By
แม่เหล็กนีโอไดเมียมหรือเรียกอีกอย่างว่าแม่เหล็ก NdFeB เป็นระบบคริสตัลเตตระโกนัลที่ประกอบด้วยนีโอไดเมียม เหล็ก และโบรอน (Nd2Fe14B) มันถูกค้นพบครั้งแรกในปี 1982 โดย Mr. Sagawa จาก Sumitomo Special Metals ผลิตภัณฑ์พลังงานแม่เหล็ก (BHmax) ของแม่เหล็กนี้มีมากกว่าแม่เหล็กซาแมเรียมโคบอลต์ ในขณะที่ค้นพบ มันได้สร้างสถิติสำหรับ BHmax ที่สูงที่สุดในโลก ต่อมา Sumitomo Special Metals ประสบความสำเร็จในการพัฒนากระบวนการโลหะผงสำหรับการผลิตแม่เหล็ก NdFeB มอเตอร์ทั่วไป ต่อมาประสบความสำเร็จในการพัฒนากระบวนการหลอมปั่น ซึ่งทำให้สามารถผลิตแม่เหล็ก NdFeB ได้จำนวนมาก
แม่เหล็ก NdFeB เป็นแม่เหล็กถาวรที่ทรงพลังเป็นอันดับสองในปัจจุบัน รองจากแม่เหล็กศูนย์สัมบูรณ์ของโฮลเมียม พวกมันถูกใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นแม่เหล็กหายากในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ รวมถึงฮาร์ดดิสก์ โทรศัพท์มือถือ หูฟัง และเครื่องมือที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ คุณสมบัติทางแม่เหล็กที่โดดเด่นทำให้เป็นที่ต้องการอย่างมาก การใช้งานที่ต้องการแม่เหล็กที่แข็งแรงและกะทัดรัด. การใช้แม่เหล็ก NdFeB อย่างแพร่หลายตอกย้ำความสำคัญของผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่และความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี
ขึ้นอยู่กับกระบวนการผลิตที่ใช้ แม่เหล็ก NdFeB จะถูกจัดประเภทเป็นการเผาผนึกหรือการเชื่อมติดกัน พวกเขาได้เปลี่ยนแม่เหล็กประเภทอื่นๆ ในการใช้งานผลิตภัณฑ์สมัยใหม่หลายอย่างที่ต้องใช้แม่เหล็กถาวรที่มีกำลังแรง เช่น มอเตอร์ไฟฟ้าในเครื่องมือไร้สาย ฮาร์ดดิสก์ไดรฟ์ และตัวยึดแม่เหล็ก
กระทรวงพลังงานของสหรัฐอเมริกา (DOE) ตระหนักถึงความจำเป็นในการแสวงหาทางเลือกอื่นนอกเหนือจากโลหะหายากในเทคโนโลยีแม่เหล็กถาวร และได้จัดสรรเงินทุนสำหรับการวิจัยในพื้นที่นี้ โครงการทางเลือกที่หายากของโลกในเทคโนโลยีที่สำคัญ (REACT) ซึ่งได้รับการสนับสนุนจากสำนักงานโครงการวิจัยขั้นสูงเพื่อพลังงาน (ARPA-E) ก่อตั้งขึ้นเพื่อพัฒนาวัสดุทดแทน ในปี 2011 ARPA-E ได้รับทุนสนับสนุนจำนวน 31.6 ล้านดอลลาร์สำหรับโครงการ Rare Earth Alternatives
เมื่อพิจารณาถึงบทบาทของแม่เหล็กถาวรสำหรับกังหันลม จึงมีข้อเสนอแนะว่านีโอไดเมียมจะเป็นเป้าหมายหลักในการแข่งขันทางภูมิรัฐศาสตร์ในโลกที่ใช้พลังงานหมุนเวียน อย่างไรก็ตาม มุมมองนี้ถูกวิพากษ์วิจารณ์ว่ามองข้ามความจริงที่ว่ากังหันลมส่วนใหญ่ไม่ใช้แม่เหล็กถาวร และประเมินอิทธิพลของแรงจูงใจทางเศรษฐกิจต่อการขยายการผลิตต่ำไป
เนื่องจากคุณสมบัติทางแม่เหล็กที่โดดเด่นและความคุ้มค่า วัสดุแม่เหล็กถาวร NdFeB จึงกลายเป็นผู้เล่นที่โดดเด่นในตลาดแม่เหล็กถาวรหายากของโลกอย่างรวดเร็วนับตั้งแต่ก่อตั้ง มูลค่าการส่งออกคิดเป็น 90% ของมูลค่าการส่งออกวัสดุแม่เหล็กถาวรของโลกที่หายากทั่วโลก นอกจากนี้ ด้วยการปรับปรุงอย่างต่อเนื่องในกระบวนการเตรียมการและเทคโนโลยีการผลิต ประสิทธิภาพยังคงได้รับการปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง และขอบเขตการใช้งานก็ค่อยๆ ขยายออกไป ดังนั้นขอบเขตของการใช้งานวัสดุแม่เหล็กถาวร NdFeB จึงทำหน้าที่เป็นตัวบ่งชี้ระดับความทันสมัย วัสดุแม่เหล็กถาวร NdFeB ยังคงเป็นภาคส่วนที่กำลังเติบโตในอุตสาหกรรมวัสดุหายาก
วัสดุแม่เหล็กถาวรคืออะไร
วัสดุแม่เหล็กถาวรเป็นวัสดุใช้งานที่ถูกทำให้เป็นแม่เหล็กจนอิ่มตัวภายใต้การกระทำของสนามแม่เหล็กภายนอก และยังคงคุณสมบัติแม่เหล็กไว้หลังจากที่สนามแม่เหล็กภายนอกถูกลบออก เรียกอีกอย่างว่าวัสดุแม่เหล็กแข็ง ในช่วงต้นของยุครัฐสงครามในประเทศจีน การประดิษฐ์ “ซีหนาน” (ต้นแบบของเข็มทิศ) คือการใช้บทบาทของแม่เหล็กนำทางเพื่อระบุทิศทาง
แม้ว่ามนุษยชาติจะรู้จักวัสดุแม่เหล็กมานานกว่า 2,000 ปีแล้ว แต่แม่เหล็กถาวรที่มนุษย์สร้างขึ้นเริ่มต้นด้วยการประดิษฐ์เข็มเหล็กที่เป็นแม่เหล็กในประเทศจีนในศตวรรษที่ 1930 ความก้าวหน้าที่สำคัญในการพัฒนาและการประยุกต์ใช้วัสดุแม่เหล็กเริ่มขึ้นในปลายศตวรรษที่ 1950 และต้นศตวรรษที่ 1967 ในตอนต้นของศตวรรษที่ 5 ผู้คนส่วนใหญ่ใช้เหล็กทังสเตน เหล็กคาร์บอน เหล็กโครเมียม และเหล็กโคบอลต์เป็นวัสดุแม่เหล็กถาวร ในช่วงปลายทศวรรษที่ 1 วัสดุแม่เหล็กถาวรของ Alnico ได้รับการพัฒนาอย่างประสบความสำเร็จ และจากนั้นวัสดุแม่เหล็กถาวรก็เริ่มถูกนำมาใช้ในวงกว้าง ในปี 5 แบเรียมเฟอร์ไรต์ปรากฏขึ้น ค่าใช้จ่ายของแม่เหล็กถาวรลดลง และในขณะเดียวกัน ขอบเขตการใช้งานของวัสดุแม่เหล็กถาวรก็ขยายไปสู่ความถี่สูง ในอายุหกสิบเศษ แม่เหล็กถาวรโคบอลต์ธาตุหายากได้รับการพัฒนาอย่างประสบความสำเร็จ การประยุกต์ใช้แม่เหล็กถาวรเข้าสู่ยุคใหม่ ในปี 5 มหาวิทยาลัยเดย์ตันในสหรัฐอเมริกาประสบความสำเร็จในการสร้างแม่เหล็กถาวร SmCo2 ซึ่งถือเป็นการมาถึงของยุคแม่เหล็กถาวรของธาตุหายาก จนถึงขณะนี้ วัสดุแม่เหล็กถาวรของธาตุหายากได้รับการพัฒนาตั้งแต่รุ่นแรกที่มีอัตราส่วน 17:XNUMX ประเภท SmCoXNUMX ซึ่งเป็นรุ่นที่สองของการตกตะกอนประเภทการชุบแข็ง SmXNUMXCoXNUMX ไปจนถึงรุ่นที่สามของวัสดุแม่เหล็กถาวร Nd-Fe-B
นอกจากนี้ โลหะผสม Cu-Ni-Fe, Fe-Co-V, Fe-Co-Mo, A1MnC, MnBi ยังถูกใช้เป็นวัสดุแม่เหล็กถาวรในอดีตอีกด้วย โลหะผสมเหล่านี้ไม่ค่อยมีการใช้ในโอกาสส่วนใหญ่เนื่องจากประสิทธิภาพต่ำและประสิทธิภาพด้านต้นทุนที่ต่ำ FeCrCo, AlNiCo, PtCo และโลหะผสมอื่นๆ ยังคงใช้ในบางโอกาสพิเศษ เฟอร์ไรต์ Ba, Sr ยังคงเป็นวัสดุแม่เหล็กถาวรจำนวนมากที่สุด แต่จะค่อยๆ ถูกแทนที่ด้วยวัสดุ Nd-Fe-B ในการใช้งานหลายประเภท ปัจจุบันมูลค่าส่งออกของวัสดุแม่เหล็กถาวรหายากของโลกเกินกว่าวัสดุแม่เหล็กถาวรเฟอร์ไรต์ และการผลิตวัสดุแม่เหล็กถาวรหายากของโลกได้พัฒนาเป็นอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ Nd-Fe-B ได้กลายเป็นแร่หายากที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด วัสดุแม่เหล็กถาวร Nd-Fe-B ได้กลายเป็นวัสดุแม่เหล็กถาวรชนิดหายากที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุด นอกจากนี้ยังเป็นวัสดุแม่เหล็กถาวรแม่เหล็กที่แข็งแกร่งที่สุดจนถึงปัจจุบัน
บทนำของ NdFeB
NdFeB เป็นสารประกอบแม่เหล็กถาวรของธาตุหายากที่ประกอบด้วยนีโอไดเมียมโลหะของธาตุหายาก เหล็กธาตุโลหะ โบรอนธาตุอโลหะ และธาตุเสริมอีกเล็กน้อย เช่น เพราซีโอดีเมียม ดิสโพรเซียม ไนโอเบียม อลูมิเนียม แกลเลียม ทองแดง และธาตุอื่น ๆ . แม่เหล็กถาวร NdFeB มีคุณสมบัติแม่เหล็กที่ดีเยี่ยม น้ำหนักเบา ราคาประหยัด และใช้งานได้หลากหลาย เป็นที่รู้จักในนาม "ราชาแห่งแม่เหล็ก" และเป็นวัสดุแม่เหล็กที่คุ้มค่าที่สุด
แม่เหล็กทรงพลัง NdFeB มีสนามแม่เหล็กแอนไอโซโทรปีแม่เหล็กขนาดใหญ่และโพลาไรเซชันแม่เหล็กความเข้มสูง ผลิตภัณฑ์พลังงานแม่เหล็กตามทฤษฎีของมันคือ 64MGOe คุณสมบัติทางแม่เหล็กของมันสูงกว่าเหล็กแม่เหล็กที่ผู้คนใช้ในศตวรรษที่ 100 ถึง 19 เท่า สูงกว่าเฟอร์ไรต์และอัลนิโกปกติถึง 10 เท่า การบีบบังคับและความหนาแน่นของพลังงานสูงมาก ช่วยลดขนาดของชิ้นส่วนวัสดุแม่เหล็กได้อย่างมาก นอกจากนี้ยังส่งเสริมการย่อขนาด น้ำหนักเบา การผอมบาง และประสิทธิภาพสูงของอุปกรณ์ เช่น เครื่องมือวัด มอเตอร์ไฟฟ้าอะคูสติก คอมพิวเตอร์ และโทรศัพท์มือถือ ลักษณะเหล่านี้ช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์ และส่งเสริมการสร้างอุปกรณ์พิเศษบางอย่าง NdFeB มีคุณสมบัติเชิงกลที่ดีและง่ายต่อการตัดและแปรรูป เทคโนโลยีการเตรียมมันค่อนข้างเป็นผู้ใหญ่ อุณหภูมิคูรีของแม่เหล็กนี้อยู่ที่ประมาณ 580K การใช้อุณหภูมิสูงถึง 150 องศาเซลเซียส
NdFeB ไม่มีองค์ประกอบเชิงกลยุทธ์ Co และ Ni และอุดมไปด้วยวัตถุดิบ ความคุ้มทุนที่สูงทำให้นับตั้งแต่เปิดตัว NdFeB ในปี 1983 จนถึงปี 2006 ผลผลิตก็เพิ่มสูงขึ้นเป็น 55,540 ตัน ภายในปี 2015 เพิ่มขึ้นเป็นประมาณ 130,000 ตัน วัสดุแม่เหล็กถาวร NdFeB เผามีคุณสมบัติแม่เหล็กที่ดีเยี่ยม มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เครื่องจักรไฟฟ้า อุปกรณ์ทางการแพทย์ ของเล่น บรรจุภัณฑ์ เครื่องจักรฮาร์ดแวร์ การบินและอวกาศ และการบิน
