Nam châm samarium coban
Nam châm samarium-côban (đôi khi được viết gọn là nam châm SmCo, hoặc còn được gọi là nam châm nhiệt độ
cao) là một loại nam châm đất hiếm mạnh, dựa trên hợp chất của hai kim loại chính là samarium (Sm) và cơban
(Co), cộng với một số nguyên tố phụ gia khác. Đây là loại nam châm đất hiếm mạnh, đứng thứ hai sau thế hệ nam châm Neodym về độ mạnh, nhưng lại có khả năng hoạt động ở nhiệt độ siêu cao (trên 500oC)[1] nhờ có nhiệt độ Curie rất cao. Nam châm Samarium bắt đầu xuất hiện trên thị trường vào năm 1966, và cho đến nay nó là loại nam châm tốt nhất cho các ứng dụng nhiệt độ cao [2] ví dụ như động cơ phản lực, động cơ điện công suất lớn... Nam châm Samarium Côban được chia làm hai họ: họ 1:5 và 2:17.
Họ 1:5
Ô nguyên tố trong cấu trúc tinh thể của hệ hợp chất SmCo5
Là loại nam châm dựa trên hợp chất SmCo5, với khoảng 36% khối lượng là nguyên tố đất hiếm samarium (Sm). Nam châm này lần đầu tiên được phát minh bởi Karl J. Strnat (phịng thí nghiệm Vật liệu Khơng qn Hoa Kỳ) vào năm 1966, cho tích năng lượng từ cực đại (B.H)max = 18 MGOe [3] , sau đó, hàng loại các hợp chất từ cứng dựa trên cấu trúc này được phát triển thành họ vật liệu từ cứng RCo5 được nghiên cứu mạnh mẽ trong ngành từ học [4] .
SmCo5 thuộc nhóm hợp chất RCo5 (R thường được dùng để ký hiệu các nguyên tố đất hiếm), có cấu trúc tinh thể lục giác. SmCo5 có hằng số dị hướng từ tinh thể bậc 1 K1 = 11,9.106 J/m3, từ độ bão hòa Ms = 840 kA/m và nhiệt độ Curie TC = 1003 K, trường dị hướng HA = 28,6 T. Loại nam châm này có khả năng cho tích năng lượng từ cực đại (BH)max lớn nhất tới 28,5 MGOe (220 kJ/m3) [5] .
Điểm khác biệt cơ bản của nam châm Samarium-Côban so với các nam châm đất hiếm khác (ví dụ như nam châm Neodym) là nó có nhiệt độ Curie rất cao, đồng thời sự suy giảm tính chất theo nhiệt độ rất thấp, do đó được sử dụng trong các ứng dụng nhiệt độ cao (có thể tới hơn 500oC) mà khơng loại nam châm nào khác có thể hoạt động. Một tham số được quan tâm của loại nam châm này là hệ số suy giảm của từ dư theo nhiệt độ (reversible temperature
coefficient, RTC), được định nghĩa bởi sự suy giảm của từ dư, Br theo nhiệt độ:
Đối với nam châm SmCo5 nguyên thủy, hệ số RTC là âm, có nghĩa là từ dư sẽ bị suy giảm theo nhiệt độ. Tuy nhiên, gần đây, người ta có nhiều cải tiến như bổ sung các phụ gia, tạo ra các pha phụ trong nam châm có hệ số RTC dương để bù trừ, tạo ra độ suy giảm hầu như bằng 0.
Họ 2:17
Là họ vật liệu dựa trên hợp chất Sm2Co17, được Karl J. Strnat và Dr. Alden Ray phát minh năm 1972 với tích năng lượng từ cực đại tới 30 MGOe. Hệ vật liệu này có cấu trúc tương tự như SmCo5, nhưng có sự khác biệt về thơng số từ nội tại. Hằng số dị hướng từ tinh thể bậc 1 K1 = 10.106 J/m3, từ độ bão hòa Ms = 990 kA/m và nhiệt độ Curie TC = 958 K. Loại nam châm này có khả năng cho tích năng lượng từ cực đại (BH)max lớn nhất tới 41,3 MGOe (331 kJ/m3). [6] . Trong các nghiên cứu hiện nay về nam châm nhiệt độ cao, người ta pha tạp thêm các nguyên tố khác (Fe, Cu, Zr...) để cải tiến cấu trúc và tính chất nhằm nâng cao nhiệt độ Curie cũng như phẩm chất từ của hệ vật liệu này[7]
Nam châm samarium coban 89 ,[8]