Nieuw materiaal voor hittebestendige magneten

Een onderzoeksgroep onder leiding van professor J. M. D. Coey van het Trinity College in Dublin heeft een nieuw ferromagnetisch materiaal ontwikkeld dat veelbelovende eigenschappen bezit. Het nieuwe materiaal, SmFeN, is een legering van samarium, ijzer en stikstof in een molaire verhouding van 2: 17: 3. Het is zeer corrosievast en kenmerkt zich door een opvallend hoge Curie-temperatuur van 475 graden. Boven die temperatuur verliest het materiaal zijn gewenste magnetische eigenschappen, het wordt dan, zoals dat heet 'ontordent'.

Dankzij de hoge Curie-temperatuur zou SmFeN een belangrijke concurrent kunnen worden van het materiaal NdFeB (neodynium-ijzer-borium) dat op dit moment veel toepassing vindt in permanente magneten van moderne kleine elektromotoren. (Neodynium en samarium behoren beide tot de lanthaniden, de zeldzame aardmetalen). De magnetische eigenschappen van neodynium-ijzer-borium lopen al boven 150 graden snel terug. De octrooien voor het materiaal stammen uit 1983 en zijn in handen van General Motors en het Japanse Sumitomo. In Europa wordt het sinds enige jaren in licentie geproduceerd door Philips (in Sout Port, Engeland), in Duitsland bij Thyssen en Vacuumschmelze en in Frankrijk bij Ugimac. Voor 1985 bestonden de betere permanente magneten de laatste jaren doorgaans uit SmCo, samarium-kobalt in verhouding 1: 5. Dat had een erg gunstige Curie-temperatuur van 640 graden maar heeft het bezwaar dat kobalt erg duur is geworden en voornamelijk in politiek instabiele landen wordt gewonnen.

Coey bouwde voort op het werk van de groep van prof.dr. K. H. J. Buschow van Philips' Natuurkundig Laboratorium in Eindhoven waar twee jaar geleden werd ontdekt dat de eigenschappen van het al langer bekende materiaal samarium-ijzer (SmFe) belangrijk verbeterden als koolstof in de legering werd opgenomen. Het 'interstitieel' koolstof (dat een plaats zocht in de ruimten tussen de andere atomen) vehoogde de Curie-temperatuur van 100 tot 280 graden en maakte het materiaal ook magnetisch 'harder' (beter bestand tegen omdraaiende velden). Koolstof kon eenvoudig aan een smelt van samarium-ijzer worden toegevoegd.

Coey heeft het koolstof nu door stikstof vervangen. Verpulverd samarium-ijzer neemt bij 500 graden Celsius makkelijk stikstof op als dat onder druk wordt aangeboden. Als het nieuwe materiaal inderdaad een betaalbare massaproduktie toestaat zou Europa een belangrijke voorsprong hebben op de VS en Japan. Dat was ook de opzet van het Europese stimuleringsprogramma CEAM (Concerted European Action on Magnets) dat in 1985 van start ging. In CEAM werken vijftig Europese laboratoria samen, in Nederland zijn dat Philips' Natlab en de universiteit van Amsterdam.

Wie het octrooi verwerft op samarium-ijzer-stikstof valt nog te bezien. Philips heeft een octrooi op het samarium-ijzer-koolstof (en studeert nog op industriele produktie daarvan) maar de vervanging van koolstof door stikstof wordt niet als 'triviaal' gekenschetst. Coey heeft vooral samenwerking gezocht met Vacuumschmelze (Siemens).