PHẦN 2 : PHÂN TÍCH CÁC LOẠI VẬT LIỆU TỪ VÀ ỨNG DỤNG
b) Một số loại vật liệu từ cứng
+ Nam châm từ bột
Khơng có khả năng nhận được sản phẩm nhỏ có kích thước theo đúng u cầu chặt chẽ từ hợp kim Nikel, nhôm dẫn đến sự dụng phương pháp luyện bột kim loại để chế tạo nam châm vĩnh cửu. Trong trường hợp này cần phân biệt nam châm gốm kim loại và nam châm từ các hạt bột và chúng được liên kết bằng các vật chất khác.
Hình 25: Nam châm từ bột
+ Nam châm gốm
Được điều chế bằng cách ép bột có cấu tạo từ các hạt nam châm nhỏ và tiếp tục liên kết ở nhiệt độ cao. Các sản phẩm nhỏ từ cơng nghệ này có được kích thước khá chính xác và khơng cần phải gia cơng tiếp. Q trình sản xuất nam châm kim loại tấm tương tự quá trình ép sản phẩm từ nhựa, trong bột chứa một số phụ gia ở dạng hạt của hợp kim từ cứng. Do tính cứng của phụ gia cần có áp lực lớn lên vật liệu, áp suất đạt khoảng 500 Mpa. Nam châm bột kim loại rất kinh tế, có hình dạng phức tạp và kích thước nhỏ.
* Ứng dụng của nam châm gốm: Được ứng dụng trong: Loa dùng nam châm, DC Motors, Máy quét, dải phân cách từ vật liệu kim loại màu, cảm biến ô tô, nam châm Tủ lạnh…
+ Nam châm kim loại gốm
Có độ xốp 3 – 5% năng lượng dự trữ và cảm ứng dư của chúng 10 – 20% thấp hơn so với nam châm đúc có cùng thành phần hợp kim, nhưng nó lại có độ bền cơ học cao từ 3 – 6 lần. Tính chất từ của nam châm kim loại tấm tương đối thấp. Lực kháng từ so với nam châm đúc kém 10 – 15%, cảm ứng của 35 – 50%. Năng lượng từ dự trữ từ 40 – 60%. Tính chất từ bị hạ thấp được giải thích là có chưa tới 30% vật chất liên khơng từ tính.
a) b) Hình 26: a) Nam châm gốm
b) Nam châm AlNiCo
+ Vật liệu ferit từ cứng
Ferit từ cứng khá phổ biến là BaO.6Fe2O3 khác biệt với ferit từ mềm là chúng khơng có lưới tinh thể vng mà là lưới tinh thể lục giác có một trục dị hướng. Trong công nghiệp sản xuất hai loại nam châm bari loại đẳng hướng, Lực kháng từ cao ở vật liệu là do kích thước hạt tinh thể rất nhỏ và lực từ tinh thể dị hướng cao. Kỹ thuật sản xuất ferit từ cứng như công nghệ sản xuất ferit từ mềm. Tuy nhiên để có được cấu trúc tinh thể nhỏ cần phải nghiền rất nhỏ (theo nguyên tắc của môi trường trong nước) và liên kết được tiến hành ở nhiệt độ thấp nhằm tránh quá trình phá vỡ tinh thể. Tính chất từ của ferit từ cứng (ferit bari và ferit coban) được đưa trong hình (27).
Hình 27: Tính chất từ của ferit bari và ferit coban
+ Nam châm Bari
Được sản xuất ở thể hình đĩa mỏng nó có tính ổn định cao khi bị tác động của từ trường ngồi, khơng sợ rung va đập. Khối lượng riêng khoảng
4.4 – 4.9 mg/m3. Nam châm từ ferit bari 104 – 107 m. Nam châm từ ferit bari có thể sử dụng ở tần số cao. Giá thành rẻ. Nhược điểm của nam châm bari có độ bền cơ học rất thấp, tính giịn, tính chất từ phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ. Ngồi ra chúng cịn bị thay đổi tính chất từ sau khi bị làm lạnh từ nhiệt độ bình thường sang nhiệt độ -60oC và lại được nâng lên nhiệt độ cũ.
Hình 28: Nam châm tấm Ferit Bari
+ Nam châm Coban
Có đặc tính là ổn định cao với nhiệt độ tham số cịn lại được thể hiện ở hình (27). Giá làm từ Ferit Coban cao hơn so với làm từ Ferit bari.
+ Hợp kim trên cơ sở của các nguyên tố hiếm
Vật liệu từ cứng của nhóm này rất nhiều triển vọng, nhưng còn chưa được nghiên cứu cách đầy đủ đáng kể cả công nghệ chế tao. Những nguyên tố hiếm là các kim laoij tạo bởi lượng lớn liên kết với các kim loại thuộc nhóm chuyển tiếp. Trong đó có những liên kết đặc biệt quan trọng được quan tâm đó là RCo5 và R2Co7 ở đây R là nguyên tố hiếm. Những liên kết có cấu trúc lục giác, tồn tại tinh thể tự dị hướng mạnh và có nhiệt độ Quiri cao, chỉ ở nhiệt độ 200 – 400oC thấp hơn Tk của coban nguyên chất và rất ít phụ thuộc vào dạng ngun tố hiếm. Độ từ hóa bão hịa cao nhất của Coban với các nguyên tố ở nửa đầu dãy Lantan hay là với các nguyên tố từ tính ít hoặc thậm chí tịa tan khơng từ tính, ví dụ như Itri. Khi nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ tới hạn thì liên kết RCo5 bị phân tích thành hai pha. Phá vỡ tính đồng nhất pha và là một trong những nguyên nhân xuất hiện lực từ kháng cao trong vật liệu. Phương pháp thông dụng tạo ra nam châm là chúng được nung ở dạng bột trong đó có mặt của nước. Ví dụ nam châm trên cơ sở của SmCo5 được nung ở nhiệt độ 1000oC; pha nước được hình thành do sự nóng chảy của
hợp kim (Sm + Co), cho thêm vào thành phần hỗn hợp bột. Tính chất của vật liệu từ cứng trên cơ sở nguyên tố hiếm được thể hiện ở hình (29).
Hình 29: Đặc tính từ của một số vật liệu trên cơ sở nguyên tố quý hiếm.
Hình 30: Nam châm Samarium Coban (SmCo5)
+ Kim loại và các vật liệu không kim loại để ghi thông tin từ
Những vật liệu từ cứng là những băng từ để ghi âm hoặc ghi hình và để ghi và lưu trữ thơng tin của máy tính. Nhằm múc đích này sử dụng những băng kim loại mỏng từ hợp kim khơng rỉ và băng nhựa có lớp bột của hợp kim. Băng được ghi thông tin phải được khử từ ít và có lực kháng từ cao. Khi tăng lực kháng từ thì giảm đồng thời hiệu ứng Copi – là hiện tượng xấu và được tóm lại như sau: đoạn nhiễm từ được quay vào băng xoắn từ hóa vào đoạn gần nhất của vịng bên cạnh. Tuy nhiên để thõa mãn q trình xóa sạch sự ghi thì cần kháng từ nhỏ, đó là những yêu cầu mâu thuẫn. Như vậy tốt nhất là giá trị HC nằm trong giới hạn 20 – 50 kA/m. Phụ thuộc vào vật liệu này để ghi từ cần phải có từ dư đủ lớn và tính ổn định của các tham số từ khi thay đổi nhiệt độ.
* Ứng dụng của vật liệu ghi thông tin từ: Là để làm băng ghi từ, ghi âm, đĩa compact, băng Kacet. Dựa trên cơ sở chính trong kỹ thuật ghi từ là trên cơ sở của Polime. Nhưng bằng từ được sản xuất bằng cách quét lên một sơn từ mỏng vào polime. Sơn từ có 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 công tác. nhựa được sản xuất từ Polietilentereflalat hay cịn được gọi là lapsan có độ bền kéo cao. Băng từ được sản xuất có các thành -Fe2O3 với các hạt nhỏ một vùng. Bằng có hai lớp từ có cấu tạo từ -Fe2O3 và CrO2 có được ưu điểm là tính ghi từ tốt ở tần số thấp là vớp màng mỏng tốt chứa -Fe2O3. Nhờ có độ dạy chung nhỏ loại băng này được sử dụng cho băng ghi âm chất lượng cao. Tính cahtas của băng từ tốt nhất để ghi thơng tin là băng Polime có lớp cơng tác làm từ sắt nguyên chất hoặc là hợp kim sắt từ. sử dụng loại này trong đĩa Compact hay băng Kacet có thể ghi được dải tần số từ 10 -27000Hz. So với vật liệu oxit sắt từ băng từ kim loại đắt hơn nhiều nó được sử dụng các trong các thiết bị chuyên nghiệp.
KẾT LUẬN
Từ tính là một thuộc tính của vật liệu. Tất cả các vật liệu, ở mọi trạng thái, dù ít hay nhiều đều biểu hiện tính chất từ. Các vật liệu từ có những ứng dụng rất quan trọng, không thể thiếu được trong khoa học kỹ thuật và cuộc sống. Qua quá
trình tìm hiểu ứng dụng của các vật liệu từ, đặc biệt là vật liệu từ cứng, vật liệu từ mềm, giúp chúng em hiểu biết sâu thêm những ứng dụng thực tế của chúng đi sâu vào đời sống chúng ta. Việc nghiên cứu tính chất từ của vật liệu giúp chúng ta khám phá thêm những bí ẩn của thiên nhiên, nắm vững kiến thức khoa học kỹ thuật để ứng dụng chúng ngày càng có hiệu quả hơn, phục vụ lợi ích con người, đặc biệt là trong lĩnh vực từ học. Và do công nghệ khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển, nhu cầu xã hội ngày càng tăng nên vật liệu từ ngày càng được ứng dụng rộng rãi hơn vào các lĩnh vực khác nhau, nổi bật lĩnh vực y học, điện tử…. Vậy do đặc điểm ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp, kĩ thuật, trong nghiên cứu khoa học nên vật liệu từ đã và đang được sử dụng phổ biến, ngày càng phát triển nhiều ứng dụng đóng vai trị quan trọng trong sản xuất, đời sống.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Giáo trình Vật liệu điện điện tử UTE – ThS. Phạm Xuân Hổ. 2. “Sự từ hóa của các chất – sắt từ”
https://sites.google.com/site/kimlonga7/bai-34-su-tu-hoa-cac-chat-sat-tu. Truy
cập ngày 29/9/2022.
3. “So sánh: Vật liệu nghịch từ, thuận từ và vật liệu sắt từ”
https://visco.com.vn/2020/11/23/so-sanh-vat-lieu-nghich-tu-thuan-tu-va-vat- lieu-sat-tu/ - Truy cập ngày 29/9/2022.
4. “CHƯƠNG II: CÁC TÍNH CHẤT ĐIỆN VÀ TỪ CỦA VẬT LIỆU”
https://visco.com.vn/visco-ndt-self-training-center/giao-trinh-kiem-tra-dong- dien-xoay/chuong-ii-cac-tinh-chat-dien-va-tu-cua-vat-lieu/ - Truy cập ngày
29/9/2022.
5. “Feri từ là gì- Chi tiết về feri từ mới nhất”
https://ladigi.vn/feri-tu-la-gi-chi-tiet-ve-feri-tu-moi-nhat-2021 - Truy cập ngày
29/9/2022.
6. “Khái niệm về từ tính của vật liệu”
https://vatlydaicuong.com/khai-niem-ve-tu-tinh-cua-vat-lieu - Truy cập ngày
29/9/2022.
7. “Historical Beginnings of Theories of Electricity and Magnetism” - Fowler, Michael
http://galileo.phys.virginia.edu/classes/109N/more_stuff/E&M_Hist.pdf-Truy
cập ngày 29/9/2022.
8. “Vật liệu sắt từ là gì – Các loại và ứng dụng của chúng”
https://vi.jf-parede.pt/what-are-ferromagnetic-materials-types-their- applications - Truy cập ngày 29/9/2022.
“Vật liệu từ mềm” - http://vi.swewe.net/word_show.htm/?35036_1&V
%E1%BA%ADt_li%E1%BB%87u_t%E1%BB%AB_m%E1%BB%81m –
Truy cập ngày 29/9/2022.
9. “Thế nào là vật liệu từ mềm? Các loại vật liệu từ mềm và ứng dụng” – Nguyễn Thị Lương
https://robocon.com.vn/linh-kien/the-nao-la-vat-lieu-tu-mem-cac-loai-vat-lieu- tu-mem-va-ung-dung.html - Truy cập ngày 29/9/2022.