Neodyniummagneters kemiske sammensætning og fremstilling – Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

Niels Bohr Institutet > Spørg om fysik > ? om Fysik > Neodyniummagneters kem...

24. juni 2008

Neodyniummagneters kemiske sammensætning og fremstilling

Kære "spørg om fysik"
Tak for et godt initiativ.

Mit spørgsmål drejer sig om neodymium magneter: Hvordan er sammensætningen, og hvordan er de fremstillet ?

Med venlig hilsen
C J fra Hjørring

Permanente magneter med sjældne jordarter (det er grundstofferne Cerium, Praseodyn Neodyn, Promethium, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium og Lutetium, som er kemisk næsten fuldstændig ens, og som findes sammen i jorden bl.a. ved Ytterby i Sverige) er nogen af de kraftigste der kan fremstilles. De har været dyre, men er i de sidste år faldet meget i pris. De fremstilles i hovedsagen i Kina.

De fleste af dem er sintrede sammen dvs. et passende pulver af stoffer er blandet, det opvarmes til en høj temperatur som regel under højt tryk. Det betyder, at materialet har en keramisk karakter. Man kan derfor ikke bore eller skære normalt i sådanne magneter, de vil ofte gå i småstumper, hvis man forsøger, det samme gælder, hvis de tabes. De er i øvrigt meget hårde. Man indlægger derfor ofte materialet med en metalkasse som beskyttelse. Magneterne kan fås efter kundespecifikationer i form og størrelse. De bruges meget i små elektromotorer og i legetøj.

Neodyniummagneterne har en formel som kan skrives: Nd2Fe14B dvs. 2 dele Neodynium til 14 dele Jern og 1 del Bor. Den næsten lige så stærke Samarium-Kobolt-magnet er SmCo5 dvs. 1 del Samarium til 5 dele Kobolt. En anden legering, som har været anvendt i de seneste år er Sm2Co17, som har en endnu en lille smule kraftigere (næsten som Neodynium-magneterne). Denne legering kræver dog en lidt mere kompliceret præparationsteknik, for at de gode egenskaber kommer til udtryk.

Neodynium magneter kan have det man kalder en remanens på op til 1,5 T (Tesla). Remanensen er et mål for, hvor kraftige magnetfelter, man kan opnå. Almindelige gammeldags magneter kan være mere end 100 gange svagere. Energiindholdet i magneten kan være op til ca. 430 J/m3. Det er ikke en energi, som uden videre kan fås ud, men er igen et mål for hvor kraftig magneten er.

Neodynium magneterne ødelægges ved længere ophold i temperaturer, der er imellem 80 og 200 graders celsius lidt afhængig af fremstillingsprocessen. De bliver umagnetiske (Curie punkt) ved kortvarig opvarmning til 310 - 340 graders Celsius. Densiteten er omkring 7400 kg/m3. De er ikke helt stabile i luft og kan nedbrydes, hvis de ikke er beskyttede.  Samarium-Kobolt-magneterne har til gengæld for en lidt mindre remanens en væsentlig bedre bestandighed overfor varmepåvirkninger (og kemiske påvirkninger), idet deres Curie-punkt ligger så højt som ca. 600 grader Celsius. Det betyder, at disse i princippet vil kunne steriliseres f.eks. vha. autoklavering. Magneter af den type er anvendt af Niels Bohr Instituttet til en del af de forsøg, som Marsgruppen har kørende og har haft kørende på Mars, på de mange missioner den har deltaget i.


Med venlig hilsen
Malte Olsen, lektor