Projekti / Programi
Razvoj tehnike hitrega radiacijskega sintranja za izdelavo naprednih večkomponentnih trajnih magnetov tipa Nd-Fe-B brez izmeta in z zmanjšano vsebnostjo kritičnih surovin
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.04.02 |
Tehnika |
Materiali |
Kovinski materiali |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.05 |
Tehniške in tehnološke vede |
Materiali |
Nd-Fe-B trajni magneti, razvoj inovativne tehnike radiacijskega sintranja, izdelava brez izmeta, izboljšanje oblike magneta, izboljšanje učinkovitosti električnih naprav, elektromotorji, pridobivanje energije iz obnovljivih virov, nizkoogljična družba, kritičnost redkih zemelj
Raziskovalci (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
37819 |
dr. Tomaž Tomše |
Materiali |
Vodja |
2020 - 2023 |
54 |
Organizacije (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Razisk. organizacija |
Kraj |
Matična številka |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
0106 |
Institut "Jožef Stefan" |
Ljubljana |
5051606000 |
90.664 |
Povzetek
Magneti na osnovi redkih zemelj, predvsem Nd-Fe-B magneti, so eni izmed najbolj pomembnih materialov za moderno Evropo. Uporabljajo se v različnih napravah in so zelo pomembni za razvoj tehnologij, ki bodo omogočile prehod v nizkoogljično družbo. Prvič, električni motorji, ki uporabljajo magnete, kot so na primer vlečni motorji za električna vozila, so bolj varčni, zmogljivejši in manjši od motorjev, kjer magnetno polje ustvarjajo tuljave. Drugič, nekatere tehnologije, kot na primer vetrne turbine, ki za ustvarjanje elektrike izrabljajo obnovljive vire, tudi potrebujejo magnete za delovanje. Za pretvorbo električne energije v mehansko in obratno, so pomembni tako oblika in velikost magneta, kot tudi njegova kemijska sestava in mikrostruktura, na kar pa močno vpliva proces izdelave magneta. Široko izbiro glede oblike ponujajo plastomagneti, v zadnjem času pa se tudi pospešeno razvijajo različne dodajalne tehnologije za proizvodnjo magnetov. Vendar pa se magnetne lastnosti takšnih magnetov ne morejo kosati s povsem gostimi sintranimi magneti, ki se izdelajo s konvencionalno metalurgijo prahov. Po drugi strani pa sintranje na visoki temperaturi močno omeji izbiro oblike magneta, kar omejuje zasnovo električnih motorjev. Tudi za najbolj osnovne oblike, kot so prizme in valji, je po sintranju potrebno mehansko brušenje in žaganje. Posledica tega pa je materialni odpad, kar je nezaželeno, saj so elementi redkih zemelj na vrhu seznama kritičnih elementov, ki ga je pripravila Evropska Komisija. V tej projektni prijavi predlagam povsem nov pristop k proizvodnji visoko zmogljivih Nd-Fe-B magnetov brez izmeta. Da bi se drastično zmanjšali časi sintranja, kar je ključ do večje izbire glede oblike magneta in bolj ugodne mikrostrukture, bom razvil tehniko hitrega sintranja, ki bo temeljila na prenosu toplote preko intenzivnega toplotnega sevanja. V ta namen bom uporabil posebno vrsto elektro-uporovne peči, znano kot ''Spark Plasma Sintering'', ki omogoča hitrosti segrevanja nekaj sto stopinj na minuto. Delovni proces bo zajemal tudi razvoj orodja za napovedovanje temperature v vzorcu. Izvedel bom študijo vpliva procesnih parametrov na nastanek mikrostrukture in magnetnih lastnosti, na podlagi rezultatov pa bom s pomočjo metode končnih elementov izdelal model za simuliranje temperature med sintranjem. Da bi izboljšal porabo kritičnih materialov, bom za namen raziskave uporabil Nd-Fe-B material, ki bo vseboval manj Nd, kot ga vsebujejo komercialni magneti. Krajši časi sintranja bodo zmanjšali rast zrn in preprečili verjetnost za nezaželene difuzijske procese, kar bo izboljšalo zmogljivost magneta pri povišanih temperaturah, kar je zelo zaželeno pri elektromotorjih. Nadaljnje, da bi zmanjšal porabo dragih dodatkov, kot je na primer disprozij, bom pripravil magnete z lokalno različnimi kemijskimi sestavami (večkomponentni magneti). V kombinaciji z izboljšano obliko magneta bom tako dosegel lastnosti, kakršnih doslej ni bilo moč doseči, kar bo predstavljalo pomemben korak k razvoju elektromotorjev in generatorjev naslednje generacije, kjer zasnova naprave ne bo več pogojena z omejeno izbiro oblike magneta.
