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稀土元素是17种金属元素,位于元素周期表的中间(原子序数21、39和57-71),这些金属具有不同寻常的荧光,导电和磁性特性,这使得它们在与更常见的金属(例如铁)少量合金化或混合后非常有用。 从地质学上讲,稀土元素并不是特别稀有。这些金属的沉积物遍布全球许多地方,其中某些元素与铜或锡的含量大致相同。但是,稀土元素从未发现过很高的浓度,通常会彼此混合在一起,或者与铀等放射性元素混合在一起,稀土元素的化学性质使其很难与周围的材料相互分离,这些特性也使它们难以纯化。当前的生产方法需要大量矿石,并且会产生大量有害废物,以仅提取少量稀土金属,加工方法产生的废物包括放射性水,有毒的氟和酸。

矿山-艾普智能.jpeg

最早发现的永磁体是能提供稳定磁场的矿石, 直到19世纪初,磁铁性能仍是脆弱,不稳定的,并且由碳钢制成。1917年,日本发现了钴磁铁钢,从而做出了改进。自从发现永磁体以来,永磁体的性能一直在不断提高。 30年代的Alnicos(Al / Ni / Co合金),这种演变表现为最大数量的增加能量积(BH)max,大大提升了永磁体的品质因数,对于给定体积的磁体,可以将最大能量密度转换为可以在使用磁铁的机器的功率。

第一个铁氧体磁铁是1950年在荷兰飞利浦工业研究部门所属的物理实验室意外发现的。一位助手错误地合成了它-他本应准备另一种样品作为半导体材料进行研究。发现它实际上具有磁性,因此将其传递给磁性研究小组。由于其作为磁体的良好性能和较低的生产成本。因此,它是飞利浦开发的产品,标志着永磁体使用量迅速增加的开始。

永磁体-艾普智能.png

在1960年代,第一批稀土金属磁体由镧系元素,钇的合金制成。它们是最坚固的永磁体,具有高饱和磁化强度和良好的抗退磁性能。尽管其价格昂贵,易碎且在高温下效率低下,但随着它们的应用变得越来越相关,它们开始在市场上占据主导地位。个人计算机的所有权在80年代开始广泛普及,这意味着高需求硬盘驱动器的永磁体。

永磁体-艾普智能.jpeg

在60年代中期遇到第一代过渡金属和稀土开发了诸如钐- 钴之类的合金,在70年代后期,由于刚果的供应不稳定,钴的价格上涨严重当时,钐- 钴永磁体的最高(BH)max最高,研究界不得不更换这些磁铁。几年后,即1984年,由Sagawa等首次提出开发了基于Nd-Fe-B的永磁体。在住友特殊金属公司使用粉末冶金技术,使用通用汽车公司的熔纺工艺。如下图所示,在近一个世纪的时间里,(BH)max有所提高,从钢的≈1MGOe开始,在过去的20年中,钕铁硼磁体的MGOe达到约56 MGOe。

粉末熔纺工艺-艾普智能.png

最近,工业流程中的可持续性已成为当务之急,由于稀土元素的高供应风险和经济重要性,稀土元素已被国家视为关键原材料,这为新的无稀土永磁体的研究开辟了领域。一种可能的研究方向是回顾最早开发的永磁体,铁氧体磁体,并使用最近几十年来可用的所有新工具和方法进一步研究它们。现在有几个组织正在开展新研究的项目,希望可以用更绿色,更高效的替代品替代稀土磁体。

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