[논문]Ru-Co가 치환된 M-형 육방정 페라이트(BaFe12-2xRuxCoxO19)의 자기적 성질 및 전파흡수 특성

조한신; 김성수

doi:10.4283/jkms.2008.18.4.136

Ru-Co가 치환된 M-형 육방정 페라이트(BaFe12-2xRuxCoxO19)의 자기적 성질 및 전파흡수 특성
Magnetic and Microwave Absorbing Properties of M-type Hexagonal Ferrites Substituted by Ru-Co(BaFe12-2xRuxCoxO19) 원문보기

韓國磁氣學會誌 = Journal of the Korean Magnetics Society, v.18 no.4, 2008년, pp.136 - 141

조한신 (충북대학교 공과대학 재료공학과) , 김성수 (충북대학교 공과대학 재료공학과)

초록
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Ru-Co가 복합 치환된 M-type Ba-ferrite($BaFe_{12-2x}Ru_xCo_xO_{19}$)의 치환량 x의 변화에 따른 자기적 특성과 전파흡수 특성에 관해 조사하였다. 기존의 Ti-Co를 치환시킨 경우보다 적은 양의 치환(x=0.3)으로 면내 자기이방성을 보이는 낮은 보자력($H_c$)과 높은 포화자화($M_s$) 값을 얻을 수 있었다. 따라서 Ru-Co 치환량 조절에 의해 GHz 대역에서 자연공명주파수의 조절이 가능하였다. 소결체 및 복합체에서 흡수 주파수 대역은 보자력이 증가할수록 고주파 대역으로 이동한다. 복합체에서 페라이트 혼합량이 증가함에 따라 복소투자율과 복소유전율의 값이 증가하기 때문에 정합주파수는 저주파 대역으로 이동한다. 이러한 특성들을 이용하여 순수한 M-형 육방정 페라이트에 Ru-Co의 치환량, 복합체에서 페라이트 분말의 혼합량, 그리고 흡수체의 두께의 제어를 통하여 GHz 주파수 대역에서 양호한 전자파 흡수체, 노이즈 감쇠재의 제조가 가능함을 제시할 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, the magnetic(static and high-frequency) and microwave absorbing properties have been investigated in Ru-Co substituted M-hexaferrites($BaFe_{12-2x}Ru_xCo_xO_{19}$). The powders and sintered specimens were prepared by conventional ceramic processing technique. With the calcined powders, the composite specimens were prepared using the silicone rubber as a matrix material. The substitution ratio of Ru-Co to obtain in-plane magnetic anisotropy, thus having the minimum coercivity, is much smaller (about x=0.3) than the previously reported Ti-Co substituted specimen. Owing to this low substitution, the specimen has a large value of saturation magnetization($M_s$=65 emu/g). Ferromagnetic resonance behavior and microwave absorbing frequency band is strongly influnced by the coercvity which can be controlled by Ru-Co substitution ratio. It is found that the M-hexaferrites with planar magnetic anisotropy by doping Ru-Co in both sintered and composite form have superior microwave absorbing properties in GHz frequency range.

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

하소된 분말을 X-선 회절분석을 통하여 M-형 육방정 페라이트의 합성 여부를 조사하였다. Attritor로 미분쇄한 분말을 가지고 소결체와 고무-복합체를 제조하였다. 소결체 시편의 경우에는 외경 9 mm, 내경 3 mm인 동축 mold에 충전시켜 1.
본 연구에서는 Ru-Co가 복합 치환된 M-형 육방정 페라이트(BaFe_{12 − 2x}Ru_xCo_xO₁₉)를 합성하고, 소결체 및 복합체(고무 지지재에 분말을 혼입)의 정자기 특성과 복소투자율, 전파흡수특성을 조사하였다. Ru-Co 첨가제의 함량에 따른 자기적 성질(포화자화, 보자력)의 변화를 관찰하고, 이로부터 자기이방성의 변화에 대해 고찰하였다. 또한 복소투자율의 주파수분산 특성으로부터 자연공명주파수를 결정하고, 자기적 성질과의 상관관계에 대해 조사하였다.
Vibration sample magnetometer(VSM)을 이용하여 포화자화(M_s), 보자력(H_c) 값을 측정하였다. 회로망 분석기(HP8722D)를 이용하여 0.
또한 복소투자율의 주파수분산 특성으로부터 자연공명주파수를 결정하고, 자기적 성질과의 상관관계에 대해 조사하였다. 고주파 재료정수(복소투자율, 복소유전율)로부터 소결체 및 복합체의 전자파 흡수능을 계산하였다.
Ru-Co 첨가제의 함량에 따른 자기적 성질(포화자화, 보자력)의 변화를 관찰하고, 이로부터 자기이방성의 변화에 대해 고찰하였다. 또한 복소투자율의 주파수분산 특성으로부터 자연공명주파수를 결정하고, 자기적 성질과의 상관관계에 대해 조사하였다. 고주파 재료정수(복소투자율, 복소유전율)로부터 소결체 및 복합체의 전자파 흡수능을 계산하였다.
본 연구에서는 Ru-Co가 복합 치환된 M-형 육방정 페라이트(BaFe12 − 2xRuxCoxO19)를 합성하고, 소결체 및 복합체(고무 지지재에 분말을 혼입)의 정자기 특성과 복소투자율, 전파흡수특성을 조사하였다.
볼밀에서 습식으로 10시간 혼합한 후, 건조된 분말을 1200℃, 공기 분위기에서 2시간 하소하였다. 하소된 분말을 X-선 회절분석을 통하여 M-형 육방정 페라이트의 합성 여부를 조사하였다. Attritor로 미분쇄한 분말을 가지고 소결체와 고무-복합체를 제조하였다.
) 값을 측정하였다. 회로망 분석기(HP8722D)를 이용하여 0.2~15 GHz 대역에서 S-parameter를 측정하고, 이로부터 재료정수(복소투자율, 복소유전율)를 구하였다.

대상 데이터

소결은 1250℃, 산소 분위기에서 2시간 동안 행하였다. 미세가공을 거쳐 외경 7 mm, 내경 3 mm의 동축 시편을 제조하였다. 복합체 시편은 페라이트 분말과 실리콘 고무를 혼합하여 제작하였다.
미세가공을 거쳐 외경 7 mm, 내경 3 mm의 동축 시편을 제조하였다. 복합체 시편은 페라이트 분말과 실리콘 고무를 혼합하여 제작하였다. 페라이트 분말과 고무의 혼합 무게비(F/R)는 3~7 범위에서 조절하였다.
페라이트 분말과 고무의 혼합 무게비(F/R)는 3~7 범위에서 조절하였다. 소결체 시편과 마찬가지로 외경 7 mm, 내경 3 mm의 동축 시편 형태로 제조하였다.
일반적인 세라믹스 제조 공정을 이용하여 BaFe12 − 2xRuxCoxO19 분말 및 소결체를 제조하였다, 원료 분말로는 99.9 % 이상의 순도를 갖는 BaCO3, Fe2O3, RuO2, Co3O4를 사용하였으며, 치환량 x는 0~0.7 범위에서 변화시켰다.

성능/효과

이는 c축의 일축 자기이방성이 a-b 면내 이방성으로 변화하기 때문이다. 그 이상의 치환에서는 면내 이방성이 강해짐을 보자력의 증가를 통해 간접적으로 확인할 수 있었다. 자연공명주파수는 보자력에 비례하여 증가함을 실험적으로 확인하였다.
보자력이 가장 낮았던 소결시편 흡수체(x = 0.3)가 가장 낮은 주파수 대역(약 5 GHz)에서 −20 dB(99 % 전력흡수율)의 양호한 흡수능을 나타내었으며, 보자력이 증가할수록 흡수 밴드는 고주파 대역으로 이동하였다(x = 0.5의 경우 약 6 GHz, x = 0.7의 경우 약 8 GHz).
복소유전율(εr = εr' − jεr")의 실수항은 12~15 사이의 거의 일정한 값을 가지고, 허수항은 1.0 이하의 매우 작은 값을 보였다.
자연공명 현상은 포화자화 값과 보자력 값이 클수록, 초기투자율 값이 작을수록 자연공명주파수가 고주파에서 나타난다[6, 7]. 본 실험 결과인 Fig. 4에서와 같이, 면내 자기이방성을 갖는 시편(x = 0.3 이상)의 경우에 포화자화 값이 작아짐에도 불구하고, 자연공명주파수가 증가하는 것으로 볼 때, 자연공명주파수는 포화자화 값의 영향보다는 보자력 값의 영향을 더 많이 받음을 알 수 있다.
복합체에서 페라이트 혼합량이 증가함에 따라 복소투자율과 복소유전율의 값이 증가하기 때문에 정합주파수는 저주파 대역으로 이동한다. 이러한 특성들을 이용하여 M-형 육방정 페라이트에 Ru-Co의 치환량, 복합체에서 페라이트 분말의 혼합량, 그리고 흡수체의 두께를 조절하여 GHz 대역에서 우수한 전자파 흡수체나 노이즈 감쇠재의 설계가 가능함을 제시할 수 있었다.
그 이상의 치환에서는 면내 이방성이 강해짐을 보자력의 증가를 통해 간접적으로 확인할 수 있었다. 자연공명주파수는 보자력에 비례하여 증가함을 실험적으로 확인하였다. 이에 따라 소결체, 복합체 모두에서 흡수 주파수 대역은 보자력이 증가할수록 고주파 대역으로 이동한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	Ru-Co 치환량 조절로 인해 가능해진것은 무엇인가?	3)으로 면내 자기이방성을 보이는 낮은 보자력($H_c$)과 높은 포화자화($M_s$) 값을 얻을 수 있었다. 따라서 Ru-Co 치환량 조절에 의해 GHz 대역에서 자연공명주파수의 조절이 가능하였다. 소결체 및 복합체에서 흡수 주파수 대역은 보자력이 증가할수록 고주파 대역으로 이동한다.
	소결체 및 복합체에서 흡수 주파수 대역은 어디로 이동하는가?	따라서 Ru-Co 치환량 조절에 의해 GHz 대역에서 자연공명주파수의 조절이 가능하였다. 소결체 및 복합체에서 흡수 주파수 대역은 보자력이 증가할수록 고주파 대역으로 이동한다. 복합체에서 페라이트 혼합량이 증가함에 따라 복소투자율과 복소유전율의 값이 증가하기 때문에 정합주파수는 저주파 대역으로 이동한다.
	Ru-Co가 복합 치환된 M-type Ba-ferrite의 여러 특성을 이용해 할 수 있는 것은 무엇인가?	복합체에서 페라이트 혼합량이 증가함에 따라 복소투자율과 복소유전율의 값이 증가하기 때문에 정합주파수는 저주파 대역으로 이동한다. 이러한 특성들을 이용하여 순수한 M-형 육방정 페라이트에 Ru-Co의 치환량, 복합체에서 페라이트 분말의 혼합량, 그리고 흡수체의 두께의 제어를 통하여 GHz 주파수 대역에서 양호한 전자파 흡수체, 노이즈 감쇠재의 제조가 가능함을 제시할 수 있다.

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