Қозғалтқыштарға арналған сирек жер тұрақты магниттерінің тарихы

Сирек жер элементтері (сирек жер тұрақты магниттері) периодтық кестенің ортасында орналасқан ерекше флуоресцентті, өткізгіштік және магниттік қасиеттерге ие 17 металдық элементтер (атомдық сандар 21, 39 және 57-71), олар Темір сияқты кең таралған металдармен үйлеспейді) өте пайдалы аз мөлшерде легирленген немесе араластырылған. Геологиялық тұрғыдан алғанда, сирек жер элементтері ерекше сирек емес. Бұл металдардың кен орындары әлемнің көптеген бөліктерінде кездеседі және кейбір элементтер мыс немесе қалайы сияқты шамамен бірдей мөлшерде болады. Дегенмен, сирек жер элементтері ешқашан өте жоғары концентрацияда кездеспеді және олар жиі бір-бірімен немесе уран сияқты радиоактивті элементтермен араласады. Сирек жер элементтерінің химиялық қасиеттері қоршаған материалдардан бөлуді қиындатады және бұл қасиеттер оларды тазартуды қиындатады. Өндірістің қазіргі әдістері радиоактивті суды, улы фторды және қышқылдарды қоса өңдеу әдістерінің қалдықтарымен сирек жер металдарының аз ғана мөлшерін алу үшін үлкен көлемде кенді қажет етеді және қауіпті қалдықтардың үлкен мөлшерін тудырады.

Ең ерте табылған тұрақты магниттер тұрақты магнит өрісін қамтамасыз ететін минералдар болды. 19 ғасырдың басына дейін магниттер нәзік, тұрақсыз және көміртекті болаттан жасалған. 1917 жылы Жапония кобальтты магнитті болатты ашты, ол жақсартулар жасады. Тұрақты магниттердің өнімділігі олар ашылғаннан бері жақсара берді. 1930 жылдардағы Alnicos (Al/Ni/Co қорытпалары) үшін бұл эволюция энергия өнімінің (BH)max жоғарылауының максималды санында көрінді, бұл тұрақты магниттердің сапа факторын айтарлықтай жақсартты, ал магниттердің берілген көлемі үшін максималды энергия тығыздығын магниттерді пайдаланатын машиналарда қолдануға болатын қуатқа түрлендіруге болады.

Алғашқы феррит магниті 1950 жылы Нидерландыдағы Philips Industrial Research компаниясына тиесілі физика зертханасында кездейсоқ табылған. Ассистент оны қателесіп синтездеді - ол жартылай өткізгіш материал ретінде зерттеу үшін басқа үлгіні дайындауы керек еді. Оның шын мәнінде магниттік екені анықталды, сондықтан ол магниттік зерттеу тобына берілді. Магнит ретінде жақсы жұмыс істеуіне және өндіріс құнының төмендеуіне байланысты. Осылайша, бұл тұрақты магниттерді пайдаланудың жылдам өсуінің бастамасын белгілеген Philips әзірлеген өнім болды.

1960 жылдары алғашқы сирек жер магниттері(сирек жер тұрақты магниттері)лантанид элементі иттрий қорытпаларынан жасалған. Олар жоғары қаныққан магниттелуі және демагнетизацияға жақсы қарсылығы бар ең күшті тұрақты магниттер болып табылады. Олар жоғары температурада қымбат, нәзік және тиімсіз болса да, олардың қосымшалары өзекті бола бастаған сайын нарықта үстемдік ете бастайды. Дербес компьютерлерге иелік ету 1980 жылдары кең тарады, бұл қатты дискілер үшін тұрақты магниттерге жоғары сұранысты білдірді.

Самарий-кобальт сияқты қорытпалар 1960 жылдардың ортасында өтпелі металдар мен сирек жерлердің бірінші буынымен әзірленді, ал 1970 жылдардың аяғында Конгодағы тұрақсыз жеткізілімге байланысты кобальт бағасы күрт көтерілді. Ол кезде ең жоғары самарий-кобальт тұрақты магниттері (BH)max ең жоғары болды және зерттеу қауымдастығы бұл магниттерді ауыстыруға мәжбүр болды. Бірнеше жылдан кейін, 1984 жылы Nd-Fe-B негізіндегі тұрақты магниттердің дамуын алғаш рет Сагава және т.б. General Motors компаниясының балқыма иіру процесін пайдалана отырып, Sumitomo Special Metals компаниясында ұнтақ металлургия технологиясын пайдалану. Төмендегі суретте көрсетілгендей, (BH)max бір ғасырға жуық уақыт ішінде жақсарды, ол болат үшін ≈1 MGOe-ден басталып, соңғы 20 жылда NdFeB магниттері үшін шамамен 56 MGOe-ге жетті.

Өнеркәсіптік процестердің тұрақтылығы соңғы уақытта басымдыққа ие болды және жоғары жеткізу қаупі мен экономикалық маңыздылығына байланысты елдер негізгі шикізат ретінде мойындаған сирек жер элементтері жаңа сирек жерсіз тұрақты магниттерді зерттеу үшін аймақтарды ашты. Зерттеудің мүмкін бағыттарының бірі - ең ерте дамыған тұрақты магниттерге, феррит магниттеріне қайта қарау және соңғы онжылдықтарда қол жетімді барлық жаңа құралдар мен әдістерді қолдана отырып, оларды әрі қарай зерттеу. Қазір бірнеше ұйым сирек жер магниттерін жасыл, тиімдірек баламалармен алмастыруға үміттенетін жаңа ғылыми жобалармен жұмыс істеуде.