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2025-05-11T06:49:40Z

Intermetallische Verbindungen

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[[Datei:Nd-magnet.jpg|mini|Seltenerdmagnete aus Neodym-Eisen-Bor]]
Unter dem Namen '''Seltenerdmagneten''' (auch '''Seltene-Erden-Magnete''') fasst man eine Gruppe von [[Permanentmagnet]]en zusammen, die im Wesentlichen aus [[Eisenmetalle]]n ([[Eisen]], [[Cobalt]], seltener [[Nickel]]) und [[Metalle der Seltenen Erden|Seltenerdmetalle]]n (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 [[Remanenz]]flussdichte ''B''r und eine hohe magnetische [[Koerzitivfeldstärke]] ''H''c und damit eine hohe [[magnetische Energiedichte]] aufweisen.

Die Entwicklung erster Seltenerdmagneten erfolgte durch [[Karl J. Strnat]] und G. Hoffer am [[Air Force Materiel Command|U.S. Air Force Materials Laboratory]] auf der [[Wright-Patterson Air Force Base]] mit den beiden Grundmaterialien Yttrium und Cobalt in der Form YCo5.<ref name="cull1"/> Im Jahr 1966 wurde von Karl J. Strnat die Legierung [[Samarium-Cobalt]] SmCo5 entwickelt.<ref name="hist1"/> Neodym-Eisen-Bor-Magnete wurden in den 1980er Jahren von [[Masato Sagawa]] entwickelt.

== Intermetallische Verbindungen ==
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 Magnetwerkstoffen, zusammengefasst:<ref name="tab1"/>

{| class="wikitable" style="text-align:right"
!Material!![[Remanenzflussdichte]] ''B''r (T)!![[Koerzitivfeldstärke]] ''H''ci (kA/m)!![[magnetische Energiedichte|Energiedichte]] ''(BH)''max (kJ/m3)!![[Curie-Temperatur]] ''T''c (°C)
|-
|style="text-align:left"|[[Neodym-Eisen-Bor]] (anisotrop, gesintert) Nd2Fe14B||1,0{{0}}–1,4{{0}}||750–2000||200–440||310–400
|-
|style="text-align:left"|Neodym-Eisen-Bor (isotrop, gewöhnlich kunststoffgebunden) Nd2Fe14B||0,6{{0}}–0,8{{0}}||600–1200||60–100||310–400
|-
|style="text-align:left"|[[Samarium-Cobalt]] (anisotrop, gesintert) SmCo5 (gesintert)||0,9{{0}}–1,1{{0}}||600–2000||120–200||720
|-
|style="text-align:left"|Sm2(Co,Fe,Cu,Zr)17 (anisotrop, gesintert)||1,1{{0}}–1,15||450–1300||150–240||800
|-
|style="text-align:left" bgcolor="#f0f0f0" colspan="5"|Dazu im Vergleich die Magnete AlNiCo (Gruppe der Stahlmagneten) und [[Strontiumferrit]] aus der Gruppe der keramischen Magneten:
|-
|style="text-align:left"|[[Alnico]] (anisotrop) ||0,6{{0}}–1,4{{0}}||60–{{0}}275||10–{{0}}88||700–860
|-
|style="text-align:left"|Sr-Ferrite (anisotrop) ||0,35–0,4{{0}}||100–{{0}}300||10–{{0}}40||450
|}

Daneben ist eine Vielfalt permanentmagnetischer [[Legierung]]en 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 (Element)|Titan]], [[Zirconium]], [[Kupfer]] oder [[Mangan]] gestört wird. Schließlich braucht Nd2Fe14B zwischen den Kristallen eine Anreicherung an Seltenerden, um eine akzeptable Koerzitivfeldstärke zu erreichen.

== Wirkungsweise ==
Die Seltenerden ([[Lanthanoide]]) sind an sich bereits [[Ferromagnetismus|ferromagnetisch]], aber ihre [[Curie-Temperatur]]en 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 [[magnetisches Moment|magnetische Momente]]. Dies ist eine Folge der unvollständigen Füllung der [[f-Orbital|4f-Schale]], die aus bis zu sieben ungepaarten [[Elektron]]en mit ausgerichteten Spins besteht. Elektronen in solchen Orbitalen sind stark lokalisiert und behalten daher leicht ihre magnetischen Momente und die Funktion als [[paramagnetisch]]e Zentren. Magnetische Momente in anderen Orbitalen sind oft aufgrund der starken Überlappung mit den Nachbarn verloren, z. B. formen Elektronen in [[kovalente Bindung|kovalenten Bindungen]] Paare mit Null-Netto-Spin.

Die [[magnetische Polarisation]] der Seltenerdmagneten beruht aber im Wesentlichen auf den [[Spin]]s der [[d-Orbital|3d-Schalen]] der Eisenmetalle. Die Seltenerdmetalle stabilisieren die magnetische Ausrichtung der 3d-Schalen dadurch, dass ihre [[kristall]]inen 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 ==
*{{Literatur
|Autor = Peter Campbell
|Titel = Permanent Magnet Materials and their Application
|Verlag = Cambridge University Press | Jahr = 1996 | ISBN = 978-0-52156688-9 }}

== Einzelnachweise ==
<references>
<ref name="tab1">[http://www.intl-magnetics.org/pdfs/0100-00.pdf Standard Specifications for Permanent Magnet Materials] (PDF; 1,4 MB), MMPA Standard Nr. 0100-00, 2000.</ref>
<ref name="hist1">{{Internetquelle |url=http://www.rareearth.org/magnets_patents_history.htm |titel=History of Rare-Earth Magnets |offline=ja |archiv-url=https://web.archive.org/web/20160927104856/http://www.rareearth.org/magnets_patents_history.htm |archiv-datum=2016-09-27 |archiv-bot= |zugriff=2013-05-29}}</ref>
<ref name="cull1">{{Literatur |Autor = B. D. Cullity, C. D. Graham |Titel = Introduction to Magnetic Materials |Verlag = Wiley-IEEE Press | Auflage = 2. | Jahr = 2008 | Seiten = 489 | ISBN = 978-0-471-47741-9 }}</ref>
</references>

[[Kategorie:Magnetwerkstoff]]
[[Kategorie:Seltenerdmetall]]

Seltenerdmagnet - Versionsgeschichte

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