Ang kasaysayan ng rare earth permanent magnets para sa mga motor

Mga elemento ng rare earth(bihirang lupa permanenteng magneto) ay 17 elementong metal sa gitna ng periodic table (mga atomic number 21, 39, at 57-71) na may kakaibang fluorescent, conductive, at magnetic na katangian na ginagawang hindi tugma sa mas karaniwang mga metal gaya ng Iron) ay lubhang kapaki-pakinabang kapag pinaghalo o pinaghalo sa maliit na halaga. Sa heolohikal na pagsasalita, ang mga bihirang elemento ng lupa ay hindi partikular na bihira. Ang mga deposito ng mga metal na ito ay matatagpuan sa maraming bahagi ng mundo, at ang ilang mga elemento ay nasa halos kaparehong halaga ng tanso o lata. Gayunpaman, ang mga bihirang elemento ng lupa ay hindi kailanman natagpuan sa napakataas na konsentrasyon at kadalasang pinaghalo sa isa't isa o sa mga radioactive na elemento tulad ng uranium. Ang mga kemikal na katangian ng mga elemento ng bihirang lupa ay nagpapahirap sa paghiwalay sa mga nakapaligid na materyales, at ang mga katangiang ito ay nagpapahirap din sa mga ito na linisin. Ang mga kasalukuyang pamamaraan ng produksyon ay nangangailangan ng malaking halaga ng ore at makabuo ng malaking halaga ng mapanganib na basura upang kunin lamang ang maliit na halaga ng mga rare earth metal, na may mga basura mula sa mga pamamaraan ng pagproseso kabilang ang radioactive na tubig, nakakalason na fluorine at mga acid.

Ang pinakaunang permanenteng magnet na natuklasan ay mga mineral na nagbigay ng isang matatag na magnetic field. Hanggang sa unang bahagi ng ika-19 na siglo, ang mga magnet ay marupok, hindi matatag, at gawa sa carbon steel. Noong 1917, natuklasan ng Japan ang cobalt magnet steel, na gumawa ng mga pagpapabuti. Ang pagganap ng mga permanenteng magnet ay patuloy na bumuti mula noong kanilang natuklasan. Para sa Alnicos (Al/Ni/Co alloys) noong 1930s, ang ebolusyong ito ay ipinakita sa pinakamataas na bilang ng mas mataas na produkto ng enerhiya (BH) max, na lubos na nagpabuti sa kalidad na kadahilanan ng mga permanenteng magnet, at para sa isang naibigay na dami ng mga magnet, ang maximum na density ng enerhiya ay maaaring ma-convert sa kapangyarihan na maaaring magamit sa mga makina na gumagamit ng mga magnet.

Ang unang ferrite magnet ay hindi sinasadyang natuklasan noong 1950 sa laboratoryo ng pisika na kabilang sa Philips Industrial Research sa Netherlands. Ang isang katulong ay na-synthesize ito nang hindi sinasadya - siya ay dapat na maghanda ng isa pang sample upang pag-aralan bilang isang materyal na semiconductor. Napag-alaman na ito ay talagang magnetic, kaya ipinasa ito sa magnetic research team. Dahil sa magandang pagganap nito bilang magnet at mas mababang gastos sa produksyon. Dahil dito, ito ay isang produktong binuo ng Philips na minarkahan ang simula ng isang mabilis na pagtaas sa paggamit ng mga permanenteng magnet.

Noong 1960s, ang unang rare earth magnets(bihirang lupa permanenteng magneto)ay ginawa mula sa mga haluang metal ng lanthanide element, yttrium. Ang mga ito ang pinakamalakas na permanenteng magnet na may mataas na saturation magnetization at mahusay na pagtutol sa demagnetization. Kahit na ang mga ito ay mahal, marupok at hindi epektibo sa mataas na temperatura, nagsisimula silang mangibabaw sa merkado habang ang kanilang mga aplikasyon ay nagiging mas may kaugnayan. Ang pagmamay-ari ng mga personal na computer ay naging laganap noong 1980s, na nangangahulugan ng mataas na pangangailangan para sa mga permanenteng magnet para sa mga hard drive.

Ang mga haluang metal tulad ng samarium-cobalt ay binuo noong kalagitnaan ng 1960s kasama ang unang henerasyon ng mga transition metal at rare earth, at noong huling bahagi ng 1970s, tumaas nang husto ang presyo ng cobalt dahil sa hindi matatag na mga supply sa Congo. Noong panahong iyon, ang pinakamataas na samarium-cobalt permanent magnets (BH)max ang pinakamataas at kailangang palitan ng komunidad ng pananaliksik ang mga magnet na ito. Pagkalipas ng ilang taon, noong 1984, ang pagbuo ng mga permanenteng magnet batay sa Nd-Fe-B ay unang iminungkahi ni Sagawa et al. Gamit ang teknolohiyang powder metallurgy sa Sumitomo Special Metals, gamit ang proseso ng melt spinning mula sa General Motors. Gaya ng ipinapakita sa figure sa ibaba, ang (BH)max ay bumuti sa loob ng halos isang siglo, simula sa ≈1 MGOe para sa bakal at umabot sa humigit-kumulang 56 MGOe para sa NdFeB magnets sa nakalipas na 20 taon.

Ang pagpapanatili sa mga prosesong pang-industriya ay naging priyoridad kamakailan, at ang mga elemento ng bihirang lupa, na kinilala ng mga bansa bilang pangunahing hilaw na materyales dahil sa kanilang mataas na panganib sa suplay at kahalagahan sa ekonomiya, ay nagbukas ng mga lugar para sa pagsasaliksik sa mga bagong bihirang permanenteng magnet na walang lupa. Ang isang posibleng direksyon ng pananaliksik ay ang pagbabalik-tanaw sa pinakaunang nabuong permanenteng magnet, ferrite magnet, at pag-aralan pa ang mga ito gamit ang lahat ng mga bagong tool at pamamaraan na magagamit sa mga nakalipas na dekada. Gumagawa na ngayon ang ilang organisasyon sa mga bagong proyekto sa pagsasaliksik na umaasa na mapapalitan ang mga rare-earth magnet ng mas berde, mas mahusay na mga alternatibo.