$(Tb,Dy)Fe_2$ 합금의 결정성장 및 자왜특성에 미치는 불순물의 영향

Abstract

$Tb_xDy_{1-x}Fe_y$ (0.27≤x≤0.30, y≤2) 조성의 합금인 Terfenol-D는 낮은 자기이방성을 가지며 1600ppm에 근접하는 변형을 보이는 거대자왜재료이다. Laves 구조인 $RFe_2$ 합금은 <111>의 자화용이축으로 자왜변형이 일어난다. 그러나 교류 자장하에서의 와전류로 인한 손실 때문에 고주파 영역에서의 사용은 제한되어 왔다. 또한 $RFe_2$ 의 특성상 구조적으로 취약한 특성을 보여, 이들 특성을 개선하기 위하여 고분자 복합재료의 개발이 이루어져 왔다. 최근에 개발된 polymer infiltrated grain aligned composite (PIGAC) 공정은 Terfenol-D의 결정방향성을 유지하며 구조적인 취성을 극복하고, $RFe_2$ 상간의 절연으로 와전류 손실을 줄이기 위하여 개발되었다. 본 연구에서는 최적의 PIGAC 조성을 찾고, 그 조성 변화에 따른 공정상의 불순물 유입 효과를 보기 위한 실험을 실시하였다. 최적의 조성을 찾기 위하여 최대자기변형 $\lambda_{max}$, 자기변형상수 $d_{33}$ 그리고 보자력 등을 직교표에서 분석하였다. 그 결과로 PIGAC공정의 최적 조성은 $Tb_{0.3}Dy_{0.7}Fe_{1.6} 로 밝혀졌다. 공정중 Quartz tube와의 반응에 따른 Si 불순물의 영향을 보기 위하여 자왜특성 측정과 wavelength diffraction spectroscopy (WDS) 분석을 실시하였다. 반응층의 WDS 분석 결과 희토류 산화물-희토류 규화물-희토류 산화물의 복합적인 반응층이 관찰되었으며, 반응 메커니즘의 열역학적 고찰에 따라 반응은 Si 확산에 의해 주도되었으며 그 확산 과정의 활성화 에너지는 1.592eV로 계산되었다.