იშვიათი დედამიწის მუდმივი მაგნიტების ისტორია ძრავებისთვის

იშვიათი დედამიწის ელემენტები (იშვიათი დედამიწის მუდმივი მაგნიტები) არის 17 მეტალის ელემენტი პერიოდული ცხრილის შუაში (ატომური რიცხვები 21, 39 და 57-71), რომლებსაც აქვთ უჩვეულო ფლუორესცენტური, გამტარი და მაგნიტური თვისებები, რაც მათ შეუთავსებელს ხდის უფრო გავრცელებულ მეტალებთან, როგორიცაა რკინა) ძალიან სასარგებლოა, როდესაც შენადნობი ან შერეული მცირე რაოდენობით. გეოლოგიურად რომ ვთქვათ, იშვიათი დედამიწის ელემენტები არ არის განსაკუთრებით იშვიათი. ამ ლითონების საბადოები გვხვდება მსოფლიოს ბევრ კუთხეში და ზოგიერთი ელემენტი არის დაახლოებით იგივე რაოდენობით, როგორც სპილენძი ან კალა. თუმცა, იშვიათი დედამიწის ელემენტები არასოდეს ყოფილა ნაპოვნი ძალიან მაღალ კონცენტრაციებში და ხშირად შერეულია ერთმანეთთან ან რადიოაქტიურ ელემენტებთან, როგორიცაა ურანი. იშვიათი დედამიწის ელემენტების ქიმიური თვისებები ართულებს მიმდებარე მასალებისგან განცალკევებას და ეს თვისებები ასევე ართულებს მათ გაწმენდას. წარმოების ამჟამინდელი მეთოდები მოითხოვს დიდი რაოდენობით საბადოს და წარმოქმნის დიდი რაოდენობით სახიფათო ნარჩენებს იშვიათი მიწიერი ლითონების მხოლოდ მცირე რაოდენობით მოსაპოვებლად, დამუშავების მეთოდების ნარჩენებით, მათ შორის რადიოაქტიური წყალი, ტოქსიკური ფტორი და მჟავები.

ყველაზე ადრეული მუდმივი მაგნიტები აღმოჩენილი იყო მინერალები, რომლებიც უზრუნველყოფდნენ სტაბილურ მაგნიტურ ველს. მე-19 საუკუნის დასაწყისამდე მაგნიტები მყიფე, არასტაბილური და ნახშირბადოვანი ფოლადისაგან იყო დამზადებული. 1917 წელს იაპონიამ აღმოაჩინა კობალტის მაგნიტის ფოლადი, რამაც გაუმჯობესდა. მუდმივი მაგნიტების მოქმედება აგრძელებდა გაუმჯობესებას მათი აღმოჩენის შემდეგ. 1930-იან წლებში Alnicos-ისთვის (Al/Ni/Co შენადნობები) ეს ევოლუცია გამოიხატებოდა გაზრდილი ენერგეტიკული პროდუქტის (BH)max მაქსიმალურ რაოდენობაში, რამაც მნიშვნელოვნად გააუმჯობესა მუდმივი მაგნიტების ხარისხის ფაქტორი და მაგნიტების მოცემული მოცულობისთვის, მაქსიმალური ენერგიის სიმკვრივე შეიძლება გარდაიქმნას სიმძლავრეზე, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას მანქანებში მაგნიტების გამოყენებით.

პირველი ფერიტის მაგნიტი შემთხვევით აღმოაჩინეს 1950 წელს ფიზიკის ლაბორატორიაში, რომელიც ეკუთვნის Philips Industrial Research-ს ნიდერლანდებში. ასისტენტმა შეცდომით მოახდინა ის სინთეზირება - მას უნდა მოემზადებინა მეორე ნიმუში ნახევარგამტარ მასალად შესასწავლად. აღმოჩნდა, რომ ის რეალურად მაგნიტური იყო, ამიტომ გადაეცა მაგნიტური კვლევის ჯგუფს. იმის გამო, რომ მისი კარგი შესრულება, როგორც მაგნიტი და დაბალი წარმოების ღირებულება. როგორც ასეთი, ეს იყო Philips-ის მიერ შემუშავებული პროდუქტი, რომელმაც აღნიშნა მუდმივი მაგნიტების გამოყენების სწრაფი ზრდის დასაწყისი.

1960-იან წლებში პირველი იშვიათი დედამიწის მაგნიტები(იშვიათი დედამიწის მუდმივი მაგნიტები)მზადდებოდა ლანთანიდის ელემენტის, იტრიუმის შენადნობებისაგან. ისინი არიან უძლიერესი მუდმივი მაგნიტები მაღალი გაჯერების მაგნიტიზაციით და დემაგნიტიზაციის კარგი გამძლეობით. მიუხედავად იმისა, რომ ისინი ძვირი, მყიფე და არაეფექტურია მაღალ ტემპერატურაზე, ისინი იწყებენ ბაზარზე დომინირებას, რადგან მათი აპლიკაციები უფრო აქტუალური ხდება. პერსონალური კომპიუტერების მფლობელობა ფართოდ გავრცელდა 1980-იან წლებში, რაც გულისხმობდა მყარ დისკებზე მუდმივ მაგნიტებზე დიდ მოთხოვნას.

შენადნობები, როგორიცაა სამარიუმი-კობალტი, შეიქმნა 1960-იანი წლების შუა პერიოდში გარდამავალი ლითონებისა და იშვიათი მიწების პირველი თაობის გამოყენებით, ხოლო 1970-იანი წლების ბოლოს კობალტის ფასი მკვეთრად გაიზარდა კონგოში არასტაბილური მიწოდების გამო. იმ დროს ყველაზე მაღალი სამარიუმ-კობალტის მუდმივი მაგნიტები (BH)max იყო და კვლევით საზოგადოებას ეს მაგნიტები უნდა შეეცვალა. რამდენიმე წლის შემდეგ, 1984 წელს, Nd-Fe-B-ზე დაფუძნებული მუდმივი მაგნიტების შემუშავება პირველად შემოგვთავაზა საგავამ და სხვებმა. ფხვნილის მეტალურგიის ტექნოლოგიის გამოყენებით Sumitomo Special Metals-ში, General Motors-ის დნობის დაწნვის პროცესის გამოყენებით. როგორც ქვემოთ მოცემულ სურათზეა ნაჩვენები, (BH)max გაუმჯობესდა თითქმის ერთი საუკუნის განმავლობაში, დაწყებული ≈1 MGOe ფოლადისთვის და მიაღწია დაახლოებით 56 MGOe NdFeB მაგნიტებისთვის ბოლო 20 წლის განმავლობაში.

სამრეწველო პროცესებში მდგრადობა ბოლო დროს გახდა პრიორიტეტი და იშვიათი დედამიწის ელემენტები, რომლებიც აღიარებულია ქვეყნების მიერ ძირითად ნედლეულად მათი მაღალი მიწოდების რისკისა და ეკონომიკური მნიშვნელობის გამო, გახსნა არეები ახალი იშვიათი დედამიწისგან თავისუფალი მუდმივი მაგნიტების კვლევისთვის. კვლევის ერთ-ერთი შესაძლო მიმართულებაა გადავხედოთ ყველაზე ადრე განვითარებულ მუდმივ მაგნიტებს, ფერიტის მაგნიტებს და შემდგომ შევისწავლოთ ისინი ბოლო ათწლეულების განმავლობაში არსებული ყველა ახალი ხელსაწყოებისა და მეთოდების გამოყენებით. ახლა რამდენიმე ორგანიზაცია მუშაობს ახალ კვლევით პროექტებზე, რომლებიც იმედოვნებენ, რომ იშვიათი დედამიწის მაგნიტები უფრო მწვანე, უფრო ეფექტური ალტერნატივებით ჩაანაცვლებენ.