Инновационные магниты для "зелёных" технологий

Исследователи разработали новаторский метод производства постоянных магнитов, превосходящий традиционные подходы. Эта разработка значительно усовершенствует технологию диффузии, ключевую для повышения магнитных характеристик, и открывает новые перспективы для применения высокоэффективных магнитов в экологически чистых отраслях, таких как электромобили, ветряные турбины и робототехника.

Стремительный рост сегментов электромобилей и ветроэнергетики стимулирует повышенный спрос на мощные постоянные магниты, способные стабильно работать при высоких температурах. Ярким примером служат неодимовые (Nd-Fe-B) магниты, широко используемые в двигателях электромобилей. Однако при экстремальных температурах их магнитные свойства снижаются, что требует добавления тяжелых редкоземельных элементов, таких как тербий (Tb) и диспрозий (Dy), для поддержания прочности. Сложность заключается в редкости и высокой стоимости этих элементов.

Для решения данной проблемы активно применяется процесс диффузии по границам зерен. Эта методика улучшает магнитные характеристики путем инфильтрации небольшого количества тяжелого редкоземельного материала на поверхность магнита. Однако диффузия в этом процессе ограничивается поверхностным слоем и не проникает вглубь магнита, что затрудняет применение для толстых образцов.

Чтобы преодолеть это ограничение, команда исследователей объединила искровую плазменную спекание — передовую технологию производства — с процессом диффузии по границам зерен. Предварительно смешивая диффузионный материал на стадии изготовления магнита из порошка, удалось добиться равномерной диффузии по всему объему магнита. В результате глубина диффузии заметно увеличилась по сравнению с существующими методами, что позволило создать структуру «сердцевина-оболочка», обеспечивающую равномерные и улучшенные магнитные характеристики.

Примечательно, что при том же количестве редкоземельного материала новый процесс достиг более высокой эффективности диффузии и значительно улучшил общие показатели. Это достижение позволяет производить более компактные и легкие магниты, сохраняя при этом высокую магнитную силу. Ожидается, что это будет способствовать миниатюризации, снижению веса и повышению энергоэффективности двигателей электромобилей. Кроме того, процесс демонстрирует большой потенциал для применения в крупномасштабных магнитах.

Ведущий научный сотрудник доктор Донгван Ким отметил: «Данное исследование представляет метод, который преодолевает ограничения традиционной технологии диффузии по границам зерен, обеспечивая равномерную производительность по всему магниту. Это внесет значительный вклад в разработку высокоэффективных постоянных магнитов, необходимых в экологически чистых энергетических отраслях, таких как электромобили и ветроэнергетика».