KR102655155B1

KR102655155B1 - 페라이트 자성재료 및 이로부터 제조된 영구자석

Info

Publication number: KR102655155B1
Application number: KR1020220103612A
Authority: KR
Inventors: 강영민
Original assignee: 국립한국교통대학교산학협력단
Priority date: 2022-08-18
Filing date: 2022-08-18
Publication date: 2024-04-05
Also published as: KR20240025400A

Abstract

본 발명은 포화 자화(MS), 잔류자속밀도(Br) 및 최대자기에너지적(BH_max) 등 영구자석의 성능이 우수한 페라이트 자성재료 및 이로부터 제조된 영구자석으로, SrFe₁₂O₁₉에서 Si, Mg, Li, La, Ca, Co 및 Mg로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 두 원소로 치환된 것을 특징으로 한다.

Description

페라이트 자성재료 및 이로부터 제조된 영구자석{Ferrite magnetic material and permanent magnets manufactured therefrom}

본 발명은 페라이트 자성재료 및 이로부터 제조된 영구자석에 관한 것이다.

1950년대 초에 등장한 페리자성 세라믹(ferrimagnetic ceramic)인 헥사페라이트는 영구자석, 자기기록매체, 고주파 연자성소자 등 다양한 분야에 적용할 수 있어 지난 수십 년간 많은 관심을 받아왔다. 헥사페라이트는 적층 구조와 구성 요소에 따라 M, U, W, X, Y, Z의 6가지 결정상을 가지고 있다. 그 중 기본 화학식 (Ba,Sr)Fe₁₂O₁₉를 갖는 M형 헥사페라이트는 우수한 위상 안정성, 강한 c축 자기 이방성 및 충분한 포화 자화를 갖는다. 따라서 영구 자석에서 가장 많이 사용되는 재료이다. M-헥사페라이트상을 갖는 페라이트 자석은 전 세계적으로 자동차, 가전 제품 및 다양한 산업 장비에 널리 사용되어 자석 성능 향상이 중요하다. SrFe₁₂O₁₉(SrM)를 다양한 양이온으로 치환하여 포화 자화(M_S) 및 자기결정 이방성과 같은 고유 자기 특성을 향상시키기 위한 여러 연구가 수행되었다.

비자성 Zn² ⁺ 이온이 순 자화 방향에 반평행인 스핀 방향으로 Fe³ ⁺ 이온을 선택적으로 치환하기 때문에 La-Zn 또는 Mn-Zn을 SrM으로 치환하면 M_S가 증가한다고 보고되었다. SrM으로의 La-Ca-Co 공동 치환은 M_S를 감소시키지 않으면서 단축 자기결정 이방성 상수(K_u)를 크게 개선하는 가장 성공적인 접근법 중 하나라는 것이 입증되었다. 따라서 La-Ca-Co로 치환된 SrM은 고급 자석 제품으로 상용화되었다. 그러나 고가의 원소인 코발트를 도핑하면 가격이 크게 상승한다. 따라서 자기 특성을 손상시키지 않고 재료 비용을 줄이는 것이 영구 자석의 연구 개발에서 중요한 이슈이다.

본 발명은 포화 자화(MS), 잔류자속밀도(Br) 및 최대자기에너지적(BH_max) 등 영구자석의 성능이 우수한 페라이트 자성재료 및 이로부터 제조된 영구자석을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 페라이트 자성재료는, SrFe₁₂O₁₉에서 Si, Mg, Li, La, Ca, Co 및 Mg로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 두 원소로 치환된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 페라이트 자성재료는, SrFe₁₂O₁₉에서 Fe 사이트에 Si 및 Mg가 치환된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 페라이트 자성재료는, SrFe₁₂O₁₉에서 Fe 사이트에 Si 및 Li가 치환된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 페라이트 자성재료는, SrFe₁₂O₁₉에서 Si, Li, La, Ca, Co 및 Mg가 치환된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 페라이트 자성재료는, 하기 화학식 1 내지 3 중 어느 하나로 표시되는 것을 특징으로 한다.

[화학식 1]

SrFe_12-2xSi_xMg_xO₁₉

여기서, 0<x≤2이다.

[화학식 2]

SrFe_12-z(Si_0.6Li_0.6)_zO₁₉

여기서, 0<z≤0.6이다.

[화학식 3]

Sr_0.4Ca_0.3La_0.3Fe_10.2Co_0.2-yMn_ySi_0.05Mg_0.05O₁₉

여기서, 0<y<0.2이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석은, 상기 페라이트 자성재료로부터 제조된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 페라이트 자성재료 및 이로부터 제조된 영구자석은 포화 자화(MS), 잔류자속밀도(Br) 및 최대자기에너지적(BH_max) 등 영구자석의 성능이 우수하여 자동차, 가전 제품 및 다양한 산업 장비에 널리 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 저가의 원료를 사용하여 원료비용을 절감할 수 있다.

도 1(a) 내지 1(d)는 1250℃에서 소결된 SrFe₁₂ _- _2xSi_xMg_xO₁₉(x = 0, 0.05, 0.1, 0.2), Sr₁ _- _yFe₁₂ _- _ySi_yK_yO₁₉(y = 0, 0.05, 0.1, 0.2), SrFe₁₂ _- _z(Si_0.6Li_0.6)_zO₁₉ (z = 0, 0.05, 0.1, 0.2, 0.4, 0.6), 및 SrFe₁₂ _- _xSi_xO₁₉ (x = 0, 0.1)의 XRD 패턴을 보여준다.
도 2(a) 내지 2(C)는 SrFe₁₂ _- _z(Si_0.6Li_0.6)_zO₁₉(z = 0, 0.05, 0.4) 샘플에 대한 Rietveld 미세 조정을 사용한 XRD 패턴이다.
도 3은 실시예들의 격자 파라미터 a, c 및 셀 부피의 변화를 나타낸다.
도 4는 실시예들의 치환원소와 그 양에 따른 미세구조의 변화를 나타내는 SEM이미지이다.
도 5의 (a) 및 (b)는 실시예들의 M-H 곡선이고, (C) 및 (d)는 Ms 및 Hc 플롯을 보여준다.
도 6은 실시예들의 자석탈자(demagnetization) 곡선(4πM-H)을 보여준다.
도 7은 실시예들의 자석탈자곡선(4πM-H 및 B-H)을 보여준다.
도 8은 Sr₀ _. ₄Ca₀ _. ₃La₀ _. ₃Fe₁₀ _. ₂Co₀ _.2- _xMn_xSi₀ _. ₀₅Mg₀ _. ₀₅O₁₉(x = 0, 0.05, 0.1, 0.2)에 대하여 1210℃에서 소결한 후 XRD 패턴이다.
도 9는 Sr₀ _. ₄Ca₀ _. ₃La₀ _. ₃Fe₁₀ _. ₂Co₀ _.2- _xMn_xSi₀ _. ₀₅Mg₀ _. ₀₅O₁₉(x = 0, 0.05, 0.1, 0.2)에 대한 M-H 곡선이다.
도 10은 Sr₀ _. ₄Ca₀ _. ₃La₀ _. ₃Fe₁₀ _. ₂Co₀ _.2- _xMn_xSi₀ _. ₀₅Mg₀ _. ₀₅O₁₉(x = 0, 0.05, 0.1, 0.2)에 대한 자석탈자 곡선이다.
도 11은 1230℃에서 소결 첨가제 없이 소결한 Sr₀ _. ₄Ca₀ _. ₃La₀ _. ₃Fe₁₀ _. ₂Co₀ _.2-xMn_xSi_0.05Mg_0.05O₁₉(x = 0, 0.05, 0.1, 0.2) 조성의 B-H 데이터 이다.
도 12는 실시예 및 비교예에 대하여 B-H tracer를 측정한 결과이다.
도 13은 실시예 및 비교예의 이방성 자석 탈자곡선이다.

이하, 본 문서의 다양한 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 실시예 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시예의 다양한 변경, 균등물, 및/또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

[화학식 1]

SrFe_12-2xSi_xMg_xO₁₉

여기서, 0<x≤2이다.

[화학식 2]

SrFe_12-z(Si_0.6Li_0.6)_zO₁₉

여기서, 0<z≤0.6이다.

[화학식 3]

Sr_0.4Ca_0.3La_0.3Fe_10.2Co_0.2-yMn_ySi_0.05Mg_0.05O₁₉

여기서, 0<y<0.2이다.

이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 통해 상세히 설명한다.

단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐 본 발명이 하기 실시예 에 의해서 한정되는 것은 아니다.

실시예

SrFe₁₂ _- _2xSi_xMg_xO₁₉(x = 0, 0.05, 0.1, 0.2), Sr₁ _- _yFe₁₂ _- _ySi_yK_yO₁₉(y = 0.05, 0.1, 0.2) 및 SrFe₁₂ _- _z(Si_0.6Li_0.6)zO₁₉(z = 0.05, 0.1, 0.2, 0.4, 0.6)의 공칭 조성을 갖는 M형 헥사페라이트는 고체 상태 반응 경로를 사용하여 제조되었다. 99.5% Fe₂O₃ 및 99.0% SiO₂(공업용), 99.9% SrCO₃, 99.9% Li₂CO₃, 99.9% MgO 및 99.9% K₂CO₃(Kojundo Chemical Lab. Co., Ltd.)의 전구체 분말을 화학식에 맞게 칭량하였다. 분말 혼합물을 폴리프로필렌 병과 직경 3mm, 5mm 및 10mm의 이트리아 안정화 ZrO₂ 볼을 사용하여 물에서 24시간 동안 볼 밀링했다. 건조된 분말을 알루미나 도가니에 넣고 공기 중에서 1100°C의 온도에서 4시간 동안 소성하였다. 소성된 분말을 부수고, 체질하고, 다시 20시간 동안 볼 밀링한 후 건조시켰다. 밀링된 헥사페라이트 분말을 16.7 MPa의 압력에서 직경 15 mm의 금형에서 압축하여 원반 모양의 녹색 콤팩트 펠릿을 제조하였다. 펠릿화된 샘플은 1230-1250 °C의 온도 범위에서 2시간 동안 공기 중에서 소결되었다. 소결 과정에서 가열 속도는 5 °C/min이었으며 샘플은 상온으로 노냉각되었다. 선정된 시료의 조성은 페라이트자석 제조사(한국유니온머티리얼즈)에서 직경 약 35mm의 이방성 소결자석을 제작하였다. 이때 자기장 성형 공정을 제외한 모든 공정 조건은 등방성 소결체 제조와 동일하게 수행하였다. 이방성 자석의 성형 과정에서 헥사페라이트 입자의 정렬을 위해 10kOe의 자기장을 인가하고 성형 압력은 3.92MPa로 하였다.

실험예

도 1(a) 내지 1(d)는 1250℃에서 소결된 SrFe₁₂ _- _2xSi_xMg_xO₁₉(x = 0, 0.05, 0.1, 0.2), Sr₁ _- _yFe₁₂ _- _ySi_yK_yO₁₉(y = 0, 0.05, 0.1, 0.2), SrFe₁₂ _- _z(Si_0.6Li_0.6)_zO₁₉ (z = 0, 0.05, 0.1, 0.2, 0.4, 0.6), 및 SrFe₁₂ _- _xSi_xO₁₉ (x = 0, 0.1)의 XRD 패턴을 보여준다. Fe₂O₃의 2차상은 치환 수준이 어느 정도 증가할 때 일반적으로 형성된다. 다른 2차 상은 확인되지 않았다. SrM 샘플에 대한 모든 회절 피크는 공간 그룹 P6 ₃ /mmc(International Center for Diffraction Data(ICDD), 분말 회절 파일 검색 번호 00-33-1340)를 사용하여 육방정계 마그네토플럼바이트 결정 구조(hexagonal magnetoplumbite crystal structures)를 기반으로 하여 인덱싱되었다. 도 1(a)를 참고하면, Si-Mg가 SrM(SrFe_12-2xSi_xMg_xO₁₉)의 Fe 자리에서 공치환되었을 때, x = 0.05 및 x = 0.1에서 2차 상이 형성되지 않았다. 한편, 도 1(d)를 참고하면, 치환도 x = 0.1로 Fe 자리(SrFe₁₂ _- _xSi_xO₁₉)에서만 Si를 치환한 경우 샘플에 Fe₂O₃ 상이 형성되었다. Si-K가 Fe및 Sr 자리에 공치환된 경우(Sr₁ _- _yFe₁₂ _- _ySi_yK_yO₁₉), y = 0.05의 작은 치환 수준에서도 K⁺가 SrM의 Sr 사이트에 위치할 수 없기 때문에 단일 M형 상을 형성할 수 없었다. 따라서, 유효 몰비 [Fe + Si] / [Sr]가 12를 초과하였고, SrM 상에 포함되지 않은 Fe가 Fe₂O₃를 형성하였다. 흥미롭게도, Fe 사이트(SrFe₁₂ _-z(Si_0.6Li_0.6)_zO₁₉)에서 Li-Si가 공치환되었을 때, z = 0.4까지 Fe₂O₃의 2차상 없이 단일 SrM 상이 형성될 수 있었으며, 이는 0.24 Si⁴ ⁺ 및 0.24 Li⁺ 이온은 SrFe_11.6(Si_0.24Li_0.24)O₁₉의 조성으로 SrM 상에 용해된다. 따라서, Fe 사이트(전체 치환 이온의 ~17%)를 차지할 수 없는 여분의 Si⁴ ⁺ 또는 Li⁺가 SrM 격자의 틈새 사이트에 존재한다고 합리적으로 추론되었다.

도 2(a)내지 2(c)를 참고하면, z = 0, 0.05, 0.4의 샘플에 대한 Rietveld 분석 결과를 확인할 수 있다. z = 0.4 샘플에서도 단일 M형 상이 확인된다. Li⁺는 4f ₁ , 4f ₂ 사이트로 무작위로 치환되고 Si⁴ ⁺는 Fe³ ⁺의 2a 사이트로 치환된다고 가정할 때 가장 적합한 결과를 얻을 수 있다. 그러나 본 실험예에서는 일부 치환 원소(~17%)가 계산 소프트웨어에서 지원되지 않는 삽입 사이트에 들어가는 것으로 가정했다.

SrFe₁₂ _- _2xSi_xMg_xO₁₉(x = 0, 0.05, 0.1, 0.2), Sr₁ _- _yFe₁₂ _- _ySi_yK_yO₁₉(y = 0, 0.05, 0.1, 0.2) 및 SrFe₁₂ _- _z(Si_0.6Li_0.6)_zO₁₉ (z = 0, 0.05, 0.1, 0.2, 0.4, 0.6)의 경우, 계산된 격자 파라미터 a 및 c, 이들의 비율 c/a 및 셀 부피는 하기 표 1과 같다. a 및 c 값은 다음 방정식에 따라 (107) 및 (114) 피크에 해당하는 d_hkl 값에서 계산되었다.

여기서, d_hkl은 면간 간격(interplanar spacing)이고 h, k 및 l은 Miller 지수이다

[표 1]

치환 수준에 따른 이러한 파라미터의 변화인 x, y, z는 도 3에 나와 있다. 도 3을 참고하면, 세 가지 경우(도 3(a) 내지 3(c))에서 Si의 치환량이 증가할수록 a 값은 감소하고 c 값과 c/a 비율은 점차 증가하는 것으로 나타났다. 셀 부피는 치환 수준이 증가함에 따라 감소하는 경향이 있었다. Si-Mg 치환의 경우 x = 0.2에서 셀 부피가 약 0.35% 감소했다. 그러나 K-Si 및 Li-Si 치환의 경우 셀 부피는 크게 변하지 않았다. 동일한 Si 도핑 수준에서 0.1% 이하였다.

치환원소와 그 양에 따른 미세구조의 변화는 도 4(a) 내지 4(I)에 도시되어 있다. 평균 입자 크기는 각 이미지의 오른쪽 하단 모서리에 표시된다. 대부분의 샘플은 소결 첨가제 없이 소결되었기 때문에 다공성 미세구조를 나타냈다. 도 4(a) 내지 4(d)는 증가하는 치환 수준(x)에 따른 Si-Mg로 치환된 SrM의 미세 구조를 보여준다. x = 0.05 및 0.1일 때 평균 입자 크기(Dave)는 각각 0.78μm 및 0.65μm로 감소했다. x = 0.2에서 Dave = 0.98 μm로 증가했다. Si-K로 치환된 SrM 샘플의 미세 구조는 도 4(e) 내지 4(g)이고, Si-Li로 치환된 SrM 샘플의 미세 구조는 도 4(h) 내지 4(l)와 같다. Si-K 도핑의 경우, 치환량이 y ≤ 1일 때 결정립 크기가 미세하게 조절된 반면, Si-Li 치환의 경우 치환량이 z ≥ 0.2일 때 미세한 미세조직을 얻을 수 있었다.

도 5는 1250℃에서 소결된 SrFe₁₂ _- _2xSi_xMg_xO₁₉(x = 0, 0.05, 0.1, 0.2) 및 SrFe_12-z(Si_0.6Li_0.6)_zO₁₉(z = 0, 0.05, 0.1, 0.2, 0.4, 0.6) 의 자기 히스테리시스 곡선을 보여준다. Si-K로 치환된 SrM 샘플의 경우, 앞선 도 1(b)에서 확인한 바와 같이 작은 도핑 레벨 z에서도 상당한 양의 Fe₂O₃가 2차상으로 형성되어 자기적 특성은 평가하지 않았다. x 및 z에 대한 M_S 및 H_C 값은 도 5(C) 및 5(d)에 도시되어 있다. 소결된 샘플의 밀도와 샘플의 M_S, H_C 값을 하기 표 2에 나타내었다.

[표 2]

Si-Mg 치환의 경우, M_S는 x = 0.05에서 약간 증가하고 H_C는 크게 증가하였다. x가 0.2로 증가함에 따라 M_S와 H_C는 감소하는 경향을 보였다. SrM의 자화 값에 기여하는 스핀 모멘트는 Fe³ ⁺이온에서 기인하므로, Si-Li 치환의 추가 증가로 인해 Fe 함량이 감소하면 M_S가 감소한다. 자기 특성에서 가장 눈에 띄는 개선은 z = 0.05인 Si-Li 치환 샘플에서 관찰되었다. 이 샘플에서 M_S 값은 72.08에서 73.92 emu/g(2.6%)으로 크게 증가했으며 H_C 값도 약간 증가했다. M_S의 이러한 개선은 Si가 M형 헥사페라이트 격자를 관통할 때 Fe³ ⁺ 스핀 모멘트의 페리자성 차수를 악화시킬 것으로 예상되기 때문에 매우 이례적이다. M_S 값은 미세구조의 영향을 크게 받는 H_C와 달리 조성 및 격자 특성에 따라 달라지는 고유 자기적 특성이다. 여기서 M_S 값(emu/g)은 고밀도화되지 않은 샘플에서 얻은 것이다. 잔류자속밀도(residual magnetic flux density, B_r)가 우수한 영구자석이 되기 위해서는 이론밀도 약 5.1g/cm³보다 95% 이상 높은 소결밀도가 필요하다.

따라서 다음 실험에서는 SrFe₁₁ _. ₉₅Si₀ _. ₀₃Li₀ _. ₀₃O₁₉의 최적화된 조성으로 다양한 소결 첨가제를 사용하여 등방성 영구자석을 제작하였으며, 이는 비교적 높은 H_C와 함께 가장 높은 M_S 값을 나타내었다. 도 6(a)는 0.5wt% SrCO₃, 0.75wt% SrCO₃, 1wt% SrCO₃, 0.5wt% SrCO₃ + 0.5wt% CaCO₃, 1wt% SrCO₃ + 0.5wt%SiO₂, 1wt% SrCO₃ + 0.5wt% Co₃O₄, 1wt% CaCO₃ + 0.5wt% SiO₂를 포함한 다양한 첨가제로 소결된 헥사페라이트 샘플의 자석탈자(demagnetization) 곡선을 보여준다. H = 20 kOe 범위에서 전체 히스테리시스를 측정한 후, 두 번째 사분면의 자석탈자 곡선을 얻었다. 소결된 헥사페라이트 샘플의 밀도(ρ), 잔류자화(B_r) 및 보자력(H_C)을 하기 표 3에 나타내었다.

[표 3]

소결밀도(ρ = 4.7 ~ 5.0 g/cm³, 표 3)는 소결첨가제를 사용하지 않았을 때(ρ = 2.7 ~ 3.9g/cm³, 표 2)에 비해 유의하게 증가하였다. 특히, 소결온도는 1230℃(표 2의 경우보다 20℃ 낮음)로 설정하였다. 또한 0.5wt% SiO₂를 첨가하지 않고는 충분한 H_C 값을 얻을 수 없음을 알 수 있다. 또한 La-Co-Si-Li로 치환된 SrM 조성인 Sr_0.8La_0.2Fe_11.75Co_0.2Si_0.03Li_0.03O₁₉의 샘플을 동일한 방법으로 합성하고, 1 wt% CaCO₃ + 0.5 wt% SiO₂ 및 1 wt% SrCO₃ + 0.5 wt% SiO₂의 첨가제로 각각 소결하였다. SrM의 La-Co 치환은 경자성(hard magnetic) 특성을 향상시키는 것으로 잘 알려져 있기 때문에, Sr₀ _. ₈La₀ _. ₂Fe₁₁ _. ₇₅Co₀ _. ₂Si₀ _. ₀₃Li₀ _. ₀₃O₁₉ 조성은 La-Co와 Si-Li 치환의 효과를 결합할 것으로 예상되는 고성능 영구 자석 생산을 위해 특별히 설계되었다. La-Co-Si-Li로 치환된 SrM의 자기소거곡선을 도 6(b)에 나타내었고, 자기파라미터를 표 3에 나타내었다. La-Co-Si-Li가 첨가된 SrM 샘플은 Si-Li로 치환된 SrM과 비교하여 상당히 개선된 H_C 값을 보였다. 이는 La-Co 치환이 SrM의 K_u를 증가시키기 때문이다.

마지막으로, 자기장 프레싱 공정을 추가하여 SrFe₁₂O₁₉, SrFe₁₁ _. ₉₅Li₀ _. ₀₃Si₀ _. ₀₃O₁₉ 및 Sr₀ _. ₈La₀ _. ₂Fe₁₁ _. ₇₅Co₀ _. ₂Si₀ _. ₀₃Li₀ _. ₀₃O₁₉ 조성의 이방성 소결 자석을 제작했다. 소결 첨가제 0.5wt% SiO₂ + 1.0wt% CaCO₃가 일반적으로 사용된다. 이방성 자석의 자석탈자곡선(4πM-H 및 B-H)을 도 7에 나타내었고, 자석 파라미터를 하기 표 4에 나타내었다.

[표 4]

Si-Li로 치환된 SrM의 B_r(4314 G)은 치환되지 않은 SrM(4207G)에 비해 2.5% 증가하였고, H_C도 약간 증가하였다. 따라서 최대자기에너지적(BH_max) 값도 4.24에서 4.46 M*?*G*?*Oe로 증가한다. Br의 2.5% 증가는 도 3(d)에 도시한 바와 같이 Si-Li로 치환된 SrM(z = 0.05) 샘플의 M_S증가에 기인할 수 있다. La-Co-Si-Li 치환된 SrM은 높은 H_C 값을 나타내었으나 bH_C 및 BH_max 값은 자기소거곡선의 불량한 직각도 때문에 Si-Li SrM의 값보다 현저히 낮았다. 자기소거곡선의 직각도는 자기장 프레싱 또는 소결 과정에서 결정되는 입자 방향(grain orientation)과 밀접한 관련이 있다. 따라서 추가 공정 최적화를 통해 자석(B_r 및 BH_max)의 성능을 개선할 수 있다.

한편, La-Ca-Co-Mn을 Si-Mg와 함께 치환한 조성인 Sr₀ _. ₄Ca₀ _. ₃La₀ _. ₃Fe₁₀ _. ₂Co₀ _.2-xMn_xSi_0.05Mg_0.05O₁₉(x = 0, 0.05, 0.1, 0.2)에 대하여 소결온도에 따른 소결밀도, B-H tracer 및 VSM(vibrating-sample magnetometer)은 하기 표 5와 같다.

[표 5]

또한, Sr₀ _. ₄Ca₀ _. ₃La₀ _. ₃Fe₁₀ _. ₂Co₀ _.2- _xMn_xSi₀ _. ₀₅Mg₀ _. ₀₅O₁₉(x = 0, 0.05, 0.1, 0.2)에 대하여 1210℃에서 소결한 후 XRD 데이터는 도 8에 도시하였고, M-H 곡선은 도 9에 도시하였으며, 자석탈자(demagnetization) 곡선은 도 10에 도시하였다. 기존 소결온도보다 20℃ 정도 낮은 온도인 1210℃에서 소결 첨가제 없이 소결이 이루어 졌음에도 특성 향상이 확인되었다.

한편, 도 11은 1230℃에서 소결 첨가제 없이 소결한 Sr₀ _. ₄Ca₀ _. ₃La₀ _. ₃Fe₁₀ _. ₂Co₀ _.2-xMn_xSi_0.05Mg_0.05O₁₉(x = 0, 0.05, 0.1, 0.2) 조성의 B-H 데이터 이다. 1230℃에서 소결 첨가제 없이 소결시에는 거대 입성장이 발생하여 치환 조성의 특성이 저하됨을 알 수 있다.

국내 영구자석 업체에서 하기 표 6의 조성 및 동일 공정으로 이방성 자석을 제조하여 평가하였다. 도 12는 하기 표 6의 A01-1, A01-2, A02-1, A02-2 및 SF에 대하여 B-H tracer를 측정한 결과이고, 도 13은 이방성 자석 탈자곡선이다. 그 결과, 고가의 원소인 Co의 함량은 9G 양산 자석보다 30%이상 저감되었음에도, 현재 양산되는 9G 페라이트 자석과 동등한 자석 성능을 확인하였다.

[표 6]

상술한 실시예에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

또한, 이상에서 실시예들을 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예들에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부한 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

SrFe₁₂O₁₉에서 Fe 사이트에 Si 및 Mg가 치환되거나, Fe 사이트에 Si 및 Li가 치환된 페라이트 자성재료.
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제1항에 있어서,
상기 페라이트 자성재료는, 하기 화학식 1 내지 3 중 어느 하나로 표시되는 것을 특징으로 하는 페라이트 자성재료.
[화학식 1]
SrFe₁₂ _- _2xSi_xMg_xO₁₉
여기서, 0<x≤2이다.
[화학식 2]
SrFe_12-z(Si_0.6Li_0.6)_zO₁₉
여기서, 0<z≤0.6이다.
[화학식 3]
Sr_0.4Ca_0.3La_0.3Fe_10.2Co_0.2-yMn_ySi_0.05Mg_0.05O₁₉
여기서, 0<y<0.2이다.
제1항 또는 제5항에 따른 페라이트 자성재료로부터 제조된 영구자석.