영구자석는 어떻게 만드는지요?
최근 중국에서 희토류 자석의 수출을 금지한다고 발표했는데, 영구자석의 제조는 어떤 재료로 어떻게 만드는지 궁금해서 문의 드립니다.
안녕하세요. 박재민 과학전문가입니다.
영구자석은 자기장을 지속적으로 유지하는 자석으로, 주요한 두 가지 방법으로 "하드 자성체"와 "소프트 자성체"가 있습니다. 하드 자성체는 강력한 자기장을 생성하고 오랫동안 지속될 수 있는 자성체로, 페라이트 자석이 대표적입니다. 페라이트는 철, 산화물, 기타 금속 산화물 등을 혼합하여 만들어지며, 고온에서 가열한 후 빠르게 냉각하는 과정을 거쳐 영구자석이 형성됩니다. 소프트 자성체는 낮은 자기장을 생성하지만, 유연하고 가변적인 자성체로, 네오디뮴 자석이 대표적입니다. 네오디뮴 자석은 네오디뮴, 철, 붕소 등을 혼합하여 만들어지며, 고온에서 가열한 후 특정한 자기장에 노출하여 자성을 설정하는 과정을 거쳐 생성됩니다. 이 외에도 다양한 방법이 연구되고 있으며, 나노 기술, 새로운 재료, 마그네토 칩 등의 기술적인 발전에 따라 새로운 영구자석의 생성 방법이 개발될 수 있습니다. 다양한 자석 생성 기술은 자기공학, 재료 과학, 전기전자공학 등의 분야에서 연구되고 있습니다.
안녕하세요. 형성민 과학전문가입니다.
영구자석은 자기장을 오랫동안 유지할 수 있는 자석으로, 일반적으로 희토류 원소인 네오디뮴(Nd), 프라세오디뮴(Pr), 드빈뇌(Dy) 등을 포함하는 NdFeB(Neodymium Iron Boron) 자석과 스몰코(Co), 철(Fe), 밀(Mn) 등을 포함하는 스몰코크럼(Coercive) 자석 등이 있습니다.
이 중에서 NdFeB 자석은 가장 강력한 자석으로, 전자기기, 자동차, 의료기기 등 다양한 분야에서 사용됩니다. 이 자석은 네오디뮴, 철, 보란듐(B) 등의 원소를 고온에서 화학 반응시켜 생산됩니다. 스몰코크럼 자석은 스몰코, 철, 밀, 구리(Cu), 알루미늄(Al) 등의 원소를 혼합하여 가열하고, 자기장 안에서 냉각함으로써 생산됩니다.
그러나 영구자석의 생산에는 희토류 원소의 사용이 필수적이기 때문에, 희토류 자석의 수출 금지가 생산에 큰 영향을 미치고 있습니다. 이러한 이유로 많은 연구가 영구자석 생산에 대한 대안적인 방법을 찾고 있습니다.
안녕하세요. 김민규 과학전문가입니다.
가장 간단한 방법은 주변에 있는 길다란 강철 아니면 바늘만 있으면 됩니다.
이 재료를 정확하게 남과북을 가리키도록 놓고 망치로 여러번 내리치게 되면 약하지만 자석이 됩니다.
영구자석(Permanent Magnet)은 자기장을 일정 시간 동안 유지할 수 있는 자석으로, 다양한 산업 분야에서 사용됩니다. 일반적으로 영구자석은 철, 코발트, 니켈 등의 금속과 희토류 원소인 네오디뮴(Nd), 프라세오디뮴(Pr), 드뤼브(Dy), 테르븀(Tb) 등을 함유한 합금으로 만들어집니다.
영구자석은 기본적으로 두 가지 방법으로 제조됩니다. 첫 번째 방법은 "금속 성형" 방법으로, 금속 분말과 바인더를 섞어 압력으로 압축한 뒤, 가열하여 바인더를 제거한 후 고온에서 다시 가열하여 고체를 형성하는 방법입니다.
두 번째 방법은 "속도 금속 성형" 방법으로, 금속 분말을 초음파를 이용하여 고속으로 충격하면서 금속 분말이 서로 결합하여 고체를 형성하는 방법입니다. 이 방법은 금속 분말의 입자 크기가 작은 경우에 적합합니다.
또한, 희토류 원소의 비중이 높은 영구자석인 NdFeB(Neodymium Iron Boron)는 중국이 90% 이상의 생산량을 차지하고 있어, 중국이 희토류 원소의 수출을 금지할 경우 영구자석의 공급에 영향을 미칠 수 있습니다.
영구자석은 마그넷(자석) 소재 중 하나로, 자기장을 발생시키는 재료입니다. 이러한 재료는 일반적으로 희토류 원소인 네오디뮴(Nd), 프라세오디뮴(Pr) 및 테르븀(Tb)과 같은 희토류 원소와 철(Fe), 규소(Si) 및 코발트(Co) 등의 금속 원소를 결합시켜 만듭니다.
네오디뮴 자석의 경우, 다음과 같은 과정을 거쳐 제조됩니다.
네오디뮴, 철, 규소 등의 금속 원료를 섞어서 소결하여 초록색 분말을 만듭니다.
초록색 분말을 가열하여 재결정시킵니다.
재결정된 분말을 미립자 크기로 분쇄합니다.
분쇄된 분말에 바인딩제(결합제)를 첨가하여 섞은 후 압축하여 자성 체결체를 만듭니다.
자성 체결체를 가열하여 구조를 안정화시킵니다.
이러한 방식으로 제조된 영구자석은 강한 자기장을 발생시키며, 전자기 장치 및 전동기, 하드 디스크 등 다양한 분야에서 사용됩니다.
안녕하세요. 김학영 과학전문가입니다.영구자석은 자기장이 끊임없이 유지되는 자석으로, 자기장이 지속되는 시간이 긴 것을 말합니다. 이러한 영구자석은 다양한 재료와 제조 방법을 통해 만들어질 수 있습니다.
가장 일반적인 영구자석의 재료는 철, 코발트, 니켈 등의 금속입니다. 이러한 금속을 다양한 비금속 원소와 혼합하여 자기 재료를 만듭니다. 자기 재료를 가열하여 굳히고, 다시 자기장을 가하여 극성을 부여한 후, 자기 재료가 균일하게 분포되도록 고체화합니다.
영구자석을 만드는 또 다른 방법은 자기석 분말을 플라스틱 등의 고분자 물질과 혼합하여 압축하고 가열하는 것입니다. 이러한 방법은 다양한 모양과 크기의 영구자석을 만들 수 있으며, 생산성이 높고 비용이 적게 듭니다.
최근에는 더욱 발전한 제조 방법으로 마이크로패턴 제조법, 나노패턴 제조법 등이 개발되어 있습니다. 이러한 제조 방법은 더욱 정밀하고 섬세한 영구자석을 만들 수 있습니다.
요약하자면, 영구자석은 금속과 비금속 원소를 혼합하여 만들어지며, 가열과 극성 부여 등의 과정을 거쳐 자기 재료가 균일하게 분포되도록 고체화됩니다. 이외에도 다양한 제조 방법이 존재하며, 제조 방법은 제품의 크기와 모양, 성능 등에 따라 다르게 선택될 수 있습니다.
안녕하세요. 이주성 과학전문가입니다.
영구자석은 일반적으로 Nd-Fe-B와 같은 자성재질을 용해한 후 급냉시켜 잉곳(Ingot)으로 제조한 다음 분쇄하여 분말상태로 만들고, 상기 분말상태의 자성재질을 자장 프레스로 성형한 후 소결 열처리함으로써 제조됩니다.
또한, 집에서 안전하게 따라해볼 수 있는 여러 가지 방법으로 일시적으로 자기를 띠게 하는 것도 가능합니다. 예를 들어 클립 자석을 만들 수 있습니다. 클립을 자석에 문지르면 클립이 일시적으로 자기를 띠게 됩니다. 이리 저리 문지르지 말고 같은 방향으로 문지르면 됩니다.
안녕하세요. 정우재 과학전문가입니다.
질문자님 말씀처럼 영구자석의 대표적인 재료 중 하나인 NdFeB 자석은 희토류 원소 중 하나인 네오디뮴 (Nd)을 포함하고 있습니다. 네오디뮴은 희토류 금속 중 가장 흔하고 고성능 자석을 만들 때 필수적인 원소 중 하나입니다.
따라서, 현대적인 영구자석 제조 과정에서는 네오디뮴과 같은 희토류 금속을 사용하여 자석성 분말을 만들고, 이를 압축하여 자석을 형성합니다. 그러나 희토류 금속의 공급이 한정되어 있기 때문에, 이러한 금속을 대체할 수 있는 다른 재료들에 대한 연구와 개발도 활발히 이루어지고 있습니다.
영구자석의 제조 과정에서 사용되는 희토류 금속은 상당히 비싼 재료이기 때문에, 이러한 자석을 제조하는 기술을 개발하고, 사용 재료를 대체하려는 노력도 이루어지고 있습니다. 이러한 노력은 희토류 금속의 가격 상승이나 공급 부족과 같은 문제를 해결하고, 더욱 경제적이고 환경 친화적인 영구자석 제조 기술의 개발을 촉진할 것으로 기대됩니다.
궁금증해소에 조금이나마 도움이 되었으면 좋겠습니다. 감사합니다.
안녕하세요. 정철 과학전문가입니다.
영구자석은 일반적으로 세 가지 과정을 거쳐 제작됩니다.
혼합 과정: 철, 보르, 코발트, 네오디뮴 등의 원료를 정밀하게 혼합합니다.
성형 과정: 혼합된 원료를 고열로 가열하여 자성체로 만듭니다. 이 자성체는 고온 상태에서 성형기로 가공하여 원하는 모양으로 만듭니다.
처리 과정: 성형된 자성체를 가열하여 극화합니다. 이 과정에서 자성체 내부의 분자들을 일정한 방향으로 정렬시켜 자기장이 형성됩니다.
안녕하세요. 김태헌 과학전문가입니다.
영구자석을 만드려면 우선 철이 자성을 띄기 쉽게 해야 합니다.
철을 가열해서 급히 식히면 됩니다. 이렇게 하면 강철이 됩니다.
위에처럼 천천히 식히면 연철이 되죠. 연철은 자성을 금방 잃게 됩니다.
강철을 만드신 다음에는 전자석에서 처럼 에나멜 선등을 감고 전기를 흘려 줍니다. 그러면 전기에 의해 발생한 자력으로 철도 자력을 띄게 됩니다.
그리고 영구자석도 영구적이지는 않습니다.
자력도 점점 줄어들고요... 자력을 오래 유지시켜려면 자석끼리 붙여 놓죠.
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.
철, 코발트, 니켈 및 가돌리늄과 같은 특정 물질은 강한 자기효과를 나타냅니다. 이런한 물질을 강자성체라고 부릅니다.
희토류의 합금으로 만든 물질 그룹이 또한 강력한 영구자석으로 사용되는 것이 네오디뮴 자석입니다.
철이 자석에 끌리는 것처럼 강자성체 물질은 자석에 강한 반응할 뿐만 아니라 스스로 자화될 수도 있습니다. 즉
강자성체는 자기로 유도 되거나 영구자석으로 만들 수 있습니다.
자화되지 않은 철 조각을 두 자석사이에 위치시키고 열을 가한 후 냉각시키거나 단순히 냉각시킬 때 가볍게 두드립니다. 그러면 철은 정렬된 극을 갖는 영구자석이 됩니다.
안녕하세요. 박병윤 과학전문가입니다.
영구자석은 합금자석, 페라이트 자석, 희토류 자석등이 있습니다.
일반적인 영구자석 만드는 방법을 꼽자면,
일반적으로 영구자석은 자성재질을 용해하여, 바로 급냉시켜 Ingot으로 제조후 분쇄을 통해 분말상태로 만들고, 분말상태의 자성재질을 자장 프레스로 성형한 후 소결 열처리함으로써 제조되는 공정으로 되어있습니다.
감사합니다.
