Quantifying texture in hexaferrite permanent magnets

Permanente magneter er overalt i vores moderne samfund, idet de indgår som nødvendige materialer i motorer og generatorer i alle mulige former, og er helt essentielle for den grønne omstilling. Permanente magneter bruges i alt fra vindmøller, elektriske biler, selv biler med intern forbrændingsmoter samt langt det meste af moderne elektronik. Makedet for permanente magneter domineres af NdFeB og hexaferitter, hvor NdFeB magneterne er ca. 10× stærkere end hexaferitter. Deres stærke magnetisme har dog en ret høj omkostning, både økonomisk, men vigtigere, miljømæssigt. Denne afhandling dykker derfor ned i en af de nuværende meget lovende idéer der kan forbedre hexaferitterne, som kaldes morfologisk-induceret ensretning (MIE). MIE kan få de partiker som udgør en permanent magnet på nano- og mikroskopisk skala til at vende i samme retning og dermed samarbejde magnetisk. Dette udrettes ved at partiklerne i pulverform har en ulige form, så når der påføres et uni-aksialt tryk bliver de roteret så de tenderer mod en fælles retning. Den fordeling af orienteringer, kaldet tekstur, er yderst vigtig for de magnetiske egenskaber af materialet. Hvis vi skal forbedre magneter ved brug af MIE, så skal vi bruge nogle passende værktøjer til karakterisering af tekstur, og disse værktøjer er i fokus i denne afhandling. I afhandlingens første hovedstudie undersøges det hvordan partiklers inter-magnetiske interaktioner påvirker teksturen. Dette kommer fra en hypotese om at partiklerne orienterer sig til en magnetisk kortslutning, og dermed svækker teksturen af magneten. Studiet udfører MIE over og under materialets Curie-temperature, og kan derfor udføre MIE med og uden en netto magnetisering af partiklerne. En kombination af et topmoderne to-dimensionel Röntgenspredning-instrument og moderne teksturmodeller bruges til at lave en kvantitativ tekstur-beskrivelse. MIE udført over Curie-temperaturen viser sig at resultere i noget skarpere tekstur end MIE udført under Curie-temperaturen. Dette resultat er vigtigt for fremtidige beslutninger, da det nu kan vises at ikke-magnetiske partikler resulterer i skarpere teksturer og dermed stærkere magneter. I det andet hovedstudie at laves en kvantitativ tekstur-beskrivelse direkte på den magnetiske tekstur. Det første hovedstudie viste at 2D Röntgenspredning med Rietveld tekstur forfininger var et kraftfuldt værktøj, og idéen ved denne metode bliver overført til neutron-spredning, da så både nuklear og magnetisk spredning kan opnås. Dette gør at en teksturforfining kan udføres på både den nukleare del og magnetiske del af sprednings-signalet. Analysen er i stand til at beskrive magnetens mætning og remenans, med værdier der er meget tæt på magnetometri-målinger. De to prøver der blev målt på har også afsløret et nyt materiale kaldt feroxyhyt, der har vist sig meget velegnet til at lave hexaferitter ved brug af MIE. I det tredje hovedstudie bliver de to teknikker fra tidligere hovedstudier kombineret med elektron-tilbagesprednings diffraktion, hvilket giver ny lokal information om prøvens tekstur. Studiet undersøger om flere teksturer kan induceres i én prøve ved at kombinere partikler med forskellige morfologier. Idet begge typer af partikler ender med at være det magnetiske hårde SrFe12 O19 materiale, så bliver systemet kaldt for et hård-hård system. Prøverne i hovedstudiet endte desværre ikke med at have denne hård-hård tekstur, men et tillægsstudie viser med magnetometri-data at de magnetiske egenskaber af hård-hård systemet kan frembringes.