10 장 자기 재료

송태권2009 년 1 학기

CHAPTER 10 MAGNETIC MATERIALS

10.1 Introduction

10.2 Hard and Soft Magnetic Materials

10.3 Iron-Silicon Alloys

10.4 Soft Iron-Nickel Alloys

10.5 Soft Ferrite and Garnets

10.6 Hard Magnets

10.7 Fine Particle Magnets

10.8 Tapes and Films

개요무른 ( 軟 ) 자기 재료 ( 실리콘 - 철 ) 는 큰 투자율과 낮은 이력 손실과 맴돌이 전류 손실을 가진다 .구조적 결함들이 분역 벽을 붙잡아 (pinning) 큰 항자기장과 이력 특성을 보이게 한다 . 니켈 - 철은 실리콘 - 철에 비해 우월 , 높은 주파수에서 손실이 크다 .페라이트 , 가넷굳은 ( 硬 ) 자기 재료 (Alnico 합금 )자기 열처리는 비대칭성을 증가 , 물성 향상영구자석 : 순수 철 혹은 철 - 코발트 분말을 자기장 속에서 압축

10.1 도입강자성 , 준자성 재료에서는 미세구조 , 상 구성 , 구조 결함이 물성에 큰 영향포화 자기화 (BS) 는 조성의 주된 함수 , 평균 원자 모멘트에 의존투자율 , 항자계 ( 보자력 ), 이력 곡선의 모양은 구조에 민감그래서 재료의 열적 , 화학적 , 기계적 , 자기적 과거에 민감변압기 등의 응용에서 이력 곡선의 모양이 아주 중요( 자기 에너지의 손실 )에너지 손실을 줄이기위해투자율과 포화 유도는 크면서 이력곡선의 면적은 작아야 .작은 이력 손실을 가지는 재료를 무른 (soft) 자기 재료

맴돌이 전류 (eddy curent)자기장의 요동이 전류를 유도 ( 패러데이의 법칙 )자기 코어에 저항 가열에 의해 에너지 손실전류의 크기는 일정하기 때문에 손실을 줄이기 위해 저항을 크게이력 손실을 크게 하지 않고 저항을 크게 하기는 힘듦실리콘 - 철 합금은 라디오 주파수에서 손실이 크다 .니켈 - 철 합금 (Permalloy)더 높은 주파수는 세라믹 페라이트영구 자석 ( 항 자기장이 큰 재료 )이력곡선의 면적이 크고 , 포화 자기화도 크다 .

10.2 굳은 및 무른 자기 재료자기화는 구역 벽을 움직여서 구역의 크기를 변화무른 자석 ( 연자석 , soft magnet)구역 벽이 쉽게 움직이면 항 자기장이 작고재료는 쉽게 자기화굳은 자석 ( 경자석 , hard magnet) 은 반대

구역 벽이 잘 움직이지 않는 것은 비자기성 상이나 기공과 같은구조 결함이 원인비자기성 부분이 포함되어 있으면 정자기 에너지를 줄이기 위해 구역 벽을 잡아당긴다 .

불순물이나 결함들은 자기 이력 곡선을 유도결함은 전기 저항을 증가 시켜서 맴돌이 전류 손실을 줄여 주지만 이력 손실을 증가 시킨다 .

10.3 철 - 실리콘 합금

탄소가 적은 철이 자기 재료로 사용실리콘을 추가 함으로써 저항 증가( 맴돌이 전류 손실 감소 )자기 투자율 증가압연 (rolling) 공정으로 감수율 증가 ( 방향성 증가 )

10.4 무른 철 - 니켈 합금철 - 실리콘 합금은 낮은 자기장에서 투자율이 낮다 .전력용 응용에는 문제 없으나통신과 같은 낮은 자기장을 사용하는 경우 성능 저하철 - 니켈 합금 사용 (50~80%s 니켈 )

잘 정렬된 자기 재료의 투자율이 낮음 .급속 냉각(quenching) 은투자율 증가

자기열처리 (magnetic annealing) 자기장을 걸어 준째로 열처리

10.5 무른 페라이트와 가넷

페라이트 : 역 스피넬 구조준자성 (ferrimagnet)1 MHz 영역 이상에서 페라이트가 필수적분말 산화물 , 성형 , 소결로 제작자기 변형 효과로 변환기

자기 가넷 3M2O3-5Fe2O3

YIG: 3Y2O3-5Fe2O3 - 마이크로파 영역에서큰 저항 , 낮은 자기 손실 : 통신 소자 응용

10.6 굳은 자석영구 자석 : 포화 , 잔류 자기화가 크고 , 항 자기장이 큰 재료

외부 에너지 곡선 BH/2 에너지 곱 : 자기 에너지의 크기

자기 에너지의 크기 = 자석의 크기 × 에너지 곱 (BH/2)

굳은 자기 재료의 세 가지 종류 : 미세 구조와 관련• 마텐식 상변이 : 고탄소강• 침전 강화 합금 ; Cunife, Cunico, Alnico, Silmanal• 정렬 ( 질서 ) 강화 합금 ; FePt, CoPt : 초격자 형성Alnico 상업적으로 중요

@1300oC단일 상@800oC : Fe, Co 과다 높은 자기화’: Ni, Al 과다

밝은 상 : Ni-Al 과다 ()어두운 상 : Fe-Co 과다 (’)

10.7 미세 입자 자석알갱이의 크기가 분역 벽의 두께보다 작을 경우

단일 분역 , 자기화는 자기 모멘트의 방향 변화에만 기인Ferroxdur : BaO-ferrite 분말의 자기 압축 소결

ESD(Elongated Single Domain)미세분말 , 단일 분역 , 자기화 방향으로 늘어난 모양

10.8 테이프와 박막녹음 테이프 : -Fe2O3 늘어난 미세 입자 / 플라스틱 테이프소리에 의한 전기 신호를 자기 신호로 기록 , 무른 페라이트자기 박막은 자기 분역의 운동은 일어나지 않고 방향만 변화빠른 스위칭 특성

과제

마감 : 2009 년 6 월 12 일DEFINITIONS 번역• Soft Magnetic Material

문제 풀이 : 10.5