RUS ENG

НАМ 18 ЛЕТ!

ГРУППА AMT&C - ФИНАЛИСТ РЕЙТИНГА «ТЕХНОУСПЕХ»


 

 


Перспективные материалы для постоянных магнитов



А.С. Мищенко



1. Введение


Для начала кратко осветим историю развития и текущее состояние рынка магнитных материалов для постоянных магнитов. В двадцатом столетии первый технологический рывок в синтезе магнитных материалов, произошедший в 1921 г. был связан с производством кобальтохромовой стали. Последующие исследования сплавов никеля, алюминия, меди и платины привели в 1935 г. к появлению новых магнитных материалов - так называемых альнико (Al-Ni-Co - алюминий, никель, кобальт) и кунифе (Cu-Ni-Fe - медь, никель, железо), а также платинокобальтового сплава (1936 г.). Впоследствии свойства магнитов типа альнико были усовершенствованы и был получен материал с ориентированными доменами - альнико V, который широко используется и по сей день. Первые неметаллические магниты - ферриты - были синтезированы исследователями из корпорации Philips в 1950-х годах. Эти материалы имели в своем составе стронциевый или бариевый ферриты, а также оксид железа. Ферритовые магниты получили широкое распространение (приблизительные оценки показывают, что на ферриты сейчас приходится около 80 % мирового производства магнитных материалов).


В 1970-х и 1980-х годах на основе редкоземельных элементов (самарий и неодим) были получены материалы, обладавшие улучшенными магнитными свойствами, так называемые редкоземельные магниты. Применение редкоземельных магнитов позволило сделать устройства, использующие постоянные магниты более миниатюрными и мощными.

Рассмотрим преимущества и недостатки указанных видов магнитных материалов. К основным преимуществам материалов альнико можно отнести высокую механическую прочность, стабильность магнитных свойств в широкой области температур, высокие значения намагниченности насыщения, однако магниты альнико обладают низким значением коэрцитивной силы. Ферритовые магнитные материалы отличаются высоким значением коэрцитивной силы, к недостаткам же их следует отнести механическую хрупкость, сложность в обработке, сильную зависимость магнитных свойств от температуры. Рассмотрим более подробно свойства редкоземельных магнитов, а также их достоинства и недостатки по сравнению с другими типами магнитных материалов.


Редкоземельные магниты, приготовленные на основе сплава Sm-Co, обладают хорошими магнитными характеристиками (высокие значения намагниченности насыщения, коэрцитивной силы), термической стабильностью, а также устойчивостью по отношению к процессам коррозии. Основной недостаток этого типа магнитов - высокая цена на Sm и Co, из-за которой широкое применение Sm-Co магнитов в настоящее время затруднено. Тем не менее, магнитные материалы на основе Sm-Co применяются в жестких дисках компьютеров и электрических моторах постоянного тока (в том случае, если стабильность свойств по температуре имеет большое значение, в частности в изделиях космической и оборонной промышленности). В настоящее время предпринимается попытка заменить Co на Fe. Ведутся работы по разработке постоянных магнитов на базе составов Sm2Fe17 с добавлением азота и углерода.


Наиболее перспективными в настоящее время представляются спеченные магниты Nd-Fe-B. Отметим их основные преимущества. Во-первых, достигнутое значение энергетического произведения BHMAX у магнитов Nd-Fe-B - наибольшее из всех известных материалов (до 50 МГсЭ и выше), однако это ещё не предел - из теоретических вычислений следует, что для этого материала максимально возможное значение (BH)max = 64 МГсЭ. Во-вторых, они характеризуются высокой температурой Кюри TC, составляющей около 160-170oC для марок с рабочей температурой 80oС. Однако, в настоящее время выпускаются марки Nd-Fe-B с рабочей температурой даже до 200oC, что открывает широкую перспективу их применения в электромоторах, использующих постоянные магниты. Одним из важнейших и по сути дела определяющих в экономическом плане достоинств Nd-Fe-B является его относительно низкая цена по сравнению с другими типами магнитных материалов (см. табл.1).


Таблица 1. Основные характеристики наиболее известных магнитных материалов

Материал (BH)max, МГс*Э Br, Гс Hc, Э Цена, $ за 1 кг на Российском рынке Цена, $ на единицу
(BH)max
Гибкие магнит ные материалы 1.6 1725 1325 5-10 3.1- 6.2
Керамика 3 4000 2400 1-2.5 0.3-0.85
Альнико 9 13500 1400 44.1 4.3
Sm-Co 20 10500 9200 250 -500 12.5
Спеченные Nd-Fe-B 50 14200 12500 70-150 1.4-3.7


Обсудим последний фактор подробнее. Как уже говорилось, появление магнитов Sm-Co было настоящим научным достижением в области постоянных магнитных материалов, но они все же не смогли выдержать конкуренции и уступили место ферритам и альнико из-за высокой стоимости. Как известно, чтобы промышленность начала выпускать новый продукт, он должен превосходить своих предшественников по целому ряду параметров, и цена - один из первых в этом ряду. В этом отношении спеченные Nd-Fe-B выгодно отличаются от магнитов из Sm-Co - они относительно недороги по сравнению с ферритами и альнико. В настоящее время во многих лабораториях мира осуществляется поиск новых, более дешевых методов изготовления спеченных магнитов Nd-Fe-B, так что цена на них постоянно снижается. На аналогичных соображениях основаны прогнозы аналитиков о росте продаж на мировом рынке спеченных магнитов Nd-Fe-B в текущем году на 4 % по сравнению с продажами в прошлом году на фоне снижения продаж ферритов и альнико на 1-2% по сравнению с прошлым годом.


К недостаткам материала относятся частичная потеря его магнитных свойств при эксплуатации при температурах выше 150-200оС (в зависимости от марки), несмотря на довольно высокую точку Кюри, а также его подверженность коррозии.



Страница 1 - 1 из 6
Начало | Пред. | 1 2 3 4 5 | След. | Конец Все

Возврат к списку статей