[논문]YIG (<tex>$Y_3$</tex><tex>$Fe_5$</tex><tex>O_{12}$</tex>)의 미세구조 및 자성 특성에 대한 <tex>$SrTiO_3$</tex>첨가 영향

장학진; 윤석영; 김태옥

YIG ($Y_3$$Fe_5$O_{12}$)의 미세구조 및 자성 특성에 대한 $SrTiO_3$첨가 영향
The Effects of $SrTiO_3$ Addition on the Microstructure and Magnetic Properties of YIG 원문보기

한국재료학회지 = Korean journal of materials research, v.11 no.3, 2001년, pp.203 - 206

장학진 (부산대학교 공과대학 무기재료공학과) , 윤석영 (부산대학교 공과대학 무기재료공학과) , 김태옥 (부산대학교 공과대학 무기재료공학과)

초록
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SrTiO$_3$첨가량 및 소결온도에 따른 YIG 소결체의 미세구조 및 자기적 특성변화에 대하여 조사하였다. 소량의 SrTiO$_3$소결재를 첨가한 결과 소결체의 격자상수는 약간 증가하였으며, 이는 소결시 $Y^{+3}$, Fe$^{+3}$이온이 이온반경이 상대적으로 큰 Sr$^{+2}$, Ti$^{+4}$이온으로 치환되었기 때문인 것으로 추정된다. SrTiO$_3$소결재를 0.2mo1% 첨가하고, 142$0^{\circ}C$에서 소결한 소결체의 밀도는 이론밀도의 98%이상의 치밀화를 얻을 수 있었다. 상온에서의 포화자화값(M$_s$)은 SrTiO$_3$소결재의 첨가량이 증가함에 따라 약간 감소하였으나 큰 변화는 없었다. 더욱이 온도에 따른 보자력 (H$_c$)의 변화는 없었다.

Abstract ▼ AI-Helper

The effects of SrTiO$_3$ addition and sintering temperature on the microstructure and magnetic properties of yttrium iron garnet (YIG) were investigated. The lattice Parameter increasing of sintered YlG with small amount of SrTiO$_3$ addition was supposed to be substituted $Y^{+3}$, Fe$^{+3}$ ions to Sr$^{+2}$,Ti$^{+4}$ ions which are relatively large in ionic ranius. A YIG specimen sintered at 142$0^{\circ}C$ with 0.2mol% SrTiO$_3$ showed above 98% densification of theoretical density. Saturation magnetization (M$_s$) at room temperature decreased a little bit with increasing SrTiO$_3$, addition but no great chance. In addition, the coercivity (H$_c$) was almost not changed by sintering temperature.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 YIG 소결체의 소결온도를 낮추기 위해 Y+3 이온에 이온반경이 비슷한 Sr+를 치환시키고, 전기적 보상으로 Fe+3이온에 Ti+이온을 치환할 수 있는 SrTiOs를소결첨가재로 선택하여 첨가량을 달리하여 소결온도를 변화 시켜 얻은 소결체의 결정상, 밀도변화 및 자기적 특성에 대하여 조사하였다.

제안 방법

9%인 Y0, FeQs 및 SrTiQ를 원료 분말로 일반 세라믹 공정을 이용하여 YIG 를 제조하였다. YQ3와 FeQs를 2:3의 몰비로 칭량하여 혼합한 후 8시간 습식 혼합하였다. 혼합된 분말은 1300℃ 에서 6시간 하소하여 일부 YIG상을 형성시켰다.
밀도를 측정하였다. 그리고, 소결체의 자기적 특성을 조사하기 위해 시료 진동 자력계 (VSM:model 7300 VSM, Lake Shore) 로 외부자기장 2.5kOe로 가하여 포화 자화 값과 보자력값의 변화를 조사하였으며 , SEM (JEOL 4500, JEOL) 을 이용하여 소결체의 미세구조를 관찰하였다.
3mol%까지 변화시키면서 첨가하였다. 다시 4시간 습식 혼합후 20MPa 압력으로 성형하고, 200MPa 압력으로 CIP(cold isostatic pressure)하였다. 두께가 약 1mm, 직경이 10mm인 디스크 모양의 성형체를 1320-C, 1420℃로 공기중에서 소결하였다.

대상 데이터

본 연구를 위한 전반적인 공정은 그림 1에 나타나있으며, 시편제작을 위한 시료는 순도 99.9%인 Y0, FeQs 및 SrTiQ를 원료 분말로 일반 세라믹 공정을 이용하여 YIG 를 제조하였다. YQ3와 FeQs를 2:3의 몰비로 칭량하여 혼합한 후 8시간 습식 혼합하였다.

이론/모형

제조된 소결체의 결정상을 분석하기 위해 X-ray diffractometer (D/MAX-11A, Rigaku) 를 이용하였으며, 소결온도에 따른 치밀화 정도를 조사하기 위해 아르키메데스 법으로 밀도를 측정하였다. 그리고, 소결체의 자기적 특성을 조사하기 위해 시료 진동 자력계 (VSM:model 7300 VSM, Lake Shore) 로 외부자기장 2.

성능/효과

한편, 1420P로 소결온도가 증가됨에 따라 기공이 보다 감소되어 입자성장이 활발히 일어난 것으로 여겨진다. SEM 사진을 통해 측정된 입자의 크기는 소결온도가 132(TC일 때 2~3㎛ 정도였고, 1420℃에서 9~ll/an 정도로 나타났다.
SrTiO3 소결재를 0.2 mol%를 첨가하고, 1420℃ 에서 소결한 소결체의 밀도는 이론밀도의 98%이상의 치밀화를 얻을 수 있었다. 상온에서의 포화자화값은 SrTiO₃ 소결재의 첨가량이 증가함에 따라 28.
SrTiO₃ 첨가량 및 소결온도에 따른 YIG소결체의 밀도변화를 그림 5에 나타내고 있고 소결체의 밀도는 소결 온도에 매우 민감하게 변화하며, 소결온도가 중가함에 따라 소결체의 밀도가 중가하고 있으며, 소결온도가 1420 ℃ 인 경우에는 순수한 YIG 의 격자상수로부터 구한 YIG의 이론밀도인 5.17 g/ciV의 약 98%에 도달하고 있음을 알 수 있었다. 그림 4의 SEM사진에서 본 바와 같이 소결온도가 1320℃ 로 낮은 경우에는 소결체에 많은 기공이 존재하였기 때문에 아르키메데스 법에 의한 밀도 측정시 밀도값의 편차가 크게 나타났었다.
00 emu/g으로 약간감소하였으나 큰 차이를 나타내지는 않았고, 각 온도에서 첨가량 변화에 따른 보자력값은 거의 변화가 없었다. 따라서, 본 실험조건에서 0.2mol% 정도 SrTid를 첨가하고 1420C에서 소결한 경우 YIG의 자기적 성질에는 영향을 주지 않은 채 소결 특성을 향상시킬 수 있었다.
2 mol%를 첨가하고, 1420℃ 에서 소결한 소결체의 밀도는 이론밀도의 98%이상의 치밀화를 얻을 수 있었다. 상온에서의 포화자화값은 SrTiO₃ 소결재의 첨가량이 증가함에 따라 28.43 emu/g 에서 28.00 emu/g으로 약간감소하였으나 큰 차이를 나타내지는 않았고, 각 온도에서 첨가량 변화에 따른 보자력값은 거의 변화가 없었다. 따라서, 본 실험조건에서 0.
순수한 YIG 시료의 경우에는 소결 온도가 1320℃ 인 경우 제조된 소결체의 밀도가 4.4 g/cn? 정도로 이론 밀도에 비하여 매우 낮으며, 소결온도를 1400℃ 이상으로 열처리하여야만 이론밀도의 98%정도까지 도달할 수 있었다. 한편, 1420℃의 소결온도에서 SrTiO, 첨가량의 영향을 보면 첨가량이 중가할수록 밀도가 중가하다가 0.
4 g/cn? 정도로 이론 밀도에 비하여 매우 낮으며, 소결온도를 1400℃ 이상으로 열처리하여야만 이론밀도의 98%정도까지 도달할 수 있었다. 한편, 1420℃의 소결온도에서 SrTiO, 첨가량의 영향을 보면 첨가량이 중가할수록 밀도가 중가하다가 0.2mol%에서 최대의 값을 보였고, 그 이상에서는 변화가 없었다. 이는 XRD분석에서 이미 언급하였듯이, 과량의SrTiO₃ 첨가에 따른 이차상인 orthoferrite YFeCQ이 형성되어 더 이상의 밀도 중가가 없는 것으로 사료된다.

참고문헌 (15)

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