Variklių retųjų žemių nuolatinių magnetų istorija

Retųjų žemių elementai (retųjų žemių nuolatiniai magnetai) yra 17 metalinių elementų, esančių periodinės lentelės viduryje (atominiai skaičiai 21, 39 ir 57–71), pasižymintys neįprastomis fluorescencinėmis, laidžiomis ir magnetinėmis savybėmis, dėl kurių jie nesuderinami su įprastesniais metalais, tokiais kaip geležis). legiruotas arba sumaišytas mažais kiekiais. Geologiškai kalbant, retųjų žemių elementai nėra ypač reti. Šių metalų nuosėdų randama daugelyje pasaulio vietų, o kai kurių elementų yra maždaug tiek pat, kiek vario ar alavo. Tačiau retųjų žemių elementų niekada nebuvo rasta labai didelėmis koncentracijomis ir jie dažnai maišomi tarpusavyje arba su radioaktyviais elementais, tokiais kaip uranas. Dėl retųjų žemių elementų cheminių savybių sunku atskirti juos nuo aplinkinių medžiagų, be to, dėl šių savybių juos sunku išvalyti. Dabartiniams gamybos būdams reikia didelių rūdos kiekių ir susidaro daug pavojingų atliekų, kad būtų galima išgauti tik nedidelį retųjų žemių metalų kiekį, o perdirbimo atliekos, įskaitant radioaktyvųjį vandenį, toksišką fluorą ir rūgštis.

Pirmieji atrasti nuolatiniai magnetai buvo mineralai, suteikę stabilų magnetinį lauką. Iki XIX amžiaus pradžios magnetai buvo trapūs, nestabilūs ir pagaminti iš anglinio plieno. 1917 m. Japonija atrado kobalto magnetinį plieną, kuris buvo patobulintas. Nuolatinių magnetų veikimas toliau gerėjo nuo jų atradimo. Alnicos (Al/Ni/Co lydiniai) XX a. ketvirtajame dešimtmetyje ši raida pasireiškė maksimaliu padidinto energijos produkto (BH)max skaičiumi, kuris labai pagerino nuolatinių magnetų kokybės koeficientą, o tam tikram magnetų tūriui maksimalus energijos tankis gali būti konvertuojamas į galią, kuri gali būti naudojama mašinose, kuriose naudojami magnetai.

Pirmasis ferito magnetas buvo atsitiktinai aptiktas 1950 m. fizikos laboratorijoje, priklausančioje Philips Industrial Research Nyderlanduose. Asistentas jį susintetino per klaidą – jis turėjo paruošti kitą pavyzdį, kad būtų galima ištirti kaip puslaidininkinę medžiagą. Buvo nustatyta, kad jis iš tikrųjų buvo magnetinis, todėl buvo perduotas magnetinių tyrimų grupei. Dėl gero magneto veikimo ir mažesnių gamybos sąnaudų. Taigi tai buvo „Philips“ sukurtas produktas, kuris reiškė spartaus nuolatinių magnetų naudojimo pradžią.

1960-aisiais pirmieji retųjų žemių magnetai(retųjų žemių nuolatiniai magnetai)buvo pagaminti iš lantanido elemento itrio lydinių. Jie yra stipriausi nuolatiniai magnetai, pasižymintys dideliu įmagnetinimu ir geru atsparumu išmagnetinimui. Nors jie yra brangūs, trapūs ir neefektyvūs aukštoje temperatūroje, jie pradeda dominuoti rinkoje, nes jų pritaikymas tampa aktualesnis. Asmeninių kompiuterių nuosavybė plačiai paplito devintajame dešimtmetyje, o tai reiškė didelę standžiųjų diskų nuolatinių magnetų paklausą.

Lydiniai, tokie kaip samaris-kobaltas, buvo sukurti septintojo dešimtmečio viduryje, kai atsirado pirmoji pereinamųjų metalų ir retųjų žemių karta, o aštuntojo dešimtmečio pabaigoje kobalto kaina smarkiai išaugo dėl nestabilaus tiekimo Konge. Tuo metu aukščiausias samario-kobalto nuolatinių magnetų (BH)max buvo didžiausias ir mokslininkų bendruomenė turėjo pakeisti šiuos magnetus. Po kelerių metų, 1984 m., Nd-Fe-B pagrindu sukurtų nuolatinių magnetų kūrimą pirmą kartą pasiūlė Sagawa ir kt. Naudojant miltelinės metalurgijos technologiją Sumitomo Special Metals, naudojant lydalo verpimo procesą iš General Motors. Kaip parodyta paveikslėlyje žemiau, (BH)max pagerėjo per beveik šimtmetį, pradedant nuo ≈1 MGOe plieno ir pasiekė apie 56 MGOe NdFeB magnetams per pastaruosius 20 metų.

Pramoninių procesų tvarumas pastaruoju metu tapo prioritetu, o retųjų žemių elementai, kuriuos šalys pripažino pagrindinėmis žaliavomis dėl didelės tiekimo rizikos ir ekonominės svarbos, atvėrė sritis naujų nuolatinių magnetų be retųjų žemių tyrimams. Viena iš galimų tyrimų krypčių – pažvelgti į anksčiau sukurtus nuolatinius magnetus, ferito magnetus, ir toliau juos tirti, naudojant visas naujas priemones ir metodus, turimus per pastaruosius dešimtmečius. Kelios organizacijos šiuo metu rengia naujus mokslinių tyrimų projektus, kuriuose tikisi retųjų žemių magnetus pakeisti ekologiškesnėmis, efektyvesnėmis alternatyvomis.