Südkoreanische Forschende entwickeln Verfahren für Neodym-Magnete ohne teure schwere Seltene Erden

Ein neues Herstellungsverfahren für Magnete in Autos und Robotern

Das südkoreanische Korea Institute of Materials Science (KIMS) gab am 23. Oktober 2026 bekannt, dass seine Forschenden grundlegende Fertigungstechnologien für leistungsstarke Permanentmagnete entwickelt haben, bei denen die teuren schweren Seltenen Erden Dysprosium und Terbium nicht zugesetzt werden. Das Verfahren nutzt hochreine Pulverpartikel mit einem Durchmesser von etwa einem Mikrometer und kombiniert die Pulverherstellung mit der magnetischen Ausrichtung und dem Sintern, also dem Erhitzen, durch das verdichtetes Pulver zu einem festen Magneten wird.

Die vollständige Mitteilung des KIMS beschreibt die Entwicklung ultrafeiner Nd-Fe-B-Einkristallpulver sowie der Ausrichtungs- und Sintertechnologien, die nötig sind, um daraus Permanentmagnete ohne Zusätze schwerer Seltener Erden herzustellen.

Die Arbeit wurde von der leitenden Forscherin Kim Su-min sowie den leitenden Forschern Kim Tae-hoon und Lee Jung-gu aus der Abteilung für Nanomaterialforschung des Instituts durchgeführt. Ihr Ansatz zielt auf Magnete aus Neodym, Eisen und Bor, sogenannte Nd-Fe-B-Magnete, die in Elektromotoren von Elektrofahrzeugen, Robotergelenken und Windkraftgeneratoren eingesetzt werden.

Neodym bleibt ein wesentlicher Bestandteil. Der Fortschritt besteht darin, den Bedarf an bestimmten Zusätzen schwerer Seltener Erden zu beseitigen und zugleich die Widerstandsfähigkeit des Magneten gegen Entmagnetisierung zu verbessern. Das Team verfolgte dieses Ziel, indem es die Kristallkörner des Materials verkleinerte und Verfahren entwickelte, um aus dem entstandenen feinen Pulver einen nutzbaren Magneten herzustellen.

Für südkoreanische Hersteller könnte daraus ein heimisches Produktionsverfahren entstehen, das die Abhängigkeit von teuren Materialien verringert, deren Versorgung sich auf wenige Länder konzentriert. Kim zufolge sind weitere Arbeiten nötig, um die Prozesse zu integrieren und die Massenproduktion aufzubauen, bevor Anwendungen in Elektromotoren von Elektrofahrzeugen und humanoiden Robotern möglich sind.

Warum die Widerstandsfähigkeit gegen Entmagnetisierung wichtig ist

Nd-Fe-B-Magnete sind weit verbreitet, weil sie starke Magnetfelder erzeugen. In einem Elektromotor eines Elektrofahrzeugs ist die Magnetstärke jedoch nur eine von mehreren Anforderungen. Der Magnet muss seine Magnetisierung auch in einer heißen Umgebung behalten.

Forschende bezeichnen den Widerstand gegen Entmagnetisierung als Koerzitivfeldstärke. Einfach ausgedrückt misst sie, wie stark sich ein Magnet einem entgegenwirkenden Magnetfeld widersetzt, das seinen magnetischen Zustand zu verändern versucht. Eine hohe Koerzitivfeldstärke ist besonders bei anspruchsvollen Motoranwendungen wichtig, bei denen die magnetische Leistung erhalten bleiben muss.

Dysprosium und Terbium werden häufig zugesetzt, um diese Widerstandsfähigkeit zu verbessern. Beide gehören zu den schweren Seltenen Erden und sind teuer; zudem konzentrieren sich ihre Lieferketten auf wenige Länder. Hersteller haben daher einen Grund, nach anderen Wegen zu suchen, um die erforderlichen magnetischen Eigenschaften zu erreichen.

Das KIMS-Team konzentrierte sich auf die innere Struktur des Magneten statt auf diese Zusätze. Bei seinem Ansatz wird sehr feines Pulver verwendet, um kleinere Kristallkörner zu erzeugen, also die winzigen kristallinen Bereiche im fertigen Material. Die Verfeinerung dieser Körner bietet einen Weg, die Koerzitivfeldstärke zu verbessern, ohne Dysprosium oder Terbium zuzusetzen.

Winzige Partikel herstellen statt eine Legierung zu zerkleinern

Bei der herkömmlichen Pulverherstellung wird eine bestehende Legierung in kleinere Stücke zerteilt. Das mechanische Mahlen stößt jedoch an Grenzen, wenn extrem feine Partikel für diesen Ansatz benötigt werden.

Stattdessen verwendeten die Forschenden Seltene-Erden-Oxide als Ausgangsstoffe und synthetisierten durch ein Reduktions- und Diffusionsverfahren, kurz RD, direkt feine Nd-Fe-B-Kristallpartikel. Bei der Reduktion wird den Ausgangsverbindungen Sauerstoff entzogen. Bei der Diffusion können sich Atome bewegen und verbinden, sodass das gewünschte Material entsteht.

Die entstandenen Pulverpartikel waren etwa einen Mikrometer groß, also ein Millionstel Meter. Das entspricht einem Tausendstel Millimeter. Gemeint ist die Größe der Pulverpartikel, aus denen der Magnet hergestellt wird, nicht die des fertigen Bauteils.

Durch die direkte Synthese lassen sich die Größenbeschränkungen des Mahlens umgehen, da von Anfang an kleine Partikel entstehen. Anschließend mussten die Forschenden die Qualität des Pulvers erhalten und Verarbeitungsverfahren entwickeln, die sich für so kleine Partikel eignen, die leicht zusammenkleben.

Das Pulver vor Oxidation schützen

Beim RD-Verfahren gab es bereits ein Problem bei der Verarbeitung: die Oxidation des Pulvers. Wenn Sauerstoff während der Verarbeitung mit dem Material reagiert, kann das seine Qualität beeinträchtigen. Daher ist es entscheidend, den Zustand des Pulvers zu kontrollieren, um ein brauchbares magnetisches Material herzustellen.

Das KIMS-Team entwickelte nach der Synthese eine Behandlung, um dieses Oxidationsproblem anzugehen. Nach Angaben des Instituts ermöglichte sie die Herstellung hochreinen Nd-Fe-B-Pulvers mit Partikeln von etwa einem Mikrometer.

Partikelgröße und Reinheit waren somit zwei miteinander verbundene Aspekte der Arbeit. Die Forschenden benötigten Partikel, die klein genug waren, um die Kornverfeinerung zu unterstützen, und mussten zugleich unerwünschte chemische Veränderungen kontrollieren, die den Nutzen zunichtemachen könnten.

Als Nächstes mussten die Partikel in eine zweckmäßige Richtung ausgerichtet und während der Herstellung zusammengehalten werden. Auch feines Magnetpulver muss ausgerichtet, geformt und wärmebehandelt werden, bevor daraus ein fertiger Permanentmagnet entsteht.

Feine Partikel ausrichten

Sehr kleine Partikel sind schwierig zu handhaben. Die Reibung zwischen ihnen und ihre Neigung, Klumpen zu bilden, erschweren es, jedes Partikel in einem Magnetfeld in die gewünschte Richtung zu drehen.

Die Ausrichtung ist wichtig, weil die magnetischen Richtungen des Pulvers zusammenwirken müssen. Sind mehr Partikel in der vorgesehenen Richtung orientiert, kann der fertige Magnet die magnetischen Eigenschaften des Materials besser nutzen.

Die Forschenden beschichteten die Pulveroberflächen mit einem Schmiermittel, damit sich die Partikel leichter bewegen konnten. Zudem legten sie ein gedämpftes Wechselfeld an. Dabei ändert sich die Richtung des Feldes, während seine Stärke allmählich abnimmt, sodass sich die Partikel ausrichten können.

Nach Angaben des KIMS verbesserte diese Kombination sowohl die Ausrichtung des Pulvers als auch die Stabilität des geformten Pulverkörpers. Dieser Körper ist die verdichtete Form, die vor dem Sintern hergestellt wird. Seine Stabilität trägt dazu bei, die gewünschte Anordnung der Partikel durch die verbleibenden Herstellungsschritte hindurch zu bewahren.

Kohlenstoffrückstände des Schmiermittels entfernen

Das Schmiermittel löste ein Problem, brachte jedoch eine weitere Herausforderung bei der Verarbeitung mit sich: Kohlenstoffrückstände. Der vom Schmiermittel zurückgebliebene Kohlenstoff könnte nach der Wärmebehandlung zu einem Verlust an Koerzitivfeldstärke beitragen und damit eine Eigenschaft schwächen, die das Team erhalten wollte.

Die Forschenden setzten ein wasserstoffgestütztes Verfahren ein, um diese Kohlenstoffrückstände zu verringern. Nach Angaben des KIMS wirkte die Behandlung dem Rückgang der Koerzitivfeldstärke nach dem Erhitzen entgegen und trug dazu bei, ein Verfahren zur Herstellung gesinterter Magnete aus dem ultrafeinen Pulver zu entwickeln.

Beim Sintern werden verdichtete Partikel durch Hitze zu einem dichten Festkörper verbunden. In dieser Forschung bestand die Herausforderung darin, aus kleinen, sorgfältig ausgerichteten Partikeln einen festen Magneten herzustellen und dabei die gewünschten magnetischen Eigenschaften zu erhalten.

Die Arbeit verband somit mehrere Herstellungsschritte: die Synthese feiner Partikel, die Begrenzung der Oxidation, die Verbesserung der Ausrichtung, die Stabilisierung des verdichteten Pulvers und die Verringerung des Kohlenstoffgehalts vor dem Abschluss der Wärmebehandlung. Jeder Schritt löste ein Problem, das andernfalls den Nutzen der zuvor erzielten Verbesserungen hätte mindern können.

Zwei Fachartikel und neun Patente

Die Forschung wurde im Rahmen des Programms zur Entwicklung von Nano- und Werkstofftechnologien der National Research Foundation of Korea gefördert, das vom Ministerium für Wissenschaft und IKT finanziert wird. Das KIMS teilte mit, dass das Team neun Patente zu den Technologien angemeldet habe.

Die Ergebnisse wurden in zwei Fachzeitschriften veröffentlicht: Eine Studie befasste sich mit der Herstellung ultrafeinen Pulvers, die andere mit dessen Ausrichtung und der Magnetherstellung. Die zeitliche Abfolge zeigt, dass die Arbeiten zur Pulversynthese vor der Veröffentlichung der Forschung zur Verarbeitung des Pulvers zu Magneten erschienen.

• 14. Juli 2026: Die Forschung zur Herstellung ultrafeinen Nd-Fe-B-Pulvers wurde im Journal of Alloys and Compounds veröffentlicht.
• 19. September 2026: Die Forschung zur Ausrichtung des Pulvers und zur Magnetherstellung erschien online im Chemical Engineering Journal.
• 23. Oktober 2026: Das KIMS gab die kombinierten Fertigungsfortschritte und ihre potenziellen industriellen Anwendungen bekannt.

Die Studie zur Pulverherstellung wurde online veröffentlicht; Kim Tae-hoon und Lee Jung-gu waren die korrespondierenden Autoren. Bei der Studie zur Ausrichtung und Magnetherstellung war die Nachwuchsforscherin Kim So-yeon Erstautorin und der Forschungsleiter Kim Su-min korrespondierender Autor.

Die Studien tragen die Kennungen 10.1016/j.jallcom.2026.189820 beziehungsweise 10.1016/j.cej.2026.182156. Diese digitalen Objektbezeichner sind dauerhafte Referenznummern, über die sich die einzelnen Forschungsarbeiten finden lassen.

Was den Herstellern noch fehlt

Kim Su-min, Forschungsleiterin und leitende Forscherin am KIMS, bezeichnete die Ergebnisse als Fortschritt sowohl bei der Pulversynthese als auch bei den anschließenden Herstellungsschritten. Sie sagte:

Diese Forschung ist bedeutsam, weil sie die technischen Grenzen bei der Synthese ultrafeinen Pulvers sowie bei dessen Ausrichtung und beim Sintern zur Herstellung leistungsstarker Nd-Fe-B-Permanentmagnete überwunden hat. Insbesondere haben wir einen neuen technischen Ansatz vorgestellt, mit dem sich die Magnetleistung verbessern lässt, ohne auf teure schwere Seltene Erden angewiesen zu sein.

Das KIMS nannte Antriebsmotoren von Elektrofahrzeugen und humanoide Roboter als mögliche Anwendungen, sobald die Prozessintegration und Technologien für die Massenproduktion weiterentwickelt sind. Permanentmagnete kommen auch in Robotergelenken und Windkraftgeneratoren zum Einsatz. Damit ist das Herstellungsverfahren für mehrere Branchen relevant, die auf starke magnetische Materialien angewiesen sind.

In der Mitteilung wurden keine konkreten Werte zur Koerzitivfeldstärke, Grenzwerte für die Betriebstemperatur, Produktionskosten, Produktionsziele für Werke oder ein Termin für die Markteinführung genannt. Diese Angaben werden für Hersteller wichtig sein, die entscheiden müssen, ob das Verfahren den Anforderungen eines bestimmten Motors oder Roboters gerecht wird.

Das KIMS beschrieb zwar Verbesserungen der Koerzitivfeldstärke und Verarbeitungsschritte, mit denen diese erhalten werden soll; das vorliegende Material enthält jedoch keine gemessenen Werte zur Koerzitivfeldstärke und keine Ergebnisse von Betriebstemperaturtests. Daher lässt sich daraus nicht ablesen, wie sich die Magnete bei den erhöhten Temperaturen verhalten, die in Motoren auftreten.

Der Vorteil für die Versorgungslage besteht darin, dass der Bedarf an Dysprosium und Terbium für diese Magnete sinkt. Neodym und Ausgangsstoffe aus Seltene-Erden-Oxiden bleiben Bestandteil des Verfahrens. Für Südkorea besteht die industrielle Chance darin, mehr Fertigungskapazitäten im eigenen Land aufzubauen und zugleich die Abhängigkeit von jenen Zusätzen schwerer Seltener Erden zu verringern, die die Forschenden ersetzen wollten.

Der unmittelbare Erfolg besteht in einer Reihe miteinander verbundener grundlegender Verarbeitungstechnologien, die vom etwa ein Mikrometer großen Pulver bis zum gesinterten Magneten reichen. Als nächsten Schritt nannte das Team die Verknüpfung dieser Technologien für die Produktion im großen Maßstab, damit das Material in anspruchsvollen Industrieanlagen eingesetzt werden kann.

Die wichtigsten Punkte

• Das KIMS gab am 23. Oktober 2026 ein Herstellungsverfahren für Nd-Fe-B-Magnete ohne Dysprosium oder Terbium bekannt.
• Das Verfahren synthetisiert hochreine Pulverpartikel mit einem Durchmesser von etwa einem Mikrometer direkt.
• Neue Behandlungen wirken Oxidation, Problemen bei der Partikelausrichtung und Kohlenstoffrückständen des Schmiermittels entgegen.
• Die Forschung erschien in zwei Fachzeitschriften; das Team meldete neun damit verbundene Patente an.
• Für die vorgesehenen Anwendungen in Fahrzeugen und Robotern sind weitere Arbeiten zur Prozessintegration und Massenproduktion nötig.
• Die Magnete enthalten weiterhin Neodym, ein Element der Seltenen Erden.
• Das vorliegende Material enthält keine gemessenen Werte zur Koerzitivfeldstärke und keine Ergebnisse von Betriebstemperaturtests.