ứng dụng của vật liệu từ, sắt từ, ghi từ, từ giảo.....

1 Vật liệu từ mềm Vật liệu từ mềm, hay vật liệu sắt từ mềm (Soft magnetic material) vật liệu sắt từ, "mềm" phương diện từ hóa khử từ, có nghĩa dễ từ hóa dễ khử từ 1.1 Một số loại vật liệu từ mềm 1.1.1 Tôn Silic Là hợp kim sắt (khoảng 85%), với Silic (Si), chứa thêm khoảng 5,4% nhôm (Al), gọi hợp kim Sendust, vật liệu sắt từ mềm dùng phổ biến có độ cứng cao, có độ từ thẩm cao tổn hao trễ thấp Tuy nhiên, vật liệu kim loại, nên có điện trở suất thấp, sử dụng tần số cao làm xuất tổn hao xoáy lớn 1.1 Một số loại vật liệu từ mềm 1.1.2 Hợp kim Permalloy Là hợp kim niken (Ni) sắt (Fe), có lực kháng từ nhỏ, độ từ thẩm cao (vật liệu Ni75Fe25 có độ từ thẩm ban đầu lớn tới 10000), có độ bền học khả chống ăn mòn cao Tuy nhiên, permalloy có từ độ bão hòa không cao 1.1 Một số loại vật liệu từ mềm 1.1.3.2 Hợp kim vô định hình nanô tinh thể Là hợp kim sắt hay cô-ban (Co), trạng thái vô định hình, có điện trở suất cao nhiều so với hợp kim tinh thể, đồng thời có khả chống ăn mòn, độ bền học cao, sử dụng tần số cao so với vật liệu tinh thể kim loại Khi kết tinh từ trạng thái vô định hình, ta có vật liệu nano tinh thể, hạt nanô kết tinh vô định hình dư, triệt tiêu từ giảo từ tổ hợp hai pha vô định hình tinh thể nên có tính từ mềm cực tốt sử dụng tần số cao 1.2 Ứng dụng vật liệu từ mềm 1.2.1 Lõi máy biến áp Máy biến áp gồm có cuộn dây sơ cấp hay nhiều cuộn dây thứ cấp liên kết qua trường điện từ Khi đưa dòng điện với điện áp xác định vào cuộn sơ cấp, tạo trường điện từ Theo định luật cảm ứng Faraday, trường điện từ tạo dòng điện cảm ứng cuộn thứ cấp Để đảm bảo truyền đưa lượng bố trí mạch dẫn từ qua lõi cuộn dây Vật liệu dẫn từ phụ thuộc tần số làm việc 1.2 Ứng dụng vật liệu từ mềm • Ở tần số thấp biến áp điện lực, âm tần dùng vật liệu từ mềm có độ từ thẩm cao thép silic, permalloy, mạch từ khép kín lõi ghép chữ E, chữ U, chữ I • Ở tần số cao, vùng siêu âm sóng radio dùng lõi ferrit khép kín mạch từ • Ở tần số siêu cao vùng vi sóng sóng truyền hình, có biến áp dùng lõi không khí thường không khép mạch từ Tuy nhiên quan hệ điện từ chúng khác với hai loại nói trên, không coi biến áp thật 1.2 Ứng dụng vật liệu từ mềm 1.2.2 Cuộn cảm Cuộn cảm gồm số vòng dây quấn lại thành nhiều vòng, dây quấn sơn cách điện, lõi cuộn dây vật liệu dẫn từ ferrite hay lõi thép kĩ thuật 1.2 Ứng dụng vật liệu từ mềm 1.2.3 Lõi dẫn từ nam châm điện Lõi dẫn từ nam châm điện vật liệu từ mềm thông thường chúng phải thỏa mãn yêu cầu: • Có độ từ thẩm lớn • Cảm ứng từ bão hòa cao (để không giới hạn dải hoạt động nam châm • Có tổn hao trễ nhỏ để không làm trễ trình thay đổi từ trường nam châm 1.2 Ứng dụng vật liệu từ mềm 1.2.4 Cảm biến đo từ trường Cảm biến đo từ trường ứng dụng để phát thay đổi từ trường môi trường xung quanh Nó ứng dụng đo tốc độ, dùng làm mạch đếm dùng để phát vị trí vật, khuyết tật đường ống nói chung vật có khả nhiễm từ Vật liệu từ cứng Vật liệu từ cứng vật liệu sắt từ, khó khử từ khó từ hóa Ý nghĩa tính từ "cứng" thuộc tính khó khử từ khó bị từ hóa, không xuất phát từ tính vật liệu từ 2.1 Một số loại vật liệu từ cứng 2.1.3 Nam châm đất Loại vật liệu bắt đầu phát triển từ thập kỷ 90 kỷ 20, với cấu trúc tổ hợp loại vật liệu: vật liệu từ mềm cung cấp từ độ bão hòa lớn, vật liệu từ cứng cho lực kháng từ cao, hạt tổ hợp kích thước nanomet, có liên kết trao đổi với nhau, tạo tính chất tổ hợp cho loại nam châm với tính từ cứng tuyệt vời, lớn tất vật liệu từ cứng biết Tuy nhiên, vào thời điểm tại, tính chất đạt thực tế thua xa dự đoán lý thuyết chưa tạo cấu trúc hoàn hảo dự đoán Loại vật liệu giai đoạn nghiên cứu phát triển 2.2 Ứng dụng vật liệu từ cứng 2.2 Ứng dụng vật liệu từ cứng 2.2.1 Chế tạo nam châm vĩnh cữu 2.2.1 Chế tạo nam châm vĩnh cữu Các nam châm vĩnh cửu quan Có thể minh họa điều xe ôtô Trong năm mươi năm trước, xe ôtô có nam châm ( đo tốc độ), xe đại có tới hàng trăm môtơ nam châm vĩnh cửu Các ví dụ ứng dụng vật liệu từ cứng Xe Môtơ khởi động, hệ thống phanh chống khóa (ABS), môtơ điều khiển gạt nước, bơm phun, Quạt điều khiển sổ Chỗ ngồi , loa, phanh dòng xoáy, máy phát điện xoay chiều Viễn thông Hệ loa, micro, chuông điện thoại, Ống nghe, nói, chuyển mạch rơle Xử lý số liệu Bộ điều khiển actuator đĩa cứng, môtơ bước, máy in Hàng điện tử tiêu dùng Môtơ DC cho vòi tắm, Máy giặt, Khoan, Bộ điều khiển DC thấp cho thiết bịkhông dây, Bộ loa cho TV Audio, Dụng cụ sửa chữa tập trung tiêu điểm chùm TV, Dĩa copact disc, Computer gia đình, máy quay video, khóa Các thiết bị điện tử Các cảm biến, Các công tắc không tiếp xúc, Các phổ kế NMR, Đĩa đo lượng, Các thiết bị biến đội điện –cơ, Các ống dẫn trường chéo nhau, Dụng cụ họat động chuyển dòng, Thiết bị hãm Công nghiệp Môtơ DC cho dụng cụ từ tính, Robot, Các thiết bị tách từ cho việc tách kim loại quặng, Các vật mang từ, máy nâng, Các hãm khớp nối, Các thiết bị đo Thiên văn không gian Các vật mang không ma sát, Các môtơ bước, Các liên kết cặp, Thiết bị, ống truyền sóng, La bàn tự động Phẫu thuật sinh học Hàm răng, Nha khoa, Khoa chỉnh hình, Lành vết thương, trét lổ thủng dày, Các vòng đai đẩy, Trái tim nhân tạo từ động, Thiết bị quét thể cho Chụp ảnh cộng hưởng từ(MRI) 2.2 Ứng dụng vật liệu từ cứng 2.2.2 Vật liệu ghi từ 2.2.2 Vật liệu ghi từ Sử dụng kỹ thật từ ghi tiếng nói người lần kỹ sư người Đan Mạch, Poulsen, thực vào năm 1898 Việc ghi thực dây sắt từ, thiếu phần khuếch đại nên chất lượng ghi tồi Vào năm 1927, băng từ phát minh cách đồng thời Mỹ Đức Đĩa cứng đầu tiên, có ký hiệu ‘‘RAMAC“, giới thiệu vào năm 1957, có dung lượng tồ trữ 2000 bit in-2 Dung lượng trữ tăng lên cách nhanh chóng đặn Vào năm 2000 đạt xấp xỉ Gbit in-2, tức tăng hệ số nhân triệu Hình 14 Biểu diễn hình khối kích thước bit liệu đĩa cứng Kích thước phóng to lên 1000 lần Băng từ Các băng từ sử dụng mạnh cho việc ghi tín hiệu audio video, nhiên rõ kỹ thuật tiếp tục sử dụng lâu với xuất tính phổ biến digital versatile disk ( DVD) Các băng làm với môi trường hạt dính lên đế plastic lẫn màng bốc bay kim loại (ME) lên đế Lớp từ băng hạt có 40% vật liệu từ, băng ME có 100% lớp từ Vì vậy, băng ME cho ta ghi chất lượng tốt hơn, nhiên chúng tiêu phí thời gian nhiều để tạo đắt tiền Các băng hạt rẻ nhiều, lựa chọn cho phần lớn băng từ Bảng Các tính chất từ gần hạt sử dụng môi trường ghi từ Material Saturation Polarisation (mT) Intrinsic Coercivity (kAm-1) Average Particle Size (mm) Particle Shape γ-Fe2O3 440 30 0.5 x 0.1 Needle Co modified γ-Fe2O3 460 60 0.5 x 0.1 Needle CrO2 600 70 0.4 x 0.05 Needle Fe 2100 125 0.15 x 0.05 Needle BaO.6Fe2O3 460 200 0.15 x 0.05 Disc Con đường sản xuất băng từ hạt minh họa hình 15 Các hạt từ trộn với chất kết dính ( hòa tan tromg dung môi), chất bôi trơn, giúp giảm bớt xát băng dịch chuyển đầu, vàcác vật liệu mài ( Al2O3), cứng giúp ngăn cản mòn màng tử Hỗn hợp rót lên đế PET ( polyethylene tetraphthalate), có độ dày ~ 25 mm Thỉnh thoảng đế aramid sử dụng cho cassette chơi lâu, đế mỏng đến mm Các hạt dị hướng từ, thường hình dạng chúng, giai đoạn trình định hướng hạt độ dài băng lớp từ vẩn chất lỏng Sau dung môi làm bay cách làm nóng băng cán để cải thiện mật độ để lại lớp từ dày cỡ 3-5mm Hình 15 Phương pháp chế tạo băng từ hạt Các đĩa từ Việc ghi liệu lên đĩa có ưu việt hiển nhiên so với thời gian truy nhập, đầu có 5thể sẳn sàng di chuyển đến chỗ tương ứng đĩa, băng cần phải lại tiếp phía trước ( advanced) Có hai loại dĩa: mềm (floppy) cứng (hard) Các nguyên lý việc sản xuất ghi dĩa mềm giống với băng từ hạt, tức giống vật liệu hạt đế plastic Dĩa cứng tạo đế rắn, thường nhôm, dày cỡ 2mm Trên đế lắng đọng vài lớp : lớp để giúp gắn chặt ( ~ 10 nm, nickel phosphide); lớp crom (5-10 nm) để kiểm tra định hướng kích thước hạt lớp từ; lớp từ 50 nm PtCo với phụ gia khác Ta, P, Ni, Cr); lớp phủ bảo vệ ( chẳng hạn zirconia 10-20 nm) chất bôi trơn cuối để làm giảm cọ xát bào mòn đĩa ( chẳng hạn đơn lớp fluorocarbon mạch dài ( long chain)) Lớp từ tạo cấu trúc tế bào tế bào từ giàu Co ma trân không từ tính Các tế bào giống hệt môi trường ghi từ hạt, phạm vi nhỏ nhiều Cấu trúc đĩa cứng hình 16 Đĩa kèm theo môtơ quay, quay đĩa; dung lượng trữ lớn, vài đĩa dựng thành chồng Các đầu đọc ghi kèm với cánh tay nhún ( swinging arm) (mỗi bên có), quét ngang qua đĩa sử dụng cuộm tiếng Hình 16 Sơ đồ biểu diễn cấu tạo đĩa cứng [...]... từ( MRI) 2.2 Ứng dụng của vật liệu từ cứng 2.2.2 Vật liệu ghi từ 2.2.2 Vật liệu ghi từ Sử dụng kỹ thật từ ghi tiếng nói con người lần đầu tiên được kỹ sư người Đan Mạch, Poulsen, thực hiện vào năm 1898 Việc ghi được thực hiện trên một dây sắt từ, nhưng do thiếu phần khuếch đại nên chất lượng ghi rất tồi Vào năm 1927, băng từ đã được phát minh một cách đồng thời ở Mỹ và Đức Đĩa cứng đầu tiên, có ký hiệu... đất hiếm Loại vật liệu được bắt đầu phát triển từ những thập kỷ 90 của thế kỷ 20, với cấu trúc tổ hợp của 2 loại vật liệu: vật liệu từ mềm cung cấp từ độ bão hòa lớn, vật liệu từ cứng cho lực kháng từ cao, và các hạt tổ hợp ở kích thước nanomet, có liên kết trao đổi với nhau, tạo ra tính chất tổ hợp và sẽ cho loại nam châm mới với tính từ cứng tuyệt vời, lớn hơn tất cả các vật liệu từ cứng đã biết Tuy... vào thời điểm hiện tại, các tính chất đạt được trong thực tế còn thua xa dự đoán lý thuyết do chưa tạo được cấu trúc hoàn hảo như dự đoán Loại vật liệu này vẫn trong giai đoạn nghiên cứu phát triển 2.2 Ứng dụng của vật liệu từ cứng 2.2 Ứng dụng của vật liệu từ cứng 2.2.1 Chế tạo nam châm vĩnh cữu 2.2.1 Chế tạo nam châm vĩnh cữu Các nam châm vĩnh cửu vẫn rất quan trong Có thể minh họa điều này trong... số loại vật liệu từ cứng 2.1.1 Hợp kim AlNiCo Hợp kim AlNiCo: Là hợp kim được sử dụng trong nam châm vĩnh cửu, có thành phần chủ yếu là nhôm (Al), niken và côban (Co), có thể có thêm các thành phần phụ gia nhưđồng (Cu), titan (Ti), Hợp kim này có từ dư cao, nhưng có lực kháng từ khá nhỏ (thường không vượt quá 2 kOe) và có giá thành cao 2.1 Một số loại vật liệu từ cứng 2.1.2 Vật liệu từ cứng ferrite... (ME) lên trên một đế Lớp từ trên băng hạt chỉ có 40% vật liệu từ, trong khi đó băng ME có 100% lớp từ Vì vậy, các băng ME cho ta ghi chất lượng tốt hơn, tuy nhiên chúng tiêu phí thời gian nhiều hơn để tạo ra và đắt tiền hơn Các băng hạt rẻ hơn nhiều, vì vậy là sự lựa chọn cho phần lớn các băng từ Bảng 5 Các tính chất từ gần đúng của các hạt được sử dụng trong môi trường ghi từ Material Saturation Polarisation... tính từ cứng Ferrite là vật liệu có 2 phân mạng từ bù trừ nhau, và chứa hàm lượng oxi lớn nên khó tạo ra từ độ lớn, nhưng lại có lực kháng từ lớn hơn rất nhiều so với AlNiCo Ferrite có điểm mạnh là rẻ tiền, chế tạo dễ dàng và có độ bền cao Vì thế nó chiếm phần lớn thị phần nam châm thế giới (tới hơn 50%) dù có phẩm chất không phải là cao 2.1 Một số loại vật liệu từ cứng 2.1.3 Nam châm đất hiếm Loại vật. .. mỏng đến 5 mm Các hạt là dị hướng từ, thường là do hình dạng của chúng, và giai đoạn tiếp theo của quá trình là định hướng các hạt này trong độ dài của băng trong khi lớp từ vẩn là chất lỏng Sau đó dung môi được làm bay hơi bằng cách làm nóng băng và được cán để cải thiện mật độ và để lại lớp từ dày cỡ 3-5mm Hình 15 Phương pháp chế tạo băng từ hạt Các đĩa từ Việc ghi dữ liệu lên trên một đĩa có ưu việt... nam châm vĩnh cửu Các ví dụ về ứng dụng của vật liệu từ cứng Xe hơi Môtơ khởi động, hệ thống phanh chống khóa (ABS), môtơ điều khiển gạt nước, các bơm phun, Quạt và điều khiển của sổ Chỗ ngồi , loa, phanh bằng dòng xoáy, máy phát điện xoay chiều Viễn thông Hệ loa, micro, chuông điện thoại, Ống nghe, nói, chuyển mạch và rơle Xử lý số liệu Bộ điều khiển và actuator đĩa cứng, các môtơ bước, máy in Hàng... hạt của lớp từ; lớp từ 9 50 nm PtCo với các phụ gia khác nhau Ta, P, Ni, Cr); một lớp phủ ở trên bảo vệ ( chẳng hạn zirconia 10-20 nm) và chất bôi trơn cuối cùng để làm giảm sự cọ xát và sự bào mòn của đĩa ( chẳng hạn một đơn lớp của fluorocarbon mạch dài ( long chain)) Lớp từ tạo ra một cấu trúc tế bào của các tế bào từ giàu Co trong một ma trân không từ tính Các tế bào này giống hệt như môi trường ghi. .. bằng hệ số nhân 5 triệu Hình 14 Biểu diễn hình khối kích thước của một bit dữ liệu trên một đĩa cứng Kích thước đã được phóng to lên 1000 lần Băng từ Các băng từ đã được sử dụng mạnh cho việc ghi các tín hiệu audio và video, tuy nhiên không biết rõ là kỹ thuật này sẽ được tiếp tục sử dụng bao nhiêu lâu nữa với sự xuất hiện tính phổ biến của digital versatile disk ( DVD) Các băng có thể được làm với