(자석)페라이트와 알니코.
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작성자 최고관리자 작성일17-09-23 06:30 조회1,939회 댓글0건관련링크
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앰 프 이 야 기
게시물 번호 56 작 성 일 2002-05-03 조 회 2760
글 쓴 이 운영자
(자석)페라이트와 알니코.
* 페라이트(Ferrite)
세라믹스 페라이트의 주성분을 이루는 전이금속에서 전자의 공전에 의한 자장은 전자끼리 서로 상쇄되어 자기적 모멘트를 나타내지 못한다(quenched magnetic moment).
따라서, 세라믹스 페라이트에서 자기적 모멘트는 짝을 이루지 못한 전자의 스핀에 의해 나타나도록 디자인 된 것이다.
세라믹스 페라이트에는 H-M(또는 B) hysteresis loop가 작은 소프트 페라이트와 H-M(또는 B) hysteresis loop가 아주 큰 하드 페라이트로 나누어진다.
1. 소프트 페라이트(Soft Ferrite)
(1) 소프트 페라이트의 자성
MnZn ferrite, NiZn ferrite 등
소프트 페라이트는 최소의 에너지로 쉽게 자화되고 탈자되어야 하기 때문에 일반적으로 Hc가 1 kA/m 이하이다. 따라서, 이상적 소프트 페라이트의 hysteresis loop는 면적이 아주 작은 좁은 사각형(거의 수직선에 가까운)에 가까운 모양이다.
전기저항이 높기 때문에 eddy currents로 인한 손실은 거의 없다.
(2) 제조
bulk 형태는 분말 준비( powder preparation) → 가압성형(pressing) → 소결(sintering)의 공정을 거쳐 제조된다.
MnZn ferrite의 소결에서 적절한 환원분기기의 유지가 중요하다. 이것은 Mn을 Mn++ 이온 상태로 유지하기 위해서이다. 그러나, 지나친 환원은 Fe+++ 이온을 Fe++ 이온으로 바꾸기 때문에 금물이다.
이 외에도 박막, 테이프 형태로 제조된다.
(3) 응용
소프트 페라이트는 비교적 싼 산화철(Fe2O3)을 주원료로 하기 때문에 경제성이 좋다.
스피넬 구조의 소프트 페라이트는 화학적, 물리적으로 상당히 안정할 뿐만 아니라, 투자율과 고유저항이 크고, 좋은 고주파 특성 때문에 자기기록 재료, 통신용 재료, 자심재료 등으로 널리 이용되고 있다.
2. 하드 페라이트(Hard Ferrite)
(1) 하드 페라이트의 자성
주로 AO·nB2O3의 분자식을 갖는 Hexagonal Ferrimagnetic Oxides이다. 여기서 A는 2가금속으로 Ba, Sr, Pb 등이고, B는 3가금속으로 Fe, Cr, Ga, Al 등이다.
예: BaO·6Fe2O3(barium ferrite, ), SrO·6Fe2O3(strontium ferrite), PbO·6Fe2O3 등
Barium ferrite(BaO·6Fe2O3) 구조의 예에서 보는 바와 같이 산소 원자가 HCP의 골격을 이루고, 12개의 Fe는 그 사이에 생기는 여러 빈틈으로 들어가게 되는데, Fe가 나타내는 자기 모멘트는 표 2와 같다. 따라서, BaO·6Fe2O3 한 분자가 나타내는 Net Spin Moment는 20 μB이 된다.
Table 2. Net magnetic moments by Fe for a typical barium ferrite(BaO·6Fe2O3)
-------------------------------------------------------------------------------------------
Site No. of Fe+++ Spin Configuration Net Spin Moment(μB) Measured Moment(μB)
-------------------------------------------------------------------------------------------
Octahedral 9 2x5μB(↑) + 7x5μB(↓) 25(↓)
Tetrahedral 2 2x5μB(↑) 10(↑)
Trigonal Bipyramid 1 1x5μB(↓) 5(↓)
-------------------------------------------------------------------------------------------
하드 페라이트는 금속 영구자석에 비해 B는 낮으나 Hc(corecive force =약 3,000 oersteds)와 전기저항은 높다. 또, 가볍고 가격이 저렴하다.
하드 페라이트는 쉽게 탈자되어서는 안돼기 때문에 일반적으로 Hc가 10 kA/m 이상이다. 따라서, 이상적 하드 페라이트의 hysteresis loop는 면적이 아주 큰 사각형에 가까운 모양이다.
(2) 제조
하드페라이트는 산화철 분말과 탄산 바륨 분말(barium ferrite 제조의 경우)을 약간의 유리질과 함께 고온 용융을 시킨 후, 급냉하여 바륨 페라이트의 미세 결정(약 0.02 μm)을 석출시키고 유리질은 아세트산으로 제거하여 일차 제조한다.
그 다음, 등방성 페라이트는 바륨 페라이트의 미세 결정을 약 1,300℃에서 소결한 후 자장을 가하여 제조한다.
이방성 페라이트는 소결 전 바륨 페라이트의 미세 결정을 건식 또는 습식 성형을 하는 단계에서 한 방향으로 자장을 가하여 입자를 정렬, 그 방향(c-축)의 자기적 특성이 가장 좋게 나타나도록 한 후, 일반적으로 약 1,300℃ 이상에서 소결하여 제조한다.
쉽게 탈자되는 것을 막기위해 도메인 벽의 움직임을 억제하는 여러 가지 첨가제를 첨가한다.
(3) 응용
스피커 등 음향기기, 적산전력계 등의 계측기, 자동차 전장용 등의 DC모터, 마그네트론, 플라스틱 자석(하드 페라이트가 약 60v/o), 자석 압핀 등에 응용된다.
3. 금속 영구자석
Alnico (Al-Ni-Co) magnets 등이 있다.
페라이트자석은 보자력(iHc), 잔류자속밀도(Br) 등에 한계가 있어 초정밀모터, 고음역재생용 스피커 등에는 알리코 자석이나 희토류자석 사용한다.
4. 희토류자석
Sm-Co magnets, Nd-Fe-B magnets 등이 있다.
Sm-Co magnets는 경제성 이유로 생산이 떨어지고, 대신 최근엔 Nd-Fe-B magnets가 많이 제조, 응용되고 있다.
자기적 특성이 페라이트자석의 10배 이상, 알리코자석의 5∼6배 이상이다.
5. Plexible Magnet와 Plastic Magnet
영구자석 분말을 고무, 수지, 플라스틱 등과 혼합하여 압출성형하거나 사출성형한 것이다.
등방성, 이방성이 있다.
Table 3. Magnet material comparison table
(some data are from http://www.stanfordmaterials.com/magnet.html)
Material Cost Index Maximum Energy Products
(BH)max (MGOe) Coercivity
Hci (KOe) Maximum Working
Temperature (0C)
Nd-Fe-B (sintered) 65% Up to 45 Up to 30 180
Nd-Fe-B (bonded) 50% Up to 10 Up to 11 150
Sm-Co (sintered) 100% Up to 30 Up to 25 350
Sm-Co (bonded) 85% Up to 12 Up to 10 150
Alnico 30% Up to 10 Up to 2 550
Hard Ferrite 5% Up to 4 Up to 3 300
Soft Ferrite
3%
300
Flexible 2% Up to 2 Up to 3 100
게시물 번호 56 작 성 일 2002-05-03 조 회 2760
글 쓴 이 운영자
(자석)페라이트와 알니코.
* 페라이트(Ferrite)
세라믹스 페라이트의 주성분을 이루는 전이금속에서 전자의 공전에 의한 자장은 전자끼리 서로 상쇄되어 자기적 모멘트를 나타내지 못한다(quenched magnetic moment).
따라서, 세라믹스 페라이트에서 자기적 모멘트는 짝을 이루지 못한 전자의 스핀에 의해 나타나도록 디자인 된 것이다.
세라믹스 페라이트에는 H-M(또는 B) hysteresis loop가 작은 소프트 페라이트와 H-M(또는 B) hysteresis loop가 아주 큰 하드 페라이트로 나누어진다.
1. 소프트 페라이트(Soft Ferrite)
(1) 소프트 페라이트의 자성
MnZn ferrite, NiZn ferrite 등
소프트 페라이트는 최소의 에너지로 쉽게 자화되고 탈자되어야 하기 때문에 일반적으로 Hc가 1 kA/m 이하이다. 따라서, 이상적 소프트 페라이트의 hysteresis loop는 면적이 아주 작은 좁은 사각형(거의 수직선에 가까운)에 가까운 모양이다.
전기저항이 높기 때문에 eddy currents로 인한 손실은 거의 없다.
(2) 제조
bulk 형태는 분말 준비( powder preparation) → 가압성형(pressing) → 소결(sintering)의 공정을 거쳐 제조된다.
MnZn ferrite의 소결에서 적절한 환원분기기의 유지가 중요하다. 이것은 Mn을 Mn++ 이온 상태로 유지하기 위해서이다. 그러나, 지나친 환원은 Fe+++ 이온을 Fe++ 이온으로 바꾸기 때문에 금물이다.
이 외에도 박막, 테이프 형태로 제조된다.
(3) 응용
소프트 페라이트는 비교적 싼 산화철(Fe2O3)을 주원료로 하기 때문에 경제성이 좋다.
스피넬 구조의 소프트 페라이트는 화학적, 물리적으로 상당히 안정할 뿐만 아니라, 투자율과 고유저항이 크고, 좋은 고주파 특성 때문에 자기기록 재료, 통신용 재료, 자심재료 등으로 널리 이용되고 있다.
2. 하드 페라이트(Hard Ferrite)
(1) 하드 페라이트의 자성
주로 AO·nB2O3의 분자식을 갖는 Hexagonal Ferrimagnetic Oxides이다. 여기서 A는 2가금속으로 Ba, Sr, Pb 등이고, B는 3가금속으로 Fe, Cr, Ga, Al 등이다.
예: BaO·6Fe2O3(barium ferrite, ), SrO·6Fe2O3(strontium ferrite), PbO·6Fe2O3 등
Barium ferrite(BaO·6Fe2O3) 구조의 예에서 보는 바와 같이 산소 원자가 HCP의 골격을 이루고, 12개의 Fe는 그 사이에 생기는 여러 빈틈으로 들어가게 되는데, Fe가 나타내는 자기 모멘트는 표 2와 같다. 따라서, BaO·6Fe2O3 한 분자가 나타내는 Net Spin Moment는 20 μB이 된다.
Table 2. Net magnetic moments by Fe for a typical barium ferrite(BaO·6Fe2O3)
-------------------------------------------------------------------------------------------
Site No. of Fe+++ Spin Configuration Net Spin Moment(μB) Measured Moment(μB)
-------------------------------------------------------------------------------------------
Octahedral 9 2x5μB(↑) + 7x5μB(↓) 25(↓)
Tetrahedral 2 2x5μB(↑) 10(↑)
Trigonal Bipyramid 1 1x5μB(↓) 5(↓)
-------------------------------------------------------------------------------------------
하드 페라이트는 금속 영구자석에 비해 B는 낮으나 Hc(corecive force =약 3,000 oersteds)와 전기저항은 높다. 또, 가볍고 가격이 저렴하다.
하드 페라이트는 쉽게 탈자되어서는 안돼기 때문에 일반적으로 Hc가 10 kA/m 이상이다. 따라서, 이상적 하드 페라이트의 hysteresis loop는 면적이 아주 큰 사각형에 가까운 모양이다.
(2) 제조
하드페라이트는 산화철 분말과 탄산 바륨 분말(barium ferrite 제조의 경우)을 약간의 유리질과 함께 고온 용융을 시킨 후, 급냉하여 바륨 페라이트의 미세 결정(약 0.02 μm)을 석출시키고 유리질은 아세트산으로 제거하여 일차 제조한다.
그 다음, 등방성 페라이트는 바륨 페라이트의 미세 결정을 약 1,300℃에서 소결한 후 자장을 가하여 제조한다.
이방성 페라이트는 소결 전 바륨 페라이트의 미세 결정을 건식 또는 습식 성형을 하는 단계에서 한 방향으로 자장을 가하여 입자를 정렬, 그 방향(c-축)의 자기적 특성이 가장 좋게 나타나도록 한 후, 일반적으로 약 1,300℃ 이상에서 소결하여 제조한다.
쉽게 탈자되는 것을 막기위해 도메인 벽의 움직임을 억제하는 여러 가지 첨가제를 첨가한다.
(3) 응용
스피커 등 음향기기, 적산전력계 등의 계측기, 자동차 전장용 등의 DC모터, 마그네트론, 플라스틱 자석(하드 페라이트가 약 60v/o), 자석 압핀 등에 응용된다.
3. 금속 영구자석
Alnico (Al-Ni-Co) magnets 등이 있다.
페라이트자석은 보자력(iHc), 잔류자속밀도(Br) 등에 한계가 있어 초정밀모터, 고음역재생용 스피커 등에는 알리코 자석이나 희토류자석 사용한다.
4. 희토류자석
Sm-Co magnets, Nd-Fe-B magnets 등이 있다.
Sm-Co magnets는 경제성 이유로 생산이 떨어지고, 대신 최근엔 Nd-Fe-B magnets가 많이 제조, 응용되고 있다.
자기적 특성이 페라이트자석의 10배 이상, 알리코자석의 5∼6배 이상이다.
5. Plexible Magnet와 Plastic Magnet
영구자석 분말을 고무, 수지, 플라스틱 등과 혼합하여 압출성형하거나 사출성형한 것이다.
등방성, 이방성이 있다.
Table 3. Magnet material comparison table
(some data are from http://www.stanfordmaterials.com/magnet.html)
Material Cost Index Maximum Energy Products
(BH)max (MGOe) Coercivity
Hci (KOe) Maximum Working
Temperature (0C)
Nd-Fe-B (sintered) 65% Up to 45 Up to 30 180
Nd-Fe-B (bonded) 50% Up to 10 Up to 11 150
Sm-Co (sintered) 100% Up to 30 Up to 25 350
Sm-Co (bonded) 85% Up to 12 Up to 10 150
Alnico 30% Up to 10 Up to 2 550
Hard Ferrite 5% Up to 4 Up to 3 300
Soft Ferrite
3%
300
Flexible 2% Up to 2 Up to 3 100
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