Historien om sjældne jordarters permanente magneter til motorer

sjældne jordarters elementer (sjældne jordarters permanente magneter) are 17 metallic elements in the middle of the periodic table (atomic numbers 21, 39, and 57-71) that have unusual fluorescent, conductive, and magnetic properties that make them incompatible with more common metals such as Iron) is very useful when alloyed or mixed in small amounts. Geologically speaking, rare earth elements are not particularly rare. Deposits of these metals are found in many parts of the world, and some elements are present in roughly the same amount as copper or tin. However, rare earth elements have never been found in very high concentrations and are often mixed with each other or with radioactive elements such as uranium. The chemical properties of rare earth elements make it difficult to separate from surrounding materials, and these properties also make They are difficult to purify. Current production methods require large amounts of ore and generate large amounts of hazardous waste to extract only small amounts of rare earth metals, with waste from processing methods including radioactive water, toxic fluorine and acids.

De tidligste opdagede permanente magneter var mineraler, der gav et stabilt magnetfelt. Indtil det tidlige 19. århundrede var magneter skrøbelige, ustabile og lavet af kulstofstål. I 1917 opdagede Japan koboltmagnetstål, som gjorde forbedringer. Ydeevnen af ​​permanente magneter er blevet ved med at forbedres siden deres opdagelse. For Alnicos (Al/Ni/Co-legeringer) i 1930'erne blev denne udvikling manifesteret i det maksimale antal øgede energiprodukter (BH)max, hvilket i høj grad forbedrede kvalitetsfaktoren for permanente magneter, og for et givet volumen af ​​magneter, maksimal energitæthed kunne konverteres til strøm, der kan bruges i maskiner, der bruger magneter.

Den første ferritmagnet blev ved et uheld opdaget i 1950 i fysiklaboratoriet tilhørende Philips Industrial Research i Holland. En assistent syntetiserede det ved en fejl - han skulle forberede en anden prøve til at studere som et halvledermateriale. Det blev konstateret, at det faktisk var magnetisk, så det blev givet videre til det magnetiske forskerhold. På grund af dens gode ydeevne som magnet og lavere produktionsomkostninger. Som sådan var det et Philips-udviklet produkt, der markerede begyndelsen på en hurtig stigning i brugen af ​​permanente magneter.

I 1960'erne, de første sjældne jordarters magneter(sjældne jordarters permanente magneter)blev fremstillet af legeringer af lanthanidelementet, yttrium. De er de stærkeste permanente magneter med høj mætningsmagnetisering og god modstand mod afmagnetisering. Selvom de er dyre, skrøbelige og ineffektive ved høje temperaturer, begynder de at dominere markedet, efterhånden som deres anvendelser bliver mere relevante. Ejerskab af personlige computere blev udbredt i 1980'erne, hvilket betød stor efterspørgsel efter permanente magneter til harddiske.

Legeringer som samarium-kobolt blev udviklet i midten af ​​1960'erne med den første generation af overgangsmetaller og sjældne jordarter, og i slutningen af ​​1970'erne steg prisen på kobolt voldsomt på grund af ustabile forsyninger i Congo. På det tidspunkt var de højeste samarium-kobolt permanente magneter (BH)max den højeste, og forskningsmiljøet måtte erstatte disse magneter. Et par år senere, i 1984, blev udviklingen af ​​permanente magneter baseret på Nd-Fe-B først foreslået af Sagawa et al. Bruger pulvermetallurgiteknologi hos Sumitomo Special Metals, ved hjælp af smeltespindingsprocessen fra General Motors. Som vist i figuren nedenfor er (BH)max forbedret i løbet af næsten et århundrede, startende ved ≈1 MGOe for stål og nåede omkring 56 MGOe for NdFeB-magneter i løbet af de sidste 20 år.

Bæredygtighed i industrielle processer er for nylig blevet en prioritet, og sjældne jordarters elementer, som er blevet anerkendt af lande som nøgleråmaterialer på grund af deres høje forsyningsrisiko og økonomiske betydning, har åbnet områder for forskning i nye sjældne jordarters frie permanente magneter. En mulig forskningsretning er at se tilbage på de tidligst udviklede permanente magneter, ferritmagneter, og studere dem yderligere ved hjælp af alle de nye værktøjer og metoder, der er tilgængelige i de seneste årtier. Flere organisationer arbejder nu på nye forskningsprojekter, der håber at erstatte sjældne jordarters magneter med grønnere, mere effektive alternativer.