Ученые предложили доступную альтернативу редкоземельным магнитам
С помощью новой технологии российские ученые впервые получили материал для изготовления более стабильных постоянных магнитов, способных заменить дорогостоящие аналоги с редкоземельными элементами. Разработка перспективна для применения в электронике, аудио- и бытовой технике, а также автомобилестроении и промышленности.
Постоянные магниты широко используются в электронике, медицинской технике, датчиках, генераторах, системах управления двигателями, различных механизмах автоматизации, для упаковки и удержания металлических деталей.
В зависимости от назначения магниты чаще всего изготавливаются из сплава неодим-железо-бор или гексагональных ферритов бария или стронция.
Неодимовые магниты — наиболее мощные, но ферритовые значительно дешевле, доступнее и устойчивее к химическим воздействиям и коррозии. Сейчас актуальной задачей является улучшение характеристик ферритовых магнитов, чтобы заменить ими неодимовые.
Исследователи НИТУ МИСИС и Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН предложили свою альтернативу дорогостоящим редкоземельным магнитам.
Сперва они получили порошок из нанопластинок гексаферрита бария дисковидной формы, обладающий высокой коэрцитивной силой — величиной напряженности внешнего магнитного поля, необходимой для перемагничивания вещества.
«В среднем коэрцитивная сила коммерчески доступных и широко используемых марок ферритов бария составляет до 4 кЭ, реже — 5 кЭ. Полученный нами порошок обладает коэрцитивной силой 5,6 кЭ, благодаря чему превосходит большинство известных аналогов», — отметил к.т.н. Андрей Тимофеев, доцент кафедры технологии материалов электроники НИТУ МИСИС.
Чтобы получить магнит, порошок нужно спечь — подвергнуть высокотемпературной обработке (1100-1300°C) для формирования объемного керамического изделия. При этом частицы начинают срастаться, а их размеры — увеличиваться, что приводит к уменьшению коэрцитивной силы. Для решения этой проблемы исследователи применили технологию жидкофазного спекания, при которой ферритовый порошок предварительно смешивается с легкоплавкой добавкой. При нагреве она становится жидкой и заполняет поры между твердыми частицами, способствуя их перераспределению и уплотнению. После охлаждения жидкая фаза затвердевает, формируя плотный и прочный материал.
Исследователи добавляли к ферритовым частицам оксид висмута или оксид бора в различном количестве, а затем полученную смесь формовали и спекали при 900°C. Несмотря на некоторый рост размеров частиц, были получены прочные керамические образцы, сохранившие коэрцитивную силу на высоком уровне — 5,3 кЭ.
«Ученые давно пытаются улучшить магнитные характеристики гексаферритов с помощью различных методов. Уникальность нашей разработки в объединении нескольких технологий. Первая — получение нанопластинок гексаферрита определенной формы, которое требует специальных условий синтеза. Вторая — низкотемпературное спекание, с помощью которого получается керамика с сохранением магнитных параметров исходного порошка. Данный материал в дальнейшем может быть использован для создания более эффективных ферритовых магнитов», — сказал к.т.н. Андрей Миронович, доцент кафедры технологии материалов электроники НИТУ МИСИС.
Подробности исследования опубликованы в научном журнале Russian Journal of Inorganic Chemistry. Работа выполнена в рамках стратегического проекта НИТУ МИСИС «Материалы будущего» по программе «Приоритет-2030» (проект K6-2022-043).
Об университете
Университет науки и технологий МИСИС – ведущий вуз страны в области создания, внедрения и применения новых технологий и материалов. Опираясь на вековые традиции признанных в России и мире научных школ, современные образовательные технологии, университет ставит перед собой задачу внести максимальный вклад в развитие экономики за счет прорывных разработок и качественной подготовки специалистов.
В вузе действует 48 научно-исследовательских лабораторий и инжиниринговых центров мирового уровня, в которых работают ведущие российские и зарубежные ученые. В состав университета входят 79 институтов и 6 филиалов – четыре в России и два за рубежом. В вузе более 237 000 обучающихся, среди студентов – граждане 85 стран. Университет МИСИС сотрудничает более чем с 1600 крупнейшими компаниями России и мира – лидерами в своих отраслях.
Официальный сайт вуза – https://misis.ru/
