นักวิจัยเกาหลีพัฒนากระบวนการผลิตแม่เหล็กนีโอดิเมียมโดยไม่ใช้แร่หายากหนักราคาแพง

แนวทางการผลิตแม่เหล็กแบบใหม่สำหรับรถยนต์และหุ่นยนต์

สถาบันวัสดุศาสตร์เกาหลี (KIMS) ของเกาหลีใต้ประกาศเมื่อวันที่ 23 ตุลาคม 2026 ว่านักวิจัยของสถาบันพัฒนาเทคโนโลยีหลักสำหรับการผลิตแม่เหล็กถาวรกำลังสูง โดยไม่เติมดิสโพรเซียมและเทอร์เบียม ซึ่งเป็นธาตุหายากหนักราคาแพง กระบวนการนี้ใช้อนุภาคผงความบริสุทธิ์สูงที่มีขนาดราวหนึ่งไมโครเมตร และผสานขั้นตอนการผลิตผง การจัดแนวแม่เหล็ก และการเผาผนึก ซึ่งเป็นกระบวนการให้ความร้อนที่ทำให้ผงอัดแน่นกลายเป็นแม่เหล็กแข็ง

ประกาศฉบับเต็มของ KIMSระบุถึงการพัฒนาผง Nd-Fe-B ผลึกเดี่ยวที่ละเอียดมาก รวมถึงเทคโนโลยีการจัดแนวและการเผาผนึกที่จำเป็นต่อการผลิตแม่เหล็กถาวรจากผงดังกล่าวโดยไม่เติมธาตุหายากหนัก

ผลงานนี้ดำเนินการโดยคิม ซูมิน นักวิจัยอาวุโส และนักวิจัยหลักคิม แทฮุนกับอี จองกู จากแผนกวิจัยวัสดุนาโนของสถาบัน แนวทางของพวกเขามุ่งพัฒนาแม่เหล็กนีโอดิเมียม เหล็ก และโบรอน หรือที่เรียกว่าแม่เหล็ก Nd-Fe-B ซึ่งใช้ในมอเตอร์รถยนต์ไฟฟ้า ข้อต่อหุ่นยนต์ และเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากังหันลม

นีโอดิเมียมยังคงเป็นส่วนประกอบสำคัญ ความก้าวหน้านี้มุ่งลดความจำเป็นในการเติมธาตุหายากหนักบางชนิด พร้อมเพิ่มความสามารถของแม่เหล็กในการต้านทานการสูญเสียสภาพแม่เหล็ก ทีมวิจัยดำเนินการตามเป้าหมายดังกล่าวด้วยการทำให้เกรนผลึกของวัสดุมีขนาดเล็กลง และพัฒนาวิธีเปลี่ยนผงละเอียดที่ได้ให้เป็นแม่เหล็กที่ใช้งานได้

สำหรับผู้ผลิตเกาหลี ประโยชน์ที่อาจเกิดขึ้นคือช่องทางการผลิตภายในประเทศที่ช่วยลดการพึ่งพาวัสดุราคาแพง ซึ่งมีแหล่งผลิตกระจุกตัวอยู่ในประเทศเพียงไม่กี่แห่ง คิมกล่าวว่า ยังต้องพัฒนาต่อเพื่อเชื่อมโยงกระบวนการต่าง ๆ และจัดตั้งการผลิตจำนวนมาก ก่อนนำไปใช้ในมอเตอร์รถยนต์ไฟฟ้าและหุ่นยนต์ฮิวแมนนอยด์

เหตุใดการต้านทานการสูญเสียสภาพแม่เหล็กจึงสำคัญ

แม่เหล็ก Nd-Fe-B ใช้อย่างแพร่หลายเพราะสร้างสนามแม่เหล็กที่มีความเข้มสูง อย่างไรก็ตาม ในมอเตอร์รถยนต์ไฟฟ้า ความแรงของแม่เหล็กเป็นเพียงหนึ่งในข้อกำหนด แม่เหล็กยังต้องคงสภาพแม่เหล็กไว้ได้ขณะทำงานในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง

นักวิจัยเรียกความสามารถในการต้านทานการถูกล้างอำนาจแม่เหล็กว่าแรงบีบบังคับทางแม่เหล็ก หรือ coercivity กล่าวอย่างง่ายคือ เป็นค่าที่วัดว่าแม่เหล็กต้านทานสนามแม่เหล็กทิศตรงข้ามที่พยายามเปลี่ยนสภาวะแม่เหล็กได้มากเพียงใด ค่า coercivity สูงมีประโยชน์อย่างยิ่งในงานมอเตอร์ที่ต้องการประสิทธิภาพสูง ซึ่งจำเป็นต้องรักษาสมรรถนะทางแม่เหล็กไว้

โดยทั่วไปจะเติมดิสโพรเซียมและเทอร์เบียมเพื่อเพิ่มความสามารถในการต้านทานดังกล่าว ทั้งสองเป็นธาตุในกลุ่มแร่หายากหนัก และเป็นวัสดุราคาแพงที่มีห่วงโซ่อุปทานกระจุกตัว ผู้ผลิตจึงมีเหตุผลที่จะหาแนวทางอื่นเพื่อให้ได้คุณสมบัติทางแม่เหล็กตามต้องการ

ทีม KIMS มุ่งเน้นที่โครงสร้างภายในของแม่เหล็กแทนการใช้สารเติมแต่งเหล่านั้น แนวทางนี้ใช้ผงที่ละเอียดมากเพื่อสร้างเกรนผลึกขนาดเล็ก ซึ่งเป็นบริเวณผลึกเล็ก ๆ ภายในวัสดุสำเร็จรูป การทำให้เกรนละเอียดขึ้นเป็นแนวทางหนึ่งในการเพิ่มค่า coercivity โดยไม่ต้องเติมดิสโพรเซียมหรือเทอร์เบียม

ผลิตอนุภาคขนาดจิ๋วแทนการบดโลหะผสม

การผลิตผงแบบทั่วไปเริ่มจากการทำให้โลหะผสมที่มีอยู่แตกเป็นชิ้นเล็กลง อย่างไรก็ตาม การบดเชิงกลมีข้อจำกัดเมื่อต้องการให้ได้อนุภาคละเอียดเป็นพิเศษสำหรับแนวทางนี้

นักวิจัยเลือกใช้แร่ออกไซด์ของธาตุหายากเป็นวัตถุดิบตั้งต้น แล้วสังเคราะห์อนุภาคผลึก Nd-Fe-B ขนาดเล็กโดยตรงผ่านกระบวนการรีดักชันและการแพร่ หรือ RD กระบวนการรีดักชันคือการกำจัดออกซิเจนออกจากสารตั้งต้น ส่วนการแพร่ช่วยให้อะตอมเคลื่อนที่และรวมตัวกันเป็นวัสดุตามต้องการ

อนุภาคผงที่ได้มีขนาดประมาณหนึ่งไมโครเมตร หรือหนึ่งในล้านเมตร ซึ่งเท่ากับหนึ่งในพันของมิลลิเมตร ขนาดดังกล่าวเป็นขนาดของอนุภาคผงที่ใช้ผลิตแม่เหล็ก ไม่ใช่ขนาดของชิ้นส่วนสำเร็จรูป

การสังเคราะห์โดยตรงช่วยแก้ข้อจำกัดด้านขนาดของการบด ด้วยการสร้างอนุภาคขนาดเล็กตั้งแต่ต้น จากนั้นนักวิจัยต้องรักษาคุณภาพของผงและพัฒนาวิธีแปรรูปให้เหมาะกับอนุภาคขนาดเล็กมากซึ่งมีแนวโน้มเกาะติดกัน

ปกป้องผงจากการเกิดออกซิเดชัน

กระบวนการ RD มีปัญหาในการแปรรูปอยู่แล้ว นั่นคือการเกิดออกซิเดชันของผง ออกซิเจนที่ทำปฏิกิริยากับวัสดุระหว่างการแปรรูปอาจทำให้คุณภาพลดลง การควบคุมสภาพของผงจึงเป็นส่วนสำคัญในการผลิตวัสดุแม่เหล็กที่ใช้งานได้

ทีม KIMS พัฒนากระบวนการปรับสภาพหลังการสังเคราะห์เพื่อแก้ปัญหาออกซิเดชันดังกล่าว สถาบันระบุว่ากระบวนการนี้ทำให้ผลิตผง Nd-Fe-B ความบริสุทธิ์สูงที่มีขนาดราวหนึ่งไมโครเมตรได้

ดังนั้น ขนาดและความบริสุทธิ์ของผงจึงเป็นงานสองส่วนที่เชื่อมโยงกัน นักวิจัยต้องผลิตอนุภาคให้เล็กพอที่จะช่วยให้เกรนละเอียดลง พร้อมควบคุมการเปลี่ยนแปลงทางเคมีที่ไม่พึงประสงค์ ซึ่งอาจบั่นทอนประโยชน์ที่ได้

ขั้นต่อไปคือทำให้อนุภาคเหล่านั้นหันไปในทิศทางที่เหมาะสมและยึดเกาะกันระหว่างการผลิต ผงแม่เหล็กละเอียดก็ยังต้องผ่านการจัดแนว การขึ้นรูป และการให้ความร้อน ก่อนจะกลายเป็นแม่เหล็กถาวรสำเร็จรูป

ช่วยจัดแนวอนุภาคละเอียด

อนุภาคขนาดเล็กมากทำให้เกิดปัญหาในการจัดการ แรงเสียดทานระหว่างอนุภาคและแนวโน้มที่จะจับตัวเป็นก้อนทำให้อนุภาคแต่ละชิ้นหมุนไปอยู่ในทิศทางที่ต้องการภายในสนามแม่เหล็กได้ยากขึ้น

การจัดแนวมีความสำคัญ เพราะทิศทางแม่เหล็กของผงต้องทำงานประสานกัน เมื่ออนุภาคจำนวนมากขึ้นหันไปในทิศทางที่ต้องการ แม่เหล็กสำเร็จรูปก็จะใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติทางแม่เหล็กของวัสดุได้ดียิ่งขึ้น

นักวิจัยเคลือบพื้นผิวผงด้วยสารหล่อลื่นเพื่อช่วยให้อนุภาคเคลื่อนที่ได้สะดวกขึ้น นอกจากนี้ยังใช้สนามแม่เหล็กสลับแบบหน่วง ซึ่งเปลี่ยนทิศทางขณะความแรงค่อย ๆ ลดลง ช่วยให้อนุภาคจัดแนวและอยู่กับที่

KIMS ระบุว่า การใช้วิธีทั้งสองร่วมกันช่วยเพิ่มทั้งการจัดแนวของผงและความเสถียรของผงที่ขึ้นรูปแล้ว ผงขึ้นรูปนี้คือวัสดุที่ถูกอัดแน่นเพื่อเตรียมเข้าสู่ขั้นตอนการเผาผนึก การรักษาความเสถียรเป็นส่วนหนึ่งของการคงการจัดเรียงอนุภาคที่ต้องการไว้ตลอดขั้นตอนการผลิตที่เหลือ

กำจัดคาร์บอนตกค้างจากสารหล่อลื่น

สารหล่อลื่นช่วยแก้ปัญหาหนึ่ง แต่ก็นำมาซึ่งข้อกังวลอีกประการในการแปรรูป นั่นคือคาร์บอนตกค้าง คาร์บอนที่หลงเหลือจากสารหล่อลื่นอาจทำให้ค่า coercivity ลดลงหลังผ่านการให้ความร้อน ซึ่งจะบั่นทอนคุณสมบัติที่ทีมวิจัยพยายามรักษาไว้

นักวิจัยใช้กระบวนการที่อาศัยไฮโดรเจนช่วยเพื่อลดคาร์บอนตกค้าง KIMS ระบุว่าการปรับสภาพนี้ช่วยแก้ปัญหาค่า coercivity ที่ลดลงหลังให้ความร้อน และช่วยพัฒนาแนวทางการผลิตแม่เหล็กเผาผนึกจากผงละเอียดพิเศษ

การเผาผนึกใช้ความร้อนเพื่อเชื่อมอนุภาคที่ถูกอัดแน่นให้กลายเป็นของแข็งที่มีความหนาแน่นสูง สำหรับงานวิจัยนี้ ความท้าทายคือการเปลี่ยนอนุภาคขนาดเล็กที่จัดแนวอย่างระมัดระวังให้เป็นแม่เหล็กแข็ง โดยยังคงสมรรถนะทางแม่เหล็กตามต้องการไว้

ดังนั้น งานวิจัยนี้จึงผสานขั้นตอนการผลิตหลายอย่างเข้าด้วยกัน ได้แก่ การสังเคราะห์อนุภาคละเอียด การจำกัดการเกิดออกซิเดชัน การปรับปรุงการจัดแนว การทำให้ผงอัดแน่นมีเสถียรภาพ และการลดคาร์บอนก่อนเสร็จสิ้นการให้ความร้อน แต่ละขั้นตอนแก้ปัญหาที่อาจลดทอนคุณค่าของการปรับปรุงในขั้นก่อนหน้า

ผลงานตีพิมพ์ในวารสารสองฉบับและสิทธิบัตรเก้ารายการ

งานวิจัยนี้ได้รับการสนับสนุนจากโครงการพัฒนาเทคโนโลยีนาโนและวัสดุของมูลนิธิวิจัยแห่งชาติเกาหลี ซึ่งได้รับทุนจากกระทรวงวิทยาศาสตร์และไอซีที KIMS ระบุว่าทีมวิจัยยื่นจดสิทธิบัตรที่เกี่ยวข้องกับเทคโนโลยีดังกล่าวเก้ารายการ

ผลการวิจัยได้รับการตีพิมพ์ในวารสารสองฉบับ โดยฉบับหนึ่งกล่าวถึงการผลิตผงละเอียดพิเศษ ส่วนอีกฉบับกล่าวถึงการจัดแนวผงและการผลิตแม่เหล็ก ลำดับดังกล่าวแสดงให้เห็นว่างานสังเคราะห์ผงเกิดขึ้นก่อนการตีพิมพ์งานวิจัยเกี่ยวกับการแปรรูปผงเป็นแม่เหล็ก

• 14 กรกฎาคม 2026: งานวิจัยเกี่ยวกับการผลิตผง Nd-Fe-B ละเอียดพิเศษได้รับการตีพิมพ์ใน Journal of Alloys and Compounds
• 19 กันยายน 2026: งานวิจัยเกี่ยวกับการจัดแนวผงและการผลิตแม่เหล็กเผยแพร่ออนไลน์ใน Chemical Engineering Journal
• 23 ตุลาคม 2026: KIMS ประกาศความก้าวหน้าด้านการผลิตที่เชื่อมโยงกัน รวมถึงการประยุกต์ใช้ในภาคอุตสาหกรรมที่อาจเกิดขึ้น

งานวิจัยด้านการผลิตผงเผยแพร่ออนไลน์ โดยมีคิม แทฮุนและอี จองกูเป็นผู้ประพันธ์ที่รับผิดชอบการติดต่อ สำหรับงานวิจัยด้านการจัดแนวและการผลิตแม่เหล็ก คิม โซยอน นักวิจัยหลังปริญญาโทเป็นผู้ประพันธ์อันดับแรก และคิม ซูมิน หัวหน้าทีมวิจัยเป็นผู้ประพันธ์ที่รับผิดชอบการติดต่อ

งานวิจัยทั้งสองฉบับมีหมายเลขระบุเอกสาร 10.1016/j.jallcom.2026.189820 และ 10.1016/j.cej.2026.182156 ตามลำดับ หมายเลขระบุเอกสารดิจิทัลเหล่านี้เป็นรหัสอ้างอิงถาวรสำหรับค้นหาบทความวิจัยแต่ละฉบับ

สิ่งที่ผู้ผลิตยังต้องดำเนินการ

คิม ซูมิน หัวหน้าทีมวิจัยและนักวิจัยอาวุโสของ KIMS กล่าวว่าผลงานนี้เป็นความก้าวหน้าทั้งด้านการสังเคราะห์ผงและขั้นตอนการผลิตต่อเนื่อง เขากล่าวว่า:

งานวิจัยนี้มีความสำคัญ เพราะสามารถก้าวข้ามข้อจำกัดทางเทคนิคของการสังเคราะห์ผงละเอียดพิเศษ ตลอดจนการจัดแนวผงและการเผาผนึก ซึ่งจำเป็นต่อการผลิตแม่เหล็กถาวร Nd-Fe-B สมรรถนะสูง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เราได้นำเสนอแนวทางทางเทคนิคใหม่ที่ช่วยเพิ่มสมรรถนะของแม่เหล็กได้โดยไม่ต้องพึ่งพาแร่หายากหนักราคาแพง

KIMS ระบุว่า มอเตอร์ขับเคลื่อนรถยนต์ไฟฟ้าและหุ่นยนต์ฮิวแมนนอยด์เป็นการใช้งานที่อาจเกิดขึ้นได้ เมื่อพัฒนาการผสานกระบวนการและเทคโนโลยีการผลิตจำนวนมากจนพร้อมใช้งาน แม่เหล็กถาวรยังใช้ในข้อต่อหุ่นยนต์และเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากังหันลมด้วย ทำให้แนวทางการผลิตนี้เกี่ยวข้องกับอุตสาหกรรมหลายประเภทที่ต้องพึ่งพาวัสดุแม่เหล็กกำลังสูง

ประกาศไม่ได้ให้ข้อมูลตัวเลขค่า coercivity ขีดจำกัดอุณหภูมิใช้งาน ต้นทุนการผลิต เป้าหมายปริมาณการผลิตของโรงงาน หรือกำหนดการเปิดตัวเชิงพาณิชย์ รายละเอียดเหล่านี้จะมีความสำคัญต่อผู้ผลิตที่ต้องพิจารณาว่ากระบวนการนี้จะตอบโจทย์ข้อกำหนดของมอเตอร์หรือหุ่นยนต์แต่ละประเภทได้หรือไม่

แม้ KIMS ระบุว่ามีการปรับปรุงค่า coercivity และพัฒนาขั้นตอนการแปรรูปเพื่อรักษาคุณสมบัตินี้ แต่วัสดุที่ให้มาไม่มีค่าความสามารถในการต้านทานการล้างอำนาจแม่เหล็กที่วัดได้ หรือผลการทดสอบอุณหภูมิใช้งาน จึงยังไม่สามารถระบุเชิงปริมาณได้ว่าแม่เหล็กทำงานอย่างไรในอุณหภูมิสูงที่พบในงานมอเตอร์

ประโยชน์ด้านอุปทานมุ่งลดความต้องการใช้ดิสโพรเซียมและเทอร์เบียมในแม่เหล็กเหล่านี้ อย่างไรก็ตาม กระบวนการยังใช้วัตถุดิบนีโอดิเมียมและแร่ออกไซด์ของธาตุหายาก สำหรับเกาหลี โอกาสทางอุตสาหกรรมคือการพัฒนาขีดความสามารถด้านการผลิตภายในประเทศให้มากขึ้น พร้อมลดการพึ่งพาธาตุหายากหนักที่นักวิจัยตั้งเป้าจะทดแทน

ความสำเร็จในขณะนี้คือการพัฒนาเทคโนโลยีการแปรรูปหลักที่เชื่อมโยงกัน ตั้งแต่ผงขนาดประมาณหนึ่งไมโครเมตรไปจนถึงแม่เหล็กเผาผนึก ขั้นต่อไปที่ทีมวิจัยระบุคือการเชื่อมโยงเทคโนโลยีเหล่านี้เพื่อผลิตในระดับอุตสาหกรรม เพื่อให้วัสดุมีโอกาสนำไปใช้ในอุปกรณ์อุตสาหกรรมที่ต้องการสมรรถนะสูง

ประเด็นสำคัญ

• KIMS ประกาศแนวทางการผลิตแม่เหล็ก Nd-Fe-B โดยไม่ใช้ดิสโพรเซียมหรือเทอร์เบียม เมื่อวันที่ 23 ตุลาคม 2026
• กระบวนการนี้สังเคราะห์ผงความบริสุทธิ์สูงโดยตรง ซึ่งมีอนุภาคขนาดประมาณหนึ่งไมโครเมตร
• กระบวนการปรับสภาพแบบใหม่ช่วยแก้ปัญหาออกซิเดชัน การจัดแนวอนุภาค และคาร์บอนตกค้างจากสารหล่อลื่น
• งานวิจัยได้รับการตีพิมพ์ในวารสารสองฉบับ และทีมวิจัยยื่นจดสิทธิบัตรที่เกี่ยวข้องเก้ารายการ
• ยังต้องผสานกระบวนการและพัฒนาการผลิตจำนวนมากเพิ่มเติม ก่อนใช้งานตามที่เสนอในรถยนต์และหุ่นยนต์
• แม่เหล็กยังคงมีนีโอดิเมียม ซึ่งเป็นธาตุหายากเป็นส่วนประกอบ
• ข้อมูลที่ให้มาไม่มีค่าความสามารถในการต้านทานการล้างอำนาจแม่เหล็กที่วัดได้ หรือผลการทดสอบอุณหภูมิใช้งาน