10장 자기 재료

10장 자기 재료 송태권 2009년 1학기

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

개요 무른(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, 가넷 굳은(硬) 자기 재료(Alnico 합금) 자기 열처리는 비대칭성을 증가, 물성 향상 영구자석: 순수 철 혹은 철-코발트 분말을 자기장 속에서 압축

10.1 도입 강자성, 준자성 재료에서는 미세구조, 상 구성, 구조 결함이 물성에 큰 영향 포화 자기화(BS)는 조성의 주된 함수, 평균 원자 모멘트에 의존 투자율, 항자계(보자력), 이력 곡선의 모양은 구조에 민감 그래서 재료의 열적, 화학적, 기계적, 자기적 과거에 민감 변압기 등의 응용에서 이력 곡선의 모양이 아주 중요 (자기 에너지의 손실) 에너지 손실을 줄이기위해 투자율과 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 손실 전류의 크기는 일정하기 때문에 손실을 줄이기 위해 저항을 크게 이력 손실을 크게 하지 않고 저항을 크게 하기는 힘듦 실리콘-철 합금은 라디오 주파수에서 손실이 크다. 니켈-철 합금(Permalloy) 더 높은 주파수는 세라믹 페라이트 영구 자석(항 자기장이 큰 재료) 이력곡선의 면적이 크고, 포화 자기화도 크다.

10.2 굳은 및 무른 자기 재료 자기화는 구역 벽을 움직여서 구역의 크기를 변화 무른 자석(연자석, soft magnet) 구역 벽이 쉽게 움직이면 항 자기장이 작고 재료는 쉽게 자기화 굳은 자석(경자석,hard magnet)은 반대 구역 벽이 잘 움직이지 않는 것은 비자기성 상이나 기공과 같은 구조 결함이 원인 비자기성 부분이 포함되어 있으면 정자기 에너지를 줄이기 위해 구역 벽을 잡아당긴다.

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

10.3 철-실리콘 합금 탄소가 적은 철이 자기 재료로 사용 실리콘을 추가 함으로써 저항 증가 (맴돌이 전류 손실 감소) 자기 투자율 증가 압연(rolling) 공정으로 감수율 증가(방향성 증가)

10.4 무른 철-니켈 합금 철-실리콘 합금은 낮은 자기장에서 투자율이 낮다. 전력용 응용에는 문제 없으나 통신과 같은 낮은 자기장을 사용하는 경우 성능 저하 철-니켈 합금 사용(50~80%s 니켈) 잘 정렬된 자기 재료의 투자율이 낮음. 급속 냉각 (quenching)은 투자율 증가

자기열처리(magnetic annealing) 자기장을 걸어 준째로 열처리

10.5 무른 페라이트와 가넷 페라이트: 역 스피넬 구조 준자성(ferrimagnet) 1 MHz 영역 이상에서 페라이트가 필수적 분말 산화물, 성형, 소결로 제작 자기 변형 효과로 변환기

자기 가넷 3M2O3-5Fe2O3 YIG: 3Y2O3-5Fe2O3 - 마이크로파 영역에서 큰 저항, 낮은 자기 손실 : 통신 소자 응용

10.6 굳은 자석 영구 자석 : 포화, 잔류 자기화가 크고, 항 자기장이 큰 재료 BH/2 에너지 곱 :자기 에너지의 크기 외부 에너지 곡선

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 형성 • Alnico 상업적으로 중요 @1300oC 단일 상 @800oC a : Fe, Co 과다 높은 자기화 a’: Ni, Al 과다

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

10.7 미세 입자 자석 알갱이의 크기가 분역 벽의 두께보다 작을 경우 단일 분역, 자기화는 자기 모멘트의 방향 변화에만 기인 Ferroxdur : BaO-ferrite 분말의 자기 압축 소결 ESD(Elongated Single Domain) 미세분말, 단일 분역, 자기화 방향으로 늘어난 모양 10.8 테이프와 박막 녹음 테이프 : g-Fe2O3늘어난 미세 입자/플라스틱 테이프 소리에 의한 전기 신호를 자기 신호로 기록, 무른 페라이트 자기 박막은 자기 분역의 운동은 일어나지 않고 방향만 변화 빠른 스위칭 특성

과제 마감: 2009년 6월 12일 DEFINITIONS 번역 • Soft Magnetic Material 문제 풀이: 10.5

10장 자기 재료

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