Présentation
Auteur(s)
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François LEPRINCE-RINGUET : Ingénieur de l’École Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Docteur ès Sciences
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Lire l’articleINTRODUCTION
Le mot Aimant doit son origine au latin « Adamas » qui signifie fer, diamant. En effet, les premiers aimants connus, déjà du temps des Grecs, étaient à base de fer ; c’était la pierre d’aimant au magnétite, oxyde de fer naturel utilisé comme minerai. Vers le XII e siècle apparaissent en Europe les premiers aimants artificiels en fer, et peu de progrès ont été faits dans ce domaine jusque vers les années 30. Les matériaux utilisés étaient alors des aciers durs martensitiques au chrome, au tungstène ou au cobalt, caractérisés par la traditionnelle forme en U.
Les progès technologiques réalisés au cours des soixante dernières années ont complètement révolutionné les possibilités des aimants permanents. De nouveaux types ont été découverts, synthétisés et industrialisés, avec des performances telles que les applications ont pu se multiplier dans de nombreux domaines, de l’automobile à l’électroacoustique, de l’horlogerie à l’industrie minière, de l’électroménager au jouet, etc. On estime en effet à l’heure actuelle (1995) qu’un logement moderne utilise plus de cinquante aimants allant de la fermeture de la porte du réfrigérateur au rotor du moteur du presse-citron. Il en est de même pour l’automobile et certaines voitures comprennent plusieurs kilogrammes d’aimants pour une centaine de fonctions différentes.
C’est ainsi qu’environ 300 000 t d’aimants permanents sont utilisés dans le monde chaque année, entraînant une concurrence internationale sévère entre les différents constructeurs, de plus en plus obligés de faire appel à l’automatique et à la robotique pour rester compétitifs, en particulier dans le domaine grand public.
Après avoir passé en revue les grandes classes de matériaux pour aimants permanents, leurs propriétés et leurs domaines d’applications, l’article traite chaque type plus particulièrement en mettant l’accent sur ses avantages et ses inconvénients comparés aux autres matériaux. Il aborde également les applications de ces aimants, sans toutefois entrer dans les détails techniques pour lesquels le lecteur se reportera aux articles correspondants dans les différents traités de la collection.
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VERSIONS
- Version courante de mai 2009 par Jean-Marie LE BRETON, Luc LECHEVALLIER, Philippe TENAUD, Antoine MOREL
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Alliages à base d’éléments de terres rares2. Matériaux céramiques : ferrites durs
Ces matériaux ont été développés au début des années 50 et industrialisés à la suite des publications et brevets de la société Philips. Ce sont des céramiques d’oxydes qui présentent les propriétés générales de l’ensemble des corps céramiques, par opposition aux corps métalliques.
Depuis 1970, la production de ces aimants type ferrite a dépassé celle des autres types et, actuellement, ce produit est, de très loin, le plus utilisé dans le monde pour les raisons suivantes :
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le matériau est bon marché ;
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les matières premières ne sont ni rares, ni stratégiques ;
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leurs propriétés magnétiques ont permis le développement de nombreuses applications dans des marchés grand public.
2.1 Élaboration du matériau
Ce matériau existe à l’état naturel sous forme de ferrite de plomb, découvert dans les années 30 et appelé magnétoplombite. La structure cristallographique en est hexagonale et la formule chimique : PbFe12O19.
HAUT DE PAGE2.1.1 Fabrication des ferrites durs frittés
Ce sont des aimants synthétiques dans lesquels le plomb est remplacé :
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soit par le baryum (Ba), pour les applications nécessitant une induction rémanente élevée ;
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soit par le strontium (Sr), pour les matériaux soumis à un fort champ démagnétisant, c’est-à-dire devant posséder un champ coercitif élevé.
Les matières de base sont l’oxyde de fer et les carbonates de baryum ou de strontium.
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Préparation des poudres
Après mélange dans les proportions requises, la poudre est préfrittée dans des fours, afin d’effectuer à haute température (1 200 à 1 300 oC) la réaction à l’état solide entre les constituants :
Ba CO3 + 6 Fe2 O3 → Ba Fe12 O19 + CO2...
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