Ein Neodym-Magnet (auch bekannt als NdFeB-, NIB- oder Neo-Magnet), der am häufigsten verwendete Typ eines Seltenerd-Magneten, ist ein Permanentmagnet, der aus einer Legierung von Neodym, Eisen und Bor zur Bildung der tetragonalen Kristallstruktur Nd2Fe14B hergestellt wird. Neodym-Magnete wurden 1982 von General Motors und Sumitomo Special Metals unabhängig entwickelt und sind die stärksten im Handel erhältlichen Permanentmagnete. Sie haben andere Arten von Magneten in vielen Anwendungen in modernen Produkten ersetzt, die starke Permanentmagnete erfordern, wie Motoren in kabellosen Werkzeugen, Festplattenlaufwerken und Magnetbefestigungen.
Neodym ist ein Metall, das ferromagnetisch ist (genauer gesagt, es zeigt antiferromagnetische Eigenschaften), was bedeutet, dass es wie Eisen magnetisiert werden kann, um ein Magnet zu werden, aber seine Curie-Temperatur (die Temperatur, über der sein Ferromagnetismus verschwindet) beträgt 19 K (–254 ° C) ), so dass der Magnetismus in reiner Form nur bei extrem niedrigen Temperaturen auftritt. Verbindungen von Neodym mit Übergangsmetallen wie Eisen können jedoch Curie-Temperaturen aufweisen, die weit über Raumtemperatur liegen, und diese werden zur Herstellung von Neodym-Magneten verwendet.
Die Stärke von Neodym-Magneten hängt von mehreren Faktoren ab. Das Wichtigste ist, dass die tetragonale Nd 2 Fe 14 B-Kristallstruktur eine außergewöhnlich hohe einachsige magnetokristalline Anisotropie aufweist ( H A ~ 7 T - Magnetfeldstärke H in Einheiten von A / m gegen magnetisches Moment in A · m 2 ). Dies bedeutet, dass ein Kristall des Materials bevorzugt entlang einer bestimmten Kristallachse magnetisiert wird, es jedoch sehr schwierig ist, ihn in andere Richtungen zu magnetisieren. Wie andere Magnete besteht auch die Neodym-Magnetlegierung aus mikrokristallinen Körnern, die während der Herstellung in einem starken Magnetfeld ausgerichtet werden, sodass ihre Magnetachsen alle in die gleiche Richtung weisen. Der Widerstand des Kristallgitters gegen das Drehen seiner Magnetisierungsrichtung verleiht der Verbindung eine sehr hohe Koerzitivkraft oder einen Widerstand gegen Entmagnetisierung.
Das Neodymatom kann auch ein großes magnetisches Dipolmoment haben, da es 4 ungepaarte Elektronen in seiner Elektronenstruktur hat, im Gegensatz zu (im Durchschnitt) 3 in Eisen. In einem Magneten sind es die ungepaarten Elektronen, die so ausgerichtet sind, dass sie sich in die gleiche Richtung drehen, was das Magnetfeld erzeugt. Dies gibt der Nd 2 Fe 14 B-Verbindung eine hohe Sättigungsmagnetisierung ( J s ~ 1,6 T oder 16 kG) und typischerweise 1,3 Teslas. Da die maximale Energiedichte proportional zu J s 2 ist , kann diese magnetische Phase große Mengen magnetischer Energie speichern ( BH max ~ 512 kJ / m 3 oder 64 MG · Oe). Dieser magnetische Energiewert ist ungefähr 18-mal größer als das Volumen „gewöhnlicher“ Magnete. Diese Eigenschaft ist bei NdFeB-Legierungen höher als bei Samarium-Kobalt-Magneten (SmCo), die als erste Art von Seltenerdmagneten in den Handel kamen. In der Praxis hängen die magnetischen Eigenschaften von Neodym-Magneten von der verwendeten Legierungszusammensetzung, Mikrostruktur und Herstellungstechnik ab.
Die Nd 2 Fe 14 B-Kristallstruktur kann als alternierende Schichten von Eisenatomen und einer Neodym-Bor-Verbindung beschrieben werden. Die diamagnetischen Boratome tragen nicht direkt zum Magnetismus bei, sondern verbessern die Kohäsion durch starke kovalente Bindung. Der relativ niedrige Gehalt an Seltenen Erden (12 Vol .-%) und die relative Häufigkeit von Neodym und Eisen im Vergleich zu Samarium und Kobalt machen Neodym-Magnete billiger als Samarium-Kobalt-Magnete.