モーター用希土類永久磁石の歴史

希土類元素(希土類永久磁石) は、周期表の中央にある 17 個の金属元素 (原子番号 21、39、および 57 ～ 71) であり、異常な蛍光性、導電性、磁気特性を持ち、鉄などの一般的な金属と互換性がありません) は、次のような場合に非常に役立ちます。合金化または少量混合。地質学的に言えば、レアアース元素は特に珍しいものではありません。これらの金属の鉱床は世界の多くの地域で発見されており、一部の元素は銅や錫とほぼ同じ量で存在します。しかし、希土類元素は非常に高濃度で発見されたことはなく、多くの場合、希土類元素同士、またはウランなどの放射性元素と混合しています。希土類元素の化学的特性により、周囲の物質からの分離が難しくなり、これらの特性により精製も困難になります。現在の生産方法では、少量のレアアース金属を抽出するだけで大​​量の鉱石が必要となり、放射性水、有毒なフッ素、酸などの処理方法からの廃棄物を伴う大量の有害廃棄物が発生します。

最も初期に発見された永久磁石は、安定した磁場を提供する鉱物でした。 19 世紀初頭まで、磁石は壊れやすく不安定で、炭素鋼で作られていました。 1917年に日本でコバルト磁石鋼が発見され、改良が加えられました。永久磁石の性能は発見されて以来、向上し続けています。 1930 年代のアルニコ (Al/Ni/Co 合金) の場合、この進化は増加したエネルギー積 (BH)max の最大数として明らかになり、永久磁石の品質係数が大幅に向上しました。また、所定の磁石体積の場合、最大のエネルギー密度は、磁石を使用する機械で使用できる電力に変換できます。

最初のフェライト磁石は 1950 年にオランダのフィリップス工業研究所に属する物理学研究所で偶然発見されました。助手が誤ってそれを合成した。彼は半導体材料として研究するために別のサンプルを準備することになっていた。実際に磁性があることが分かり、磁気研究チームに引き継がれました。磁石としての性能が良く、製造コストが低いため。このように、これは永久磁石の使用の急速な増加の始まりを示すフィリップス開発の製品でした。

1960 年代、最初の希土類磁石(希土類永久磁石）ランタニド元素であるイットリウムの合金から作られました。飽和磁化が高く、耐減磁性に優れた最強の永久磁石です。それらは高価で、壊れやすく、高温では非効率的ですが、その用途がより重要になるにつれ、市場を支配し始めています。 1980 年代にパーソナル コンピューターの所有が普及したため、ハード ドライブ用の永久磁石の需要が高まりました。

サマリウム コバルトなどの合金は、第 1 世代の遷移金属とレアアースを使用して 1960 年代半ばに開発されました。1970 年代後半には、コンゴでの供給が不安定だったため、コバルトの価格が大幅に上昇しました。当時、最高のサマリウム コバルト永久磁石 (BH)max が最高であったため、研究コミュニティはこれらの磁石を交換する必要がありました。数年後の 1984 年に、Nd-Fe-B をベースとした永久磁石の開発が佐川らによって初めて提案されました。住友特殊金属の粉末冶金技術を使用し、ゼネラルモーターズの溶融紡糸プロセスを使用します。以下の図に示すように、(BH)max はほぼ 1 世紀にわたって改善され、鋼鉄の約 1 MGOe から始まり、過去 20 年間で NdFeB 磁石の約 56 MGOe に達しました。

近年、工業プロセスにおける持続可能性が優先事項となっており、供給リスクの高さと経済的重要性から主要原料として各国で認識されているレアアース元素は、レアアースを含まない新しい永久磁石の研究分野を切り開いています。考えられる研究の方向性の 1 つは、最も初期に開発された永久磁石であるフェライト磁石を振り返り、ここ数十年で利用可能なすべての新しいツールと方法を使用してそれらをさらに研究することです。いくつかの組織は現在、希土類磁石をより環境に優しく効率的な代替品に置き換えることを目指す新しい研究プロジェクトに取り組んでいます。