Чтобы яснее описать место, занимаемое магнитопластами неодим-железо-бор (Nd-Fe-B) среди других типов магнитов, приведём краткое описание наиболее распространённых типов постоянных магнитов.

1. Изотропные и анизотропные ферриты бария и стронция (спечённые).

Это магниты с величиной остаточной магнитной индукции Br для анизотропных магнитов около 3 кГс и коэрцитивной силой Нс около 3 кЭ для стронциевого и 2 кЭ для бариевого ферритов. Они изготавливаются из дешёвого сырья – окислов железа – по керамической технологии и технологии порошковой металлургии с прессованием (для анизотропных ферритов – в магнитном поле) и двукратным высокотемпературном спекании в воздушной атмосфере. Далее во многих случаях необходима шлифовка и резка алмазным инструментом.

2. Постоянные магниты железо-никель-алюминий и железо-никель-алюминий-кобальт (ЮНД, или Al-Ni и ЮНДК, или Al-Ni-Co).

В этих магнитах высококоэрцитивное состояние достигается охлаждением в магнитном поле. Типичные магнитные характеристики: Br = 9-11 кГс и Нс от 0.5 до 0.9 кЭ. Такие магниты при самой высокой температурной и временной стабильности имеют очень высокую стоимость. В настоящее время они применяются лишь в военной промышленности и по инерции в некоторых других изделиях, работающих при высоких температурах. Их применение ограничено и достаточно низкой коэрцитивной силой, что требует довольно массивных магнитов с большой величиной соотношения длины к толщине.

3. Магниты самарий-кобальт SmCo (спечённые).

Эти магниты на основе редкоземельных интерметаллических сплавов обладают максимальной анизотропией, их типичные магнитные свойства Br от 7 до 10 кГс и Нс от 18 до 12 кЭ соответственно. Их получают по стандартной технологии порошковой металлургии, но из-за высокой химической активности Sm изготовление сплава, порошка, прессование брикетов и высокотемпературное спекание проводится в атмосфере инертного газа. После прессования в магнитном поле для получения большой плотности и близкой к 100% магнитной текстуры и спекания проводится термообработка, затем необходима шлифовка алмазным инструментом. При высоких ценах на самарий и кобальт их применение оправдано лишь высокой температурной стабильностью.

4. Магниты неодим-железо-бор Nd-Fe-B (спечённые).

Стремление к миниатюризации технических изделий при сохранении высокой эффективности привело в середине 80-х гг. к появлению нового класса редкоземельных соединений с рекордными величинами остаточной магнитной индукции 11-12 кГс и коэрцитивной силой Нс=12-22 кЭ. Наиболее распространённый способ получения этих магнитов – порошковый, при котором все операции аналогичны процессам изготовления магнитов SmCo. Довольно сложный технологический процесс, высокая стоимость сырья, более низкая, чем у SmCo, температурная стабильность и необходимость механической обработки алмазным инструментом, препятствует широкому применению этого класса магнитов.

В последнее время появилась необходимость разработки новых типов постоянных магнитов, в которых бы оптимально сочетались высокая технологичность, однородность и стабильность магнитных характеристик со стоимостью, более низкой по сравнению с редкоземельными магнитами групп 3 и 4. Такие магниты и появились за последние десять лет.

5. Редкоземельные магнитопласты неодим-железо-бор Nd-Fe-B.

Полимерные постоянные магниты, или магнитопласты, изготавливаются из смеси магнитного порошка и полимерного связующего. После сухого прессования в размер производится отверждение изотропных заготовок в сушильных шкафах в воздушной атмосфере. Этот вид магнитных материалов имеет ряд ценных свойств, выгодно отличающих их от металлических или керамических магнитов, получаемых спеканием:

Во-первых, это высокая воспроизводимость и стабильность, однородность магнитных свойств, большой срок службы.

Во-вторых – хорошая механическая прочность и пластичность.

В-третьих – высокая технологичность, т. е. возможность получать изделия сложной формы с малыми затратами и при этом соблюдать с высокой точностью заданные размеры.

Такая технология позволяет производить до миллиона магнитов ежемесячно на площади 40 кв. м при персонале 10 человек. Среди других достоинств магнитопластов можно отметить большую, чем у других редкоземельных магнитов, устойчивость к коррозии, сравнительно высокое электросопротивление и меньший, чем у спечённых магнитов, вес. Технология изотропных полимерных магнитов даёт возможность достаточно легко создавать разнообразные сложные конфигурации магнитных полей.

Область применения магнитов постоянно расширяется. Однако во многих известных нам конструкциях их возможности используются, с нашей точки зрения, не полностью. В большинстве современных магнитных материалов – спечённые Nd-Fe-B, анизотропные ферриты, текстурированные магниты на базе сплавов Al-Ni-Co – ось намагничивания задаётся ещё до процессов высокотемпературного спекания и не может быть изменена при их намагничивании. Из-за этого практически невозможно создание на таких магнитах неколлинеарного направления намагниченности. Вот почему в большинстве моторов, генераторов, в различных датчиках применяют пластинки, скобки, однородно намагниченные, что неизбежно создает проблему краевых эффектов, создающих повышенное искрение, угловую неоднородность механического момента (зубцовый эффект) и др. А редкоземельные магнитопласты – изотропные вещества и могут быть намагничены произвольным образом. В частности, для них допустимы радиальное или когтеобразное распределение намагниченности, это в ряде случаев может привести к существенному выигрышу при конструировании магнитных систем. Безусловно, неколлинеарное намагничивание является более сложной задачей, чем обычное намагничивание в соленоидах простой формы, тем более что поля, необходимые для этого, достигают величин 30-40 кЭ. Однако преимущества, получаемые при использовании таких магнитных систем, целиком окупают необходимые для этого затраты. Например, на нашем предприятии освоено серийное производство неоднородно намагниченных втулок, создающих перпендикулярное однородное во всем внутреннем объёме магнитное поле при минимальном поле рассеивания на наружной поверхности. Неколлинеарно намагниченные магниты могут использоваться также в различных миниатюрных магнитных системах, например, для датчиков ускорения, перемещения, угла поворота, т. е. везде, где необходима концентрация магнитного поля в заранее заданной зоне. Редкоземельные магнитопласты являются наиболее перспективными материалами для создания таких систем. Опытные образцы датчиков, использующих описанные принципы, уже изготовлены на нашем предприятии.