The effects of sintering temperature and sintering atmosphere on magnetic properties and microstructures of MnZn ferrites have been studied. Magnetic properties, density and grain size are critical on the sintering conitions.
Mixture of 52.8 mol% $Fe_2O_3$, 26.4 mol% MnO, 15.1 mol% ZnO and 5.7 mol% NiO was prepared and 0.1 mol% CaO, 0.02 mol% $SiO_2$ were added as minor additives. After calcining and ball milling the powder was granulated for compacting. Sintering was carried out at 1250℃, 1300℃ and 1350℃ in the various atmosphere of $N_2$, $N_2$ + 0.6% $O_2$, $N_2$ + 2.7% $O_2$, $N_2$ + 4.1% $O_2$, $N_2$ + 8.2% $O_2$ and air for 3 hours and cooled in $N_2$ atmosphere. Initial permeabilities, temperature dependence of initial permeability, Q - factors and hysteresis loops were measured after sintering at each condition. Also, densities were measured and microstructures were observed.
The grain growth rate and densities increase as increasing sintering temperature and oxygen content of atmosphere. At the sintering temperature of 1250℃ the initial permeabilities increase as increasing oxygen content of atmosphere. At the sintering temperature of 1300℃ and 1350℃ the initial permeabilities show maximum values at $N_2$ + 4.1% $O_2$ atmosphere. The secondary peaks of permeabilities are observed between 100℃ and 200℃, and the positions of secondary peaks move to higher temperature as increasing oxygen content of atmosphere. Q-factors decrease as increasing sintering temperature and decreasing oxygen content of atmosphere. The magnetic flux densities and coercive forces are closely related with porosities.
MnZn ferrite의 소결온도와 소결분위기에 따른 자기특성의 변화와 미세조직의 변화를 연구하였다. MnZn ferrite 의 조성은 52.8mol% $Fe_2O_3$, 26.4mol% MnO, 15.1mol% ZnO, 5.7mol% NiO에 미량 첨가제로 0.1mol% CaO와 0.02mol% $SiO_2$를 넣었다.
Ball mill 에서 습식혼합한 후에 1100˚ ± 5℃에서 2시간 동안 공기중에서 하소하였고 다시 습식 ball milling하여 분쇄하였다.
결합제로 PVA 를 사용하여 25mesh 와 50mesh 사이의 과립을 얻었고 윤활제로 Zn-stearate 를 혼합하여 1.5ton/㎠의 압력으로 성형하였다. 성형체를 800℃에서 2시간 예비소결하여 결합제와 윤활제를 제거한 후에 소결온도와 소결분위기를 변화시켜 소결하였다.
소결온도는 1250℃, 1300℃, 1350℃의 3가지로 변화하였고 소결시간은 3시간으로 일정하게 하였다. 소결분위기의 변화는 공기중에서 가열하여 소결온도에 도달하면 질소와 산소의 흘려주는 양을 유량계로 조절하여 질소분위기, $N_2+0.6% O_2, N_2+2.7% O_2, N_2+4.1% O_2, N_2+8.2% O_2$, 공기분위기의 6가지로 변화하였으며 질소분위기에서 냉각하였다. 각 조건에서 소결한 시편의 미세조직을 관찰하였고 자기특성을 측정하였다.
소결온도가 증가할수록, 또 일정한 소결온도에서는 소결분위기중 산소분압이 증가할수록 밀도화와 결정성장이 일어났다.
소결분위기중의 산소분압이 증가할수록 입자의 크기가 증가한 것은 산소분압이 높아짐에 따라 입자성장이 촉진되기 때문이다. 또 소결분위기중의 산소분압이 증가할수록 밀도화가 일어난 것은 1250℃에서 소결한 경우에는 입자가 성장하면서 결정입계의 기공이 소멸되었기 때문으로 판단된다. 1300℃와 1350℃에서 소결한 경우에는 산소분압이 증가할수록 결정입자 내부의 기공의 수축이 촉진되어 밀도화가 일어났다고 판단된다.
소결조건의 변화에 따른 초투자율의 변화는 1250℃소결의 경우에는 산소분압이 높아짐에 따라 초투자율이 증가하였으며, 1300℃와 1350℃ 소결의 경우에는 산소분압이 4.1%일때 초투자율의 최대치를 나타냈다. 1250℃ 소결시 산소분압 증가에 따른 초투자율의 증가는 결정입자의 성장때문으로 판단된다. 1300℃와 1350℃에서 소결한 경우에 산소분압이 4.1%보다 감소하면 밀도저하에 따른 결정입자 내부의 기공의 증가로 초투자율이 감소하였고, 산소분압이 4.1%보다 증가하면 초투자율의 secondary peak의 이동으로 인하여 초투자율이 감소하였다고 판단된다.
초투자율의 온도특성곡선에 의하면 100℃와 200℃ 사이에서 secondary peak가 관찰되었다. 일정한 소결온도에서 산소분압이 감소할수록 secondary peak는 더 낮은 온도쪽으로 이동하였으며 $Fe^{2+}$ 이온이 더 적게 형성되는 것을 확인할 수 있었다.
소결온도가 증가할수록, 일정한 소결온도에서는 산소분압이 감소할수록 Q-factor는 감소하였다. H = 70e 에서 측정한 자속밀도는 소결온도가 높아질수록 증가하였으며, 일정한 소결온도에서는 산소분압이 높아질수록 증가하여 밀도 변화와 비슷한 경향을 나타내었다. 자속밀도가 밀도변화와 비슷한 경향을 나타낸 것으로 보아 밀도가 증가하면 반자계를 형성하는 기공이 감소하여 자속밀도가 증가한 것으로 판단된다. 또 $Fe^{2+}$이온의 형성에 따른 자기모멘트의 변화도 영향을 미쳤을 것으로 판단된다. $Fe^{2+}$ 이온이 많이 형성되면 자기모멘트가 감소하기 때문이다.
소결조건 변화에 따른 보자력의 변화는 기공율의 변화와 비슷한 경향을 나타냈다. 이것은 기공이 주로 결정내부에 존재하여 기공율이 커지면 domain 벽의 이동이 크게 방해되어 보자력이 커지기 때문으로 판단된다.
