Гісторыя рэдказямельных пастаянных магнітаў для рухавікоў

Рэдказямельныя элементы (рэдказямельныя пастаянныя магніты) - гэта 17 металічных элементаў у сярэдзіне перыядычнай табліцы (атамныя нумары 21, 39 і 57-71), якія валодаюць незвычайнымі флуарэсцэнтнымі, праводнымі і магнітнымі ўласцівасцямі, што робіць іх несумяшчальнымі з больш распаўсюджанымі металамі, такімі як жалеза) вельмі карысны, калі сплавленыя або змешаныя ў невялікіх колькасцях. Геалагічна кажучы, рэдказямельныя элементы не з'яўляюцца асаблівай рэдкасцю. Радовішчы гэтых металаў знаходзяцца ў многіх частках свету, і некаторыя элементы прысутнічаюць прыкладна ў той жа колькасці, што і медзь або волава. Аднак рэдказямельныя элементы ніколі не былі знойдзены ў вельмі высокіх канцэнтрацыях і часта змешваюцца адзін з адным або з радыеактыўнымі элементамі, такімі як уран. Хімічныя ўласцівасці рэдказямельных элементаў абцяжарваюць аддзяленне ад навакольных матэрыялаў, і гэтыя ўласцівасці таксама робяць іх цяжкімі для ачысткі. Сучасныя метады вытворчасці патрабуюць вялікіх аб'ёмаў руды і ўтвараюць вялікую колькасць небяспечных адходаў для здабычы толькі невялікіх колькасцяў рэдказямельных металаў, з адходамі метадаў перапрацоўкі, уключаючы радыеактыўную ваду, таксічны фтор і кіслоты.

Самыя раннія адкрытыя пастаянныя магніты былі мінераламі, якія стваралі стабільнае магнітнае поле. Да пачатку 19 стагоддзя магніты былі далікатнымі, няўстойлівымі і вырабляліся з вугляродзістай сталі. У 1917 годзе Японія адкрыла кобальтавую магнітную сталь, якая ўнесла ўдасканаленні. Прадукцыйнасць пастаянных магнітаў працягвае паляпшацца з моманту іх адкрыцця. Для Alnicos (сплавы Al/Ni/Co) у 1930-я гады гэтая эвалюцыя выявілася ў максімальнай колькасці павялічанага энергетычнага прадукту (BH)max, што значна палепшыла каэфіцыент якасці пастаянных магнітаў, і для зададзенага аб'ёму магнітаў, максімальная шчыльнасць энергіі можа быць пераўтворана ў магутнасць, якую можна выкарыстоўваць у машынах з дапамогай магнітаў.

Першы ферытавы магніт быў выпадкова знойдзены ў 1950 годзе ў фізічнай лабараторыі кампаніі Philips Industrial Research у Нідэрландах. Асістэнт сінтэзаваў яго памылкова - ён павінен быў падрыхтаваць іншы ўзор для вывучэння ў якасці паўправадніковага матэрыялу. Высветлілася, што ён сапраўды быў магнітным, таму яго перадалі групе магнітных даследаванняў. Дзякуючы добрай прадукцыйнасці ў якасці магніта і больш нізкай сабекошце вытворчасці. Такім чынам, гэта быў прадукт, распрацаваны Philips, які паклаў пачатак хуткаму росту выкарыстання пастаянных магнітаў.

У 1960-я гады першыя рэдказямельныя магніты(рэдказямельныя пастаянныя магніты)вырабляліся са сплаваў элемента лантанідаў — ітрыю. Гэта наймацнейшыя пастаянныя магніты з высокай намагнічанасцю насычэння і добрай устойлівасцю да размагнічвання. Хоць яны дарагія, далікатныя і неэфектыўныя пры высокіх тэмпературах, яны пачынаюць дамінаваць на рынку па меры таго, як іх прымяненне становіцца ўсё больш актуальным. У 1980-я гады валоданне персанальнымі кампутарамі стала шырока распаўсюджаным, што азначала вялікі попыт на пастаянныя магніты для жорсткіх дыскаў.

Такія сплавы, як самарый-кобальт, былі распрацаваны ў сярэдзіне 1960-х з першым пакаленнем пераходных металаў і рэдказямельных элементаў, а ў канцы 1970-х цана на кобальт моцна вырасла з-за нестабільных паставак у Конга. У той час самарыева-кобальтавыя пастаянныя магніты (BH)max былі самымі высокімі, і даследчай супольнасці прыйшлося замяніць гэтыя магніты. Некалькімі гадамі пазней, у 1984 годзе, распрацоўка пастаянных магнітаў на аснове Nd-Fe-B была ўпершыню прапанавана Сагава і інш. Выкарыстанне тэхналогіі парашковай металургіі ў Sumitomo Special Metals, выкарыстанне працэсу прадзення з расплаву ад General Motors. Як паказана на малюнку ніжэй, (BH)max палепшылася амаль за стагоддзе, пачынаючы з ≈1 MGOe для сталі і дасягаючы каля 56 MGOe для магнітаў NdFeB за апошнія 20 гадоў.

Устойлівасць у прамысловых працэсах нядаўна стала прыярытэтам, і рэдказямельныя элементы, якія былі прызнаны краінамі ў якасці ключавой сыравіны з-за іх высокай рызыкі паставак і эканамічнага значэння, адкрылі вобласці для даследаванняў новых пастаянных магнітаў без рэдказямельных элементаў. Адным з магчымых напрамкаў даследаванняў з'яўляецца агляд самых ранніх распрацаваных пастаянных магнітаў, ферытавых магнітаў, і далейшае іх вывучэнне з выкарыстаннем усіх новых інструментаў і метадаў, даступных у апошнія дзесяцігоддзі. Некалькі арганізацый цяпер працуюць над новымі даследчыцкімі праектамі, якія спадзяюцца замяніць рэдказямельныя магніты больш экалагічнымі і эфектыўнымі альтэрнатывамі.