9.2. VẬT LIỆU TỪ MỀM
Có độ từ thẩm cao, lực kháng từ và tổn hao từ trễ nhỏ, được dùng làm lõi MBA, nam châm điện, trong các dụng cụ đo diện và trong các trường hợp cần có cảm ứng từ lớn nhất với lượng tiêu phí năng lượng nhỏ.
B H B -HK HK B 0 -Hm Hm H Hình 9.1: Đường cong từ hóa của VLT Hình 9.2:Chu trình từ trễ của vật liệu từ
Bài giảng Vật liệu điện 83 * Sắt (thép các bon thấp): Vì điện trở suất tương đối thấp nên phần lớn chỉ dùng cho các lõi từ. Thường dùng làm mạch từ có từ thông không đổi.
* Thép kỹ thuật (tôn silic): Thép lá kỹ thuật điện là vật liệu từ mềm được dùng rộng rãi nhất.Nó là hợp kim của sắt và silic (Si chiếm từ 1÷4%), do thành phần có Silic làm tăng điện trở suất và tổn hao dòng xoáy giảm.
Ký hiệu: 11, 21, 310, 330A.
+ Con số thứ nhất chỉ hàm lượng Silic theo %. (Số càng lớn hàm lượng silic càng nhiều, thép có độ từ tính càng tốt nhưng độ giòn tăng, điện trở suất tăng. Quá 5% thép trở nên giòn).
+ Con số thứ 2 đặc trưng cho tính chất điện và từ của thép (chỉ chất lượng về mặt tổn hao. Số càng lớn tổn hao càng ít).
+ Con số thứ 3 (0) chỉ tôn cán nguội.
+ Có 2 chữ số 0 liên tiếp là thép cán nguội và ít thớ. + Chữ A ký hiệu suất tổn hao rất thấp.
* Fecmalôi:
Là hợp kim Fe - Ni, có độ từ thẩm ban đầu lớn trong vùng từ trường yếu. Nó không có hiện tượng dị hướng và từ giảo. Để nâng cao điện trở suất của nó người ta đưa thêm vào các tạp chất Mn, Si...
Fecmalôi nhiều niken (72 - 80% Ni) dùng làm lõi cuộn cảm kích thước nhỏ, biến áp âm tần nhỏ, các biến áp xung...
Fecmalôi ít niken (40 - 50% Ni) có từ cảm bão hoà lớn hơn gần 2 lần fecmalôi nhiều Niken, thường dùng làm lõi thép máy biến áp điện lực, cuộn cảm và các dụng cụ cần có từ thông cao...
Các Fecmalôi với vòng từ trễ hình chữ nhật dùng làm khuyếch đại từ, cơ cấu chuyển mạch, thiết bị chỉnh lưu và các phần tử của máy tính.
* Alusipe:
Hợp kim sắt với nhôm và silic. Có đặc tính cứng và giòn nhưng dễ đúc định hình. Dùng để sản xuất màn từ, thân các dụng cụ... Do tính giòn nó có thể nghiền bột để sản xuất lõi ép cao tần.
9.3. VẬT LIỆU TỪ CỨNG
Chủ yếu được ứng dụng làm nam châm vĩnh cửu, theo thành phần, trạng thái, phương pháp chế tạo vật liệu từ cứng được chia thành các loại sau:
* Thép hợp kim hoá: Chế tạo nam châm vĩnh cửu. Chúng được hợp kim hoá
với các chất phụ như: Vonfram, Crôm, Côban ...
* Hợp kim từ cứng đúc: Là hợp kim của 3 nguyên tố Al - Ni - Fe (Aluni). Vì có độ giòn và cứng chỉ có thể gia công bằng phương pháp mài nên khó chế tạo các chi tiết có kích thước chính xác.
* Các nam châm bột: Chế tạo nam châm vĩnh cửu bằng phương pháp luyện
kim bột từ hợp kim Fe - Ni - Al. Nó được ép từ bột nghiền sau đó thiêu kết ở nhiệt độ cao.
* Ferit từ cứng: Loại được biết đến nhiều nhất là Ferit bari: BaO. 6Fe2O3. Thường dùng để sản xuất nam châm bari. Chúng có tính ổn định cao với tác dụng của từ trường ngoài, chịu được lắc, va đập, điện trở suất lớn. Có thể dùng ở tần số cao. Nhưng độ bền cơ thấp, độ giòn lớn, tính chất từ phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ.
9.4. VẬT LIỆU TỪ CÓ CÔNG DỤNG ĐẶC BIỆT
* Ferit: Là vật liệu ôxit phức tạp, nó khác với các chất sắt từ là trị số từ cảm nhỏ hơn, quan hệ giữa nhiệt độ và từ cảm phức tạp hơn và có điện trở suất cao hơn hoặc rất cao. Nó không phải là kim loại. Ferit là gốm từ có thể xếp vào loại bán dẫn điện tử (vì có điện dẫn điện tử không đáng kể). Năng lượng tổn hao ở vùng tần số cao tương đối nhỏ làm cho Ferit được dùng rộng rãi ở tần số cao. Các Ferit là những vật liệu cứng và giòn, không cho phép gia công bằng cắt gọt, chỉ có thể mài hoặc đánh bóng.
Ferit từ mềm: Có lớn, có trị số tổn hao lớn và tăng nhanh khi tần số tăng. Có
hằng số điện môi tương đối lớn phụ thuộc vào tần số và thành phần của Ferit, khi tần số tăng giảm.
Ferit từ cao tần: Ngoài Ferit từ mềm ở tần số cao có thể dùng thép lá kỹ thuật
điện hoặc Fecmalôi cán nguội và điện môi từ (Điện môi từ chế tạo bằng cách nén bột sắt từ có chất kết dính cách điện).
Ferit có vòng từ trễ hình chữ nhật: Được đặc biệt chú ý trong kỹ thuật máy
tính để làm bộ nhớ, trong các thiết bị chuyển mạch
* Gang và thép kết cấu: Dùng trong ngành chế tạo máy điện, thiết bị điện và
dụng cụ cần có đặc tính cơ tốt và khả năng áp dụng rộng rãi các phương pháp công nghệ. Phân thành vật liệu từ tính (gang xám, thép các bon, thép hợp kim) và vật liệu không từ tính (thép không từ tính, gang không từ tính).
Gang xám: Dùng đúc vỏ máy điện, các chi tiết ghép chặt, đúc các chi tiết có
hình dáng đặc biệt lớn.
Thép cacbon: thường dùng thép có hàm lượng cacbon từ 0,08 - 0,2%. Với
những máy chuyên dụng và đặc biệt quan trọng dùng thép có độ bền cơ tăng cường bằng cách hợp kim hoá với niken, crôm, môlipđen.
Gang không từ `tính: Gang có pha thêm Ni, Mn. Dễ gia công cắt, điện trở gang không từ tính lớn nên giảm tổn hao dòng xoáy. Dùng chế tạo nắp, vỏ, các ống của máy cắt dầu, vòng cách của máy biến áp điện lực...
Thép không từ tính: Đưa thêm Ni, Mn vào thép. Thép không từ tính có cơ tính
Bài giảng Vật liệu điện 85
PHẦN 4: VẬT LIỆU BÁN DẪN
CHƯƠNG X: VẬT LIỆU BÁN DẪN
10.1. KHÁI NIỆM CHUNG
Bán dẫn là 1 nhóm lớn vật chất có điện dẫn điện tử. Trị số điện trở suất của nhóm này ở nhiệt độ bình thường nằm giữa điện trở suất của vật dẫn và điện môi.
Bảng 10.1: Điện trở suất của các loại vật liệu KTĐ ở 200C, điện áp 1 chiều:
Loại vật liệu , .cm Loại điện dẫn
Dẫn điện Bán dẫn Điện môi 10-6 10-3 10-4 1010 109 1018 Điện tử Điện tử Ion và điện tử
Điện dẫn của bán dẫn phụ thuộc nhiều vào tác động của năng lượng bên ngoài cũng như của các tạp chất. Nó có thể điều khiển được bằng nhiệt độ, độ chiếu sáng, điện trường, lực cơ học (cơ sở cho nguyên lý làm việc của các nhiệt điện trở, điện trở phi tuyến, điện trở cảm biến...)
Chất bán dẫn có 2 loại điện dẫn là điện dẫn điện tử (n: negative - âm) và điện dẫn điện tử - lỗ (p: posittive - dương) nên có thể tạo ra chất bán dẫn với tiếp giáp p - n. Khi đó trong chất bán dẫn sẽ xuất hiện lớp chắn gây ra hiệu ứng nắn điện đối với dòng xoay chiều. Nếu có 2 lớp tiếp giáp ghép với nhau sẽ tạo ra được 1 hệ thống điều khiển được là Tranzitor.
Chất bán dẫn dùng làm chỉnh lưu công suất, khuyếch đại và phát sóng.
Ngoài ra bán dẫn còn dùng làm sợi nung nóng (thanh silic) dùng để kích thích điểm katôt trong đèn inhitron (bộ đốt đèn inhitron) để đo cường độ từ trường, làm cái chỉ báo phóng xạ...
Trong thực tế vật liệu bán dẫn gồm: Bán dẫn đơn giản, bán dẫn hợp chất hoá học, bán dẫn phức tạp (bán dẫn gốm), bán dẫn thuỷ tinh và bán dẫn lỏng.
Các dụng cụ chế tạo từ vật liệu bán dẫn có ưu điểm: Thời gian làm việc dài, kích thước và trọng lượng nhỏ, cấu trúc đơn giản và chắc chắn, độ bền cơ tốt, có tính kinh tế khi sản xuất hàng loạt...
10.2. ĐIỆN DẪN CỦA VẬT LIỆU BÁN DẪN1. Các bán dẫn thuần 1. Các bán dẫn thuần
Theo khái niệm chung về thuyết phân vùng của vật rắn trong sơ
đồ năng lượng của bán dẫn vùng cấm không rộng lắm.
Bán dẫn thuần là bán dẫn mà điện tử chỉ có thể cung cấp từ vùng hoá trị vào vùng gồm các mức năng lượng tự do.
ứng với 1 nhiệt độ nào đó sự phân bố của các điện tử theo năng
lượng biểu thị như hình vẽ. ở vùng dẫn đã có 1 vài điện tử chuyển qua,
Vì với mỗi sự di chuyển điện tử ở vùng dẫn: n0i = p0i, noi + p0i = 2n0i. Chỉ số i ở nồng độ điện tử và lỗ trống là ký hiệu các hạt mang điện của bán dẫn thuần.
Điện dẫn suất bằng: = e n0i un + e p0i up.
Mà độ linh động của điện tử và lỗ trống không bằng nhau. Khi chuyển động trong điện trường của mạng tinh thể thì điện tử và lỗ trống có quán tính khác nhau, nghĩa là chúng có khối lượng hiệu dụng mn và mp khác nhau. Thông thường thì mn < mp. Từ đó ta thấy điện dẫn thuần của bán dẫn có đặc tính điện tử trội hơn 1 chút.