Anwendungen der Lanthanoide: Magnettechnologie

Ein weiteres wichtiges Anwendungsgebiet der Lanthanoide ist die Magnettechnologie:

Um die zunehmende Miniaturisierung in der Elektrotechnik vorantreiben zu können wurden Werkstoffe benötigt, die bei gleicher Masse im Vergleich zu herkömmlichen magnetischen Materialien eine höhere magnetische Kraft aufweisen.

Da einige Lanthanoide schon in elementarer Form magnetisch sind, untersuchte man seit Mitte der siebziger Jahre gezielt ihre Verbindungen und Legierungen nach geeigneten Werkstoffen.
Dabei fand man einige Materialien, wie z. B. die Samarium-Cobaltverbindungen SmCo₅ und Sm₂Co₁₇ oder die 1983 entdeckte Neodym-Eisen-Borverbindung Nd₂Fe₁₄B, welche schnell für industrielle Anwendungen genutzt wurden.

Weitere interessante Materialien sind der Gadolinium-Gallium-Granat Gd₃Ga₅O₁₂, der als Computerspeichermedium entwickelt wurde, sich aber nicht durchsetzen konnte und Terbium-Eisen-Cobaltlegierungen, die als Speichermedium der MiniDisc Verwendung finden.

Der Stoff Ytterbium-Cobalt-Eisen-Mangan Yb₂Co₁₃Fe₃Mn, der das höchste Energieprodukt der bekannten Magnetwerkstoffe aufweist, wird wegen seines hohen Preises nicht kommerziell eingesetzt.

Aufgrund der Reaktionsfreudigkeit der Seltenerdmetalle benötigen die Magnetmaterialien eine Schutzbeschichtung um die Korrosion an der Luft zu verhindern.
Für diese Beschichtung werden meist Aluminium oder Epoxyharz verwendet.

Ein weiterer wichtiger Aspekt bei der Auswahl von Magnetwerkstoffen ist ihre Temperaturbeständigkeit.
Das wichtigste Maß für die Temperaturbeständigkeit eines Stoffes ist seine Curie-Temperatur, die angibt ab welcher Temperatur der Stoff seine magnetischen Eigenschaften verliert.
Im allgemeinen werden die magnetischen Eigenschaften auch schon unterhalb des Curie-Punktes beeinträchtigt, so weist z. B. das Neodym-Eisen-Bor eine Curie-Temperatur von 180-200 °C auf, wird aber in der Praxis nicht mehr bei Temperaturen über 120 °C eingesetzt.
Die Samarium-Cobaltverbindungen hingegen sind deutlich temperaturbeständiger, ihr Curie-Punkt liegt bei ca. 700 °C.

Die Einsatzmöglichkeiten für seltererdmetallhaltige Magnetwerkstoffe sind äußerst vielfältig:

Besonders Mini- und Mikromotoren benötigen kleine und leistungsstarke Magnete, ebenso wie feinmechanische Produkte wie z. B. Quarzuhren oder Fotoapparate.
Auch die stetige Miniaturisierung der Produkte der Informations- und Unterhaltungsindustrie setzte die Existenz geeigneter Magnetmaterialien voraus.
Als prominenteste Beispiele sind hier Videokameras, MiniDisc-, Disketten- und Festplattenlaufwerke zu nennen.

Foto: Jens

Bild: Eine Festplatte

Im Walkman und im Discman wird Samarium-Cobalt sowohl im Antriebsmotor als auch in den Magneten des Kopfhörers eingesetzt.

Foto: Jens

Bild: Ein Discman

Weiterhin werden lanthanidhaltige magnetische Werkstoffe in der Luft- und Raumfahrt und auch für militärische Zwecke eingesetzt.

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