ứng dụng của vật liệu từ, sắt từ, ghi từ, từ giảo.....

1. Vật liệu từ mềm
Vật liệu từ mềm, hay vật liệu sắt từ mềm (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.


1.1 Một số loại vật liệu từ mềm
1.1.1 Tôn Silic
Là hợp kim của sắt (khoảng
85%), với Silic (Si), hoặc chứa
thêm khoảng 5,4% nhôm (Al), còn
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 không thể sử
dụng ở tần số cao do sẽ làm xuất
hiện tổn hao xoáy lớn.


1.1 Một số loại vật liệu từ mềm
1.1.2 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 Ni75Fe25 có độ từ thẩm

ban đầu lớn tới 10000), có
độ bền cơ học và khả năng
chống ăn mòn cao. Tuy
nhiên, permalloy có từ độ
bão hòa không cao.


1.1 Một số loại vật liệu từ mềm
1.1.3.2. Hợp kim vô định hình và nanô tinh
thể

Là
các
hợp
kim
nền sắt hay cô-ban (Co), ở trạng
thái vô định hình, do đó có điện
trở suất cao hơn nhiều so với các
hợp kim tinh thể, đồng thời có
khả năng chống ăn mòn, độ bền
cơ học cao, và có thể sử dụng ở
tần số cao hơn so với các vật liệu
tinh thể nền kim loại.

Khi kết tinh từ trạng thái vô định hình, ta có vật liệu nano tinh
thể, là các hạt nanô kết tinh trên nền vô định hình dư, triệt tiêu từ
giảo từ tổ hợp hai pha vô định hình và tinh thể nên có tính từ mềm
cực tốt và có thể sử dụng ở tần số cao.

1.2. Ứng dụng của vật liệu từ mềm
1.2.1. Lõi máy biến áp
Máy biến áp gồm có một cuộn dây
sơ cấp và một hay nhiều cuộn dây
thứ cấp liên kết qua trường điện từ.
Khi đưa dòng điện với điện áp xác
định vào cuộn sơ cấp, sẽ tạo ra
trường điện từ. Theo định luật cảm
ứng Faraday, trường điện từ tạo
ra dòng điện cảm ứng ở các cuộn thứ
cấp. Để đảm bảo sự truyền đưa năng
lượng thì bố trí mạch dẫn từ qua lõi
cuộn dây. Vật liệu dẫn từ phụ
thuộc tần số làm việc.


1.2. Ứng dụng của vật liệu từ mềm
• Ở tần số thấp như biến áp điện lực, âm tần thì dùng vật liệu từ
mềm có độ từ thẩm cao như thép silic, permalloy,... và mạch
từ khép kín như các lõi ghép bằng lá chữ E, chữ U, chữ I.
• Ở tần số cao, vùng siêu âm và sóng radio thì dùng lõi ferrit khép
kín mạch từ.
• Ở tần số siêu cao là vùng vi sóng và sóng truyền hình, vẫn có
các biến áp dùng lõi không khí và thường không khép mạch từ.
Tuy nhiên quan hệ điện từ của chúng khác với hai loại nói trên,
và không coi là biến áp thật sự.


1.2. Ứng dụng của vật liệu từ mềm
1.2.2. Cuộn cảm

Cuộn cảm gồm một số vòng dây quấn lại thành nhiều vòng,
dây quấn được sơn cách điện, lõi cuộn dây là vật liệu dẫn từ
như ferrite hay lõi thép kĩ thuật.


1.2. Ứng dụng của vật liệu từ mềm
1.2.3. Lõi dẫn từ của nam châm điện

Lõi dẫn từ của nam châm điện là các vật liệu từ mềm và thông
thường chúng phải thỏa mãn các yêu cầu:
• Có độ từ thẩm lớn
• Cảm ứng từ bão hòa cao (để không giới hạn dải hoạt động của nam
châm.
• Có tổn hao trễ nhỏ để không làm trễ quá trình thay đổi từ trường
của nam châm.


1.2. Ứng dụng của vật liệu từ mềm
1.2.4. Cảm biến đo từ trường
Cảm biến đo từ trường được ứng dụng để phát hiện sự thay
đổi từ trường của môi trường xung quanh. Nó được ứng dụng
trong bộ đo tốc độ, dùng làm mạch đếm hoặc dùng để phát
hiện vị trí của vật, khuyết tật đường ống nói chung là những
vật có khả năng nhiễm từ.


2. Vật liệu từ cứng
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 không xuất phát từ cơ tính của vật liệu từ.

2.1 Một số loại vật liệu từ cứng
2.1.1 Hợp kim AlNiCo
Hợp kim AlNiCo: Là hợp kim được
sử dụng trong nam châm vĩnh cửu,
có thành phần chủ yếu là nhôm
(Al), niken và côban (Co), có thể
có thêm các thành phần phụ gia
nhưđồng (Cu), titan (Ti),...
Hợp
kim này có từ dư cao, nhưng có lực
kháng từ khá nhỏ (thường không
vượt quá 2 kOe) và có giá thành
cao.


2.1 Một số loại vật liệu từ cứng
2.1.2 Vật liệu từ cứng ferrite
Là các gốm ferrite, mà điển
hình là ferrite bari (BaFexO),
stronsti (SrFexO) và có thể bổ
sung các nguyên tố đất hiếm
(ví dụ lanthannium (La)) để cải
thiện tính từ cứng. Ferrite là vật
liệu có 2 phân mạng từ bù trừ nhau, và chứa hàm lượng oxi lớn nên khó
tạo ra từ độ lớn, nhưng lại có lực kháng từ lớn hơn rất nhiều so với AlNiCo.
Ferrite có điểm mạnh là rẻ tiền, chế tạo dễ dàng và có độ bền cao. Vì thế
nó chiếm phần lớn thị phần nam châm thế giới (tới hơn 50%) dù có phẩm
chất không phải là cao.

2.1 Một số loại vật liệu từ cứng
2.1.3 Nam châm đất hiếm
Loại vật liệu được bắt đầu phát triển từ
những thập kỷ 90 của thế kỷ 20, với cấu
trúc tổ hợp của 2 loại vật liệu: vật liệu từ
mềm cung cấp từ độ bão hòa lớn, vật liệu
từ cứng cho lực kháng từ cao, và các hạt
tổ hợp ở kích thước nanomet, có liên kết
trao đổi với nhau, tạo ra tính chất tổ hợp
và sẽ cho loại nam châm mới với tính từ
cứng tuyệt vời, lớn hơn tất cả các vật liệu
từ cứng đã biết. Tuy nhiên, vào thời điểm
hiện tại, các tính chất đạt được trong
thực tế còn thua xa dự đoán lý thuyết do
chưa tạo được cấu trúc hoàn hảo như dự
đoán. Loại vật liệu này vẫn trong giai đoạn
nghiên cứu phát triển.


2.2. Ứng dụng của vật liệu từ cứng


2.2. Ứng dụng của vật liệu từ cứng
2.2.1. Chế tạo nam châm vĩnh cữu


2.2.1. Chế tạo nam châm vĩnh cữu
Các nam châm vĩnh cửu vẫn rất quan trong . Có thể minh họa

điều này trong một chiếc xe ôtô. Trong năm mươi năm trước, một
chiếc xe ôtô chỉ có một nam châm ( cái đo tốc độ), trong khi đó
những chiếc xe hiện đại có thể có tới hàng trăm môtơ nam châm
vĩnh cửu.


Các ví dụ về ứng dụng của vật liệu từ cứng
Xe hơi
Môtơ khởi động, hệ thống phanh chống khóa (ABS), môtơ
điều khiển gạt nước, các bơm phun, Quạt và điều khiển của sổ.
Chỗ ngồi..., loa, phanh bằng dòng xoáy, máy phát điện xoay
chiều.
Viễn thông
Hệ loa, micro, chuông điện thoại, Ống nghe, nói, chuyển mạch
và rơle.
Xử lý số liệu
Bộ điều khiển và actuator đĩa cứng, các môtơ bước, máy in.
Hàng điện tử tiêu dùng
Môtơ DC cho vòi tắm, Máy giặt, Khoan, Bộ điều khiển DC
thế thấp cho các thiết bịkhông dây, Bộ loa cho TV và Audio, Dụng
cụ sửa chữa và tập trung tiêu điểm của chùm TV, Dĩa copact disc,
Computer gia đình, máy quay video, bộ khóa.


Các thiết bị điện tử
Các cảm biến, Các công tắc không tiếp xúc, Các phổ kế
NMR, Đĩa đo năng lượng, Các thiết bị biến đội điện –cơ, Các
ống dẫn trường chéo nhau, Dụng cụ họat động chuyển dòng,
Thiết bị hãm.
Công nghiệp.

Môtơ DC cho các dụng cụ từ tính, Robot, Các thiết bị tách từ
cho việc tách kim loại và quặng, Các vật mang từ, các máy nâng,
Các bộ hãm và khớp nối, Các thiết bị đo.
Thiên văn và không gian
Các vật mang không ma sát, Các môtơ bước, Các liên kết
cặp, Thiết bị, các ống truyền sóng, La bàn tự động.
Phẫu thuật sinh học
Hàm răng, Nha khoa, Khoa chỉnh hình, Lành vết thương, trét
lổ thủng dạ dày, Các vòng đai đẩy, Trái tim nhân tạo từ động,
Thiết bị quét cơ thể cho Chụp ảnh cộng hưởng từ(MRI).


2.2. Ứng dụng của vật liệu từ cứng
2.2.2. Vật liệu ghi từ


2.2.2. Vật liệu ghi từ
Sử dụng kỹ thật từ ghi tiếng nói con người lần đầu tiên được
kỹ sư người Đan Mạch, Poulsen, thực hiện vào năm 1898. Việc ghi
được thực hiện trên một dây sắt từ, nhưng do thiếu phần khuếch
đại nên chất lượng ghi rất tồi. Vào năm 1927, băng từ đã được phát
minh một cách đồng thời ở Mỹ và Đức.
Đĩa cứng đầu tiên, có ký hiệu là ‘‘RAMAC“, đã được giới
thiệu vào năm 1957, và có dung lượng tồ trữ 2000 bit in-2. Dung
lượng trữ đã tăng lên một cách nhanh chóng và đều đặn. Vào năm
2000 đã đạt xấp xỉ 1 Gbit in-2, tức là một sự tăng bằng hệ số nhân
5 triệu.


Hình 14. Biểu diễn hình khối kích thước của một bit dữ liệu trên một đĩa

cứng. Kích thước đã được phóng to lên 1000 lần.


Băng từ
Các băng từ đã được sử dụng mạnh cho việc ghi các tín hiệu
audio và video, tuy nhiên không biết rõ là kỹ thuật này sẽ
được tiếp tục sử dụng bao nhiêu lâu nữa với sự xuất hiện tính
phổ biến của digital versatile disk ( DVD).
Các băng có thể được làm với cả môi trường hạt được dính
lên một đế plastic lẫn màng được bốc bay kim loại (ME) lên
trên một đế. Lớp từ trên băng hạt chỉ có 40% vật liệu từ, trong
khi đó băng ME có 100% lớp từ. Vì vậy, các băng ME cho ta
ghi chất lượng tốt hơn, tuy nhiên chúng tiêu phí thời gian
nhiều hơn để tạo ra và đắt tiền hơn. Các băng hạt rẻ hơn
nhiều, vì vậy là sự lựa chọn cho phần lớn các băng từ.


Bảng 5. Các tính chất từ gần đúng của các hạt được sử dụng trong môi
trường ghi từ.

Material

Saturation Polarisation
(mT)

Intrinsic Coercivity
(kAm-1)

Average Particle Size
(mm)

Particle Shape

γ-Fe2O3

440

30

0.5 x 0.1

Needle

Co modified γ-Fe2O3

460

60

0.5 x 0.1

Needle

CrO2

600

70

0.4 x 0.05

Needle

Fe

2100

125

0.15 x 0.05

Needle

BaO.6Fe2O3

460

200

0.15 x 0.05

Disc


Con đường sản xuất một băng từ hạt được minh họa trong
hình 15. Các hạt từ được trộn với một chất kết dính ( được
hòa tan tromg một dung môi), các chất bôi trơn, sẽ giúp
giảm bớt sự cơ xát khi băng được dịch chuyển trên đầu,
vàcác vật liệu mài ( như là Al2O3), cứng và giúp ngăn cản
sự mòn của màng tử. Hỗn hợp này được rót lên trên một đế

PET ( polyethylene tetraphthalate), có độ dày ~ 25 mm.
Thỉnh thoảng các đế aramid được sử dụng cho các cassette
chơi lâu, bởi vì các đế này có thể mỏng đến 5 mm. Các hạt
là dị hướng từ, thường là do hình dạng của chúng, và giai
đoạn tiếp theo của quá trình là định hướng các hạt này trong
độ dài của băng trong khi lớp từ vẩn là chất lỏng. Sau đó
dung môi được làm bay hơi bằng cách làm nóng băng và
được cán để cải thiện mật độ và để lại lớp từ dày cỡ 3-5mm.


Hình 15. Phương pháp chế tạo băng từ hạt.