Harvinaisten maametallien kestomagneettien historia moottoreille

Harvinaiset maametallit (harvinaisten maametallien kestomagneetit) ovat 17 metallista elementtiä jaksollisen järjestelmän keskellä (atominumerot 21, 39 ja 57-71), joilla on epätavallisia fluoresoivia, johtavia ja magneettisia ominaisuuksia, jotka tekevät niistä yhteensopimattomia yleisempien metallien, kuten raudan, kanssa). seostettuna tai sekoitettuna pieninä määrinä. Geologisesti tarkasteltuna harvinaiset maametallit eivät ole erityisen harvinaisia. Näiden metallien esiintymiä löytyy monista osista maailmaa, ja joitain alkuaineita on suunnilleen sama määrä kuin kuparia tai tinaa. Harvinaisia ​​maametallien alkuaineita ei kuitenkaan ole koskaan löydetty kovin korkeina pitoisuuksina, ja ne sekoitetaan usein keskenään tai radioaktiivisten alkuaineiden, kuten uraanin, kanssa. Harvinaisten maametallien kemialliset ominaisuudet vaikeuttavat niiden erottamista ympäröivistä materiaaleista, ja nämä ominaisuudet tekevät niistä myös vaikean puhdistaa. Nykyiset tuotantomenetelmät vaativat suuria määriä malmia ja tuottavat suuria määriä vaarallista jätettä, jotta voidaan erottaa vain pieniä määriä harvinaisia ​​maametalleja, ja prosessointimenetelmien jätettä ovat muun muassa radioaktiivinen vesi, myrkyllinen fluori ja hapot.

Varhaisimmat löydetyt kestomagneetit olivat mineraaleja, jotka tarjosivat vakaan magneettikentän. 1800-luvun alkuun asti magneetit olivat hauraita, epävakaita ja valmistettu hiiliteräksestä. Vuonna 1917 Japani löysi kobolttimagneettiteräksen, joka teki parannuksia. Kestomagneettien suorituskyky on edelleen parantunut niiden löytämisen jälkeen. Alnicosilla (Al/Ni/Co-seokset) 1930-luvulla tämä kehitys ilmeni energiatuotteen (BH)max:n enimmäismääränä, mikä paransi huomattavasti kestomagneettien laatutekijää, ja tietyllä magneettimäärällä Suurin energiatiheys voitaisiin muuntaa tehoksi, jota voidaan käyttää magneetteja käyttävissä koneissa.

Ensimmäinen ferriittimagneetti löydettiin vahingossa vuonna 1950 Philips Industrial Researchin alankomaalaisen fysiikan laboratoriosta. Assistentti syntetisoi sen vahingossa - hänen piti valmistaa toinen näyte tutkittavaksi puolijohdemateriaalina. Todettiin, että se oli todella magneettista, joten se välitettiin magneettiselle tutkimusryhmälle. Hyvän suorituskyvyn magneettina ja alhaisempien tuotantokustannusten ansiosta. Sellaisenaan se oli Philipsin kehittämä tuote, joka merkitsi alkua kestomagneettien käytön nopealle kasvulle.

1960-luvulla ensimmäiset harvinaisten maametallien magneetit(harvinaisten maametallien kestomagneetit)valmistettiin lantanidielementin, yttriumin, seoksista. Ne ovat vahvimpia kestomagneetteja, joilla on korkea kyllästysmagnetoituminen ja hyvä demagnetointikestävyys. Vaikka ne ovat kalliita, hauraita ja tehottomia korkeissa lämpötiloissa, ne alkavat hallita markkinoita, kun niiden sovellukset tulevat yhä merkityksellisemmiksi. Henkilökohtaisten tietokoneiden omistaminen yleistyi 1980-luvulla, mikä merkitsi kovalevyjen kestomagneettien kysyntää.

Seokset, kuten samarium-koboltti, kehitettiin 1960-luvun puolivälissä siirtymämetallien ja harvinaisten maametallien ensimmäisen sukupolven kanssa, ja 1970-luvun lopulla koboltin hinta nousi voimakkaasti Kongon epävakaiden toimitusten vuoksi. Tuolloin korkein samarium-kobolttikestomagneetti (BH)max oli korkein ja tutkijayhteisön piti vaihtaa nämä magneetit. Muutamaa vuotta myöhemmin, vuonna 1984, Nd-Fe-B:hen perustuvien kestomagneettien kehittämistä ehdottivat ensimmäisen kerran Sagawa et al. Sumitomo Special Metalsin jauhemetallurgiateknologiaa käyttäen General Motorsin sulakehruuprosessia. Kuten alla olevasta kuvasta näkyy, (BH)max on parantunut lähes vuosisadan aikana, alkaen ≈1 MGOe:stä teräkselle ja saavuttaen noin 56 MGOe:n NdFeB-magneeteille viimeisen 20 vuoden aikana.

Kestävyys teollisissa prosesseissa on viime aikoina noussut etusijalle, ja harvinaiset maametallit, jotka maat ovat tunnustaneet keskeisiksi raaka-aineiksi niiden suuren toimitusriskin ja taloudellisen merkityksen vuoksi, ovat avanneet alueita uusien harvinaisten maametallien vapaiden kestomagneettien tutkimukselle. Yksi mahdollinen tutkimussuunta on tarkastella taaksepäin varhaisimpia kehitettyjä kestomagneetteja, ferriittimagneetteja, ja tutkia niitä edelleen käyttämällä viime vuosikymmeninä saatavilla olevia uusia työkaluja ja menetelmiä. Useat organisaatiot työskentelevät parhaillaan uusien tutkimusprojektien parissa, jotka toivovat korvaavan harvinaisten maametallien magneetit vihreämmillä ja tehokkaammilla vaihtoehdoilla.