ทำความเข้าใจเกี่ยวกับวัสดุที่มีความแข็งแรงเป็นพิเศษ—NdFeB

กระบวนการเตรียมแม่เหล็กถาวรธาตุหายาก (Rare Earth) ด้วยวิธีซินเทอร์ (Sintered NdFeB) ถือเป็นกระบวนการเตรียมแม่เหล็กยุคแรกสุดและใช้งานได้อย่างกว้างขวางที่สุด เป็นตัวขับเคลื่อนการพัฒนาวัสดุแม่เหล็กถาวรธาตุหายากอย่างรวดเร็ว แม่เหล็กถาวร NdFeB ด้วยวิธีซินเทอร์ (Sintered NdFeB) ที่มีคุณสมบัติแอนไอโซทรอปีแม่เหล็กสูงและมีต้นทุนวัตถุดิบต่ำ ได้กลายเป็นเป้าหมายการวิจัยของหลายประเทศ วัสดุแม่เหล็กถาวร NdFeB ด้วยวิธีซินเทอร์ใช้ผงโลหะวิทยา โลหะผสมที่หลอมแล้วจะถูกทำให้เป็นผงและอัดเป็นแท่งแม่เหล็กในสนามแม่เหล็ก จากนั้นจึงนำไปเผาในก๊าซเฉื่อยหรือสุญญากาศเพื่อให้เกิดความหนาแน่น นอกจากนี้ เพื่อปรับปรุงค่าแรงบังคับแม่เหล็ก (Coercivity) ของแม่เหล็ก มักจำเป็นต้องผ่านกระบวนการอบชุบด้วยความร้อน ขั้นตอนกระบวนการมีดังนี้: การเตรียมวัตถุดิบ → การหลอม → การเตรียมผง → การอัด → การเผาและการอบคืนรูป → การทดสอบแม่เหล็ก → การเจียระไน → การกลึง → การชุบด้วยไฟฟ้า → ผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป

ต่างจากแม่เหล็ก NdFeB ด้วยวิธีซินเทอร์ อนุภาคผงแต่ละอนุภาคของแม่เหล็กที่เชื่อมติดกันจะต้องมีค่าแรงบังคับแม่เหล็ก (Coercivity) ที่สูงเพียงพอ เมื่อโครงสร้างหลายเฟสและโครงสร้างจุลภาคที่จำเป็นสำหรับแรงบีบสูงได้รับความเสียหายอย่างรุนแรงในระหว่างกระบวนการเตรียมผง จะไม่สามารถผลิตแม่เหล็กที่ยึดติดได้ดี ดังนั้น ด้วยการใช้ผงแม่เหล็กแบบหลอมละลายที่ดับอย่างรวดเร็ว โลหะผสมหลอมร้อนจะถูกเทหรือพ่นลงบนล้อทองแดงที่หมุนด้วยความเร็วสูงและระบายความร้อนด้วยน้ำก่อน เพื่อสร้างแผ่นบางที่มีความหนา 100 ไมโครเมตร

การผลิตแม่เหล็กแบบกดร้อน/แบบเปลี่ยนรูปด้วยความร้อน จำเป็นต้องเริ่มต้นด้วยผงแม่เหล็ก Nd-Fe-B ที่ดับอย่างรวดเร็ว แทนที่จะใช้โลหะผสมหล่อโดยตรง ด้วยการใช้สภาวะการดับเกิน (การทำให้เย็นอย่างรวดเร็ว) จะทำให้ได้เกรนละเอียดขึ้น หรือแม้แต่ผงแม่เหล็กแบบอสัณฐาน ในระหว่างการกดร้อนและการเสียรูปด้วยความร้อน เกรนจะถูกให้ความร้อนและเติบโตจนเกือบเป็นขนาดโดเมนเดียว ทำให้แม่เหล็กขั้นสุดท้ายมีแรงบีบสูง กระบวนการกดร้อนเกี่ยวข้องกับการนำผงแม่เหล็กใส่ในแม่พิมพ์และใช้แรงดันที่อุณหภูมิสูงเพื่อบังคับให้ผงแม่เหล็กอยู่ในรูปแม่เหล็กไอโซทรอปิกที่มีความหนาแน่นของแข็ง

การใช้งาน

มอเตอร์แม่เหล็กถาวร

ในมอเตอร์แม่เหล็กถาวร การใช้แม่เหล็กถาวรเพื่อกระตุ้นไม่เพียงแต่ช่วยลดการใช้พลังงานและประหยัดพลังงานเท่านั้น แต่ยังช่วยเพิ่มประสิทธิภาพมอเตอร์อีกด้วย

เครื่องจักรแม่เหล็ก

เครื่องจักรแม่เหล็กทำงานโดยใช้แรงผลักของขั้วเดียวกันหรือแรงดึงดูดของขั้วต่างในแม่เหล็ก ซึ่งจำเป็นต้องใช้แม่เหล็กถาวรที่มีค่าความคลาดเคลื่อนสูงและแรงบังคับภายในสูง นอกจากนี้ ด้วยหลักการดึงดูดระหว่างขั้วต่าง ไดรฟ์แม่เหล็กจึงสามารถสร้างได้โดยใช้การส่งผ่านแบบไม่สัมผัส ซึ่งมีข้อดี เช่น ไม่มีแรงเสียดทานและเสียงรบกวน ดังนั้น แม่เหล็ก Nd-Fe-B ประสิทธิภาพสูงจึงถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในส่วนประกอบขับเคลื่อนของเครื่องจักรเหมืองแร่ ตลับลูกปืนแม่เหล็กในไจโรสโคปและกังหันในดาวเทียมและยานอวกาศ และตลับลูกปืนโรเตอร์ในปั๊มหอยโข่งเพื่อช่วยการทำงานของหัวใจในอุปกรณ์ทางการแพทย์

อวกาศ

วัสดุแม่เหล็กถาวรจากธาตุหายากเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการปล่อยจรวด การระบุตำแหน่งดาวเทียม และเทคโนโลยีการสื่อสาร Nd-Fe-B ซินเทอร์ประสิทธิภาพสูงมีประโยชน์อย่างยิ่งในระบบส่ง/รับสัญญาณไมโครเวฟสำหรับเรดาร์ ด้วยการใช้ผลรวมของสนามแม่เหล็กคงที่และสนามแม่เหล็กไมโครเวฟแบบสลับ ทำให้เกิดการสั่นพ้องเฟอร์โรแมกเนติก ทำให้สามารถผลิตอุปกรณ์หมุนเวียนไมโครเวฟ ตัวแยก และอื่นๆ ได้ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค

อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค 3C เป็นอุตสาหกรรมปลายน้ำที่สำคัญสำหรับ NdFeB ซินเทอร์มาโดยตลอด NdFeB ซินเทอร์มีคุณสมบัติต่างๆ เช่น ผลิตภัณฑ์พลังงานแม่เหล็กสูง ซึ่งสอดคล้องกับเทรนด์การย่อส่วน น้ำหนักเบา และบางลงในผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค 3C มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ เช่น วีซีเอ็ม มอเตอร์เชิงเส้นสำหรับโทรศัพท์มือถือ กล้อง หูฟัง ลำโพง และมอเตอร์ขับเคลื่อนแกนหมุน