Efectos del procesamiento cerámico y la adición de nanohilos de FeCo en la obtención de diferentes tipos de imanes permanentes de ferrita más sostenibles y mejorados

Resum

En las últimas décadas ha crecido la ya de por si alta demanda de imanes permanentes, debido principalmente a su importancia en el desarrollo de nuevas tecnologías sostenibles y su uso en aplicaciones como el almacenamiento o generación de energía, la automoción, incluso su incorporación en tecnologías más sostenibles. El rendimiento de un imán se mide por su producto de energía, íntimamente relacionado con su imanación remanente, que es el campo magnético que crea; y su coercitividad, relacionada con su resistencia a ser desimanado. Los mejores imanes del mercado son aquellos basados en tierras raras, debido a que dan de manera simultánea valores muy competitivos de remanencia y coercitividad. Sin embargo, existen dos problemas asociados al uso de las Tierras Raras: el primero de ellos es que China controla el 80% de la producción mundial, limitando su cuota de exportación y generando la conocida como “crisis de las tierras raras”, debido a la inestabilidad en su precio y al riesgo de desabastecimiento. El segundo de los problemas es de tipo medioambiental pues su extracción es muy contaminante. Por ello es necesario reducir nuestra dependencia de los imanes de Tierras Raras. En los últimos años han surgido diferentes estrategias para solucionar este problema, como reducir el contenido de Tierras Raras en los imanes que las contienen, mejorar el reciclado de los mismos preservando propiedades o incluso el uso de imanes alternativos para sustituirlas. Una de las rutas más prometedoras para obtener alternativas a imanes de Tierras Raras es fabricar imanes compuestos (bifásicos) de tipo duro-blando, que están basados en una fase magnética dura con alta coercitividad y una blanda con alta imanación. Sin embargo; para aprovechar al máximo este enfoque, es crucial tanto optimizar las propiedades de las fases individuales previamente, como conseguir un acoplamiento magnético efectivo entre fases. Como fase magnética dura hemos usado la hexaferrita de estroncio (SrFe12O19). A pesar de que los imanes permanentes basados en hexaferrita generan una inducción en remanencia moderada, representan la mayor parte del volumen dentro de la familia de imanes que se utilizan hoy en día. Esto es debido a que presentan ventajas importantes en términos de disponibilidad, coste, temperatura de operación, además de su resistencia a la desimanación y a la corrosión. Como consecuencia, las ferritas son uno de los candidatos más lógicos para la sustitución de tierras raras, particularmente en aplicaciones que no exigen el más alto rendimiento. Cabe destacar que este tipo de sistemas son muy interesantes desde el punto de vista fundamental ya que dilucidar qué tipo de interacciones (acoplamiento por canje o magnetostáticas) son las que rigen su comportamiento magnético no es trivial. Nuestro reto es conseguir una mejora en las propiedades de los imanes cerámicos actuales basados en ferritas, para intentar reemplazar los imanes de Tierras Raras en aquellas aplicaciones en las que no se requiere un alto producto de energía (BHmax). Por ello, esta tesis doctoral ha tenido como principal objetivo el desarrollo de imanes permanentes compuestos basados en ferrita de estroncio (SrFe12O19) que presenten propiedades mejoradas con respecto a los imanes de ferrita actuales, así como establecer procesos de fabricación y consolidación de los mismos más baratos y sostenibles. En primer lugar, desarrollaremos estrategias para controlar con precisión la composición química, el tamaño de las partículas, la forma y el grado de aglomeración. Los polvos mejorados con base de ferrita se compactarán para generar imanes densos. En segundo lugar, se van a desarrollar procesos de síntesis como la reacción de autocombustión a baja temperatura, además de aplicar novedosos tratamientos de sinterización más sostenibles que simplifiquen los procesos y los costes. También se optimizará la morfología y el tamaño de la SrFe12O19 de manera individual, utilizando aditivos como el SiO2 y el PVA, así como el método de secado por aspersión (atomizado). Por último, se ha fabricado materiales compuestos magnéticos duro-blandos que han presentado una mejora del 20% en el valor de la remanencia y un aumento del 48% en el producto de energía.