급속 응고된 희토류-천이금속-보론 자성재료 및 그 제조방법 document_id A220623030819

등방성 폴리머 결합 희토류 영구자석은 다양한 종류의 모터와 전자소자에 사용되어 왔다. 모터 및 전자소자의 소형화와 함께, 자석의 크기도 작아질 필요성이 있다. 소형화와 함께 효율적인 에너지 또는 신호 출력을 위해서, 높은 자석밀도를 가진 자석을 적용하는 것이 필수적이다. 등방성 폴리머 결합자석의 자석 밀도를 결정하는 요인은 두 가지로 나뉘어지는데, 사용되는 자성재료의 종류와 폴리머 결합 자석 내에서 자성재료의 부피비율이다. 자성재료의 유형을 선택하는 기준은 주어진 용도에 의해 요구되는 동작 조건에 의해 큰 영향을 받게 된다. 폴리머 결합자석을 만들기 위해 사용되는 폴리머 바인더는 자석분말과 함께 결합하여 요구되는 동작 온도에서 설계된 형상 스펙을 유지할 수 있음은 물론, 그 동작 온도에서 연화, 변형 및 파손이 일어나지 않고 견딜 수 있을 정도의 충분한 기계적 강도를 제공하여야만 한다. 자성재료는 동작 온도에서 실질적인 자화손실 없이 원하는 특성을 유지할 수 있는 충분한 자석을 제공하여야만 한다. 자성재료의 자석시효손실(flux aging loss)은 열과 부식 및 산화 환경에 대한 자성재료의 안정성을 나타내고, 이것은 특정 온도에서 자석을 지속적으로 유지시키는 자성재료의 안정성에 영향을 미칠 수 있다. 결합자석의 자석시효손실은 궁극적으로 다양한 용도에 대한 자석의 유용성을 결정하며, 결합자석이 고온에 적용될 경우에는 최소화되어야만 한다. 결합자석의 유용성을 향상시키기 위해서 구성 재료의 산화 또는 부식 열화와 전체 자기특성의 변화는 최소화되어야만 한다. 유기 및 자성재료의 조합과 양은 전술한 특성들이 최적화될 수 있도록 되어야만 한다. 폴리머 결합자석에서 자석분말의 양은 전형적으로 질량비 또는 부피비로 나타내며 폴리머 바인더 종류, 폴리머 바인더의 분자량 및 상기 재료들을 효과적으로 결합하기 위해 적용되는 방법론에 의해 결정된다. 몰딩법에 따라서, 등방성 결합자석을 만들기 위해 다양한 폴리머가 사용될 수 있다. 가압성형, 사출성형, 압출 및 캘린더링(calendering)은 폴리머 결합자석을 대량생산하기 위해 잘 알려진 방법이다. 가압성형된 또는 압밀된(compacted) 자석은 자석이 강한 자기특성을 위해 요구되는 높고 바람직한 부피비(83%보다 큼)를 달성할 수 있도록 해준다. 전형적으로, 코팅되지 않은 파우더에 비해 열 또는 화학적 손상에 영향을 덜 받는 자석을 이상적으로 제조하기 위해서 에폭시, 페놀(phenolics) 및 가교성 수지와 같은 열경화성 폴리머가 각각의 경화제와 함께 사용된다. 이러한 재료들은 초기에 자석분말용 코팅제로 쉽게 적용될 수 있도록 저분자량 물질이다. 그러한 성분들은 (전형적으로 250℃보다 더높지 않은) 고온과 화학적 용제에 견디는 자석을 제조하기 위해 몰딩되고 경화될 수 있다. 열경화성 바인더의 가교(crosslinking) 범위 또는 가교밀도(crosslink density)는 최종 자석의 기계적 강도 뿐만 아니라 산화 및 부식에 대한 코팅의 내구성을 제어한다. 고형 필러(filler)가 높은 값으로 로딩(loading)된 경우에는, 유기방호(organic protection)의 정도가 낮아서 자석분말의 산화 전위는 증가하고 자기특성에는 유해하다. 여기에서 기술적 용어 "로딩"은 최종 자석 제품 내의 자석분말 비율을 지칭한다. 금속 필러 입자에 대한 산화 효과를 경감시키기 위해서 화학적 첨가제가 결합자석에 도입된다. 이쿠마(Ikuma) 등의 미국특허 5,888,416에는 폴리페닐렌설파이드(PPS), 나일론12(폴리아미드), 및 다양한 종류의 킬레이트 시약과 산화방지제의 사용이 개시되어 있다. 세인(Shain) 등의 미국특허 NO. 5,395,695은, 구성요소들의 연속적인 레이어링(layering)을 강조하면서, 산화 저항성의 향상을 위해 자성재료로 산화방지제, 에폭시 노볼락 수지(epoxy novolac resin) 및 폴리스티렌의 연속적인 층을 통합하는 것을 개시한다. 샤오(Xiao) 등과 구슐(Guschl) 등은 폴리페닐렌 설파이드 수지 안의 분말로 아미노실란 커플링제(aminosilane coupling agent)를 통합하는 것의 이점을 개시한다. 예를 들어, J.샤오(J. Xiao) 및 J.U.오타이그베(J. U.Otaigbe)의 "High Performance, Lightweight Thermoplatic/Rare Earth Alloy Magnets," Mat. Res. So.Symp. Proc., 577: 75-80 (1999); P. C. Guschl, H. S. 김(H. S. Kim) 및 J. U.오타이그베(J. U. Otaigbe)의 "Effects of a Nd-Fe-B Magnetic Filler on the Crystallization ofPoly (phenylene sulfide)," J. Appl. Poly. Sci., 83 : 1091-1102 (2002) 참조. 그러나, 이러한 참조 문헌에 개시된 결과들은 단지 압축-성형 자석(compression-molding magnet)에서 얻어질 수 있는 오더(order)(약 90% 이상)보다 더 낮은, 약 80%의 오더에서의 분말 로딩(loading)을 가진 자석에 근거한다. 만자니(Manzany)의 미국특허 NO. 4,876,305은, 산화 속도를 처리된 그리고 처리되지 않은 샘플과 비교하면서 산화 저항성을 위한 에폭시 수지를 가진 아미노실란(aminosilane)과 에폭시실란(epoxysilane) 커플링제의 조합의 적용을 묘사한다. 만자니에서 개시된 자석에서 자성재료의 농도(concentration)는 상당히 낮고, 결과로서 생기는 자석의 자성,예를 들어 자석시효손실(flux aging loss)은 적절하지 않은 것으로 여겨진다. 린(Lin) 등의 미국특허 NO. 5,087,302는, 향상된 잔류자기(magnetic remnance), 보자력(coercivity) 및 산화저항성을 갖는 소결 자석(sintered magnet)을 제조하는 밀링 단계(milling step) 동안에 Nd-Fe-B를 코어스(coarse)하기 위해 유기티타네이트(organotitanate)가 더해지는 과정을 개시한다. 그러나, 밀링된 자석분말-유기티타네이트 혼합물은 소결된 NdFeB 자석을 제조하기 위해 비활성 분위기(inert atmosphere)에서 고온 가스제거 기술(high-temperature degassing technique)에 지배되기 때문에, 유기티타네이트는 금속 분말로부터 제거되거나 "가스제거"된다. 결합자석 시스템(bonded magnet system)에서 사용되어 온 최근에 공개된 커플링제(coupling agent)들은 유기티타네이트(organotitanate)들과 유기지르코네이트(organozirconate)들이다. 몇몇 일본 특허는 이 커플링제들과 주로 나일론 12 수지, 에폭시 수지, PPS 수지 및 다른 그런 열가소성 또는 열경화성 수지를 갖는 Nd-Fe-B 분말의 사용을 묘사한다. 예를 들어, T.히토시(T. Hitoshi) 등의 JP-03165504, 요시히코(Yoshihiko)의 JP-03222303, 요시히코(Yoshihiko)의 JP-04011701 및 T.히토시(T. Hitoshi) 등의 JP-04257203를 참조하라. 이러한 문헌들에 개시된 물질 타입 및 조성물에 대한 설명은 본 발명에서 개시된 자석분말 로딩 아래에서 잘 떨어지기 때문에, 이러한 문헌들은 사출 성형(injection-molding) 및 압출(extrusion)로 제조된 결합자석(bonded magnet)으로의 적용과 관련된다. 센(Chen) 등은 NdFeB-에폭시-결합자석 시스템(NdFeB-epoxy-bonded magnet system)으로 통합된 디아미노에틸렌계 티타네이트(diaminoethylene-based titanate)는 구성물질의 결합 및 자석의 전체적인 스페시픽 밀도(overall specific density)를 향상시켰다는 것을 개시한다. 예를 들어, 센(Q. Chen), 아순숀(J. Asuncion), 란디(J. Landi) 및 B. M. Ma의 "The Effect of the Coupling Agent on the Packing Density and Corrosion Behavior of NdFeB and SmCo Bonded Magnets,"J.Appl.Phys., 85 : 8: 5684-5686 (1999)를 참조하라. 그러나, 자성재료의 자석시효손실에 대한 티타네이트의 효과 또는 티타네이트가 상기 시스템으로 통합되는 방법에 대한 아무런 언급도 없었다. 본 발명은 희토류-천이금속-보론 자석분말(rare earth-transition metal- boron magnet powder) 위에 액체 코팅 과정(liquid coating procedure)을 수행하는 것을 통해 희토류-천이금속-보론 자성재료(rare earth-transition metal-boron magnetic material)을 보호하는 것을 위한 더욱 효과적인 기술을 제공한다. 예를 들어, 본 발명은 압축-성형된 자석(compression- molding magnet)에 적용될 수 있다.