모터용 희토류 영구자석의 역사

희토류 원소(희토류 영구 자석)는 주기율표의 중간에 있는 17개의 금속 원소(원자 번호 21, 39 및 57-71)로서 특이한 형광성, 전도성 및 자기 특성을 가지고 있어 철과 같은 보다 일반적인 금속과 호환되지 않습니다. 소량으로 합금되거나 혼합됩니다. 지질학적으로 희토류 원소는 특별히 희귀하지 않습니다. 이러한 금속의 퇴적물은 세계 여러 곳에서 발견되며 일부 원소는 구리나 주석과 거의 같은 양으로 존재합니다. 그러나 희토류 원소는 매우 높은 농도로 발견된 적이 없으며 종종 서로 또는 우라늄과 같은 방사성 원소와 혼합됩니다. 희토류 원소의 화학적 성질은 주변 물질과 분리하기 어렵고 정제하기도 어렵습니다. 현재의 생산 방식은 다량의 광석을 필요로 하고 방사성수, 유독성 불소, 산 등의 처리 방식에서 발생하는 폐기물과 함께 소량의 희토류 금속만을 추출하기 위해 많은 양의 유해 폐기물을 발생시킵니다.

가장 초기에 발견된 영구 자석은 안정적인 자기장을 제공하는 광물이었습니다. 19세기 초까지 자석은 깨지기 쉽고 불안정했으며 탄소강으로 만들어졌습니다. 1917년 일본은 개량된 코발트 자석강을 발견했습니다. 영구 자석의 성능은 발견 이후 계속해서 향상되었습니다. 1930년대 Alnicos(Al/Ni/Co 합금)의 경우, 이러한 진화는 영구 자석의 품질 계수를 크게 개선한 에너지 곱(BH)max의 최대 증가로 나타났으며, 주어진 부피의 자석에 대해 최대 에너지 밀도는 자석을 사용하는 기계에서 사용할 수 있는 전력으로 변환될 수 있습니다.

최초의 페라이트 자석은 1950년 네덜란드의 Philips Industrial Research에 속한 물리학 실험실에서 우연히 발견되었습니다. 조수가 실수로 그것을 합성했습니다. 그는 반도체 재료로 연구하기 위해 다른 샘플을 준비해야했습니다. 실제로 자성이 있는 것으로 밝혀져 자성 연구팀에 전달됐다. 자석으로서의 우수한 성능과 낮은 생산 비용으로 인해. 이처럼 영구자석의 급속한 사용 증가의 시작을 알린 것은 필립스가 개발한 제품이었다.

1960년대 최초의 희토류 자석(희토류 영구 자석)란타나이드 원소인 이트륨의 합금으로 만들어졌습니다. 포화 자화가 높고 감자에 대한 내성이 우수한 가장 강력한 영구 자석입니다. 비싸고 깨지기 쉬우며 고온에서 비효율적이지만 응용 분야가 더욱 관련성이 높아짐에 따라 시장을 지배하기 시작했습니다. 개인용 컴퓨터의 소유는 1980년대에 널리 퍼졌고, 이는 하드 드라이브용 영구 자석에 대한 높은 수요를 의미했습니다.

사마륨-코발트와 같은 합금은 1960년대 중반 전이금속과 희토류 1세대와 함께 개발되었고, 1970년대 후반에는 콩고의 수급 불안정으로 코발트 가격이 급등했다. 그 당시 가장 높은 사마륨-코발트 영구자석(BH)max가 가장 높았고 연구 커뮤니티는 이러한 자석을 교체해야 했습니다. 몇 년 후인 1984년에 Sagawa 등에 의해 Nd-Fe-B 기반 영구 자석의 개발이 처음 제안되었습니다. Sumitomo Special Metals의 분말 야금 기술과 General Motors의 용융 방사 공정을 사용합니다. 아래 그림에서 볼 수 있듯이 (BH)max는 지난 20년 동안 강철의 경우 약 1 MGOe에서 시작하여 NdFeB 자석의 경우 약 56 MGOe에 도달하면서 거의 100년 동안 개선되었습니다.

최근 산업 공정의 지속 가능성이 최우선 과제가 되었으며, 높은 공급 위험과 경제적 중요성으로 인해 국가에서 핵심 원료로 인정받은 희토류 원소는 새로운 희토류 없는 영구 자석에 대한 연구 영역을 열었습니다. 가능한 연구 방향 중 하나는 가장 초기에 개발된 영구 자석인 페라이트 자석을 되돌아보고 최근 수십 년 동안 사용할 수 있는 모든 새로운 도구와 방법을 사용하여 추가로 연구하는 것입니다. 현재 여러 조직에서 희토류 자석을 보다 친환경적이고 효율적인 대안으로 대체하고자 하는 새로운 연구 프로젝트를 진행하고 있습니다.