A ritkaföldfém állandó mágnesek története motorokhoz

Ritkaföldfém elemek (ritkaföldfém állandó mágnesek) a periódusos rendszer közepén található 17 fémelem (21, 39 és 57-71 atomszámok), amelyek szokatlan fluoreszkáló, vezető és mágneses tulajdonságokkal rendelkeznek, amelyek összeegyeztethetetlenné teszik azokat az általánosabb fémekkel, például a vassal). ötvözve vagy kis mennyiségben keverve. Geológiai szempontból a ritkaföldfémek nem különösebben ritkák. Ezeknek a fémeknek a lerakódásai a világ számos részén megtalálhatók, és egyes elemek nagyjából ugyanolyan mennyiségben vannak jelen, mint a réz vagy az ón. Ritkaföldfém elemeket azonban soha nem találtak nagyon magas koncentrációban, és gyakran keverednek egymással vagy radioaktív elemekkel, például uránnal. A ritkaföldfémek kémiai tulajdonságai megnehezítik a környező anyagoktól való elválasztásukat, és ezek a tulajdonságok is megnehezítik a tisztításukat. A jelenlegi termelési módszerek nagy mennyiségű ércet igényelnek, és nagy mennyiségű veszélyes hulladék keletkezik ahhoz, hogy csak kis mennyiségű ritkaföldfémet vonjanak ki, a feldolgozási módszerekből származó hulladékkal, beleértve a radioaktív vizet, a mérgező fluort és savakat.

A legkorábbi felfedezett állandó mágnesek olyan ásványok voltak, amelyek stabil mágneses teret biztosítottak. A 19. század elejéig a mágnesek törékenyek, instabilok voltak, és szénacélból készültek. 1917-ben Japán felfedezte a kobalt mágneses acélt, amely továbbfejlesztette. Az állandó mágnesek teljesítménye felfedezésük óta folyamatosan javult. For Alnicos (Al/Ni/Co alloys) in the 1930s, this evolution was manifested in the maximum number of increased energy product (BH)max, which greatly improved the quality factor of permanent magnets, and for a given volume of magnets, the A maximális energiasűrűség olyan teljesítményre konvertálható, amely mágneses gépekben használható.

Az első ferritmágnest 1950-ben véletlenül fedezték fel a holland Philips Industrial Research fizikai laboratóriumában. Egy asszisztens tévedésből szintetizálta – egy másik mintát kellett volna készítenie, hogy félvezető anyagként tanulmányozza. Kiderült, hogy valójában mágneses, ezért továbbadták a mágneses kutatócsoportnak. Jó mágneses teljesítményének és alacsonyabb előállítási költségének köszönhetően. Mint ilyen, ez egy Philips által kifejlesztett termék volt, amely az állandó mágnesek használatának gyors növekedésének kezdetét jelentette.

Az 1960-as években az első ritkaföldfém mágnesek(ritkaföldfém állandó mágnesek)lantanid elem, ittrium ötvözeteiből készültek. Ezek a legerősebb állandó mágnesek, nagy telítettségű mágnesezettséggel és jó lemágnesezési ellenállással. Bár drágák, törékenyek és magas hőmérsékleten nem hatékonyak, kezdik uralni a piacot, ahogy alkalmazásaik egyre relevánsabbak. A személyi számítógépek birtoklása az 1980-as években terjedt el, ami nagy keresletet jelentett a merevlemezek állandó mágnesei iránt.

Az olyan ötvözeteket, mint a szamárium-kobalt, az 1960-as évek közepén fejlesztették ki az átmenetifémek és ritkaföldfémek első generációjával, az 1970-es évek végén pedig a kobalt ára jelentősen megemelkedett a kongói instabil ellátás miatt. Abban az időben a legmagasabb szamárium-kobalt állandó mágnesek (BH)max értéke volt a legmagasabb, és a kutatói közösségnek ezeket a mágneseket le kellett cserélnie. Néhány évvel később, 1984-ben az Nd-Fe-B alapú állandó mágnesek kifejlesztését először Sagawa és munkatársai javasolták. A Sumitomo Special Metals porkohászati ​​technológiájával, a General Motors olvadékfonós eljárásával. Amint az alábbi ábrán látható, a (BH)max közel egy évszázad alatt javult, az acél esetében ≈1 MGOe-től kezdve, az NdFeB mágneseknél pedig elérte az 56 MGOe-t az elmúlt 20 évben.

Az ipari folyamatok fenntarthatósága a közelmúltban prioritássá vált, és a ritkaföldfémek, amelyeket magas ellátási kockázatuk és gazdasági jelentőségük miatt kulcsfontosságú nyersanyagként ismertek el az országok, megnyíltak az új, ritkaföldfém-mentes állandó mágnesek kutatásának területei. Egy lehetséges kutatási irány a legkorábban kifejlesztett permanens mágnesek, ferritmágnesek visszatekintése és további tanulmányozása az elmúlt évtizedekben rendelkezésre álló összes új eszközzel és módszerrel. Számos szervezet dolgozik most új kutatási projekteken, amelyek reményei szerint a ritkaföldfém-mágneseket zöldebb, hatékonyabb alternatívákkal helyettesíthetik.