Die Geschichte der Seltenerd-Permanentmagnete für Motoren

Seltene Erdvorkommen(Seltenerd-Permanentmagnete) sind 17 metallische Elemente in der Mitte des Periodensystems (Ordnungszahlen 21, 39 und 57–71), die ungewöhnliche fluoreszierende, leitfähige und magnetische Eigenschaften haben, die sie mit häufigeren Metallen wie Eisen unverträglich machen.) ist sehr nützlich, wenn legiert oder in kleinen Mengen gemischt. Geologisch gesehen sind Seltenerdelemente nicht besonders selten. Vorkommen dieser Metalle gibt es in vielen Teilen der Welt, und einige Elemente sind in etwa der gleichen Menge wie Kupfer oder Zinn vorhanden. Seltenerdelemente wurden jedoch nie in sehr hohen Konzentrationen gefunden und sind häufig untereinander oder mit radioaktiven Elementen wie Uran vermischt. Die chemischen Eigenschaften von Seltenerdelementen erschweren die Abtrennung von umgebenden Materialien, und diese Eigenschaften erschweren auch die Reinigung. Aktuelle Produktionsmethoden erfordern große Mengen Erz und erzeugen große Mengen gefährlichen Abfalls, um nur geringe Mengen an Seltenerdmetallen zu gewinnen. Zu den Abfällen aus Verarbeitungsmethoden gehören radioaktives Wasser, giftiges Fluor und Säuren.

Die frühesten entdeckten Permanentmagnete waren Mineralien, die ein stabiles Magnetfeld lieferten. Bis zum frühen 19. Jahrhundert waren Magnete zerbrechlich, instabil und aus Kohlenstoffstahl gefertigt. Im Jahr 1917 entdeckte Japan den Kobalt-Magnetstahl, der Verbesserungen brachte. Die Leistung von Permanentmagneten hat sich seit ihrer Entdeckung kontinuierlich verbessert. Bei Alnico-Legierungen (Al/Ni/Co-Legierungen) manifestierte sich diese Entwicklung in den 1930er Jahren in der maximalen Anzahl erhöhter Energieprodukte (BH)max, was den Qualitätsfaktor von Permanentmagneten erheblich verbesserte, und für ein gegebenes Magnetvolumen die Die maximale Energiedichte könnte mithilfe von Magneten in Leistung umgewandelt werden, die in Maschinen genutzt werden kann.

Der erste Ferritmagnet wurde 1950 zufällig im Physiklabor von Philips Industrial Research in den Niederlanden entdeckt. Ein Assistent hat es versehentlich synthetisiert – er sollte eine weitere Probe vorbereiten, um sie als Halbleitermaterial zu untersuchen. Es stellte sich heraus, dass es tatsächlich magnetisch war, und wurde daher an das Magnetforschungsteam weitergegeben. Aufgrund seiner guten Leistung als Magnet und geringerer Produktionskosten. Somit war es ein von Philips entwickeltes Produkt, das den Beginn einer rasanten Zunahme der Verwendung von Permanentmagneten markierte.

In den 1960er Jahren entstanden die ersten Seltenerdmagnete(Seltenerd-Permanentmagnete)wurden aus Legierungen des Lanthanoidelements Yttrium hergestellt. Sie sind die stärksten Permanentmagnete mit hoher Sättigungsmagnetisierung und guter Entmagnetisierungsbeständigkeit. Obwohl sie teuer, zerbrechlich und bei hohen Temperaturen ineffizient sind, beginnen sie, den Markt zu dominieren, da ihre Anwendungen immer relevanter werden. Der Besitz von Personalcomputern verbreitete sich in den 1980er Jahren, was zu einer hohen Nachfrage nach Permanentmagneten für Festplatten führte.

Legierungen wie Samarium-Kobalt wurden Mitte der 1960er Jahre mit der ersten Generation von Übergangsmetallen und seltenen Erden entwickelt, und in den späten 1970er Jahren stieg der Preis für Kobalt aufgrund der instabilen Versorgung im Kongo stark an. Zu dieser Zeit war der maximale BH-Wert der Samarium-Kobalt-Permanentmagnete am höchsten und die Forschungsgemeinschaft musste diese Magnete ersetzen. Einige Jahre später, 1984, wurde die Entwicklung von Permanentmagneten auf Nd-Fe-B-Basis erstmals von Sagawa et al. vorgeschlagen. Einsatz der Pulvermetallurgie-Technologie bei Sumitomo Special Metals, Einsatz des Schmelzspinnverfahrens von General Motors. Wie in der folgenden Abbildung dargestellt, hat sich (BH)max im Laufe von fast einem Jahrhundert verbessert, angefangen bei ≈1 MGOe für Stahl und bis hin zu etwa 56 MGOe für NdFeB-Magnete in den letzten 20 Jahren.

Nachhaltigkeit in industriellen Prozessen ist in letzter Zeit zu einer Priorität geworden, und Seltenerdelemente, die von Ländern aufgrund ihres hohen Versorgungsrisikos und ihrer wirtschaftlichen Bedeutung als Schlüsselrohstoffe anerkannt wurden, haben Bereiche für die Erforschung neuer seltenerdfreier Permanentmagnete eröffnet. Eine mögliche Forschungsrichtung besteht darin, auf die frühesten entwickelten Permanentmagnete, Ferritmagnete, zurückzublicken und sie mit allen neuen Werkzeugen und Methoden der letzten Jahrzehnte weiter zu untersuchen. Mehrere Organisationen arbeiten derzeit an neuen Forschungsprojekten, die darauf abzielen, Seltenerdmagnete durch umweltfreundlichere und effizientere Alternativen zu ersetzen.