Iman de terres rares

Archiu:Ferrofluid Magnet under glass edit.jpg

Ferrofluido en vidre, en un iman de terres rares baix d'ell.

Un iman de terres rares és un poderós iman permanent fet en aleacions d'elements químics coneguts com terres rares. Desenrollats en els anys 1970 i 1980, els imans de terres rares són el tipo més fort d'imans permanents, produint camps magnètics significativament més forts que atres tipos tals com a imans de ferrita o d'alnico. El camp magnètic típicament produït pels imans de terres rares poden ser superiors a 1,4 tesles, mentres que els imans de ferrita o els ceràmics exhibixen típicament camps magnètics de 0,5 a 1 tesla. Existixen dos tipos: imans de neodimi i imans de samari-cobalt. Els imans de terres rares són extremadament trencadiços i també vulnerables a la corrosió, aixina que són usualment recoberts en una capa de metal o de pintura per a protegir-los del trencament o astillamiento.

El terme "terra rara" pot ser malinterpretado, ya que estos metals no són particularment rars o preciosos; són tan abundants com l'estany o el plom. L'interés en composts de terres rares com a imans permanents va començar en 1966, quan K. J. Strnat i G. Hoffer del Laboratori de Materials de la Força Aérea d'Estats Units varen descobrir que una aleació d'itri i cobalt, YCo₅, tenia per molt la major constant d'anisotropía magnètica que qualsevol material conegut.

Explicació de la força

Els elements de terres rares (lantànits) són metals que són ferromagnéticos, lo que significa que de la mateixa manera que el ferro poden ser magnetizados, pero les seues temperatures de Curie estan baix de la temperatura ambiente, aixina que en la seua forma pura el seu magnetisme solament apareix a baixes temperatures. No obstant, formen composts en els metals de transició tals com el ferro, níquel, i cobalt, i alguns d'estos composts tenen temperatures de Curie superiors a la temperatura ambiente. Els imans de terres rares estan fets d'estos composts.

La ventaja dels composts de terres rares sobre atres imans és que les seues estructures cristalines tenen una molt alta anisotropía magnètica. Açò significa que un cristal del material és fàcil de magnetizar en una direcció particular, pero es resistix a ser magnetizado en qualsevol atra direcció.

Els àtoms d'elements de terres rares poden retindre alts moments magnètics en l'estat sòlit. Esta és una conseqüència de l'omplit incomplet de la subcapa electrònica f, que pot contindre fins a 7 electrons desapareados en espin alineats. Els electrons en eixos orbitales estan fortament localisats i per tant retenen fàcilment els seus moments magnètics i funcionen com centres paramagnéticos. Els moments magnètics en atres orbitales estan ocasionalment perduts pel fort solapamiento en els veïns; per eixemple, els electrons que participen en enllaços covalente formen parells en espin net zero.

Els alts moments magnètics a nivell atòmic en combinació en un alineamiento estable (alta anisotropía) resulten en una alta força.

Propietats magnètiques

Algunes propietats importants usades per a comparar imans permanents són: remanencia magnètica (B_r), que medix la força del camp magnètic; coercitividad (H_ci), que és la resistència del material a desmagnetizarse; producte d'energia (BH_max), que és la densitat d'energia magnètica; i la temperatura de Curie (T_c), que és la temperatura a la qual el material pert el seu magnetisme. Els imans de terres rares tenen una major remanencia, molta major coercividad i producte d'energia, pero (per al neodimi) menors temperatura de Curie que atres tipos. La taula davall compara el rendiment magnètic de dos tipos d'imans de terres rares, de neodimi (Nd₂Fe₁₄B) i de samari-cobalt (SmCo₅), en atres tipos d'imans permanents.

Iman	Br (T)	Hci (ka/m)	(BH)max (kJ/m³)	Tc (°C)
Nd2Fe14B (sinterizado)	1.0–1.4	750–2000	200–440	310–400
Nd2Fe14B (depositat)	0.6–0.7	600–1200	60–100	310–400
SmCo5 (sinterizado)	0.8–1.1	600–2000	120–200	720
Sm(Co,Fe,Cu,Zr)7 (sinterizado)	0.9–1.15	450–1300	150–240	800
Alnico (sinterizado)	0,6–1,4	275	10–88	700–860
Sr-ferrita (sinterizado)	0,2–0,4	100–300	10–40	450

Bibliografia adicional

• Edward P. Furlani, "Permanent Magnet and Electromechanical Devices: Materials, Analysis and Applications", Academic Press Series in Electromagnetism (2001). ISBN 0-12-269951-3.
• Peter Campbell, "Permanent Magnet Materials and their Application" (Cambridge Studies in Magnetism) (1996). ISBN 978-0521566889.
• (2004).IEEE Transactions on Magnetics.40(4)

2895–2897.ISSN 0018-9464.doi:10.1109/TMAG.2004.832240.