Nghiên cứu chế tạo vật liệu từ cứng nanocomposite nền Nd Fe B bằng phương pháp thiêu kết xung diện plasma (Luận văn thạc sĩ)

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là
trung thực và không trùng lặp với các đề tài khác. Mọi sự giúp đỡ cho việc
thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận
văn đã được chỉ rõ nguồn gốc.

Hà Nội, tháng 11 năm 2019

Hồ Công Tình


LỜI CẢM ƠN
Luận văn được thực hiện tại phòng Phòng thí nghiệm Trọng điểm về
Vật liệu và Linh kiện Điện tử và Phòng Vật lý Vật liệu Từ và Siêu dẫn, Viện
Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam dưới sự
hướng dẫn của GS.TS. Nguyễn Huy Dân.
Tôi xin cảm ơn sự hỗ trợ kinh phí của đề tài cấp Bộ Giáo dục và Đào
tạo, mã số B.2018-SP2-11 và thiết bị của Trường ĐHSP Hà Nội 2, để tôi thực
hiện luận văn này.
Tôi cũng xin được cảm ơn toàn thể các thầy giáo, cô giáo trong Học
viện Khoa học và Công nghệ, những người đã dạy dỗ và trang bị cho tôi
những tri thức khoa học trong suốt hai năm học cao học.
Tôi xin được cảm ơn TS. Dương Đình Thắng, TS. Phạm Thị Thanh,
TS. Nguyễn Hải Yến cùng toàn thể cán bộ nghiên cứu trong Phòng Thí
nghiệm Trọng điểm về Vật liệu và Linh kiện Điện tử và Phòng Vật lý Vật liệu
Từ và Siêu dẫn, Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công
nghệ Việt Nam đã giúp đỡ tôi trong quá trình làm luận văn.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến bố mẹ, anh
chị em, bạn bè đã động viên, chia sẻ và giúp đỡ tôi khắc phục khó khăn trong
suốt quá trình học tập, nghiên cứu hoàn thành luận văn này.

Hà Nội, tháng 9 năm 2019

Hồ Công Tình


MỤC LỤC
Trang
MỞ ĐẦU...................................................................................................... 10
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU TỪ NANOCOMPOSITE
NỀN Nd-Fe-B………………………………………………… 13
1.1.

Sơ lược về lịch sử phát triển của vật liệu từ cứng. ............................ 13

1.2.

Vật liệu từ cứng Nd-Fe-B………………………………………....... 15
1.2.1. Phân loại vật liệu từ cứng.......................................................

15

1.2.2. Cấu trúc và tính chất của vật liệu nanocomsite Nd-Fe-B …... 16
1.3.

Cơ chế đảo từ và lực kháng từ trong nam châm Nd-Fe-B ………… 19
1.3.1. Cơ chế đảo từ .......................................................................... 19
1.3.2. Lực kháng từ trong nam châm Nd-Fe-B ……………………. 23
1.3.3. Sự phụ thuộc nhiệt độ của lực kháng từ …………………….. 26

1.4.

Mô hình Kneller – Hawig .................................................................

1.5.

Chế tạo vật liệu từ nanocomposite nền Nd-Fe-B bằng phương pháp

27

nguội nhanh ......................................................................................

33

1.5.1. Phương pháp phun băng nguội nhanh ....................................

33

1.5.2. Ảnh hưởng của tốc độ nguội hợp kim lỏng lên quá trình tạo
pha ....................................................................................................

35

1.5.3. Chế tạo vật liệu nanocomposite bằng cách tinh thể hóa pha vô
định hình ........................................................................................... 37
1.5.4. Chế tạo trực tiếp vật liệu nanocomposite từ hợp kim nóng
chảy................................................................................................... 39
1.6.

Chế tạo vật liệu từ cứng nanocomposite nền Nd-Fe-B bằng phương
pháp thiêu kết xung điện plasma ......................................................

41

Chương 2. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. 46

1


2.1.

Chế tạo vật liệu nanocomposite nền Nd-Fe-B ..................................

46

2.1.1. Chế tạo hợp kim ban đầu bằng phương pháp hồ quang ......... 46
2.1.2. Chế tạo băng nguội nhanh bằng phương pháp phun băng ....

48

2.1.3. Chế tạo bột hợp kim bằng phương pháp nghiền cơ năng
lượng cao .............................................................................. 52
2.1.4. Chế tạo mẫu khối bằng phương pháp thiêu kết xung điện

2.2.

plasma ................................................................................

53

2.1.5. Xử lý nhiệt đối với các mẫu băng..........................................

54

Các phép đo khảo sát mẫu.................................................................

55

2.2.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X....................................................

55

2.2.2. Phép đo từ trễ..........................................................................

57

Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN................................................. 60
3.1. Nghiên cứu chế tạo vật liệu từ cứng nanocomposite
Nd3Tb1Fe71Co5Cu0,5Nb1B18,5 bằng phương pháp thiêu kết xung
điện plasma ........................................................................................ 60
3.2. Nghiên cứu chế tạo vật liệu từ cứng nanocomposite Nd10,5Fe80,5Nb3B6
bằng phương pháp thiêu kết xung điện plasma ................................. 65
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................. 78
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................... 79

2


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
I. DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU
Ah

: Hằng số trao đổi của lớp từ cứng

Am, Ak

: Hằng số trao đổi của pha từ mềm và pha từ cứng

(BH)max

: Tích năng lượng cực đại

bm, bk

: Độ dày vùng pha từ mềm, Độ dày vùng pha từ cứng

Br

: Cảm ứng từ dư

D

: Kích thước hạt trung bình

Dsd

: Kích thước tới hạn đơn đômen

HA

: Trường dị hướng

Hc

: Lực kháng từ

HN

: Trường tạo mầm

HP

: Trường lan truyền vách đômen

hp

: Trường lan truyền rút gọn

k

: Hằng số Bolzman

Mh

: Từ độ

Ms, Mr

: Từ độ bão hòa, từ độ dư

Msk, Msm : Từ độ bão hoà của pha cứng và pha mềm

Mm, Mv

: Từ độ theo khối lượng, thể tích

N

: Hệ số trường từ khử

T

: Nhiệt độ K

TC

: Nhiệt độ Curie

Tm

: Nhiệt độ nóng chảy

Tg

: Nhiệt độ thủy tinh hóa

Tsps

: Nhiệt độ thiêu kết

tsps

: Thời gian thiêu kết

3


ϕ

: Góc nhị diện

1

: Hệ số trường phân tử



: Năng lượng của mỗi đơn vị diện tích trên vách đômen



: Khối lượng riêng



: Góc nhiễu xạ Bragg.



: Độ bán rộng của đỉnh nhiễu xạ

0

: Độ từ thẩm trong chân không

m

: Độ dày vách pha từ mềm

w(x)

: Năng lượng vách đômen phụ thuộc vị trí

II. DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
C-C-T

: Giản đồ nhiệt chuyển pha liên tục

DSC

: Giản đồ nhiệt dung quét vi sai

NCNC

: Nam châm nanocomposite

NCVC

: Nam châm vĩnh cửu

SPS

: Kỹ thuật thiêu kết xung điện plasma

T-T-T

: Giản đồ nhiệt độ - thời gian - chuyển pha

VĐH

: Vô định hình

VLTC

: Vật liệu từ cứng

XRD

: Nhiễu xạ tia X

4


DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang

Bảng 1.1. Các pha vi tinh thể hình thành trong Nd4,5Fe77B18,5 khi ủ
đẳng nhiệt [37]. .....................................................................
Bảng 2.1. Các mẫu khối đã được chế tạo trong luận văn bằng phương pháp
thiêu kết xung điện plasma. ................................................................
Bảng 3.1. Giá trị thông số từ cứng của mẫu khối
Nd3Tb1Fe71Co5Cu0,5Nb1B18,5 thiêu kết tại các nhiệt độ Tsps

khác nhau. …………………………………………………………
Bảng 3.2. Thông số từ cứng của các mẫu khối Nd10,5Fe80,5Nb3B6 chế tạo
bằng phương pháp SPS ở nhiệt độ 700oC, thời gian giữ nhiệt
0,5 và 10 phút. …………………………………………………….
Bảng 3.3. Thông số từ cứng của các mẫu khối Nd10,5Fe80,5Nb3B6 chế tạo
bằng phương pháp SPS ở nhiệt độ (600 ÷ 750oC), thời gian
giữ nhiệt 10 phút…………………………………………………..
Bảng 3.4. Thông số từ cứng của các mẫu khối Nd10,5Fe80,5Nb3B6 chế tạo
bằng phương pháp SPS ở các nhiệt độ khác nhau (600 ÷
650oC) sau đó ủ nhiệt ở nhiệt độ 675oC trong 10 phút. ……..
Bảng 3.5. Thông số từ cứng của các mẫu khối Nd10,5Fe80,5Nb3B6 chế tạo
bằng phương pháp SPS ở các nhiệt độ khác nhau (600 
650oC) ủ nhiệt ở nhiệt độ 700oC trong 10 phút. ………………

5

39
51

64

70

72

73

73

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Trang

Hình 1.1. Sự phát triển của nam châm vĩnh cửu trong thế kỷ 20 [8]. ……. 13
Hình 1.2. Sơ đồ mô phỏng cấu trúc vật liệu nanocomposite Nd-Fe-B [3].. 17
Hình 1.3. Sơ đồ mô phỏng sự kết hợp pha từ cứng và từ mềm của vật liệu
nanocomposite [3]. ………………………………………………….
Hình 1.4. Cấu trúc từ trong quá trình khử từ vật liệu nanocomposite hai
pha cứng-mềm [4]. …………………………………………………..
Hình 1.5. Minh họa quá trình từ hóa, khử từ và vị trí trường tạo mầm HN
[18]. ……………………………………………………………………
Hình 1.6. Đường từ hoá ban đầu và đường từ trễ của nam châm loại mầm
đảo từ và nam châm loại ghim vách đômen [9]. ……………………
Hình 1.7. Vi cấu trúc của mầm đảo từ và ghim vách đômen. Các mầm
đảo từ có thể ở trong hạt (A) hoặc biên hạt (B) và tâm hãm
vách ở vị trí C [9]. …………………………………………………..
Hình 1.8. Các đường cong mô tả quá trình đảo từ của vật liệu có cấu
trúc khác nhau [5]. …………………………………………………..
Hình 1.9. Minh hoạ đường từ trễ cho các loại nam châm khác nhau: tạo
mầm đảo từ ở vách (a), mầm đảo từ không đồng nhất và ghim
vách đômen ở biên hạt (b), mầm đảo từ không đồng nhất và
phân bố trong các hạt (c) [18]. …………………………………….
Hình 1.10. Một số tâm ghim vách đômen: các tâm nằm trên vách phẳng
(a), tâm dạng thanh (b) và tâm tròn (c) [26]. ……………………
Hình 1.11. Hai loại sai hỏng (a) và năng lượng vách đômen phụ thuộc vào
vị trí khi không có từ trường ngoài (b) [30]. …………………….
Hình 1.12. Sự phụ thuộc nhiệt độ của lực kháng từ trong một số nam
châm vĩnh cửu [31].
………………………………………………………...
Hình 1.13. Mẫu vi cấu trúc một chiều và cấu trúc vi từ của vật liệu

composite tương tác trao đổi được sử dụng làm cơ sở để tính
kích thước tới hạn của vùng pha, (a) độ từ hóa đạt bão hòa,

6

17
18
20
20

22
23

24
25
26

27

29


(b)-(c) Sự khử từ khi tăng từ trường nghịch đảo H trong trường
hợp bm >> bcm , (d) Sự khử từ trong trường hợp giảm bm đến
kích thước tới hạn bcm [32]. ……………………………...............
Hình 1.14. Cấu trúc hai chiều lí tưởng của nam châm đàn hồi [6]. ............ 32
Hình 1.15. Các đường cong khử từ điển hình: (a). Có tương tác trao đổi,
bm = bcm (b). Có tương tác trao đổi với vi cấu trúc dư thừa, bm
>> bcm (c). Chỉ có pha từ cứng. (d). Hai pha từ cứng, từ
mềm không tương tác với nhau [5]. ...................................... 33

Hình 1.16. Sơ đồ thiết bị phun băng trống quay đôi [3]. ............................. 34
Hình 1.17. Hình ảnh thiết bị phun băng trống quay đơn [3]. ...................... 35
Hình 1.18. Giản đồ C-C-T biểu diễn các đường nguội tạo pha vô định
hình hoặc tinh thể hoá [6]. .........................................................
Hình 1.19. Giản đồ C-C-T cho nanocomposite Fe3B/Nd2Fe14B, các đường
cong nguội liên tục tương ứng với các tốc độ nguội khác nhau
[33]. ............................................................................................
Hình 1.20. Sự thay đổi nhiệt độ của băng nguội nhanh Nd4,5Fe77B18,5
theo thời gian với các tốc độ khác nhau của trống quay [34].....
Hình 1.21. Các giản đồ nhiệt dung quét vi sai (Differential Scanning
Calorimetry - DSC) của vật liệu vô định hình Nd4,5Fe77B18,5 với
các tốc độ quét nhiệt khác nhau [36]. ........................................
Hình 1.22. Ảnh nhiễu xạ tia X của băng nguội nhanh Nd4Fe77,5B18,5 với
các vận tốc trống quay khác nhau [37]. ………………………….
Hình 1.23. Sơ đồ cấu trúc của thiết bị thiêu kết xung điện Plasma [37]….

36

36
37

38
40
42

Hình 1.24. Mô tả quá trình triệt tiêu vùng rỗng giữa các hạt trong SPS [38].. 43
Hình 1.25. So sánh quá trình ép giữa SPS và HP (Hot Press) trên bột hợp
kim nhôm (a); Sự phụ thuộc của độ xốp vào quá trình lên nhiệt
(b) [36]. ………………………………………………………………. 44
Hình 1.26. Nam châm dị hướng NdFeB chế tạo bằng phương pháp SPS

[39]. ........................................................................................... 45
Hình 2.1. Sơ đồ khối của hệ nấu mẫu bằng lò hồ quang. ………………….. 46
Hình 2.2. Ảnh hệ nấu hợp kim hồ quang ………………………………………. 47

7


Hình 2.3. Sơ đồ khối của hệ phun băng nguội nhanh ………………………. 49
Hình 2.4. Ảnh toàn bộ thiết bị phun băng nguội nhanh ............................. 50
Hình 2.5. Nguyên lý kỹ thuật nghiền cơ năng lượng cao [3]...................... 52
Hình 2.6. Máy nghiền cơ SPEX 8000D (a), cối và bi nghiền (b). ………... 53
Hình 2.7. Ảnh thiết bị SPS Labox-210. …………………………………….… 53
Hình 2.8.

Khuôn và chày grafit sử dụng trong SPS. …………………………..…. 54

Hình 2.9.

Lò ủ nhiệt Thermolyne. ………………………………………………….. 54

Hình 2.10. Mô hình hình học của hiện tượng. ………………………………... 55
Hình 2.11. Thiết bị Siemen D-5000. ……………………………………………. 56
Hình 2.12. Sơ đồ nguyên lý hệ đo từ trường xung. …………………………... 57
Hình 2.13. Hệ đo từ trường xung. ……………………………………………… 58
Hình 3.1. Khuôn graphit và các mẫu khối Nd3Tb1Fe71Co5Cu0,5Nb1B18,5
chế tạo bằng phương pháp SPS. ...………………………………… 60
Hình 3.2. Phổ XRD mẫu băng và mẫu khối của vật liệu
Nd3Tb1Fe71Co5Cu0,5Nb1B18,5. ………………………………………. 61
Hình 3.3. Chế độ thiêu kết của bột Nd3Tb1Fe71Co5Cu0,5Nb1B18,5. ………… 62
Hình 3.4. Đường cong từ trễ của mẫu Nd3Tb1Fe71Co5Cu0,5Nb1B18,5: Dạng

băng chưa ủ nhiệt (a) và dạng khối ở các nhiệt độ thiêu kết
SPS khác nhau (b) . …………………………………………………. 63
Hình 3.5.

Giản đồ XRD (a) và đường cong từ trễ (b) của mẫu băng nguội
nhanh Nd10,5Fe80,5Nb3B6. ………………………………………………….. 66

Hình 3.6. . a) Đường cong từ trễ của các mẫu Nd10,5Fe80,5Nb3B6 chế tạo
bằng phương pháp SPS ở các nhiệt độ 650oC, 700oC và 750oC,
thời gian giữ nhiệt 5 phút; b) Đường biểu diễn sự phụ thuộc
của Hc theo nhiệt độ thiêu kết Tsps. ………………………………... 68
Hình 3.7. a) Đường cong từ trễ của các mẫu Nd10,5Fe80,5Nb3B6 chế tạo
bằng phương pháp SPS ở nhiệt độ 700oC, thời gian giữ nhiệt
0,5 và 10 phút; b) Đường biểu diễn sự phụ thuộc của Hc theo
thời gian thiêu kết tsps. ………………………………………….….. 69

8


Hình 3.8.

a) Đường cong từ trễ của các mẫu Nd10,5Fe80,5Nb3B6 chế tạo
bằng phương pháp SPS ở nhiệt độ (600 ÷ 750oC) thời gian
giữ nhiệt 10 phút; b) Đường biểu diễn sự phụ thuộc của H c
theo nhiệt độ thiêu kết Tsps. ……………..………………………… 71

Hình 3.9.

a) Đường cong từ trễ của các mẫu Nd10,5Fe80,5Nb3B6 chế tạo
bằng phương pháp SPS ở các nhiệt độ khác nhau (600 ÷

650oC) sau đó ủ nhiệt ở nhiệt độ 675oC trong 10 phút; b)
Đường biểu diễn sự phụ thuộc của Hc theo nhiệt độ thiêu kết
Tsps.khi ủ ở nhiệt độ 675oC. ……………………………………… 74

Hình 3.10. a) Đường cong từ trễ của các mẫu Nd10,5Fe80,5Nb3B6 chế tạo
bằng phương pháp SPS ủ nhiệt ở nhiệt độ 700oC trong 10
phút; b) Đường biểu diễn sự phụ thuộc của Hc theo nhiệt độ
thiêu kết Tsps khi ủ ở nhiệt độ 700oC. …………………………….. 75
Hình 3.11. Đường cong từ trễ của các mẫu Nd10,5Fe80,5Nb3B6 chế tạo bằng
phương pháp SPS ủ nhiệt ở nhiệt độ 725oC trong 10 phút. ….. 76

9


MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Vật liệu từ cứng (VLTC) được biết đến từ rất sớm bởi người Trung
Quốc và Hy Lạp cổ đại. Cho đến nay, vật liệu từ cứng vẫn luôn thu hút được
sự quan tâm nghiên cứu của các nhà khoa học cả về cơ chế và ứng dụng.
Ngày nay vật liệu từ cứng đã có mặt rất nhiều trong các thiết bị gia dụng cũng
như trong các thiết bị khoa học kỹ thuật, y học, công nghệ thông tin, tự động
hóa… Do vậy, có thể nói VLTC là một vật liệu quan trọng trong đời sống xã
hội.
Hiện nay, một loại vật liệu từ cứng đang được các nhà khoa học tập
trung nghiên cứu là vật liệu từ cứng nanocomposite. Vật liệu này gồm các pha
từ mềm và từ cứng ở kích thước nanomet. Hiệu ứng tương tác trao đổi đàn hồi
giữa pha từ cứng và pha từ mềm ở kích thước nanomet cho phép khai thác
được từ độ bão hòa lớn của pha từ mềm và lực kháng từ cao của pha từ cứng,
để tạo nên một vật liệu có tích năng lượng (BH)max lớn. Loại vật liệu này có
thể chỉ cần một lượng đất hiếm bằng 1/3 so với nam châm chế tạo bằng phương

pháp thiêu kết nên làm tăng độ bền cơ học, hóa học và giảm đáng kể giá thành.
Mặt khác công nghệ chế tạo cũng đơn giản và dễ dàng tạo được nam châm có
hình dạng phức tạp theo yêu cầu. Tuy nhiên, vật liệu từ cứng nanocomposite
mới chỉ cho tích năng lượng (BH)max thực tế cỡ 20 MGOe còn cách xa giá trị lý
thuyết (> 100 MGOe), nhiệt độ Curie thấp, công nghệ chế tạo chưa ổn định.
Điều đó đặt ra mục tiêu nghiên cứu tìm ra công nghệ để nâng cao tính chất từ
và ổn định các tham số của vật liệu.
Một phương pháp chế tạo vật liệu nano đang được sử dụng nhiều hiện
nay là phương pháp phun băng nguội nhanh sau đó ủ nhiệt, do nó có những
ưu điểm như: Dễ khống chế kích thước hạt, thành phần pha và đây là phương
pháp đơn giản, dễ thực hiện. Hơn nữa, với lượng đất hiếm thấp sẽ giúp tăng
10


độ bền hóa học và giảm giá thành của vật liệu. Để chế tạo nam châm kết dính,
người ta dùng các bột từ băng nguội nhanh trộn với chất kết dính theo các tỷ
lệ khác nhau. Thực tế, các nam châm kết dính này có lực kháng từ còn thấp và
cấu trúc mật độ hạt chưa cao cũng như chất kết dính không chịu được nhiệt độ
cao khi thiết bị làm việc trong môi trường khắc nghiệt. Các nhược điểm này
có thể được khắc phục bằng cách thay đổi thành phần hợp kim (pha tạp thêm
các nguyên tố khác) để tăng cường lực kháng từ và ép kết dính bằng xung
điện hay áp suất cao mà không cần chất kết dính hữu cơ. Cho đến nay, rất
nhiều nhà khoa học đang nỗ lực hết mình để vượt qua thách thức này. Bằng
phương pháp thiêu kết xung điện plasma – SPS, bột hợp kim nguội nhanh có
thể tự kết dính mà không cần keo hữu cơ để tạo thành nam châm đàn hồi có
mật độ cao.
Vấn đề đặt ra là làm cách nào để nâng cao được các thông số từ cho vật
liệu, tăng độ bền cơ học, hóa học và giảm giá thành, ổn định công nghệ chế
tạo vật liệu?
Từ những lý do trên chúng tôi quyết định chọn đề tài nghiên cứu của

luận văn là: “Nghiên cứu chế tạo vật liệu từ cứng nanocomposite nền NdFe-B bằng phương pháp thiêu kết xung điện plasma”.
2. Mục đích nghiên cứu
Chế tạo được vật liệu từ cứng nanocomposite nền Nd-Fe-B dạng khối
bằng phương pháp có thể ứng dụng trong thực tế.
3. Nhiệm vụ ý nghĩa của nghiên cứu
Chế tạo vật liệu từ cứng nanocomposite chứa các pha từ cứng và từ mềm
với tỉ lệ các mẫu khác nhau.
Khảo sát cấu trúc và tính chất từ của mẫu chế tạo được.
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
11


Vật liệu từ cứng nanocomposite nền Nd-Fe-B khối.
5. Phương pháp nghiên cứu
Luận văn được tiến hành theo phương pháp thực nghiệm. Hợp kim ban
đầu được chế tạo bằng lò hồ quang, sau đó được phun thành băng nguội
nhanh trên thiết bị ZKG-1. Các băng nguội nhanh được nghiền thành bột và
được sử dụng trong ép thiêu kết bằng xung điện plasma, Việc phân tích pha
và kiểm tra cấu trúc tinh thể của mẫu được thực hiện bằng phương pháp nhiễu
xạ tia X trên thiết bị Siemen D5000 và đo tính chất từ trên hệ từ kế mẫu rung
VSM.
6. Đóng góp của đề tài
Chế tạo và nghiên cứu tính chất từ của vật liệu nanocomposite dạng khối
chế tạo bằng phương pháp thiêu kết xung điện plasma.
Ngoài phần Mở đầu, Kết luận và Tài liệu tham khảo, luận văn gồm 3
chương:
Chương 1: Tổng quan về vật liệu từ cứng nanocomposite nền
Nd-Fe-B.
Chương 2: Nguyên vật liệu và phương pháp nghiên cứu.
Chương 3: Kết quả và thảo luận.

Luận văn được thực hiện tại Phòng thí nghiệm Trọng điểm về Vật liệu
và Linh kiện Điện tử và Phòng Vật lý Vật liệu Từ và Siêu dẫn, Viện Khoa học
vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.

12


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU TỪ CỨNG
NANOCOMPOSITE NỀN Nd-Fe-B
1.1. SƠ LƯỢC VỀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN VẬT LIỆU TỪ CỨNG
Tính chất từ của VLTC được đặc trưng bởi các tham số như lực kháng
từ Hc, cảm ứng từ dư Br, tích năng lượng cực đại (BH)max, nhiệt độ Curie TC...
Các tham số này có thể thu được từ đường cong từ trễ M(H) và từ nhiệt M(T).
Trong đó, tích năng lượng cực đại (BH)max (đặc trưng cho khả năng tích trữ
năng lượng từ) được coi là một thông số từ quan trọng nhất để đánh giá chất
lượng của VLTC. Nam châm vĩnh cửu sử dụng VLTC đầu tiên (thép kỹ thuật)
được chế tạo vào những năm 1740 có (BH)max  1 MGOe. Giá trị tích năng
lượng này khá thấp, do đó phải dùng một lượng lớn kim loại mới tạo ra được
nam châm có lực hút đủ mạnh. Điều đó đặt ra yêu cầu cần phải nghiên cứu
nâng cao (BH)max cho vật liệu. Nhờ nỗ lực nghiên cứu của các nhà khoa học,
tích năng lượng (BH)max của vật liệu sau đó được tăng lên khá nhanh. Trong
thế kỉ XX cứ sau 20 năm (BH)max tăng gấp 3 lần (hình 1.1) [8].

Nanocomposite
NdFeB

Hình 1.1. Sự phát triển của nam châm vĩnh cửu trong thế kỷ 20 [8].
Để có được những tiến bộ này, các nhà khoa học về vật liệu từ một mặt
tập trung trong việc tìm kiếm vật liệu mới, mặt khác hoàn thiện công nghệ chế

13


tạo. Tiến bộ đầu tiên trong nâng cao phẩm chất từ được đánh dấu bằng việc
phát hiện ra hợp kim Alnico bởi Mishima (Nhật Bản) vào năm 1932 [1]. Hợp
kim này được chế tạo bởi quá trình hợp kim hóa ba nguyên tố Ni, Co và Fe có
pha một lượng nhỏ Al và Cu, lực kháng từ Hc đạt khoảng 0,63 kOe. Đến năm
1956 hợp kim Alnico9 có (BH)max đã đạt tới 10 MGOe được chế tạo với tính
dị hướng lớn do vi cấu trúc dạng cột (dị hướng hình dạng). Nhờ có nhiệt độ
Curie cao (850oC) nên hiện nay nam châm này vẫn còn được sử dụng. Nhược
điểm của vật liệu này là lực kháng từ Hc bé (~ 2 kOe) [9].
Năm 1967 vật liệu SmCo5 được tìm ra và trở thành nam châm đất hiếm
đầu tiên có giá trị thương mại. Hợp chất này có dị hướng từ tinh thể cao. Đầu
tiên nó được chế tạo ở dạng nam châm kết dính có (BH) max  5 MGOe, đến
năm 1969, nam châm SmCo5 được chế tạo ở dạng thiêu kết cho (BH)max  20
MGOe. Năm 1976, vật liệu trên cơ sở Sm2Co17 có (BH)max  30 MGOe được
chế tạo theo công nghệ luyện kim bột và xử lý ở nhiệt độ 1100 oC. Nếu quy
trình chế tạo hợp lý vật liệu sẽ có vi cấu trúc dạng hạt, pha Sm2(Co,Fe)17 được
bao quanh bởi pha biên Sm(Co,Cu)5. Lực kháng từ tăng nhờ cơ chế ghim
vách đômen ở biên hạt [10]. Mặc dù vậy, nguyên tố Co là mặt hàng chiến
lược, giá thành đắt do đó việc cấp thiết là tìm ra vật liệu từ mới chứa ít hoặc
không chứa Co. Đầu tiên người ta chú ý đến những vật liệu có trữ lượng lớn ở
vỏ trái đất. Mặt khác, chúng phải có mômen từ nguyên tử cao. Hai nguyên tố
Nd và Fe thoả mãn các điều kiện đó [2]. Các hướng nghiên cứu tập trung vào
việc tìm ra vật liệu từ có thông số từ cứng tốt mà thành phần nền là Nd-Fe.
Năm 1983, nhóm Sawaga ở công ty Sumitomo (Nhật bản) bằng phương
pháp luyện kim bột tương tự như phương pháp chế tạo SmCo5 đã chế tạo thành
công nam châm vĩnh cửu có thành phần Nd8Fe77B5 có (BH)max  36,2 MGOe
[11]. Cũng năm đó, Croat và cộng sự ở công ty General Motors (Mỹ) bằng
phương pháp phun băng nguội nhanh đã chế tạo được nam châm vĩnh cửu có

thành phần Nd2Fe14B có (BH)max ~ 14 MGOe [12]. Đến nay bằng phương pháp
thiêu kết, một số phòng thí nghiệm trên thế giới đã chế tạo được vật liệu từ

14


Nd2Fe14B có (BH)max  57 MGOe. Nam châm Nd-Fe-B thiêu kết là loại nam
châm rất mạnh nhưng chúng có một số nhược điểm như giá thành đắt, độ bền
hóa học không cao do chứa nhiều đất hiếm. Đến năm 1988, Coehoorn và các
cộng sự ở phòng thí nghiệm Philip Research (Hà Lan) đã phát minh ra loại vật
liệu mới có (BH)max  12,4 MGOe [13]. Vật liệu này chứa nhiều pha, bao gồm
hai pha từ mềm Fe3B (73% thể tích), -Fe (12% thể tích) và pha từ cứng
Nd2Fe14B (15% thể tích). Các hạt từ cứng và từ mềm trong nam châm này có
kích thước nanomet, ở kích thước này chúng tương tác trao đổi đàn hồi với
nhau làm véc tơ từ độ của chúng định hướng song song dẫn đến từ độ bão hòa
được nâng cao và tính thuận nghịch trong khử từ rất cao.
Các mô hình tính toán lý thuyết cho thấy, tích năng lượng cực đại
(BH)max của loại vật liệu có cấu trúc xen kẽ giữa các pha từ cứng (Nd 2Fe14B,
Sm2Fe13N3...) và pha từ mềm (-Fe, Fe3B, Fe65Co35...) ở kích thước nanomet
có thể đạt trên 100 MGOe. Trên thực tế, vật liệu loại này mới chỉ đạt cỡ 20
MGOe. Như vậy, khả năng để chế tạo ra các vật liệu từ cứng có tích năng
lượng cao vẫn còn rất rộng mở. Hiện nay, nhiều nhóm nghiên cứu trên thế giới
vẫn tiếp tục xây dựng các mô hình lý tưởng cho loại VLTC có cấu trúc
nanomet này. Các nhóm nghiên cứu thực nghiệm thì tiếp tục tìm kiếm các hợp
phần mới và các công nghệ mới để nâng cao phẩm chất và làm giảm giá thành
của vật liệu.
1.2. VẬT LIỆU TỪ CỨNG Nd-Fe-B
1.2.1. Phân loại vật liệu từ cứng Nd-Fe-B
Vật liệu từ cứng Nd-Fe-B được ứng dụng chủ yếu dưới hai dạng được
gọi là: nam châm thiêu kết và nam châm kết dính. Nam châm thiêu kết có tính

dị hướng và có tích năng lượng (BH)max thực tế đã đạt được cao hơn khá
nhiều so nam châm kết dính có tính đẳng hướng. Tuy nhiên, loại nam châm
kết dính ngày càng được quan tâm nghiên cứu và ứng dụng nhiều hơn bởi
công nghệ đơn giản hơn và có thể giảm được nồng độ đất hiếm (có giá thành

15


đắt). Nam châm kết dính đàn hồi còn là một đối tượng cho nghiên cứu cơ bản
vì các đặc trưng từ của nó gắn liền với cấu trúc nanomet trong vật liệu.
* Nam châm thiêu kết Nd-Fe-B
Trong nam châm thiêu kết Nd-Fe-B, có các hạt từ kích thước vài
micromet được liên kết nhau bởi một pha phi từ giàu Nd ở biên hạt. Vật liệu
này có tính dị hướng cao, tích năng lượng cực đại (BH)max khá lớn, kỷ lục
(BH)max hiện nay đạt được trong phòng thí nghiệm là 57 MGOe, đạt 86% giá
trị (BH)max tính theo lý thuyết (64 MGOe) và có lực kháng từ Hc trên 10 kOe.
Hiện nay nam châm loại này chiếm một tỷ phần lớn về giá trị trong công
nghiệp nam châm. Loại nam châm này đã có rất nhiều ứng dụng trong thực tế.
* Nam châm kết dính Nd-Fe-B
Nam châm kết dính gồm các hạt hợp kim trên cơ sở Nd2Fe14 được chế
tạo bằng phương pháp nguội nhanh hay phương pháp phân hủy-tái hợp trong
khí Hydro các hạt hợp kim này được kết dính với nhau bằng keo hữu cơ. Mặc
dù, nam châm kết dính có tích năng lượng (BH)max nhỏ (< 12 MGOe), nhưng
vẫn thu hút rất nhiều các nhà khoa học bởi khả năng phát triển và ứng dụng
rộng rãi của chúng trong thực tế, do giá thành rẻ, độ bền cao và dễ chế tạo
theo hình dạng mong muốn. Vi cấu trúc của vật liệu này có kích thước nano.
Ở kích thước này vật liệu có những tính chất mới mà ở kích thước thông
thường chúng không thể có được.
1.2.2. Cấu trúc và tính chất của vật liệu nanocomposite Nd-Fe-B
* Cấu trúc của vật liệu nanocomposite Nd-Fe-B

Vật liệu nanocomposite hay còn gọi là nam châm đàn hồi là vật liệu tổ
hợp hai pha cứng mềm ở kích thước nanomet (hình 1.2).
Với cấu trúc nanomet các hạt từ cứng (Nd2Fe14B) liên kết với các hạt từ
mềm (-Fe, Fe3B) thông qua tương tác trao đổi đàn hồi. Tương tác này làm
các véctơ mômen từ của hạt từ mềm bị "khoá" bởi các hạt từ cứng nên khó
đảo chiều dưới tác dụng của từ trường ngoài, như vậy các hạt từ mềm đã bị

16


Hình 1.2. Sơ đồ mô phỏng cấu trúc vật liệu nanocomposite Nd-Fe-B [3].
"cứng" hóa. Do đó, chúng có Hc cỡ như của pha từ cứng nhưng từ độ bão hòa
của chúng Msm lại lớn hơn Ms,c của pha từ cứng nên có khả năng cho (BH)max
lớn. Một cách lý tưởng là làm sao kết hợp được ưu điểm từ độ bão hòa cao
của pha từ mềm và tính dị hướng từ lớn của pha từ cứng để tạo ra vật liệu có
phẩm chất từ tốt như được minh họa trên hình 1.3.

M

M
H
Pha cứng

M

H
Pha mềm

H
Nam châm đàn hồi

Hình 1.3. Sơ đồ mô phỏng sự kết hợp pha từ cứng và từ mềm của
vật liệu nanocomposite [3].
* Tính chất của vật liệu nanocomposite Nd-Fe-B
Lực kháng từ và độ vuông đường trễ của vật liệu này phụ thuộc vào vi
cấu trúc. Lực kháng từ thay đổi trong khoảng khá rộng từ cỡ 2 kOe đến cỡ 15
kOe và tích năng lượng thay đổi trong khoảng từ vài MGOe đến 20 MGOe.
Nhiệt độ Curie của vật liệu này được quyết định bởi pha từ cứng Nd2Fe14B (~
585 K). Đã có rất nhiều các công trình nghiên cứu cả về lý thuyết lẫn thực
nghiệm để tìm ra vi cấu trúc tối ưu cho loại vật liệu này.
Griffith M.K và các cộng sự [14] đã quan sát trên các hệ hạt có kích

17


thước nhỏ hơn 20 nm và thấy rằng khi các hạt nano lân cận tương tác với nhau,
trục dễ từ hóa ở vùng giáp ranh có thể bị biến đổi dẫn đến tăng cường độ từ dư.
Nhưng kích thước hạt nhỏ cũng làm giảm dị hướng từ và do đó làm giảm lực
kháng từ. Hiện tượng từ độ dư được tăng cường được giải thích một cách định
tính là do tương tác của các hạt thực hiện thông qua mômen từ ở bề mặt, làm
cho định hướng của các mônen này lệch khỏi trục từ hóa dễ địa phương của
chúng.

Hình 1.4. Cấu trúc từ trong quá trình
khử từ

vật liệu nanocomposite hai

pha cứng-mềm [4].
Mô hình lý tưởng của vật liệu nanocomposite Nd-Fe-B, gồm các lớp từ

cứng xen kẽ với các lớp từ mềm. Nghĩa là một lớp pha từ mềm nằm giữa hai
lớp từ cứng mô men từ nguyên tử của các lớp này được giả thiết là song song
với nhau như trên hình 1.4. Cấu hình mômen từ của lớp từ mềm được xác định
bởi sự cân bằng năng lượng trao đổi và năng lượng Zeeman. Các mômen từ
quay một cách liên tục, giống như cấu hình mômen từ trong một vách đô-men,
từ góc  = 0 ở bề mặt đến  = max ở tâm của lớp mềm khi từ trường ngoài tác
dụng. Từ trường ngoài nhỏ, lớp từ mềm giữ định hướng hoàn toàn dọc theo
hướng từ độ của pha cứng như kết quả của tương tác qua các bề mặt. Khi
trường ngoài tiếp tục tăng, vách đô-men trong lớp mềm ép liên tục vào bề mặt
tiếp xúc giữa hai lớp cứng-mềm, cho đến khi nó thâm nhập vào trong lớp cứng
và quá trình đảo từ hoàn toàn xảy ra. Trường tạo mầm Hn, trường mà tại đó
diễn ra sự đảo từ độ từ trạng thái bão hòa, theo [15] được tính bởi công thức:
Hn 

12 As
M s ds2

(1.1)

trong đó, Ms, As và ds là từ độ, hằng số trao đổi và chiều dày của lớp từ mềm.
18


Trong trường hợp các bề mặt tiếp xúc giữa các pha sắc nét và giả sử từ
độ và hằng số trao đổi là tương tự ở cả hai kiểu lớp, trường lan truyền, Hp
được tính bởi Aharoni [16]. Lúc dh nhỏ, Hp sẽ rất nhỏ, khi dh = h (dh và h là
chiều dầy lớp từ cứng và chiều rộng vách đô-men), Hp tăng đến giá trị lớn
nhất khoảng 0,5 HA (HA là trường dị hướng pha từ cứng) còn khi d h→, Hp
giảm đến 0,25 HA. Trường hợp từ độ và hằng số trao đổi trong lớp từ cứng và
mềm khác nhau về giá trị thì trường lan truyền rút gọn h p = Hp/HA ở dh lớn trở

thành:
hp 

1
(1  1 ) 2

(1.2)

Với 1 = MhAh/MsAs và Mh và Ah là từ độ và hằng số trao đổi của lớp
từ cứng. Kết quả đo thực nghiệm trường lan truyền cho thấy h p cỡ 0,15. Giá
trị này nhỏ hơn giá trị tính toán lý thuyết ở trên. Nguyên nhân có thể do lớp
tiếp xúc giữa các lớp trong vật liệu thực tế không sắt nét lý tưởng, trong khi
trường lan truyền lại tỉ lệ trực tiếp với đạo hàm của năng lượng vách đô-men
trên diện tích. Đó là những yếu tố gây lên sự sai khác trong giá trị tính toán.
1.3. CƠ CHẾ ĐẢO TỪ VÀ LỰC KHÁNG TỪ TRONG NAM CHÂM NdFe-B
1.3.1. Cơ chế đảo từ
Ở trạng thái khử từ nhiệt, nam châm tồn tại các đômen từ, các đômen
này được ngăn cách bởi vách đômen. Việc hình thành các đômen từ được giải
thích trên cơ sở nguyên lý cực tiểu năng lượng của một hệ ở trạng thái bền.
Dưới tác dụng của từ trường ngoài, vách đômen sẽ dịch chuyển theo xu
hướng đômen thuận lợi được mở rộng và đômen không thuận lợi bị thu hẹp,
để có lợi về mặt năng lượng. Dựa vào khả năng dịch chuyển vách đômen
người ta đưa ra hai cơ chế chính tạo lực kháng từ: cơ chế mầm đảo từ (nam
châm mầm đảo từ-Nucleation) và cơ chế hãm dịch chuyển vách đômen hay
cơ chế ghim vách đômen (nam châm loại ghim vách đômen-Pinning) [17].
Hai đại lượng cần để mô tả các cơ chế đảo từ này đó là trường tạo mầm HN,

19

được định nghĩa là giá trị của từ trường (ngược với hướng từ hóa ban đầu) mà
tại đó các mầm đảo từ bắt đầu xuất hiện (hình 1.5) và HP là từ trường đủ để
làm dịch chuyển vách đômen. Lưu ý rằng khi một mầm đảo từ được hình
thành cùng với một vách đômen tương ứng, vách đômen này không thể dịch
chuyển khi giá trị từ trường ngoài đảo chiều chưa vượt quá HP.
Hai cơ chế lực kháng từ trên được hình thành liên quan đến quá trình
đảo từ độ của nam châm từ cứng. Cơ chế đầu được điều khiển bằng mầm đảo
từ. Cơ chế lực kháng từ còn lại được điều khiển bằng quá trình dịch chuyển
vách đômen. Tuy nhiên, hai quá trình này không xảy ra độc lập mà thường
xảy ra đồng thời trong vật liệu [19], [20]. Cơ chế nào trội hơn phụ thuộc vào
bản chất và các thông số vi cấu trúc của vật liệu đó. Không có phép đo đơn lẻ
nào có thể đưa ra kết luận chính xác về cơ chế lực kháng từ trong nam châm
mà phải cần đến bốn phép đo bao gồm: đường từ hóa ban đầu, đường từ trễ
chưa bão hòa, lực kháng từ phụ thuộc nhiệt độ và lực kháng từ phụ thuộc góc.

Hình 1.5. Minh họa quá trình từ

Hình 1.6. Đường từ hoá ban đầu và

hóa, khử từ và vị trí trường tạo mầm

đường từ trễ của nam châm loại mầm

HN [18].

đảo từ và nam châm loại ghim vách
đômen [9].

Trước tiên, cơ chế lực kháng từ có thể phân biệt thông qua quan sát

20


đường cong từ hóa ban đầu ở trạng thái khử từ nhiệt (hình 1.6). Độ cảm từ
ban đầu cao cho thấy vách đômen di chuyển dễ dàng và ngược lại độ cảm từ
ban đầu thấp có thể do vách đômen bị ghim. Với các mẫu đã được khử từ
hoàn toàn (khử từ bằng nhiệt độ), cơ chế lực kháng từ được xác định thông
qua sự phụ thuộc của kích thước hạt D với kích thước tới hạn đơn đômen Dsd.
Trong trường hợp D > Dsd, hạt có cấu trúc đa đômen. Nếu trong hạt không
chứa các tạp hay tâm ghim thì độ cảm từ ban đầu của mẫu là lớn (đường 1
hình 1.6) bởi vì vách đômen di chuyển tự do. Khi đó, từ trường cần thiết để
làm vách đômen dịch chuyển là NMs (Ms là từ độ bão hòa và N là hệ số khử
từ của các hạt) và quá trình đảo từ độ được điều khiển bằng mầm đảo từ. Nếu
các hạt không đồng nhất, vách đômen được ghim ở những vị trí này trong hạt.
Để di chuyển vách đômen, từ trường ngoài phải lớn hơn trường HP, và độ cảm
từ ban đầu của mẫu là thấp (đường 2 hình 1.6). Trong trường hợp đó, cơ chế
trội hơn là cơ chế mầm nếu HN > HP và là cơ chế ghim nếu HN < HP. Với
những hạt đơn đômen, D  Dsd độ cảm từ sẽ luôn luôn là thấp và không phụ
thuộc vào sự bất đồng nhất trong các hạt. Quá trình đảo từ của các hạt đơn
đômen sẽ diễn ra chỉ bằng sự quay từ độ và đòi hỏi một từ trường ngoài lớn.
Phép đo khác để nhận biết cơ chế lực kháng từ đó là phép đo các đường
từ trễ chưa bão hòa (vật liệu chưa được từ hóa bão hòa). Becker J. J. đã chỉ ra
rằng giá trị lực kháng từ sẽ phụ thuộc vào cường độ từ trường từ hóa ban đầu
[21]. Trong vật liệu cơ chế mầm đảo từ, giá trị cường độ từ trường từ hóa tối
thiểu cần thiết để có được lực kháng từ tối đa là nhỏ hơn nhiều so với lực
kháng từ. Ngược lại, với vật liệu kiểu cơ chế ghim, trường từ hóa tối thiểu
tương đương với lực kháng từ. Tuy nhiên, trong trường hợp vật liệu chứa các
hạt đơn đômen, cơ chế mầm sẽ dẫn đến kết quả tương tự như cơ chế ghim của
vật liệu đa đômen. Vì vậy, việc xác định cơ chế lực kháng từ dựa trên các
đường từ trễ chưa bão hòa đòi hỏi phải biết được cỡ hạt đơn đômen và cỡ hạt

trung bình. Lực kháng từ phụ thuộc vào góc trong vật liệu đẳng hướng ít có ý
nghĩa thực nghiệm. Do đó, phép đo lực kháng từ phụ thuộc nhiệt độ là cần

21


thiết hơn.
Hướng từ độ ban đầu
Hướng từ độ đảo
Vách Block
Hướng dịch vách Block
Tâm hãm vách
Hình 1.7. Vi cấu trúc của mầm đảo từ và ghim vách đômen. Các mầm đảo từ
có thể ở trong hạt (A) hoặc biên hạt (B) và tâm hãm vách ở vị trí C [9].
Phép đo này cùng với các phép đo đường từ hóa ban đầu và đường từ
trễ không bão hòa làm sáng tỏ cơ chế lực kháng từ trong nam châm. Sự khác
nhau giữa hai cơ chế lực kháng từ trong phép đo lực kháng từ theo nhiệt độ
thể hiện qua sự làm khớp với các mô hình tính toán lý thuyết [22], [23].
Như đã trình bày ở trên, lực kháng từ không chỉ được quy định bởi tính
chất từ nội tại của nam châm mà còn bị ảnh hưởng mạnh bởi vi cấu trúc của
nó. Hình 1.7 mô tả vi cấu trúc của mầm đảo từ và ghim vách đômen. Khi các
khuyết tật nhỏ, phân tán trong hạt (vị trí A) hoặc biên hạt (vị trí B) thì trường
trao đổi, trường khử từ và trường dị hướng tạo ra các mầm đảo từ cục bộ
trong vật liệu làm suy giảm lực kháng từ. Vì vậy, để tăng lực kháng từ trong
nam châm loại mầm đảo từ cần phải giảm thiểu lượng tâm sai hỏng phân tán
trong các hạt và làm nhẵn bề mặt hạt bằng cách thiêu kết có pha lỏng và xử lý
nhiệt. Tuy nhiên, khi kích thước các sai hỏng lớn và nhiều thì chúng lại có tác
dụng ghim vách đômen như vị trí C. Quá trình đảo từ phụ thuộc vào vi cấu
trúc của vật liệu được thể hiện trên hình 1.8. Đối với nam châm đẳng hướng
các hạt không tương tác, đường cong đảo từ (khử từ) đi theo đường chấm

gạch. Do tính chất đẳng hướng nên các hướng của trục dễ là ngẫu nhiên, dẫn
đến khi từ trường ngoài giảm về 0, mômen từ tổng cộng Mr2 bằng M/2. Tiếp
tục giảm từ trường ngoài về giá trị âm, các mômen từ theo hướng từ trường

22


ngoài làm cho từ độ giảm dần và độ
vuông đường từ trễ thấp. Đối với nam
châm dị hướng, sau khi được từ hoá
bão hoà, toàn bộ các mômen từ nằm
theo hướng trục dễ và song song với
nhau. Vì vậy, khi giảm từ trường ngoài
về 0, từ độ trong mẫu vẫn được giữ
nguyên gần như trạng thái bão hoà, do
đó ở trạng thái từ dư Mr1  Ms. Tiếp

Hình 1.8. Các đường cong mô tả

tục giảm từ trường ngoài về giá trị âm,

quá trình đảo từ của vật liệu có cấu

mômen từ của mẫu không đổi cho đến

trúc khác nhau [5].

khi từ trường ngoài có giá trị đủ lớn bằng HN.
Tuy nhiên, với nam châm có cơ chế lực kháng từ kiểu ghim vách
đômen, quá trình đảo từ không xảy ra một cách dễ dàng như vậy do sự có mặt

của các tâm hãm vách liên kết như vị trí C trong hình 1.7. Do đó, các mômen
từ không đảo đột ngột và đường cong khử từ trong trường hợp này sẽ lớn hơn
so với nam châm mầm đảo từ (đường liền nét ABC’).
1.3.2. Lực kháng từ trong nam châm Nd-Fe-B
* Nam châm loại mầm đảo từ
Trong nam châm loại mầm đảo từ, các vách đômen trong hạt di chuyển
tương đối dễ dàng. Khi bị từ hóa, ngay ở giá trị từ trường ngoài còn nhỏ, do
vách đômen di chuyển dễ dàng làm cho đômen thuận lợi được mở rộng, từ độ
của mẫu tăng rất nhanh, độ từ thẩm trong giai đoạn này rất lớn. Quá trình từ
hóa trong giai đoạn này có tính thuận nghịch cao. Tiếp tục tăng từ trường
ngoài, mẫu nhanh chóng đạt đến trạng thái bão hoà. Quá trình khử từ chỉ diễn
ra mạnh khi từ trường ngoài tác dụng theo chiều ngược lại đạt đến giá trị HN,
tức là mầm đảo từ bắt đầu hình thành và phát triển. Để có lực kháng từ cao

23