B. 복합 연자성 코어의 자기적 특성 고찰
1. 복합 연자성 코어 시편 성형
분말 압축을 통해 균일한 밀도를 얻는 것은 기계 가공이나 열처리와 같은 후 속 공정이나 소결 과정동안 발생할 수 있는 뒤틀림을 제거하기 위해 중요한 사 항이며, 또한 최종 부품의 기계적 성질과 자기적 특성을 결정하기 때문에 반드시 고려해야 하는 사항이다. 하지만 압축과 소결 공정에서 다이(Die) 및 펀치 (Punch)와 주위의 마찰로 인해 균일한 밀도를 얻는 것은 상당히 어려운 문제이 다.
분말 야금 공정 중 소결은 압축 또는 비압축 분말 형태의 소재를 주 구성금속 원소의 융점이하의 온도에서 가열하여 처음에는 접촉 내지는 약한 결합력만으로 유지하였던 이들 성형체내의 분말들 사이에 충분한 원자간에 일차 결합력의 작 용으로 화학결합이 이루어지도록 하여 분말 성형체에 필요한 기계적 및 물리적 성질을 얻고자 하는 열처리이다. 열(소결)처리는 분말입자 사이의 결합 이외에도 화학적인 변화, 치수의 변화, 내부응력의 변화, 상의 변화, 합금화와 같은 중요한 역할을 한다[26]-[35].
소결은 가열처리이므로 앞에서 언급한 모든 효과는 소결온도, 소결시간의 영향 을 받아 함수관계에 있으며 소결 분위기 또한 기술적으로 매우 중요한 영향을 미친다[26]-[35]. 따라서 분말야금 및 소재 관련 분야에서는 분말 성형체의 균일 한 밀도를 얻기 위한 Die 및 Punch의 정밀 설계, 수치적 시뮬레이션을 통한 분 말 성형체 밀도 예측, 분말 성형체의 최적의 소결 공정 등에 대한 연구가 활발히 수행되고 있다.
본 연구에서 코어 시편을 성형하기 위해 제작된 Die 및 상, 하 Punch를 그림 4-9에 나타내었다. 코어 시편은 Toroidal 타입이며, 외경은 25[mm], 내경은 15[mm], 높이는 5[mm]이다. 코어 시편의 크기는 압축 장비의 최대 압력 용량과 분말 재료가 요구하는 압축 압력에 의해 결정되었다. 여기서 분말 재료가 요구하 는 압축 압력으로 성형했을 경우, 분말의 특성은 가장 최적인 상태가 되며 대게 분말 제조사에서 여러 조건과 실험에 의해 결정된다. 그림 4-10에 코어 시편을 압축하기 위한 장비를 나타내었다. 본 연구에서 사용된 복합 연자성 재료의 압축 압력은 800[Mpa]이다.
그림 4-9 다이 및 상, 하 펀치 Fig. 4-9 Die, upper and lower punch
그림 4-10 복합 연자성 소재 압축 장비 Fig. 4-10 SMC compaction machine
그림 4-11에 성형된 Toroidal 코어 시편을 나타내었다. 또한 성형이 완료된 코 어 시편의 화학적 결합을 위해 소결공정을 진행하였다. 그림 4-12에 소결이 완료 된 코어 시편을 나타내었다. 전기강판 코어와의 자기적 특성 비교를 위해 전기강 판 코어도 성형된 Toroidal 코어와 동일하게 제작하였다. 표 4-4에 소결이 완료 된 복합 연자성 소재와 전기강판의 기계적 사양을 나타내었다.
그림 4-11 압축된 SMC 코어 Fig. 4-11 Compacted SMC toroidal cores
그림 4-12 소결이 완료된 SMC 코어 Fig. 4-12 Sintered SMC toroidal cores
표 4-4 SMC와 전기강판 코어의 기계적 사양
Table 4-4 The Mechanical properties of SMC and electrical steel sheet toroidal core
항목 SMC Electrical steel sheet Outer diameter [mm] 25.01 25.02
Inner diameter [mm] 14.96 14.98
Height [mm] 5.05 5.0
Mass [g] 11.70 11.93
Mass density [g/cm3] 7.33 7.70