Շարժիչների համար հազվագյուտ հողի մշտական ​​մագնիսների պատմությունը

Հազվագյուտ հողային տարրեր (հազվագյուտ հողի մշտական ​​մագնիսներՊարբերական աղյուսակի մեջտեղում գտնվող 17 մետաղական տարրեր են (ատոմային համարներ 21, 39 և 57-71), որոնք ունեն անսովոր լյումինեսցենտ, հաղորդիչ և մագնիսական հատկություններ, որոնք անհամատեղելի են դարձնում ավելի տարածված մետաղների հետ, ինչպիսին է երկաթը) շատ օգտակար է, երբ համաձուլված կամ խառնված փոքր քանակությամբ: Երկրաբանական առումով հազվագյուտ երկրային տարրերն առանձնապես հազվադեպ չեն։ Այս մետաղների հանքավայրերը հայտնաբերված են աշխարհի շատ մասերում, և որոշ տարրեր առկա են մոտավորապես նույն քանակությամբ, որքան պղնձը կամ անագը: Այնուամենայնիվ, հազվագյուտ հողային տարրեր երբեք չեն հայտնաբերվել շատ բարձր կոնցենտրացիաներում և հաճախ խառնվում են միմյանց կամ ռադիոակտիվ տարրերի հետ, ինչպիսին է ուրանը: Հազվագյուտ հողային տարրերի քիմիական հատկությունները դժվարացնում են առանձնանալը շրջապատող նյութերից, և այդ հատկությունները նաև դժվարացնում են դրանք մաքրելը: Արտադրության ներկայիս մեթոդները պահանջում են մեծ քանակությամբ հանքաքար և առաջացնում են մեծ քանակությամբ վտանգավոր թափոններ միայն փոքր քանակությամբ հազվագյուտ հողային մետաղների արդյունահանման համար, ինչպես նաև վերամշակման մեթոդներից թափոններ, ներառյալ ռադիոակտիվ ջուրը, թունավոր ֆտորը և թթուները:

Հայտնաբերված ամենավաղ մշտական ​​մագնիսները հանքանյութեր էին, որոնք ապահովում էին կայուն մագնիսական դաշտ: Մինչև 19-րդ դարի սկիզբը մագնիսները փխրուն էին, անկայուն և պատրաստված ածխածնային պողպատից։ 1917 թվականին Ճապոնիան հայտնաբերեց կոբալտային մագնիսական պողպատ, որը բարելավումներ կատարեց: Մշտական ​​մագնիսների արդյունավետությունը շարունակել է բարելավվել դրանց հայտնաբերումից հետո: 1930-ականներին Alnicos-ի (Al/Ni/Co համաձուլվածքներ) այս էվոլյուցիան դրսևորվել է առավելագույն քանակի ավելացված էներգիայի արտադրանքի (BH)max-ով, ինչը մեծապես բարելավել է մշտական ​​մագնիսների որակի գործոնը, իսկ մագնիսների տվյալ ծավալի համար՝ էներգիայի առավելագույն խտությունը կարող է վերածվել էներգիայի, որը կարող է օգտագործվել մագնիսներ օգտագործող մեքենաներում:

Առաջին ֆերիտի մագնիսը պատահաբար հայտնաբերվել է 1950 թվականին Նիդեռլանդների Philips Industrial Research ընկերությանը պատկանող ֆիզիկայի լաբորատորիայում: Օգնականը սխալմամբ սինթեզել է այն՝ նա պետք է պատրաստեր ևս մեկ նմուշ՝ որպես կիսահաղորդչային նյութ ուսումնասիրելու համար։ Պարզվել է, որ այն իրականում մագնիսական է, ուստի այն փոխանցվել է մագնիսական հետազոտական ​​խմբին: Որպես մագնիս իր լավ կատարողականության և արտադրության ավելի ցածր գնի շնորհիվ: Որպես այդպիսին, դա Philips-ի կողմից մշակված արտադրանք էր, որը նշանավորեց մշտական ​​մագնիսների օգտագործման արագ աճի սկիզբը:

1960-ականներին առաջին հազվագյուտ երկրային մագնիսները(հազվագյուտ հողի մշտական ​​մագնիսներ)պատրաստվում էին լանտանիդ տարրի՝ իտրիումի համաձուլվածքներից։ Դրանք ամենաուժեղ մշտական ​​մագնիսներն են՝ բարձր հագեցվածության մագնիսացմամբ և ապամագնիսացման լավ դիմադրությամբ: Չնայած դրանք թանկ են, փխրուն և անարդյունավետ բարձր ջերմաստիճանի դեպքում, նրանք սկսում են գերիշխել շուկայում, քանի որ դրանց կիրառությունները դառնում են ավելի համապատասխան: Անհատական ​​համակարգիչների սեփականությունը լայն տարածում գտավ 1980-ականներին, ինչը նշանակում էր կոշտ սկավառակների մշտական ​​մագնիսների մեծ պահանջարկ:

Նման համաձուլվածքները, ինչպիսիք են սամարիում-կոբալտը, մշակվել են 1960-ականների կեսերին անցումային մետաղների և հազվագյուտ հողերի առաջին սերնդի հետ, իսկ 1970-ականների վերջին կոբալտի գինը կտրուկ բարձրացավ Կոնգոյում անկայուն մատակարարումների պատճառով: Այդ ժամանակ ամենաբարձր սամարիում-կոբալտ մշտական ​​մագնիսները (BH)max ամենաբարձրն էր, և հետազոտական ​​համայնքը ստիպված էր փոխարինել այդ մագնիսները: Մի քանի տարի անց՝ 1984 թվականին, Nd-Fe-B-ի հիման վրա մշտական ​​մագնիսների մշակումն առաջին անգամ առաջարկվեց Սագավա և այլոց կողմից։ Օգտագործելով փոշու մետալուրգիայի տեխնոլոգիա Sumitomo Special Metals-ում, օգտագործելով General Motors-ի հալման պտտման գործընթացը: Ինչպես ցույց է տրված ստորև նկարում, (BH)max-ը բարելավվել է մոտ մեկ դարի ընթացքում՝ սկսած ≈1 MGOe-ից պողպատի համար և հասնելով մոտ 56 MGOe-ի NdFeB մագնիսների համար վերջին 20 տարիների ընթացքում:

Արդյունաբերական գործընթացներում կայունությունը վերջերս առաջնահերթություն է դարձել, և հազվագյուտ հողային տարրերը, որոնք երկրների կողմից ճանաչվել են որպես հիմնական հումք՝ իրենց մատակարարման բարձր ռիսկի և տնտեսական կարևորության պատճառով, տարածքներ են բացել նոր հազվագյուտ հողից ազատ մշտական ​​մագնիսների ուսումնասիրության համար: Հետազոտության հնարավոր ուղղություններից մեկը հետադարձ հայացք նետելն է ամենավաղ զարգացած մշտական ​​մագնիսներին՝ ֆերիտային մագնիսներին և հետագայում ուսումնասիրել դրանք՝ օգտագործելով վերջին տասնամյակներում առկա բոլոր նոր գործիքներն ու մեթոդները: Մի քանի կազմակերպություններ այժմ աշխատում են նոր հետազոտական ​​նախագծերի վրա, որոնք հույս ունեն փոխարինել հազվագյուտ երկրային մագնիսները ավելի կանաչ, ավելի արդյունավետ այլընտրանքներով: