고성능Sr계훼리트영구자석 개발

경애하는 김정은동지께서는 다음과 같이 말씀하시였다.

《과학기술을 확고히 앞세우고 과학기술과 생산을 밀착시키며 경제건설에서 제기되는 모든 문제들을 과학기술적으로 풀어나가는 기풍을 세워 나라의 경제발전을 과학기술적으로 확고히 담보하여야 합니다.》

우리 연구집단에서는 Sr훼리트의 조성과 첨가물, 제조조건에 대한 연구에 기초하여 고성능Sr계훼리트영구자석을 개발하였다.

훼리트영구자석은 자성재료의 하나로서 여러 분야에서 널리 응용되고있으며 그의 전자기적특성의 응용으로 하여 그에 대한 연구사업도 활발히 벌어지고있다. 훼리트영구자석은 영구자석에서 중요한 구성부분으로서 공업부문에서 활발히 응용되고있다. 특히 전동기, 발전기, 고성기 등에서 가장 많이 응용되고있으며 자동차, 가정용전기제품, 계량기구, 계전기, 자기치료기구에서도 널리 쓰이고있다. Sr계훼리트는 알니코자석 및 희토류자석과 비교해볼 때 원가대특성비가 다른 영구자석재료들보다 높으며 화학적으로 안정한 등 우점과 특히 고주파대역에서의 응용은 지배적인 지위를 차지하고있으나 자기적특성이 상대적으로 낮은 결함으로 하여 그에 대한 연구는 계속 진행되고있다.

최근에 우리 연구집단에서는 Sr계훼리트의 출발조성에서 La, La-Zn, 양이온들의 비의 영향에 대하여서와 제조공정의 여러 조건들의 영향에 대하여 연구하였으며 고성능Sr계훼리트영구자석을 제조하기 위한 합리적인 복합첨가제를 결정하였다.

선행연구들에서는 Sr계훼리트영구자석의 자기적특성량들을 높이기 위하여 Ca²⁺, La³⁺와 같은 이온들로 Sr²⁺를 치환하거나 Fe³⁺이온대신에 Co²⁺, Zn²⁺, Al³⁺ 등을 치환하였으며 1차 및 2차첨가제를 리용하고 분쇄, 소성, 소결과 같은 제조공정인자들을 합리적으로 변화시켜 저원가고성능Sr계훼리트영구자석제조방법들에 대하여 제기하였다.

우리는 La의 첨가량을 0.3이온/분자단위로 하고 Fe과 기타 양이온들의 비를 11.8로 하였으며 2차나노복합첨가제를 합리적으로 첨가하여 잔류자화가 0.42~0.43T, 보자력이 265kA/m이상인 Sr계훼리트를 개발하고 그에 기초하여150W급소형풍력발전기를 제작하였다.

한편 La이나 Co와 같은 원소들을 대신하여 원가를 보다 줄이면서도 자기적특성을 높일수 있는 제조방법에 대하여서도 연구하였다.

Sr훼리트에 치환된 Zn²⁺는 자기모멘트가 아래로 향하는 4f₁위치의 Fe³⁺를 우선적으로 치환한다. Zn²⁺의 자기모멘트는 0으로서 비자성이온이므로 아래방향으로 향하는 4f₁위치의 Fe³⁺(5μ_B)를 치환하게 되면 전체 분자자기모멘트는 그만큼 증가하게 된다. Mn²⁺는 자기모멘트가 5μ_B로서 Fe³⁺와 같으며 Mn⁴⁺는 자기모멘트가 3μ_B이고 아래방향으로 향하는 4f₂위치의 Fe³⁺를 치환한다. 이로부터 Mn-Zn치환에 의하여 잔류자화를 증가시킬수 있다.

가장 합리적인 Mn-Zn치환량은 0.1이온/분자단위이며 이때 보자력은 약간 감소하지만 상대적으로 잔류자화의 증가폭이 큰것으로 하여 전반적인 자기적특성량은 높아지게 된다.

앞으로 우리 연구집단에서는 원가를 보다 줄이면서도 특성이 높은 훼리트영구자석을 적극 개발하고 그의 응용범위를 넓혀나가기 위한 연구사업을 더욱 심화시키려고 한다.