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Auteur(s)
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Jacques DEGAUQUE : Professeur à l’Institut national des sciences appliquées de Toulouse (INSA) Laboratoire de physique de la matière condensée (UMR‐CNRS)
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Les matériaux à propriétés magnétiques dures ou aimants permanents sont des solides ferromagnétiques ou ferrimagnétiques à la température ambiante. Une fois aimantés, ils sont susceptibles de garder indéfiniment un certain état magnétique caractérisé par une aimantation rémanente notable et une résistance à la désaimantation élevée. Peu de branches de la technique ont progressé aussi rapidement au cours du XX e siècle, tout en ayant une histoire aussi ancienne que celle des aimants permanents. Les meilleurs d’entre eux, élaborés aujourd’hui, sont près de 130 fois plus puissants que ne l’étaient ceux que l’on utilisait en 1900 tandis que leur résistance à la désaimantation peut être 250 fois plus importante.
Fabriquer un aimant revient à ordonner parallèlement l’ensemble des moments magnétiques d’un matériau et à les y maintenir par des forces agissant au niveau des atomes insérés dans le cristal. La création d’un aimant permanent requiert de l’énergie. Mais une fois terminé, l’aimant moderne est un convertisseur d’énergie de performance exceptionnelle qui crée lui‐même — sous certaines conditions d’utilisation appropriées — un champ magnétique sans consommation d’énergie ni perte d’intensité.
Les matériaux magnétiques durs sont avant tout caractérisés par la valeur de leur aimantation rémanente et par celle du champ coercitif. L’aimantation rémanente est déterminée par l’aimantation spontanée du matériau, ce qui impose la présence d’éléments de transition. La coercitivité est liée à l’anisotropie magnétique. Mais les propriétés magnétiques optimales ne sont obtenues qu’en présence d’une microstructure ou nanostructure hétérogène capable de contrôler efficacement et favorablement les mécanismes d’aimantation mis en jeu. L’objet de ce premier article est de proposer un rappel des principales caractéristiques magnétiques des matériaux et de faire ressortir les conditions nécessaires à l’émergence des propriétés magnétiques dures.
Cet exposé fait partie d’un ensemble de trois articles :
[M 4 600] Matériaux à propriétés magnétiques dures : notions de base ;
Matériaux à propriétés magnétiques dures : matériaux industriels Matériaux à propriétés magnétiques dures : matériaux industriels ;
Matériaux à propriétés magnétiques dures spécifiques et en devenir Matériaux à propriétés magnétiques dures spécifiques et en devenir ;
auxquels est associé un fascicule de documentation :
Matériaux à propriétés magnétiques dures. « Pour en savoir plus ».
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Définitions générales
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5. Caractérisation d’un matériau pour aimant permanent
En résumé, un tel matériau peut se caractériser à partir de deux groupes de propriétés.
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Propriétés premières (liées à la courbe de désaimantation)
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L’induction rémanente (Br = µ0Mr) donne l’induction résiduelle en circuit fermé. Elle indique la puissance potentielle de l’aimant. Une valeur élevée implique un bon niveau de la saturation µ0Ms , ce qui est apporté par des atomes Fe et Co, aux moments magnétiques intrinsèques élevés.
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Le champ coercitif (Hc ), est le champ capable d’annuler l’induction. Sa valeur élevée suppose une forte résistance à la désaimantation, caractérisée par le champ coercitif intrinsèque HcM . Une énergie d’anisotropie magnétocristalline uniaxiale élevée constitue le moyen le plus efficace pour assurer une grande coercitivité.
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La densité d’énergie spécifique ou le produit d’énergie volumique [(BH )max] correspond au point de fonctionnement optimal (Ha , Ba) de l’aimant. L’aimant est d’autant plus puissant que (BH )max s’approche de sa valeur limite théorique
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.
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Propriétés secondaires (aussi à considérer lors du choix de l’aimant)
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La température de Curie (TC) doit être nettement supérieure à la température ambiante afin d’élever la température d’utilisation de l’aimant. Tout aussi importants sont la température limite d’utilisation (Tmax ), liée à la limite de stabilité de la structure de l’alliage, et les coefficients réversibles de température [α (Br) et α (HcM )].
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La masse volumique (ρ) du matériau, en liaison avec l’énergie de l’aimant (BH )max , conditionne le volume et la masse de...
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