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문제 정의
- 본 연구에서는 cobalt를 nickel 대신 미량 치환하여 품질계수 Q 특성을 증가시키려고 하였다. 칩인덕터용 Ni0.
제안 방법
- NiZnCu ferrite에서 생성되기 쉬운 2차상인 α-Fe2O3 및 석출되기 쉬운 CuO, 미반응NiO 등의 피크는 관찰되지 않았다. Cobalt 치환된 NiZnCu ferrite의 소결성 및 자기적 특성을 확인하기 위하여 하소분말을 외경 20 mm, 내경 13 mm 크기의 토로이달 core 시편을 만들고 880, 900, 920 ℃에서 공기 중 2시간 소결하였다. Fig.
- 04) ferrite를 고상반응법에 의하여 제조 하였다. Cobalt의 치환량에 따른 소결특성 및 자기적 특성에 대하여 연구 하였으며 cobalt의 치환량이 증가 될수록 토로이달 core의 소결성이 저하 되었으며 수축율도 감소 하였다. 초투자율도 cibalt의 치환량이 증가될수록 감소하는 경향을 가졌으며 이것은 cobalt가 치환됨에 따라 소결성이 저하되어 grain이 성장하지 못하고 grain size가 작기 때문이다.
- 04) ferrite 하소 분말을 planetary mill에서 200 rpm, 3시간 습식 밀링 후 건조오븐에서 100 ℃, 12시간 건조하였다. 건조분말에 바인더로 PVA(Polyvinyl Alcohol)를 약 0.5 wt% 첨가하고 외경 20 mm, 내경 13 mm의 몰드에 2000 kgf/cm2의 성형압으로 토로이달 core 시편을 제조하였다. 제조된 토로이달 core는 880, 900, 및 920 ℃에서 2시간 공기중 소결하였다.
- 5 wt% 첨가하고 외경 20 mm, 내경 13 mm의 몰드에 2000 kgf/cm2의 성형압으로 토로이달 core 시편을 제조하였다. 제조된 토로이달 core는 880, 900, 및 920 ℃에서 2시간 공기중 소결하였다. 소결된 토로이달 코아 시편의 밀도는 시편의 크기와 무게를 이용하여 부피밀도를 구하였고 결정성을 확인하기 위하여 x-선 회절분석을 이용하였다.
- 칩인덕터용 Ni0.36− xCoxZn0.44Cu0.22Fe1.98O4(0 ≤ x ≤ 0.04) ferrite를 고상반응법으로 제조 하였으며 제조된 ferrite 분말을 토로이달 core형태로 제작한 후 880~920 ℃에서 공기 중 2시간 열처리 하였으며 초투자율, 품질계수 Q, 밀도, 수축율, 포화자화, 및 보자력 등의 소결특성 및 자기적 특성에 대하여 연구 하였다.
- 이때 사용된 fixture는 HP16092였으며 측정주파수는 1 MHz였다. 포화자화 및 보자력은 시료진동형자화율측정기(VSM)로 외부자장을 5 kOe 인가하여 실온에서 측정하였다.
대상 데이터
- Cobalt가 치환된 Ni0.36 − xCoxZn0.44Cu0.22Fe1.98O4(0 ≤ x ≤ 0.04) ferrite를 고상반응법에 의하여 제조 하였다.
- 고상반응법에 의하여 Ni0.36− xCoxZn0.44Cu0.22Fe1.98O4(0≤ x ≤0.04) ferrite를 제조하였다.
- 04) ferrite를 제조하였다. 고상반응법에 의한 제조 방법은 NiO, CoO, ZnO, CuO 및 Fe2O3를 출발원료로 사용하였으며 먼저 적정 몰비로 planetary mill로 150 rpm에서 2시간 습식 혼합한 후 100 ℃에서 12시간 건조하였다. 건조 분말을 800 ℃에서 2시간 하소하여 하소 분말을 얻었다.
- 건조 분말을 800 ℃에서 2시간 하소하여 하소 분말을 얻었다. 하소 분말을 이용하여 토로이달 core로 제조하였으며 제조 방법은 다음과 같다. 먼저 Ni0.
데이터처리
- 제조된 토로이달 core는 880, 900, 및 920 ℃에서 2시간 공기중 소결하였다. 소결된 토로이달 코아 시편의 밀도는 시편의 크기와 무게를 이용하여 부피밀도를 구하였고 결정성을 확인하기 위하여 x-선 회절분석을 이용하였다. 하소 분말의 경우 x-선 회절 분석결과 모두 2차상이 없는 단일상의 cubic spinel 구조를 가짐을 확인 하였다.
이론/모형
- 하소 분말의 경우 x-선 회절 분석결과 모두 2차상이 없는 단일상의 cubic spinel 구조를 가짐을 확인 하였다. 초투자율(initial permeability)과 품질계수(quality factor)를 구하기 impedance analyzer(HP4286)를 사용하였다.이때 사용된 fixture는 HP16092였으며 측정주파수는 1 MHz였다.
성능/효과
- 이와 같이 밀도값과 수축율 특성값이 나타나듯이 cobalt를 치환하면 소결특성이 저하 되는 것을 알 수 있으므로 cobalt를 치환하는 경우 적절한 치환량을 결정 하여야 할 것이다. 900 ℃의 온도에서 소성한 cobalt 치환된 토로이달 core 샘플의 수축율은x = 0.0일 때 17.6%이었으며 x = 0.01 일 때 16.8%이었고 치환량이 x = 0.03일 때 수축율이 16% 보다 작은 값으로 떨어진 15.9%로 나타났다.
- 4 Oe로 나타났다. Cobalt가 x = 0.01 치환된 ferrite를 이용하면 품질계수 Q값이 매우 우수한 칩인덕터를 제조 할 수 있을 것이다.
- Cobalt의 치환이 소결밀도를 낮추므로 소결성을 떨어뜨리는 것으로 나타났는데 900 ℃에서 소결밀도 4.8 g/cm3 이상의 값을 갖기 위한 치환량은 x > 0.03 이어야 함을 알 수 있었다.
- 고상반응법에 의해 제조된 Ni0.36− xCoxZn0.44Cu0.22Fe1.98O4(0 ≤ x ≤ 0.04) ferrite 분말을 800 ℃에서 공기 중 2시간 하소하였으며 하소 분말의 x-선 회절 분석 결과 2차상이 없는 단일상의 cubic spinel 피크만 관측 되었으며 Fig. 1에Ni0.36Zn0.44Cu0.22Fe1.98O4 및 Ni0.32Co0.04Zn0.44Cu0.22Fe1.98O4의 x-선 회절 분석 결과를 나타내었다.
- 2에 소결한 토로이달 core 시편의 밀도값을 나타내었으며 밀도는 소결 시편의 크기와 무게를 이용하여 측정하였다. 모든 소성온도에서 cobalt가 치환된 NiZnCu ferrite 밀도는 소결온도가 증가할수록 감소 하였으며 900 ℃에서 소성한 샘플의 경우 소결 밀도가 모두 4.8 g/cm3 이상의 값을 가졌다. 920 ℃의 온도에서 소성한 샘플의 경우 소결 밀도가 모두 5.
- 포화자화값은 emu/g으로 측정된 값에 소결밀도를 곱하여 emu/cc 단위로 나타내었으며 cobalt의 치환량에 따라 포화자화값이 약간 줄어든 후치환량이 증가해도 거의 일정한 값을 가짐을 알 수 있었다. 보자력은 cobalt의 치환량이 증가할수록 약간 증가하는 경향을 나타냄을 알 수 있었다. 소결온도 900 ℃의 온도에서 소성한 cobalt 치환된 토로이달 core 샘플의 포화자화값은 x=0.
- 6에 포화자화값과 보자력값을 나타내었다. 포화자화값은 emu/g으로 측정된 값에 소결밀도를 곱하여 emu/cc 단위로 나타내었으며 cobalt의 치환량에 따라 포화자화값이 약간 줄어든 후치환량이 증가해도 거의 일정한 값을 가짐을 알 수 있었다. 보자력은 cobalt의 치환량이 증가할수록 약간 증가하는 경향을 나타냄을 알 수 있었다.
- 초투자율도 cibalt의 치환량이 증가될수록 감소하는 경향을 가졌으며 이것은 cobalt가 치환됨에 따라 소결성이 저하되어 grain이 성장하지 못하고 grain size가 작기 때문이다. 품질 계수 Q값은 cobalt의 치환량이 x = 0.01 치환 될 때까지 증가하다가 치환량이 x = 0.01 보다 증가하면 감소하는 경향을 나타내었다. Ni0.
후속연구
- 칩인덕터에 적용하기 위한 ferrite의 소결 수축율은 일반적으로 16%이상이 되는 것이 좋다. 즉, 밀도값과 수축율을 비교하여 적절한 밀도값과 수축율을 가지는 조성과 소성온도를 결정하면 칩인덕터의 ferrite 재료로 사용 가능 할 것이다. 이와 같이 밀도값과 수축율 특성값이 나타나듯이 cobalt를 치환하면 소결특성이 저하 되는 것을 알 수 있으므로 cobalt를 치환하는 경우 적절한 치환량을 결정 하여야 할 것이다.
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