MnZn ferrite 의 자기적 성질에 미치는 미세조직 및 첨가성분의 영향

Abstract

MnZn ferrite에서 미세조직과 첨가성분에 의한 자기적 성질의 변화를 연구하였다. MnZn ferrite의 기본조성은 25.5 mol \% MnO, 22.0 mol \% ZnO, 52.5 mol \% $Fe_2O_3$이며, 첨가성분으로 0.05 mol\% CoO, 0.2 mol\% CoO, 0.5 mol\% CoO와 2.5 mol\% $Al_2O_3$, 5.0 mol\% $Al_2O_3$, 7.5 mol\% $Al_2O_3$를 각각 첨가하였다. 조성의 균일한 혼합과 오염을 방지하기 위해서 습식분말제조법인 석유증발법으로 분말을 제조하였다. 하소한 분말은 응집현상을 나타내었으며 적절한 하소온도와 sieving으로 응집성을 조절함으로써 소결밀도를 증가시킬 수 있었다. $900\,^\circ\!C$에서 3시간 하소하고 200 mesh sieve를 통과시켜 얻은 기본조성을 갖는 분말로 공기중 $1356\,^\circ\!C$에서 3시간 소결했을 때의 소결밀도는 이론밀도의 97.5\%이었다. 첨가성분 CoO 0mol\% $\sim$ 0.5mol\%, $Al_2O_3\; 0 \sim 7.5mol\%$ 영역에서 소결체의 미세조직 관찰결과, 각 시편에서의 입자크기는 비교적 균일하고 기공은 입계상에 위치하였다. 이것은 석유증발법으로 제조한 분말의 조성이 균일하고 입도분포가 넓지 않기 때문으로 생각된다. 또한 이것은 미세조직과 자기적 성질의 관계를 규명하는데 유리할 것으로 판단되었다. 미세조직 변화에 따른 자기특성의 변화를 조사하기 위해서 기본 조성을 갖는 MnZn ferrite의 소결온도를 $1356\,^\circ,\; 1306\,^\circ,\; 1256\,^\circ\!C$의 3 가지로 변화시켰다. 소결온도가 증가할수록 밀도화와 입자성장 (grain growth) 이 일어났으며, 초투자율은 평균입자크기에 비례하고 보자력의 경우에는 반비례함을 확인하였다. 또한 이론밀도에 근접할수록 자속밀도는 증가하였다. 온도 변화에 따른 초투자율의 변화는 소결온도가 낮아질수록 감소하였다. 이것은 고유특성인 자기이방성의 온도 변화 효과가 기공율의 공기와 입자크기의 감소로 둔화되어 나타났다고 판단된다. 첨가성분에 의한 자기특성의 변화를 조사하기 위해서 CoO와 $Al_2O_3$ 를 각각 첨가하였다. 소결은 $1356\,^\circ\!C$에서 3시간 공기중에서 행하였다. 초투자율은 CoO 0.05 mol\% 첨가했을 때 기본조성의 MnZn ferrite의 5200보다 향상된 5900이었다. 이것은 Co 이온의 (+) 자기이방성과 기본조성의 (-) 자기이방성이 서로 상쇄되어 나타났기 때문으로 판단된다. 0.05mol \% CoO 첨가하였을 경우 $0\,^\circ \sim 60\,^\circ\!C$ 온도영역에서 초투자율의 온도 안정성도 향상되었다. 2.5 mol \% $Al_2O_3$ 을 첨가하였을 경우에는 초투자율은 3000정도로 감소하였으나 온도 안정성은 0.05mol\% CoO 첨가 경우보다 향상되었다. 실험결과는 좁은 온도 구간에서라도 높은 초투자율과 온도변화에 따른 초투자율의 변화가 작은 MnZn ferrite를 제조하는 조건은 서로 상반되는 것임을 보여 주었다. 따라서 이들을 동시에 달성 하고자 하면 적절한 조건의 선택과 배합이 요구된다고 하겠다.