네오디뮴 자석

니켈 도금 네오디뮴 자석 큐브

네오디뮴 자석(NdFeB, NIB 또는 Neo 자석이라고도 함)은 가장 널리 사용되는 희토류 자석 유형입니다. Nd2Fe14B 정방정 결정 구조를 형성하기 위해 네오디뮴, 철 및 붕소의 합금으로 만든 영구 자석입니다. 1984년 제너럴 모터스와 스미토모 특수 금속이 독자적으로 개발한 네오디뮴 자석은 상업적으로 이용 가능한 가장 강력한 유형의 영구 자석입니다.

NdFeB 자석은 사용된 제조 공정에 따라 소결 또는 접착으로 분류될 수 있습니다. 무선 도구, 하드 디스크 드라이브 및 자기 패스너의 전기 모터와 같이 강력한 영구 자석이 필요한 현대 제품의 많은 응용 분야에서 다른 유형의 자석을 대체했습니다. .

강도 설명
순수한 형태의 네오디뮴은 자기 특성, 특히 반강자성이지만 19K(-254.2도, -425.5도 F) 미만의 낮은 온도에서만 가능합니다. 그러나 철과 같은 전이 금속과 네오디뮴의 일부 화합물은 강자성이며 퀴리 온도는 실온보다 훨씬 높습니다. 이들은 네오디뮴 자석을 만드는 데 사용됩니다.

네오디뮴 자석의 강도는 여러 요인의 결과입니다. 가장 중요한 것은 정방정계 Nd2Fe14B 결정 구조가 매우 높은 일축 자기결정 이방성(HA ≈ 7 T – A/m 단위의 자기장 강도 H 대 A·m2 단위의 자기 모멘트)을 갖는다는 것입니다. 이것은 재료의 결정이 특정 결정 축을 따라 우선적으로 자화되지만 다른 방향으로 자화하기가 매우 어렵다는 것을 의미합니다. 다른 자석과 마찬가지로 네오디뮴 자석 합금은 제조 중에 강력한 자기장에 정렬된 미정질 입자로 구성되어 자기 축이 모두 같은 방향을 향하도록 합니다. 자화 방향을 바꾸는 데 대한 결정 격자의 저항은 화합물에 매우 높은 보자력 또는 자기소거에 대한 저항을 제공합니다.

네오디뮴 원자는 철의 (평균적으로) 3개와 달리 전자 구조에 4개의 짝을 이루지 않은 전자를 가지고 있기 때문에 큰 자기 쌍극자 모멘트를 가질 수 있습니다. 자석에서 자기장을 생성하는 것은 스핀이 같은 방향이 되도록 정렬된 짝을 이루지 않은 전자입니다. 이것은 Nd2Fe14B 화합물에 높은 포화 자화(Js ≈ 1.6 T 또는 16 kG)와 일반적으로 1.3 테슬라의 잔류 자화를 제공합니다. 따라서 최대 에너지 밀도는 Js2에 비례하므로 이 자기상은 많은 양의 자기 에너지를 저장할 수 있는 가능성이 있습니다(BHmax ≈ 512 kJ/m3 또는 64 MG·Oe).

이 자기 에너지 값은 "일반적인" 페라이트 자석보다 부피가 약 18배, 질량이 12배 더 큽니다. 이 자기 에너지 특성은 상용화된 최초의 희토류 자석 유형인 사마륨 코발트(SmCo) 자석보다 NdFeB 합금에서 더 높습니다. 실제로 네오디뮴 자석의 자기적 특성은 합금 구성, 미세 구조 및 사용된 제조 기술에 따라 달라집니다.

Nd2Fe14B 결정 구조는 철 원자와 네오디뮴-붕소 화합물의 교대 층으로 설명될 수 있습니다.[3] 반자성 붕소 원자는 자성에 직접 기여하지는 않지만 강력한 공유 결합을 통해 응집력을 향상시킵니다. 상대적으로 낮은 희토류 함량(부피 기준 12%, 질량 기준 26.7%)과 사마륨 및 코발트에 비해 상대적으로 풍부한 네오디뮴 및 철은 네오디뮴 자석은 사마륨-코발트 자석보다 가격이 저렴합니다.

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