일반기술

분말 사출 또는 압출 성형에 의한 이방성 영구 자석의 제조 방법

본 발명의 이방성 영구 자석의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로 설명하면, 본 발명은 자성 분말과 유기 결합제를 균일하게 혼합하여 자장 중에서 사출 또는 압출 성형을 한 다음, 성형체 내에 존재하는 결합제를 제거하고, 결합제가제거된 성형체를 소결함으로써 후가공 없이 이방성 영구 자석을 제조하는 새로운 방법에 관한 것이다.기존의 영구 자석은 소결 자석은 레진 본드 자석이 주종을 이루고 있다. 소결 자석의 제조 방법으로서 대표적인 예가 문헌(Intern. Powder Metallurgy Conference, pp. 75-81(1980)]에 기재되어 있다. 이 방법은 제1도의 제조 공정도에 도시된바와 같이, 분말 야금법으로 자성 분말을 자장 중에서 성형하여 소결 처리한다. 이와 같이 제조된 소결 자석은 자성 분말의 고충전율로 인하여 그의 자기 특성이 레진 본드 자석과 비교하여 우수하다는 장점을 갖고 있다. 그러나, 복잡한 형상이나 링형 또는 실린더형 자석으로 만드는 경우 자성 분말의 라디알 및 극 이방화가 관란하여 필요한 형태로 후가공을 해야 하며, 그에 따라 가공비가 비싸진다는 단점을 갖고 있다. 또한, 실린더형 이방성 영구 자석은 절단 가공하여 서로 다른 부분을 접착하여 제조하고 있기 때문에 자기 특성이 균일하지 못하다는 단점을 갖고 있다.따라서, 본 발명의 목적은 후가공 공정을 수행하지 않고서도 레디알 및 극이방성 영구 자석을 경제적으로 대량 생산할 수있는 방법을 제공하는 것이다.본 발명의 다른 목적은 비자성 성분인 고분자 결합제가 제거되어 자기 특성이 높고 내열성과 내후성이 좋은 이방성의 영구 자석을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.본 발명자들은 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 예의 연구 검토한 결과, 공지의 영구 자석의 제조 공정에특정의 결합제 제거 공정을 추가하면 레진 본드 자석과 소결 자석의장점을 모두 갖고 있고 자기 특성이 우수한 다양한 형상의 이방화된 영구 자석을 분말 사출 또는 압출 성형에 의하여 제조할 수 있음을 밝혀내었다. 본 발명에 따라서, (a) 자석 분말과 다성분계 유기 결합제를 균일하게 혼합하여 자장 중에서 사출 성형 또는 압출 성형하는 단계; (b) 성형체에 존재하는 결합제를 제거하는 단계; 및 (c) 결합제가 제거된 성형체를 소결하는 단계로 이루어진이방성 영구 자석의 제조 방법이 제공된다. 본 발명의 방법에 사용 가능한 자성 분말은 Sr-페라이트, Ba-페라이트, Al-Ni-Co, Nd-Fe-B 등의 이방성 영구 자석용 분말이다. 결합제는 단일 성분계보다는 다성분계를 사용하는 것이 결합제 제거 공정에 유리하다. 점도가 낮은 저분자량의 왁스류는 성형성을 높이는데 효과적이며, 고분자 결합제는 사출 성형 후 형태 안정성을 유지하는데 필요하다. 따라서, 바람직한 결합제는 다성분계 유기 결합제로서 저분자량의 왁스류와 고분자량의 폴리머를 필수적으로 함유하는 것이다. 이러한 다성분계 유기 결합제를 구성하는 제1성분은 헵탄, 펜탄, 톨루엔, 메틸 에틸 케톤 용매에 용해 가능한 파라핀 왁스, 아미드 왁스, 비스(bees) 왁스, 미세결정성 왁스와 증류수에 용해 가능한 수용성 왁스, 폴리비닐알콜 등이다. 결합제의 제2성분은 용매에 용해되지 않는 카누바(canauba) 왁스, 폴리에틸렌 왁스 등이다. 결합제의 제3성분은 폴리프로필렌(PP), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 에틸렌 비닐아세테이트(EVA), 나일론 등의 고분자 결합제이다.자성 분말과 결합제는 혼합기에서 80 내지 92중량%의 자성 분말 충전율로 혼합한다. 자성 분말의 충전율이 80중량% 이하이면, 제거할 결합제의 양이 많은 관계로 결합제 제거 후, 성형체의 강도가 불충분해지고, 소결시 충분한 소결 밀도를 얻기가 어려운 단점이 있다. 한편, 자성 분말의 충전율이 92중량% 이상이면, 점도가 증가하여 균질한 혼합을 이루기가 어렵고, 또한 자장 중에서의 사출 또는 압출 성형시 자성 분말의 배향도가 감소함에 따른 자기 특성이 저하되는 단점을 갖고있다.자성 분말과 결합제를 혼합하여 펠렛화시킨 시료는 이방화가 가능하게 제작된 다이가 설치된 사출기 및 압출기에서 성형시킨다. 성형 조건은 성형 온도, 성형 압력, 금형의 온도를 조절하여 결정한다. 성형 온도는 결합제의 분해 온도 이하이어야 하는데, 결합제의 조성에 따라 150 내지 200℃의 온도 범위이다. 특히 길이가 긴 실린더형의 이방성 영구 자석은 분말 압축 성형으로 제조할 수 있다. 이 방법에서는 연속 압출기 내의 가소화 지역과 용융물 이동 지역에 자장 장치를 설치하여 성형체를 필요한 형태로 이방화시킨 후 압출기의 다이 바깥 부분에 절단(cutting) 장치를 설치하여 성형체를 필요한크기로 연속적으로 절단한다. 이 분말 압출 성형은 길이가 긴 실린더형 영구 자석을 대량 생산할 수 있다.본 발명의 방법 중 결합