KR102333257B1 - 자성 분말의 제조 방법 - Google Patents

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KR102333257B1 KR1020200134070A KR20200134070A KR102333257B1 KR 102333257 B1 KR102333257 B1 KR 102333257B1 KR 1020200134070 A KR1020200134070 A KR 1020200134070A KR 20200134070 A KR20200134070 A KR 20200134070A KR 102333257 B1 KR102333257 B1 KR 102333257B1
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김종렬
이규태
강민규
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한양대학교 에리카산학협력단
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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 {Method for producing magnetic powder}
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.
구체적으로, 대한민국 특허공개 공보 10-2005-0018235에는 고주파 특성이 우수한 나노 결정립 금속 분말의 제조방법및 그 분말을 이용한 고주파용 연자성 코아의 제조방법이 개시되어 있고, 대한민국 특허공개 공보 10-2011-0139057에는 망간-알루미늄 자성분말 제조방법이 개시되어 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 2>를 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.
100: 혼합 분말
110: 제1 소스 분말
120: 제2 소스 분말
130: 첨가제
200: 베이스 분말
300: 예비 자성 분말
400: 자성 분말

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. 제10 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.
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