Nghiên cứu chế tạo vật liệu từ cứng tổ hợp nano mn bife co

BÔ• GIÂO DUC VÀ DÀO TAO • • TRÜCÎNG DAI HOC SU PHAM HÀ NÔI • • • • TRÀN THI HÀ NGHIÊN CÙtJ CHÉ TAO VÂT LIEU TÙ CLfNG • • • TÔ HOfP NANO Mn-Bi/Fe-Co LUÂN VAN THAC SÏ KHOA HOC VÂT CHAT • • • • Hà Nôi, 2015 B ộ• GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO • • TRƯỜNG ĐAI HOC s PHAM HÀ NÔI • • • • TRÀN THI HÀ NGHIÊN CỨU CHẾ TAO VẢT LIÊU TỪ CỨNG • • • TỔ HỢP NANO Mn-Bi/Fe-Co Chuyên ngành : Vật lí chất rắn Mã số : 60 44 01 04 LUÂN VĂN THAC SĨ KHOA HOC VẢT CHẤT • • • • Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN HUY DÂN Hà Nội, 2015 LỜI CẢM ƠN Luận văn thực Phòng Thí nghiệm Trọng điểm Vật liệu Linh kiện điện tử Phòng Vật lý Vật liệu Từ Siêu dẫn, Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Huy Dân Tôi xin cảm ơn giúp đỡ kinh phí Quỹ phát triển Khoa học Công nghệ Quốc gia (NAFOSTED) thông qua đề tài mã số 103.02-2012.27 thiết bị Viện Khoa học vật liệu để thực luận văn Tôi xin cảm ơn giúp đỡ kinh phí đề tài ưu tiên cấp sở Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2, mã số C2015-18-06 Tôi xin cảm ơn PGS.TS Nguyễn Huy Dân, người tạo điều kiện thuận lợi sở vật chất, giúp đỡ bảo tận tình mặt học thuật trình thực luận văn Tôi xin cảm ơn toàn thể Thầy giáo, Cô giáo Khoa Vật lý, trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2, người dạy dỗ trang bị cho tri thức khoa học suốt hai năm học cao học Tôi xin cảm ơn NCS Nguyễn Mẩu Lâm, TS Nguyễn Thế Lâm, NCS Phạm Thị Thanh, NCS Nguyễn Hải Yến, NCS Dương Đình Thắng, NCS Vũ Mạnh Quang, TS Nguyễn Hữu Đức, NCS Nguyễn Thị Mai, NCS Nguyễn Văn Dương, NCS Nguyễn Lê Thi, NCS Đinh Chí Linh, NCS Nguyễn Hoàng Hà, CN Vũ Thị Lan Oanh, CN Phan Thu Trang toàn thể cán nghiên cứu Phòng Thí nghiệm Trọng điểm Vật liệu Linh kiện Điện tò Phòng Vật lý vật liệu Từ Siêu dẫn, Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam giúp đỡ trình làm luận văn Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến người thân gia đình, anh, chị, em, bạn bè đồng nghiệp động viên, chia sẻ giúp đỡ khắc phục khó khăn suốt trình học tập, nghiên cứu hoàn thành luận văn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan số liệu kết nghiên cứu luận văn này, thực Phòng Thí nghiệm Trọng điểm Vật liệu Linh kiện điện tò, Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Huy Dân số liệu sử dụng luận văn trung thực không trùng lặp với đề tài khác Các thông tin tham khảo sử dụng luận văn trích dẫn rõ ràng rõ nguồn gốc đầy đủ Hà Nội, tháng 07 năm 2015 Trần Thị Hà MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN VÈ VẬT LIỆU TỪ CỨNG 1.1 Lịch sử phát triển vật liệu từ cứng 1.2 Vật liệu tò Mn-Bi 1.2.1 Cấu trúc tinh thể vật liệu Mn-Bi 1.2.2 Tính chất từ vật liệu Mn-Bi 1.2.3 Một số kết nghiên cứu vật liệu Mn-Bi 11 1.3 Vật liệu tò mềm Fe-Co 16 1.4 Vật liệu từ cứng nanocomposite 16 1.4.1 Mô hình Kneller - Hawig 16 1.4.2 Một số phương pháp chế tạo vật liệu từ nanocomposite 22 Chương THựC NGHIỆM 25 2.1 Phương pháp chế tạo vật liệu nanocomposite Mn-Bi/Fe-Co 25 2.1.1 Chế tạo mẫu khối lò hồ quang 25 2.1.2 Chế tạo mẫu bột nghiền lượng cao 27 2.1.3 Ép viên, xử lí nhiệt 31 2.2 Các phương pháp phân tích cấu trúc 33 2.2.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X 33 2.2.2 Phương pháp phân tích hiển vi điện tử quét (SEM) 34 2.3 Các phương pháp nghiên cứu tính chất tò 36 2.3.1 Hệ đo từ kế mẫu rung (VSM) 36 2.3.2 Hệ đo tò trường xung 37 Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 39 3.1 Chế tạo vật liệu từ cứng Mn-Bi 39 3.2 Chế tạo vật từ mềm Fe-Co 42 3.2.1 Chế tạo phương pháp hóa ướt (Polyol) 42 3.2.2 Chế tạo phương pháp nghiền lượng cao 43 3.3 Chế tạo vật liệu nanocomposite 45 3.3.1 Sử dụng pha từ cứng chưa ủ nhiệt 46 3.3.2 Sử dụng pha từ cứng ủ nhiệt 48 KẾT LUẬN 52 TÀI LIÊU THAM KHẢO 53 Danh mục từ viết tắt VLTC: Vật liệu từ cứng NCVC: Nam châm vĩnh cửu NCNC: Nam châm nanocomposite NCNLC: Nghiền lượng cao Danh mục bảng Bảng 1.1 Thông số cấu trúc tinh thể momen tò Mn-Bi (LTP) tò 10 K - 700 K Bảng 3.1 Từ độ bão hòa lực kháng từ mẫu trước sau ủ nhiệt 250°c Bảng 3.2 Từ độ bão hòa lực kháng từ mẫu trộn với thòi gian 0,25 Bảng 3.3 Từ độ bão hòa lực kháng từ mẫu trộn với thời gian 0,5 Bảng 3.4 Từ độ bão hòa lực kháng tò mẫu trộn với thời gian 0,25 giờ, 0,5 Danh mục hình vẽ Hình 1.1 Sự phát triển nam châm vĩnh cửu (theo (BH)max) Hình 1.2 Cấu trúc tinh thể hợp kim Mn-Bi (LTP) Hình 1.3 Đường cong Bethe - Slater Hình 1.4 Sự phụ thuộc lực kháng từ vào nhiệt độ Mn-Bi Hình 1.5 Đường cong từ hóa Mn-Bi nhiệt độ khác Hình 1.6 Đường từ trễ nam châm Mn-Bi nhiệt độ khác Hình 1.7 Đường từ trễ nam châm Mriioo-xBix (x = 40, 45, 52) 287 K với tò trường tối đa 22 kO e Hình 1.8 Đường cong khử từ nam châm thiêu kết Mn48Bi52 nhiệt độ cao (287 - 473 K) Hình 1.9 Sự phụ thuộc từ tính vào thời gian nghiền mẫu bột Mn55Bi45 Hình 1.10 Đường từ trễ mẫu bột nghiền Mri4 8BÌ52 nhiệt độ phòng Hình 1.11 Đường tò trễ mẫu bột nghiền Mn48BÌ52 trước sau ủ nhiệt Hình 1.12 Mẩu vi cấu trúc chiều cấu trúc vi tò vật liệu composite tương tác trao đổi sử dụng làm sở để tính kích thước tới hạn vùng pha Hình 1.13 Cấu trúc hai chiều lí tưởng nam châm đàn hồi Hình 1.14 Các đường cong khử từ điển hình Hình 1.15 Nguyên lý kỹ thuật nghiền lượng cao (nghiền bi) Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ nấu mẫu hồ quang Hình 2.2 Hệ nấu hợp kim hồ quang Hình 2.3 Máy nghiền SPEX 8000D (a), cối bi nghiền (b) Hình 2.4 Cấu tạo chi tiết máy nghiền SPEX 8000D Hình 2.5 Sơ đồ khối buồng khí Ar Hình 2.6 Anh thực buồng khí Ar Hình 2.7 Hệ ép mẫu bột thành khối Hình 2.8 Lò xử lý nhiệt Thermolyne 21100 Hình 2.9 Mô hình hình học tượng nhiễu xạ tia X Hình 2.10 Thiết bị Siemen D - 5000 Hình 2.11 Kính hiển vi điện tử quét HITACHI s - 4800 Hình 2.12 Sơ đồ nguyên lý hệ từ kế mẫu rung (VSM) Hình 2.13 Sơ đồ nguyên lý hệ đo từ trường xung Hình 2.14 Hệ đo từ trường xung Hình 3.2 Đường cong từ trễ mẫu M1150BÌ50 Với thời gian nghiền trước sau ủ nhiệt đ ộ Hình 3.2 Phổ nhiễu xạ tia X mẫu M1150BÌ50 trước sau ủ nhiệt Hình 3.3 Đường cong tò trễ mẫu МП50В150 trước sau ủ nhiệt độ 250°c Hình 3.4 Anh SEM mẫu M1150BÌ50 với thời gian nghiền Hình 3.5 Đường cong từ trễ mẫu Fe65Co35 chế tạo phương pháp polyol Hình 3.6 Phổ nhiễu xạ tia X mẫu bột Fe65Co35 với thời gian nghiền 16 Hình 3.7 Đường cong tò trễ mẫu Fe65Co35 nghiền môi trường với thòi gian nghiền 16 Hình 3.8 Anh SEM mẫu Fe65CƠ35 nghiền môi trường Ar với thòi gian nghiền 16 g iờ Hình 3.9 Đường cong từ trễ mẫu trộn với thời gian 0,5 trước (a) sau (b) ủ nhiệt 250°c Hình 3.10 Đường cong từ trễ mẫu Mn50BÌ50/Fe65Co35 với thời gian trộn 0,25 Hình 3.11 Đường cong từ trễ mẫu Mn50BÌ50/Fe65Co35 với thời gian trộn 0,5 g iờ Hình 3.12 Đường cong từ trễ Mn5oBÌ5o/Fe65Co35 với thòi gian trộn MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Vật liệu từ cứng (VLTC), với sản phẩm ứng dụng quen gọi nam châm vĩnh cửu (NCVC) biết đến từ sớm người Trung Quốc Hy Lạp cổ đại Cho đến nay, VLTC sử dụng rộng rãi thực tế, từ thiết bị quen thuộc thiếu sống ngày biến điện, động điện, máy phát điện thiết bị lĩnh vực kỹ thuật đại công nghệ thông tin, quân sự, khoa học, y tế Khả ứng dụng lớn thúc đẩy nghiên cứu, tìm kiếm vật liệu cải tiến công nghệ chế tạo, nhằm tạo VLTC có phẩm chất từ tốt đáp ứng yêu cầu sống ngày phát triển Việc nghiên cứu thành công NCVC chứa đất bước đột phá lịch sử phát triển VLTC tích lượng tò cực đại cao Ngày nay, họ NCVC chứa đất Sm-Co, Nd-Fe-B ứng dụng nhiều lĩnh vực có Hc (BH)max lớn Tuy nhiên, SmCo5 có Tc lớn (BH)max không cao họ NCVC Nd-Fe-B, ngược lại họ NCVC Nd-Fe-B có (BH)max lớn Tc lại thấp Vì vậy, việc tìm NCVC có đồng thời (BH)max lớn Tc cao vấn đề khó nhà khoa học phòng thí nghiệm giới Hiện tại, nguyên tố đất dùng để chế tạo nam châm vĩnh cửu (Nd, Sm, Dy ) ngày khan giá ngày tăng cao, bên cạnh đất cung cấp chủ yếu từ Trung Quốc (95%) Năm 2010, Trung Quốc cắt giảm tới 40% sản lượng đất tuyên bố tiếp tục hạn chế xuất nguồn nguyên liệu đặc biệt Do đó, giá đất tăng vọt có khả gây nên khủng hoảng đất công nghiệp giới Vì vậy, quốc gia công nghiệp phát triển bắt đầu thúc đẩy đầu tư cho nghiên cứu phát triển tìm kiếm vật liệu thay [10] NCVC Mn-Bi nghiên cứu từ lâu loại nam châm bị lu mờ NCVC chứa đất Hiện nay, tình hình biến động giá thành nguồn cung đất nên vật liệu tò cứng Mn-Bi nhà khoa học nghiên cứu cách mạnh mẽ [18-32] Hệ MnBi không chứa nguyên tố đất vật liệu sắt tò có trục с trục dễ từ hóa có dị hướng từ cao nhiệt độ phòng Đặc điểm bật hệ so với hệ từ cứng khác vùng nhiệt độ 150 к - 550 к, giá trị lực kháng từ tăng theo tăng nhiệt độ Vật liệu Mn-Bi pha thêm số nguyên tố đất Dy, Tb có lực kháng từ cao so với hệ có Mn-Bi nhiệt độ Ở nhiệt độ 550 K, người ta đo dị hướng tò tinh thể Ki = T lực kháng từ Hc = 18 kOe Đây điều kiện cho khả ứng dụng nam châm nhiệt độ cao Theo tính toán lí thuyết, tích lượng cực đại nam châm MnBi (BH)max=16 MGOe Hiện nay, nhà khoa học chế tạo nam châm Mn-Bi có lực kháng từ 3,1 kOe (BH) max = 4,3 MGOe, nam châm nhiệt độ 400 к có lực kháng tò 20 kOe (BH) max= 4,6 MGOe Ngoài ra, dị hướng tò vuông góc với mặt phẳng sở Mn-Bi gây nên hiệu ứng góc quay Kerr lớn hứa hẹn Mn-Bi loại vật liệu ghi quang tò cao Nghiên cứu, chế tạo VLTC Mn-Bi hạ giá thành sản phẩm NCVC hợp kim rẻ tiền [2,5, ] Để có vật liệu từ cứng tổ hợp nano không chứa đất lựa chọn pha tò cứng Mn-Bi pha từ có phẩm chất nêu Với pha từ mềm lựa chọn Fe-Co hệ hợp kim có từ độ bão hòa lớn [33-36] Chính lý nên lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu chế tạo vật liệu từ cứng tồ hợp nano Mn-BỈ/Fe-Co” 41 H (kOe) Hình 3.3 Đường cong từ trễ mẫu Mn5oBi5otrước sau ủ nhiệt độ 250°c % m ,7ff t n 1# *■*% IM S -N K L x1 OOk S E (M ) 1 1 1 1 l' 500nm Hình 3.4 Ảnh SEM mẫu Mn50Bi5 với thời gian nghiền Kích thước hạt mẫu sau nghiền khảo sát ảnh SEM (hình 3.4) Phép đo SEM cho thấy kích thước hạt MnsoBisokhá đồng đạt cỡ 50 -ỉ- 70 nm Từ kết nhận thấy, để tạo hạt có kích 42 thước nanomet cho hệ vật liệu dễ dàng thông qua phương pháp nghiền lượng cao Bằng phương pháp nghiền lượng cao, chế tạo hạt nano MnBi có kích thước cỡ 70 nm Đồng thời, sau ủ nhiệt thu giá trị tò độ Ms 40 emu/g 10 kOe cho lực kháng tò Hc 3.2 Chế tao vât liêu từ mềm Fe-Co • • • Chúng lựa chọn vật liệu từ mềm Fe-Co để chế tạo, hệ vật liệu cho tò độ bão hòa cao 230 emu/g chế tạo phổ biến phương pháp vật lý như: phun băng nguội nhanh, nghiền lượng cao phương pháp hóa học Trong luận văn này, chọn hai phương pháp để chế tạo hệ vật liệu từ mềm Fe-Co: phương pháp nghiền lượng cao (MA) phương pháp hóa ướt (Polyol) 3.2.1 Chế tạo phương pháp hóa ướt (Poỉyol) Chúng thử nghiệm chế tạo pha từ mềm Fe-Co phương pháp hóa ướt (polyol) Phương pháp có ưu điểm không tạo loại khí độc hại carbon monoxide, borohydride Đầu tiên, trộn hỗn hợp (FeCl2 4H20) (Co(Ac)2 4H20), với tỷ lệ mong muốn lượng polyethylene glycol (PEG) định Độ pH dung dịch điều chỉnh khoảng từ 10 đến 11 cách hòa tan NaOH trước tiến hành khử Sau đó, dung dịch đun nóng lên tò từ đến 300°c Trong trình gia nhiệt dung dịch khuấy liên tục máy khuấy từ, hồi lưu nhiệt độ Dùng cồn nước để rửa hỗn hợp thu Bước cuối ủ nhiệt độ 600°c Mau lựa chọn để chế tạo thử nghiệm có hợp phần F e oCc>5 o 43 H (kOe) Hình 3.5 Đường cong từ trễ mẫu F e5oCo5o chế tạo phương pháp polyol Từ đường cong từ trễ ta thấy lực kháng từ mẫu nhỏ, từ độ bão hòa thấp xấp xỉ 50 emu/g Kết so sánh với kết đạt nhóm nghiên cứu khác đạt % giá trị từ độ Điều cho thấy, chế tạo Fe-Co phương pháp chưa thành công 3.2.2 Chế tạo phương pháp nghiền lượng cao Hợp phần lựa chọn để chế tạo vật liệu từ mềm Fe-Co phương pháp nghiền lượng cao Fe65Co35 Các nguyên tố Fe Co có độ 99,99%, cân theo hợp phần chọn Các mẫu nghiên cứu có khối lượng g Mau nghiền 16 môi trường khí Ar với tỉ lệ bi/bột 4:1 Sau nghiền, mẫu bột phân tích cấu trúc phương pháp hiển vi điện tò quét (SEM) Tính chất từ khảo sát hệ đo tò kế mẫu rung (VSM) 44 Đường cong từ trễ mẫu Fe65Co35 nghiền môi trường Ethanol Argon với thời gian nghiền 8 16 Đối với mẫu nghiền môi trường Ethanol Argon giá trị tò độ bão hòa đạt 150 emu/g So với kết thu từ lý thuyết giá trị từ độ bão hòa thu chưa đạt 2/3 giá tri từ độ bão hòa theo lý thuyết Tăng thời gian nghiền lên 16 giờ, phép đo từ trễ thu giá trị từ độ bão hòa lớn đạt cỡ 200 emu/g lực kháng từ Hc cỡ 75 Oe Đường cong từ trễ cho thấy mẫu thể tính từ mềm tốt H (kOe) Hình 3.7 Đường cong từ trễ mẫu Fe65Co35 nghiền môi trường khác với thời gian nghiền 16 Kích thước hạt mẫu Fe65Co35 nghiền môi trường Argon với thời gian nghiền khác 16 xác định ảnh SEM (hình 3.8) Với thời gian nghiền (hình 3.8a), mẫu có kích thước hạt lớn cỡ 100 nm Khi tăng thời gian nghiền lên 16 kích thước hạt giảm đạt cỡ 50 -r 70 nm đồng (hình 3.8b) 45 а) Ь) Hình 3.8 Ảnh SEM mẫu Fe65Co35 nghiền môi trường Ar với thời gian nghiền (a) 16 (b) Bằng phương pháp nghiền lượng cao, chế tạo thành công hệ vật liệu từ mềm Fe65Co35 với thời gian nghiền 16 h môi trường khí Ar 3.3 Chế tạo vật liệu nanocomposỉte Vật liệu tổ hợp từ cứng có cấu trúc nanomet quan tâm nghiên cứu Vì hệ vật liệu này, kết hợp ưu điểm lực kháng tò lớn pha từ cứng từ độ bão hòa cao pha từ mềm Với mong muốn tạo vật liệu từ tổ hợp có phẩm chất từ tốt, lựa chọn hệ vật liệu tổ họp Mn-Bi/Fe-Co Pha từ cứng lựa chọn Mn50BÌ50 pha từ mềm Fe65Co35 Chúng thử nghiệm chế tạo vật liệu tổ hợp Mn5oBi5o/Fe65Co35 cách trộn hai pha cứng/mềm lại với theo tỉ lệ pha từ mềm Fe65Co35 2, 4, 8% khối lượng pha từ cứng Mau trộn môi trường 46 khí Argon thực thiết bị chuyên dụng Quá trình trộn thực máy nghiền lượng cao SPEX 8000D 3.3.1 Sử dụng pha từ cứng chưa ủ nhiệt Bột từ cứng M1150BÌ50 chưa ủ nhiệt bột từ mềm cân theo tỉ lệ định, sau cho vào cối trộn với thời gian 0,5 Đường cong từ trễ mẫu sau trộn với thời gian 0,5 trước sau ủ nhiệt thể hình 3.9 Ta nhận thấy, sau trộn mẫu thể tính đa pha tò Biểu đường cong từ trễ thắt dần giữa, theo tăng tỉ lệ pha từ mềm Lực kháng từ giảm nhanh từ 15 kOe xuống 2,8 kOe nhiên từ độ bão hòa tăng theo tỉ lệ pha từ mềm Điều chứng tỏ mẫu sau trộn, pha từ chưa tương tác với Để ổn định cấu trúc hai pha cứng/mềm tái kết tinh pha, thực ủ nhiệt 250°c thời gian 40 20 I » -20 -40 -40 -20 H (kOe) a) 20 40 47 H (kOe) b) Hình 3.9 Đường cong từ trễ mẫu trộn với thời gian 0,5 trước (a) sau (b) ủ nhiệt 250°c Các giá trị từ độ bão hòa, lực kháng tò mẫu trước sau ủ kê bảng 3.1 Bảng 3.1 Từ độ bão hòa lực kháng từ mẫu trước sau ủ nhiệt 250°c Tỉ lệ pha từ mềm Fe65Co35 Tính chất từ vật liệu tổ hợp 2% Ms 4% Hc Ms 6% Hc Ms 8% Hc Ms Hc emu/g kOe emu/g kOe emu/g kOe emu/g kOe Trước ủ nhiệt 23 12,3 27 5,3 32 3,0 35 2,6 Sau ủ nhiệt 38 8,5 41 7,3 46 5,7 49 4,3 Từ bảng 3.1 cho thấy sau ủ nhiệt mẫu với tỉ lệ 4, 8% pha tò mềm, giá trị từ độ bão hòa lực kháng từ tăng Duy với mẫu 2% lực kháng từ giảm từ độ bão hòa tăng Sau ủ nhiệt pha cứng 48 pha mềm có tương tác, tương tác hai pha yếu Bằng chứng cho thấy đường cong từ trễ nở không nhiều Từ kết thu nhận thấy sau ủ nhiệt vật liệu tổ hợp cải thiện tính chất từ Tuy nhiên, cải thiện chưa đáng kể Vì vậy, chọn pha từ cứng ủ nhiệt để thay cho pha từ cứng chưa ủ việc thử nghiệm chế tạo vật liệu từ cứng nanocomposite Mn-Bi/Fe-Co 3.3.2 Sử dụng pha từ cứng ứ nhiệt Pha từ cứng ủ nhiệt độ 250°c có lực kháng từ 10 kOe từ độ bão hòa 42 emu/g Pha từ mềm có lực kháng từ cỡ 80 kOe, tò độ bão hòa 200 emu/g Chúng tiến hành trộn pha cứng/mềm với tỉ lệ 2, 4, 8% khối lượng pha từ cứng Hình 3.10 Đường cong từ trễ mẫu Mn50Bi50/Fe65Co35 với thời gian trộn 0,25 Sau trộn mẫu thể tính đa pha từ Các giá trị từ độ bão hòa lực kháng tò liệt kê bảng 3.2 49 Bảng 3.2 Từ độ bão hòa lực kháng từ mẫu trộn với thời gian 0,25 Tỉ lệ pha từ mềm Fe65Co35 2% Tính chất tò vật liệu tổ hợp Thời gian trộn 0,25 Ms 4% Hc Ms 6% Hc Ms 8% Hc Ms He emu/g kOe emu/g kOe emu/g kOe emu/g kOe 41 46 7,5 50 5,8 53 4,3 Để khảo sát ảnh hưởng thời gian trộn, tiến hành trộn mẫu 0,5 Tính chất từ mẫu M n oBÌ5 o/Fe65 Cc>35 thể hình 3.11 Hình 3.11 Đường cong từ trễ mẫu Mn50Bi50 /Fe65Co35 với thời gian trộn 0,5 Giá trị từ độ bão hòa lực kháng mẫu M n oBÌ5 o/Fe65 Cc>35 với thời gian trộn 0,5 liệt kê bảng 3.3 50 Bảng 3.3 Từ độ bão hòa lực kháng từ mẫu trộn với thời gian 0,5 Tỉ lệ pha từ Fe65Co35 Tính chất từ vật liệu tổ hợp Thòi gian trộn 0,5 2% Ms 4% Hc Ms 6% Hc Ms 8% Hc Ms He emu/g kOe emu/g kOe emu/g kOe emu/g kOe 45 8,8 48 7,3 53 6,3 55 5,2 Kết thu sau trộn 0,5 nhận thấy lực kháng từ Hc tăng, tò độ bão hòa Ms giảm, suy giảm không đáng kể Vì vậy, tiếp tục tăng thòi gian trộn lên H (kOe) Hình 3.12 Đường cong từ trễ mẫu Mn50BỈ5(/Fe65Co35 với thời gian trộn Với thời gian trộn giờ, kết tính chất từ thể hình 3.12 Nhìn vào dáng điệu đường cong tò trễ, ta nhận thấy mẫu thể tính đa pha từ, giá tri từ độ bão hòa lực kháng tò giảm so với mẫu trộn thời gian 0,5 51 Bảng 3.4 giá trị lực kháng từ Hc từ độ bão hòa Ms mẫu trộn với thời gian 0,25 giờ, 0,5 Bảng 3.4 Từ độ bão hòa lực kháng từ mẫu trộn với thời gian 0,25 giờ, 0,5 Tỉ lệ pha từ mềm Fe65Co35 2% Tính chất từ vật liệu tổ hợp 4% 6% 8% Ms Ho Ms Ho Ms Ho Ms He emu/g kOe emu/g kOe emu/g kOe emu/g kOe Thời gian trộn 0,25 41 46 7,5 50 5,8 53 4,3 Thòi gian trộn 0,5 45 8,8 48 7,3 53 6,3 55 5,2 Thời gian trộn 36 7,5 41 6,3 44 46 4,1 Từ kết thu được, rút số kết luận sau: - Khi tỉ lệ pha từ mềm tăng, giá trị lực kháng tò suy giảm Tuy nhiên giá ừị từ độ bão hòa tăng - Với mẫu lựa chọn thời gian trộn cho phẩm chất từ tốt 0,5 - Đường cong từ trễ thể tính đa pha từ sau trộn Điều giải thích cách định tính kích thước hạt pha từ cứng pha từ mềm chưa phù hợp Vì tương tác pha từ cứng pha từ mềm chưa mạnh 52 KÉT LUÂN Đã chế tạo vật liệu từ cứng Mn-Bi phương pháp nghiền lượng cao xử lí nhiệt Kết thu lực kháng từ tương đối cao cỡ 10 kOe Đã chế tạo thành công hệ vật liệu từ mềm Fe65Co35 phương pháp nghiền lượng cao Kết thu từ độ bão hòa lớn đạt cỡ 200 emu/g lực kháng từ cỡ 0,076 kOe Đã thử nghiệm chế tạo vật liệu tổ hợp Mn50BÌ50/Fe65Co35 với tỉ lệ pha từ mềm Fe65Co35 2,4, % khối lượng pha từ cứng Mau trộn môi trường khí Argon Kết thực nghiệm cho thấy nồng độ Fe65Co35 ảnh hưởng mạnh đến tính chất từ vật liệu tổ hợp Mn5oBÌ5o/Fe65Co35 Lực kháng từ mẫu thu giảm tăng nồng độ Fe65C035 Khi trộn pha từ cứng ủ nhiệt với pha từ mềm vật liệu tổ hợp Mn50BÌ50/Fe65Co35 có phẩm chất từ tốt trộn pha từ cứng chưa ủ nhiệt Lực kháng từ tò độ bão hòa vật liệu tổ hợp trộn pha từ cứng ủ nhiệt với pha từ mềm tăng so với trộn pha từ cứng chưa ủ nhiệt 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Vũ Thành Đức (2006), Ảnh hưởng Nb Co lên cấu trúc tỉnh chất từ vật liệu nanocomposite Nd-Fe-B, Luận văn thạc sỹ khoa học Vật lí, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội [2] Thân Đức Hiền - Lưu Tuấn Tài (2008), Từ học vật liệu, NXB Đại Học Bách Khoa, Hà Nội [3] Phan Thị Thanh Huyền (2007), Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu nanocomposỉte (Nd,Pr)-(Fe,Co)-Nd-B, Luận văn thạc sỹ khoa học Vật lí, Viện Vật lí Điện tử, Hà Nội [4] Nguyễn Mau Lâm (2008), Nghiên cứu chế tạo vật liệu từ cứng nanocomposite (Nd,Pr)-Fe-Nb-B, Luận văn thạc sỹ khoa học Vật lí, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội [5] Nguyễn Hoàng Nghị (2012), Cơ sở từ học vật liệu từ tiên tiến, Nhà xuất Khoa học Kĩ thuật, Hà Nội [6 ] Lưu Tuấn Tài (2008), Giảo trình vật liệu từ, NXB Đại Học Quốc Gia Hà Nội [7] Phạm Thị Thanh (2009), Nghiên cứu chế tạo hạt nano tỉnh thể N(Ỉ2 Fei4 B phương pháp nghiền lượng cao, Luận văn thạc sỹ khoa học Vật lí, Viện Khoa học Vật liệu, Hà Nội [8 ] Đoàn Minh Thủy (2006), Nghiên cứu ảnh hưởng tham sổ công nghệ lên tỉnh chất từ nam châm kết dính RE-Fe-B, Luận án tiến sĩ khoa học Vật liệu, Hà Nội [9] Nguyễn Hải Yến (2009), Nghiên cứu chế tạo nam châm đàn hồi phương pháp nguội nhanh nghiền lượng cao, Luận văn thạc sĩ khoa học, Trường Đại học Khoa học tự nhiên, Hà Nội 54 Tiếng Anh [10] D Kramer (2010), “Concern grows over China’s dominance of rare-earth metals”, Physics Today, 22-24 [11] www.LiveScience.com [1 ] www.vietnamplus.vn [13] E F Kneller, R Hawig (1991), “The exchange-spring magnet: a new material principle for permanent magnets”, IEEE Trans Magn 27, 35883600 [14] R Skomski and J M D Coey (1993), “Giant energy product in nanostructured two-phase magnets”, J Phys Rev B 48, 15812 [15] J M D Coey and A (2011), “Hard magnetic materials”, IEEE Transactions on Magnetics 47, 4671 [16] J M D Coey (2010), “Magnetism and magnetic materials”, Cambridge, U.K Cambridge University Press, 624 [17] K Kang, L H Lewis and A R Moodenbaugh (2000), “Alignment and analyses of MnBi/Bi nanostructures”, Applied Physics Letters, 1-3 [18] Y B Yang et al (2012), “Preparation and magnetic properties of MnBi”, J Appl Phys I l l , 07E312-1 [19] J B Yang et al (2011), “Anisotropic nanocrystalline MnBi with high coercivity at high temperature”, Appl Phys Lett 99, 082505-1 [20] S Cao et al (2011), “Magnetic properties and thermal stability of MnBi/NdFeB hybrid bonded magnets”, J Appl Phys 109, 07A740-107A740-3 [21] L Kahal et al (2010), “Theoretical study of the structural stability, electronic, and magnetic properties of MBi (M=v, Cr, and Mn) compounds”, J Appl Phys 107, 04391-1 55 [22] Qiang Wang et al (2009), “Fabrication of MnBi/Bi composite using dilute master alloy solidification under high magnetic field gradients”, Journal of Physics D Applied Physics 42, 025001-1 [23] Yoshifuru Mitsui et al., Journal of the Japan Institute of Metals 73, 40 (2009), Magnetic and Structural Phase Transitions in Ferromagnetic MnBi [24] Yongsheng Liu et al., J Appl Phys 104, 043901 (2008), Magnetic anisotropy and spin disorder in textured MnBi crystals synthesized by afieldinducing approach at a high temperature [25] Keiichi Koyama et al., materials transactions 48, 2414 (2007), Magnetic Phase Transition of MnBi under High Magnetic Fields and High Temperature [26] Kyongha Kang et al., J Appl Phys 99, 08N703 (2006), Magnetic and transport properties of MnBi/Bi nanocomposites [27] Yongsheng Liu et al., Solid State Communications 138, 104 (2006), Effect of magnetic field on the TC and magnetic properties for the aligned MnBi compound [28] Yongsheng Liu et al., Phys Rev B 72, 214410 (2005), Microstructure, crystallization, and magnetization behaviors in MnBi-Bi composites aligned by applied magnetic field [29] K Kang et al., Appl Phys Lett 87, 062505 (2005), Alignment and analyses of MnBi/Bi nanostructures [30] K Kang et al., J Appl Phys 97, 10K302 (2005), Crystal structure and magnetic properties of MnBi-Bi nanocomposite [31] Yongsheng Liu et al., Phys Rev B 70, 184424 (2004), Magnetic anisotropy properties and spin reorientation for textured Bi-Mn alloys fabricated by a field-inducing technique [...]... đích nghiên cứu Chế tạo được vật liệu từ cứng tổ họp nano Mn- Bi/Fe -Co có tính chất tò cứng tốt có thể ứng dụng trong thực tế 3 Nhiệm vụ nghiên cứu - Chế tạo mẫu từ cứng nano Mn- Bi - Chế tạo mẫu từ mềm nano Fe -Co - Nghiên cứu chế tạo mẫu tổ hợp nano Mn- Bi/Fe -Co - Khảo sát cấu trúc mẫu - Khảo sát các tính chất từ của mẫu 4 Đổi tượng và phạm vi nghiên cứu a Đối tượng nghiên cứu - Hệ hợp kim từ cứng Mn- Bi... Hệ hợp kim từ mềm Fe -Co - Vật liệu từ cứng tổ hợp nano Mn- Bi/Fe -Co b Phạm vỉ nghiên cứu - Nghiên cứu chế tạo hợp kim từ cứng Mn- Bi, từ mềm Fe -Co và vật liệu từ cứng tổ hợp nano Mn- Bi/Fe -Co bằng phương pháp nghiền cơ năng lượng cao kết hợp xử lí nhiệt và phương pháp hóa - Khảo sát cấu trúc của mẫu trên các hệ đo: SEM, XRD - Khảo sát các tính chất từ của mẫu trên các hệ đo: VSM, PFM 5 Phương pháp nghiên. .. a-Fe (12% thể tích) và pha từ cứng Nd2Fei4B (15% thể tích) Vật liệu từ cứng loại này được gọi là vật liệu nanocomposite, tuy (BH)max chưa cao nhưng vật liệu này chứa ít đất hiếm và công nghệ chế tạo đơn giản hơn, nên giá thành rẻ và tăng độ bền hóa học của vật liệu 1.2 Vật liệu từ Mn- BỈ 1.2.1 Cấu trúc tình thể của Mn- Bi Hợp kim Mn- Bi có cấu trúc tinh thể kiểu NiAs, hai trục tạo với nhau một góc 120 °... Nếu к » 1 thì tính 17 chất từ của vật liệu bị chi phối bởi dị hướng từ tinh thể K, các vật liệu này gọi là vật liệu từ cứng (vật liệu k) Ngược lại, nếu к « 1 thì năng lượng từ tĩnh đóng vai trò quyết định, và ta gọi là vật liệu từ mềm (vật liệu m) Giới hạn (1.2) chỉ có thể đạt được đối với vật liệu k Tuy nhiên, hầu hết các vật liệu k có Js thấp hơn đáng kể so với nhiều vật liệu m thông thường, trong... 3D H (kOủ I Hình 1.11 Đường từ trễ của mẫu bột nghiền Mn4 8Bi52 trước và sau khi ủ (milling powders và annealed powders) [28] 16 1.3 Vât liêu từ mềm Fe -Co • • Từ độ của hệ vật liệu từ mềm Fe -Co rất cao so vói một số hệ vật liệu từ mềm khác Giá trị từ độ của hệ vật liệu này theo tính toán đạt tói 240 emu/g Chế tạo vật liệu từ mềm Fe -Co thường được tiến hành theo phương pháp vật lý như: phun băng nguội... hơn, cả trong nghiên cứu và sản xuất nam châm thương mại, do sự đơn giản trong cấu tạo và vận hành 25 CHƯƠNG 2 THƯC NGHIÊM • m 2.1 Phương pháp chế tạo mẫu vật liệu nanocomposỉte Mn- Bi/Fe -Co 2.LL Chế tạo mẫu khối bằng lò hồ quang Vật liệu dùng chế tạo mẫu là các nguyên tố Mn và Bi có độ tinh khiết cao (99,9%) được cân đúng theo hợp phàn mẫu Mn5 oBi5o Khối lượng thành phần các nguyên tố trong hợp kim được... trong từ trường 100 kOe là (BEQmax = 11,95 MGOe Đối với mẫu nam châm thiêu kết với số lượng lớn, tại 300 К, (ВНЭшах = 7,8 MGOe [26] 1.2.3, Một số k ầ quả nghiên cứu về vật liệu Mn- Bi Vói tính chất từ hấp dẫn, Mn- Bi có tiềm năng như một loại vật liệu từ cứng thay thế tốt cho NCVC chứa đất hiếm, và nó đã thu hút được nhiều 12 nhóm tác giả tập trung nghiên cứu chế tạo Adam và đồng nghiệp đã nghiên cứu hợp. .. VSM, PFM 5 Phương pháp nghiên cứu - Vật liệu từ cứng tổ hợp nano Mn- Bi/Fe -Co được chế tạo bằng phương pháp thực nghiệm: + Tạo mẫu khối bằng lò nấu hồ quang + Tạo mẫu bột bằng máy nghiền cơ năng lượng cao - Sau khi chế tạo mẫu bằng phương pháp trên, mẫu sẽ được xử lí nhiệt để ổn định hoặc tạo ra các cấu trúc pha mong muốn 4 - Các phương pháp khảo sát cấu trúc và tính chất từ của mẫu: + Sử dụng phép phân... chất từ của mẫu bằng hệ từ trường xung và từ kế mẫu rung 6 Cấu trúc luân văn Ngoài phần Mở đầu, Kết luận và Tài liệu tham khảo, luận văn gồm 3 chương: + Chương 1: Tổng quan về vật liệu từ cứng + Chương 2: Thực nghiệm + Chương 3: Kết quả và thảo luận Luận văn được thực hiện tại Phòng thí nghiệm Trọng điểm về Vật liệu và Linh kiện Điện tử và Phòng Vật lý Vật liệu Từ và Siêu dẫn, Viện Khoa học vật liệu, ... trị từ độ đạt được của hệ vật liệu này là 220 emu/g và phương pháp hóa học như: phương pháp hóa hơi ướt, đồng kết tủa Phương pháp hóa hơi ướt chế tạo ra hệ vật liệu từ mềm Fe -Co đạt được từ độ 200 emu/g, kích thước hạt cỡ 10 nm 1.4 Vật liệu từ cứng nanocomposỉte 1.4.1 Mô hình Kneller - Hawig Năm 1991, Kneller và Hawig đã đưa ra mô hình lý thuyết một chiều về nam châm đàn hồi hai pha có cấu trúc nanomet