KR20170002946A - 자성 복합체 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 개시의 일 실시 예에 따른 자성 복합체는 자성 재료 및 금속 합금을 포함한다. 상기 금속 합금은 자성 재료의 물성을 확보하면서, 자성 재료의 입자 사이에 바인더 역할을 할 수 있으며, 이로 인해 다양한 형태의 자성 복합체의 성형이 가능할 수 있다.
Description
본 개시는 자성 복합체 및 그 제조방법에 관한 것이다.
자기 냉각 기술은 자기 열량 효과(magnetocaloric effect)를 가지는 고체 자기 냉각(magnetic refrigerant) 소재를 이용하여 자기장 변화에 따라 냉각 작용을 얻는 기술을 말한다. 자기 냉각 기술을 구현하기 위해서는 자성 복합체, 자기장 발생장치(영구자석), 열교환 유체(heat exchange fluid) 등의 구성을 포함한 시스템이 필요하다.
특히, 자성 복합체와 열교환 유체 사이에 열교환 효율 및 원활한 유체 순환을 확보하기 위하여, 적절한 형상의 자성 복합체의 성형이 필요하다. 자성 복합체는 구형, 판상형, 마이크로채널(micro-channel), 마이크로 핀(micro-fin), 허니컴(honeycomb) 등의 다양한 형상으로 가공될 수 있다.
자성 복합체는 대부분 결정성 물질인 자성 재료를 포함하는 것으로, 원료 재료인 자성 재료를 성형한 후 소결 합성하는 방법 또는 분말 형태의 자성 재료를 합성한 후 가압 및 소결하는 방법을 이용하여 자기 냉각 기술에 적용할 수 있는 형태로 제조된다.
상기의 방법들은 이용하여 제조된 자성 복합체는 정교한 형상 제조와 결정성 자성 재료의 특성에 기인한 기계적 취성을 극복하는데 한계를 갖는다.
따라서, 자성 복합체는 자성 복합체에 포함된 성분 간의 접착력 및 자성 재료의 특성을 확보하는 것이 중요하며, 자성 복합체의 물질 및 성형 조건을 통해 정교하고 치밀한 형태의 자성 복합체를 얻는 것이 매우 중요한 실정이다.
하기의 특허문헌 1 및 2는 자성 복합체 및 그 제조방법에 관한 발명이다.
한편, 결정성 물질인 자성 재료를 포함하는 자성 복합체는 기계적 특성이 낮아지며, 이로 인해 성형이 어려워 다양한 형상을 가질 수 없다.
본 개시의 여러 목적 중 하나는 자성 복합체의 기계적 강도 및 화학적 안정성이 향상된 자성 복합체를 제공하며, 다양한 형태의 자성 복합체를 성형할 수 있는 자성 복합체의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 개시를 통하여 제안하는 여러 해결 수단 중 하나는 자성 복합체에 금속 합금을 포함하여. 자성 재료의 물성을 확보하면서, 자성 재료의 입자 사이에 결속력을 증가시키고, 이를 통하여 다양한 형태의 자성 복합체의 성형이 가능하도록 하는 것이다.
본 개시의 일 실시 예에 따른 자성 복합체는 화학적 안정성 및 기계적 특성이 향상되며, 이로 인하여 다양한 형상을 가질 수 있다.
도 1 내지 3은 본 개시의 일 실시 예에 따른 자성 복합체의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 본 개시의 일 실시 예에 따른 자성 복합체의 단면을 관찰한 전자 현미경 사진이다.
도 5는 본 개시의 일 실시 예에 따른 자성 복합체의 X선 회절 패턴을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 개시의 일 실시 예에 따른 자성 복합체의 온도에 따른 자화도를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 개시의 일 실시 예에 따른 자성 복합체의 단면을 관찰한 전자 현미경 사진이다.
도 5는 본 개시의 일 실시 예에 따른 자성 복합체의 X선 회절 패턴을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 개시의 일 실시 예에 따른 자성 복합체의 온도에 따른 자화도를 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 개시에 대해 보다 상세히 설명한다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
이하, 본 개시에 의한 자성 복합체에 대하여 설명한다.
본 개시의 일 실시 예에 따른 자성 복합체는 자성 재료; 및 금속 합금;을 포함한다.
상기 자성 재료는 자기장에 의해 자성을 띠는 물질이면 제한되지 않고, 예를 들면 자기 열량 재료, 연자성 재료, 강자성 재료 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 자성 재료는 철(Fe), 망간(Mn), 코발트(Co), 니켈(Ni), 니오븀(Nb), 이트리움(Y), 란타늄(La), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 프로메튬(Pm), 사마륨(Sm), 유로퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 테르븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 에르븀(Er), 툴륨(Tm), 이테르븀(Yb), 붕소(B), 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 갈륨(Ga), 비소(As), 안티몬(Sb), 텔루륨(Te), 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 및 비스무스(Bi) 중 선택된 적어도 하나를 포함하는 합금, 산화물 또는 질화물일 수 있다.
상기 자성 재료는 예를 들면 상기 자기 열량 재료로서 가돌리늄(Gd), 가돌리늄(Gd)-실리콘(Si)-게르마늄(Ge), 망간(Mn)-비소(As), 망간(Mn)-철(Fe)-인(P)-X(X는 비소(As), 저마늄(Ge), 실리콘(Si)), 망간(Mn)-코발트(Co)-실리콘(Si), 란타늄(La)-철(Fe)-실리콘(Si), 니켈(Ni)-망간(Mn)-갈륨(Ga)등의 금속 합금 또는 금속간 화합물일 수 있으며, 상기 연자성 재료로서 철(Fe), 철(Fe)-실리콘(Si), 코발트(Co)-철(Fe), 철(Fe)-질소(N) 등일 수 있으며, 상기 강자성 재료로서 네오디뮴(Nd)-철(Fe)-붕소(B), 네오디뮴(Nd)-디스프로슘(Dy)-철(Fe)-붕소(B), 사마륨(Sm)-코발트(Co), 사마륨(Sm)-철(Fe)-질소(N), 페라이트(ferrite), 알니코(Alnico) 등 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 자성 재료는 입자 형태로 포함될 수 있으며, 상기 자성 재료의 입자 크기는 10nm 내지 100μm일 수 있다.
상기 자성 재료의 입자 크기가 10nm 내지 100μm을 만족하면, 자기 이력 및 열 이력에 의한 크랙의 발생을 방지할 수 있어 자기 냉각 효율 및 수명 특성을 향상시킬 수 있다.
종래의 자성 복합체는 자성 재료의 입자 사이에 글라스(glass)를 포함하는 바인더를 포함한다. 글라스는 두 종류 이상의 원소가 무질서한 원자 구조를 가지는 비정질 상태로, 복잡한 원소의 조성으로 인하여 높은 용융온도를 가지며, 기계적 특성이 취약하다는 단점이 있어, 이를 포함하는 자성 복합체의 경우 기계적 특성이 낮다.
본 개시의 일 실시 예에 따른 자성 복합체는 금속 합금을 포함한다.
상기 자성 재료는 단일상으로 이루어질 수 있다.
상기 금속 합금의 함량은 적절히 설계할 수 있으며, 상기 자성 복합체 제조시 상기 자성 재료가 단일상으로 이루어질 수 있는 범위일 수 있다.
상기 금속 합금의 적절한 함량 범위를 초과하면, 상기 자성 재료와 금속 합금이 반응하여 2차 상을 형성할 수 있으며, 이로 인해 자성 재료의 자성 및 자기 냉각 특성을 감소시킬 수 있다.
따라서, 상기 금속 합금의 함량은 상기 자성 재료가 단일상으로 이루어질 수 있는 범위를 만족함으로써, 상기 자성 재료의 결합력을 향상시킬 수 있으며, 자성 재료의 물성을 확보할 수 있다.
상기 금속 합금은 공정 합금(eutectic alloy)이며, 2 성분계 또는 3 성분계 이상의 합금일 수 있다.
상기 공정 합금은 인듐(In), 주석(Sn), 카드뮴(Cd), 비스무스(Bi), 은(Ag), 금(Au), 납(Pb), 아연(An), 구리(Cu), 저마늄(Ge), 실리콘(Si), 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca) 및 안티몬(Sb) 중 선택된 이들의 합금일 수 있다.
상기 공정 합금은 두 종류 또는 세 종류의 금속이 공정 조성(eutectic composition)을 갖는 합금으로, 공정 조성이 아닌 다른 조성일 경우보다 낮은 용융점을 갖는다. 상기 공정 합금에서 2 성분계 합금일 경우 구성 성분이 동시에 용융허는 성분비를 공정점 또는 공융점이라 하며, 이때 용융되는 온도를 공정 온도 또는 공융 온도(eutectic temperature;Te)라 한다.
상기 공정 합금은 상기 자성 재료보다 낮은 용융 온도를 갖는다. 이로 인해, 소재를 결합시켜주는 결합제(binder) 역할을 할 수 있으며, 자성 재료 입자 사이의 열 전도도를 증가시킬 수 있다.
상기 공정 합금은 상기 자성 재료의 소결 온도보다 낮은 온도에서 용융이 되므로, 상기 자성 재료의 물성에 영향을 미치지 않으면서, 자기 재료의 입자 사이에 결합제 역할을 하여 자기 복합체와 같은 벌크 소재로 가공할 수 있으며, 동시에 성형이 가능할 수 있다.
상기 공정 합금은 상기 자성 복합체 제조 시, 상기 자성 재료와 혼합되어 성형 공정을 진행한다. 성형 공정은 열을 가하여 성형을 수행할 수 있다.
상기 가열 온도를 상기 공융 온도 이상으로 수행하면, 상기 공정 합금을 용융되어 1차 상전이가 일어나며, 이후에 냉각 공정을 거치면 자성체 내에 공정 합금이 포함되게 되며, 상기 자성 재료는 단일상으로 이루어지게 된다. 상기 공정에서는 상기 자성 재료의 물성을 확보하면서 성형을 용이하게 할 수 있다.
그러나, 성형 공정시 공융 합금과 자성 재료가 반응하게 되면 상기 단일상 외에 2차 상이 형성될 수 있으며, 이후에 냉각 공정을 거치면 자성 복합체 내에 상기 자성 재료의 상기 단일상 외에 2차 상이 포함되게 된다. 이로 인해, 자성 복합체의 자성 특성이 감소할 수 있다.
따라서, 상기 자성 재료 및 공융 합금이 반응하여 2차 상을 형성하지 않기 위하여 공융 합금의 함량을 최적화할 필요가 있으며, 성형 공정 온도 또한 2차 상이 형성되지 않는 범위여야 한다.
상기 공정 합금은 [표 1] 및 [표 2]과 같이 상온에서 고체 상태로 존재하는 고체 금속일 수 있으며, 조성에서 각 원소에 대한 수치는 wt% 함량을 나타낸다.
| 조성 | Te(℃) |
| In52Sn48 | 118 |
| In74Cd26 | 123 |
| Bi58Sn42 | 138 |
| In97Ag3 | 143 |
| In99 .4Au0 .6 | 156 |
| Sn63Pb37 | 183 |
| Sn91Zn9 | 199 |
| Sn90Au10 | 217 |
| Sn96 .5Ag3 .5 | 221 |
| Sn99 .3Cu0 .7 | 227 |
| Sn95Cu5 | 231 |
| Bi82Au18 | 241 |
| Bi97 .5Ag2 .5 | 263 |
| Cd82 .5Zn17 .5 | 265 |
| Sn20Au80 | 280 |
| Au87 .5Ge12 .5 | 361 |
| Au97 .1Si2 .9 | 370 |
| Zn95Al5 | 382 |
| Al49Ge51 | 419 |
| Mg67Al33 | 437 |
| Ca73Al27 | 545 |
| Al67Cu33 | 548 |
| Al87 .5Si12 .5 | 580 |
| Ag71 .9Cu28 .1 | 779 |
| 조성 | Te(℃) |
| Bi44 .7Pb22 .6Sn8 .3In19 .1Cd5 .3 | 47 |
| Bi49Pb18Sn12In21 | 58 |
| In51Bi32 .5Sn16 .5 | 60.5 |
| In61 .7Bi30 .8Cd7 .5 | 62 |
| Bi50Pb25Sn12 .5Cd12 .5 | 71 |
| Sn51 .2Pb30 .6Cd18 .2 | 145 |
| Sn70Pb18In12 | 165~167 |
| Sn62Pb36Ag2 | 179 |
| Sn62Pb37Cu1 | 183 |
| Sn95 .5Ag4Cu0 .5 | 217 |
| Sn65Ag25Sb10 | 233 |
| Sn5Pb90Ag5 | 292 |
| Sn97 .5Pb1Ag1 .5 | 305 |
| Sn1Pb97 .5Ag1 .5 | 309 |
이하, 본 개시의 자성 복합체의 제조방법에 대하여 설명한다.
도 1 내지 3은 본 개시의 일 실시 예에 따른 자성 복합체의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 1 내지 3에 도시한 바와 같이, 본 개시의 일 실시 예에 따른 자성 복합체의 제조방법은 자성 재료(24)를 준비하는 단계; 상기 자성 재료(24) 및 금속 합금(22)을 혼합하여 혼합물을 얻는 단계; 상기 혼합물을 성형하는 단계;를 포함한다.
먼저, 자성 재료(24)를 준비한다. 상기 자성 재료(24)는 자기 열량 재료, 연자성 재료, 강자성 재료 중 적어도 하나일 수 있으며, 철(Fe), 망간(Mn), 코발트(Co), 니켈(Ni), 니오븀(Nb), 이트리움(Y), 란타늄(La), 세륨(Ce),프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 프로메튬(Pm), 사마륨(Sm), 유로퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 테르븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 에르븀(Er), 툴륨(Tm), 이테르븀(Yb), 붕소(B), 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 갈륨(Ga), 비소(As), 안티몬(Sb), 텔루륨(Te), 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 및 비스무스(Bi) 중 선택된 적어도 하나를 포함하는 합금, 산화물 또는 질화물과 같은 전구체(precursor)와 환원제를 균일하게 혼합하고 혼합물을 열처리하여 얻을 수 있다.
상기 환원제는 예를 들면 리튬(Li), 나트륨(Na) 및 칼륨(K) 중 적어도 하나일 수 있고, 베릴륨(Be), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr) 및 라듐(Ra) 중 적어도 하나 일 수 있으며, 알루미늄(Al)일 수 있으며, 상기 혼합물에 균일하게 분산되어 존재할 수 있다.
상기 환원제는 산화 반응을 하는데, 이때 열이 발생하게 된다. 상기 산화 반응에 의한 열은 상기 혼합물이 균일하게 가열되도록 하여 상기 혼합물에 포함된 물질들 간의 반응이 전체적으로 진행되도록 할 수 있다,
상기 환원제가 산화 반응하여 형성된 산화물은 상기 자성 재료들 사이에 형성되며, 상기 산화물과 상기 자성 재료는 화학 반응을 일으키지 않는다. 즉, 상기 산화물은 상기 자성 재료의 성장을 제어할 수 있으며, 이로 인해 상기 자성 재료의 입자 크기 및 균일도를 조절할 수 있다.
상기 전구체와 환원제를 혼합하여 혼합물을 얻는 방법으로는 볼밀(ball mill) 공정, 어트리션밀(attrition mill) 공정, 제트밀(jet mill) 공정 및 스파이크밀(spike mill) 중 선택된 하나일 수 있으며, 아르곤 기체 등의 비활성 분위기, 수소 기체 등의 환원성 분위기, 진공 분위기 또는 산소 기체가 포함된 대기 분위기에서 수행할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 혼합물의 열처리 방법으로 예를 들면 가열, 극초단파(microwave)를 이용한 가열, 유도 가열(induction heating) 및 스파크 플라즈마 소결(spark plasma sintering) 중 선택된 하나일 수 있다.
상기 열처리 시, 열처리 온도는 자성 재료의 용융점보다 낮은 온도에서 수행할 수 있으며, 예를 들면 500℃ 내지 1,200℃에서 수행할 수 있다. 상기 열처리 온도 범위를 만족하면, 전구체가 효율적으로 반응하여 자성 재료의 입자가 효과적으로 형성될 수 있다.
상기 혼합물의 열처리에 의하여, 상기 환원제는 산화되어 산화물로 얻어지며, 상기 전구체는 환원되어 자성을 띠는 입자 형태의 자성 재료(24)로 얻을 수 있다.
도 1을 참조하면, 상기 얻어진 자성 재료(24) 및 금속 합금(22)을 혼합하여 혼합물(20)을 얻는다. 상기 혼합은 예를 들면 볼밀 공정, 어트리션밀 공정, 제트밀 공정 및 스파이크밀 공정 중 선택된 하나일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 자성 재료는 단일상으로 이루어질 수 있다.
상기 금속 합금의 함량은 적절히 설계할 수 있으며, 상기 자성 복합체 제조시 상기 자성 재료가 단일상으로 이루어질 수 있는 범위일 수 있다.
상기 금속 합금의 적절한 함량 범위를 초과하면, 상기 자성 재료와 금속 합금이 반응하여 2차 상을 형성할 수 있으며, 이로 인해 자성 재료의 자성 및 자기 냉각 특성을 감소시킬 수 있다.
따라서, 상기 금속 합금의 함량은 자성 재료가 단일상으로 이루어질 수 있는 범위를 만족함으로써, 상기 자성 재료의 결합력을 향상시킬 수 있으며, 자성 재료의 물성을 확보할 수 있다.
상기 금속 합금(22)은 공정 합금(eutectic alloy)이며, 2 성분계 또는 3 성분계 이상의 합금일 수 있다.
상기 공정 합금(22)은 인듐(In), 주석(Sn), 카드뮴(Cd), 비스무스(Bi), 은(Ag), 금(Au), 납(Pb), 아연(An), 구리(Cu), 저마늄(Ge), 실리콘(Si), 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca) 및 안티몬(Sb) 중 선택된 이들의 합금일 수 있다.
상기 공정 합금(22)은 상기 자성 재료(24)보다 낮은 용융 온도를 갖는다. 이로 인해, 소재를 결속시켜주는 결합제(binder) 역할을 할 수 있으며, 자성 재료 입자 사이 열 전달을 촉진하는 역할을 할 수 있어, 자성 복합체의 열 전도도를 증가시킬 수 있다.
다음으로, 도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 자성 재료(24) 및 금속합금(22)의 혼합물(30)을 성형한다.
상기 성형하는 단계는 상기 자성 재료(24)의 용융 온도보다 낮고 상기 금속 합금(22)의 용융 온도보다 높은 온도이며, 상기 자성 재료가 단일상으로 이루어지는 온도에서 수행할 수 있다.
상기의 온도 범위는 2차 상이 형성되지 않으므로, 상기 자성 재료(24)의 물성에 영향을 주지 않으면서 상기 금속 합금이 자성 재료들 사이에 액체와 같은 거동을 하여, 소정의 형상의 성형 몰드를 이용하여 다양한 형상의 자성 복합체(20)를 가공할 수 있다.
즉, 금속 합금(22)은 자성 재료(24) 사이에서 결합제 역할을 하므로, 자성 재료의 소결 없이 자성 복합체(20)의 성형이 가능할 수 있다.
상기 성형하는 단계는 열간 프레스 성형(hot press forming), 열간 압출 성형(hot extrusion forming), 열간 압연 성형(hot rolling forming) 및 스파크 플라즈마 소결(spark plasma sintering) 중 하나를 선택하여 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 열간 프레스 성형으로 자성 복합체(20)를 제조하는 경우, 가열 온도가 금속 합금의 용융 온도 이상이면 용융된 금속 합금의 성분에 의하여 점성액(viscous flow) 형태로 변하며, 이는 자성 재료(24) 입자 사이에서 입자 간 마찰을 감소시키는 역할을 할 수 있다. 이로 인해, 가압 프레스 성형 과정에서 자성 소재 입자의 치밀한 배열(close-packing)을 유도할 수 있다.
또한, 상기 금속 합금(22)은 자성 복합체(20)에서 자성 재료(24)가 공기 중의 산소, 물 및 알코올 등에 용해되는 것을 보호할 수 있어, 자성 복합체의 화학적 안정성을 확보할 수 있다.
상기 자성 복합체(20)는 자기 냉각 효율을 높이기 위하여 표면적이 넓은 형태로 가공될 수 있으며, 예를 들면 구상(spheere shape), 판상(plate shape), 미세채널상(microchannel shape), 미세핀상(micro fin shape) 및 벌집상(honey-conb shape) 중 하나의 형상을 가질 수 있다.
(실시예)
하기 실시예는 본 개시의 일 실시예이며, 하기의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
MnCl2, Fe, P, Si 인 전구체 및 Mg인 환원제를 각각 1.2 : 0.8 : 0.48 : 0.52의 몰비로 칭량한 후 볼밀을 이용하여 공기 중에서 6시간 동안 혼합하여 혼합물을 얻는다. 상기 혼합물을 금속 몰드에 채우고 프레스로 압력을 가하여 실린더 형태로 성형한다. 상기 성형된 혼합물 넣은 알루미나 도가니를 석영관에 넣고 밀봉하여 800℃에서 5시간 동안 열처리한 후, 서서히 냉각시킨다. 상기 열처리된 혼합물을 분쇄한 후 0.1M 염산 수용액에 넣어서 1시간 동안 교반하여 망간(Mn)-철(Fe)-인(P)-실리콘(Si)인 Mn1 .2Fe0 .8(P0 .48Si0 .52) 자성 재료를 얻는다.
상기 제조된 자성 재료와 알루미늄(Al)-마그네슘(Mg) 합금인 Al33Mg67 금속 합금을 5~20 부피%의 부피비로 혼합한다. 상기 혼합물을 500~600℃에서 1분 내지 10분간 방전 플라즈마 소결(spark plasma sintering)하여 자성 복합체를 얻는다.
상기 자성 복합체의 단면은 주사 전자 현미경(scanning electron microscope;SEM)으로 관찰하였으며, 상기 자성 복합체의 성분 분석은 X-ray 회절 분석기(X-ray diffraction;XRD)를 통하여 수행하였다. 또한, 상기 자성 복합체에 대하여 온도에 따른 자화값을 측정하였다.
실시예 1은 상기 자성 재료 및 10 부피%의 금속 합금을 포함한 혼합물을 600℃의 온도에서 10분간 소결을 진행한 것이고, 실시예 2는 상기 자성 재료 및 20 부피%의 금속 합금을 포함한 혼합물을 500℃의 온도에서 10분간 소결을 진행한 것이며, 실시예 3은 상기 자성 재료 및 10 부피%의 금속 합금을 포함한 혼합물을 500℃온도에서 10분간 소결을 진행한 것이다.
도 4는 본 개시의 일 실시 예에 따른 자성 복합체의 단면을 관찰한 전자 현미경 사진이며, 도 5는 본 개시의 일 실시 예에 따른 자성 복합체의 X선 회절 패턴을 나타낸 그래프이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 개시에 따른 실시예는 자성 재료와 금속 합금이 치밀하게 결속된 것을 확인할 수 있으며, 실시예 1 내지 3은 자성 재료인 MnFePSi 결정상(저온상, 빨간색)이 주성분으로 검출되는 것을 알 수 있다.
실시예 2와 3을 비교하면, 10 부피%의 금속 합금을 포함한 실시예 3의 경우 MnFePSi 결정상만이 검출되나, 20 부피%의 금속 합금을 포함한 실시예 2의 경우 금속 합금의 성분인 알루미늄(Al)이 주성분인 자성 재료와 반응하여 2차 상인 Al0.3FeMn0.7이 생성된 것을 알 수 있다.
소결 온도가 다른 실시예 1과 실시예 2를 비교하면, 실시예 2에 비해 소결온도가 높은 실시예 1에서 Al0 .3FeMn0 .7 및 AlFe2Mn 2차 상이 생성된 것을 확인할 수 있다. 상기와 같이, 금속 합금과 자성 재료의 성분이 반응하여 형성된 2차 상이 자성 복합체에 포함될 경우, 자성 재료의 자성 및 자기 냉각 특성을 감소시킬 수 있다.
도 6은 본 개시의 일 실시 예에 따른 자성 복합체의 온도에 따른 자화도를 나타낸 그래프이다.
도 6을 참조하면, 실시예 1 내지 3의 금속 합금의 부피량 및 소결 온도에 관계없이 상온(300K)에서 강자성에서 상자성으로 변하는 상 전이가 일어나는 것을 확인할 수 있다. 그러나, 2차 상이 형성된 실시예 1 및 2의 경우 실시예 3에 비하여 포화 자화 수치가 감소하는 경향이 있다.
본 개시는 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 제한되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 제한하고자 한다.
따라서, 청구범위에 기재된 본 개시의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 개시의 범위에 속한다고 할 것이다.
10: 성형 몰드
20: 혼합물
22: 금속 합금
24: 자성 재료
30: 자성 복합체
20: 혼합물
22: 금속 합금
24: 자성 재료
30: 자성 복합체
Claims (16)
- 자성 재료; 및
금속 합금;을 포함하는 자성 복합체.
- 제1항에 있어서,
상기 금속 합금은 공정 합금(eutectic alloy)인 자성 복합체.
- 제2항에 있어서,
상기 공정 합금은 2 성분계 또는 3 성분계 이상의 합금인 자성 복합체.
- 제2항에 있어서,
상기 공정 합금은 인듐(In), 주석(Sn), 카드뮴(Cd), 비스무스(Bi), 은(Ag), 금(Au), 납(Pb), 아연(An), 구리(Cu), 저마늄(Ge), 실리콘(Si), 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca) 및 안티몬(Sb) 중 선택된 이들의 합금인 자성 복합체.
- 제1항에 있어서,
상기 자성 재료는 단일상으로 이루어진 자성 복합체.
- 제1항에 있어서,
상기 자성 재료는 자기 열량 재료, 연자성 재료, 강자성 재료 중 적어도 하나를 포함하는 자성 복합체.
- 제1항에 있어서,
상기 자성 재료는 철(Fe), 망간(Mn), 코발트(Co), 니켈(Ni), 니오븀(Nb), 이트리움(Y), 란타늄(La), 세륨(Ce),프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 프로메튬(Pm), 사마륨(Sm), 유로퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 테르븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 에르븀(Er), 툴륨(Tm), 이테르븀(Yb), 붕소(B), 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 갈륨(Ga), 비소(As), 안티몬(Sb), 텔루륨(Te), 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 및 비스무스(Bi) 중 선택된 적어도 하나를 포함하는 합금, 산화물 또는 질화물인 자성 복합체.
- 제1항에 있어서,
상기 자성 재료의 입자 크기는 10nm 내지 100μm 인 자성 복합체.
- 자성 재료를 준비하는 단계;
상기 자성 재료 및 금속 합금을 혼합하여 혼합물을 얻는 단계;
상기 혼합물을 성형하는 단계;를 포함하는 자성 복합체의 제조방법.
- 제9항에 있어서,
상기 금속 합금은 공정 합금(eutectic alloy)인 자성 복합체의 제조방법.
- 제10항에 있어서,
상기 공정 합금은 2 성분계 또는 3 성분계 이상의 합금인 자성 복합체의 제조방법.
- 제10항에 있어서,
상기 공정 합금은 인듐(In), 주석(Sn), 카드뮴(Cd), 비스무스(Bi), 은(Ag), 금(Au), 납(Pb), 아연(An), 구리(Cu), 저마늄(Ge), 실리콘(Si), 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca) 및 안티몬(Sb) 중 선택된 이들의 합금인 자성 복합체의 제조방법.
- 제9항에 있어서,
상기 자성 재료는 단일상으로 이루어진 자성 복합체의 제조방법.
- 제9항에 있어서,
상기 성형하는 단계는 상기 자성 재료의 용융 온도보다 낮고 상기 금속 합금의 용융 온도보다 높은 온도이며, 상기 자성 재료가 단일상으로 이루어지는 온도에서 수행하는 자성 복합체의 제조방법.
- 제9항에 있어서,
상기 성형하는 단계는 열간 프레스 성형(hot press forming), 열간 압출 성형(hot extrusion forming), 열간 압연 성형(hot rolling forming) 및 스파크 플라즈마 소결(spark plasma sintering) 중 하나를 선택하여 수행하는 자성 복합체의 제조방법.
- 제9항에 있어서,
상기 자성 복합체는 구상(spheere shape), 판상(plate shape), 미세채널상(microchannel shape), 미세핀상(micro fin shape) 및 벌집상(honey-conb shape) 중 하나의 형상을 가지는 자성 복합체의 제조방법.
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