Chủ Đề Vật Liệu Từ Mềm.pdf

Vật liệu từ mềm: Là các vật liệu sắt từ dễ từ hóa và dễ bị khử từ, thường dùng cho các ứng dụng hoạt động trong từ trường ngoài như lõi biến thế, nam châm điện, lõi dẫn từ, cảm biến từ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

Cần Thơ, 2023

MỤC LỤC

A Mở đầu: 1

B Cơ sở lý thuyết 2

I Vật liệu từ: 2

II Sắt từ: 2

1 Định nghĩa: 2

2 Tính chất: 2

a Độ từ hóa: 2

b Độ từ thẩm 3

c Từ dư 3

(i) Sắt từ cứng: 4

(ii) Sắt từ mềm: 4

d Nhiệt độ Curie Tc 5

III Vật liệu từ mềm 5

3 Định nghĩa 5

4 Đặc điểm 5

5 Các vật liệu từ mềm 8

a Sắt tinh khiết kỹ thuật 8

(i) Ảnh hưởng của tạp chất 8

(ii) Ảnh hưởng của độ hạt 8

(iii) Già hóa do nhiệt độ 8

b Thép kỹ thuật điện 9

c Vật liệu có độ từ thẩm cao- Pecmaloi, hợp kim FeNi 11

(i) Pha tạp và pecmaloy 12

(ii) Nhược điểm: 13

d Điên môi từ 13

(i) Ưu điểm của điện môi từ: 13

(ii) Nhược điểm của điện môi từ: 14

(iii) Chế tạo điện môi từ 14

(iv) Yêu cầu đối với điện môi từ: 14

(v) Điện môi từ trên cơ sở hợp kim AlSiFe 14

(vi) Quy trình chế tạo 15

e Ferit từ mềm 15

C Ứng dụng 18

IV Sensor từ 18

1 Khái niệm 18

2 Đường cong chuẩn của cảm biến 19

3 Giới thiệu cảm biến tiệm cận 21

a Cấu tạo nguyên lý hoạt động của cảm biến tiệm cận 21

b Nguyên lý hoạt động: 22

c Phân loại: 23

d Đặc tính kĩ thuật: 24

V Vật liệu từ trở (Giant Magnetoresistance) - HIỆU ỨNG ĐIỆN TỪ TRỞ 24

4 Điện từ trở dị hướng 24

5 Màng mỏng đa lớp 24

6 Hiệu ứng điện từ trở khổng lồ 25

7 Cơ chế vật lý của hiệu ứng GMR 26

a Mô hình dòng điện hai dòng của Mott 27

b Cấu trúc GMR 28

c Giải thích hiệu ứng GMR 29

d Bản chất vật lý của hiệu ứng GMR 30

D Tài liệu tham khảo: 32

PHỤ LỤC BẢNG

Bảng 1: Một số đặt trung của Fe và FeSi 11 Bảng 2: Bảng số liệu của một số loại pecmaloy có μ cao 13

PHỤ LỤC HÌNH

Hình 1: Đường cong từ hóa 3

Hình 2: Sự phụ thuộc của độ từ thẩm vào từ trường 3

Hình 3: Chu trình từ trễ 4

Hình 4: Đường trễ B(H) của vật liệu từ với các thông số vật liệu từ mềm cơ 6

Hình 5: Ảnh hưởng của nhiệt độ già hóa lên lực kháng từ của Fe pha tạp 9

Hình 6: Điện trở suất Fe khi tạp các nguyên tố 10

Hình 7: Sự phụ thuộc của hằng số dị hứng K1 vào nồng độ Ni trong pecmaloy 12

Hình 8: Ảnh hưởng của Cu trong đặt trưng của μ trong từ trường 12

Hình 9: Độ từ thẩm ban đầu phụ thuộc kích thước hạt của ferit MnZn 16

Hình 10: Độ từ thẩm ban đầu phụ thuộc vào nhiệt độ của manhetit 17

Hình 11: Đường cong chuẩn cảm biến 19

Hình 12: Cấu tạo của cảm biến tiệm cận 22

Hình 13: Cảm biến tiệm cận được sử dụng để nhận biết các vật kim loại ở gần 23

Hình 14: Một số mẫu thực tế cảm biến tiệm cận cảm ứng từ 23

Hình 15: Hình Mô phỏng màng mỏng đa lớp 25

Hình 16: Từ trở của siêu mạng ba lớp Fe/Cr ở nhiệt độ 4,2K Dòng điện và từ trường ngoài có phương dọc theo phương tinh thể trong mặt phẳng của các lớp 26

Hình 17: Mô hình hai kênh dẫn Theo Mott, độ dẫn điện của kim loại bằng tổng độ dẫn điện tương ứng với điện tử có spin up và spin down 27

Hình 18: Hình Cấu tạo từng phần của GMR 29

Hình 19: Mô hình hai dòng điện của Mott dùng để giải thích hiệu ứng GMR 30

A Mở đầu:

Vật liệu từ là loại vật liệu có chức năng quan trọng, được sử dụng rất rộng rãi Vật liệu từ là vật liệu cốt lõi trong hàng trăm triệu máy biến thế và động cơ điện đang hoạt động ngày đêm đảm bảo việc chuyển đổi năng lượng trên toàn cầu Trong mỗi căn hộ bình thường hay mỗi chiếc xe ô tô, xe máy thì ta có thể liệt kê ít nhất 150 linh kiện có từ tính

Trong hơn 100 năm qua, vật liệu từ đã có những bước phát triển vượt bậc cả về chủng loại lẫn tính năng kỹ thuật Sự ra đời của thép kỹ thuật điện dị hướng (1933), ferit từ mềm (1940), sự suất hiện của vật liệu từ mềm vô định hình (1970) và nano tinh thể (1988) cho thấy được sự mở rộng của thành phần từ kim loại- hợp kim sang oxit, mở rộng cấu trúc từ trật từ tinh thể sang vô định hình

Các vật liệu từ mềm bao gồm nhiều chủng loại với các ứng dụng khác nhau như: vật liệu dẫn từ, màng mỏng từ, hạt từ, vật liệu từ trở, quang từ, senor từ,

Các vật liệu từ mềm rất đa dạng, khối lượng sử dụng lớn được sử dụng nhiều trong nhiều lĩnh vực khác nhau Các vật liệu từ mềm đống vai trò như một bộ khuếch đại cảm ứng từ

Ta có thể thấy được cùng với sự phát triễn của kỹ thuật vật liệu thì vật liều từ nói chung và vật liệu từ mềm cũng phát triễn không kém

B Cơ sở lý thuyết

I Vật liệu từ:

Vật liệu từ được định nghĩa là vật liệu khi đặt trong một từ trường thì nó bị nhiễm từ

Có nhiều cách khác nhau để phân chia các vật liệu sắt từ, nhưng cách thông dụng nhất vẫn là phân chia theo khả năng từ hóa và khử từ của vật liệu Theo cách phân chia này

sẽ có 2 nhóm vật liệu sắt từ chính:

Vật liệu từ cứng: Là các vật liệu sắt từ khó từ hóa và khó khử từ thường dùng cho các

ứng dụng lưu trữ từ trường như nam châm vĩnh cửu, vật liệu ghi từ… Các vật liệu từ cứng điển hình là Nd2Fe14B, Sm2Co5, FePt

Vật liệu từ mềm: Là các vật liệu sắt từ dễ từ hóa và dễ bị khử từ, thường dùng cho các

ứng dụng hoạt động trong từ trường ngoài như lõi biến thế, nam châm điện, lõi dẫn từ, cảm biến từ trường… Các vật liệu từ mềm điển hình là sắt silic (FeSi), hợp kim permalloy NiFe…

Các tính chất đặc trưng cho vật liệu từ:

Các chất này là các chất vốn có mômen từ nguyên tử lớn (sắt là 2,2𝜇𝐵, Gd là 7 𝜇𝐵, )

và nhờ trao đổi tương tác giữa các mômen từ này mà chúng định hướng sông song với nhau theo từng vùng Mômen từ trong mỗi cừng đó gọi là độ tự phát – có nghĩa là các chất sắt có từ tính nội tại ngay khi không có từ trường ngoài Đây là các nguồn gốc cơ bản tạo nên các tính chất của chất sắt từ

2 Tính chất:

a Độ từ hóa:

Độ từ hóa J của chất sắt từ không biến thiên tỉ lệ thuận với cường độ từ trường H Đường cong biểu diễn sự phụ thuộc của J vào cường độ từ trường ngoài H được vẽ trên hình Giả sử khối sắt từ chưa bị từ hóa lần nào Khi chưa có từ trường ngoài (H = 0), từ

độ J = 0 Khi có từ trường ngoài H , lúc đầu J tăng nhanh theo H, sau đó tăng chậm hơn;

và khi H tăng tới một giá trị nào đó (khoảng vài trăm A/m), J đạt tới giá trị cực đại Jbh Nếu tiếp tục tăng H, J không tăng nữa Khi đó ta nói rằng sự từ hóa đã đạt tới trạng thái bão hòa Đường cong vẽ trên hình được gọi là đường cong từ hóa cơ bản

b Độ từ thẩm

Độ từ thẩm tỉ đối μ của chất sắt từ phụ thuộc vào cường độ từ trường H một cách phức tạp như chỉ rõ trên hình Ta thấy ban đầu khi cường độ từ trường ngoài H tăng, độ từ thẩm μ tăng nhanh theo H, sau đó khi H tăng tới một giá trị nào đó, độ từ thẩm μ đạt giá trị μmax Sau đó khi H tiếp tục tăng, μ sẽ giảm dần và khi từ trường ngoài đã khá mạnh,

μ tiến dần tới bằng 1 Như vậy độ từ thẩm μ của chất sắt từ chỉ có giá trị lớn trong một khoảng biến thiên xác định của cường độ từ trường ngoài H; quá giới hạn này μ sẽ giảm nhanh khi H tăng Các số liệu thực nghiệm cho thấy rằng chỉ nên dùng vật liệu sắt từ làm lõi các nam châm điện tạo từ trường mạnh không quá một triệu A/m,

Hình 2: Sự phụ thuộc của độ từ thẩm vào từ trường

c Từ dư

Nghĩa là khi ngắt từ trường ngoài (H = 0) thì chất sắt từ vẫn còn giữ được từ tính

Ta khảo sát từ trường tổng hợp 𝐵⃗ trong lõi sắt từ đặt trong một Solenoid để nghiên cứu

sự biến thiên của B theo từ trường từ hóa H (từ trường tạo bới Solenoid khi có dòng điện chạy qua) Giả sử lõi sắt chưa bị từ hóa lần nào Kết quả khảo sát được mô tả bằng đường cong trên hình Khi bắt đầu cho dòng điện chạy qua Solenoid và tăng dần cường

độ dòng điện, cường độ từ trường từ tăng từ 0 đến H , cảm ứng từ tổng hợp B trong lõi

Hình 1: Đường cong từ hóa

độ dòng điện qua Solenoid), B giảm đi theo đường cong ABd và khi H giảm tới 0 ta thấy

từ trường trong lõi sắt vẫn còn giữ một giá trị Bd  0 nào đó; cảm ứng từ Bd gọi là cảm ứng từ dư Để khử hoàn toàn từ tính còn dư của lõi sắt từ (cho B giảm về 0), ta đổi chiều

từ trường từ hóa (bằng cách đảo chiều dòng điện qua Solenoid) và tăng giá trị của nó tới Hkt, nghĩa là khi H = -Hkt thì B = 0 thì từ tính dư được khử hoàn toàn Vì vậy Hkt còn được gọi là cường độ từ trường khử từ Tiếp tục tăng cường độ từ trường H từ (- Hkt) đến (- H1) thì lõi sắt lại bị từ hóa theo chiều ngược lại (đường cong –HktA’ ) Tiếp tục cho H biến thiên từ (-H1) đến 0, rồi từ 0 đến H1, ta sẽ thu được đường cong A’ C’ A Toàn bộ đường cong khép kín ACA’ C’ A được gọi là chu trình từ trễ

Hình 3: Chu trình từ trễ

Hiện tượng từ trễ: Là một đặc trưng dễ thấy nhất ở chất sắt từ Khi từ hóa một khối

chất sắt từ các mômen từ sẽ có xu hướng sắp xếp trật tự theo hướng từ trường ngoài do

đó từ độ của mẫu tăng dần đến độ bão hòa khi từ trường đủ lớn (khi đó các mômen từ hoàn toàn song song với nhau) Khi ngắt từ trường hoặc khử từ theo chiều ngược, do sự liên kết giữa các mômen từ và các đômen từ, các mômen từ không lập tức bị quay trở lại trạng thái hỗn độn như các chất thuận từ mà còn giữ được từ độ ở giá trị khác không

Có nghĩa là đường cong đảo từ sẽ không khớp với đường cong từ hóa ban đầu, và nếu

ta từ hóa và khử từ theo một chu trình kín của từ trường ngoài, ta sẽ có một đường cong kín gọi là đường cong từ trễ Có nhiều cơ chế khác nhau để tạo ra hiện tượng trễ như cơ chế dịch chuyển vách, cơ chế quay mômen từ, cơ chế hãm sự phát triển của các mầm đảo từ…

Căn cứ vào đặc điểm của chu trình từ trễ, người ta chia chất sắt từ thành 2 loại: sắt từ cứng và sắt từ mềm

(i) Sắt từ cứng:

Sắt từ cứng có từ trường khử Hkt lớn, chu trình từ trễ của loại này rộng Từ trường còn

dư của chúng vừa mạnh lại vừa bền vững Manhêtit (FeO, Fe2O3), thép crôm (3% Cr, 1%C), thuộc loại này Chẳng hạn với Manhêtit Bkt  5.10-3 T; Bd  0,6 T Sắt từ cứng được dùng để luyện các nam châm vĩnh cửu

(ii) Sắt từ mềm:

Sắt từ mềm có từ trường khử từ Hkt nhỏ, chu trình từ trễ của loại này hẹp; từ trường còn

dư rất mạnh, song dễ bị khử Sắt non, sắt Silic (1% Si), thuộc loại này Chẳng hạn với

sắt non Bkt  0,5.10-4 T, Bd  0,84 T Sắt từ mềm được dùng để làm lõi các nam châm điện, máy điện,

d Nhiệt độ Curie T c

Đối với chất sắt từ, độ từ hóa phụ thuộc vào nhiệt độ Khi nhiệt độ tăng khả năng từ hoá của vật sắt từ giảm Đến một giới hạn TQ gọi là nhiệt độ Curie các tính chất sắt từ của vật liệu bị biến mất Nhiệt độ Curie là nhiệt độ mà tại đó chất bị mất từ tính Ở dưới nhiệt độ Curie chất ở trạng thái sắt từ, ở trên nhiệt độ Curie chất sẽ mang tính chất của chất thuận từ Độ từ hóa của vật liệu sắt từ tuân theo công thức:

𝜒𝑚 =𝑇 − 𝑇𝑐

𝑐 , 𝑐: ℎằ𝑛𝑔 𝑠ố Với Sắt Tc = 770℃; Côban Tc = 1270℃; Niken Tc = 357℃ Nếu làm lạnh khối sắt từ bị nung nóng xuống dưới nhiệt độ Curie của nó, thì các đặc tính của sắt từ lại xuất hiện như cũ

III Vật liệu từ mềm

1 Định nghĩa

Là các vật liệu sắt từ dễ từ hóa và dễ bị khử từ, thường dùng cho các ứng dụng hoạt động trong từ trường ngoài như lõi biến thế, nam châm điện, lõi dẫn từ, cảm biến từ trường… Các vật liệu từ mềm điển hình là sắt silic (FeSi), hợp kim permalloy NiFe…

2 Đặc điểm

Thông số để nói lên tính chất từ mềm của vật liệu từ mềm

-Lực kháng từ 𝐻𝑐 Lực kháng từ là lực từ trường ngoài ngược cần thiết để triệt tiêu từ

độ của mẫu

-Độ từ thẩm ban đầu:

𝜇𝑖 = lim𝐻→0

𝑑𝐵𝑑𝐻

Độ từ thẩm là đại lượng đặc trưng cho khả năng phản ứng của vật liệu từ dưới tác dụng của từ trường ngoài Ta biết quan hệ giữa cảm ứng từ B, từ trường ngoài H và độ từ hóa

M theo công thức:

𝐵 = 𝜇0(𝑀 + 𝐻)

Mà 𝑀 = 𝜒 𝐻 (với 𝜒 là độ cảm từ)

⇒ 𝐵 = 𝜇0(1 + 𝜒)𝐻

Với 𝜇 = (1 + 𝜒) được gọi là độ từ thẩm hiệu dụng của vật liệu

Vật liệu dùng làm lỗi dẫn từ gọi là vật liệu từ Vì vậy để dẫn từ tốt và giảm thiểu tổn hao trong quá trình dẫn, vật liệu từ mềm thường phải đáp ứng các yêu cầu chung sau: -Từ hóa dễ, tức là khi từ trường ngoài H đặt vào để từ hóa vật liệu với giá trị nhỏ mà cảm ứng từ B đã đạt được giá trị khá lớn ( vật liệu có giá trị 𝜇0 lớn , 𝜇𝑚𝑎𝑥 lớn và 𝐻𝑐nhỏ)

-Cảm ứng từ cực đại (𝐵𝑠) có giá trị lớn Do đó, các vật liệu từ mềm với thể tích không đổi, số lượng đường sức từ qua nó càng nhiều càng giảm được thể tích của vật liệu sử dụng chúng

-Khi sử dụng vật liệu từ mềm trong từ trường xoay chiều sẽ xuất hiện tổn hao, yêu cầu tổn hao càng nhỏ càng tốt.Gọi tổng các thành phần tổn hao là tổn hao toàn phần(𝑃𝑡𝑓)

𝑃𝑡𝑓 = 𝑃ℎ + 𝑃𝑒𝑑 + 𝑃𝑠Trong đó:

+𝑃ℎ là tổn hao từ trong trường xoay chiều tỷ lệ với tần số và lực kháng của vật liệu(𝑃ℎ ≈

𝑓 𝐻𝑐), còn được gọi là tổn hao từ trễ.Với tần sô f xác định , để giảm tổn hao từ ta cần giảm lực kháng từ 𝐻𝑐 của vật liệu Biết, tổn hao từ trễ 𝑃ℎ phụ thuộc vào diện tích đường trễ(B.H), mà giá trị cảm ứng từ B khác nhau không nhiều đối với các loại vật liệu từ mềm

Hình 4: Đường trễ B(H) của vật liệu từ với các thông số vật liệu từ mềm cơ

+𝑃𝑒𝑑 là tổn hao xoáy(dòng Foucault):

d là độ dày vật liệu (mm)

f là tần số từ trường xoay chiều (Hz)

𝜌 là điện trở xuất của vật liệu (Ω𝑚𝑚2/𝑚)

𝛾 là khối lượng riêng (g/c𝑚3)

𝐾𝑓 là hệ số dạng đường cong từ hóa

Có hai cách để giảm tổn hao xoáy với một loại vật liệu cho trước khi các thông số khác không đổi là giảm độ dày và tăng điện trở xuất 𝜌 của vật liệu Để giảm độ dày, vật liệu được dát mỏng bằng cách cán nguội hoặc cán nóng Tuy nhiên, thêm công đoạn công nghệ là tăng giá thành phẩm Độ dày vật liệu từ 0,1mm giảm xuống 0,01mm giá thành sản phẩm có thể tăng lên gấp 10 lần Mặt khác khi cán mỏng vật liệu, lực kháng 𝐻𝑐 của vật liệu tăng lên do ứng xuất cơ học tăng lên

Để tăng điện trở suất, vật liệu được trôn thêm các chất điện môi, tạo nên các chất điện môi từ và sử dụng các ferit từ mềm

-𝑃𝑠 là thành phần tổn hao bổ xung, có nguồn gốc phức tạp do nhiều đóng góp như bề mặt vật liệu, tạp chất trong vật liệu… Thông thường tổn hao bổ xung 𝑃𝑠 tăng khi tần số

f tăng(thực tế khi tần số 𝑓 ≥ 106𝐻𝑧 tổn hao bổ xung là đáng kể)

Tóm lại, khi sử dụng vật liệu từ mềm, người ta thường tìm cách giảm tổn hao toàn phần bằng cách giảm từng loại tổn hao Trong nhiều trường hợp, khi 𝑃𝑠 tăng thì 𝑃ℎ lại giảm…

Do vậy, ta nên cố gắng tổ hợp một cách thích hợp để giá trị tổn hao toàn phần 𝑃𝑡𝑓 nhỏ nhất

Để đo tổn hao trong trường xoay chiều, người ta dùng Q-mét để đo 𝜇0 và 𝑡𝑔𝛿 (do tang của góc tổn hao tỉ lệ với tổn hao toàn phần 𝑃𝑡𝑓) tức là xác định được Q Hệ số phẩm chất Q càng lớn khi giá trị 𝑡𝑔𝛿 càng nhỏ Thông thường theo quy ước kỹ thuật, thì giá trị 𝑡𝑔𝛿 phải nhỏ hơn hoặc bằng 0,1

Ngoài các yêu cầu chính đã trình bày, ta còn có một số yêu cầu khác khi sử dụng vật liệu từ mềm trong những ứng dụng cụ thể Các thông số từ cần phải ổn định trong khoảng nhiệt độ và thời gian sử dụng Nói chung, đối với vật liệu từ mềm, giá trị độ từ thẩm càng cao càng tốt

3 Các vật liệu từ mềm

a Sắt tinh khiết kỹ thuật

Đây là vật liệu từ mềm rẻ, dễ chế tạo, phẩm chất tương đối tốt, đặc biệt, giá trị cảm ứng

từ bão hòa cao

(i) Ảnh hưởng của tạp chất

Trong thực tế, sắt được gọi là thép nếu có thép nếu có chứa tạp chất như C, P, S… Thép tinh khiết kỹ thuật là sắt có nồng độ cacbon nhỏ hơn 0,1% và các tạp khác như: S, P, Mn… được giảm tới mức tối thiểu Vật liệu này có điện trở suất khá nhỏ do vậy chỉ dùng được trong từ trường không đổi Các thông số 𝜇max, 𝜇𝑜, 𝐻𝑐 phụ thuộc rất mạnh vào nồng độ, hình dạng cấu trúc của tạp chất Vật liệu có nhiều hạt, có nhiều vách đomen khó dịch chuyển khi bị từ hóa

(ii) Ảnh hưởng của độ hạt

Cấu trúc tinh thể có ảnh hưởng nhiều đến tính chất từ của vật liệu từ mềm Thông thường, khi hạt nhỏ hoặc không đồng đều, dẫn đến xuất hiện các lệch mạng và tại đây lại là nơi hình thành các pha lạ do các lệch mạng là tâm bắt tạp chất, thường là tạp cacbon, dẫn đên sự hình thành pha có cacbon làm cho tương tác từ trong vật liệu bị hạn chế, ảnh hưởng đến cấu trúc đomen

Để làm sạch sắt, có thể dùng phương pháp làm nóng chảy Fe nhiều lần ngoài ra có thể dùng phương pháp nung sắt ở nhiệt độ cao trong môi trường khử trong H2

(iii) Già hóa do nhiệt độ

Đối với vật liệu từ, khi tăng nhiệt độ hiện tượng già hóa xảy ra mạnh hơn Để tránh hiện tượng già hóa tự nhiên, người ta thực hiện già hóa nhân tạo làm cho 𝜇0 giảm và 𝐻𝑐 tăng lên

Hình 5: Ảnh hưởng của nhiệt độ già hóa lên lực kháng từ của Fe pha tạp

b Thép kỹ thuật điện

Sắt sạch kỹ thuật có từ độ cao, nhưng do điện trở suất không lớn nên khó sử dụng trong máy do tổn hao do dòng điện xoáy lớn Vì vậy cần thêm Si và Al để tăng điện trở suất Người ta thường gọi thép kỹ thuật điện là tôn silic

Ưu điểm của tôn silic: phẩm chất từ khá cao, điện trở suất của nó khá lớn

Sự phụ thuộc của điện trở suất của nó phụ thuộc và nồng độ Silic theo biểu thức sau:

Hình 6: Điện trở suất Fe khi tạp các nguyên tố

Silic là nguyên tố áp ứng được nhu cầu đó nguyên nhân vì khi hòa tan trong sắt tới ~ 4 at% dưới dạng dung dịch rắn xen kẽ Hàm lượng Si trong sắt kỹ thuật chứa vào khoảng

~0,5 -5w% Silic là nguyên tố không có từ tính nên nó sẽ làm giảm từ độ, và nhiệt độ curi Tuy nhiên Silic các tác dụng sau:

Khử tạp chất như Oxy trong thép: Khi pha Si vào thì Si có thể liên kết với Oxy có trong dung dịch rắn làm ngăn cản quá trình Oxy hóa sắt từ để tạo SiO cũng làm pha xấu từ tính đi, những nó ít ảnh hưởng hơn so với Fe2O3

Tăng kích thước hạt tinh thể vì silic làm hạ nhiệt độ nóng chảy của Fe Khi đó các hạt

Fe ở trạng thái lỏng dễ dàng tạo được các hạt sắt có khả năng có đường kính lớn Khi trộn Silic và thì làm tăng mạnh điện trở suất của Fe lên đến từ 10 đến 𝜇Ω𝑐𝑚 khi hàm lượng cỡ 5w% Hàm lượng Silic thường là 3-5w%, ngay với hàm lượng đó thì hợp kim FeSi chịu đựng được tới 1- 2 lần bẻ gập với góc 90

Tuy nhiên, nếu pha Silic tới nồng độ 5w% vì khi hàm lượng Silic cao thì độ từ thẩm của

nó sẽ đạt cực đại 𝜇max cao hơn nhưng vật liệu từ trở nên giòn, khó gia công dát mỏng Ngoài Silic được chủ động thêm vào Fe, trong FeSi còn chứa nhiều tạp chất có hại như

C, S, O, Mn Chủ yếu làm cho hao tổn trể Ph tăng Trong đó P rất khó khắc phục, nó làm cho hao tổn trể Ph giảm nhưng ngược lại làm cho Ptf tăng Có làm tăng độ giòn một các đáng kể

Công thức thực nghiệm tính giá trị cảm ứng từ theo hàm lượng Silic:

𝐵𝑠 = 21.580 − (480 × %𝑆𝑖) [𝑔𝑎𝑢𝑠𝑠]

Đại lượng Fe FeSi

Bảng 1: Một số đặt trung của Fe và FeSi

c Vật liệu có độ từ thẩm cao- Pecmaloi, hợp kim FeNi

Permaloy là hợp kim của Fe-Ni pha tạp một số nguyên tố khác Đặc điểm lớn nhất của Permaloy là có độ từ thẩm cao

Permaloy chứa khoảng 80% Ni có hằng số di hướng K1, các hằng số từ giảo 𝜆100(10−6)

và 𝜆111(10−6) gần như bằng không, điều đó làm cho lực kháng từ Hc rất nhỏ, độ từ thẩm ban đầu và độ tự thẩm cực đại lớn nhất và từ tính mềm cao

Phân theo thành phần thì pecmaloy gồm 2 loại: Loại Ni thấp chứa hàm lượng Ni (50Ni) trong vùng 40-50% và loại Ni cao (80Ni) chứa chứa 70-80% Ni Loại 80Ni có độ tự thẩm lớn hơn vài lần so với 50Ni và lớn hơn sắt kỹ thuật gấp hàng chục lần

Cơ sở để chế tạo này là Fe là hằng số dị hướng tinh thể K1>0 còn Ni có hằng số dị hướng tinh thể K1<0

Khi K1 giảm, Hc giảm và độ từ thẩm ban đầu tăng Trên cơ sở đó các hợp kim Fe-Ni dễ

Hình 7: Sự phụ thuộc của hằng số dị hứng K 1 vào nồng độ Ni trong pecmaloy

(i) Pha tạp và pecmaloy

Trong một số trường hợp người ta pha tạp vào trong pecmaloy một số tạp chất khác như

Cr, Mo, Cu, Si

Với Mo pha vào sẽ làm tăng điện trở suất 𝜌 vào tăng 𝜇0và xử lý nhiệt độ Khi pha Mo vào vật liệu sẽ tăng K1 và làm cho Bs giảm xuống, do vậy chỉ có thể pha tạp Mo với môt lượng nhỏ Với tạp Cr, crom pha vào vật liệu cũng có vai trò giống như Mo nhưng kém hiệu quả hơn

Với tạp Cu, đồng pha vào có tác dụng làm kéo dài không đổi của độ từ thẩm 𝜇 trong từ trường ngoài Mặc dù Cu là vật liệu phi từ, nhưng biết sử dụng nó sẽ có nhiều hiệu quả tốt cho vật liệu Đồng pha vào pecmaloy làm cho hệ số nhiệt độ 𝛽 của vật liệu giảm và điện trở suất tăng

Hình 8: Ảnh hưởng của Cu trong đặt trưng của 𝜇 trong từ trường

Là vật liệu do ép bột của chất liên kết hữu cơ hay vô cơ với vật liệu sắt từ Thành phần

cơ bản gồm cacbonic, fecmaloi và alusife

Yêu cầu phải có từ tính tốt, chất liên kết có khả năng để tạo nên màn cách điện chắc chắn giữa các hạt và gắn liền các hạt với nhau và có cùng độ dày

Cần có tổn hao điện môi bé có độ thẩm từ ổn định với thời gian và khi nhiệt độ thay đổi Vật liệu này dùng làm lõi các cuộn cảm của bộ lọc máy phát điện

Các vật liệu từ mềm sử dụng đầu tiên đều là dạng kim loại hoặc hợp kim từ Các loại vật liệu từ này chỉ có thể sử dụng trong vùng tần số f nhỏ hơn 1 kHz

Để sử dụng vật liệu từ mềm trong vùng tần số cao hơn, một loại vật liệu đã được nghiên cứu chế tạo đó là điện từ môi.Điện từ môi là vật liệu điện môi trộn với vật liệu sắt từ Điện trở suất của điện môi rất lớn do đó tổn hao ít, bột sắt lại có 𝜇 cao

(i) Ưu điểm của điện môi từ:

Các thông số có từ độ ổn định cao, mà chủ yếu là ổn định với nhiệt độ Trong phạm vi ứng suất đàn hồi, vật liệu cũng rất ổn định dưới tác dụng của ứng suất

Các thông số vật liệu điện môi từ dễ lặp lại do vậy việc tái sản xuất rất dễ dàng Vì các thông số từ của các vật liệu kim loại, hợp kim và cả ferit thay đổi rất mạnh trong các thiết bị đo, nên người ta thường phải sử dụng vật liệu điện môi từ