 분리되면서, 최종적으로 2개의 서로 다른 조성을 가지는 비정질 상이 재료 내에 분리되어 존재하는 비정질 금속재료를 말한다. 이때, 비정질 금속재료 내에 존재하는 2개의 상은 조성 조절을 통하여 연속적으로 위치하는 기지상(matrix)과 기지상 내에 구형으로 석출된 석출상의 형태로 존재하도록 제조가 가능하다.
도 3은 멜트 스피닝법으로 제조된 Y28Ti28Al24Co20 비정질 금속재료의 투과전자현미경 사진과 각 상의 스펙트럼 분포를 나타낸 그래프이다.
도시된 것과 같이, Y28Ti28Al24Co20 비정질 금속재료를 멜트 스피닝법으로 급속응고를 통해 제조하는 경우에 연속되는 기지상과 구형의 석출상의 2개의 비정질 상으로 분리된 것을 확인할 수 있다. 또한, 석출상은 Ti의 함량이 높은 반면에, 기지상은 Y의 함량이 높은 것도 확인할 수 있다.
멜트스피닝법으로 제조된 2상분리 비정질 금속 리본을 상부와 하부로 분리
도 2에 도시된 것과 같이, 멜트 스피닝법에서 제조된 비정질 금속 리본은 제조과정에서 휠에 접촉하는 아랫부분과 휠에 접촉하지 않고 계속하여 공기와 접하는 윗부분으로 구분할 수 있다. 이하에서는 편의상 자유방향(free side)과 휠 방향(wheel side)으로 호칭한다.
본 발명의 발명자들은 멜트 스피닝법으로 2상분리 비정질 금속 리본을 제조하는 경우에, 자유방향과 휠 방향의 냉각과정에서의 과냉도와 냉각속도 차이를 이용하여 석출상의 입자크기를 분급하는 방법을 개발하였다.
구체적으로, 2상분리 비정질 금속 리본에서 아래쪽의 휠 방향은 작은 입자가 고르게 분포하는 반면에, 위쪽의 자유방향은 큰 입자를 포함하여 입자의 크기가 불균하게 분포한다.
이때, 2상분리 비정질 금속 리본에서 아래쪽의 휠 방향부터 나노 크기의 입자가 형성될 수 있는 리본의 두께 범위는 합금 조성과 제조 리본의 두께 등 공정조건에 따라 조절이 가능하다.
2상분리 비정질 금속 리본의 기지를 용해하여 비정질 금속 분말 제조
본 실시예에서는 분리된 2상분리 비정질 금속 리본을 HNO3용액에 침지하여 기지상만을 선택적으로 용해한다. HNO3용액에 의하여 2상분리 비정질 금속 리본의 기지상만을 선택적으로 용해하는 원리는 기지상에 포함된 구성원소와 HNO3용액의 반응성이 더 높기 때문이다. 따라서 본 실시예는 설계단계에서 파우더로 제조하려는 조성 물질이 석출상이 되도록 비정질 합금을 설계함과 동시에, 연속적인 기지상만을 선택적으로 용해할 수 있도록 반응성에 차이가 있는 비정질 합금을 설계하여야 한다. 이때, 기지상을 선택적으로 용해하는 과정에서 석출상에 포함된 구성 원소에 의해서 석출상 표면에 부동태막이 형성되는 경우에는 석출상의 용해를 방지하는 효과를 얻을 수 있다.
한편, HNO3용액에 침지하는 것만으로는 기지상을 용해하는 데 걸리는 시간이 매우 오래 걸리는 단점이 있으나, 본 실시예에서는 2상분리 비정질 금속 리본을 HNO3에 침지한 상태에서 초음파 인가 및 가열함으로써 용해시간을 1/20 수준으로 크게 단축할 수 있다.
기지상이 모두 용해되고 남은 석출상 파우더는 우선 에탄올에 분산시킨 뒤에 회수하여, 고진공상태에서 잔류 용매를 모두 제거함으로써 최종적으로 비정질 금속 파우더를 제조한다.
도 4는 멜트 스피닝법으로 제조된 2상분리 비정질 합금 리본의 분급상태 및 본 실시예로 제조된 나노 파우더를 나타내는 사진이다. 대상물질은 Y28Ti28Al24Co20 비정질 금속재료이다.
도 4a와 4b에 도시된 것과 같이, 2상분리 비정질 금속 리본의 휠 방향은 직경이 100nm 이하 정도인 석출상들이 고르게 분포한 반면에, 2상분리 비정질 금속 리본의 자유방향은 직경이 매우 큰 석출상들과 직경이 작은 석출상들이 혼재되어 있는 것을 알 수 있다.
따라서 멜트 스피닝법으로 제조된 2상분리 비정질 합금 리본을 상부와 하부로 분리하여, 아래쪽의 휠 방향부분의 기지상을 선택적으로 용해하고 석출상만을 남겨서 비정질 금속재료 파우더를 제조하면 도 4c와 같이 입자 크기가 작은 비정질 금속 나노 파우더를 제조할 수 있다. 기지상을 선택적으로 용해하는 과정은 HNO3 용액에 침지하고 초음파 및 온도를 인가하여 수행하였다.
Y의 함유량이 많은 기지상은 HNO3용액과 반응하여,
2Y + 6H+ -> 2Y3+ + 3H2
의 반응식에 따라서 Y이 이온화되면서 선택적으로 용해된다.
반면에, Ti의 함유량이 많은 석출상은,
Ti+ 2H2O -> TiO2 + 2H2
의 반응식에 의해서 표면에 부동태막이 형성되기 때문에 용해되지 않는다.
도 5는 본 실시예에 따라서 2상분리 비정질 금속 리본의 기지상을 선택적으로 용해하는 시간을 나타내는 그래프이다.
Y28Ti28Al24Co20 비정질 금속재료의 기지상을 0.1M의 HNO3 용액을 이용하여 선택적으로 용해하는 데 걸리는 시간은 약 24시간이상의 시간이 걸리던 것에 비하여, 본 실시예와 같이 초음파 및 온도를 가하는 경우에 85분 정도로 급격하게 감소하였으며, HNO3용액의 농도가 높아질수록 감소하는 것을 확인할 수 있다. 다만, HNO3의 농도가 0.3M을 넘는 경우에는 용해시간이 감소하는 폭이 줄어드는 것을 확인할 수 있다.
본 실시예에 따라서 멜트 스피닝법으로 2상분리 비정질 금속 리본을 제조하고 HNO3 용액으로 기지상을 선택적으로 용해하여 비정질 금속 나노 파우더를 제조할 수 있는 비정질 금속 재료를 정리하면 다음과 같다.
2상분리 비정질 합금재료 조성 기지상 조성 석출상 조성 파우더 구성
(Y,Gd)xTi100-(x+y+z)Aly(Co,Ni)z
20≤x≤40, 20≤y≤30, 15≤z≤25		 (Y,Gd)-rich Ti-rich Ti계 비정질
Zrp(Nd,Pr,Ce,La,Gd,Y)100-(p+q+r)Alq(Co,Ni)r
5≤p≤30, 5≤q≤15, 25≤r≤35		 (Nd,Pr,Ce,La,Gd,Y)-rich Zr-rich Zr계 비정질
NisNb50-s/2Y50-s/2
50≤s≤70		 Ni-Nb-rich Ni-Y-rich Ni-Nb계 비정질
[(Fe,Co)iSijB100-i-j]kCu100-k
70≤i≤80, 5≤j≤15, 10≤k≤50		 Cu-rich (Fe,Co)-rich (Fe,Co)계 비정질
(Y,Gd)xTi100-(x+y+z)Aly(Co,Ni)z (20≤x≤40, 20≤y≤30, 15≤z≤25) 2상분리 비정질 합금재료는 Y나 Gd이 풍부한 기지상과 Ti가 풍부한 석출상으로 분리되며, HNO3용액으로 기지상을 선택적으로 용해한 결과, Ti계 비정질 나노파우더를 얻을 수 있었다.
Zrp(Nd,Pr,Ce,La,Gd,Y)100-(p+q+r)Alq(Co,Ni)r (5≤p≤30, 5≤q≤15, 25≤r≤35) 2상분리 비정질 합금재료는 Nd,Pr,Ce,La,Gd 또는 Y가 풍부한 기지상과 Zr가 풍부한 석출상으로 분리되며, HNO3용액으로 기지상을 선택적으로 용해한 결과, Zr계 비정질 나노파우더를 얻을 수 있었다.
NisNb50-s/2Y50-s/2 (50≤s≤70) 2상분리 비정질 합금재료는 Ni-Nb가 풍부한 기지상과 Ni-Y가 풍부한 석출상으로 분리되며, HNO3용액으로 기지상을 선택적으로 용해한 결과, Ni-Y계 비정질 나노파우더를 얻을 수 있었다.
[(Fe,Co)iSijB100-i-j]kCu100-k (70≤i≤80, 5≤j≤15, 10≤k≤50) 2상분리 비정질 합금재료는 Cu가 풍부한 기지상과 Fe 또는 Co가 풍부한 석출상으로 분리되며, HNO3용액으로 기지상을 선택적으로 용해한 결과, Fe계 또는 Co계 비정질 나노파우더를 얻을 수 있었다.
도 6은 본 실시예에 따라서 제조된 비정질 금속 나노 파우더를 촬영한 현미경 사진이다.
왼쪽은 Y28Ti28Al24Co20 2상분리 비정질 금속 리본으로부터 제조된 나노 파우더이고, 오른쪽은 Gd30Ti25Al25Co20 2상분리 비정질 금속 리본으로부터 제조된 나노 파우더이다. Y28Ti28Al24Co20 2상분리 비정질 금속 리본으로부터 제조된 나노 파우더의 평균조성은 Ti54.4Y3.4Al10.2Co32.0이고, Gd30Ti25Al25Co20 2상분리 비정질 금속 리본으로부터 제조된 나노 파우더의 평균조성은 Ti55.8Gd2.2Al11.7Co30.4이다.
위쪽에 위치하는 리본의 자유방향으로 제조된 파우더에 비하여, 아래쪽에 위치하는 리본의 휠 방향으로 제조된 파우더의 평균 입경이 더 작고 고르게 분포된 것을 확인할 수 있다.
도 7은 본 실시예에 따라 제조된 비정질 금속 나노 파우더와 일반적인 비정질 금속 재료들의 x선 회절분석 결과이다.
회절분석 대상 물질 모두가 전형적인 비정질의 회절피크를 나타내고 있는 점에서 본 실시예에 따라 제조된 나노 파우더는 비정질상태임을 확인할 수 있다.
그리고 Y28Ti28Al24Co20 2상분리 비정질 금속 리본으로부터 제조된 나노 파우더와 Gd30Ti25Al25Co20 2상분리 비정질 금속 리본으로부터 제조된 나노 파우더의 주된 피크가 Ti56Al24Co20 비정질 금속재료의 주된 피크와 비슷한 위치인 것으로 보아 Ti가 풍부한 Ti계 비정질 금속재료임을 알 수 있다.
한편, 본 실시예에 따라 제조된 비정질 나노 분말은, 상분리과정에서 석출된 구형 입자가 쉘(shell) 구조 혹은 야드(yard) 구조를 형성함으로써 나노 파우더 내부에 자성을 띄는 원소들의 조성적인 불균일성을 통해 독특한 자성 특성을 가지는 특징이 있다.
도 8은 본 실시예에 따라 제조된 비정질 금속 나노 파우더에 대하여 SQUID로 측정한 온도에 따른 포화 자화 값을 나타내는 그래프이다.
도시된 것과 같이 본 실시예에 따라 제조된 비정질 나노 파우더는 저온 뿐 아니라 상온에서도 자성특성을 갖는 것을 확인할 수 있다.
도 9는 본 실시예에 따라 제조된 비정질 금속 나노 파우더와 비정질 금속 리본의 자성특성을 비교한 그래프이다.
도시된 것과 같이, Y27.5Ti27.5Al25Co20 비정질 금속 리본은 자성 특성을 거의 갖지 않으나, Y27.5Ti27.5Al25Co20으로부터 제조된 나노 파우더와 Gd27.5Ti27.5Al25Co20으로부터 제조된 나노 파우더는 독특한 자성특성을 갖는 것을 확인할 수 있다.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 통하여 설명하였는데, 상술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화가 가능함은 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특정 실시예가 아니라 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (11)

  1. 상온에서 자성을 띄는 원소들을 포함하는 원료물질을 혼합하여 용융하는 제1단계;
    상기 용융된 원료물질을 급속 응고하여 기지상과 기지상 내에 구형으로 석출된 석출상으로 구분되는 2상분리 비정질 금속을 제조하는 제2단계;
    상기 2상분리 비정질 금속을 상기 석출상의 크기 분포에 따라 분리하는 제3단계; 및
    상기 분리된 2상분리 비정질 금속의 기지상만을 선택적으로 용해하여 비정질 금속 분말을 제조하는 제4단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자성 비정질 금속 나노 파우더 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2단계가 멜트 스피닝법으로 수행되고,
    상기 제3단계가 2상분리 비정질 금속을 두께방향으로 상부와 하부로 분리하여 수행되며,
    상기 제4단계가 상기 두께방향으로 분리된 2상분리 비정질 금속의 하부에 대하여 수행되는 것을 특징으로 하는 자성 비정질 금속 나노 파우더 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 2상분리 비정질 금속이 화학식 (Y,Gd)xTi100-(x+y+z)Aly(Co,Ni)z로 표시되고, 상기 식 중에서 x, y, z는 원자%로 각각 20≤x≤40, 20≤y≤30, 15≤z≤25인 것을 특징으로 하는 자성 비정질 금속 나노 파우더 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 2상분리 비정질 금속이 화학식 Zrp(Nd,Pr,Ce,La,Gd,Y)100-(p+q+r) Alq(Co,Ni)r로 표시되고, 상기 식 중에서 p, q, r은 원자%로 각각 5≤p≤30, 5≤q≤15, 25≤r≤35인 것을 특징으로 하는 자성 비정질 금속 나노 파우더 제조방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 2상분리 비정질 금속이 화학식 NisNb50-s/2Y50-s/2로 표시되고, 상기 식 중에서 s는 원자%로 50≤s≤70인 것을 특징으로 하는 자성 비정질 금속 나노 파우더 제조방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 2상분리 비정질 금속이 화학식 [(Fe,Co)iSijB100-i-j]kCu100-k로 표시되고, 상기 식 중에서 i, j, k는 원자%로 각각 70≤i≤80, 5≤j≤15, 10≤k≤50인 것을 특징으로 하는 자성 비정질 금속 나노 파우더 제조방법.
  7. 청구항 3 내지 청구항 6 중 한 항에 있어서,
    상기 제4단계에서, 상기 기지상만을 선택적으로 용해하는 방법이 HNO3용액에 침지하여 수행되는 것을 특징으로 하는 자성 비정질 금속 나노 파우더 제조방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 HNO3용액의 농도가 0.1M 내지 1M 인 것을 특징으로 하는 자성 비정질 금속 나노 파우더 제조방법.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 제4단계가 HNO3용액에 침지한 상태에서 초음파를 인가하는 것을 특징으로 하는 자성 비정질 금속 나노 파우더 제조방법.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 제4단계가 HNO3용액에 침지한 상태에서 가열하는 것을 특징으로 하는 자성 비정질 금속 나노 파우더 제조방법.
  11. 청구항 1 내지 청구항 6의 방법 중에 하나의 방법으로 제조된 자성 비정질 금속 나노 파우더로서,
    상기 비정질 금속 분말이 상온에서 자성을 띄는 원소들을 포함하는 2상분리 비정질 금속의 구형 석출상만으로 구성되고,
    상기 구형 석출상은 2상분리과정에서 형성된 쉘(shell) 구조 또는 야드(yard) 구조를 가지며,
    상기 비정질 금속 분말 내부에 위치하는 자성원소의 조성적인 불균일에 의해서 자성 특성을 가지는 것을 특징으로 하는 자성 비정질 금속 나노 파우더.
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