Российские ученые успешно разработали уникальную технологию, позволившую получить совершенно новый материал, призванный заменить дорогостоящие магниты на основе редкоземельных элементов. Новый порошкообразный состав по своим основным свойствам превосходит большинство существующих аналогов и открывает широкие перспективы для применения в электронике, промышленности и многих других отраслях.
Эффективное решение для высокотехнологичной индустрии
Совместная работа специалистов НИТУ МИСИС и Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН привела к появлению инновационной альтернативы магнитам на основе редкоземельных металлов, которые используются для производства электроники, аудиотехники, современной бытовой техники, автомобильных комплектующих и в ряде промышленных систем.
Научная группа разработала технологию, позволяющую получить новый материал с улучшенной стабильностью и повышенными магнитными характеристиками, способный полноценно заменить дорогие постоянные магниты, для которых традиционно требуются редкоземельные компоненты. Это существенно снижает себестоимость конечной продукции и уменьшает зависимость от дефицитного сырья.
«В мировой практике средняя коэрцитивная сила распространённых марок бариевых ферритов составляет порядка 4 кЭ, реже — до 5 кЭ, — отмечает Андрей Тимофеев, кандидат технических наук, ведущий эксперт исследования. — Полученный нами порошок демонстрирует коэрцитивную силу на уровне 5,6 кЭ, что значительно превышает существующие аналоги.»
Новое решение стало настоящим прорывом: появилась возможность производить мощные и доступные магниты, обладающие лучшими эксплуатационными качествами и устойчивостью. Высокая коэрцитивная сила обеспечивает надежность работы устройств в различных условиях.
Постоянные магниты востребованы в электронике, медицинском оборудовании, датчиках и генераторах, применяются в транспортных и автоматизированных системах, а также в механизмах фиксации и крепления деталей. Новаторская технология обеспечивает российской индустрии независимость от внешних поставщиков и снижает производственные издержки.
Передовые технологии: путь к конкурентоспособности
В современной промышленности для производства магнитов используются сплавы неодим-железо-бор или гексагональные ферриты бария либо стронция. Неодимовые магниты считаются самыми сильными, однако их стоимость и сложность производства делают их недоступными для части производителей. Ферритовые магниты значительно доступнее и не боятся коррозии, поэтому актуальным направлением научного поиска стало совершенствование их свойств для замены более дорогих неодимовых аналогов.
Кандидат технических наук Андрей Миронович подчеркивает: «Мы объединили сразу несколько технологических подходов. Первый — создание наночастиц гексаферрита специальной формы при определённых условиях синтеза. Второй — низкотемпературное спекание, благодаря которому получаем керамический материал без потери исходных магнитных свойств. Всё это в комплексе позволяет выпускать сильноточные ферритовые магниты нового поколения.»
Исследователи экспериментировали с сочетаниями ферритовых частиц, добавляя к ним оксиды бора либо висмута в различных пропорциях, после чего полученную массу формовали и подвергали спеканию при температуре 900°C. Такой метод позволил добиться важнейших эксплуатационных улучшений. Благодаря этим наработкам открыты возможности для запуска отечественного производства эффективных и экологичных магнитов для всей технологической отрасли.
Значимость редкоземельных металлов и вызовы отрасли
Неодим — один из семнадцати элементов, входящих в группу редкоземельных металлов (РЗМ), и несмотря на очевидную важность этих материалов для современной электроники и промышленности, их содержание в природных залежах минимально, а добыча сопровождается большими затратами и экологическими трудностями.
На сегодняшний день разведанные российские запасы редкоземельных металлов оцениваются в 28,5 миллиона тонн, по информации главы Роснедр Олега Казанова. Крупнейшие месторождения расположены в Мурманской области (Ловозерское — 7 млн тонн) и на территории Якутии (Томторское — 4 млн тонн). Россия владеет примерно 17% мировых запасов РЗМ, занимая по этому показателю второе место после Китая, однако объем добычи значительно отстает от потенциала и составляет менее 1% мирового рынка, что отметил Андрей Шевченко, директор по технологическому развитию крупнейшей госкорпорации отрасли.
Редкоземельные металлы необходимы для создания многих видов техники — от сложных электронных приборов и компонентов до медицинского оборудования и систем альтернативной энергетики. В числе крупнейших производителей РЗМ — КНР, Япония, Канада, США, Бельгия, Южная Корея.
Глобальные тенденции и усилия Китая
В последние годы правительство КНР последовательно ужесточает экспортные правила, ограничивая вывоз редкоземельной продукции и устанавливая дополнительные барьеры для иностранных покупателей. Летом 2024 года стало известно о планах национализировать все резервы редкоземельных металлов, применяемых в производстве интегральных микросхем, что существенно влияет на мировые цепочки поставок.
Эксперты подчеркивают: такие шаги Китая увеличивают глобальный спрос на альтернативные материалы и усиливают стратегическую значимость собственных разработок для России. Это открывает новые возможности для отечественных предприятий, поскольку инновационные материалы могут не только заменить традиционные решения на российском рынке, но и вызывать интерес за рубежом.
Дополнительным фактором становится высокая волатильность мировых цен на редкоземельные элементы: в 2020-2021 годах стоимость таких материалов удваивалась за короткие сроки, порой достигая до 117,3 тысячи долларов за тонну.
Преимущества разработки для отечественной и мировой экономики
Разработка независимых технологий в области производства магнитов с улучшенными свойствами — стратегическая задача для России. Новые материалы позволяют не только экономить дорогостоящее сырье, но и развивать собственные отрасли, связанные с электроникой, транспортом и энергетикой. Отечественные предприятия могут получить конкурентное преимущество на мировом рынке, а масштабное внедрение инновационных порошков будет способствовать технологическому суверенитету и росту экспорта.
Переход на новые материалы снизит стоимость продукции, повысит устойчивость промышленных цепочек и обеспечит долгосрочное развитие точных и наукоёмких отраслей — от автопрома и приборостроения до энергогенерирующих установок и медицины. Сегодня сложные задачи по диверсификации поставок и защите интересов страны успешно решаются за счет отечественной инновационной базы и высокого уровня научных разработок.
Российские ученые двигают отрасль вперед
Работа исследовательских команд из ведущих научных учреждений страны — важный шаг к укреплению технологического лидерства и достижению независимости в ключевых индустриях. Новая технология изготовления магнитов на ферритовой основе с уникальными свойствами открывает широкие горизонты для внедрения в производства различного масштаба и сферы применения. Экономия ресурсов, экологичность, снижение импортозависимости и повышение эффективности устройств — все эти плюсы станут решающими для будущего российской и мировой промышленности.
Индустрия редкоземельных металлов и её замещающие решения — стратегическое направление, способное изменить структуру рынков и сделать высокотехнологичное оборудование и электронику ещё доступнее. Оптимистичный настрой и глубокие компетенции ведущих ученых позволяют рассчитывать на новые достижения и уверенно смотреть в будущее научно-промышленного комплекса страны.
