Historie permanentních magnetů vzácných zemin pro motory

prvky vzácných zemin (permanentní magnety vzácných zemin) je 17 kovových prvků uprostřed periodické tabulky (atomová čísla 21, 39 a 57-71), které mají neobvyklé fluorescenční, vodivé a magnetické vlastnosti, které je činí nekompatibilními s běžnějšími kovy, jako je železo), je velmi užitečné, když legované nebo smíšené v malých množstvích. Geologicky vzato prvky vzácných zemin nejsou nijak zvlášť vzácné. Ložiska těchto kovů se nacházejí v mnoha částech světa a některé prvky jsou přítomny zhruba ve stejném množství jako měď nebo cín. Prvky vzácných zemin však nebyly nikdy nalezeny ve velmi vysokých koncentracích a často se mísí mezi sebou nebo s radioaktivními prvky, jako je uran. Chemické vlastnosti prvků vzácných zemin znesnadňují oddělení od okolních materiálů a tyto vlastnosti také ztěžují jejich čištění. Současné výrobní metody vyžadují velké množství rudy a generují velké množství nebezpečného odpadu k extrakci pouze malého množství kovů vzácných zemin, přičemž odpady ze zpracovatelských metod zahrnují radioaktivní vodu, toxický fluor a kyseliny.

Nejčasnějšími objevenými permanentními magnety byly minerály, které poskytovaly stabilní magnetické pole. Až do počátku 19. století byly magnety křehké, nestabilní a vyrobené z uhlíkové oceli. V roce 1917 Japonsko objevilo kobaltovou magnetickou ocel, která provedla vylepšení. Výkon permanentních magnetů se od jejich objevu neustále zlepšuje. U Alnicos (slitiny Al/Ni/Co) se ve 30. letech minulého století tato evoluce projevila v maximálním počtu zvýšeného energetického produktu (BH)max, což značně zlepšilo faktor kvality permanentních magnetů a pro daný objem magnetů maximální hustotu energie lze převést na výkon, který lze použít ve strojích využívajících magnety.

První feritový magnet byl náhodně objeven v roce 1950 ve fyzikální laboratoři společnosti Philips Industrial Research v Nizozemsku. Asistent to omylem syntetizoval – měl připravit další vzorek ke studiu jako polovodičový materiál. Zjistilo se, že je ve skutečnosti magnetický, a tak byl předán týmu magnetického výzkumu. Díky dobrému výkonu jako magnet a nižším výrobním nákladům. Jako takový to byl produkt vyvinutý společností Philips, který znamenal začátek rychlého nárůstu používání permanentních magnetů.

V 60. letech 20. století první magnety vzácných zemin(permanentní magnety vzácných zemin)byly vyrobeny ze slitin lanthanoidového prvku yttria. Jsou to nejsilnější permanentní magnety s vysokou saturační magnetizací a dobrou odolností proti demagnetizaci. Přestože jsou drahé, křehké a neefektivní při vysokých teplotách, začínají na trhu dominovat, protože jejich aplikace nabývají na významu. Vlastnictví osobních počítačů se rozšířilo v 80. letech 20. století, což znamenalo vysokou poptávku po permanentních magnetech pro pevné disky.

Slitiny jako samarium-kobalt byly vyvinuty v polovině 60. let s první generací přechodných kovů a vzácných zemin a na konci 70. let cena kobaltu prudce vzrostla kvůli nestabilním zásobám v Kongu. V té době byly nejvyšší samarium-kobaltové permanentní magnety (BH)max nejvyšší a výzkumná komunita musela tyto magnety vyměnit. O několik let později, v roce 1984, vývoj permanentních magnetů založených na Nd-Fe-B poprvé navrhl Sagawa et al. Pomocí technologie práškové metalurgie ve společnosti Sumitomo Special Metals s využitím procesu zvlákňování z taveniny od General Motors. Jak je znázorněno na obrázku níže, (BH)max se za posledních 20 let zlepšilo téměř sto let, počínaje ≈1 MGOe pro ocel a dosahující přibližně 56 MGOe pro magnety NdFeB.

Udržitelnost v průmyslových procesech se v poslední době stala prioritou a prvky vzácných zemin, které země uznaly jako klíčové suroviny kvůli jejich vysokému riziku dodávek a ekonomickému významu, otevřely oblasti pro výzkum nových permanentních magnetů bez vzácných zemin. Jedním z možných směrů výzkumu je podívat se zpět na nejstarší vyvinuté permanentní magnety, feritové magnety a dále je studovat pomocí všech nových nástrojů a metod dostupných v posledních desetiletích. Několik organizací nyní pracuje na nových výzkumných projektech, které doufají, že nahradí magnety vzácných zemin ekologičtějšími a efektivnějšími alternativami.