Research Trend of Soft Magnetic Composite Materials with High Energy Efficiency

The use of soft magnetic materials have been increasing in the various industrial fields according to the increasing demand for high performance, automatic, miniaturing equipments in the recent our life. In this study, we investigated the effect of factors on the core loss and magnetic properties of electrical steel and soft magnetic composites. Furthermore, we reviewed the major efforts to reduce the core loss and improve the soft magnetic properties in the two main soft magnetic materials. Domain purification which results from reduced density of defects in cleaner electrical steels is combined with large grains to reduce hysteresis loss. The reduced thickness and the high electrical conductivity reduce the eddy current component of loss. Furthermore, the coating applied to the surface of electrical steel and texture control lead to improve high permeability and low core loss. There is an increasing interest in soft magnetic composite materials because of the demand for miniaturization of cores for power electronic applications. The SMC materials have a broad range of potential applications due to the possibility of true 3-D electromagnetic design and higher frequency operation. Grain size, sintering temperature, and the degree of porosity need to be carefully controlled in order to optimize structure-sensitive properties such as maximum permeability and low coercive force. The insulating coating on the powder particles in SMCs eliminates particle-to-particle eddy current paths hence minimizing eddy current losses, but it reduces the permeability and to a small extent the saturation magnetization. The combination of new chemical composition with optimum powder manufacturing processes will be able to result in improving the magnetic properties in soft magnetic composite materials, too.

고에너지효율 연자성 복합 분말 소재의 연구개발 동향

우리 삶의 질을 좌우하는 전자기 기기의 고기능화, 자동화, 소형화 추이에 따라 사용량이 급격히 증가하고 있는 연자성 소재로서 가장 널리 사용되고 있는 전기강판과 에너지 고효율화라는 시대의 요구에 따라 새롭게 부상되고 있는 연자성 복합 분말 소재에 대해 각 연자성 소재 분야에서 철손 제어 인자 및 이들 인자들의 제어 방안에 대해 문헌을 고찰했다. 전기강판에서는 히스테리시스 손실을 낮추기 위해 정련공정을 통해 자구이동을 방해하는 결함을 제거하고 결정립의 크기를 최적화하고 있으며, 와전류 손실의 감소를 위해 합금첨가원소를 통해 비저항을 높이고 판재의 두께를 박판화하고 있다. 이와 동시에 코팅을 통해 자구의 이동이 용이하도록 응력의 방향 및 크기를 제어하며, 압연기술과 열처리 기술을 통해 집합조직을 최적화하여 고투자율 및 저철손을 동시에 충족시켜 나가고 있다. 연자성 복합 분말 소재의 경우, 분말 표면의 복합화를 통해 철계 조성, 코팅, 윤활재 및 바인더, 성형 및 열처리 조건 등에 복합적으로 의존하는 연자성 코어의 최종 자기특성을 제어하고 있다. 온간 및 다단 성형과 같은 새로운 성형공정, 2단 소둔/자성 열처리와 같은 소둔 조건, 나노결정질, 비정질 및 벌크 비정질 등과 같은 새로운 조성, 적절한 코팅층의 변수들을 최적화할 경우, 연자성 복합 소재의 자성특성은 향상될 것으로 기대된다.