Cubes magnétiques en néodyme nickelés
Un aimant en néodyme (également connu sous le nom d'aimant NdFeB, NIB ou Neo) est le type d'aimant aux terres rares le plus largement utilisé. Il s'agit d'un aimant permanent fabriqué à partir d'un alliage de néodyme, de fer et de bore pour former la structure cristalline tétragonale Nd2Fe14B.
Les aimants NdFeB peuvent être classés comme frittés ou collés, selon le processus de fabrication utilisé. Ils ont remplacé d'autres types d'aimants dans de nombreuses applications dans les produits modernes qui nécessitent des aimants permanents puissants, tels que les moteurs électriques dans les outils sans fil, les disques durs et les fixations magnétiques. .
Explication de la force
Dans sa forme pure, le néodyme a des propriétés magnétiques - en particulier, il est antiferromagnétique - mais uniquement à basse température, en dessous de 19 K (-254,2 degrés ; -425,5 degrés F). Mais certains composés de néodyme avec des métaux de transition tels que le fer sont ferromagnétiques, avec des températures de Curie bien supérieures à la température ambiante. Ceux-ci sont utilisés pour fabriquer des aimants en néodyme.
La force des aimants en néodyme est le résultat de plusieurs facteurs. Le plus important est que la structure cristalline tétragonale de Nd2Fe14B présente une anisotropie magnétocristalline uniaxiale exceptionnellement élevée (HA ≈ 7 T – intensité du champ magnétique H en unités de A/m par rapport au moment magnétique en A·m2). Cela signifie qu'un cristal du matériau s'aimante préférentiellement le long d'un axe cristallin spécifique mais est très difficile à magnétiser dans d'autres directions. Comme les autres aimants, l'alliage d'aimant au néodyme est composé de grains microcristallins qui sont alignés dans un champ magnétique puissant pendant la fabrication de sorte que leurs axes magnétiques pointent tous dans la même direction. La résistance du réseau cristallin à tourner sa direction d'aimantation confère au composé une coercivité très élevée, ou une résistance à la démagnétisation.
L'atome de néodyme peut avoir un grand moment dipolaire magnétique car il a 4 électrons non appariés dans sa structure électronique contre (en moyenne) 3 dans le fer. Dans un aimant, ce sont les électrons non appariés, alignés de manière à ce que leur spin soit dans la même direction, qui génèrent le champ magnétique. Cela confère au composé Nd2Fe14B une aimantation à saturation élevée (Js ≈ 1,6 T ou 16 kG) et une aimantation rémanente de typiquement 1,3 teslas. Par conséquent, comme la densité d'énergie maximale est proportionnelle à Js2, cette phase magnétique a le potentiel de stocker de grandes quantités d'énergie magnétique (BHmax ≈ 512 kJ/m3 ou 64 MG·Oe).
Cette valeur d'énergie magnétique est environ 18 fois supérieure à celle des aimants en ferrite "ordinaires" en volume et 12 fois en masse. Cette propriété d'énergie magnétique est plus élevée dans les alliages NdFeB que dans les aimants au samarium cobalt (SmCo), qui ont été le premier type d'aimant aux terres rares à être commercialisé. En pratique, les propriétés magnétiques des aimants en néodyme dépendent de la composition de l'alliage, de la microstructure et de la technique de fabrication utilisée.
La structure cristalline du Nd2Fe14B peut être décrite comme une alternance de couches d'atomes de fer et d'un composé néodyme-bore.[3] Les atomes de bore diamagnétiques ne contribuent pas directement au magnétisme mais améliorent la cohésion par une forte liaison covalente. La teneur relativement faible en terres rares (12 % en volume, 26,7 % en masse) et l'abondance relative de néodyme et de fer par rapport au samarium et au cobalt rend aimants en néodyme moins chers que les aimants en samarium-cobalt.
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