육방정형 페라이트 영구자석의 상 및 자기적 특성 변화에 미치는 가돌리늄 원소 치환의 영향
저자
발행사항
인천 : 인하대학교 대학원, 2019
학위논문사항
학위논문(석사)-- 인하대학교 대학원 일반대학원 : 신소재공학과 2019. 2
발행연도
2019
작성언어
한국어
주제어
발행국(도시)
인천
형태사항
ix, 82 p.; 26 cm
일반주기명
인하대학교 논문은 저작권법에 의해 보호받습니다
Influence of Gd3+ substitution on phase and magnetic properties of Hexagonal Ferrite Permanent Magnet
지도교수:김상섭
참고문헌 : p.76-80
UCI식별코드
I804:23009-000000022120
소장기관
M형 육방정형 페라이트(M-type hexagonal ferrite)는 뛰어난 열/화학적 안정성, 저렴한 원자재, 원활한 자재 수급 등의 장점으로 인하여 영구자석으로써 널리 사용되고 있다. 특히 자동차(Automobile) 전장부품으로 사용되어 오면서 페라이트 영구자석이 자석 시장을 80 % 이상 점유하고 있다. 최근 전기자동차(Electric Vehicle; EV) 및 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle; HEV)의 수요가 증대됨에 따라 관련 부품에 대한 수요도 함께 증가되고 있으나 페라이트 영구자석이 전기자동차 및 하이브리드 전기자동차의 핵심 부품으로 사용되기에는 자화 및 보자력 등의 자기적 특성이 높지 않아 이에 대한 연구가 필요한 실정이다. 자기적 특성을 향상시키기 위하여, M형 스트론튬 페라이트 영구자석(M-type strontium hexagonal ferrite permanent; SrFe12O19, SrM)의 경우 Sr2+ 이온 자리와 Fe3+ 이온 자리에 La3+ 이온과 Co2+ 이온을 치환하는 연구가 주로 진행되고 있다. 또한 원자재 비용 절감을 위하여 Sr2+ 이온 자리에 Ca2+ 이온을 일부 치환하기도 한다.
본 연구에서는 란탄-코발트 치환형 칼슘-스트론튬 페라이트(La-Co substituted Ca-Sr ferrite, 이하 “M형 칼슘-스트론튬 페라이트”)의 La3+ 이온을 Gd3+ 이온으로 치환할 때의 구조적 및 자기적 특성의 변화를 연구하고자 하였다. 본 연구를 위한 선행 실험을 진행하여 자기적 특성이 약 11-grade 급(Br 4.28 kG, Hcb 4.21 kOe, 및 (BH)max 4.43 MGOe)인 고 특성 스트론튬 페라이트 조성을 확보하였다. 상기 조성을 활용하여 혼합 공정(Mixing process) 단계에서 가돌리늄의 함량을 제어하였고 그에 대한 구조적 특성 및 자기적 특성을 평가 및 분석하였다.
먼저, Gd3+ 이온 치환에 대한 경향성 파악을 위해 La3+ 이온에 대하여 Gd3+ 이온을 큰 폭(25 %, 50 %, 및 75 %)으로 치환하였다. 혼합 공정을 제외한 나머지 제조 공정(하소-조분쇄-미분쇄-성형-소결)의 조건을 모두 동일하게 적용하여 Gd3+ 이온 치환의 영향만을 고찰하고자 하였다. 그 결과 Gd3+ 이온이 치환될수록 M-Lattice 내의 Fe3+ 이온이 손실되어 잔류자속밀도 Br과 최대에너지적 (BH)max가 크게 감소하였으며, 이차상의 입자 배향 방해로 인하여 보자력이 크게 저하되었다. 이를 통해 Gd 치환율 25 % 이내에서 구조적 및 자기적 특성에 있어서 큰 변화가 있음을 발견하였고, 25 % 이하로의 치환 실험에 대한 필요성이 대두되었다. 이에 La3+ 이온에 대하여 Gd3+ 이온을 25 % 이하의 작은 폭(5 %, 10 %, 15 %, 및 20 %)으로 치환하였다. 그 결과 Gd3+ 이온을 큰 폭으로 치환한 자석과 동일한 현상이 나타났음에도 불구하고, Gd3+ 이온이 5 % 치환된 페라이트 영구자석에서 M-Lattice 내의 Fe3+ 이온 손실 정도와 이차상이 크게 감소하였다. 이 영구자석은 기존의 페라이트 영구자석에 준하는 자기적 특성을 발현하였으며, 각각 Br 4.25 kG, Hcj 3.58, 및 (BH)max 4.43 MGOe의 값을 나타냈다.
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