Saga varanlegra jarðar segla fyrir mótora

Sjaldgæf jörð frumefni (sjaldgæfar varanlegir jarðseglar) eru 17 málmefni í miðju lotukerfisins (atómnúmer 21, 39 og 57-71) sem hafa óvenjulega flúrljómandi, leiðandi og segulmagnaðir eiginleika sem gera þau ósamrýmanleg algengari málma eins og járn) er mjög gagnlegt þegar blandað eða blandað í litlu magni. Jarðfræðilega séð eru sjaldgæf jörð frumefni ekki sérstaklega sjaldgæf. Útfellingar þessara málma finnast víða um heim og sum frumefni eru til staðar í nokkurn veginn sama magni og kopar eða tin. Hins vegar hafa sjaldgæf jarðefni frumefni aldrei fundist í mjög háum styrk og eru oft blanduð innbyrðis eða geislavirkum frumefnum eins og úrani. Efnafræðilegir eiginleikar sjaldgæfra jarðefnaþátta gera það að verkum að erfitt er að aðskilja þau frá nærliggjandi efnum og þessir eiginleikar gera það einnig að verkum að erfitt er að hreinsa þau. Núverandi framleiðsluaðferðir þurfa mikið magn af málmgrýti og mynda mikið magn af hættulegum úrgangi til að vinna aðeins lítið magn af sjaldgæfum jarðmálmum, með úrgangi frá vinnsluaðferðum þar á meðal geislavirkt vatn, eitrað flúor og sýrur.

Fyrstu varanlegir segularnir sem fundust voru steinefni sem veittu stöðugt segulsvið. Fram á byrjun 19. aldar voru seglar viðkvæmir, óstöðugir og úr kolefnisstáli. Árið 1917 uppgötvaði Japan kóbalt segulstál, sem gerði endurbætur. Afköst varanlegra segla hafa haldið áfram að batna síðan þeir fundust. Fyrir Alnicos (Al/Ni/Co málmblöndur) á þriðja áratug síðustu aldar kom þessi þróun fram í hámarksfjölda aukinnar orkuafurða (BH)max, sem bætti gæðastuðul varanlegra segla til muna, og fyrir tiltekið magn segla, Hægt væri að breyta hámarksorkuþéttleika í afl sem hægt er að nota í vélum sem nota segla.

Fyrsti ferrítsegullinn fannst fyrir tilviljun árið 1950 í eðlisfræðirannsóknarstofu sem tilheyrir Philips Industrial Research í Hollandi. Aðstoðarmaður samdi það fyrir mistök - hann átti að undirbúa annað sýnishorn til að rannsaka sem hálfleiðaraefni. Það kom í ljós að það var í raun segulmagnaðir, svo það var sent til segulrannsóknarhópsins. Vegna góðrar frammistöðu sem seguls og lægri framleiðslukostnaðar. Sem slík var þetta Philips-þróuð vara sem markaði upphafið að hraðri aukningu í notkun varanlegra segla.

Á sjöunda áratugnum, fyrstu sjaldgæfu jarðar seglarnir(sjaldgæfar varanlegir jarðseglar)voru gerðar úr málmblöndur lanthaníð frumefnisins, yttríums. Þeir eru sterkustu varanlegir seglarnir með mikla mettunarsegulmögnun og góða mótstöðu gegn afsegulmyndun. Þrátt fyrir að þær séu dýrar, viðkvæmar og óhagkvæmar við háan hita eru þær farnar að ráða ríkjum á markaðnum eftir því sem notkun þeirra verður mikilvægari. Eignarhald á einkatölvum varð útbreitt á níunda áratugnum, sem þýddi mikla eftirspurn eftir varanlegum seglum fyrir harða diska.

Málblöndur eins og samarium-kóbalt voru þróuð um miðjan sjöunda áratuginn með fyrstu kynslóð umbreytingarmálma og sjaldgæfra jarðefna, og seint á áttunda áratugnum hækkaði verð á kóbalti verulega vegna óstöðugra birgða í Kongó. Á þeim tíma voru hæstu samarium-kóbalt varanlegir seglarnir (BH)max hæstir og varð rannsóknarsamfélagið að skipta út þessum seglum. Nokkrum árum síðar, árið 1984, var þróun varanlegra segla byggða á Nd-Fe-B fyrst sett fram af Sagawa o.fl. Notar duftmálmvinnslutækni hjá Sumitomo Special Metals, með bræðslusnúningaferli frá General Motors. Eins og sést á myndinni hér að neðan hefur (BH)max batnað á næstum heila öld, byrjað á ≈1 MGOe fyrir stál og náð um 56 MGOe fyrir NdFeB seglum á undanförnum 20 árum.

Sjálfbærni í iðnaðarferlum hefur nýlega verið forgangsverkefni og sjaldgæf jörð frumefni, sem hafa verið viðurkennd af löndum sem lykilhráefni vegna mikillar framboðsáhættu og efnahagslegs mikilvægis, hafa opnað svæði fyrir rannsóknir á nýjum sjaldgæfum jörðulausum varanlegum seglum. Ein möguleg rannsóknastefna er að líta til baka á elstu þróuðu varanlega seglana, ferrít segla, og rannsaka þá frekar með því að nota öll nýju tækin og aðferðirnar sem hafa verið í boði undanfarna áratugi. Nokkrar stofnanir vinna nú að nýjum rannsóknarverkefnum sem vonast til að skipta sjaldgæfum jörðum seglum út fyrir grænni og skilvirkari valkosti.