Gesinterter Neodym-Eisen-Bor-Permanentmagnet

Die beliebteste Art von Seltenerdmagneten ist ein Neodym-Magnet, auch bekannt als NdFeB, NIB oder Neo-Magnet. Neodym, Eisen und Bor bilden zusammen die tetragonale Kristallstruktur Nd2Fe14B. Neodym-Magnete sind die stärksten Permanentmagnete, die derzeit auf dem Markt erhältlich sind. Sie wurden 1982 getrennt von General Motors und Sumitomo Special Metals entwickelt. In vielen Anwendungen moderner Produkte, die leistungsstarke Permanentmagnete erfordern, wie z. B. Motoren in kabellosen Werkzeugen, Festplattenlaufwerken und magnetischen Befestigungselementen, haben sie andere Arten von Magneten ersetzt.

Neodym ist ein ferromagnetisches Metall (genauer gesagt weist es antiferromagnetische Eigenschaften auf), was bedeutet, dass es wie Eisen magnetisiert werden kann, um ein Magnet zu werden. Aufgrund seiner extrem niedrigen Curie-Temperatur – der Temperatur, oberhalb derer sein Ferromagnetismus verschwindet – von 19 K (oder 254 Grad) ist es jedoch nur in seiner reinen Form magnetisch. Neodym-Magnete werden jedoch aus Verbindungen mit Übergangsmetallen wie Eisen hergestellt haben Curie-Temperaturen, die weit über der Umgebungstemperatur liegen.

Die Stärke von Neodym-Magneten ist auf mehrere Faktoren zurückzuführen. Am bedeutsamsten ist die extrem hohe einachsige magnetokristalline Anisotropie der tetragonalen Nd2Fe14B-Kristallstruktur (HA 7 T – magnetische Feldstärke H in Einheiten von A/m versus magnetisches Moment in Am2). Dies weist darauf hin, dass ein Kristall der Substanz vorzugsweise entlang einer bestimmten Kristallachse magnetisiert, während die Magnetisierung in andere Richtungen äußerst schwierig ist. Die Neodym-Magnetlegierung besteht wie andere Magnete aus mikrokristallinen Körnern, die während der Herstellung in einem starken Magnetfeld so ausgerichtet werden, dass ihre magnetischen Achsen alle in die gleiche Richtung zeigen. Aufgrund des Widerstands des Kristallgitters gegen eine Änderung seiner Magnetismusrichtung weist die Verbindung eine sehr hohe Koerzitivfeldstärke bzw. Entmagnetisierungsbeständigkeit auf.

Aufgrund der Tatsache, dass das Neodymatom über 4 ungepaarte Elektronen in seiner Elektronenstruktur verfügt, im Vergleich zu (durchschnittlich) 3 in Eisen, kann das Neodymatom möglicherweise ein erhebliches magnetisches Dipolmoment aufweisen. Das Magnetfeld eines Magneten wird durch ungepaarte Elektronen erzeugt, die so ausgerichtet sind, dass sie sich in die gleiche Richtung drehen. Dies führt zu einer starken Sättigungsmagnetisierung (Js 1,6 T oder 16 kG) und typischerweise 1,3 Tesla für die Nd2Fe14B-Kombination. Dadurch hat diese magnetische Phase die Fähigkeit, erhebliche Mengen magnetischer Energie zu speichern (BHmax 512 kJ/m3 oder 64 MGOe), da die höchste Energiedichte proportional zu Js2 ist. Dieser magnetische Energiewert ist volumenmäßig etwa 18-mal größer als der von „normalen“ Magneten. Samarium-Kobalt-Magnete (SmCo), die als erste Art von Seltenerdmagneten auf den Markt kamen, hatten ein geringeres Maß an dieser Eigenschaft als NdFeB-Legierungen. Die magnetischen Eigenschaften von Neodym-Magneten werden tatsächlich durch die Mikrostruktur, den Herstellungsprozess und die Zusammensetzung der Legierung beeinflusst.

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