วิทยาศาสตร์เบื้องหลังแม่เหล็กนีโอไดเมียม: อะไรทําให้แม่เหล็กมีพลังมาก?

บทนํา: ประวัติโดยย่อของแม่เหล็ก NdFeB

ในด้านแม่เหล็กแม่เหล็กนีโอไดเมียมเป็นดาวที่ส่องแสงอย่างไม่ต้องสงสัย ค้นพบครั้งแรกในปี 1982 พวกเขามีโอกาสที่จะตั้งหลักในตลาดด้วยคุณสมบัติแม่เหล็กที่ยอดเยี่ยม และปัจจุบันถือเป็นวัสดุที่จําเป็นสําหรับกิจกรรมทางอุตสาหกรรมสมัยใหม่ ในบรรดาวัสดุแม่เหล็กที่ประดิษฐ์ขึ้นในยุคแรก ๆ ซึ่งรวมถึง Alnico และเฟอร์ไรต์แม่เหล็กนีโอไดเมียมมีพลังมากกว่าและมีความหนาแน่นของพลังงานมากกว่ามาก ความก้าวหน้าที่น่าทึ่งดังกล่าวไม่เพียง แต่นําไปสู่ความก้าวหน้าของวิทยาศาสตร์ของวัสดุแม่เหล็ก แต่ยังเปิดโอกาสที่ไม่เคยมีมาก่อนของนวัตกรรมในหลายสาขา

องค์ประกอบวัสดุ: ส่วนประกอบของพลัง

เนื้อหาของวัสดุเป็นสาเหตุหลักว่าทําไมแม่เหล็กนีโอไดเมียมจึงสามารถสร้างแรงที่น่าอัศจรรย์ได้ ส่วนใหญ่ประกอบด้วยองค์ประกอบของนีโอไดเมียม (Nd) เหล็ก (Fe) และโบรอน (B) การผสมผสานที่ชาญฉลาดขององค์ประกอบทั้งสามนี้ส่งผลให้เกิดรูปแบบของแม่เหล็กนีโอไดเมียมมีคุณสมบัติแม่เหล็กที่งดงาม นอกจากนี้เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพที่ดีขึ้นโดยเฉพาะของแม่เหล็กผู้ผลิตอ้างว่าเพิ่มองค์ประกอบที่ค่อนข้างหายากจํานวนเล็กน้อยซึ่งมีความสามารถในการทําเช่นนี้เช่นไดสโปรเซียม (Dy) และเทอร์เบียม (Tb) สารเติมแต่งดังกล่าวจะช่วยให้แม่เหล็กทนต่ออุณหภูมิสูงโดยไม่ยุบตัวและยังช่วยให้ปรับปรุงคุณสมบัติทางแม่เหล็กได้อย่างมาก

ผู้ผลิตยังปกป้องแม่เหล็กจากการกัดกร่อนและการซึมผ่านโดยการเคลือบบนพื้นผิวของแม่เหล็ก เช่น นิกเกิล (Ni) หรืออีพ็อกซี่ นอกเหนือจากการเพิ่มอายุขัยของแม่เหล็กแล้วการเคลือบเหล่านี้ยังช่วยปรับปรุงรูปลักษณ์ของแม่เหล็กและการทํางานของแม่เหล็ก

โครงสร้างอะตอม

อีกเหตุผลหนึ่งสําหรับแรงแม่เหล็กแรงสูงที่แม่เหล็กนีโอไดเมียมมีคือโครงสร้างอะตอม สําหรับแม่เหล็กนีโอไดเมียมที่มีประสิทธิภาพและแข็งแรงยิ่งขึ้นควรมีหน่วยย่อยแม่เหล็กจํานวนมากซึ่งเรียกว่าโดเมนแม่เหล็ก ในทางกลับกันวัสดุแม่เหล็กที่ไม่ผ่านการบําบัดจะดูไม่เป็นแม่เหล็กเนื่องจากทิศทางของโดเมนเหล่านี้เป็นแบบสุ่ม

ในการผลิตแม่เหล็กนีโอไดเมียมค่าเฉลี่ยที่ลับมีดไซน์จะถูกนําไปในทิศทางที่สม่ําเสมอหลังจากที่ละลายด้วยผงและลําดับจะถูกจัดเรียงผ่านขั้นตอนง่ายๆเช่นการเผาผนึกและการจัดตําแหน่งภายใต้สนามแม่เหล็ก เนื่องจากการจัดเรียงที่เป็นเอกลักษณ์ของค่าเฉลี่ยแบบผงแม่เหล็กนีโอไดเมียมจึงต้องใช้พลังงานน้อยมากในการแสดงแรงแม่เหล็กแรงสูงซึ่งเป็นปัจจัยสําคัญในการตัดสินใจว่าแม่เหล็กนีโอไดเมียมขนาดเล็กทํางานได้ดีเพียงใด

กระบวนการสร้างแม่เหล็ก

แม่เหล็กนีโอไดเมียมมีขั้นตอนการผลิตที่ซับซ้อนและละเอียดอ่อนมาก ในการเริ่มต้น ผงวัตถุดิบที่ประกอบด้วยนีโอไดเมียม เหล็ก และโบรอนจะถูกผสมอย่างสม่ําเสมอโดยใช้เทคนิคโลหะผง แล้วเผาที่อุณหภูมิสูงเพื่อสร้างแม่เหล็กหนาแน่น ในระหว่างกระบวนการนี้ การก่อตัวและการจัดตําแหน่งของโดเมนแม่เหล็กจะเริ่มขึ้น อย่างไรก็ตามเพื่อเพิ่มการจัดตําแหน่งของโดเมนแม่เหล็กและคุณสมบัติแม่เหล็กที่ดีที่สุดในระดับเดียวกันที่จะได้รับแม่เหล็กเผาที่จัดตําแหน่งจําเป็นต้องมีสนามแม่เหล็กที่แข็งแกร่งเพื่อให้การจัดตําแหน่งของโดเมนแม่เหล็กเสร็จสมบูรณ์

เมื่อเทคโนโลยีที่มีอยู่เบื้องหลังกระบวนการผลิตดีขึ้นกระบวนการผลิตขั้นสูงก็มีความหลากหลายมากขึ้นเช่นการขึ้นรูปแบบไม่มีแรงกดและการพิมพ์ 3 มิติ กระบวนการเหล่านี้ไม่เพียงแต่ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตและคุณภาพของแม่เหล็ก แต่ยังช่วยให้สามารถพัฒนาการออกแบบแม่เหล็กที่ซับซ้อนและมีรายละเอียดมากขึ้น

การใช้งานที่ได้มาจากความแข็งแรง

แม่เหล็กนีโอไดเมียมมักใช้ในส่วนประกอบขนาดเล็กในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สําหรับผู้บริโภคมอเตอร์สั่นสะเทือนและลําโพงในอุปกรณ์เช่นสมาร์ทโฟนและหูฟัง แม่เหล็กนีโอไดเมียมยังช่วยปรับปรุงอุปกรณ์ที่บางลงและกะทัดรัดมากขึ้น แต่แม่เหล็กนีโอไดเมียมยังมีขั้วต่อสายเคเบิลที่เป็นเอกลักษณ์ซึ่งเป็นแม่เหล็กนีโอไดเมียมมีโอกาสไม่รู้จบในสาขาต่างๆ

ในแวดวงอุตสาหกรรมแม่เหล็กนีโอไดเมียมใช้สําหรับมอเตอร์นีโอไดเมียมซึ่งมีความน่าเชื่อถือมีประสิทธิภาพประหยัดพลังงานแรงบิดสูงและเป็นส่วนหนึ่งของระบบกลไกสําหรับสายการผลิตอัตโนมัติและหุ่นยนต์ นอกจากนี้ในภาคพลังงานหมุนเวียนแม่เหล็กนีโอไดเมียมยังใช้เป็นส่วนใหญ่ในกังหันลมขับเคลื่อนโดยตรง ประสิทธิภาพและความมั่นคงได้สร้างผลกระทบทางเศรษฐกิจและสิ่งแวดล้อมอย่างมากในภาคพลังงานลม