Die geskiedenis van seldsame aarde permanente magnete vir motors

Skaars aarde elemente (seldsame aarde permanente magnete) is 17 metaalelemente in die middel van die periodieke tabel (atoomgetalle 21, 39 en 57-71) wat ongewone fluoresserende, geleidende en magnetiese eienskappe het wat hulle onversoenbaar maak met meer algemene metale soos yster) is baie nuttig wanneer gelegeer of gemeng in klein hoeveelhede. Geologies gesproke is seldsame aardelemente nie besonder skaars nie. Afsettings van hierdie metale word in baie dele van die wêreld gevind, en sommige elemente is in ongeveer dieselfde hoeveelheid as koper of tin teenwoordig. Seldsame aardelemente is egter nog nooit in baie hoë konsentrasies gevind nie en word dikwels met mekaar of met radioaktiewe elemente soos uraan gemeng. Die chemiese eienskappe van seldsame aardelemente maak dit moeilik om van omliggende materiale te skei, en hierdie eienskappe maak ook Hulle is moeilik om te suiwer. Huidige produksiemetodes vereis groot hoeveelhede erts en genereer groot hoeveelhede gevaarlike afval om slegs klein hoeveelhede seldsame aardmetale te onttrek, met afval van verwerkingsmetodes wat radioaktiewe water, giftige fluoor en sure insluit.

Die vroegste permanente magnete wat ontdek is, was minerale wat 'n stabiele magnetiese veld verskaf het. Tot die vroeë 19de eeu was magnete broos, onstabiel en gemaak van koolstofstaal. In 1917 het Japan kobaltmagneetstaal ontdek, wat verbeterings aangebring het. Die werkverrigting van permanente magnete het voortgegaan om te verbeter sedert hul ontdekking. Vir Alnicos (Al/Ni/Co-legerings) in die 1930's is hierdie evolusie gemanifesteer in die maksimum aantal verhoogde energieproduk (BH)maks, wat die kwaliteitsfaktor van permanente magnete aansienlik verbeter het, en vir 'n gegewe volume magnete, die maksimum energiedigtheid kan omgeskakel word na krag wat gebruik kan word in masjiene wat magnete gebruik.

Die eerste ferrietmagneet is per ongeluk in 1950 ontdek in die fisika-laboratorium wat aan Philips Industrial Research in Nederland behoort. 'n Assistent het dit per ongeluk gesintetiseer - hy was veronderstel om 'n ander monster voor te berei om as 'n halfgeleiermateriaal te bestudeer. Daar is gevind dat dit eintlik magneties was, so dit is aan die magnetiese navorsingspan oorgedra. As gevolg van sy goeie werkverrigting as 'n magneet en laer produksiekoste. As sodanig was dit 'n Philips-ontwikkelde produk wat die begin was van 'n vinnige toename in die gebruik van permanente magnete.

In die 1960's, die eerste seldsame aardmagnete(seldsame aarde permanente magnete)is gemaak van legerings van die lantaniedelement, yttrium. Hulle is die sterkste permanente magnete met hoë versadigingsmagnetisering en goeie weerstand teen demagnetisering. Alhoewel hulle duur, broos en ondoeltreffend by hoë temperature is, begin hulle die mark oorheers namate hul toepassings meer relevant word. Eienaarskap van persoonlike rekenaars het in die 1980's wydverspreid geword, wat 'n groot vraag na permanente magnete vir hardeskywe beteken het.

Allooie soos samarium-kobalt is in die middel-1960's ontwikkel met die eerste generasie oorgangsmetale en seldsame aardmetalen, en in die laat 1970's het die prys van kobalt erg gestyg weens onstabiele voorrade in die Kongo. Op daardie tydstip was die hoogste samarium-kobalt permanente magnete (BH)max die hoogste en die navorsingsgemeenskap moes hierdie magnete vervang. 'n Paar jaar later, in 1984, is die ontwikkeling van permanente magnete gebaseer op Nd-Fe-B die eerste keer deur Sagawa et al. Die gebruik van poeiermetallurgie-tegnologie by Sumitomo Special Metals, deur die smeltspinproses van General Motors te gebruik. Soos in die figuur hieronder getoon, het (BH)max oor byna 'n eeu verbeter, en begin by ≈1 MGOe vir staal en bereik ongeveer 56 MGOe vir NdFeB-magnete oor die afgelope 20 jaar.

Volhoubaarheid in industriële prosesse het onlangs 'n prioriteit geword, en seldsame aardelemente, wat deur lande erken is as sleutelgrondstowwe weens hul hoë voorsieningsrisiko en ekonomiese belangrikheid, het gebiede oopgemaak vir navorsing oor nuwe seldsame aarde-vrye permanente magnete. Een moontlike navorsingsrigting is om terug te kyk na die vroegste ontwikkelde permanente magnete, ferrietmagnete, en dit verder te bestudeer deur al die nuwe gereedskap en metodes wat die afgelope dekades beskikbaar was, te gebruik. Verskeie organisasies werk nou aan nuwe navorsingsprojekte wat hoop om seldsame-aarde-magnete met groener, doeltreffender alternatiewe te vervang.