L: tuổi thọ ở nhiệt độ so sánh ví dụ nhiệt độ ứng với cấp chịu nhiệt
d. Hệsố từ thẩm
4.2.4 Vật liệu từ cứng
Phân loại và tính chất
Vật liệu từ cứng khác với vật liệu từ mềm là lực kháng từ cao. Diện tích của vịng từ
trễ của vật liệu từ cứng lớn hơn rất nhiều so với vật liệu từ mềm.
Theo cơng dụng của vật liệu từ cứng, cĩ thể chia ra thành vật liệu cho nam châm vĩnh cửu và vật liệu để ghi và lưu trữ âm thanh, hình ảnh lâu dài….
Vật liệu cho nam châm vĩnh cửu
-Đối với các nam châm kín (dạng hình xuyến) khơng mất năng lượng cho khơng gian bên ngồi.
-Khi cĩ khe hở khơng khí giữa các cực sẽ xuất hiện năng lượng truyền ra khơng gian, giá trị năng lượng này sẽ phụ thuộc vào chiều dài của khe hở.
Wmax = Π 8 L LH B
Giá trị này xác định mức độ sử dụng nam châm tốt nhất và cũng là giá trị quan trọng nhất đặc trưng cho chất lượng của vật liệu làm nam châm vĩnh cửu.
Loại nam châm cũ được chế tạo bằng thép ít cácbon (1% C), được làm cứng bằng xử lý nhiệt.
Vật liệu từ Thành phần hĩa học Từ dư BBd (G) Lực khángtừ HC ( oc) (BH)max (MG.oc) Thép crom 3,5% Thép Co 3% Thép Co 36% Alnico 1 Alnico 2 Alnico 50 G Alnico 5 Col Alnico 6 Cobal đất hiếm: 12 RE Co 15 RE Co 16 Re Co Cunife Vicalloy ESD 31 3,5 Cr, 1C, Fe 3,25 Co, 4 Cr, 1 C, Fe 38 Co; 3,8 Cr; 5W; 0,75C 12Al; 21Ni; 5Co; 3Cu; Fe
10Al; 19Ni; 13 Co; Fe 8Al; 14Ni; 24 Co;3Cu; Fe 8Al; 14Ni; 24 Co;3Cu; Fe 8Al;16Ni;24Co;3Cu;1Ti;Fe (RE là kí hiệu của 1 hoặc nhiều kim loại trong nhĩm
đất hiếm: samarium, cerium, praseodymium…) 60Cu; 20Ni; 20 Fe 10V; 52 Co; Fe 18,3Fe,10,3Co,72,4Pb 10300 9700 10000 7200 7500 13300 13500 10500 7200 7200 8000 8300 5500 7500 5000 60 80 230 470 560 670 740 780 10000 6500/10000 7000/14000 7500/18000 530 250 1000 0,3 0,38 0,98 1,4 1,7 6,5 7,55 3,9 18 12 15 16 1,4 0,8 3
Các vật liệu để ghi thơng tin từ
Những vật liệu từ cứng là những băng từđể ghi âm hoặc ghi hình , để ghi và lưu trữ
thơng tin của máy tính…Những băng kim loại mỏng từ hợp kim khơng rỉ và băng nhựa cĩ lớp bột của hợp kim thường được sử dụng nhằm mục đích này. Tuy nhiên
để thõa mãn quá trình xĩa sạch sự ghi thì cần kháng từ nhỏ, đĩ là những yêu cầu mâu thuẫn. Như vậy tốt nhất là giá trị Hc nằm trong giới hạn 20kA/m – 50kA/m. Vật liệu để ghi từ cần phải cĩ từ dưđủ lớn và tính ổn định của các tham số từ khi nhiệt độ thay đổi.
Ứng dụng chính trong kỹ thuật ghi từ là băng trên cơ sở của polime. Những băng đĩ
được sản xuất bằng cách quét lên một lớp sơn từ mỏng vào polime. Sơn từ cĩ cấu tạo từ bột từ với các vật chất kết dính, bám dính và phân đều hạt bột từ và làm giảm
độ dày của lớp cơng tác. Băng nhựa được sản xuất từ Polietylentereftalat hay cịn gọi là lapsan cĩ độ bền kéo cao. Băng từđược sản xuất cĩ các thành phần γ-Fe2O3
với các hạt nhỏ một vùng. Băng cĩ hai lớp từ cĩ cấu tạo từ γ-Fe2O3 và CrO2 cĩ ưu
điểm là tính ghi từ tốt ở tần số thấp và lớp màng mỏng tốt chứa γ-Fe2O3. Nhờ cĩ độ
dày chung nhỏ loại băng này được sử dụng cho băng ghi âm chất lượng cao. Tính chất của băng từ tốt nhất để ghi thơng tin là băng polime cĩ lớp cơng tác làm từ sắt nguyên chất hoặc là hợp kim sắt từ. Sử dụng loại này trong đĩa compact hay băng kacet cĩ thể ghi được dải tần số từ 10Hz – 27.000Hz. So với vật liệu ơxit sắt từ
băng từ kim loại đắt hơn nhiều nĩ được sử dụng trong các thiết bị chuyên nghiệp. Trong những năm qua vật liệu từ đã ngày càng quan trọng trong lĩnh vực lưu trữ
thơng tin. Ví dụ, đối với máy tính. Trong khi các linh kiện bán dẫn chỉ dùng làm bộ
và với giá thành thấp hơn. Ngày nay ngành cơng nghiệp ghi âm và truyền hình đang hy vọng nhiều vào băng từđể lưu trữ và cải tạo các chương trình audio và video. Các dữ liệu máy tính, âm thanh hoặc hình ảnh dưới dạng các tín hiệu điện tử đều
được chuyển nạp rồi lưu trữ lại trong các khu vực rất nhỏ của mơi trường lưu trữ
từ. Việc nạp thơng tin và lấy ra từ băng hoặc đĩa được thực hiện nhờ một đầu từ. Đĩ là một cuộn dây quấn xung quanh một lõi (vật liệu từ) cĩ xẻ một khe. Dữ liệu được
đưa vào (hay “ghi”) bằng tín hiệu điện qua cuộn dây làm lõi từ sinh một từ trường
đi qua khe.Từ trường này sẽ từ hĩa một khu vực rất nhỏ trên đĩa hoặc băng . Khi ngắt trường, sự từ hĩa vẫn cịn lưu lại và tín hiệu đã được lưu trữ. Cũng chính đầu từ đĩ được dùng để tái hiện thơng tin đã lưu trữ. Khi băng hoặc đĩa đi qua khe của
đầu từ, mỗi một biến đổi của từ trường băng (đĩa) sẽ sinh ra một điện áp cảm ứng trong cuộn dây đầu từ. Điện áp này được khuếch đại rồi chuyển về dạng nguyên gốc.
Hình 4.14 Biểu đồ trình bày khổ của bột bit dữ liệu trên một đĩa cứng.
Hình 4.15. Sơđồ nguyên lý ghi/ đọc dữ liệu.
Hợp kim đúc
Được đúc bằng cơng nghệ truyền thống, vật liệu Alnico cĩ cấu trúc giịn, dễ vỡ, khĩ gia cơng cơ khí (trừ gia cơng bằng cách nghiền)
Alnico 5DG, 5 columnar được làm cứng theo hướng trong quá trình đúc. Alnico 5 DG được đúc trong khuơn phẳng nguội để tạo sự kết tinh theo thớ trong
quá trình đúc. Alnico 5 Columnar được đúc trong khuơn nĩng và khuơn phẳng nguội dễ tạo được 100% thớ dọc trong tồn bộ khối vật đúc.
Trừ các loại Alnico 1, 2, 3, 4 tất cả các loại Alnico khác đều được xử lý nhiệt trong từ trường cĩ hướng theo hình dáng bảo đảm cĩ cấu trúc ngưng tụ và phát triển những tính chất từ khơng đẳng hướng. Alnico 5DG, 5 Columnar, Alnico 8, 9 chỉ được sử dụng với từ thơng đường thẳng. Dùng trong loa, thiết bị viba, động cơ, máy phát, dụng cụ đo, menhato, máy phân ly từ, những dụng cụ thơng tin, máy bán hàng tự động.
Vật liệu từ gốm
Được sử dụng ngày càng nhiều do cĩ những từ tính được cải tiến và do hợp kim cobal quá đắt. Những nguyên liệu thơ được dùng trong các nam châm này là oxit sắt phối hợp với cacbonnat stronci hoặc với cacbonat bari. Hỗn hợp oxit sắt và cacbonat được nung khơ, sau đĩ được xay (cỡ hạt 1μm) rồi ép thơ hoặc trộn nhão với nước, rồi mới đem ép (với lực ép lớn). Trong qua trình ép, cĩ thể tiến hành từ hĩa để cĩ được từ tính theo hướng mong muốn.
Vật liệu từ gốm giịn, dễ vỡ, điện trở suất lớn, nhẹ hơn vật liệu từ đúc. Hình dạng cĩ thể là vành xuyến, vịng cung, hình khối. Sử dụng trong loa, động cơ điện 1chiều manheto, đèn làm việc với sĩng truyền thơng, nam châm nâng hàng, máy phân ly từ… Nam châm gốm cĩ dạng vịng cung được sử dụng nhiều trong kỹ nghệ ơtơ, trong bơm làm nguội cho động cơ nổ, động cơ quạt máy và nĩng, động cơ kéo cửa kính. Cường độ từ trường từ hĩa bằng 10000 Oc dùng để làm lõi nam châm bão hịa, lõi nam châm phải được đặt trong vỏ bảo vệ để tránh gây ứng suất cơ học trong nam châm.
Vật liệu từ đất hiếm coban.
Vật liệu từ này cĩ năng lượng từ và lực kháng từ lớn nhất. Được chế tạo bằng phương pháp luyện kim bột từ coban (65% đến 77%), kim loại đất hiếm (23 đến 35%). Cĩ khi cĩ cả đồng, sắt. Kim loại đất hiếm thường dùng là Samarium, ngồi ra là praseodymium, cerium, ytri neodymium, layhanum. Hợp kim đất hiếm được xay mịn cỡ hạt từ 1 đến 10 μm được ép thơ trong từ trường mạnh, sau đĩ được nung nĩng và mài bằng bột mài để cĩ kích thước cuối cùng.
Mặc dù phải sử dụng những nguyên vật liệu đắt tiền nhưng nhờ cĩ lực kháng từ lớn nên nam châm cĩ kích thước nhỏ và cĩ tính ổn định nhiệt. Những nam châm này được dùng trong những mạch điện tử nhỏ như động cơ, máy in, bộ phận hội tụ tia điện tử. Ở những đèn điện tử trong kỹ thuật truyền thơng cũng cĩ loại nam châm đất hiếm bọc nhựa nhưng năng lượng từ nhỏ (chỉ bằng một phần của loại nung)
Vật liệu từ cĩ vùng phân cực tự phát kéo dài
Là hợp kim sắt –coban dưới dạng những hạt khơng đẳng hướng (tinh thể hình kim hoặc dẹt). Một cơng nghệ đặc biệt làm cho những hạt từ phát triển trong chất liên kết là chì. Chì cĩ khả năng chảy và điền kín những lỗ rỗ trong nam châm đã được ép khơ. Hướng của từ trường để từ hĩa nằm theo trục dọc của hạt.
Khi đã được làm đơng cứng trong chì, những hạt cĩ khả năng chống khử từ. Nhược điểm của vật liệu từ này là nhiệt độ làm việc thấp (1500C) và trọng lượng riêng lớn (do cĩ chì).
Hợp kim dễ uốn
Gồm cĩ các vật liệu: Cunife, vicalloy, remalloy, Cr-Co- Fe và trong mức độ nào đĩ cĩ Mn- Al- C. Tính chất: dễ uốn, dễ kéo, dễ rèn, dễ cán thành dây hoặc dải nhỏ. Việc xử lý nhiệt lần cuối sau khi tạo hình sẽ làm cho từ tính phát triển đầy đủ.
Cunife là vật liệu từ cĩ hướng. Kết quả của sự cán,kéo nguội, được sử dụng rộng rãi trong dụng cụ đo và vận tốc kế trên ơtơ.
Vicalloy dùng làm băng từ cĩ chất lượng cao và hiệu suất lớn, dùng làm khớp ly hợp từ.
Remalloy được sử dụng trong máy điện thoại (đang được thay bằng hợp kim Cr- Co-Fecĩ giá thành giảm hơn)
Nhĩm hợp kim Cr-Co-Fe chứa từ 20 đến 35% Cr, 5 đến 25% Co cĩ tính dễ uốn, dễ gia cơng cơ khí ở trạng thái nĩng cũng nhỏ nguội, cĩ từ tính rất tốt (tương đương với Alnico 5, tốt hơn Cunife, Vicalloy, Remalloy). Được xử lý nhiệt bằng cách làm nguội nhanh từ 1200 đến 6000C (pha phân hủy spin). Pha từ đã phát triển trong pha phân hủy spin cĩ thể được định hướng bằng cách xử lý nhiệt trong từ trường hoặc cĩ thể định hướng từ bằng cách lão hĩa biến dạng trong quá trình kéo thành dây.
Hợp kim Mn –Al –C
Đạt được những tính chất nam châm vĩnh cửu (Br = 5500 G; Hc = 2300 Oe; Bd.Hd=5 MG.Oe. Trong quá trình biến dạng cơ khí ở nhiệt độ khoảng 7200C. Sự biến dạng cơ khí cĩ thể thực hiện bằng cách ép đùn, ép nĩng. Những thành phần hợp kim khơng đắt tiền, nhưng những dụng cụ khuơn mẫu thiết bị thì đắt tiền. Được dùng ở loa, động cơ điện, đèn manheto, trọng lượng riêng nhỏ 5,1 g/cm3. Nhiệt độ Quiri thấp 3200C.