첨가제 변화에 따른 Mn-Zn/Ni-Zn 페라이트의 투자율과 자기적 손실 특성에 관한 연구 = A Study on the Permeability and Magnetic Loss Properties of Mn-Zn-/Ni-Zn Ferrites with Various Additives
저자
발행사항
[익산] : 원광대학교 대학원, 2001
학위논문사항
학위논문(박사)-- 圓光大學校 大學院 : 電子材料工學科 2001
발행연도
2001
작성언어
한국어
주제어
KDC
530.4
발행국(도시)
전북특별자치도
형태사항
xi, 113 p.
소장기관
페라이트는 고주파 부품, 칩인덕터, 아이솔레이터, EMI 필터 등과 같이 널리 사용되고 있다. 페라이트는 페리자성 산화물로 산소이온과 주위의 다양한 금속 음이온에 의하여 사면체, 팔면체 등과 같은 구조로 정렬하는 특징을 나타내며 대부분의 고주파 페라이트는 스피넬구조를 이루고 있다. 스피넬 페라이트의 전기적 특성과 자기적 특성들은 특성을 가지는 이온과 조성 조건 그리고, 사면체와 팔면체 위치의 분포와 그 밖의 요소에 의하여 결정이 된다. 많은 연구자들은 스피넬 페라이트의 물리적 특성과 전자기적 특성에 대하여 연구하였으며, CaO, SiO, Nb_(2)O_(5), SiO_(2), V_(2)O_(5)와 그 밖의 첨가제에 대한 영향에 대하여 고찰하였다.
본 논문에서는 높은 투자율 확보와 낮은 자기손실 그리고 낮은 소결온도를 위하여 스피넬 페라이트의 특성(결정구조, 밀도, 수축율, 주파수에 따른 투자율 등)에 희토류 원소와 유리분말 등과 같은 첨가제가 미치는 영향에 대하여 알아보았다.
구조는 XRD와 SEM을 이용하여 분석하였고 복소 임피던스와 초투자율 그리고 다른 자기적 특성에 대한 분석은 임피던스 분석기(100 kHz ∼ 40 MHz)를 이용하였다.
스피넬 페라이트중 Mn-Zn 페라이트와 Mn-Zn 페라이트에 희토류 원소가 첨가되었을 때 측정 데이터와 분석을 바탕으로 다음과 같은 결과를 얻을 수 있었다.
1. 소량의 희토류 산화물을 Mn-Zn 페라이트에 첨가하였을 때 모든 조성에서 이차 결정 상을 형성하여 초투자율과 자기손실의 변화를 보였다.
2. 희토류 산화물 첨가를 증가시켰을 때 특정 값까지는 밀도와 초투자율은 증가하였으나, 전체적으로 한계값까지 증가하다 이후 감소하거나 유지되는 경향을 보였다.
3. 희토류 산화물 첨가시 특정 한계치 이상을 첨가하였을 때 초투자율은 감소하였으며, 불균일한 grain을 보였다.
4. 희토류 첨가제가 증가할수록 복소투자율의 실수부와 허수부 그리고 자기손실(tan^(δ))은 증가하였다. 자기 투자율을 나타내는 실수부의 증가비율이 허수부에 비하여 상대적으로 크게 나타났다. 희토류 산화물이 첨가되었을 때 자기 손실은 Mn-Zn 페라이트에 비하여 감소하였다.
5. 소량의 희토류 산화물을 Mn-Zn 페라이트에 첨가하였을 때 벌타입에서 저항률을 높였다. 이것을 Fe 이온과 희토류 이온간의 상호작용에 의한 것으로 사료된다.
다른한편으로 Ni-Zn 페라이어트와 B-Bi-Zn를 첨가하였을 때 측정값과 분석을 통하여 다음과 같은 결과를 얻을 수 있었다. B-Bi-Zn 유리분말은 칩 부품에서 Ag 전극과 동시소결이 가능하도록 소결온도를 낮추었다. B-Bi-Zn의 첨가가 증가할수록 Ni-Zn 페라이어트의 공진주파수 peak이 수 MHz로 이동하였다. 이러한 결과로부터 B-Bi-Zn 유리분말은 저온소결 첨가제로 적당한 것으로 생각된다.
Ferrites are widely used in microwave device, chip inductor, isolator, EMI filter, and so on Ferrite are ferrimagnetic oxides, characterize by arrangement of oxygen anions around metal cations in various geometric groups, forming tetrahedral, octahedral, dodecahedral oxygen coordination polyhedra around the cations.
The most frequently used microwave ferrites are the spinet. The electrical and magnetic properties of spinet were effect on the nature of ions, preparation condition, and site distribution among tetrahedral and octahedral site and other factors. Many researchers have studied on the physical and electromagnetic properties of spinet ferrites and have been investigated the effect of additive like CaO, SiO, Nb_(2)O_(5), SiO_(2), V_(2)O_(5), and others.
In this paper, we have studied the effect of additive(rare earth glass ceramic etc,) on the properties (crystal structure, microstructure, density, shrinkage, permeability as a function of frequency, etc,) of spinal ferrite to obtain high permeability, low power loss, and low sintered temperature. Structures were analyzed by XRD and SEM. In measuring complex impedance, initial permeability and other magnetic properties, Impedance Analyzer(100 kHz∼40 MHz) were used.
As the result of XRD, all of the Mn-Zn ferrite, Ni-Zn ferrite and doped with additive were found to be spinal structure.
On the basis of the measured data and analysis about rare earth oxides doped Mn-Zn Ferrite, we were able to infer the following results and discussions.
1. The small amount of rare earth oxides incorporated in the Mn-Zn ferrite favored the formation of another crystalline phase associated with changes of the initial permeability and the magnetic power loss in all composition.
2. With increasing the rare earth oxides, specific density and initial permeability increased on the whole. But, the tendencies such as upper result had the measured value on limitation and characteristics saturated or decreased properties after that.
3. In case of excessive addition of rare earth oxide beyond some level, initial permeability properties of ferrite have gone down in spite of anomalous grain.
4. With increasing the content of rare earth oxides, both the real and imaginary component of complex permeability and the magnetic loss (tan^(δ) increased. Because the increased rate of real component had higher than imaginary component, magnetic loss increased none the less for increasing the real component related with magnetic permeability. But, the magnetic loss of ferrite doped with the rare earth oxides were lower than that of Mn-Zn ferrite at any rate.
5. The small amount of present rare earth oxides in Mn-Zn Ferrite composition led to enhancement of resistivity in bull, and more so in the grain boundary. It was seem to be due to the formation of mutual reaction such as between iron ions and rare earth element ions.
And then, the measured data and analysis about Ni-Zn ferrite and doped with B-Bi-Zn, we were able to infer the following results and discussions.
The B-Bi-Zn glass ceramic was used to decrease the sintering temperature cofired with Ag electrode in chip device. As the contents of B-Bi-zn increase, the resonance peak of Ni-Zn ferrite was shifted to high frequency by about several MHz. In these results, the B-Bi-Zn glass ceramic was suitable as an additive material for low sintering temperature. So, we suggest that it is possible to apply material for high frequency chip-device material.
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