Ferrite
1. 철의 결정상
철강의 금속조직학상의 용어로서, 체심입방구조를 가지는 α-Fe(알파 철)을 바탕으로 한 고용체.
외관은 순철과 같으나, 고용된 원소의 이름을 붙여 실리콘 페라이트 또는 규소철이라고도 한다. 현미경으로 보면 단상(單相)이며, 탄소가 조금 녹아 있는 페라이트의 흰 부분과 펄라이트의 검게 보이는 부분이 섞여 나타난다. 910℃ 이상으로 가열하면 오스테나이트로 변태한다.
탄소가 많이 섞여있지 않은 특성상 강도가 낮고, 연성이 크기 때문에 가공성이 뛰어나다.
단일상으로 이루어져있는 페라이트와 오스테나이트를 구별하는 가장 확실한 방법 중 하나가 바로 자석을 대는 것으로, 페라이트는 자성을 띠지만 오스테나이트는 자석에 붙지 않는다.[1]
그 예로 STS304 스테인리스강의 경우 오스테나이트계 스테인리스강인데 제강과정에서 조성을 제어하여 고온상인 오스테나이트를 상온에서도 페라이트로 변태하지 않게 만든 것이다.
집에서 흔히 쓰는 스테인리스 수저의 경우 대부분 Cr18-Ni8의 오스테나이트계 스테인리스강이므로 자석을 대 보아도 붙지 않는다.
2. 산화철 페라이트
위의 금속조직상의 일종을 지칭하는 페라이트와는 다른 것으로 페라이트 결정상의 산화철 자성체도 페라이트 라고 부른다. 금속에서의 페라이트와 자성체 페라이트는 이름만 같고 다르다. 자성을 띠는 페라이트는 사산화 삼철(Fe3O4)을 기반으로 하는 산화물 자성체를 뜻한다. 금속학 이외의 분야에서는 이쪽 용어가 훨씬 일반적이고 흔히 일반인이 아는 페라이트 자석 이쪽이다.네오디뮴 같은 희토류를 첨가한 희토류 자석이 개발되어 등장하기 전까지는 가장 강력한 자석의 재료로 사용되었었다. 지금은 그런 강력한 자석은 희토류 자석이 쓰이지만 희토류 자석들은 희토류 재료비가 비싸서 생산비가 비싸므로 여전히 대중적인 용도로는 산화철 페라이트 자석이 많이 쓰인다. 특히 고운가루로 만들어서 압축해 모양을 마음대로 만든 후 소결시켜 자석으로 쓸수 있어서 다양한 형태나 용도의 자석으로 쓰기 좋다. 스피커의 코어나 화이트 보드 자석, 냉장고 자석 등 저렴한 자석으로는 지금도 널리 쓰이고 있다. 과거 지하철 1회용 종이 승차권의 짙은 갈색 띠나 신용카드의 마그네틱 스트립 띠 등 흑갈색의 자석은 바로 산화철의 색깔이다.
1960-1970년대 까지는 컴퓨터의 메모리로도 가장 널리 사용되었다. 과거 IBM의 360/370 컴퓨터에는 코어 메모리라고 부르는 자기 메모리를 사용했는데 바로 아주 작은 고리 반지형의 페라이트 비드 코어를 그물망 처럼 엮어서 메모리로 썼다. 이것도 DRAM 처럼 한번 읽으면 기억이 지워지는 특성이 있어 메모리회로가 다시 써주어야 하는 특징이 있었다. 현재 주 기억장치를 core memory 라고 부르는 용어의 기원이 바로 반지모양의 페라이트 코어이다. 연필심 굵기 정도의 작은 반지형 코어 하나가 1비트 였고 이런걸 수십만개를 엮어야 해서 그 당시 대학교의 대형 중앙컴퓨터도 코어 메모리 용량은 512 kB 정도에 불과했다. 달착륙한 아폴로 우주선의 컴퓨터도 코어메모리를 썼다.
또 금속산화물 페라이트는 유도자 코일심으로 쓰일 때 유도 리액턴스가 커서 작은 코일로도 큰 리액턴스 값의 코일을 만들 수 있다. 즉 코일을 적게 감고 크기가 작아도 크고 많이 감은 코일과 같은 성질을 낼 수 있다. 이 값을 유도용량이라고 하는데 자기장으로 에너지를 저장하는 능력으로 축전기가 전하로 에너지를 저장하는 축전 용량에 대칭되는 개념. 이런 재료의 자기장 저장능력 또는 자기장이 재료를 잘 통과하는 능력을 투자율(透磁率) 이라고 부르고 진공 공간의 투자율의 배수로 나타낸다.
이 페라이트는 재료는 철이지만 전기의 절연체이기도 하다. 만드는 방법이 산화철을 도자기 처럼 구워서 만들므로 세라믹 재료의 일종으로 볼 수 있다. 그래서 이런 페라이트 제품은 재료학 적으로는 금속 재료가 아니고 세라믹이라고 분류된다. 즉 자기는 잘 통과하지만 전기는 잘 통하지 않는다. 그래서 따로 절연처리를 하지않고 그위에 바로 코일을 감아도 된다. 그래서 각종 코일류나 변압기 심을 페라이트 코어로 제작하면 공심이나 규소강 심 코일보다 크기가 작고 효과적이다. 그래서 각종 전자부품에 많이 쓰이고 얼마나 효과적이냐면 페라이트 코어에 전선을 직선으로 통과시키기만 해도 직선 전선이 고주파 영역에서는 코일의 역할을 할수 있을 정도이다. 페라이트 비즈라고 간이 저용량 고주파 코일로 쓰인다. 다만 고전압에서는 전기가 통하므로 고전압에서 사용되는 변압기나 코일은 추가적인 절연 처리를 한다.
요즘은 강전 전기장치의 전류의 노이즈 필터 역할을 하기도 한다. TV, 모니터, 노트북 등의 어댑터나 키보드, 마우스의 케이블 중간에 불쑥 혹이 나와 있는데 이것이 바로 전선을 통해 방사되는 고주파 잡음을 차단하는 페라이트 코어 기반 필터이다.
[1] 단, 소성가공이 된 경우에는 자석에 붙는다.