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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 niveaux des propriétés atteints par les aimants alnico (apparus fin des années 1930), les ferrites durs (années 1950) et surtout par ceux des composés à base de samarium (SmCo5 puis Sm2 (CoFeCuZr)17 ; début et fin des années 1970) et à base de néodyme (Nd-Fe-B ; 1983) ont permis et permettent une grande diversification de systèmes de plus en plus performants avec, bien souvent, une forte réduction des dimensions, du poids et même du prix. Ces quatre familles de matériaux sont celles qui, aujourd’hui, sont à l’origine des aimants modernes.
Si l’on examine l’évolution des aimants depuis le début du XX e siècle, ces quatre familles sont les seules à avoir été vraiment capables de débouchés du point de vue industriel ; d’autres, moins performantes, ont soit disparu, soit se sont cantonnées dans des domaines restreints d’applications. Mais si l’on considère les travaux de recherche menés au cours de la dernière décennie du XX e siècle et que l’on tente une prospective sur les années à venir, il apparaît que les deux familles de matériaux à base de terres rares devraient très certainement s’enrichir de nouvelles nuances prometteuses.
Il nous paraît important de garder une mémoire des matériaux pour aimants permanents qui, en leur temps, ont contribué au développement de la technologie. C’est pourquoi, dans la première partie de cet article, nous décrivons brièvement quelques-uns de ces alliages, aujourd’hui obsolètes ou peu utilisés. La seconde partie de l’article décrit quelques nouvelles nuances étudiées dans les laboratoires, dont certaines sont sur le point de faire l’objet d’un développement industriel.
Cet exposé fait partie d’un ensemble de trois articles concernant les matériaux à propriétés magnétiques dures :
[M 4 600] Matériaux à propriétés magnétiques dures : notions de base ;
Matériaux à propriétés magnétiques dures : matériaux industriels ;
[M 4 602] 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 ».
Pour les notations et symboles se reporter à l’article [M 4 600] Matériaux à propriétés magnétiques dures : notions de base.
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2. Matériaux en devenir : alliages à base de terres rares
2.1 Objectifs
Aujourd’hui, les espoirs de futurs développements d’aimants procurant de meilleures performances reposent presque exclusivement sur des alliages à base de terres rares (cf. article ). Devant le peu d’espoir de découverte de phases magnétiques TR‐MT véritablement nouvelles, les progrès reposent sur la mise au point de nouveaux procédés de fabrication ou, tout au moins, sur l’optimisation des différentes étapes de l’élaboration, le but recherché étant de maîtriser l’établissement d’une microstructure ou nanostructure bien précise, capable soit de développer de la coercitivité, soit, principalement, de privilégier la rémanence au détriment de H c . Examinons quelques matériaux pour aimants permanents, actuellement étudiés dans les laboratoires de recherche, qui pourraient offrir des potentialités intéressantes pour un futur développement industriel.
HAUT DE PAGE2.2 Composés interstitiels
Les composés binaires de type R2Fe17 renfermant des terres rares légères, ont le grand avantage d’avoir une aimantation à saturation élevée, avantage qui s’accompagne malheureusement, d’un bas point de Curie et, à la température ambiante ou au‐dessus, d’une anisotropie magnétocristalline planaire (plan basal). Découverts en 1989 [78], les composés interstitiels R2Fe17A x (A = C, N, B, en position interstitielle) constituent une avancée importante dans le domaine des matériaux pour aimants permanents. En effet, la déformation du réseau par les atomes A peut induire une anisotropie uniaxe (figure 1) et, en intensifiant les interactions d’échange, augmenter le moment magnétique de Fe ainsi que la température de Curie.
Pour les applications, la nuance Sm2Fe17N3 (Nitromag ) s’avère être la plus intéressante. Elle est obtenue par la réaction solide-gaz de nitruration :
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Matériaux en devenir : alliages à base de terres rares
ANNEXES
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Marché mondial
Le marché mondial de l’ensemble des matériaux magnétiques était estimé, en 1998, à environ 30 × 109 euros. Le sixième de ce marché est propre à celui des aimants permanents ; il se développe actuellement à un rythme de 10 % par an.
L’ensemble des matériaux pour aimants permanents se répartit en trois familles principales : les métalliques alnico (environ 7 % du marché mondial), les céramiques en ferrites durs (plus de 90 % en masse de la production et 55 % en valeur), les intermétalliques à base de terres rares (près de 38 % du chiffre d’affaires), auxquels se joignent de faibles quantités d’alliages métalliques (moins de 1 %), tel le coûteux platine-cobalt (figure 1).
Leurs principaux domaines d’applications sont résumés figure 2 (cf. article , § 5).
ExempleLes aimants permanents sont largement utilisés dans la vie courante des habitants des pays industrialisés. À titre d’exemple, la figure ...
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