7. Triển vọng phát triển
7.2. Tình hình phát triển và những thách thức của vấn đề phát triển vật liệu từ cứng NdFeB ở Việt Nam
Ở Việt Nam hiện nay, Viện Khoa học Vật liệu là đơn vị mạnh nhất trong lĩnh vực nghiên cứu và phát triển các ứng dụng của vật liệu từ NdFeB. Qua quá trình phát triển Viện đã đạt được nhiều thành tựu đáng ghi nhận cụ thể là:
• Hoàn thiện công nghệ chế tạo nam châm thiêu kết và kết dính có tích năng lượng từ tương ứng là 30 MGOe và 8 MGOe, đạt mức phát triển trung bình trên thế giớị
• Nghiên cứu ứng dụng các vật liệu này với các ứng dụng tiêu biểu là: Máy phát thuỷđiện nhỏ, xe đạp điện, máy phát điện chạy bằng sức gió, máy tuyển từ. Các sản phẩm này đã được bán rộng rãi và xuất khẩu sang một số nước trong khu vực.
Những thách thức cơ bản cho sự phát triển vật liệu từ NdFeB ở Việt Nam hiện nay là:
• Việt Nam là thị trường tiêu thụ không lớn đối với vật liệu này và do vậy không kích thích được sự phát triển mạnh mẽ của nó ngay cả khi có sự bảo hộ của nhà nước. Điều này cản trở sự phát triển của lĩnh vực sản xuất vật liệu nàỵ
• Các thiết bị hiện có đã quá lạc hậu so với mặt bằng chung của thế giớị • Các nhà khoa học hàng đầu nghiên cứu lĩnh vực này hầu hết có độ tuổi khá
caọ Do nhà nước có chính sách chưa hợp lý nên chưa thu hút được nhiều các nhà khoa học trẻ tham gia vào lĩnh vực nàỵ
• Sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ trên thế giới đang ngày càng
đẩy Việt Nam vào quá trình tụt hậụ Sự cạnh tranh của Trung Quốc với ưu thế giá thành hạđang ngày càng thống lĩnh thị trường vật liệu từ thế giớị
Kết luận
• Liên kết trao đổi giữa các hạt từ cứng và từ mềm trong vật liệu nanocomposite cho phép kết hợp ưu điểm từđộ bão hòa cao của pha từ mềm và tính dị hướng từ tinh thể cao của pha từ cứng để tạo ra vật liệu có phẩm chất từ tốt.
• Phẩm chất từ của vật liệu ảnh hưởng mạnh bởi vi cấu trúc, là dạng hạt, kích thước hạt, sự đồng nhất giữa các hạt và sự phân bố chúng. Vi cấu trúc lý tưởng là các hạt từ cứng và từ mềm nằm xen kẻ nhau, kích thước của các hạt bằng khoảng hai lần độ rộng vách đômen của pha từ cứng (∼ 10 nm). Các kết quả mô phỏng và các phép tính vi từ số cho thấy tích năng lượng cực đại (BH)max có thểđạt đến 64 MGOe với pha từ cứng chỉ chiếm 15% thể tích. • Các điều kiện công nghệảnh hưởng mạnh lên tính chất từ. Có hai cách để tạo
ra một vi cấu trúc tối ưu cho vật liệu nanocomposite NdFeB bằng phương pháp phun băng nguội nhanh. Thứ nhất là bằng cách chọn điều kiện công nghệ thích hợp, có thểđạt được vi cấu trúc tối ưu ngay trong quá trình nguội nhanh mà không phải qua giai đoạn xử lý nhiệt. Thứ hai vi cấu trúc tối ưu
được hình thành từ tái kết tinh pha vô định hình. Cách thứ nhất phù hợp với việc chế tạo vật liệu loại α-Fe/Nd2Fe14B, còn vật liệu loại Fe3B/ Nd2Fe14B phù hợp với phương pháp thứ hai hơn.
• Pha thêm một số nguyên tố khác ngoài các nguyên tố Nd, Fe, B vào hợp kim
để làm thay đổi tính chất từ nội tại của pha từ cứng hoặc tạo hiệu ứng thuận lợi ảnh hưởng tích cực lên vi cấu trúc hay ổn định công nghệ chế tạọ Nhằm mục đích nâng cao tính chất từ của vật liệu
48
Tài liệu tham khảo
1. Croat J. J., Herbst J. F., Lee R. W., and Pinkerton F. Ẹ (1984), “High-energy Product Nd-Fe-B Permanent Magnet”, Appl. Phys. Lett., 44, pp. 148-149. 2. Sagawa M., Fujimura S., Togawa N., Yamamoto H., and Matsuura Ỵ
(1984), “New Material For Permanent Magnets On A Base Of Nd And Fe”,
J. Appl. Phys., 55, pp. 2063-2067.
3. Fidler J., Schrefl T., Hoefinger S. and Hajduga M. (2004), “Recent Developments In Hard Magnetic Bulk Materials”, J. Appl. phys., 16, pp. 455-470.
4. Coehoorn R., Mooij D. B. de, Duchateau J. P. W. B. and Buchow K. H. J. (1988), “Novel Permanent Magnetic Materials Made By Rapid Quenching”,
Journal de physique, 49, pp. 669-670.
5. Skomski R. and Coey J. M. D. (1993), “Gaint Energy Product In Nanostructured Two-Phase Magnets”, Phys. Rev. B, 48, pp. 812-816.
6. Schrefl T., Fidler J., and Kronmüller H. (1994), "Remanence And Coercivity In Isotropic Nanocrystalline Permanent Magnets", Phys. Rev. B, 49, pp. 6100-6110.
7. Kneller Ẹ, and Hawig R. (1991), “The Exchange-Spring Magnet: A New Material Principle For Permanent Magnet”, IEEE Trans. Magn., 27, pp.3588-3600.
8. Gutfleisch Ọ, Ạ Bollero, Ạ Handstein, D. Hinz, Ạ Kirchner, Ạ Yan, K. H. Muller, and L. Schultz (2002), "Nanocrystalline high performance permanent magnets", J.M.M.M. 242, pp.1277.
9. PGS TS Trần Hoàng Hải, "Bài giảng về “Vật liệu từ cấu trúc nano”", Đại học Khoa học Tự nhiên - Hà Nộị
10.Fidler J. and Schrefl T. (1996), “Overview of Nd-Fe-B Magnets And Coercivity (invited)”, J. Appl. Phys.,79, pp. 5029-5034.
11. Skomski R. and Coey J.M.D., (1999), Permanent magnetism, Studies in Condensed Matter Physic, Institute of Physics Publishing
12.Skomski R. and Coey J. M. D. (1993), “Gaint Energy Product In Nanostructured Two-Phase Magnets”, Phys. Rev. B, 48, pp. 812-816.
13.Schrefl T., Fidler J., and Kronmüller H. (1994), "Remanence And Coercivity In Isotropic Nanocrystalline Permanent Magnets", Phys. Rev. B, 49, pp. 6100-6110.
14.Schrefl T., and Fidler J. (1988), “Modelling Of Exchange Spring Permanent Magnets”, J. M. M. M., 177, pp. 970-975
15.Đoàn Minh Thủy, (2007), "Nghiên cứu công nghệ chế tạo nam châm kết dính nguội nhanh nền Nd-Fe-B.", Luận văn tiến sĩ Vật lý, Viện Khoa học và Vật liệu, Hà Nộị
16.Strnat. K., Hoffer. G., Olson. J., Ostertag W., Becker J. J., (1967), “A family of new cobalt-base permanent magnet materials”, J. Appl. Phys.,38, pp. 1001.
17.Ping D. H., Hono K., Kanekiyo H., and Hirosawa S. (1999), “Microstructural Evolution of Fe3B/Nd2Fe14B Nanocomposite Magnets Microalloyed With Cu And Nb”, Acta matter, 47, pp. 4641-4651.
18.Kanekiyo H., Uehara M., and Hiroshawa S., ( 1993), "Microstructure and Magnetic Properties Of High-Remanence Nd5Fe71.5Co5B18.5M (M=Al, Si, Ga, Ag, Au) Rapidly Soloidfied And Crystallized Alloys For Resin-Bonded Magnets", IEEE Trans. Magn., 29, pp.2863-2865.
19.Hirosawa S., Kanekiyo H., and Uehara M., (1993), "High-Coercivity Iron- Rich Rare-Earth Permanent Magnet Material Based On (Fe,Co)3B-Nd-M (M = Al, Si, Cu, Ga, Ag, Au)", J. Appl. phys, 73, pp.6488-6490.
20.Suzuki K., Cadogan J. M., Uehara M., Hirosawa S., and Kanekiyo H. (1999), “Formation and Decomposition of Fe3B/Nd2Fe14B Nanocomposite Structure In Fe–Nd–B–Cr Melt-Spun Ribbons under Isothermal Annealing”, J. Appl. Phys., 85, pp. 5914-5916.
50
21.Wu ỴQ., Ping D.H., and Hono K. (2000), "Microstructural Characterization of an α-Fe/ Nd2Fe14B Nanocomposite Magnet With A Remaining Amorphous Phase", J. Appl. phys., 87(12), pp. 8658-8665.
22.Hono K., Ping D. H., and Wu Ỵ Q. (2001), “Microalloying Effect On The Microstructure And Properties Of Nanocrystalline Magnetic Materials”,
proceedings of the 22th rise international symposium on materials science, Denmark 2001, pp.35-51.
23.Matsuura M., Kim S. H., Sakurai M., Suzuki K., Kanekiyo H., and Hirosawa S. (1995), “Behaviors Of Ga During Crystallization Of Amorphous Nd4.5Fe73Ga1Co3B18.5 By Fluorescence XAFS”, J. M. M. M., 208-209 , pp. 360-362.
24.Wu Ỵ Q., Ping D. H., Xiong X. Ỵ, and Hono K. (2002), “Magnetic Properties And Microstructure of α-Fe/Nd2Fe14B Nanocomposite Microalloyed with Zr”, J. Appl. Phys., 91(10), pp.8174-8176.
25.Chiriac H. and Marinescu M. (1998), “Magnetic properties of Nd8Fe77Co5B6CuNb3 melt-spun ribbons”, J. Appl. Phys., 83(11), pp. 6628- 6630.
26.Nguyễn Văn Khánh (2003), Nam châm kết dính trên cơ sở vật liệu từ Nd-Fe- B: Công nghệ chế tạo, tính chất và ứng dụng, Luận án tiến sỹ vật lý, Trường
Đại học Sư phạm Hà Nộị
27.Nguyễn Phú Thùy (2003), Vật lý các hiện tượng từ, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia , Hà Nộị
28.Schrefl T., and Fidler J. (1988), “Modelling Of Exchange Spring Permanent Magnets”, Jorn. Mg. Maỵ MaTer., 177-181, pp. 970-975. Magnets”, Jorn. Mg. Maỵ MaTer., 177-181, pp. 970-975.
29.Wohlfarth ẸP., Buschow K.H.J. (1998), Ferromagnetic Materials, A hanbook on the properties of magnetically ordered substances, Vol. 4, Chapter 1, Elsevier Science Publisher B.V..
30. Herbst J. F., Croat J. J., Pinkerton F. Ẹ, and Yelon W. B. (1984), “Relationships Between Crystal Structure And Magnetic Properties In Nd2Fe14B”, Phys. Rev. B, 29(7), pp. 4176–4178.
31. Betancourt J. Ị (2002), “Nanocrystalline Hard Magnetic Alloys”, Revista mexicana de fisica, 48(4), pp. 283-289.
32.Hirosawa S., Matsuura Ỵ, Yamamoto H., Fujimura S., Sagawa M., and Yamauchi H. (1986), “Magnetization and magnetic anisotropy of R2Fe14B measured on single crystals model”, J. Appl. Phys., 59(3), pp. 873-879. 33.Herbst J. F. and Yelon W. B. (1985), “Crystal And Magnetic Structure Of
Pr2Fe14B And Dy2Fe14B”, J. Appl. phys, 57(6), pp. 2343-2345
34.Wohlfarth Ẹ P. and Buchow K. H. J. (1988), Ferromagnetic Materials, A Handbook On The Properties Of Magnetically Ordered Substances, Vol. 4,
Charter 1, Elsevier Science Publishers B. V..
35.Thân Đức Hiền, Lưu Tuấn Tài (2008), Từ học và vật liệu từ. NXB Bách Khoa, Hà Nộị
36. Kou X. C., Kronmüller H., Givord D.and Rossignol M. F., (1994), “Coercivity mechanism of sintered Pr17Fe75B8 and Pr17Fe53B30 permanent magnets”, Phys. Rev. B, 50, pp. 3849 - 3860
37. N.D. The et al.(2006), “High hard magnetic properties and cellular structure of nanocomposite magnet Nd4.5Fe73.8B18.5Cr0.5Co1.5Nb1Cu0.2”, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 303, pp.419 – 422.
38.Hadjipanayis G.C. (1996), “ Microstructure and magnetic domain”, in
Rareearth Iron Permanent Magnets, edited J.M.D. Coey, Oxford University Press, Oxford, pp. 286-335.
39.Gao R. W., Feng W. C., Liu H. Q., Wang B., Chen W., Han G. B., Zhang P., Li H. Li W., Guo Ỵ Q., Pan W., Li X. M., and Zhu M. G. (2003), “Exchange-Coupling Li W., Guo Ỵ Q., Pan W., Li X. M., and Zhu M. G. (2003), “Exchange-Coupling Interaction, Effective Anisotropy And Coercivity In Nanocomposite Permanent Materials”, J. Appl. Phys., 94(1), pp. 664-668.
52
40.Han G. B., Gao R. W., Yan S. S., Liu H. Q. , Fu S. , Feng W. C., Li W., and Li X. M. (2004),” Effect Of Exchange–Coupling Interaction On The Effective M. (2004),” Effect Of Exchange–Coupling Interaction On The Effective Anisotropy In Nanocrystalline Nd2Fe14B Material”, J. M. M. M.,281, pp.6–10.