Các vật liệu nền Sm-Co được xem như ứng cử viên tốt nhất cho pha từ cứng nhờ vào giá trị dị hướng từ tinh thể cao nhất trong các vật liệu đã biết hiện nay [25, 26]. Đối với pha từ mềm, sự có mặt của Fe hoặc pha dựa trên nền Fe trong tương tác trao đổi làm tăng độ bền theo nhiệt độ, khả năng chống oxi hóa cao và giá thành thấp hơn so với vật liệu chứa đất hiếm. Trong các vật liệu trên nền Fe, hợp kim Fe65Co35 có giá trị từ độ bão hòa cũng như nhiệt độ Curie cao, nên đã trở thành đối tượng được quan tâm nhất cho mục đích chế tạo nanocomposite [14, 23, 24, 34].
18
Hình 1.10. Mô hình vật liệu từ cứng nanocomposite Sm-Co/α-Fe: a) lõi là pha từ cứng, b) lõi là pha từ mềm.
Năm 2013,H. Fukunaga và cộng sự đã dùng máy tính để mô phỏng vật liệu nanocomposite Sm-Co/α-Fe có cấu trúc vỏ lõi (hình 1.10): mô hình a là vật liệu nanocomposite có lõi là pha từ cứng, vỏ là pha từ mềm và mô hình b là vật liệu nanocomposite có lõi là pha từ mềm, vỏ là pha từ cứng.
Bảng 1.1. Các thông số mô phỏng của hệ SmCo5/α-Fe.
SmCo5 α-Fe
Temperature T [K] 300 473 300 473 Anisotropy Ku[MJ/m3] 10,0 6,8 0,00 0,00 Saturation Polarization Ms [T] 1,00 0,95 2,15 2,09
Exchange stiffness constant
A [10-11 j/m] 1,2 1,09 2,50 2,36
Model size L [nm] 6,40 6,40
Dáng điệu đường cong khử từ phụ thuộc vào kích thước hạt (hình 1.11). Theo kết quả mô phỏng, ảnh hưởng kích thước hạt lên tính chất từ theo mô hình lõi là pha từ cứng, vỏ là pha từ mềm cho tương tác giữa hai pha khá tốt.
19
Hình 1.11. a) đường cong khử từ theo mô hình a. b) đường cong khử từ theo mô hình b.
Hình 1.12. a) lực kháng từ phụ thuộc kích thước hạt và tỉ phần pha từ mềm, b) (BH)max phụ thuộc kích thước hạt và tỉ phần pha từ mềm.
Lực kháng từ mạnh nhất khi kích thước hạt vào cỡ 6,4 nm và giảm dần khi tỉ phần pha từ mềm tăng, các mẫu có kích thước hạt lớn bị suy giảm tính chất từ so với hạt có kích thước nhỏ hơn (hình 1.12). Tích năng lượng từ cực đại của hệ nam châm này đạt 800 kl/m3 khi tỉ phần pha từ mềm chiếm 87,5% và kích thước hạt 6,4 nm. Nếu đem so sánh với (BH)max của Nd-Fe-B thì tích năng lượng của hệ này không hề thua kém.
Giảm từ trường đặt vào a)
Giảm từ trường đặt vào b) T ừ độ ( =M r /M s ) T ừ độ ( =M r /M s ) L ực kh án g từ
20