Nam châm Neodymi được chế tạo dạng hình xuyến. Nd2Fe14B là một hợp chất thuộc nhóm
2:14:1, có cấu trúc tinh thể tứ giác với hằng số mạng a = 0,882 nm và c = 1,224 nm; thuộc nhóm không gian P42/mm, khối lượng riêng 7,55 g/cm. Ô đơn vị của tinh thể Nd2Fe14B chứa 68 nguyên tử nằm trong 4 ô đơn vị: với các nguyên tử Fe nằm ở 6 vị trí khác nhau về mặt tinh thể, hai vị trí chứa các nguyên tử Nd và một vị trí cho B 3 [4] . Cấu trúc tinh thể với độ bất đối xứng rất cao tạo ra tính từ cứng mạnh của vật liệu này. Nd2Fe14B có dị hướng từ tinh thể K1 = 4,9.106 J/m3, từ độ bão hòa μ0Ms = 1,61 T (tương ứng với mômen từ là 37,6 μB, trường
dị hướng HA = 15 T) và nhiệt độ Curie là TC = 585 K (312oC) [4] , [5] . Các thông số cấu trúc và tính chất nội tại này cho phép tạo ra tích năng lượng từ cực đại (B.H)max lớn nhất tới 64 MGOe [5] , [6] . Hiện nay, người ta đã tạo ra nam châm Nd2Fe14B có tích năng lượng từ cực đại lên tới 57 MGOe [7] . Nam châm NdFeB là loại nam châm vĩnh cửu cực mạnh, có khả năng cho từ dư tại bề mặt lên tới 1,3 T, nhưng có có nhược điểm là có tính ôxy hóa cao (do hoạt tính của Nd), nhiệt độ hoạt động thấp và giá thành đắt (do chứa nhiều đất hiếm). Bảng dưới đây so sánh từ tính của nam châm NdFeB với các loại khác:
Nam châm Neodymi 86
Nam châm Mr (T) Hci (kA/m) BH
max (kJ/m3) TC (°C)
Nd2Fe14B (thiêu kết) 1,0–1,4 750–2000 200–440 310–400 Nd2Fe14B (kết dính) 0,6–0,7 600–1200 60–100 310–400 SmCo5 (thiêu kết) 0,8–1,1 600–2000 120–200 720 Sm(Co, Fe, Cu, Zr)7 (thiêu kết) 0,9–1,15 450–1300 150–240 800 Alnico (thiêu kết) 0,6–1,4 275 10–88 700–860 Sr-ferrite (thiêu kết) 0,2–0,4 100–300 10–40 450
Kỹ thuật chế tạo
Nam châm Neodymi được sử dụng trong đĩa cứng máy tính. Phương pháp phổ biến để chế tạo nam
châm Neodymi là kỹ thuật luyện kim bột và thiêu kết. Ban đầu hợp kim NdFeB được tạo ra bằng cách nấu chảy các đơn chất thành phần trong lò cao (thông thường Nd và B thường được bù thêm vài % so với thành phần danh định do các chất này dễ bị ôxy hóa hoặc bay hơi). Trong quá trình nấu chảy, hợp kim được nấu trong môi trường bảo vệ để tránh ôxy hóa. Sau đó, hợp kim được nghiền thành bột mịn, sau đó được trộn với keo epoxy, ép thành hình sản phẩm, sau đó nung thiêu kết ở nhiệt độ cao trong môi trường bảo vệ. Quá trình ép có thể
được hỗ trợ bởi từ trường để tạo dị hướng đơn trục. Quá trình nung thiêu kết được thực hiện ở nhiệt độ cao trong môi trường bảo vệ để tạo pha hợp chất, sau đó hạ về nhiệt độ thấp (1 vài trăm độ) để ổn định pha. Sau đó, nam châm được nạp từ trong từ trường cao và phủ keo bảo vệ.
Có thể thay thế công đoạn thiêu kết bằng kỹ thuật ép nóng. Người ta ép các bột trong từ trường ở nhiệt độ cao nhằm tạo ra pha và định hướng nam châm (tạo ra nam châm dị hướng).
Gần đây, người ta còn tiến hành tạo ra các nam châm đất hiếm giá thành rẻ với kiểu nam châm kết dính. Các bột hợp kim mịn được tạo ra sau khi nghiền các mảnh vụn hợp kim được chế tạo bằng công nghệ nguội nhanh, sau đó chộn keo epoxy và ép định hướng trong từ trường. Kỹ thuật này có ưu điểm là đơn giản và kinh tế hơn, nhưng sản phẩm cho phẩm chất thấp hơn nhiều so với nam châm thiêu kết.