ประวัติของแม่เหล็กถาวรธาตุหายากสำหรับมอเตอร์

ธาตุดินที่หายาก (แม่เหล็กถาวรของธาตุหายาก) เป็นธาตุโลหะ 17 ธาตุที่อยู่ตรงกลางของตารางธาตุ (เลขอะตอม 21, 39 และ 57-71) ที่มีคุณสมบัติเรืองแสง นำไฟฟ้า และเป็นแม่เหล็กผิดปกติซึ่งทำให้เข้ากันไม่ได้กับโลหะทั่วไป เช่น เหล็ก) มีประโยชน์มากเมื่อ เจือหรือผสมในปริมาณเล็กน้อย ธาตุหายากในทางธรณีวิทยาไม่ได้หายากเป็นพิเศษ เงินฝากของโลหะเหล่านี้พบได้ในหลายส่วนของโลก และธาตุบางชนิดมีอยู่ในปริมาณที่พอๆ กับทองแดงหรือดีบุก อย่างไรก็ตาม ไม่เคยพบธาตุหายากในความเข้มข้นที่สูงมาก และมักจะผสมกันเองหรือกับธาตุกัมมันตภาพรังสี เช่น ยูเรเนียม คุณสมบัติทางเคมีของธาตุหายากทำให้ยากที่จะแยกออกจากวัสดุรอบๆ และคุณสมบัติเหล่านี้ยังทำให้บริสุทธิ์ได้ยาก วิธีการผลิตในปัจจุบันต้องใช้แร่จำนวนมากและสร้างของเสียอันตรายจำนวนมากเพื่อสกัดโลหะหายากในปริมาณเล็กน้อยเท่านั้น โดยมีของเสียจากกระบวนการผลิต เช่น น้ำกัมมันตภาพรังสี ฟลูออรีนที่เป็นพิษ และกรด

แม่เหล็กถาวรที่เก่าแก่ที่สุดที่ค้นพบคือแร่ธาตุที่ให้สนามแม่เหล็กที่เสถียร จนถึงต้นศตวรรษที่ 19 แม่เหล็กมีความเปราะบาง ไม่เสถียร และทำจากเหล็กกล้าคาร์บอน ในปี 1917 ญี่ปุ่นได้ค้นพบเหล็กแม่เหล็กโคบอลต์ ซึ่งได้ทำการปรับปรุง ประสิทธิภาพของแม่เหล็กถาวรได้พัฒนาอย่างต่อเนื่องตั้งแต่มีการค้นพบ สำหรับ Alnicos (โลหะผสม Al/Ni/Co) ในช่วงทศวรรษที่ 1930 วิวัฒนาการนี้แสดงให้เห็นในจำนวนสูงสุดของผลิตภัณฑ์พลังงานที่เพิ่มขึ้น (BH) สูงสุด ซึ่งปรับปรุงปัจจัยด้านคุณภาพของแม่เหล็กถาวรอย่างมาก และสำหรับปริมาตรของแม่เหล็กที่กำหนด ความหนาแน่นของพลังงานสูงสุดสามารถแปลงเป็นพลังงานที่สามารถใช้ในเครื่องจักรโดยใช้แม่เหล็ก

แม่เหล็กเฟอร์ไรท์ชิ้นแรกถูกค้นพบโดยบังเอิญในปี 1950 ในห้องปฏิบัติการฟิสิกส์ของ Philips Industrial Research ประเทศเนเธอร์แลนด์ ผู้ช่วยสังเคราะห์โดยไม่ได้ตั้งใจ - เขาควรจะเตรียมตัวอย่างอื่นเพื่อศึกษาเป็นวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ พบว่าเป็นแม่เหล็กจริงจึงส่งต่อให้ทีมวิจัยแม่เหล็ก เนื่องจากประสิทธิภาพที่ดีในฐานะแม่เหล็กและต้นทุนการผลิตที่ต่ำกว่า ด้วยเหตุนี้ ผลิตภัณฑ์นี้จึงเป็นผลิตภัณฑ์ที่พัฒนาโดย Philips ซึ่งเป็นจุดเริ่มต้นของการใช้แม่เหล็กถาวรที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว

ในปี 1960 แม่เหล็กโลกหายากตัวแรก(แม่เหล็กถาวรของธาตุหายาก)ทำมาจากโลหะผสมของธาตุแลนทาไนด์ อิตเทรียม พวกมันเป็นแม่เหล็กถาวรที่แข็งแกร่งที่สุดพร้อมการสะกดจิตที่มีความอิ่มตัวสูงและต้านทานการล้างอำนาจแม่เหล็กได้ดี แม้ว่าจะมีราคาแพง เปราะบาง และไม่มีประสิทธิภาพที่อุณหภูมิสูง แต่ก็เริ่มครองตลาดเมื่อการใช้งานมีความเกี่ยวข้องมากขึ้น การเป็นเจ้าของคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลเริ่มแพร่หลายในทศวรรษที่ 1980 ซึ่งหมายถึงความต้องการแม่เหล็กถาวรสำหรับฮาร์ดไดรฟ์ที่สูง

โลหะผสม เช่น ซาแมเรียม-โคบอลต์ได้รับการพัฒนาขึ้นในช่วงกลางทศวรรษ 1960 ด้วยโลหะทรานซิชันรุ่นแรกและธาตุหายาก และในช่วงปลายทศวรรษ 1970 ราคาของโคบอลต์พุ่งสูงขึ้นอย่างมากเนื่องจากอุปทานที่ไม่เสถียรในคองโก ในเวลานั้น ค่าสูงสุดของแม่เหล็กถาวรซาแมเรียม-โคบอลต์ (BH) สูงสุดนั้นสูงที่สุด และชุมชนการวิจัยจำเป็นต้องเปลี่ยนแม่เหล็กเหล่านี้ ไม่กี่ปีต่อมา ในปี 1984 Sagawa et al ได้เสนอการพัฒนาแม่เหล็กถาวรที่ใช้ Nd-Fe-B เป็นครั้งแรก ใช้เทคโนโลยีโลหะผงที่ Sumitomo Special Metals โดยใช้กระบวนการปั่นหลอมจาก General Motors ดังที่แสดงในรูปด้านล่าง ค่าสูงสุด (BH) ได้รับการปรับปรุงในช่วงเกือบศตวรรษ โดยเริ่มต้นที่ ≈1 MGOe สำหรับเหล็ก และถึงประมาณ 56 MGOe สำหรับแม่เหล็ก NdFeB ในช่วง 20 ปีที่ผ่านมา

เมื่อเร็วๆ นี้ ความยั่งยืนในกระบวนการทางอุตสาหกรรมได้กลายเป็นสิ่งสำคัญ และธาตุหายากซึ่งได้รับการยอมรับจากประเทศต่างๆ ว่าเป็นวัตถุดิบหลักเนื่องจากมีความเสี่ยงในการจัดหาสูงและมีความสำคัญทางเศรษฐกิจ ได้เปิดพื้นที่สำหรับการวิจัยเกี่ยวกับแม่เหล็กถาวรไร้ธาตุหายากชนิดใหม่ แนวทางการวิจัยที่เป็นไปได้ประการหนึ่งคือการมองย้อนกลับไปที่แม่เหล็กถาวร แม่เหล็กเฟอร์ไรต์ที่พัฒนาเร็วที่สุด และศึกษาเพิ่มเติมโดยใช้เครื่องมือและวิธีการใหม่ทั้งหมดที่มีอยู่ในทศวรรษที่ผ่านมา ขณะนี้หลายองค์กรกำลังทำงานในโครงการวิจัยใหม่ที่หวังว่าจะแทนที่แม่เหล็กโลกหายากด้วยทางเลือกที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและมีประสิทธิภาพมากขึ้น