С помощью новой технологии российские учёные впервые получили материал для изготовления более стабильных постоянных магнитов, способных заменить дорогостоящие аналоги с редкоземельными элементами. Разработка перспективна для применения в электронике, аудио- и бытовой технике, а также автомобилестроении и промышленности. Об этом сообщили в Минобрнауки России.

Постоянные магниты широко используются в электронике, медицинской технике, датчиках, генераторах, системах управления двигателями, различных механизмах автоматизации, для упаковки и удержания металлических деталей. В зависимости от назначения магниты чаще всего изготавливаются из сплава неодим-железо-бор или гексагональных ферритов бария или стронция. Неодимовые магниты — наиболее мощные, но ферритовые значительно дешевле, доступнее и устойчивее к химическим воздействиям и коррозии. Сейчас актуальной задачей является улучшение характеристик ферритовых магнитов, чтобы заменить ими неодимовые.

Исследователи НИТУ МИСИС и Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН предложили свою альтернативу дорогостоящим редкоземельным магнитам. Сперва они получили порошок из нанопластинок гексаферрита бария дисковидной формы, обладающий высокой коэрцитивной силой — величиной напряжённости внешнего магнитного поля, необходимой для перемагничивания вещества.

«В среднем коэрцитивная сила коммерчески доступных и широко используемых марок ферритов бария составляет до 4 кЭ, реже — 5 кЭ. Полученный нами порошок обладает коэрцитивной силой 5,6 кЭ, благодаря чему превосходит большинство известных аналогов», — отметил кандидат технических наук Андрей Тимофеев, доцент кафедры технологии материалов электроники НИТУ МИСИС.

Чтобы получить магнит, порошок нужно спечь — подвергнуть высокотемпературной обработке (1100–1300 °C) для формирования объёмного керамического изделия. При этом частицы начинают срастаться, а их размеры — увеличиваться, что приводит к уменьшению коэрцитивной силы. Для решения этой проблемы исследователи применили технологию жидкофазного спекания, при которой ферритовый порошок предварительно смешивается с легкоплавкой добавкой. При нагреве она становится жидкой и заполняет поры между твёрдыми частицами, способствуя их перераспределению и уплотнению. После охлаждения жидкая фаза затвердевает, формируя плотный и прочный материал.

Исследователи добавляли к ферритовым частицам оксид висмута или оксид бора в различном количестве, а затем полученную смесь формовали и спекали при 900 °C. Несмотря на некоторый рост размеров частиц, были получены прочные керамические образцы, сохранившие коэрцитивную силу на высоком уровне — 5,3 кЭ.

«Учёные давно пытаются улучшить магнитные характеристики гексаферритов с помощью различных методов. Уникальность нашей разработки в объединении нескольких технологий. Первая — получение нанопластинок гексаферрита определённой формы, которое требует специальных условий синтеза. Вторая — низкотемпературное спекание, с помощью которого получается керамика с сохранением магнитных параметров исходного порошка. Данный материал в дальнейшем может быть использован для создания более эффективных ферритовых магнитов», — сказал кандидат технических наук Андрей Миронович, доцент кафедры технологии материалов электроники НИТУ МИСИС.

Подробности исследования опубликованы в Russian Journal of Inorganic Chemistry. Работа выполнена в рамках стратегического проекта НИТУ МИСИС «Материалы будущего» (проект K6-2022-043) по программе «Приоритет-2030» Минобрнауки России.