Мощная керамика: найдена доступная замена редкоземельным магнитам для изготовления электроники
Зачем нужны постоянные магниты
Постоянные магниты встречаются в гаджетах, колонках, медицинской технике, датчиках, генераторах, системах управления двигателями и в различных механизмах автоматизации. Они нужны для упаковки и удержания металлических деталей.
В зависимости от назначения, магниты чаще всего изготавливаются из сплава неодим-железо-бор или гексагональных ферритов бария или стронция. Наиболее мощными считаются неодимовые, однако ферритовые значительно дешевле, доступнее и устойчивее к коррозии. Поэтому как для разработчиков бюджетной техники, так и для ученых, остается актуальной задача по улучшению характеристик ферритовых магнитов, которыми можно будет заменить неодимовые.
Исследователи НИТУ МИСИС и Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН предложили свою альтернативу редкоземельным магнитам. Сперва они получили порошок из нанопластинок гексаферрита бария дисковидной формы, обладающий высокой коэрцитивной силой — величиной напряженности внешнего магнитного поля, необходимой для перемагничивания вещества.
«В среднем коэрцитивная сила коммерчески доступных и широко используемых марок ферритов бария составляет до 4 кЭ, реже — 5 кЭ. Полученный нами порошок обладает коэрцитивной силой 5,6 кЭ, благодаря чему превосходит большинство известных аналогов», — отмечает к.т.н. Андрей Тимофеев, доцент кафедры технологии материалов электроники НИТУ МИСИС.
Керамика с сохранением магнитных свойств
Обычно для получения магнита порошок подвергается высокотемпературной обработке при 1100-1300°C: после этого этапа удается сформировать объемное керамическое изделие. Однако в процессе частицы начинают срастаться, а их размеры — увеличиваться, что приводит к уменьшению коэрцитивной силы.
Для решения этой проблемы исследователи применили технологию жидкофазного спекания, при которой ферритовый порошок заранее смешивается с легкоплавкой добавкой. При нагреве она становится жидкой и заполняет поры между твердыми частицами, что способствует их перераспределению и уплотнению. После охлаждения жидкость затвердевает, как результат - формируется прочный материал с магнитными свойствами.
Исследователи добавляли к ферритовым частицам оксид висмута или оксид бора в различном количестве, а затем полученную смесь формовали и спекали при 900°C. Несмотря на некоторый рост размеров частиц, были получены прочные керамические образцы, сохранившие коэрцитивную силу на высоком уровне — 5,3 кЭ.
«Уникальность нашей разработки в объединении нескольких технологий. Первая — получение нанопластинок гексаферрита определенной формы, которое требует специальных условий синтеза. Вторая — низкотемпературное спекание, с помощью которого получается керамика с сохранением магнитных параметров исходного порошка. Данный материал в дальнейшем может быть использован для создания более эффективных ферритовых магнитов», — добавляет к.т.н. Андрей Миронович, доцент кафедры технологии материалов электроники НИТУ МИСИС.
Результаты исследования опубликованы в научном журналеRussian Journal of Inorganic Chemistry.