Aimants permanents a base de terres rares: stabilite de phases en fonction de la temperature et de la pression – RE-MAP

Les aimants permanents sont au cœur des efforts européens pour le développement d'énergies renouvelables permettant la protection du climat. La quasi-totalité des machines contenant un moteur électrique (par exemple les voitures électriques ou hybrides) ou un générateur (comme les éoliennes) ont besoin d'un aimant permanent, constitué d'un matériau magnétique dur. La tendance actuelle est à des systèmes à haute densité énergétique magnétique, pour réduire la taille, le poids et le coûts de production des dispositifs. Nd2Fe14B est aujourd'hui le matériau de choix. En revanche, les composés de terres rares comme Nd et Tb, ou Dy, sont très chers, à cause de la rareté de ces métaux. Le cerium est une terre rare relativement abondante, avec en plus un magnétisme raisonnablement dur. Les aimants permanents à base de Ce sont, cependant, difficiles à produire, car les phases ternaires intéressantes pour leur magnétisme sont souvent en compétition avec des phases binaires comme CeFe2 dans les structures micro-cristallines.

Un des principaux buts du projet de recherche actuel est par conséquent d'atteindre une compréhension théorique des raisons physiques expliquant la stabilité des alliages a base de RE, où RE = Ce, Pr ou Nd. A l'aide de techniques expérimentales et théoriques variées, nous cherchons à obtenir un diagramme de phase pour ces matériaux. Trois degrés de liberté seront considérés. (i) la température, T, est un paramètre de contrôle clé du processus de production, mais aussi pour de nombreuses applications; (ii) la pression, P, peut avoir un impact important sur la méta-stabilité et les propriétés magnétiques, et (iii) la composition chimique, X, peut être variable de sorte que les tendances physiques de la stabilité des phases soient plus apparentes et que la dureté magnétique soit optimisée.

Ces questions seront traitées dans un effort commun de trois institutions partenaires. Des techniques à base de théorie de la fonctionelle de densité seront utilisées à l'institut Max Planck de Duesseldorf pour calculer les énergies libres et entropies dans tout l'espace de paramètres, P-T-X, ab initio. Le défi particulier causé par les corrélations fortes sera étudié à l'Ecole Polytechnique avec un intérêt particulier pour la dépendance en la composition chimique à l'aide de la théorie du champ moyen dynamique (DMFT). La fabrication et caractérisation de matériaux sera faite à Darmstadt et les résultats expérimentaux ainsi obtenus seront utilisés comme référence pour l'étude théorique. La synthèse des matériaux bénéficiera inversement des résultats théoriques pour développer un chemin thermomécanique dans le diagramme P-T-X permettant de stabiliser les phases magnétiques voulues.