Neodym-Magnete

Neuer Fertigungsprozess für noch stärkere Neodym-Magnete

| Redakteur: Thomas Kuther

Neodym-Magnete sind stärker als alle anderen – die Ansprüche an sie steigen aber dennoch ständig weiter. Ein neues Produktionsverfahren bringt nun deutliche Verbesserungen.

Seit ihrer kommerziellen Einführung im Jahre 1983 gelten Neodym-Magnete (gesinterte Neodym-Eisen-Bor-Magnete, TDK Produktname: NEOREC) als die stärksten Magneten. Die Nachfrage wächst ständig, z.B. für Aktoren zur Steuerung der Magnetköpfe von Festplatten, Motoren in industriellen Anlagen und energiesparenden Geräten sowie für die Antriebsmotoren von Hybrid- und Elektrofahrzeugen.

Magnete aus knappen Werkstoffen

Neodym-Magnete bestehen aus zwei besonders knappen und entsprechend teuren Seltenerdmetallen: Nd (Neodym) und Dy (Dysprosium). Um die Koerzitivkraft der Magnete zu erhöhen, hat TDK das HAL-Herstellungsverfahren (High-Anisotropy field Layer) entwickelt, das den Verbrauch von Dy drastisch reduziert und die magnetischen Eigenschaften weiter verbessert. Eine Leistungsverbesserung der Magnete wurde mit einer optimalen Diffusion von Mindestmengen an Dy in Neodym-Magnetsubstrate erreicht.

Von Samarium-Kobalt- zu Neodym-Magneten

Die ersten Seltenerd-Magneten – die in den 1960er Jahren entwickelten Samarium-Kobalt-Magnete – beeindruckten als richtungweisende und innovative Magnetart, die Legierungsmagneten deutlich überlegen waren. Damals waren noch Alnico- oder Legierungsmagnete die stärksten erhältlichen Magnete und ermöglichten die Produktion leichterer und kompakterer elektronischer Geräte wie den tragbaren Audio-Player.

Auf der Suche nach Magneten anderer Zusammensetzung

Da jedoch die Versorgungssicherheit dieser Elemente nicht gewährleistet war – Samarium war als Seltenerdelement knapp und Kobalt konnte nur in bestimmten Regionen abgebaut werden – forschten Wissenschaftler aus aller Welt an Seltenerd-Magneten mit einer anderen Zusammensetzung.

Neodym ist das dritthäufigste Element der Seltenen Erden

Als Ergebnis dieser Bemühungen wurde ein Neodym-Magnet entwickelt, der anstatt Samarium, Neodym oder Kobalt das kostengünstige Element Eisen verwendete. Neodym ist nach Cer und Lanthan das dritthäufigste Element der Seltenen Erden in der Erdkruste, wobei mehr als zehnmal so viel von diesem Mineral als Samarium abgebaut wird.

Ergänzendes zum Thema
 
Die Hauptmerkmale des HAL-Verfahrens

Nicht nur Elemente der Eisengruppe sind magnetisch

Ferromagnetismus bezieht sich auf die Eigenschaft von Elementen, von einem Magneten angezogen zu werden. Und während die meisten Vertreter dieser Ferromagnetika zur Eisen-Gruppe der Elemente gehören (Eisen, Kobalt und Nickel) zeigen auch einige Elemente der Seltenen Erden Ferromagnetismus.

Kombination der Funktionen von 3d- und 4f-Elektronen

Das magnetische Verhalten eines Magneten lässt sich auf das magnetische Moment seiner Elektronen zurückführen. In den Elementen der Eisen-Gruppe tragen die Elektronen in der 3d-Schale das magnetische Moment, während bei den Seltenen Erden Elektronen in der 4f-Schale beteiligt sind. Seltenerd-Magnete basieren auf einer genialen Kombination der Funktionen von 3d-Elektronen der Eisengruppe-Elemente und den 4f-Elektronen der Elemente der Seltenen Erden.

Magnete aus einer Verbindung von Neodym, Eisen und Bor

Ein Neodym-Magnet ist eine aus drei Elementen bestehende intermetallische Verbindung mit Neodym, Eisen und Bor im Grundverhältnis von 2:14:1. Das nichtmagnetische Element Bor wird verwendet, um den interatomaren Abstand von Eisen etwas zu erhöhen. Durch diesen besonderen interatomaren Abstand wird die Ausrichtung des magnetischen Moments der Elektronen fixiert, so dass aus dem Metall ein starker Magnet wird.

Neodym-Magnete werden geformt und anschließend gebacken

Ähnlich elektrokeramischen Werkstoffen, werden gesinterte Neodym-Magnete durch das Formen und „Backen“ hochreiner Rohstoffe hergestellt. Daher stellt ein Neodym-Magnet einen polykristallinen Körper dar, der aus einer großen Anzahl von feinen kristallinen Partikeln auf Nd2Fe14B-Basis besteht.

Neodym-Magnete werden immer leistungsfähiger

Seit ihrer Markteinführung ab 1983 wurden die Eigenschaften von Neodym-Magneten jedes Jahr weiter verbessert. Das höchste maximale Energieprodukt (BH)max – eine Kenngröße der magnetischen Leistung – dieser Magnete lag ursprünglich zwischen 30 und 40 MGOe (Mega-Gauss Oersted). Heutige Magnete erreichen bis zu 59 MGOe im Labor, während in der Massenfertigung Neodym-Magnete 55 MGOe oder mehr liefern. Diese Fortschritte sind das Ergebnis von verbesserten Werkstoff- und Produktionstechnologien.

Inhalt des Artikels:

Kommentar zu diesem Artikel abgeben
Da immer wieder gefragt wir, wo man Neodym Magnete beziehen kann, hier ein Linktip: Neodym...  lesen
posted am 14.02.2014 um 18:45 von Unregistriert

Wäre noch interessant zu wissen, wieviel GOe ein früherer Fe-Magnet erreichte. Eine Zahl alleine...  lesen
posted am 12.12.2012 um 04:56 von Unregistriert

Der Beitrag über den Neodym-Magnetismus fand ich sehr gut, da dieser einen Einblick über das...  lesen
posted am 15.12.2011 um 08:16 von Dieter.breuer


Mitdiskutieren
copyright

Dieser Beitrag ist urheberrechtlich geschützt. Sie wollen ihn für Ihre Zwecke verwenden? Infos finden Sie unter www.mycontentfactory.de (ID: 30170930 / Passive Bauelemente)