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admin

2017-01-12 14:39:32

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영구자석재료[permanent magnetic materials]

영구자석의 세기는 최대에너지곱 (BH) max로 나타낸다. 그림에 KS강을 발견한 이래 영구자석의 역사를 (BH)max의 증가로 나타내고 있다. 현재 KS강의 50배 이상인 자석이 개발되고 있다.

탄소강을 담금질하면 4kA/m의 보자력(保磁力)이 얻어져 자석이 된다. 강의 보자력은 자기변형 λ와 내부응력 σ에 의한 자기탄성에너지(λσ)에 기인하고, 담금질에 의한 σ의 증가가 보자력의 증가를 초래하고 있다. 그 대표예가 KS강이다. Co 첨가에 의한 λ의 증가가 보자력의 상승에 유효하여 20kA/m(250Oe)의 보자력을 나타내고, (BH)max=8J/m3(1MGOe)가 얻어진다. 당시 대단히 강력한 자석으로 평가받았다. 그러나 철의 경우에는 가늘고 긴 미립자상(지름 20～30nm)으로 길이방향에 자화방향이 안정하게 되는 형상자기이방성을 이용하면 보다 높은 보자력이 얻어진다. 그 예가 MK강이다. Fe의 미립자가 스피노덜분해에 의해 비자성의 NiAl상 속에 분산하고 있다. 보자력은 20 kA/ m에 달한다. Co를 첨가하고 자계(磁界) 속 열처리에 의해 Fe-Co 미립자의 장축을 배열시키고 잔류자화의 세기 및 이력곡선의 각(角)형성을 높인 것이 알니코자석이다. 후년 개발된 Fe-Cr-Co합금자석은 Fe-Co의 미립자가 Cr상 속에 분산하고 있다. 특성은 알니코와 같은 정도로서 소성가공이 가능한 것이 장점이다.

결정(結晶)의 특정한 방향에 자화(磁化)를 갖추는 힘이 되는 결정자기이방성이 높은 화합물계자석에서 높은 보자력이 얻어진다. 그 예는 OP자석이다. Fe와 Co인 산화물의 비분말을 소결하여 만들어지고 있다. 후년 MO․6Fe2O3(M∶Ba, Sr) 자석(페라이트자석)으로 발전하였다. 자계 속 프레스에 의해 자석입자의 결정방향을 갖추고 소결하여 (BH)max를 높이고 있다. 원료 및 제조가격이 싸므로 가격당의 (BH)max가 가장 높고, 자석 생산량의 90% 이상을 차지하는 중심적인 자석재료이다.

현대의 강력자석은 사마륨-코발트자석 (SmCo3, Sm(Co, Fe, Cu)7), 네오디뮴자석(Nd2Fe14B)으로 불리우는 희토류전이금속자석이다. 이들은 결정자기이방성이 크고 자화의 세기가 페라이트자석의 3배 이상이나 되므로 현저하게 (BH)max가 높아진다. 그 결과 소형이라도 강한 자계가 얻어지므로 자석을 응용하는 기기를 소형으로 할 수 있다. 또 합금계의 강력자석에는 Pt-Co 및 Pt-Fe가 있다. 이들은 내식성에 우수하다. 높은 보자력은 결정자기이방성이 높은 PtCo 및 PtFe 규칙격자상이 결정자기이방성이 낮은 불규칙격자상 중에 미세하게 분산하고 있다. 그 밖에 망간-알루미늄자석 등 대부분의 자석재료가 개발되고 있다.