Physik

Die COVID-19-Pandemie hat die Lieferketten vieler Materialien durcheinander gebracht, darunter auch solche, die zur Herstellung von Magneten verwendet werden. Magnete sind entscheidende Komponenten in Technologien, die von Computerfestplatten bis hin zu Magnetresonanztomographen reichen. Um solche Störungen zu vermeiden, suchen Forscher nach alternativen Möglichkeiten, magnetische Materialien zu beschaffen. Daniel Casaleiz von IMDEA Nanoscience, Spanien, teilte die Details einer solchen Methode auf der jüngsten Konferenz 2022 Joint Magnetism and Magnetic Materials (MMM) – Intermag mit, die im Januar online und in New Orleans stattfand.

Casaleiz und seine Kollegen haben eine Methode entwickelt, um Ferritrückstände zu recyceln, die bei der Herstellung kommerzieller Ferritmagnete, dem weltweit am häufigsten produzierten Magnettyp, übrig bleiben. Zunächst sammelt das Team Strontiumferrit-Abfälle von einem Magnethersteller in Spanien. Anschließend zermahlen sie das Abfallmaterial zu einem Pulver mit Körnern in Submikrometergröße und erhitzen das Pulver auf 1000 °C, wo es einer Kalzinierung unterzogen wird, einem Prozess, der die Mikrostruktur und die magnetischen Eigenschaften des Materials optimiert. Bei der Messung der magnetischen Eigenschaften dieses verarbeiteten Pulvers stellte das Team fest, dass es bessere Eigenschaften als der ursprüngliche Rückstand aufweist, mit einer 3,5-fachen Erhöhung seiner Koerzitivfeldstärke (ein Maß für den Widerstand eines magnetischen Materials gegenüber Änderungen seiner Magnetisierung) und einer 25-prozentigen Erhöhung. Erhöhung seiner Remanenz (Restmagnetisierung).

Dieses Pulver kann dann zur Wiederaufbereitung zu gewöhnlichen Ferritmagneten an das Unternehmen zurückgegeben werden. Casaleiz und seine Kollegen haben auch gezeigt, dass damit ein Ferrit-Polymer-Verbundwerkstoff für den 3D-Druck von Magneten hergestellt werden kann, was mit recycelten Materialien bisher noch nicht möglich war. Der 3D-Druck hat Vorteile gegenüber herkömmlichen Magnetherstellungstechniken, da die Magnete bei niedrigeren Temperaturen hergestellt werden können, was die Energiekosten senkt, und sie in einer wesentlich größeren Vielfalt an Formen gedruckt werden können.

Für den 3D-Druck mischt das Team das Pulver mit einem Polymer namens Acrylnitril-Butadien-Styrol und extrudiert die Mischung dann in lange Filamente. Diese Filamente werden einem 3D-Drucker zugeführt, wo sie leicht erhitzt werden, bevor sie auf einer Oberfläche abgelegt werden. Mit dieser Methode hat das Team eine Vielzahl von Objekten gedruckt, von Sechsecken und Ringen bis hin zu kompliziert gemusterten Zylindern, die alle die magnetischen Eigenschaften des Originalpulvers beibehalten.

Casaleiz sagt, dass die recycelten 3D-gedruckten Magnete, die er und seine Kollegen hergestellt haben, in Technologien von Elektrofahrzeugen bis hin zu Haushaltsgeräten Verwendung finden könnten. Er glaubt auch, dass diese Magnete auf Ferritbasis dazu beitragen könnten, Magnete aus seltenen Erden zu ersetzen, beispielsweise solche aus Neodym, deren Abbau sich negativ auf die Umwelt auswirken kann. Magnete auf Ferritbasis haben normalerweise eine geringere Stärke als ihre Gegenstücke aus seltenen Erden, Casaleiz weist jedoch darauf hin, dass Ferritmagnete andere funktionelle Vorteile haben. Sie sind beispielsweise chemisch inert und daher ohne Beschichtung korrosionsbeständig. Außerdem „sind sie nachhaltiger und die für ihre Herstellung verwendeten Materialien sind einfacher zu beschaffen“, sagt er.

–Katherine Wright

Katherine Wright ist stellvertretende Herausgeberin des Physics Magazine.

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