Vật liệu nhẹ

Chào mừng các bạn đến với
bài thuyết trình của nhóm 5

Member:
1.Dương Hồng Ngọc
2.Lê Tâm Như
3.Trương Thị Ngọc Dung


Chủ đề:

Vật liệu từ
►Lịch sử và nguồn gốc của từ học
►Các hiện tượng từ học
►Phân loại vật liệu từ
►Ứng dụng


Vật liệu là gì?

•

Vật liệu là các chất liệu để làm ra hoặc tạo ra một vật. Từ khi
nền văn minh loài người xuất hiện, con người sử dụng các vật liệu
theo cùng với năng lượng để nâng cao đời sống của mình. Vật liệu
có ở khắp nơi bao quanh chúng ta bởi các sản phẩm được làm từ
các vật liệu.



Tàu đệm từ

Tàu đệm từ (xe điện đồng cực từ tính) là một phương tiện
chun chở, nó bao gồm cả sự tương tác giữa tàu và đường
ray, mỗi cái được thiết kế đặc biệt tương thích lẫn nhau để
tạo ra lực nâng lên và đẩy tới bằng lực điện từ .


Lịch sử hình thành

Từ học là một ngành được ứng dụng trong cuộc sống của con người từ rất sớm
mà đầu tiên là ở Trung Hoa và Hy Lạp cổ đại.
Ở phương Đông, Trung Hoa là nơi sớm nhất sử dụng các đá nam châm làm
kim chi nam để chỉ phương Nam-Bắc từ thời đại của Chu Công

Quặng đá nam châm đầu tiên được phát hiện ở
Trung Quốc


Các vật liệu khi được đặt trong từ trường ngoài (do một dòng điện hoặc một nam châm vĩnh
cửu sinh ra) thì bị nhiễm từ. Tức là chúng có thể hút các mạt sắt hoặc bị hút vào các nam châm vĩnh
cửu. Khi đó ta nói vật bị từ hóa hay vật đã bị phân cực từ.


Có thể hình dung một thỏi vật liệu đã được từ hóa như hình ảnh của một thanh nam châm hút các mạt sắt mơ tả ở hình dưới. Hai đầu
thanh bị phân thành hai cực mà ta quen gọi là cực bắc và cực nam. Sự sắp xếp của mạt sắt ở hai đầu và xung quanh thanh tương tự hình ảnh các
đường sức từ đi vào và đi ra ở hai lưỡng cực điện. Tuy nhiên ở các lưỡng cực từ thì khơng thể tách rời hai cực từ riêng biệt ra như từng điện tích
một được. Nếu bẻ gãy một thanh nam châm thì ta lại được những thanh nam châm mới, nhỏ hơn, mỗi thanh đều có cực bắc và cực nam, ngay cả
khi thỏi nam châm chỉ bằng một ngun tử thì ta cũng khơng thể tìm được đơn cực từ hay là cực từ cơ lập. Như vậy, phần tử nhỏ bé nhất có từ
tính trong thiên nhiên là lưỡng cực từ.

Phân loại vật liệu từ
1.Chất nghịch từ
2.Chất thuận từ
3.Chất sắt từ
4.Chất phản sắt từ
5.Chất feri từ


ChấtChất
nghịchthuận
từ:
từ

-•• Là
có độ từ hóa X>0 nhưng cũng rất nhỏ, cỡ và tỷ lệ với . Khi chưa có từ trường ngồi các
 Là chất
chất có độ cảm từ X có giá trị âm và rất nhỏ hơn 1, chỉ vào khoảng . Nguồn gốc tính nghịch từ là

 

momen
từ củacủa
cácđiện
nguyên
tử hoặc
ion quanh
thuận từ
hướng
loạn cịn
có từ

trường
chúngngồi.
chuyển động
từ trên
quỹ đạo
hạtđịnh
nhân,
tạo rahỗn
từ trường
cókhi
chiều
ngược
vớingồi
từ trường
sắp xếp cùng hướng với từ trường.


Chất
sắt từ
Chấtphản
sắt từ:

•  Độ cảm từ X có giá trị rất lớn, cỡ . Ở (nhiệt độ Curie) từ độ J giảm dần, khơng tuyến tính khi nhiệt độ tăng lên. Tại từ độ
biến mất. Ở vùng nhiệt độ giá trị phụ thuộc tuyến tính vào nhiệt độ. Sắt từ là vật liệu từ mạnh, trong chúng luôn tồn tại
các momen từ tự phát, sắp xếp một cách có trật tự ngay cả khi khơng có từ trường ngồi. Sắt từ cịn có nhiều tính chất độc
đáo và những ứng dụng quan trọng

 

Là chất từ yếu, X ~ , nhưng sự phụ thuộc của vào nhiệt độ khơng hồn tồn tuyến tính như chất thuận từ và có

một hõm tại nhiệt độ (gọi là nhiệt độ Nell). Khi trong phản sắt từ cũng tồn tại các momen từ tự phát như sắt từ
nhưng chúng sắp xếp đối song song từng đôi một. Khi sự sắp xếp của các momen từ spin trở nên hỗn loạn và X
lại tăng tuyến tính theo T như chất thuận từ


Chất feri từ:

• Độ
  cảm từ có giá trị khá lớn, gần bằng của sắt từ (X ~ ) và cùng tồn tại các momen từ tự phát. Tuy nhiên cấu trúc

tinh thể của chúng gồm hai phân mạng mà ở đó các momen từ spin (do sự tự quay của điện từ tạo ra) có giá trị
khác nhau và sắp xếp phản song song với nhau, do đó từ độ tổng cộng khác khơng ngay cả khi khơng có từ trường
ngồi tác dụng, trong vùng nhiệt độ . Vì vậy feri từ còn được gọi là phản sắt từ không bù trừ. Khi trật tự từ bị phá
vỡ, vât liệu trở thành thuận từ.

• Ngồi ra người ta cũng cịn phân biệt các loại vật liệu từ theo tính năng ứng dụng hoặc thành phần kết cấu của

chúng như vật liệu từ cứng (nam châm vĩnh cửu), vật liệu từ mềm, vật liệu từ kim loại, vật liệu từ oxit, vật liệu từ
dẻo (cao su, nhựa)… Ở phần sau sẽ trình bày cụ thể hơn về tính chất cũng như ứng dụng của các vật liệu từ này.


Vật liệu từ cứng là gì ?

• Vật liệu từ cứng là vật liệu sắt từ, khó khử từ và khó từ hóa. Ý nghĩa của tính từ “cứng” ở đây chính là
thuộc tính khó khử từ và khó bị từ hóa, chứ khơng xuất phát từ cơ tính của vật liệu từ.

Hình ảnh nam châm đất hiếm NdFeB – vật liệu
Từ cứng điển hình

Lịch sử hình thành vật liệu từ cứng

-

Vật liệu từ cứng là loại vật liệu từ được phát hiện và sử dụng sớm nhất trong lịch sử loài người. Người Trung Quốc cho rằng từ
đời Hồng Đế (trị vì Trung Hoa từ những năm 2698 TCN đến 2599 TCN), đã chế tạo ra các kim chỉ nam dùng để xác định
phương hướng. Đó là các đá nam châm có khả năng hút sắt và định hướng Bắc-Nam. Chính sử đầu tiên đã ghi chép việc chế
tạo các la bàn này là đầu đời nhà Chu (1046-771 TCN) và la bàn thực sự xuất hiện nhiều là thế kỷ thứ 7 trước công nguyên
(đồng thời ở Trung Quốc và Hy Lạp). Các kim chỉ nam trong la bàn là một dạng của vật liệu từ cứng, là các oxit sắt Fe3O4.


• Các vật liệu từ cứng thương phẩm dùng để chế tạo nam châm vĩnh cửu xuất hiện lần đầu tiên vào những
năm từ 1740 đến 1750 ở Châu Âu và thức sự phát triển mạnh từ cuối thế kỷ 19, đầu thế kỷ 20 đến nay.

Đường cong từ trễ và các đặc trưng của vật liệu từ cứng


Các đặc trưng
Lực kháng từ: Lực kháng từ, ký hiệu là Hc là đại lượng quan trọng đặc trưng cho tính từ cứng của vật
liệu từ cứng.
.

Nguồn gốc của lực kháng từ lớn trong các vật liệu từ cứng chủ yếu liên quan đến dị hướng từ tính thể

lớn trong vật liệu.
 

Các vật liệu từ cứng thường có cấu trúc tinh thế có tính đối xứng kém hơn so với các vật liệu từ mềm và chúng có dị hướng từ tinh thể rất
lớn. Lực kháng từ của vật liệu từ cứng thong thường được biết đến qua công thức:

+  Tích năng lượng từ cực đại: là đại lượng đặc trưng cho độ mạnh yếu của vật từ, được đặc trưng bởi năng lượng từ cực đại có thể tồn trữ trong
một đơn vị thể tích vật từ.
Trong đó:
Đại lượng này có đơn vị là đơn vị mật độ năng lượng . Tích năng lượng từ cực đại được xác định trên đường cong khử từ thuộc về góc phần tư
 

thứ 2 trên
đường
cong
trễ,cólàđóng
một điểm
saonhất
cho với
giá trị
ứng từ
và thể
từ trường
đại. hịa
Vì thế, tích năng lượng từ cực đại
Thành
phần
thứ từ
nhất
góp lớn
là của
hằngtích
số cảm
dị hướng
từBtinh

bậc 1, Hlàlàtừcực
độ bão
thường được ký hiệu là (B.H)max.
Thành phần thứ 2 có đóng góp nhỏ hơn 1 bậc với là thừa số khử từ đo theo hai phương khác nhau
Thành phần thứ 3 có đóng góp nhỏ nhất với là từ giảo bão hòa, T là ứng suất nội
Vì là tích của B (đơn vị trong CGS là Gauss – G), và H (đơn vị trong CGS là Oersted – Oe), nên tích năng lượng từ cịn có một đơn vị khác là GOe

Và a,b,c lần lượt là các hệ số đóng góp

(đơn vị này thường dùng hơn đơn vị chuẩn SI trong khoa học và công nghệ vật liệu từ)
1GOe =
Để có tích năng lượng từ cao, vật liệu cần có lực kháng từ lớn và cảm ứng từ dư cao.


+ Cảm ứng từ dư: thường ký hiệu là Br hay Jr, là cảm ứng từ còn dư sau khi ngắt từ trường .

+ Nhiệt độ Curie: Đây là nhiệt độ mà tại đó vật liệu bị mất từ tính, trở thành chất thuận từ. Một số vật liệu từ cứng được ứng dụng
trong các nam châm hoạt động ở nhiệt độ cao nên nó địi hỏi nhiệt độ Curie rất cao. Loại vật liệu từ cứng có nhiệt độ Curie cao
nhất hiện nay là nhóm các vật liệu trên nền SmCo có nhiệt độ Curie từ 500 độ C đến trên 1000 độ C.


-

Vật liệu từ cứng có thể dùng để chế tạo các nam châm vĩnh cửu hoặc được sử dụng làm vật liệu
ghi từ trong các ổ đĩa cứng, các băng từ.


VẬT LIỆU TỪ MỀM

Vật liệu từ mềm, hay vật liệu sắt từ mềm (tiếng anh: Soft magnetic

material) là vật liệu sắt từ, "mềm" về phương diện từ hóa và khử từ, có
nghĩa là dễ từ hóa và dễ khử từ.


Các thông số của vật liệu từ mềm
-

Lực kháng từ: là từ trường ngoài ngược cần thiết để triệt tiêu từ độ của mẫu. Lực kháng từ của các vật liệu từ mềm phải nhỏ hơn cỡ
100 Oe. Những vật liệu có tính từ mềm tốt, thậm chí có lực kháng từ rất nhỏ (tới cỡ 0,01 Oe).

 

-

Độ từ thẩm ban đầu (intial permeability): Là thơng số rất quan trọng nói lên tính từ mềm của vật liệu từ mềm. Độ từ thẩm ban
đầu được định nghĩa bởi công thức:


-

Vật liệu từ mềm có độ từ thẩm ban đầu từ vài trăm, đến vài ngàn, các vật liệu có tính từ mềm tốt có thể đạt tới vài chục ngàn,
thậm chí hàng trăm ngàn.

Chú ý: Độ từ thẩm (permeability) là đại lượng đặc trưng cho khả năng phản ứng của vật liệu từ
dưới tác dụng của từ trường ngoài.

-

Độ từ thẩm cực đại (Maximum permeability): Ta biết rằng vật liệu sắt từ khơng những có độ từ thẩm lớn mà cịn có độ từ thẩm là một hàm

của từ trường ngoài. Và độ từ thẩm cực đại cũng là một thơng số quan trọng. Có những vật liệu sắt từ mềm có độ từ thẩm cực đại rất cao, tớ
hàng vài trăm ngàn ví dụ như permalloy, hay hợp kim nano tinh thể Finemet...


 

-

Cảm ứng từ bão hòa hay từ độ bão hòa  : Vật liệu từ mềm thường có từ độ bão hịa rất cao. Loại có từ độ cao nhất là hợp kim có từ
độ bão hịa đạt tới 2,34 T.


Một số loại vật liệu từ mềm
Tôn Silic: Là hợp kim của sắt (khoảng 85%), với Silic (Si), hoặc chứa thêm khoảng 5,4% nhơm (Al), cịn được gọi là hợp
kim Sendust, là một trong những vật liệu sắt từ mềm được dùng phổ biến nhất có độ cứng cao, có độ từ thẩm cao và tổn
hao trễ thấp. Tuy nhiên, vật liệu này trên nền kim loại, nên có điện trở suất thấp, do đó khơng thể sử dụng ở tần số cao do
sẽ làm xuất hiện tổn hao xoáy lớn


 

Hợp kim Permalloy: Là hợp kim của niken (Ni) và sắt (Fe), có lực kháng từ rất nhỏ, độ từ thẩm rất cao (vật liệu có độ từ thẩm ban đầu lớn
tới 10000), có độ bền cơ học và khả năng chống ăn mịn cao. Tuy nhiên, permalloy có từ độ bão hịa khơng cao.Hợp kim FeCo: là các hợp
kim từ mềm có từ độ bão hòa cao, nhiệt độ Curie cao.