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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 > >
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