페라이트(자석)

Ferrite (magnet)
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페라이트 자석 더미

페라이트란 스트론튬, 바륨, 망간, 니켈 및 [1]아연 등의 1개 이상의 금속원소를 소량 혼합하여 많은 양의 산화철(III)을23 혼합하여 소성하여 이루어지는 세라믹 재료이다.그들은 페리마그네틱으로 자화되거나 자석에 끌릴 수 있다.다른 강자성 재료와 달리 대부분의 페라이트는 전기 전도성이 없기 때문에 와전류를 [2]억제하기 위한 변압기용 자기 코어 등의 용도에 유용합니다.페라이트는 소자성(자기보강성)에 대한 저항성에 따라 2족으로 나눌 수 있다.

하드 페라이트는 높은 보자기력을 가지고 있기 때문에 소자하기 어렵다.그것들은 냉장고 자석, 확성기, 소형 전기 모터와 같은 응용 분야를 위한 영구 자석을 만드는 데 사용됩니다.

연질 페라이트는 보자기율이 낮기 때문에 쉽게 자화를 변화시켜 자기장의 전도체 역할을 한다.고주파 인덕터, 변압기, 안테나 및 다양한 마이크로파 부품에 사용되는 페라이트 코어라고 불리는 효율적인 자기 코어를 만드는 데 사용됩니다.

페라이트 화합물은 대부분 산화철로 만들어져 매우 저렴하고 내식성이 뛰어납니다.도쿄공업대학의 가토 요고로와 다케시씨는 1930년에 [3]최초의 페라이트 화합물을 합성했다.

구성, 구조 및 특성

페라이트란 보통 [4]산화철에서 유래한 페리마그네틱 세라믹 화합물이다.마그네타이트(FeO34)는 유명한 예입니다.대부분의 다른 세라믹과 마찬가지로 페라이트도 단단하고 부서지기 쉬우며 전도체가 불량합니다.

많은 페라이트들은 ABO 공식의24 스피넬 구조를 채택하고 있습니다.여기서 A와 B는 보통 철(Fe)을 포함한 다양한 금속 양이온을 나타냅니다.스피넬 페라이트는 일반적으로 입방정밀(fcc)산화물(O2−)로 이루어진 결정 모티브를 채택하고 있으며, 양이온은 사면체 구멍의 8분의 1을 차지하고 B 양이온은 팔면체 구멍의 절반을 차지하고 있습니다(ABO2+
3+
22−
4).

페라이트 결정은 일반적인 스피넬 구조를 채택하지 않고 오히려 역스피넬 구조를 채택합니다.사면체 구멍의 8분의 1은 B 양이온에 의해 점유되고, 8면체 부위의 4분의 1은 A 양이온이다.나머지 4분의 1은 B 양이온입니다.또한 혼합 구조 스피넬 페라이트를 식 [MFe2+1−δ3+δ][로 가질 수 있습니다.MFe2+δ3+2−δ]O4. 여기서 θ는 반전도입니다.

"ZnFe"로 알려진 자성 재료는 ZnFeO라는24 공식을 가지고 있으며3+, Fe는 8면체 사이트를 차지하고 Zn은2+ 사면체 사이트를 차지하고 있으며, 이는 정상적인 구조의 스피넬 [5][page needed]페라이트이다.

일부 페라이트에는 바륨 및 스트론튬 페라이트 BaFeO1219(BaO:6FeO23) 및 SrFeO1219(SrO:6FeO23)[6]와 같은 육각형 결정 구조가 있습니다.

그 자기 특성에 있어서, 다른 페라이트들은 종종 다음과 같이 "부드럽다", "반경질" 또는 "하드"로 분류되는데, 이것은 그들의 낮은 또는 높은 자기 강압성을 나타낸다.

연질 페라이트

소형 변압기 및 인덕터 제작에 사용되는 다양한 페라이트 코어

변압기 또는 전자코어에 사용되는 페라이트에는 니켈, 아연 및/또는[7] 망간화합물이 포함되어 있습니다.부드러운 페라이트는 영구 자석이 아닙니다.연강과 같은 자성을 가지지만, 자기장이 제거되면 자력이 감소합니다.소프트 페라이트는 일반적으로 변압기로 사용됩니다(전압을 1차 권선에서 2차 권선으로 변경).그 결과, 연질 페라이트는 변압기 페라이트라고도 불립니다.그들은 강압성이 낮다.낮은 보자기율은 재료의 자화가 많은 에너지(히스테리시스 손실)를 방출하지 않고 쉽게 역방향으로 이동할 수 있음을 의미하며, 재료의 높은 저항률은 또 다른 에너지 손실원인 코어의 와전류를 방지합니다.고주파에서의 손실은 비교적 낮기 때문에 스위치모드 전원장치나 AM 무선에 사용되는 루프스틱 안테나 등의 애플리케이션에서 RF 트랜스 및 인덕터의 코어에 광범위하게 사용됩니다.

가장 일반적인 소프트 페라이트는 다음과 같습니다.[6]

  • 망간아연 페라이트(MnZn, 공식 MnZnFeOa(1-a)24).MnZn은 NiZn보다 투과율 및 포화유도가 높다.
  • 니켈아연 페라이트(NiZn, 식 NiZnFeOa(1-a)24).NiZn 페라이트는 MnZn보다 높은 저항률을 나타내므로 1MHz 이상의 주파수에 적합합니다.

5MHz 미만의 어플리케이션에서는 MnZn 페라이트가 사용되며, 그 이상의 어플리케이션에서는 통상 NiZn이 사용됩니다.단, 공통 모드인덕터는 예외이며, 여기서 선택하는 임계값은 70MHz입니다.[8]

반경질 페라이트

  • 코발트 페라이트인 CoFeO24(CoO·FeO32)는 연자성 물질과 경자성 물질 사이에 있으며 보통 반경질 [9]물질로 분류됩니다.고포화 자성(~200ppm)으로 센서, 액추에이터 등 자성 용도에 주로 사용된다.CoFeO는24 또한 희토류가 없는 장점이 있는데, 이것은 Terfenol-D의 [11]좋은 대체물이 됩니다.또, 자성 단축 [12]이방성을 유도하는 것으로, 그 자성 특성을 조정할 수 있다.이는 자기 어닐링,[13] 자기장 보조 [14]압축 또는 단축 [15]압력에서의 반응에 의해 수행될 수 있습니다.이 마지막 용액은 스파크 플라즈마 소결 사용으로 초고속(20분)이라는 장점이 있습니다.코발트 페라이트 내 유도 자기 이방성 또한 [16]복합체 내 자기 전기 효과를 향상시키는 데 유용합니다.

하드 페라이트

반면 영구 페라이트 자석은 경질 페라이트계이며, 보자기능이 높고 자화 후 잔류도가 높다.경질 페라이트 [17][18]자석의 제조에는 산화철과 탄산바륨 또는 스트론튬이 사용된다.높은 보자기력은 영구 자석의 필수 특징인 소자성 물질에 매우 저항력이 있다는 것을 의미합니다.그들은 또한 높은 자기 투과성을 가지고 있다.소위 세라믹 자석이라고 불리는 이 자석은 값이 싸고 냉장고 자석과 같은 가정용품에 널리 사용된다.최대 자기장 B는 약 0.35테슬라이며, 자기장 강도 H는 약 30~160킬로암페어/미터(400~2000회)[19] 회전입니다.페라이트 자석의 밀도는 약 5g/cm입니다3.

가장 일반적인 하드 페라이트는 다음과 같습니다.

  • Strontium Ferrite, SrFeO1219(SrO·6FeO23). 소형 전기 모터, 마이크로파 디바이스, 기록 매체, 광자기 매체, 통신 및 전자 [6]산업에 사용됩니다.스트론튬헥사페라이트(SrFeO1219)는 자기결정 이방성 때문에 높은 보자기율로 잘 알려져 있다.영구 자석으로 산업 분야에서 널리 사용되어 왔으며, 쉽게 분말화 및 형성될 수 있기 때문에 바이오마커, 바이오 진단 및 바이오 [20]센서와 같은 마이크로 및 나노 유형의 시스템에 적용되고 있습니다.
  • 바륨 페라이트, BaFeO1219(BaO·6FeO23), 영구 자석 응용에 공통 재료.바륨 페라이트는 일반적으로 습기에 안정적이고 내식성이 있는 견고한 세라믹스입니다.라우드스피커 자석 및 마그네틱 스트라이프 카드 등의 자기 기록 매체로 사용됩니다.

생산.

페라이트(Ferrite)는 구성 금속의 산화물 혼합물을 고온에서 가열하여 생산됩니다. 이는 다음과 같은 이상적인 [21]방정식입니다.

FeO23 + ZnO → ZnFe2오4

미세분말 전구체의 혼합물을 금형에 압입하는 경우도 있다.바륨 및 스트론튬 페라이트의 경우, 이러한 금속은 일반적으로 탄산염인 BaCO3 또는3 SrCO로 공급됩니다.가열 과정 중에 이러한 탄산염은 소성 과정을 거칩니다.

MCO3 → MO + CO2

이 공정 후에 두 산화물이 결합되어 페라이트가 생성됩니다.결과적으로 발생하는 산화물의 혼합물은 소결 과정을 거친다.

처리.

페라이트를 얻은 냉각물은 각 입자가 1개의 자기 도메인으로 구성될 정도로 충분히 작은 2µm 미만의 입자로 분쇄된다.다음으로 가루를 눌러 모양을 만들고 건조시킨 후 다시 소결한다.성형은 입자의 바람직한 방향( 이방성)을 달성하기 위해 외부 자기장에서 수행될 수 있다.

드라이 프레싱으로 작고 기하학적으로 쉬운 형상을 만들 수 있다.그러나 이러한 공정에서는 습식 프레스 공정에 비해 작은 입자가 응집되어 자기 특성이 저하될 수 있다.재밀링 없이 직접 소성 및 소결하는 것도 가능하지만 자기 특성이 저하됩니다.

전자석도 사전 소결(사전 반응), 밀링 및 프레스됩니다.그러나 소결은 예를 들어 산소 부족과 같은 특정 분위기에서 발생합니다.화학 성분, 특히 구조는 전구체와 소결 생성물 사이에 크게 다릅니다.

소결 중에 제품을 효율적으로 고로에 쌓고 부품이 서로 달라붙는 것을 방지하기 위해 많은 제조업체에서 세라믹 분말 분리 시트를 사용하여 제품을 분리합니다.이 시트는 알루미나, 지르코니아, 마그네시아 등 다양한 소재로 제공됩니다.미세 입자, 중간 입자 및 거친 입자 크기도 있습니다.소결 대상 기구에 재료와 입경을 일치시킴으로써 노재 하중을 최대화하면서 표면 손상 및 오염을 줄일 수 있다.

사용하다

페라이트 코어는 전자 인덕터, 변압기 및 전자석에 사용되며, 페라이트의 높은 전기 저항으로 인해 와전류 손실이 매우 낮습니다.

페라이트는 컴퓨터 케이블의 덩어리로서도 발견됩니다.페라이트 비즈라고 불리는 이 비드는 고주파 전기 노이즈(무선 주파수 간섭)가 기기에 유입되는 것을 방지합니다.이러한 유형의 페라이트는 차단(반사)뿐만 아니라 열로서 흡수 및 방산됩니다.에너지 공급량

초기 컴퓨터 메모리는 하드 페라이트 코어의 잔류 자기장에 데이터를 저장했고, 코어 메모리의 배열로 조립되었습니다.자기 기록 테이프의 코팅에는 페라이트 가루가 사용됩니다.

페라이트 입자는 또한 스텔스 항공기와 전자파 적합성 측정에 사용되는 실내 라이닝 흡수 타일에 사용되는 레이더 흡수 물질 또는 코팅의 구성 요소로 사용된다.스피커나 전자기기 픽업에 사용되는 오디오 자석을 포함한 대부분의 일반적인 오디오 자석은 페라이트 자석입니다.특정 "빈티지" 제품을 제외하고, 페라이트 자석은 이러한 응용 분야에서 고가의 알니코 자석을 대체했습니다.특히 오늘날 하드 헥사페라이트의 가장 일반적인 용도는 냉장고 씰 개스킷, 마이크 및 시끄러운 스피커의 영구 자석, 무선 기기용 소형 모터 및 [22]자동차용입니다.

페라이트 나노 입자는 초파라미네틱 특성을 보인다.

역사

도쿄공업대학의 가토 요고로와 다케시씨는 1930년에 최초의 페라이트 화합물을 합성했다.이로 인해 1935년 TDK Corporation이 설립되어 이 재료를 제조하게 되었습니다.

바륨헥사페라이트(BaO•6FeO23)는 1950년 Philips Naturkundig Laboratorium(Philips Physical Laboratory)에서 발견되었습니다.이 발견은 다소 우연한 것이었는데, 반도체 재료로서의 사용을 조사하는 팀을 위해 육각형 랜턴 페라이트 샘플을 준비하기로 되어 있던 조교의 실수 때문이었다.실제로 자성체임을 발견하고 X선 결정학으로 구조를 확인하자 자기연구팀에 [23]넘겼다.헥사페라이트 바륨은 높은 보온성(170kA/m)과 낮은 원료비를 동시에 가지고 있다.Philips Industries(네덜란드)에 의해 제품으로 개발되었으며 1952년부터 Ferroxdure라는 [24]상표명으로 판매되었다.저렴한 가격과 좋은 성능 덕분에 영구 [25]자석의 사용이 급증했습니다.

Philips는 1960년대에 바륨 헥사페라이트보다 뛰어난 성질을 가진 스트론튬 헥사페라이트(SrO•6FeO23)를 개발했습니다.바륨과 스트론튬 헥사페라이트는 저렴한 가격 때문에 시장을 지배하고 있다.다른 재료들은 개선된 특성을 가지고 있습니다.1980년 BaO·2(FeO)·[26]823(FeO)·1991년 [27]BaZnFeO21823.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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외부 링크

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