www.wikidata.de-de.nina.az

Seltenerdmagnet Unter dem Namen en auch Seltene Erden Magnete fasst man eine Gruppe von Permanentmagneten zusammen die i

Seltenerdmagnet

Unter dem Namen Seltenerdmagneten (auch Seltene-Erden-Magnete) fasst man eine Gruppe von Permanentmagneten zusammen, die im Wesentlichen aus Eisenmetallen (Eisen, Cobalt, seltener Nickel) und Seltenerdmetallen (insbesondere Neodym, Samarium, Praseodym, Dysprosium, Terbium, Gadolinium) bestehen. Auch Yttrium kann die Rolle eines Seltenerdmetalls einnehmen. Sie zeichnen sich dadurch aus, dass sie gleichzeitig eine hohe magnetische Remanenzflussdichte Br und eine hohe magnetische Koerzitivfeldstärke Hc und damit eine hohe magnetische Energiedichte aufweisen.

Die Entwicklung erster Seltenerdmagneten erfolgte durch Karl J. Strnat und G. Hoffer am U.S. Air Force Materials Laboratory auf der Wright-Patterson Air Force Base mit den beiden Grundmaterialien Yttrium und Cobalt in der Form YCo5. Im Jahr 1966 wurde von Karl J. Strnat die Legierung Samarium-Cobalt SmCo5 entwickelt. Neodym-Eisen-Bor-Magnete wurden in den 1980er Jahren von Masato Sagawa entwickelt.

Intermetallische Verbindungen Bearbeiten

Seltenerdmagnete aus Neodym-Eisen-Bor

Die wichtigsten intermetallischen Verbindungen sind das kostengünstige Neodym-Eisen-Bor (Nd2Fe14B) und Samarium-Cobalt (SmCo5 und Sm2Co17). Daneben wird auch Samarium-Eisen-Stickstoff (Sm2Fe18N3) kommerziell eingesetzt. In folgender Tabelle sind einige Werkstoffe von Seltenerdmagneten, und zwecks Vergleich auch anderen Magnetwerkstoffe, zusammengefasst:

Material Remanenzflussdichte
Br (T)		 Koerzitivfeldstärke
Hci (kA/m)		 Energiedichte
(BH)max (kJ/m3)		 Curie-Temperatur
Tc (°C)
Neodym-Eisen-Bor (anisotrop, gesintert)
Nd2Fe14B		 1,00–1,40 750–2000 200–440 310–400
Neodym-Eisen-Bor (isotrop, gewöhnlich kunststoffgebunden)
Nd2Fe14B		 0,60–0,80 600–1200 60–100 310–400
Samarium-Cobalt (anisotrop, gesintert)
SmCo5 (gesintert)		 0,90–1,10 600–2000 120–200 720
Sm2(Co,Fe,Cu,Zr)17 (anisotrop, gesintert) 1,10–1,15 450–1300 150–240 800
Dazu im Vergleich die Magnete AlNiCo (Gruppe der Stahlmagneten) und Strontiumferrit aus der Gruppe der keramischen Magneten:
Alnico (anisotrop) 0,60–1,40 60–0275 10–088 700–860
Sr-Ferrite (anisotrop) 0,35–0,40 100–0300 10–040 450

Daneben ist eine Vielfalt permanentmagnetischer Legierungen ähnlicher Zusammensetzung wissenschaftlich untersucht worden, die aber schlechtere Eigenschaften aufweisen und deshalb technisch uninteressant geblieben sind.

Die Grundlegierungen werden zum Erzielen besonderer Eigenschaften und Gefüge variiert – etwa, indem in Nd2Fe14B Neodym teilweise durch Praseodym, Dysprosium, Terbium und Eisen teilweise durch Cobalt substituiert wird – oder indem das Gefüge durch fremde Atome wie Aluminium, Titan, Zirconium, Kupfer oder Mangan gestört wird. Schließlich braucht Nd2Fe14B zwischen den Kristallen eine Anreicherung an Seltenerden, um eine akzeptable Koerzitivfeldstärke zu erreichen.

Wirkungsweise Bearbeiten

Die Seltenerden (Lanthanoide) sind an sich bereits ferromagnetisch, aber ihre Curie-Temperaturen liegen unterhalb der Raumtemperatur, so dass bei Vorliegen in elementarer Form ihr Magnetismus nur bei niedrigen Temperaturen beobachtet werden kann. Die Atome der Elemente der Seltenerden haben hohe magnetische Momente. Dies ist eine Folge der unvollständigen Füllung der 4f-Schale, die aus bis zu sieben ungepaarten Elektronen mit ausgerichteten Spins besteht. Elektronen in solchen Orbitalen sind stark lokalisiert und behalten daher leicht ihre magnetischen Momente und die Funktion als paramagnetische Zentren. Magnetische Momente in anderen Orbitalen sind oft aufgrund der starken Überlappung mit den Nachbarn verloren, z. B. formen Elektronen in kovalenten Bindungen Paare mit Null-Netto-Spin.

Die magnetische Polarisation der Seltenerdmagneten beruht aber im Wesentlichen auf den Spins der 3d-Schalen der Eisenmetalle. Die Seltenerdmetalle stabilisieren die magnetische Ausrichtung der 3d-Schalen dadurch, dass ihre kristallinen Strukturen eine sehr hohe magnetische Anisotropie aufweisen. Dies bedeutet, dass ein Kristall aus dem Material in einer bestimmten Richtung magnetisiert ist, sich aber dagegen wehrt, in eine andere Richtung magnetisiert zu werden.

Die hohen magnetischen Momente auf atomarer Ebene in Kombination mit einer stabilen Ausrichtung, d. h. eine hohe magnetische Anisotropie, ergeben auf makroskopischer Ebene eine hohe magnetische Koerzitivfeldstärke.

Literatur Bearbeiten

  • Peter Campbell: Permanent Magnet Materials and their Application. Cambridge University Press, 1996, ISBN 978-0-521-56688-9.

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. B. D. Cullity, C. D. Graham: Introduction to Magnetic Materials. 2. Auflage. Wiley-IEEE Press, 2008, ISBN 978-0-471-47741-9, S. 489.
  2. History of Rare-Earth Magnets. Abgerufen am 29. Mai 2013.
  3. Standard Specifications for Permanent Magnet Materials (PDF; 1,4 MB), MMPA Standard Nr. 0100-00, 2000.
wikipedia, wiki, deutsches, deutschland, buch, bücher, bibliothek artikel lesen, herunterladen kostenlos kostenloser herunterladen, MP3, Video, MP4, 3GP, JPG, JPEG, GIF, PNG, Bild, Musik, Lied, Film, Buch, Spiel, Spiele
Veröffentlichungsdatum:
Unter dem Namen Seltenerdmagneten auch Seltene Erden Magnete fasst man eine Gruppe von Permanentmagneten zusammen die im Wesentlichen aus Eisenmetallen Eisen Cobalt seltener Nickel und Seltenerdmetallen insbesondere Neodym Samarium Praseodym Dysprosium Terbium Gadolinium bestehen Auch Yttrium kann die Rolle eines Seltenerdmetalls einnehmen Sie zeichnen sich dadurch aus dass sie gleichzeitig eine hohe magnetische Remanenzflussdichte Br und eine hohe magnetische Koerzitivfeldstarke Hc und damit eine hohe magnetische Energiedichte aufweisen Die Entwicklung erster Seltenerdmagneten erfolgte durch Karl J Strnat und G Hoffer am U S Air Force Materials Laboratory auf der Wright Patterson Air Force Base mit den beiden Grundmaterialien Yttrium und Cobalt in der Form YCo5 1 Im Jahr 1966 wurde von Karl J Strnat die Legierung Samarium Cobalt SmCo5 entwickelt 2 Neodym Eisen Bor Magnete wurden in den 1980er Jahren von Masato Sagawa entwickelt Inhaltsverzeichnis 1 Intermetallische Verbindungen 2 Wirkungsweise 3 Literatur 4 EinzelnachweiseIntermetallische Verbindungen Bearbeiten nbsp Seltenerdmagnete aus Neodym Eisen BorDie wichtigsten intermetallischen Verbindungen sind das kostengunstige Neodym Eisen Bor Nd2Fe14B und Samarium Cobalt SmCo5 und Sm2Co17 Daneben wird auch Samarium Eisen Stickstoff Sm2Fe18N3 kommerziell eingesetzt In folgender Tabelle sind einige Werkstoffe von Seltenerdmagneten und zwecks Vergleich auch anderen Magnetwerkstoffe zusammengefasst 3 Material RemanenzflussdichteBr T KoerzitivfeldstarkeHci kA m Energiedichte BH max kJ m3 Curie TemperaturTc C Neodym Eisen Bor anisotrop gesintert Nd2Fe14B 1 00 1 40 750 2000 200 440 310 400Neodym Eisen Bor isotrop gewohnlich kunststoffgebunden Nd2Fe14B 0 60 0 80 600 1200 60 100 310 400Samarium Cobalt anisotrop gesintert SmCo5 gesintert 0 90 1 10 600 2000 120 200 720Sm2 Co Fe Cu Zr 17 anisotrop gesintert 1 10 1 15 450 1300 150 240 800Dazu im Vergleich die Magnete AlNiCo Gruppe der Stahlmagneten und Strontiumferrit aus der Gruppe der keramischen Magneten Alnico anisotrop 0 60 1 40 60 0 275 10 0 88 700 860Sr Ferrite anisotrop 0 35 0 40 100 0 300 10 0 40 450Daneben ist eine Vielfalt permanentmagnetischer Legierungen ahnlicher Zusammensetzung wissenschaftlich untersucht worden die aber schlechtere Eigenschaften aufweisen und deshalb technisch uninteressant geblieben sind Die Grundlegierungen werden zum Erzielen besonderer Eigenschaften und Gefuge variiert etwa indem in Nd2Fe14B Neodym teilweise durch Praseodym Dysprosium Terbium und Eisen teilweise durch Cobalt substituiert wird oder indem das Gefuge durch fremde Atome wie Aluminium Titan Zirconium Kupfer oder Mangan gestort wird Schliesslich braucht Nd2Fe14B zwischen den Kristallen eine Anreicherung an Seltenerden um eine akzeptable Koerzitivfeldstarke zu erreichen Wirkungsweise BearbeitenDie Seltenerden Lanthanoide sind an sich bereits ferromagnetisch aber ihre Curie Temperaturen liegen unterhalb der Raumtemperatur so dass bei Vorliegen in elementarer Form ihr Magnetismus nur bei niedrigen Temperaturen beobachtet werden kann Die Atome der Elemente der Seltenerden haben hohe magnetische Momente Dies ist eine Folge der unvollstandigen Fullung der 4f Schale die aus bis zu sieben ungepaarten Elektronen mit ausgerichteten Spins besteht Elektronen in solchen Orbitalen sind stark lokalisiert und behalten daher leicht ihre magnetischen Momente und die Funktion als paramagnetische Zentren Magnetische Momente in anderen Orbitalen sind oft aufgrund der starken Uberlappung mit den Nachbarn verloren z B formen Elektronen in kovalenten Bindungen Paare mit Null Netto Spin Die magnetische Polarisation der Seltenerdmagneten beruht aber im Wesentlichen auf den Spins der 3d Schalen der Eisenmetalle Die Seltenerdmetalle stabilisieren die magnetische Ausrichtung der 3d Schalen dadurch dass ihre kristallinen Strukturen eine sehr hohe magnetische Anisotropie aufweisen Dies bedeutet dass ein Kristall aus dem Material in einer bestimmten Richtung magnetisiert ist sich aber dagegen wehrt in eine andere Richtung magnetisiert zu werden Die hohen magnetischen Momente auf atomarer Ebene in Kombination mit einer stabilen Ausrichtung d h eine hohe magnetische Anisotropie ergeben auf makroskopischer Ebene eine hohe magnetische Koerzitivfeldstarke Literatur BearbeitenPeter Campbell Permanent Magnet Materials and their Application Cambridge University Press 1996 ISBN 978 0 521 56688 9 Einzelnachweise Bearbeiten B D Cullity C D Graham Introduction to Magnetic Materials 2 Auflage Wiley IEEE Press 2008 ISBN 978 0 471 47741 9 S 489 History of Rare Earth Magnets Abgerufen am 29 Mai 2013 Standard Specifications for Permanent Magnet Materials PDF 1 4 MB MMPA Standard Nr 0100 00 2000 Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Seltenerdmagnet amp oldid 226161471