KR20180062778A - Dust core and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

Proposed are a dust core with high performance representing a low iron loss characteristic and a manufacturing method thereof. The manufacturing method of a dust core according to the present invention includes a coating film forming step of forming a phosphorus insulation coating film including phosphorus (P) on the surface of iron powder, an adding step of adding ceramic oxide powder and silicon-based organic materials to the iron powder on which the phosphorus insulation coating film is formed, a forming step of forming a mixture with a dust core shape, and a thermal treatment step of forming a glass phase insulating film including phosphorus-ceramic-silicon on the surface of the iron powder by thermally treating a forming body.

Description

저손실 특성의 전동기용 고밀도 압분 자심 및 그의 제조방법{Dust core and manufacturing method thereof}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high-

본 발명은 압분 자심 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 낮은 철손 특성을 나타내는 우수한 성능의 압분 자심 및 그의 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a compact core and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a compact power core exhibiting low iron loss characteristics and a manufacturing method thereof.

교류에 사용되는 고압 제너레이터, 리액터, 트랜스, 전동기 등의 부품에의 자심에는 전자기 강판이나 철판이 적층된 자심이 사용되고 있었다. 최근 들어, 이러한 적층 강판 및 철판 자심에서 연자성 분말을 압축 성형한 압분 자심이 사용되고 있다. 압분 자심용 자성체 분말은 압축 성형하여 제조되는데, 이는 형상 제작의 자유도가 높고, 3차원 형상 코어 등의 제작이 용이하여 종래의 기술에 비해 경량화 및 소형화가 가능한 장점을 가지고 있다.A magnetic core in which an electromagnetic steel plate or an iron plate is laminated has been used as a magnetic core for parts such as a high-voltage generator used for alternating current, a reactor, a transformer, and an electric motor. Recently, such a laminated steel sheet and a compacted magnetic core in which a soft magnetic powder is compression-molded in an iron core core are used. The magnetic powder for a magnetic flux cored magnet is manufactured by compression molding, which has a high degree of freedom in the production of a shape and easy fabrication of a three-dimensional shaped core, which is advantageous in that it can be made lighter and smaller in size than conventional techniques.

그러나, 교류 및 고주파수 대역에서 작동하는 전동기 및 트랜스용 압분 자심은 작동 중 와전류(Eddy current)가 발생하게 되고 이 때문에 전력 손실 및 국부적인 온도 상승으로 철손(Core loss)이 증가하여 전체적인 성능의 저하를 가져오는 한계가 존재한다.However, since the eddy currents are generated during operation in the alternating current and high frequency frequency bands of the motor and the transformer, the core loss is increased due to the power loss and the local temperature rise, There is a limit to fetch.

이러한 한계로 인해 교류 및 고주파수 대역에 사용하는 철기반 자성체 분말 기반의 압분 자심은 제조 공정에서 철분말 표면에 유무기 절연체 등을 이용하여 고품질의 절연막을 형성한다. 따라서, 압분 자심을 제조할 때, 철 분말을 절연체를 이용해 표면을 코팅하는 기술이 다수 알려져 있다. 일반적으로 연자성 압분 자심은 절연성의 향상과 더불어 고자속밀도를 얻기 위해 무기물 또는 폴리머 등을 이용하여 철 분말 표면에 얇은 절연막을 형성한 후, 절연 처리된 철 분말을 금형에 넣고 고압에서 성형하는 제조 과정을 거친다. Due to these limitations, the iron-based magnetic powder-based pressure-fed magnetic cores used in alternating current and high-frequency bands form a high-quality insulating film on the surface of the iron powder in the manufacturing process by using an organic insulator or the like. Therefore, many techniques for coating a surface of an iron powder with an insulator when manufacturing a magnetic powder magnetic core have been known. In general, the soft magnetic pressure magnetic core is formed by forming a thin insulating film on the surface of the iron powder by using an inorganic material or a polymer in order to obtain a high magnetic flux density in addition to the improvement of the insulating property, Go through the process.

교류 및 고주파수에서 작동하는 압분 자심은 일반적으로 낮은 철손 특성이 요구되고 있고, 이러한 손실을 낮추기 위해서 성형 후 고온에서 열처리 단계가 수행된다. 성형 후에는 성형 중에 발생하는 응력(Stress)이 발생하기 때문에 이 응력을 제거하기 위해서 고온에서 열처리가 행해진다. 그러나, 다양한 유무기물 등의 절연체를 이용해 절연 처리를 한 철기반 연자성 분말은 절연 피막 때문에 내열성이 떨어지기 때문에 높은 열처리 온도로 인해 절연막의 파괴 또는 품질 저하를 가져오고, 이로 인해 압분 자심의 비저항이 저하되고 와전류 손실이 증가하는 등의 문제가 발생하게 된다.The alternating current and high frequency magnetic flux concentrator are generally required to have low iron loss characteristics, and a heat treatment step is performed at a high temperature after molding in order to lower this loss. After molding, stress generated during molding is generated, so heat treatment is performed at a high temperature to remove the stress. However, the iron-based soft magnetic powder subjected to insulation treatment using various insulators such as various types of materials or the like has a low heat resistance due to the insulation coating, resulting in the destruction or deterioration of the insulation film due to the high heat treatment temperature, And problems such as an increase in eddy current loss occur.

낮은 철손 특성을 가지는 압분 자심의 제작을 위해서는 절연 피막에 첨가되는 절연체 물질들의 양을 증가시키는 것이 바람직하다. 절연물질의 양이 증가할수록 연자성 분말의 절연성이 증대되어 비저항이 증가하고, 철분말 입자끼리의 접착성이 향상되어 기계적 강도 특성의 향상에도 기여한다. 그러나, 절연 물질ㅇ의 증가에 따라 압분 자심의 밀도가 낮아지고 이로 인하여 자속밀도가 낮아지는 문제점이 존재한다.It is desirable to increase the amount of the insulator materials added to the insulative coating in order to fabricate the power distribution core having low iron loss characteristics. As the amount of the insulating material increases, the insulation property of the soft magnetic powder increases, the resistivity increases, and the adhesion between the iron powder particles improves, thereby contributing to the improvement of mechanical strength characteristics. However, there is a problem that the density of the magnetic flux concentrator is lowered with the increase of the insulating material, and the magnetic flux density is lowered.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 낮은 철손 특성을 나타내는 우수한 성능의 압분 자심 및 그의 제조방법을 제공하는데 있다. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a compacted concentric core having a low iron loss characteristic and a manufacturing method thereof.

이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따른 압분 자심 제조방법은 철분말의 표면에 인(P)을 포함하는 인절연피막을 형성하는 피막형성단계; 인절연피막이 형성된 철분말에 세라믹산화물 분말 및 실리콘계 유기물을 첨가하는 첨가단계; 혼합물을 압분 자심 형상으로 성형하는 성형단계; 및 성형물을 열처리하여 철분말의 표면에 인-세라믹-실리콘을 포함하는 유리상 절연피막을 형성하는 열처리단계;를 포함한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a method for fabricating a green compact, including: forming a phosphorus-containing phosphorus coating on a surface of an iron powder; An addition step of adding a ceramic oxide powder and a silicon-based organic material to an iron powder having an insulating coating formed thereon; A shaping step of shaping the mixture into a green compact; And a heat treatment step of heat-treating the formed product to form a glass-phase insulating film containing phosphorous-silicon on the surface of the iron powder.

세라믹산화물 분말은 마그네슘(Mg)을 포함할 수 있다. The ceramic oxide powder may include magnesium (Mg).

첨가단계 후에, 금속을 포함하는 윤활제를 더 첨가하는 단계;를 더 포함할 수 있다. 이 때, 금속은 알루미늄(Al)일 수 있다. After the adding step, further adding a lubricant containing a metal may be further included. At this time, the metal may be aluminum (Al).

열처리는 400℃ 내지 500℃에서 수행될 수 있다. The heat treatment may be performed at 400 ° C to 500 ° C.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 표면에 인-마그네슘-실리콘을 포함하는 절연피막이 형성된 철을 포함하는 압분자심이 제공된다. According to another aspect of the present invention, there is provided a pressure-sensitive core comprising iron on which an insulating coating containing phosphorus-magnesium-silicon is formed.

절연피막은 알루미늄을 더 포함할 수 있다. The insulating film may further include aluminum.

본 발명의 또다른 측면에 따르면, 철분말의 표면에 인(P)을 포함하는 인절연피막을 형성하는 피막형성단계; 인절연피막이 형성된 철분말에 세라믹산화물 분말 및 실리콘계 유기물을 첨가하는 첨가단계; 및 혼합물을 열처리하여 철분말의 표면에 인-세라믹-실리콘을 포함하는 유리상 절연피막을 형성하는 열처리단계;를 포함하는 철분말상 절연피막 형성방법이 제공된다. According to still another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a phosphorus insulating film containing phosphorus (P) on a surface of an iron powder; An addition step of adding a ceramic oxide powder and a silicon-based organic material to an iron powder having an insulating coating formed thereon; And a heat treatment step of heat-treating the mixture to form a glass-phase insulating film containing phosphorus-silicon-silicon on the surface of the iron powder.

본 발명의 압분 자심 제조방법에 따르면, 저손실 특성의 고밀도 연자성 금속 분말을 기반으로 제조되어 교류에 사용되는 트랜스 및 전동기 등의 자성 부품에 유용하게 사용될 수 있는 높은 전기 비저항과 고자속 밀도를 가진 압분 자심을 얻을 수 있는 효과가 있다. According to the method for producing a magnetic domain of the present invention, it is possible to produce a magnetic powder having a high electrical resistivity and a high magnetic flux density, which can be usefully used in magnetic parts such as a transformer and an electric motor which are manufactured on the basis of a high density soft magnetic metal powder having low- It has the effect of getting self-reliance.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 압분 자심 제조방법의 설명에 제공되는 도면이다.
도 2 및 도 3은 각각 인산수용액 (p1), (p2)를 사용하여 제조된 인절연피막이 형성된 철분말의 SEM이미지이다.
도 4는 샘플 t1(적색)과 t2(청색)의 주파수에 따른 철손 측정 평가 결과를 도시한 그래프이고, 도 5는 샘플 t3(적색)와 t4(청색)의 주파수에 따른 철손 측정 결과를 도시한 그래프이다. FIG. 1 is a view for explaining a method of manufacturing a green compact according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 2 and 3 are SEM images of the iron powder coated with the phosphorus insulating coating prepared using the phosphoric acid aqueous solutions (p1) and (p2), respectively.
FIG. 4 is a graph showing the iron loss measurement result according to the frequencies of the samples t1 (red) and t2 (blue), and FIG. 5 is a graph showing the iron loss measurement results according to the frequencies of the samples t3 (red) and t4 Graph.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 특정 패턴을 갖도록 도시되거나 소정두께를 갖는 구성요소가 있을 수 있으나, 이는 설명 또는 구별의 편의를 위한 것이므로 특정패턴 및 소정두께를 갖는다고 하여도 본 발명이 도시된 구성요소에 대한 특징만으로 한정되는 것은 아니다. DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the embodiments of the present invention can be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. The embodiments of the present invention are provided to enable those skilled in the art to more fully understand the present invention. It should be understood that while the present invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein, The present invention is not limited thereto.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 압분 자심 제조방법의 설명에 제공되는 도면이다. 본 발명에 따른 압분 자심 제조방법은 철분말의 표면에 인(P)을 포함하는 인절연피막을 형성하는 피막형성단계; 인절연피막이 형성된 철분말에 세라믹산화물 분말 및 실리콘계 유기물을 첨가하는 첨가단계; 혼합물을 압분 자심 형상으로 성형하는 성형단계; 및 성형물을 열처리하여 철분말의 표면에 인-세라믹-실리콘을 포함하는 유리상 절연피막을 형성하는 열처리단계;를 포함한다. FIG. 1 is a view for explaining a method of manufacturing a green compact according to an embodiment of the present invention. The method for manufacturing a pressure-increasing magnetic core according to the present invention comprises: a film-forming step of forming a phosphorus-containing insulating film containing phosphorus (P) on the surface of an iron powder; An addition step of adding a ceramic oxide powder and a silicon-based organic material to an iron powder having an insulating coating formed thereon; A shaping step of shaping the mixture into a green compact; And a heat treatment step of heat-treating the formed product to form a glass-phase insulating film containing phosphorous-silicon on the surface of the iron powder.

본 발명에 따른 압분 자심은 철분말 입자 간의 절연특성을 개선하기 위하여 먼저 철분말 표면에 인을 포함하는 인산염 피막을 형성한다. In order to improve the insulation characteristics between iron powder particles, the powder magnetic core according to the present invention forms a phosphate coating containing phosphorus on the iron powder surface first.

철분말을 준비하는 단계(S110)에서는 연자성 재료인 철분말이 사용된다. 철분말은 철기반의 연자성 분말이며, 예를 들면, 순수 철분말, 철기반 합금 분말(Fe-Al 합금, Fe-Si 합금, 센더스트, 퍼멀로이 등) 또는 철기반 아몰퍼스 분말 등을 들 수 있다. 이들 철기반 연자성 분말은, 예를 들어 아토마이즈법에 의해 용융철(또는 용융철 합금)을 미립자로 한 후에 환원하고, 계속해서 분쇄하여 제조될 수 있다. In step S110 of preparing iron powder, iron powder, which is a soft magnetic material, is used. The iron powder is an iron-based soft magnetic powder, for example, pure iron powder, iron-based alloy powder (Fe-Al alloy, Fe-Si alloy, Sendust, permalloy, etc.) . These iron-based soft magnetic powders can be produced by, for example, atomizing molten iron (or a molten iron alloy) into fine particles, reducing the molten iron, and then pulverizing the molten iron.

압분 자심 제조에 사용되는 분말은 철기반 연자성 분말과 그 분말 표면에 절연 피막의 형성을 위한 절연 처리가 수행될 수 있다. 절연 피막으로 피복된 철기반 연자성 분말은 절연성을 담보할 수 있어 교류 및 고주파수에서 작동하는 고성능 전동기용 압분 자심을 실현하는 것이 가능하다.The powder used for the production of the magnetic core of the magnetic powder may be subjected to an insulation treatment for forming an iron-based soft magnetic powder and an insulating coating on the powder surface. The iron-based soft magnetic powder coated with an insulating coating can ensure insulation and realize a high-performance motor for a high-voltage motor, which operates at AC and high frequencies.

철분말의 표면에 형성되는 절연피막은 인(P)을 포함하는 것이 바람직하다. 인을 포함하는 인절연피막을 형성하는 피막형성단계(S120)는 예를 들어 철분말을 인산으로 처리하여 철분말의 표면에 인산염 절연피막을 형성하게 된다. 상세하게는 인절연피막의 형성은 철분말을 인산 또는 인산염을 함유하는 무기질 수용액에 철분말을 첨가하여 철분말의 표면에 절연 피막을 형성한 후 용매를 건조하는 방법으로 수행될 수 있다. 인산 또는 인삼염을 함유하는 무기질 수용액으로는 예를 들어, 인산(H3PO4)의 80~90% 수용액 등이 사용될 수 있다. The insulating film formed on the surface of the iron powder preferably contains phosphorus (P). In the film forming step (S120) for forming the phosphorus insulating film containing phosphorus, for example, the iron powder is treated with phosphoric acid to form a phosphate insulating film on the surface of the iron powder. Specifically, the formation of the phosphorus insulating film can be performed by adding an iron powder to an aqueous solution containing phosphoric acid or phosphate and forming an insulating coating on the surface of the iron powder, followed by drying the solvent. As the inorganic aqueous solution containing phosphoric acid or ginseng salt, for example, 80 to 90% aqueous solution of phosphoric acid (H 3 PO 4 ) may be used.

이후, 인절연피막이 형성된 철분말에 세라믹산화물 분말 및 실리콘계 유기물을 첨가하는 첨가단계(S130)가 수행된다. 세라믹산화물 분말은 특히 마그네슘(Mg)을 포함할 수 있다. Thereafter, an addition step (S130) of adding a ceramic oxide powder and a silicon-based organic material to the iron powder having an insulative coating formed thereon is performed. The ceramic oxide powder may particularly comprise magnesium (Mg).

본 실시예에서는 인절연피막이 형성된 철분말에 세라믹산화물 분말을 첨가하여 세라믹산화물이 포함된 절연성이 높은 유리상 절연 피막(Glass phase insulating layer)으로 변환된다. 특히 세라믹산화물은 Mg산화물일 수 있는데, Mg 기반의 산화물 분말을 첨가하여 Mg가 포함된 절연성이 높은 유리상 절연 피막이 형성될 수 있다. In this embodiment, a ceramic oxide powder is added to an iron powder having a phosphorus-coated film and converted into a glass phase insulating layer having a high dielectric constant containing a ceramic oxide. Particularly, the ceramic oxide may be Mg oxide, and a Mg-based glass powder may be added to form a glass-insulated coating having a high insulating property including Mg.

실리콘계 유기물을 첨가하면, 세라믹산화물 이외에 실리콘도 포함된 유리상 절연피막이 형성될 수 있다. 세라믹산화물 및 실리콘계 유기물을 통해 첨가되는 원소들은 성형단계 및 열처리단계를 통해 인절연피막과 반응하여 유리상 절연 피막을 형성하게 된다.When a silicon-based organic material is added, a glass-like insulating film containing silicon in addition to the ceramic oxide may be formed. The elements added through the ceramic oxide and the silicon-based organic material react with the phosphorus coating through the molding step and the heat treatment step to form a glass-phase insulating coating.

Mg를 포함하는 세라믹산화물로는 예를 들면, MgCO3 또는 MgO가 사용될 수 있다. 실리콘계 유기물은 예를 들면, SiO 또는 Si 성분이 함유된 실란 커플링제 등이 사용될 수 있다. 세라믹산화물 및 실리콘계 유기물은 인절연피막이 형성된 철분말과 균일하게 혼합될 수 있다. 혼합 공정은 V-mixer 등의 혼합기를 이용할 있다. As the ceramic oxide containing Mg, for example, MgCO 3 or MgO can be used. As the silicon-based organic material, for example, a silane coupling agent containing SiO or Si component may be used. The ceramic oxide and the silicon-based organic material can be uniformly mixed with the iron powder having the phosphorus insulating coating formed thereon. For the mixing process, a mixer such as a V-mixer may be used.

인절연피막이 형성된 철분말과 세라믹산화물 및 실리콘계 유기물의 혼합물은 압분 자심 형상으로 성형된다(S140). 성형단계는 혼합물을 열 및 압력을 인가하면서 압분 자심 형태로 성형하는 과정을 의미한다. 필요에 맞는 다양한 형상의 금형을 이용하여, 혼합물을 금형 내에 충전하고 일정 온도로 금형을 가열하고, 성형 압력을 주어 표면 처리한 혼합물을 압축 성형한다. 성형 시 성형 온도는 예를 들어, 80℃ 내지 160℃, 성형 압력은 600 MPa 내지 1200 MPa를 사용할 수 있다. 성형 온도가 증가하면 압분 자심의 밀도가 증가된다. And the mixture of the ceramic oxide and the silicon-based organic material is molded into a green compact (S140). The molding step refers to a process of molding the mixture into a pressure-dividing magnetic core form while applying heat and pressure. The mixture is charged into a mold using various types of molds according to needs, the mold is heated to a predetermined temperature, and the mixture subjected to the surface treatment is compression molded. The molding temperature during molding may be, for example, 80 to 160 DEG C and the molding pressure may be 600 MPa to 1200 MPa. As the forming temperature increases, the density of the magnetic flux concentrator increases.

이후, 성형단계가 완료되면, 압분 자심 형태로 성형물을 열처리하여 철분말의 표면에 인-세라믹-실리콘을 포함하는 유리상 절연피막을 형성하는 열처리단계가 수행된다(S150). Thereafter, when the forming step is completed, a heat treatment step is performed in which the molded product is heat treated in the form of a green compact to form a glass-phase insulating film containing phosphorous-silicon-silicon on the surface of the iron powder (S150).

열처리 단계는 성형물을 열처리하여 최종적으로 철분말의 표면에 인, 세라믹성분, 실리콘 성분을 포함하는 유리상 절연피막을 형성하는 단계이다. 열처리는 예를 들어 400℃ 내지 500℃ 의 온도에서 수행될 수 있다. In the heat treatment step, the molded product is heat-treated to finally form a glass-phase insulating film containing phosphorus, a ceramic component and a silicon component on the surface of the iron powder. The heat treatment can be carried out at a temperature of, for example, 400 ° C to 500 ° C.

열처리 온도가 400℃ 미만이면, 철분말 표면에 형성된 인절연피막과 Mg, Si, 및 기타 무기 원소들과 열역학적 반응을 통해 첨가된 원소들을 포함하는 유리상 절연 피막을 형성되기 어렵다. 그러나, 열처리 온도가 증가할수록 압분 자심의 비저항이 작아지는 경향에 있어, 열처리 온도는 500℃ 이하로 제어하여, 절연 피막의 파괴 및 부작용을 억제하여 절연 특성이 우수한 유리상 절연 피막을 형성할 수 있다. 열처리 단계는 산소 분위기 또는 불활성기체 분위기에서 수행되는 것이 바람직하다. If the heat treatment temperature is less than 400 ° C, it is difficult to form a glass-phase insulating film containing phosphorus insulating film formed on the surface of iron powder and elements added through thermodynamic reaction with Mg, Si, and other inorganic elements. However, as the heat treatment temperature increases, the specific resistivity of the powder magnetic core tends to become smaller. By controlling the heat treatment temperature to 500 deg. C or lower, destruction of the insulating film and side effects can be suppressed and a glassy insulating film having excellent insulating properties can be formed. The heat treatment step is preferably performed in an oxygen atmosphere or an inert gas atmosphere.

열처리 단계가 수행되면 철분말의 표면에 P-Mg-Si 기반의 유리상 절연 피막이 형성되고, 철기반 압분 자심의 열화 현상이 방지되고, 절연성이 확보되어 와전류 손질을 줄여, 낮은 철손특성을 갖는다. When the heat treatment step is carried out, a P-Mg-Si based glass-based insulating film is formed on the surface of the iron powder, the deterioration phenomenon of the iron-based carbon powder core is prevented, insulation is secured, and eddy current loss is reduced.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 표면에 인-마그네슘-실리콘을 포함하는 절연피막이 형성된 철을 포함하는 압분자심이 제공된다. 본 발명에서는 표면에 인-세라믹-실리콘을 포함하는 절연피막이 형성된 철분말을 기반으로 압분 자심을 제조하여, 열처리 과정을 통하여 철기반 자성체 입자 표면에 고절연 특성의 P-Mg-Si 기반의 유리상 절연 피막이 형성되었기 때문에 1 kHz의 교류자장에서 낮은 손실을 갖는다. According to another aspect of the present invention, there is provided a pressure-sensitive core comprising iron on which an insulating coating containing phosphorus-magnesium-silicon is formed. According to the present invention, a powder magnetic core is manufactured on the basis of an iron powder having an insulative coating containing phosphorous-silicon-silicon on the surface thereof, and a high-insulation P-Mg-Si-based glass- Since the film is formed, it has a low loss in an AC magnetic field of 1 kHz.

교류 및 고주파수에 사용되는 전동기용 자성체 압분 자심은 높은 자속밀도를 갖는 것이 요구된다. 이를 위해 압분 자심 제조에 있어, 고압성형을 진행하며 고밀도의 압분 자심을 제조하기 위해 성형압력을 높이는 방안이 주로 사용되고 있다. 그러나 이러한 방법으로 압분 자심을 제작할 때, 충전율을 향상시켰을 경우 분말 입자간의 절연이 파괴되어 와전류 손실의 증가, 주파수 특성의 열화의 단점이 나타난다. The magnetic flux cores used for alternating current and for high frequency electric motors are required to have a high magnetic flux density. In order to accomplish this, a method of increasing the molding pressure in order to manufacture a high-density pressure magnetic core in high pressure molding is mainly used in the manufacture of the pressure magnetic core. However, when the powder magnetic core is manufactured by such a method, when the filling rate is improved, the insulation between the powder particles is destroyed, which leads to an increase in the eddy current loss and a deterioration in the frequency characteristic.

그러나, 본 발명에 따른 압분 자심은 표면에 P-Mg-Si 기반의 유리상 절연피막이 형성된 철분말로부터 제조되어 밀도가 높고, 전기 절연성을 잘 유지하여 손실 특성이 우수하다. However, the compact magnetic core according to the present invention is manufactured from an iron powder having a glass-phase insulating film formed on the surface thereof with P-Mg-Si, and has high density and excellent electric insulation property and excellent loss characteristics.

본 발명에서는 첨가단계 후에, 금속을 포함하는 윤활제를 더 첨가하는 단계;를 더 포함할 수 있다. 이 때, 금속은 알루미늄(Al)일 수 있다. 즉, 절연피막은 알루미늄을 더 포함할 수 있고, 따라서 철분말표면의 절연피막은 P-Mg-Si-Al일 수 있다. In the present invention, after the addition step, further adding a lubricant containing a metal may be further included. At this time, the metal may be aluminum (Al). That is, the insulating coating may further include aluminum, so that the insulating coating on the surface of the iron powder can be P-Mg-Si-Al.

인산 처리를 진행한 연자성 분말에 Al 기반의 윤활제를 첨가하고, 이후 성형단계 및 열처리단계가 수행되면 Al이 더 포함된 유리상 절연막이 형성된다. 윤활제는 일반 윤활제 및 금속 성분을 포함할 수 있다. 윤활제는 철분말의 총 질량 대비 0.01wt% 내지 0.05 wt%를 사용할 수 있다. 철분말에 윤활제가 도포되면 윤활제의 금속 원소가 세라믹산화물 분말과 함께 열처리 과정에서 유리상 절연 피막 형성에 첨가된다. 이를 이용하면, 제작하는 압분 자심의 철분말 함유량도 저해하지 않고, 고밀도의 성형이 가능하여 압분 자심의 절연 특성 향상 및 고투자율화가 용이해진다. An Al-based lubricant is added to the phosphoric acid-treated soft magnetic powder, and then, when the molding step and the heat treatment step are performed, a glass-like insulating film containing Al is further formed. The lubricant may include conventional lubricants and metal components. The lubricant may be used in an amount of 0.01 wt% to 0.05 wt% based on the total weight of the iron powder. When the lubricant is applied to the iron powder, the metal element of the lubricant is added to the glass-phase insulating coating in the heat treatment process together with the ceramic oxide powder. By using this, high-density molding can be performed without inhibiting the iron powder content of the produced powder magnetic core, thereby improving the insulation property of the powder magnetic core and facilitating high permeability.

본 발명의 또다른 측면에 따르면, 철분말의 표면에 인(P)을 포함하는 인절연피막을 형성하는 피막형성단계; 인절연피막이 형성된 철분말에 세라믹산화물 분말 및 실리콘계 유기물을 첨가하는 첨가단계; 및 혼합물을 열처리하여 철분말의 표면에 인-세라믹-실리콘을 포함하는 유리상 절연피막을 형성하는 열처리단계;를 포함하는 철분말상 절연피막 형성방법이 제공된다. 이상 설명한 바와 동일한 설명은 생략하기로 한다. According to still another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a phosphorus insulating film containing phosphorus (P) on a surface of an iron powder; An addition step of adding a ceramic oxide powder and a silicon-based organic material to an iron powder having an insulating coating formed thereon; And a heat treatment step of heat-treating the mixture to form a glass-phase insulating film containing phosphorus-silicon-silicon on the surface of the iron powder. The same explanation as described above will be omitted.

이하에서는 본 발명의 구체적인 시험예에 대하여 설명하도록 한다. 다만, 하기의 시험예는 본 발명을 한정하지 않는다. Hereinafter, specific test examples of the present invention will be described. However, the following test examples do not limit the present invention.

실시예Example

[철분말 준비 및 인절연피막 형성단계][Iron powder preparation and phosphorus-containing film formation step]

철기반 연자성 분말로는 순철을 눈금 100μm 내지 150μm의 체를 이용하여 분리하였고, 체를 통과한 적정 입도의 철 분말을 사용하였고, 인산 수용액으로는 H3PO3를 사용하였다. H3PO3는 아세톤과 혼합하여, 농도를 (p1) 0.1 X 10- 3 mol/cm3 에서 (p2) 0.01 X 10- 3 mol/cm3 로 하여 사용하였다. 체를 통과한 순철 분말 1kg에, (p1)과 (p2) 농도로 준비된 인산 용액 625ml과 각각 함께 30분간 교반한다. 교반이 끝난 후 아세톤을 이용하여 수차례 클리닝을 진행한다. 이렇게 얻어진 표면 분석용 시험편에 대해 실제적인 표면 모습을 확인하기 위하여 각각 SEM 이미지를 얻었다. Iron-based soft magnetic powders were prepared by separating pure iron with a scale of 100μm to 150μm, using iron powder with a proper particle size passing through the sieve, and H 3 PO 3 as an aqueous solution of phosphoric acid. H 3 PO 3 was mixed with acetone, the concentration (p1) 0.1 X 10 - was used in a 3 mol / cm 3 - 3 in mol / cm 3 (p2) 0.01 X 10. 625 ml of the phosphoric acid solution prepared at the concentrations of (p1) and (p2) are added to 1 kg of pure iron powder passed through the sieve for 30 minutes. After the stirring, the cleaning is repeated several times using acetone. SEM images were obtained to confirm the actual surface appearance of the test specimens.

도 2 및 도 3은 각각 인산수용액 (p1), (p2)를 사용하여 제조된 인절연피막이 형성된 철분말의 SEM이미지이다. 붉은 색 원안의 피막이 인절연피막이고, 인산수용액의 농도가 높은 도 2의 경우 인절연피막의 두께가 두껍게 형성되었으며, 인산수용액의 농도가 낮은 도 3의 경우 인절연피막의 두께가 얇은 것을 확인할 수 있다. FIGS. 2 and 3 are SEM images of the iron powder coated with the phosphorus insulating coating prepared using the phosphoric acid aqueous solutions (p1) and (p2), respectively. The insulating coating having the coating of the red color circle is formed. In the case of FIG. 2 in which the concentration of the aqueous phosphoric acid solution is high, the insulating coating is thick and the insulating coating in FIG. 3 having a low concentration of the phosphoric acid aqueous solution is thin have.

[첨가 및 혼합][Addition and mixing]

마그네슘 (Mg) 및 실리콘 (Si) 등의 원소가 포함된 이종의 물질을 혼합하기 위하여, MgCO3 또는 MgO와 같은 Mg 원소가 포함된 산화물 또는 세라믹 분말 및 SiO 또는 Si 성분이 함유된 실란 커플링제 등의 유무기물을 V형 혼합기 (V-Mixer)를 활용하여 혼합하였다. 세라믹 분말은 순철의 0.1 내지 0.5wt%의 비율, 실란 커플링제는 순철의 0.1 내지 0.9wt%의 비율을 이용하여 혼합기에서 2시간 동안 혼합하였다.An oxide or ceramic powder containing a Mg element such as MgCO 3 or MgO and a silane coupling agent containing a SiO or Si component, etc. for mixing different kinds of materials including elements such as magnesium (Mg) and silicon (Si) Were mixed using a V-mixer. The ceramic powder was mixed in a ratio of 0.1 to 0.5 wt% of pure iron and the silane coupling agent was mixed in a mixer for 2 hours using a ratio of 0.1 to 0.9 wt% of pure iron.

[윤활제첨가][Lubricant addition]

윤활제는 일반 윤활제 및 금속 성분을 포함한 윤활제를 사용하였다. 윤활제는 연자성 분말의 총 질량 대비 0.1wt% 내지 0.5 wt%를 사용하였고, 연자성 분말에 윤활제가 적당히 도포하기 위하여 V형 혼합기에서 혼합하였다.The lubricant used was a lubricant containing a general lubricant and a metal component. The lubricant was used in an amount of 0.1 wt% to 0.5 wt% with respect to the total mass of the soft magnetic powder, and was mixed in a V-type mixer for moderately applying the lubricant to the soft magnetic powder.

[성형][Molding]

계속해서, 위의 윤활제를 혼합한 철기 연자성 분말을 이용하여 금형에 넣고, 면압 600 MPa 내지 1200MPa 로, 80℃ 내지 160℃ 의 온도에서 압축 성형을 행하여, 외경 16.62mm X 내경 8.28mm, 높이 약 1.7 내지 2mm의 압분체를 제조하였다.Subsequently, the iron-based soft magnetic powder mixed with the above lubricant was put into a metal mold, and compression molding was carried out at a surface pressure of 600 MPa to 1200 MPa at a temperature of 80 to 160 DEG C to obtain an iron powder having an outer diameter of 16.62 mm, an inner diameter of 8.28 mm, A green compact of 1.7 to 2 mm was prepared.

[열처리][Heat treatment]

상기 방법으로 제조한 압분체를 질소 등의 불활성 기체 분위기 하, 400 내지 500℃ 의 온도에서 2시간의 열처리를 실시하여 압분 자심을 제작하였다. 열처리의 승온 속도는 약 분당 5℃/분으로 하였다.The compact prepared by the above method was heat-treated at 400 to 500 ° C for 2 hours in an atmosphere of inert gas such as nitrogen to prepare a compacted magnetic core. The heating rate of the heat treatment was set at about 5 ° C / min.

<평가><Evaluation>

열처리하여 얻어진 압분 자심에 대해, 철손과 밀도를 측정하여 평가하였다. 철손은 토로이드 형태의 압분 자심을 사용하여 측정하였고, 밀도의 측정은 아르키메데스 법을 활용하여 밀도를 평가하였고, 순철 대비 94% 이상의 것을 합격으로 평가한다.The iron core loss and density were measured and evaluated for the pressure-dividing magnetic core obtained by the heat treatment. The iron loss was measured by using a toroidal type concentrator core. The density was measured using the Archimedes method and the density was evaluated.

시험평가에 사용된 압분 자심은 다음과 같은 조건의 압분 자심을 사용하였고 사용된 샘플은 표 1에 나타내었다.The pressure concentrator used in the test evaluation was a pressure concentrator under the following conditions. The used samples are shown in Table 1.

- 인산 용액 농도 : 2.5%, 5%- Phosphoric acid solution concentration: 2.5%, 5%

- 교반시간 : 30분- stirring time: 30 minutes

- 0.3wt% MgCO3, 0.45wt% 실란, 0.3wt% 스테아레이트 첨가 및 혼합- 0.3 wt.% MgCO 3 , 0.45 wt.% Silane, 0.3 wt.% Stearate addition and mixing

- 성형 온도 및 압력 : 130℃, 10 tom/cm2 (1000MPa)- forming temperature and pressure: 130 ℃, 10 tom / cm 2 (1000MPa)

- 열처리 온도 : 400℃, 450℃- Heat treatment temperature: 400 캜, 450 캜

샘플Sample 인산농도, 열처리온도Phosphoric acid concentration, heat treatment temperature t1t1 인산 2.5%, 열처리 400℃Phosphoric acid 2.5%, heat treatment 400 ° C t2t2 인산 2.5%, 열처리 450℃Phosphoric acid 2.5%, heat treatment 450 ° C t3t3 인산 5%, 열처리 400℃Phosphoric acid 5%, heat treatment 400 ° C t4t4 인산 5%, 열처리 450℃Phosphoric acid 5%, heat treatment 450 캜

[철손 특성 평가 결과][Evaluation of iron loss characteristics]

철손은 IWATSU SY-8232 B-H Analyzer를 사용하여 측정하였다. Iron loss was measured using IWATSU SY-8232 B-H Analyzer.

도 4는 샘플 t1(적색)과 t2(청색)의 주파수에 따른 철손 측정 평가 결과를 도시한 그래프이고, 도 5는 샘플 t3(적색)와 t4(청색)의 주파수에 따른 철손 측정 결과를 도시한 그래프이다. FIG. 4 is a graph showing the iron loss measurement result according to the frequencies of the samples t1 (red) and t2 (blue), and FIG. 5 is a graph showing the iron loss measurement results according to the frequencies of the samples t3 (red) and t4 Graph.

도 4 및 도 5에서 본 발명에 따라 제조된 압분 자심(샘플 t1, t2, t3, 및 t4)이 1 kHz 주파수에서 120의 낮은 철손 특성을 나타내는 것을 확인할 수 있다. In FIGS. 4 and 5, it can be seen that the compacted concentric cores (samples t1, t2, t3, and t4) manufactured according to the present invention exhibit a low iron loss characteristic of 120 at a frequency of 1 kHz.

[밀도 측정 평가][Density measurement evaluation]

상기 제작한 압분 자심의 밀도는 참고규격 KS M 0602 : 2010 고체 비중 측정 방법 중 액체 중에서 비중 측정 방법을 사용하여 평가하였고, 평가 장비는 MIRAGE MD-300S 수분비중 측정기를 사용하여 표 2에 나타내었다. The densities of the prepared concentric cores were evaluated using the specific gravity method in the liquid of the reference specific gravity measuring method KS M 0602: 2010, and the evaluation equipments are shown in Table 2 using a MIRAGE MD-300S moisture specific gravity measuring device.

샘플
Sample
t1
t1
t2
t2
t3
t3
t4
t4
밀도
density
7.548 g/cm3
96.0%
7.548 g / cm &lt; 3 &gt;
96.0%
7.573 g/cm3
96.3%
7.573 g / cm &lt; 3 &gt;
96.3%
7.559 g/cm3
96.2%
7.559 g / cm &lt; 3 &gt;
96.2%
7.409 g/cm3
94.3%
7.409 g / cm &lt; 3 &gt;
94.3%
비저항 (평균)
Resistivity (average)
8.0 × 10-1 Ωcm
8.0 × 10 -1 Ωcm
5.6 × 100 Ωcm
5.6 x 10 &lt; 0 &gt; OMEGA cm

t1 내지 t4 샘플 모두 94% 이상의 밀도를 나타냈으며, 특히 t1 내지 t3 압분 자심의 경우 밀도가 96% 이상을 나타내어 본 발명에서 제시한 철 분말 절연 처리 및 이를 기반으로 한 압분 자심 제조 방법에 의해 높은 특성을 나타내는 것을 확인하였다.the density of the t1 to t4 samples showed a density of more than 94%. Particularly, in the case of t1 to t3, the density of the t1 to t3 concentric concentric cores was 96% or more. According to the present invention, .

이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, many modifications and changes may be made by those skilled in the art without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims. The present invention can be variously modified and changed by those skilled in the art, and it is also within the scope of the present invention.

Claims (8)

철분말의 표면에 인(P)을 포함하는 인절연피막을 형성하는 피막형성단계;
상기 인절연피막이 형성된 철분말에 세라믹산화물 분말 및 실리콘계 유기물을 첨가하는 첨가단계;
혼합물을 압분 자심 형상으로 성형하는 성형단계; 및
성형물을 열처리하여 상기 철분말의 표면에 인-세라믹-실리콘을 포함하는 유리상 절연피막을 형성하는 열처리단계;를 포함하는 압분 자심 제조방법.Forming a phosphorus insulating film containing phosphorus (P) on the surface of the iron powder;
A step of adding a ceramic oxide powder and a silicon-based organic material to the iron powder having the phosphorus-containing insulating film formed thereon;
A shaping step of shaping the mixture into a green compact; And
And a heat treatment step of heat-treating the molded product to form a glass-phase insulating film containing phosphorous-silicon on the surface of the iron powder. 청구항 1에 있어서,
상기 세라믹산화물 분말은 마그네슘(Mg)을 포함하는 것인 압분 자심 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the ceramic oxide powder comprises magnesium (Mg). 청구항 1에 있어서,
상기 첨가단계 후에, 금속을 포함하는 윤활제를 더 첨가하는 단계;를 더 포함하는 압분 자심 제조방법.The method according to claim 1,
Further comprising the step of adding a lubricant containing a metal after the adding step. 청구항 3에 있어서,
상기 금속은 알루미늄(Al)인 압분 자심 제조방법.The method of claim 3,
Wherein the metal is aluminum (Al). 청구항 1에 있어서,
상기 열처리는 400℃ 내지 500℃에서 수행되는 것인 압분 자심 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the heat treatment is performed at a temperature of 400 ° C to 500 ° C. 표면에 인-마그네슘-실리콘을 포함하는 절연피막이 형성된 철을 포함하는 압분자심.A pressure-sensitive core comprising iron on which an insulative coating comprising phosphorus-magnesium-silicon is formed. 청구항 6에 있어서,
상기 절연피막은 알루미늄을 더 포함하는 것인 압분자심.The method of claim 6,
Wherein the insulating coating further comprises aluminum. 철분말의 표면에 인(P)을 포함하는 인절연피막을 형성하는 피막형성단계;
상기 인절연피막이 형성된 철분말에 세라믹산화물 분말 및 실리콘계 유기물을 첨가하는 첨가단계; 및
상기 혼합물을 열처리하여 상기 철분말의 표면에 인-세라믹-실리콘을 포함하는 유리상 절연피막을 형성하는 열처리단계;를 포함하는 철분말상 절연피막 형성방법.Forming a phosphorus insulating film containing phosphorus (P) on the surface of the iron powder;
A step of adding a ceramic oxide powder and a silicon-based organic material to the iron powder having the phosphorus-containing insulating film formed thereon; And
And a heat treatment step of heat-treating the mixture to form a glass-phase insulating film containing phosphorous-silicon-silicon on the surface of the iron powder.
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