เอสเอ็มเฟน ซาแมเรียม เหล็ก ไนโตรเจน ธาตุหายาก วัสดุแม่เหล็กถาวร

http://www.แม่เหล็ก-ตลอดไป.คอม

ในปี 1990 ศาสตราจารย์ โคอี้ จากไอร์แลนด์ได้สังเคราะห์สารประกอบอินเตอร์เมทัลลิก RE2Fe17Nx โดยใช้ปฏิกิริยาระหว่างก๊าซและของแข็ง จากการวิจัยพบว่าสารประกอบ Sm2Fe17Nx มีคุณสมบัติทางแม่เหล็กในตัวที่ยอดเยี่ยม ซึ่งถือเป็นการถือกำเนิดของวัสดุแม่เหล็กถาวรธาตุหายาก เอสเอ็มเฟน ผลิตภัณฑ์พลังงานแม่เหล็กสูงสุดตามทฤษฎีของแม่เหล็กถาวรไนโตรเจนเหล็กซาแมเรียมถึง 62 เอ็มจีโออี (ต่ำกว่า Nd2Fe14B เล็กน้อยที่ 64 เอ็มจีโออี) และแรงบังคับแม่เหล็กและอุณหภูมิคูรีของแม่เหล็กนี้สูงกว่าโบรอนเหล็กนีโอดิเมียมมาก ทำให้แม่เหล็กชนิดนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง เช่น มอเตอร์

นอกจากคุณสมบัติทางแม่เหล็กโดยรวมที่ยอดเยี่ยมแล้ว ไนโตรเจนเหล็กซามาเรียมยังมีคุณสมบัติต้านทานการกัดกร่อนและออกซิเดชันที่ดี และเมื่อเทียบกับโคบอลต์ซามาเรียมแล้ว ไนโตรเจนเหล็กซามาเรียมไม่มีธาตุโลหะที่สำคัญ เมื่อเปรียบเทียบกับโบรอนเหล็กนีโอดิเมียม ไนโตรเจนเหล็กซามาเรียมไม่จำเป็นต้องใช้ธาตุหายากราคาแพง เช่น เพรซีโอดิเมียม นีโอดิเมียม ดิสโพรเซียม และเทอร์เบียม (ซึ่งมีปริมาณซามาเรียมค่อนข้างสูงและราคาถูก) และตอบสนองเงื่อนไขต่างๆ ได้อย่างเต็มที่เพื่อกลายมาเป็นวัสดุแม่เหล็กถาวรชนิดใหม่ แนวโน้มที่น่าดึงดูดใจทำให้ไนโตรเจนเหล็กซามาเรียมกลายเป็นหัวข้อที่ร้อนแรงที่สุดในการวิจัยและพัฒนาวัสดุแม่เหล็กถาวร นับตั้งแต่ โคอี้ และคณะค้นพบวัสดุแม่เหล็กถาวรธาตุหายาก Sm2Fe17Nx ก็มีการวิจัยเกี่ยวกับวัสดุแม่เหล็กถาวร Sm2Fe17Nx อย่างรวดเร็วทั่วโลก โดยมีห้องปฏิบัติการหลายร้อยแห่งลงทุนในพื้นที่นี้ในเวลานั้น แต่การทดลองชุดต่อมาพิสูจน์ให้เห็นว่าวัสดุแม่เหล็กถาวรนี้ไม่ประสบความสำเร็จบนเส้นทางของการพัฒนาอุตสาหกรรม และเกิดสถานการณ์ของการวิจัยทั้งแบบร้อนและแบบเย็น

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของอุตสาหกรรมยานยนต์และการย่อขนาดและน้ำหนักเบาของเครื่องใช้ไฟฟ้า ผู้คนจึงได้เสนอข้อกำหนดด้านอุณหภูมิสิ่งแวดล้อมและประสิทธิภาพแม่เหล็กที่สูงขึ้นสำหรับแม่เหล็กถาวร วัสดุแม่เหล็กถาวร Sm2Fe17Nx ของแรร์เอิร์ธ ซึ่งเป็นวัสดุแม่เหล็กถาวรที่มีเสถียรภาพด้านอุณหภูมิที่ดีและคุณสมบัติแม่เหล็กที่ยอดเยี่ยม ได้ดึงดูดความสนใจของผู้คนอีกครั้งถึงมูลค่าการใช้งานที่มีศักยภาพ วัสดุแม่เหล็กถาวร Sm2Fe17Nx ยังนำไปสู่แนวโน้มการวิจัยและพัฒนาใหม่ เนื่องจากการพัฒนาและการใช้แรร์เอิร์ธอย่างกว้างขวาง ทำให้ราคาสูงขึ้น การเพิ่มขึ้นของราคา เอ็นดี ทำให้ต้นทุนการผลิต เอ็นดี-เฟ-B เพิ่มขึ้น ในขณะที่แรร์เอิร์ธ เอสเอ็ม อยู่ในสถานะส่วนเกิน การพัฒนา เอสเอ็ม-เฟ-N มีประโยชน์ในการลดต้นทุนและเสริมสร้างการใช้ประโยชน์จากทรัพยากรแรร์เอิร์ธอย่างครอบคลุม ดังนั้น เอสเอ็ม-เฟ-N จึงมีแนวโน้มที่จะมาแทนที่ เอ็นดี-เฟ-B และกลายเป็นวัสดุแม่เหล็กถาวรแรร์เอิร์ธรุ่นที่สี่ตามที่คาดไว้ ทั้งในแง่ของคุณสมบัติแม่เหล็กและต้นทุนการผลิต

หลังจากการวิจัยและสำรวจมานานกว่า 20 ปี ปัญหาการผลิต เอสเอ็ม-เฟ-N ในระดับอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ยังไม่ได้รับการแก้ไข การวิจัยพบว่า เอสเอ็ม-เฟ-N จะสลายตัวเป็น เอสเอ็มเอ็น และ เฟ ที่อุณหภูมิสูงกว่า 873K ทำให้สูญเสียคุณสมบัติแม่เหล็กถาวร ซึ่งจำกัดการใช้งานในแม่เหล็กเผาอย่างมาก ปัจจุบัน เอสเอ็ม-เฟ-N ใช้ได้เฉพาะในการเตรียมแม่เหล็กที่ฉีดขึ้นรูป แม่เหล็กที่เชื่อมติดกัน และแม่เหล็กยางเท่านั้น ในช่วงแรก สารประกอบอินทรีย์ เช่น ไนลอนและเรซินอีพอกซีถูกใช้เป็นสารยึดเกาะ อย่างไรก็ตาม สารยึดเกาะเหล่านี้สามารถใช้ได้ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 200 ℃ และไม่สามารถใช้ข้อได้เปรียบของ Sm2Fe17Nx ในอุณหภูมิสูงได้อย่างเต็มที่ ดังนั้น วิธีการพัฒนากระบวนการและการพัฒนาสารยึดเกาะชนิดใหม่จึงเป็นกุญแจสำคัญในการแข่งขันระหว่างแม่เหล็ก Sm2Fe17Nx และแม่เหล็ก เอ็นดี-เฟ-B ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา โลหะที่มีจุดหลอมเหลวต่ำบางชนิดได้รับความสนใจอย่างกว้างขวาง และผู้คนใช้โลหะที่มีจุดหลอมเหลวต่ำ เช่น สังกะสี และ สแน เป็นสารยึดเกาะ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากการใช้โลหะที่มีจุดหลอมเหลวต่ำ เช่น สังกะสี เป็นสารยึดเกาะ ความแข็งแรงของแม่เหล็กอิ่มตัวจึงลดลง ส่งผลให้ค่าสูงสุด (บีเอช) ต่ำลง จะเห็นได้ว่าการจะใช้ประโยชน์จากประสิทธิภาพของ Sm2Fe17Nx ได้อย่างเต็มที่ จำเป็นต้องค้นหาสารยึดเกาะที่ดี ในขณะเดียวกัน การเตรียมแม่เหล็กที่มีความหนาแน่น Sm2Fe17Nx ยังคงเป็นงานที่นักวิจัยพยายามทำอยู่ เนื่องจากแม่เหล็กที่มีความหนาแน่นสามารถแสดงคุณสมบัติทางแม่เหล็กเชิงทฤษฎีได้ดีกว่า

ตามสถิติของ ประเทศญี่ปุ่น กาว แม่เหล็ก สมาคม จากประสิทธิภาพแม่เหล็กสูง ความต้านทานการกัดกร่อนสูง ความต้านทานการล้างแม่เหล็กที่อุณหภูมิสูง และข้อได้เปรียบด้านอิสระในการขึ้นรูปที่ดีของวัสดุแม่เหล็กไนโตรเจนเหล็กซาแมเรียม ทิศทางการใช้งานส่วนใหญ่อยู่ในสาขาการสื่อสารข้อมูล การผลิตในอุตสาหกรรม เครื่องใช้ไฟฟ้าในครัวเรือน และยานยนต์ รวมไปถึงลำโพง/ลำโพง มอเตอร์ชัตเตอร์กล้อง มอเตอร์แกนหมุน การดูดซับดิสก์ ลูกกลิ้งแม่เหล็ก มอเตอร์พัดลม เครื่องยนต์เชิงเส้น อุปกรณ์เครื่องจักรอัตโนมัติเต็มรูปแบบ มอเตอร์ความเร็วสูง เครื่องปรับอากาศ มอเตอร์ในครัวเรือน เซ็นเซอร์แม่เหล็ก ปั๊ม เครื่องจักรเสริม ฯลฯ

ปัจจุบัน Sm2Fe17Nx ได้พัฒนาก้าวหน้าอย่างมากในการเตรียมและใช้งานแม่เหล็กแบบยึดติด แต่การเพิ่มความหนาแน่นยังคงเป็นเป้าหมายที่ผู้ปฏิบัติงานด้านวัสดุแม่เหล็กหลายคนมุ่งหวัง เมื่อพัฒนากระบวนการเตรียมที่เหมาะสมแล้ว อาจเป็นไปได้ที่จะบรรลุคุณสมบัติทางแม่เหล็กเชิงทฤษฎีและเร่งกระบวนการนำแม่เหล็กซาแมเรียมเหล็กไนไตรด์ออกสู่ตลาด