Chuong 9 vat lieu tu

1. Bài giảng: Vật Liệu Kỹ Thuật Điện Chương 9
Chương 9
VẬT LIỆU TỪ
 Phân loại vật liệu từ.
Vật liệu từ dùng trong kỹ thuật điện, điện tử được chia thành hai nhóm chính: vật liệu từ
mềm và từ cứng. Trong mỗi nhóm có công dụng đặc biệt.
Vật liệu từ mềm là các vật liệu từ có lực kháng từ thấp và có hệ số từ thẩm cao. Chúng có khả
năng từ hoá tới bão hoà ở từ trường yếu, có vòng tổn hao nhỏ và tổn hao trên từ hoá nhỏ. Vật
liệu từ mềm sử dụng làm lõi của cuộn cảm, dây dẫn từ trong máy biến áp.
Vật liệu từ cứng là vật liệu có hệ số kháng từ cao. Nó chỉ bị từ hoá ở cường độ điện trường
rất cao.
Vật liệu từ mềm được qui ước HC < 800A/m, còn vật liệu từ cứng HC > 4KA/m.
Theo tỷ lệ sử dụng trong kỹ thuật điện-điện tử giữa các vật liệu có công dụng đặc biệt, cần
phân loại vật liệu có đường từ trễ chữ nhật, ferit cho thiết bị dùng ở dải tần siêu cao và các vật
liệu từ giảo.
9.1. Vật liệu từ mềm cho từ trường một chiều và tần số thấp.
 Những yêu cầu chủ yếu đối với vật liệu.
Ngoài hệ số từ thẩm cao và lực kháng từ thấp, vật liệu từ mềm phải có từ thông bão hoà lớn,
chính xác hơn cho qua dòng từ tối đa qua diện tích mặt cắt cho trước. Nếu thực hiện được yêu
cầu đó thì kích thước của hệ thống dẫn từ giảm xuống rất nhiều.
Vật liệu từ sử dụng ở trường biến thiên phải có tổn hao do từ hoá sao cho nhỏ nhất, trong đó
có tổng tổn hao của vòng từ trễ và dòng điện xoáy.
Để giảm dòng điện xoáy trong máy biến áp lựa chọn vật liệu từ có điện trở suất lớn. Thông
thường dây dẫn từ được ráp từ những lá theúp
mỏng được cách điện với nhau. Lõi sắt cuốn thành băng được sử dụng rất rộng rãi các vòng được
cách điện với nhau bằng lớp cách điện mỏng. Những vật liệu lá và băng phải có độ mềm dẻo thì
quá trình chế tạo các chi tiết mới dễ dàng.
Yêu cầu quan trọng ở vật liệu từ mềm là thoả mãn tính chất ổn định theo thời gian và
không bị tác động của nhiệt độ, lực cơ học.... Trong số các đặc tính từ thường có sự thay đổi lớn
trong quá trình sử dụng đó là hệ sề từ thẩm µ (đặc biệt ở trường yếu) và lực kháng từ.
 Sắt và thép ít cacbon.
Thành phần chủ yếu của phần lớn các vật liệu từ là sắt (Fe). Sắt là vật liệu từ mềm điển hình,
tính chất từ của nó phụ thuộc nhiều vào lượng tạp chất.
Trong số các vật liệu sắt từ, sắt có từ thông bão hoà lớn nhất (khoảng 2,2 Tesla).
Sắt nguyên chất siêu sạch có lượng cacbon không quá 0,05% và
được điều chế bằng hai phương pháp:
+ Phương pháp điện phân.
+ Phương pháp nhiệt luyện quặng.
Tính chất từ của các loại sắt nguyên chất được đưa trong bảng (9.l) Tạp chất ảnh hưởng
rất ít đến tính chất từ của sắt nếu nồng độ thấp hơn giới hạn hoà tan. Giới hạn hoà tan thấp trong
sắt gồm có cacbon, oxy, nitơ, lưu huỳnh. Tương ứng những tạp chất này ảnh hưởng có hại nhất.
Tính chất của sắt phụ thuộc không chỉ lượng tạp chất, mà còn phụ thuộc vào cấu trúc của vật
liệu, áp lực cơ học.
Bảng 9.1. Một vài tính chất của vật liệu sắt từ.
Vật liệu Hệ số Từ thẩm Lực kháng Từ thông bão Điện trở
từ hoà suất
Khởi đầu max A/m tesla MkΩm
Sắt sạch kỹ thuật 250-400 3500-4500 50-100 2,18 0,1
Sắt điện phân 600 15000 30 2,18 0,1
Sắt cacbon 2000-3000 20000-21500 6,4 2,18 0,1
Sắt siêu sạch đơn >2000 1434000 0,8 2,18 0,097
tinh thể
105

2. Bài giảng: Vật Liệu Kỹ Thuật Điện Chương 9
Thép kỹ thuật 200-600 3000-8000 10-65 1,95-2,02 0,25-0,6
Permaloi nikel thấp 1500-4000 15000-60000 5-32 1-1,6 0,45-0,9
Permaloi nikel cao 7000-10000 50000-10000 0,65-5 0,65-1,05 0,16-0,85
0
Siêu permaloi
79% Ni, 5% Mo 10000 Dưới 0,3 0,8 0,6
1500000
12% Fe, 0,5% Mn
 Sắt sạch kỹ thuật.
Thường chứa một số lượng tạp chất không nhiều, gồm có cacbon, lưu huỳnh, măng gan, silic
và những nguyên tố khác làm giảm tính chất từ của nó. Do có điện trở suất thấp, sắt kỹ thuật
được sử dụng không nhiều, chủ yếu để chế tạo dây dẫn từ của từ trường một chiều.
 Thép kỹ thuật silic (còn được gọi là tôn silic).
Thép silic kỹ thuật là vật liệu từ mềm được sử dụng rộng rãi. Nhờ có silic trong thành phần
của thép mà vật liệu có điện trở suất cao, giảm tổn thất do dòng điện xoáy. Ngoài ra silic có trong
thép có khả năng loại bỏ cacbon ở dạng Grafit và hầu như khử oxy có trong thép do liên kết hoá
học với oxy tạo thành SiO2 . Sau cùng là tạo thành sỉ và bị loại khỏi nấu chảy. Nhờ có đưa Si vào
thép làm tăng µH và µmax giảm bớt Hc và giảm tổn thất trên từ trễ. Sự đóng góp của Si làm tăng
hệ số từ thẩm của thép, giảm hằng số dị hướng từ và từ giảo. Ở thép có chứa
6,8% Si hằng số dị hướng từ nhỏ hơn ba lần so với săït sạch, và giá trị từ giảo thực tế bằng 0.
Trong trường hợp này thép silic có hệ số từ thẩm cao nhất. Tuy nhiên trong kỹ thuật thành phần
Si có trong thép không quá 5% điều này được giải thích rằng Si làm giảm tính chất của thép về
độ bến cơ học, nó làm cho thép dễ gãy. Loại thép này không sử dụng được để dập khuôn. Ngoài
ra tăng Si làm giảm từ thông bão hoà (khoảng 0,05 Tesla trên 1% Si), do Si là thành phần không
dẫn từ. Đồng thời làm giảm điểm Quiri; ví dụ thép chứa 4% Si có T K bằng 740o so với 769o của
sắt sạch. Hợp kim hoá Si làm tăng độ ổn định tính chất từ theo thời gian.
Thép silic có tính dị hướng từ, tương tự của săút sạch hay là hướng từ hoá dễ trùng với
hướng tinh thể [100], còn hướng từ hoá khó trùng với đường chéo không gian [111] của khối
vuông cơ bản. Tính chất của thép Silic được cải thiện lên khi được cán lạnh và ủ trong hyđro.
Khi cán lạnh làm cho vật liệu bị nén rất mạnh xuất hiện biến dạng và gây ra định hướng.
hạt tinh thể. Ủ ở nhiệt độ 900o - 10000 C không chỉ loại bỏ ứng suất cơ trong mà còn tạo ra tinh
thể hoá lại (tạo hạt lớn hơn), kết quả là bằng trục từ hoá dễ các hạt tinh thể định hướng theo
hướng cán và được gọi là cạnh vân. Trong trường hợp này mặt phẳng tinh thể loại (110) phần lớn
hạt tinh thể nằm song song với mặt phẳng cán.
Thép vân: dị hướng theo tính chất dọc hướng cán có hệ số từ thẩm cao và có tổn thất từ
trễ nhỏ. Do từ hoá dọc hướng cán thực hiện do chuyển dịch của momen biên. Sự xoay chuyển
mô men từ gầy khó khăn từ hoá. Trên (H.9.1) thể hiện đường cong từ hoá của thép vân ở những
góc khác nhau so với hướng cán. Tính chất xấu nhất là từ hoá ở góc 55o so với hướng cán. Hiệu
quả sử dụng thép vân chỉ ở dây dẫn từ có dòng từ đi dọc hướng từ hoá dễ. Dễ thực hiện nhất điều
kiện này là sử dụng lõi băng cuốn.
Thép được sản xuất dưới dạng cuộn, lá, băng. Độ dày của thép lá silic từ 0,05 - 1 mm.
Thép có cấp khác nhau sử dụng để chế tạo mạch từ của thiết bị, máy biến áp. Sử dụng lõi băng
làm từ thép vân trang máy biến áp điện lực có thể làm giảm kích thước và khối lượng từ 20
-25%, còn ở biến áp radio tới 4o%: Lá cán mỏng dùng để sử dụng trong trường có tần số cao hơn
(dưới l000 Hz). Giảm độ dày của lá sẽ làm giảm dòng điện xoáy. Tuy nhiên lá quá mỏng sẽ gia
tăng lực kháng từ (H.9.2) và làm tăng tốn hao trên từ trễ.
Giá trị của các tham số từ và điện trở suất cho phép kỹ thuật khác nhau được thể hiện
trong bảng 9.1. Sử dụng lõi bằng lá và băng từ thép kỹ thuật ở tần số lớn hơn 1kHz chỉ ở điều
kiện giảm từ thông một cách đáng kể, là vì để tổng tổn hao khôn vượt quá giới hạn cho phép.
Theo điều kiện phát nhiệt và thoát nhiệt thì giới hạn cho phép tốn hao riêng không quá 20w/kg.
H.9.1: Đường cong từ hoá của thép Silic cán H.9.2: Quan hệ giữa lực kháng từ với độ106
lạnh (3% Si) ở hướng cán khác nhau. dày lá thép có 3% Si ở nhiệt độ 20oC.

3. Bài giảng: Vật Liệu Kỹ Thuật Điện Chương 9
 Hợp kim kháng từ thấp.
Permaloi là hợp kim sắt Nikel có độ từ thẩm rất cao trong vùng trường yếu và có lực kháng
từ rất nhỏ. Permaloi chi ra loại cao và thấp nikel. Cao thì chứa 72-80% Ni còn thấp 40-50% Ni.
Độ từ thẩm khởi đầu và cực đại khi hợp kim chứa 78,5 Ni. Hợp kim này dễ từ hoá trong trường
yếu là do trong nó không tồn tại dị hướng từ và hiện tượng từ giảo. Do có dị hướng yếu nên
môment từ dễ dàng xoay từ hướng dễ từ hoá theo hướng của trường, và nhờ không tồn tại từ giảo
khi từ hoá nên không xuất hiện ứng suất cơ, làm giảm sự dịch chuyển của giới hạn momen
(miền) dưới tác động của trường yếu.
Tinh chất từ của permaloi rất nhạy cảm với lực cơ
học bên ngoài tác động phụ thuộc vào thành phần bóa
học, lượng tạp chất cớ trong hợp kim, và thay đổi rất
mạnh do chế độ gia nhiệt của vật liệu (nhiệt độ tốc dộ
tăng nhiệt và làm mát...).
Gia công nhiệt ở permaloi có Niken cao phức tạp hơn
loại có Niken thấp. Hệ số từ thẩm của permaloi giảm.
Trên (H.9.3) có thể tóm tắt như sau: từ thông
bão hòa của permaloi có Ni cao nhỏ hơn khoảng 1,5
lần so với permaloi có Ni thấp. Hệ số từ thẩm lại lớn
hơn một vài lần so với permaloi thấp và lớn gấp bội
so với thép kỹ thuật. Điện trở suất của nó nhỏ hơn ba
lần so với permaloi có Ni thấp vì vậy ở tần số cao
nên sử dụng loại permaloi có Ni thấp. Ngoài ra hệ số
từ thềm của permaloi giảm rất mạnh khi tần số tăng.
Điều này được giải thích rằng do dòng điện xoáy xuất
hiện mạnh trong vật liệu có điện trở suất thấp. Giá
thành của permaloi được xác định bằng lượng Ni có
trong thành phần hợp kim.
Để tạo nên hợp kim có tính chất cần thiết thì
trong thành phần hợp kìm có thêm những phụ gia như
Molipden, Crom chúng làm tăng điện trở suất và hệ
số từ thẩm khởi đầu và làm giảm sự ảnh hưởng cơ
học. Tuy nhiên sẽ làm giảm từ thông bão hoà. Đồng
(Cu) làm tăng µ trong một khoảng hẹp, tăng độ ổn
định nhiệt và
107
H.9.3: Sự phụ thuộc của tính chất từ với
điện trở suất của hợp kim.

4. Bài giảng: Vật Liệu Kỹ Thuật Điện Chương 9
điện trở suất đồng thời gia công dễ dàng hơn. Silic (Si) và Măng gan (Mn) làm tăng điện trở suất.
Sự thay đổi tính chất từ và điện trở suất của permaloi công nghiệp được thể hiện trong
bảng 9.1. Nhờ có sự khác biệt tính chất giữa permaloi có Ni cao và thấp nên chúng được sử dụng
ở những mục đích khác nhau.
Hợp kim Ni thấp loại 45H và 50H được sử dụng để chế tạo lõi của máy biến áp điện lực
kích thước nhỏ, cuộn kháng, và các chi tiết của mạch từ làm việc ở từ trường cao không từ hoá
thêm hoặc từ hoá thêm đôi chút. Loại hợp kim 50HXC để làm lõi máy biến áp xung và các thiết
bị nghe nhìn tần số cao ở chế độ không từ hoá thêm. Hợp kim có Ni cao loại 79HM, 80HXC sử
dụng để chế tạo lõi máy biến áp có kích thước nhỏ, màn chắn có độ dày 0,02mm, khuếch đại từ
và rơ le không tiếp điểm.
 Alsifer.
Là hợp kim của ba thành phần sắt, silic và nhôm 9,5% Si, 5,6% Al, còn lại là sắt, loại hợp
kim này có độ cứng và giòn. Tính chất của Alsifer như sau: M = 35400; Mmax = 117000; Hc
=I,8A/m; δ = 0,8kΩm. Nó có tính chất không thua kém permaloi cao nikel.
Nhờ có tính ròn nên Alsifer có thể xay thành bột và dùng với sắt cacbon sử dụng để sản
xuất ép lõi máy biếún áp cao tần.
9.2 Vật liệu từ mềm cao tần.
Theo bản chất thiên nhiên và cấu tạo vật liệu từ mềm cao tần có thể chia ra thành điện từ
và ferit. Ngoài ra ở tần số âm thanh siêu âm và tần số radio thấp có thể sử dụng thép cuộn cán
lạnh hay permaloi, độ dày của theúp khoảng 30 - 25 µm còn permaloi là hợp kim mềm hơn, có
thể cán tới độ dày 3 . 2 µm. Những tính chất từ chủ yếu của vật liệu này gần giống vật liệu có độ
dày lớn tuy nhiên chúng có lực kháng từ cao hơn, giá thành cao và kỹ thuật ghép mạch từ của
chúng rất phức tạp.
 Ferit.
Ferit là vật liệu oxit từ. Ở nó vùng nhiễm từ tự phát không được triệt tiêu. Điện trở suất ρ có
giá trị cao, lớn hơn sắt khoảng 103- 1013 lần. Như vậy ở dải tần số cao do có tính chất từ tính cao
nên tổn hao năng lượng của nó thấp. Ferit được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật điện tử.
 Điều chế ferit.
Ferit điều chế được ở dạng gốm và đơn tinh thể. Nhờ có giá thành không cao và kỹ thuật
công nghệ đơn giản vật liệu gốm chiếm số lượng lớn trong số vật liệu từ cao tần.
Khi chế tạo gốm ferit thì nguyên liệu ban đầu là oxit kim loại tương ứng. Công nghệ chung
để chế tạo ferit tương tự như sơ đồ sản xuất gốm radio. Tuy nhiên muốn nhận được vật liệu có
tính chất xác định trước thì nguyên liệu ban đầu phải có điều kiện ngặt nghèo về tính hoá học. Sự
khác biệt với gốm điện radio, gốm ferit là gốm hoàn toàn không chứa pha thuỷ tinh trong suốt;
tất cả các quá trình chuyển dịch khối lượng khi tổng hợp liên kết và kết dính chi tiết chỉ do
khuếch tán trong pha răún.
Nguyên liệu oxit được nghiền nhỏ sau đó cho gia nhiệt nhằm mục đích ferit hoá sản phẩm
sau đó một lần nữa lại được nghiền nhỏ và đưa đi ép thành sản phẩm. Trước tiên nó được làm
mềm bằng dung dịch rượu. Ferit là vật liệu cứng và ròn không thể gia công bằng phương pháp
cắt chỉ có thể đánh bỏng.
 Ferit có độ từ thẩm cao.
Vật liệu từ mềm sử dụng rộng rãi là ferit nikel - kẽm và Mangan - kẽm. Chúng được hình
thành tinh thể trong cấu trúc spinen và là dung dịch cứng tạo bởi hai loại ferit, một trong số đó là
(NiFe2O3) hay (MnF2O3) là tính sắt từ còn loại ZnF2O4 là không từ tính. Quy luật chủ yếu của
tính chất từ với các thành phần hợp kim (H.9.4) và (H.9.5).
108

5. Bài giảng: Vật Liệu Kỹ Thuật Điện Chương 9
H.9.4 H.9.5
H.9.4: Sự phụ thuộc của từ thông bão hoà ở
H.9.5: Sự phụ thuộc của hệ số từ thẩm khởi
nhiệt độ 20oC và nhiệt độ Quiri của dung dịch
đấu trong hệ thống Ni-Zn-Fe2O3 với các thành
Ni1-xZnxFe2O4 vớ thành phần (nhiệt độ nung
phần (nhiệt độ nung 1380oC).
320oC)
Thành phần của dung dịch trong đó có tính tới sự phân bổ của các cation theo các nút oxy
có thể được thể hiện bằng công thức sáu:
( Zn 2+
x
+
[ + +
]
Fe 13− x ) Ni 12− x Fe 13+ x O 4
Ở đây mũi tên quy ước chỉ hướng môment từ của ion trong lưới con tương ứng. Từ đây
thấy rằng sự có mặt của kẽm trong lưới tinh thể dẫn tới sự loại bỏ sắt trong vị trí tám mặt. Tương
ứng là giảm từ hoá bốn mặt (A) của lưới con và giảm bớt mức triệt tiêu mômen từ của cation
nằm ở lưới con (A và B). Kết quả là xuất hiện hiệu ứng rất thú vị: tăng nồng độ thành phần
không từ dẫn tới tăng độ từ hoá bão hoà (tiếp đến là Bs của dung dịch rắn (H.9.4).
Tuy nhiên cho thêm thành phần không từ vào dung dịch răún sẽ làm yếu tác động tương
hỗ trao đổi loại A-O-B và thể hiện sự suy giảm đều đặn nhiệt độ Quyri (T K) khi tăng thành phần
ZnFe2O4 trong thành phần spinen sắt từ. Giảm nhanh chóng từ thông bão hoà vào vùng x > 0,5
được giải thích trong môment từ của số lượng nhỏ ion trong lưới con bốn mặt đã không ở trạng
thái định hướng song song ngược chiều với các mômen từ của mình của tất cả các cation nằm
trong B - lưới con. Nới cách khác sự trao đổi tương hỗ A-O-B trở nên rất yếu không thể cạnh
tranh được với tác động B-O-B đã làm ngược hướng song song môment từ của cation trong B-
lưới cong xem công thức (9.14). Tác động trao đổi yếu đi giữa các cation khi tăng thành phần
không từ sẽ dẫn tới giảm bớt hằng số của dị hướng tinh thể từ và từ giảo. Nhờ vậy dễ dàng từ
hoá lại trong trường yếu, chính xác hơn là tăng hệ số từ thẩm khởi đầu µH (H.9.5).
Độ từ thẩm khởi đầu và lực kháng từ không chỉ xác định bằng thành phần của vật chất
mà còn bằng cấu trúc tác động, sự dịch chuyển tự do của các vùng giới hạn khi tác động lên ferit
từ trường yếu, là các lỗ mọt tồn tại trong lưới tinh thể. Khăúc phục cấu trúc che chắn cũng gây
khó khăn cho quá trình từ hoá, cho phép tăng hệ số từ thẩm của vật liệu. Sự ảnh hưởng tới độ từ
thẩm là kích thước của hạt tinh thể. Ferit Mangan kẽm có cấu trúc hạt tinh thể lớn có thể có hệ số
từ thẩm khởi đầu là 20000. Giá trị này gần bằng hệ số từ thẩm khởi đầu của permaloi chất lượng
cao.
 Tính chất từ của ferit.
Ferit sử dụng trong trường xoay chiều tấn số thấp ngoài hệ số từ thẩm khởi đầu là một trong
những quan trọng nhất là góc tổn hao tgδ. Nhờ có tính dẫn điện thấp, tổïn hao ở dòng điện xoáy
rất nhỏ có thể bỏ qua. Trong từ trường yếu tổn hao do từ trễ nhỏ. Vì thế giá trị tgδm trong ferit ở
tần số cao chủ yếu được xác định bằng tổn hao từ do hiện tượng tích thoát và cộng hưởng. Để
đánh giá dải tần số cho phép đưa ra khái niệm tần số tới hạn fth.
Thông thường fth được quy định là tần số mà tgδ đạt giá trị 0,1 .
Tính ì của chuyển dịch giới hạn khu vực xuất hiện trên tần số cao dần tới tăng tổn hao từ mà
còn giảm độ từ thẩm của ferit. Tần số tới hạn khi hệ số từ thẩm khởi đầu giảm còn 0,7 giá trị của
109

6. Bài giảng: Vật Liệu Kỹ Thuật Điện Chương 9
nó trong từ trường đồng nhất gọi là tần số giới hạn. Theo nguyên tắc fth<fgh. Để so sánh tính
chất từ của ferit khi cho trước giá trị H và f thì đặc tính tgδ được so sánh và được hiểu là tgδ/µH
So sánh tính chất từ của ferit có giá trị µ khởi đầu giống nhau đã chỉ rõ ở tần số nhỏ hơn
1MHz thì ferit măng gan kẽm có tgδ nhỏ hơn ferit nikel kẽm. Điều này được giải thích là tốn hao
trên vòng từ trễ ở ferit măng gan kẽm ở vùng trường yếu rất nhỏ. Ưu thế của ferit măng gan kẽm
còn ở chỗ có từ thông bão hoà cao và có điểm quiri cao. Trong khi đó ferit nikel kẽm có điện trở
suất cao hơn và tính chất tần số tốt hơn.
Các thông số của ferit từ mềm thông dụng sau. Đấu tiên phải kể đến giá trị của µH , sau đó là
dải tần số hoạt động trong đó giới hạn trên là tần số fth Ferit âm thanh, siêu thanh và tần số radio
thấp được gọi là âm tần. Tần số tới hạn từ 0,1 - 50 MHz. Ferit cao tần có tần số tới hạn từ 50 -
600MHz: Tiếp theo đó mã ferit từ mềm còn thể hiện bằng các ký hiệu chữ như sau: M đó là ferit
Măng gan và Kẽm, H - nikel - kẽm. Ferit siêu cao tần là trong thành phần có nikel - Kẽm.
Sự phụ thuộc của hệ số từ thẩm khởi đầu với nhiệt độ thể hiện trên (H.9.6). Như hình vẽ thể
hiện đường cong µH tăng khi nhiệt độ tăng tới nhiệt độ Quiri sau đó giảm rất nhanh. Trong
trường hợp này hệ số từ thẩm khởi đầu càng lớn thì nhiệt độ Quiri càng thấp.
Trong các ferit cũng như ở sắt từ hệ số từ thẩm đảo chiều có thể thay đổi mạnh mẽ dưới tác
động của từ trường một chiều xem (H.9.7), ngoài ra ở ferit có hệ số từ thẩm cao sự phụ thuộc
này biểu thị rõ hơn so với ferit cao tần có độ từ thẩm khởi đầu nhỏ.
Tính chất từ của ferit phụ thuộc vào ứng suất cơ học mà nó có thể xuất hiện khi quấn dây hay
kẹp chặt hoặc lý do khác. Để cho đặc tính từ của ferit không xấu đi thì cần tránh tác động cơ học.
 Tính chất điện của ferit.
Theo tính chất điện của ferit nó thuộc nhóm bán dẫn hoặc có thề là điện môi. Tính dẫn điện
của chúng là quá trình trao đổi điện tử giữa các ion có hoá trị thay đổi. Điện tử tham gia vào trao
đổi có thể xem như mang điện tích. Nồng độ điện tích thực tế không phụ thuộc vào nhiệt độ
.Trong khi đó nhiệt độ tăng lên thì xác suất trao đổi điện tử giữa các ion hoá trị thay đổi, hay là
tăng độ linh động của điện tích, hoá trị thay đổi, hay là tăng độ linh động của điện tích. Vì thế khi
nhiệt độ thay đổi điện dẫn suất và điện trở suất của ferit có thể được thể hiện theo công suất sau:
Wo
−
γ = γ o .e K .T
Wo
−
ρ = ρ o .e K .T
Wo- năng lượng điện dẫn.
γo, ρo- hằng số phụ thuộc vào loại vật liệu.
H.9.6 H.9.7
H.9.6: Sự phụ thuộc của hệ số từ thẩm khởi đầu H.9.7: Sự phụ thuộc của hệ số từ thẩm đảo chiều
với nhiệt độ của ferit Mn-Zn và Ni-Zn với cường độ từ trường của ferit Mn-Zn và Ni-
Zn.
Giữa các yếu tố khác nhau, sự ảnh hưởng tới điện trở của ferit là nồng độ của ion Fee+.
Dưới tác động của chuyển động nhiệt, các điện tử liên kết yếu di chuyển sang ion Fe+3 và làm
giảm hoá trị của nó. Khi tăng nồng độ của ion Fe+2 tăng tuyến tính dẫn điện của vật liệu và giảm
110

7. Bài giảng: Vật Liệu Kỹ Thuật Điện Chương 9
năng lượng kích động Wo. Điều này chứng tỏ khi các ion hoá trị thay đồi gần nhau làm giảm
mức năng lượng che chắn mà điện tử cần khắc phục khi chuyển từ một ion này sang ion khác.
Để cho loại ferit có hệ số điện môi cao, nó phụ thuộc vào tần số và thành phần vật liệu.
Khi tần số tăng lên ε giảm xuống. Ví dụ ferit Nikel- Kẽm có độ từ thẩm khởi đầu µ = 200 trên
tần số 1kHz ε =400, còn ở tần số 10 kHz ε=15. Hệ số điện môi của ferit Măng gan - Kẽm có giá
trị tới hàng trăm, hàng ngàn.
Aính hưởng lớn tới tính phân cực của ferit là các ion có hoá trị thay đổi. Khi tăng nồng
độ của chúng sẽ có hiện tượng tăng hệ số điện môi của vật liệu.
 Ứng dụng của ferit.
Ferit từ mềm có hệ số từ thẩm khởi đầu 400 - 20.000 trong trường yếu trong rất nhiều trường
hợp nó được thay thế vật liệu sắt từ là permaloi và thép kỹ thuật. Trong từ trường mạnh và yếu
trung bình, thay thế bằng Ferit không có lợi do Ferit có từ thông bão hoà nhỏ.
Ferit từ mềm sử dụng rộng rãi làm lõi của cuộn dây có điện cảm cố định và biến đổi, làm bộ
lọc trong các thiết bị radio, lõi biến áp xung dải rộng, máy biến áp quét trong máy truyền hình,
làm anten từ và các linh kiện khác trong các thiết bị điện tử.
Thông thường sử dụng lõi Ferit có mạch từ kép kín, những loại dây dẫn từ thông dụng là loại
nguyên khối hay loại ghép từ hai phần mà bề mặt tiếp xúc được đánh bóng, khe hở giữa chúng
rất nhỏ. Mạch từ nguyên khối thì cuốn dây khó khăn.
Ferit từ mềm đơn tinh thể sử dụng rộng rãi để sản xuất đầu từ của máy quay băng và đầu máy
video. So với đầu từ kim loại nó có điện trở suất lớn hơn và có độ cứng cao hơn điều này rất
quan trọng vì nó giảm được tổn thất và tăng tuổi thọ của đầu từ.
9.3. Vật liệu từ có công dụng đặc biệt.
 Ferit và hợp kim kim loại có đường từ trễ chữ nhật.
Vật liệu từ có đường từ trễ chữ nhật được sử dụng rất rộng rãi trong các hệ thống tự động, kỹ
thuật máy tính trong các thiết bị thông tin. Lõi vật liệu từ loại này có hai trạng thái bền vững
tương ứng các hướng còn lại của từ thông. Chính nhờ tính đặc biệt này có thể sử dụng nó vào
thành phần để giữ và xử lý hai thông tin. Ghi và tính toán thông tin. Thực hiện bằng cách chuyển
mạch lõi từ một trạng thái từ này sang trạng thái khác nhờ sự trợ giúp của xung dòng điện được
tạo bởi cường độ từ trường cần thiết.
Thành phần thứ hai trên lõi từ có đường từ trễ chữ nhật có đặc điểm là độ tin cậy cao, có kích
thước nhỏ, giá thành thấp, đặc tính tương đối ổn định. Chúng có thời gian sử dụng không hạn
chế, giữ được thông tin khi nguồn bị ngắt.
Đối với vật liệu dạng này cần có những yêu cầu đặc biệt. Thông số chủ yếu là hệ số vuông
của đường từ trễ KV, là tỷ số của từ cảm còn lại BC với độ từ cảm max BMAX.
KV = BC / BMAX
Để Xác định BMAX đo khi HMAX =5HC. Điều mong muốn là KV gần bằng một. Để thoả
mãn độ từ hoá ngược của lõi chúng có hệ số chuyển mạch nhỏ (S↑). Giá trị của nó bằng số lượng
điện tích trên một đơn vị độ dày của lõi, mà cần thiết để từ hoá ngược nó từ một trạng thái cảm
ứng từ dư sang một trạng thái ngược lại trạng thái cảm ứng max.
Ngoài ra vật liệu từ chữ nhật phải thoả mãn thời gian từ hoá ngược ít, có đặc tính từ ổn
định ở nhiệt độ cao. Ferit có đường từ trễ chữ nhật trên thực tế được sứ dụng rất rộng rãi so với
băng kim loại mỏng, điều này được giải thích rằng công nghệ sản xuất lõi đơn giản hơn và kinh
tế hơn. Tính chất của lõi ferit được đưa trong bảng 10.2.
Bảng 10.2. Tính chất của lõi và vật liệu có đường từ trễ chữ nhật.
Vật liệu hay lõi từ HC A/m BC Tesla KV So µC/m TK oC Ghi chú
Ferit có mac khác 10-1200 0,15-0,2 0,9 25-55 110-630 Có 25 mac
nhau 5 khác nhau
111

8. Bài giảng: Vật Liệu Kỹ Thuật Điện Chương 9
Lõi từ permaloi có độ 8-50 0,6-1,5 0,85-0,9 25-100 300-630 Các hợp kim
dày từ 2-10 µ km khác nhau
Ferit có tính đường từ trễ tự phát hay là có mạch vòng từ trễ đặc biệt, nó không phải là
kết quả của quá trình gia công đặc biệt vật liệu.
Từ ferit có đường từ trễ chữ nhật được sử dụng rộng rãi là Magie - Măng gan hay là
spinen sắt từ đúc.
Đặc tính đường từ trễ chữ nhật là của vật liệu có tinh thể từ dị hướng mạnh. Trong trường
hợp này quá trình từ hoá ngược xảy ra chủ yếu là do sự chuyển dịch không thuận nghịch của các
vùng giới hạn khu vực. Giữ được độ từ cảm còn lại lớn sau khi bỏ trường ngoài. Điều này được
giải thích là sự hạn chế giới hạn của khu vực trên cấu trúc không đồng nhất của vi mô. Loại
không đồng nhất này có thể ở vùng có mức độ xoay chuyển khác nhau của spinen, các lỗ trống
và liên kết với chúng các thành phần giữa các nút nguyên tứ.... Ví dụ trong ferit magie măng gan,
đường từ trễ vuông là sự biến dạng của lưới tinh thể do ion Mn 3+ hình thành trong điều kiện tổng
hợp xác định.
Khi sử dụng ferit cần phải tính tới sự thay đổi tính chất của chúng với nhiệt độ. Ví dụ khi
tăng nhiệt độ từ -20oC lên 60 o C ở ferit có các mác khác nhau lực kháng từ giảm từ 1,5 - 2 lần,
cảm ứng dư từ 15-30%. Hệ số vuông 5 - 35%. Tuỳ theo vào đặc điểm của thiết bị, ferit có mặt
của từ trễ chữ nhật được sử dụng có các yêu cầu khác nhau. Ví dụ ferit để chuyển mạnh và các
linh kiện logic của sơ đồ điều khiển tự động phải có lực kháng từ thấp (10 - 20 A/m). Ngược lại
vật liệu sử dụng trong các thiết bị lưu trữ thông tin phải có giá trị HC cao HC = (100 - 300 A/m).
Trong các bộ nhớ của máy tính sử dụng hoặc là lõi ferit hình xuyến kích thước nhỏ (lõi
có đường kính ngoài từ 0,3 - 0,4mm) hoặc bản ferit nhiều lỗ trong đó mỗi vùng quanh lỗ thực
hiện một hàm của từng lỗ riêng.
 Băng siêu mỏng.
Lõi từ permaloi có tính chất từ tốt hơn so với ferit và độ ổn định nhiệt độ cao hơn khoảng
nhiệt độ (-20oC - +60oC) tính chất của chúng hầu như không thay đổi.
Cán băng siêu mỏng và gia công nhiệt cần thực hiện trong chân không hoặc môi trường khí
trơ.
 Ferit cho hệ thống siêu cao tần.
Dải siêu cao tần tương ứng với độ dài sóng từ 1 m - 1 mm. Trong các thiết bị và dụng cụ đo
lường, ở đó sử dụng sóng điện từ siêu cao tần, cần điều khiển các dao động này: chuyển dòng
năng lượng từ một hướng sang hướng khác, thay đổi pha dao động, xoay mặt phẳng phân cực
sóng, một phần hay toàn bộ công suất dòng.
Điện từ có thể lan truyền trong không gian, lấp đầy điện môi, còn đối với kim loại nó hầu
như phản xạ hoàn toàn. Vì thế mặt phẳng kim loại sử dụng để định hướng sóng, tập trung hay
phân tán sóng. Năng lượng điện từ thường được truyền trong ống dẫn sóng. Còn vật liệu rắn
dùng để điều khiển dòng năng lượng trong ống dẫn sóng là ferit siêu cao tần và một số điện môi
tích cực không từ tính khác nhau.
Ứïng dụng thực tế của ferit siêu cao tấn dựa trên cơ sở:
a) Hiệu ứng quang từ Faraday.
b) Hiệu ứng cộng hưởng sắt từ.
c) Sự thay đổi bằng từ trường ngoài giá trị từ thẩm của ferit.
 Hiệu ứng từ' quang Faraday.
Trong mặt phẳng xoay chiều phân cực của dao động siêu cao tần vào từ hoá do từ trường
ngoài của Ferit. Trong trường hợp này có thể nhận được góc xoay khác nhau của mặt phẳng phân
cực, và như vầy là chuyển mạnh năng lượng vào các kênh khác nhau.
 Hiệu ứng cộng hưởng sắt từ.
Được quan sát thấy khi tần số của trường kích thích ngoài với tần số riêng của quá trình pin
điện tử trùng nhau. Tần số riêng của quá trình phụ thuộc vào trạng thái từ của mẫu, và nó có thể
thay đổi nhờ trường cảm ứng H. Khi cộng hưởng thì tăng năng lượng hấp thụ của sóng điện từ
lan truyền trong ống dẫn sóng ở hướng ngược lại; còn để sóng tới thì sự hấp thụ nhỏ hơn nhiều.
Kết quả là có khoá siêu cao tần. Nếu như tần số của từ trường ngoài không đổi và thay đổi cường
độ từ trường H thì tính chất khoá xuất hiện ở giới hạn cường độ từ trường ∆H và được gọi là độ
112

9. Bài giảng: Vật Liệu Kỹ Thuật Điện Chương 9
rộng của đường cộng hưởng sắt từ. Giá trị ∆H càng nhỏ thì sự hấp thụ năng lượng điện từ càng
mạnh, đây là tính chất có lợi cho hàng loạt thiết bị siêu cao tần (anten chuyển mạnh và tuần hoàn
dùng để phân bố năng lượng giữa những ống dẫn sóng riêng biệt; quay pha; bôû lọc; giới hạn
công suất...).
Ngoài tính cộng hưởng hẹp của đường ống, Ferit siêu cao tần có các yêu cầu đặc biệt sau:
1) Có độ nhạy cao của vật liệu để điều khiển trường (khá năng điều khiển bằng trường ngoài
nhỏ).
2) Điện trở suất khối cao (106 : 108 Ω.m), có tgδ nhỏ (103 – 10-4) và có tổn thất từ thấp để
thoả mãn tổn hao thấp trong Ferit.
3) Tính chất nhiệt ổn định và điểm Quiri lớn.
 Vật liệu từ giảo.
Từ giảo gọi là vật liệu từ, ứng dụng của nó dựa trên hiện tượng từ giảo và hiện tượng đàn
hồi, hay có sự thay đổi kích thước vật thể trong từ trường và sự thay đổi tính chất từ của vật liệu
dưới sự ảnh hưởng của lực cơ học tácđộng.
Giữa các vật liệu từ giảo có thể nhận thấy gồm kim loại nguyên chất hay là các hợp kim và
các Ferit khác nhau. Ferit là vật liệu từ giảo ở tần số cao.
Trong khai thác phần lớn các trường hợp trạng thái từ của lõi từ giảo biến đổi được xác định
bởi tác động của từ cảm xoay chiều và một chiều. Nếu như có quan hệ Bac<<Bdc thì giữa biên độ
của từ trường biến thiên và dao động cơ học tồn tại quan hệ tuyến tính. Như vậy dao động từ
giảo có biên độ lớn trong môi trường nhiễm từ thể hiện bên ngoài tương tự áp điện. Vì thế không
được gọi là áp từ.
Trước đây sử dụng rộng rãi vật liệu từ giảo là Ni. Tính chất quí của Ni là tính bền vững, và
hệ số nhiệt thấp. Ngày nay nhiều vật liệu từ giảo khác nhau được thay thế.
Hợp kim Platin với sắt có hằng số từ giảo rất lớn, tuy nhiên chúng rất đăút vì thế việc sử
dụng rất hạn chế. Nhược điểm của hợp kim sắt coban, săút nhôm là tính dẻo kém, gia công rất
khó, dễ bị ăn mòn.
Vật liệu từ giảo được sử dụng rộng rãi nhất là gốm Ferit. So với Nikel và hợp kim khác Ferit
từ giảo có hàng loạt ưu điểm. Nhờ có điện trở suất cao, tổn hao do dòng điện xoáy không đáng
kể và cũng chia vật liệu thành những tấm riêng biệt. Sự khác biệt với hợp kim kim loại là Ferit
không bị tác động của môi trường. Nhờ công nghệ sản xuất gốm, người ta có thể sản xuất được
bộ biến đổi có hình dáng bất kỳ.
Theo thành phần cấu tạo gốm từ giảo là Ferit Nikel (NiFe2O4) hoặc dung dịch cứng mà nó là
thành phần chính.
Từ vật liệu từ giảo sản xuất lõi biến đổi điện cơ (bức xạ và thu) cho điện âm học và kỹ thuật
siêu âm, lõi điện cơ và bộ lọc từ giảo. Nó được sử dụng đồng thời trong các phần tử có độ nhạy
cao, bộ biến đổi từ đàn hồi, sử dụng trong các thiết bị tự động và kỹ thuật đo lường.
9.4. Vật liệu từ cứng.
 Phân loại và tính chất.
Vật liệu từ cứng khác với vật liệu từ mềm là lực kháng từ cao. Điện tích của vòng từ trễ của
vật liệu từ cứng lớn hơn rất nhiều so với vật liệu từ mềm.
Theo công dụng vật liệu từ cứng, có thể chia ra thành vật liệu cho nam châm vĩnh cửu và vật
liệu để ghi và lưu trữ âm thanh, hình ảnh lâu dài . . . .
Mạch từ với nam châm vĩnh cửu phải hở mạch, hay có khe hở không khí làm việc. Dòng từ
trong khe hở xuất hiện sau khi vật nhiễm từ sơ bộ trong từ trường mạnh. Tính chất của vật liệu từ
cứng được biểu thị bằng đường cong khử từ, mà là đoạn giới hạn của vòng từ trễ. Khi khe hở tồn
tại do có trục tự do tạo ra trường khử từ trong Hd mà nó làm giảm cảm ứng bên trong của nam
châm tới giá trị Bd. Vị trí của điểm làm việc biểu thị trạng thái của vật liệu từ, phụ thuộc vào giá
trị khe hở.
Khi không có từ trường ngoài, các điểm vĩ mô không tồn tại. Theo định luật dòng điện tổng:
∫ H .dl = 0
113

10. Bài giảng: Vật Liệu Kỹ Thuật Điện Chương 9
điều này đúng cho0 bất kỳ mạch tích phân nào, trong trường hợp riêng, dọc con đường theo
tất cả các trục của nam châm (H.9.1). Từ đó ta có:
Hd.ld - Ho.lo = 0 (9.1)
+ lo, ld- độ dài nam châm và khe hở không khí.
H.9.8: Đường cong khử từ (I) và năng lượng từ trong không khí (II).
Yêu cầu quan trọng đối với nam châm vĩnh cửu là có năng lượng từ cực đại Wo:
B .H
Wo = o o V o (9.2)
2
Vo- thể tích của khe hở: Vo ≈ lo.So
Bỏ qua dòng phân tán và cho rằng cảm ứng từ liên tục, ta có viết:
Bd .Sd = Bo.So (9.3)
B .H
Wo = d d V d (9.4)
2
Vd ≈ ld.Sd thể tích của nam châm.
Công thức (9.4) chỉ rõ rằng năng lượng từ riêng trong khe hở không khí được xác định bằng
các điểm công tác trên đường cong khe hở từ.
W 1
W d = o B d .H d (9.5)
V 2
Độ dài của nam châm càng ngắn và khe hở càng lớn thì trường khử từ của cực càng lớn
và Bd càng nhỏ. Trên (H.9.1) thể hiện đường cong biểu thị quan hệ của năng lượng riêng Wd với
giá trị cảm ứng Bd.
Trong nam châm khép kín Bd = Br ngoài ra năng lượng bằng không, do Hd =0. Nếu khe
hở giữa các cực rất lớn, thì năng lượng ở điều kiện này cũng tiến tới không do Bd =0, H=HC.
Trên (H.9.1) thấy rõ ở một giá trị nào đó BD và HD năng lượng đạt được giá trị cực đại.
1
W d = B D .H D = W d m ax (9.6)
2
Xác định cách sử dụng nam châm tốt nhất và cũng là đặc tính quan trọng nhất của vật
liệu, sử dụng để chế tạo nam chăm vĩnh cửu. Đặc tính của vật liệu được thể hiện bằng tích của
BD.HD có thể bỏ qua hệ số 1/2.
Theo đồ thị ở một tỷ lệ xác lập nào đó có thể được thể hiện bằng diện tích của hình chữ
nhật có cạnh là Bd và Hdï (H.9.1). Phần được gạch chéo là hình vuông có Wdmax .
Hình dáng đường cong khử từ được đánh giá bằng hệ số lồi ηB và nó được xác định bằng
công thức:
( B.H ) m ax
ηB =
B r .H C
Khi tăg độ vuông của đường từ trễ hệ số lồi tiến tới một. Cảm ứng từ dư Br càng lớn, lực
kháng từ HC và hệ số lồi càng cao thì năng lượng của nam châm càng lớn.
114

11. Bài giảng: Vật Liệu Kỹ Thuật Điện Chương 9
Để có được lực kháng từ lớn trong vật liệu từ, cần phải gây khó khăn quá trình từ hoá lại.
Điều này có thể thực hiện bằng hai phương pháp hoặc là cản trở sự dịch chuyển của các giới hạn
vùng, hoặc là loại bỏ các giới hạn này, giảm kích thước của hạt tinh thể. Cản trở tới sự chuyển
dịch dễ dàng của các giới hạn vùng dưới tác động của từ trường ngoài. Lực kháng từ lớn xuất
hiện ở vật chất có cấu tạo từ những hạt một vùng, ở nó năng lượng từ của tinh thể dị hướng cao.
 Hợp kim đúc kháng từ cao.
Thuộc nhóm này gồm có hợp kim Fe - Ni - Al và Fe - Ni - Co - Al, với các phụ gia khác
nhau. Chúng là thành phần tích cực của nhiều dụng cụ và có đặc điểm thuận lợi là giá thành thấp
và tính chất từ tốt. Trạng thái kháng từ cao của các hợp kim này là sự điều phối phân tích thành
hai pha khi làm lạnh tới một nhiệt độ nào đó. Trong hệ thống Fe - Ni - Al một trong số pha rắn
được hình thành do kết quả phần tích các dung dịch theo tính chất gần giống với sắt nguyên chất
và là nam châm mạnh; sự phân chia nó có hình dạng tấm hay thanh có độ dày một khu vực Một
pha khác: thành phần từ Nikel có từ tính yếu. Như vậy có được hợp chất từ những phần không từ
tính và một vùng từ tính. Vật liệu có cấu trúc như vậy, cảm ứng do quá trình quay môment từ của
vùng.
Trong hệ thống Fe - Ni - Al năng lượng từ riêng lớn nhất chứa khoảng 28% Ni, 14% Al (tính
theo khối lượng). Gần giống như liên kết FeNiAl. Ngoài Coban là phụ gia cho hợp kim còn có
thể là đồng, Titan và Niobi. Những phụ gia không những làm tốt tính chất từ mà còn thoả mãn
đặc tính lặp lại, hay làm yếu quan hệ của tính chất từ với sự thay đổi thành phần hoá học, sự tồn
tại của tạp chất và sự khác biệt của chế độ gia công nhiệt định trước.
Tính chất từ của vật liệu từ cứng phụ thuộc vào cấu tạo tinh thể và cấu tạo nam châm. Cấu
tạo nam châm các hợp kim kháng từ cao được tạo bằng cách làm lạnh chúng trong từ trường
mạnh. Trong trường hợp này chúng đạt được vị trí trật tự trên tấm phân chia của các pha từ mạnh
mà theo các trục của mình dễ dàng từ hoá định hướng trong hướng của điện trường. Loại nam
châm này chỉ đạt hiệu quả cho hợp kim có chứa nhiều Coban.
 Cấu tạo tinh thể.
Được tạo bằng phương phaõp định hướng tinh thể hợp kim, sử dụng điều kiện tản nhiệt đặc
biệt của hợp kim. .Sự kết hợp giữa tinh thể và cấu tạo nam châm cho phép làm tốt tất cả các tham
số của vật liệu từ cứng (Br, HC) .
Nhược điểm của hợp lùm Fe - Ni - Al và Fe - Ni - Al - Co là rất khó sản xuất từ chúng những
sản phẩm có kích thước chính xác do tính dễ vỡ và có độ cứng cao; trong số gia công cơ học chỉ
cho phép sử dụng phương pháp mài.
 Nam châm từ bột.
Không có khả năng nhận được sản phẩm nhỏ có kích thước theo đúng yêu cầu chặt chẽ từ
hợp kim Nikel, nhôm dẫn đến sử dụng phương pháp luyện bột kim loại để chế tạo nam châm
vĩnh cửu. Trong trường hợp này cần phân biệt nam châm gốm kim loại và nam châm từ các hạt
bột và chúng được liên kết bằng các vật chất khác (Nam châm kim loại tấm).
 Nam châm gốm.
Được điều chế bằng cách ép bột có cấu tạo từ các hạt nam châm nhỏ và tiếp tục liên kết ở
nhiệt độ cao. Các sản phẩm nhỏ từ công nghệ này có được kích thước khá chính xác và không
cần phải gia công tiếp. Quá trình sản xuất nam châm kim loại tấm tương tự quá trình ép sản
phẩm từ nhựa, trong bột chứa một số phụ gia ở dạng hạt của hợp kim từ cứng. Do tính cứng của
phụ gia cần có áp lực lớn lên vật liệu, áp suất đạt khoảng 500 Mpa. Nam châm bột kim loại rất
kinh tế, có hình dáng phức tạp và có kích thước nhỏ.
 Nam châm kim loại gốm.
Có độ xốp 3 - 5% năng lượng dự trữ và cảm ứng dư của chúng 10 – 20% thấp hơn so với
nam châm đúc có cùng thành phần hợp kim, nhưng nó lại có độ bền cơ học cao từ 3 - 6 lần. Tính
chất từ của nam châm kim loại tấm tương đối thấp. Lực kháng từ so với nam châm đúc kém hơn
10 - 15%, cảm ứng của từ 35 - 50%. Năng lượng từ dự trữ từ 40 - 60%. Tính chất từ bị hạ thấp
được giải thích là có chứa tới 30% vật chất liên kết không từ tính.
 Vật liệu ferit từ cứng.
Ferit từ cứng khá phổ biến là BaO.6Fe2O3 khác biệt với ferit từ mềm là chúng không có lưới
tinh thể vuông mà là lưới tinh thể lục giác có một trục dị hướng. Trong công nghiệp sán xuất hai
115

12. Bài giảng: Vật Liệu Kỹ Thuật Điện Chương 9
loại nam châm bari loại đẳng hướng. Lực kháng từ cao ở vật liệu này là do kích thước hạt tinh
thể rất nhỏ và lực từ tinh thể dị hướng cao. Kỹ thuật sản xuất ferit từ cứng tương tự như công
nghệ sản xuất ferit từ mềm. Tuy nhiên để có được cấu trúc tinh thể nhỏ cần phải nghiền rất nhỏ
(theo nguyên tắc trong môi trường nước) và liên kết được tiến hành ở nhiệt độ thấp nhằm tránh
quá trình phá vỡ tinh thể. Tính chất từ của ferit từ cứng (ferit bari và ferit coban) được đưa trong
(bảng 9.3).
Bảng 9.3. Tính chất từ của ferit bari và ferit coban
Vật liệu Wmax (Kg/m3) HC (A/m) Br, (Td)
Ferit bari 3,2 128 0,19
2,4 bari - nhôm 3,6 128 0,21
1,5 coban - nhôm 5,6 128 0,24
2 coban - nhôm 7,2 128 0,28
 Nam châm Bari.
Được sản xuất ở thể hình đĩa mỏng nó có tính ổn định cao khi bị tác động của từ trường
ngoài, không sợ rung va đập. Khối lượng riêng khoảng 4,4 - 4,9 Mg/m3. Nam châm từ Ferit Bari
104 - 107 Ω.m. Nam châm từ Ferit Bari có thể sử dụng ở tần số cao. Giá thành rất rẻ. Nhược điểm
của nam châm Bari có độ bền cơ học thấp, tính ròn, tính chất từ phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ.
Ngoài ra chúng còn bị thay đổi tính chất từ sau khi bị làm lạnh từ nhiệt độ bình thường sang
nhiệt độ -60oC và lại được nâng lên nhiệt độ cũ.
 Nam châm Coban.
Có đặc tính là độ ổn định cao với nhiệt độ các tham số còn lại được thể hiện ở bảng 9.3. Giá
thành của nam châm làm từ Ferit Coban cao hơn so với làm từ Fent Bari.
 Hợp kim trên cơ sở của các nguyên tố hiếm.
Vật liệu từ cứng của nhóm này rất nhiều triển vọng, nhưng còn chưa được nghiên cứu một
cách đầy đủ đáng kể cả công nghệ chế tạo. Những nguyên tố hiếm là các kim loại tạo bởi số
lượng lớn liên kết với các kim loại thuộc nhóm chuyển tiếp. Trong đó những liên kết đặc biệt
quan trọng được quan tâm đó là Rco5 và R2Co7 ở đây R là nguyên tố hiếm. Những liên kết kể
trên có cấu trúc lục giác, trong nó tồn tại tinh thể từ dị hướng mạnh và có nhiệt độ Quiri cao, chỉ
ở nhiệt độ 200 400 oC thấp hơn TK của coban nguyên chất và rất ít phụ thuộc vào dạng nguyên
tố hiếm. Độ từ hoá bão hoà cao nhất của Coban với các nguyên tố ở nửa đầu dãy Lantan hay là
với các nguyên tố từ tính ít hoặc thậm chí hoà tan không từ tính, ví dụ như Lantan hay Itri. Khi
nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ tới hạn thì liên kết Rco5 bị phân tích thành hai pha. Phá vỡ tính đồng
nhất pha và là mộût trong những nguyên nhân xuất hiện lực từ kháng cao trong vật liệu. Phương
pháp thông dụng tạo ra nam châm là chúng được nung ở dạng bột trong đó có mặt của nước. Ví
dụ nam châm trên cơ sở của SmCo5 được nung ở nhiệt độ 1000oC; pha nước được hình thành do
sự nóng chảy của hợp kim (Sm +Co), cho thêm vào thành phần hỗn hợp bột. Tính chất của vật
liệu từ cứng trên cơ sở của nguyên tố hiếm được thể hiện ở bảng (9.4).
Bảng 9.4. Đặc tính từ của một vài vật liệu trên cơ sở của nguyên tố hiếm.
Thành phần Wmax (Kg/m3) HC (A/m) Br, (TI) TK (oC)
SmCo5 75 560 0,92 725
PrCo5 56 415 0,94 610
Sm0.5Pr0.5Co5 80 700 0,93 610
 Kim loại và các vật liệu không kim loại để ghi thông tin từ.
Những vật liệu từ cứng là những băng từ để ghi âm hoặc ghi hình và để ghi và lưu trữ thông
tin của máy tính. Nhằm mục đích này sử dụng những băng kim loại mỏng từ hợp kim không rỉ
và băng nhựa có lớp bột của hợp kim. Băng được ghi thông tin phải được khử từ ít và có lực
kháng từ cao. Khi tăng lực kháng từ thì giảm đồng thời hiệu ứng Copi - là hiện tượng xấu và
được tóm lại như sau: đoạn nhiễm từ được quay vào băng xoắn từ hoá vào đoạn gần nhất của
vòng bên cạnh. Tuy nhiên để thoả mãn quá trình xoá sạch sự ghi thì cần kháng từ nhỏ, đó là
những yêu cầu mâu thuẫn. Như vậy tốt nhất là giá trị Hc nằm trong giới hạn 20-50KA/m. Phụ
116

13. Bài giảng: Vật Liệu Kỹ Thuật Điện Chương 9
thuộc vào vật liệu này để ghi từ cần phải có từ dư đủ lớn và tính ổn định của các tham số từ khi
thay đổi nhiệt độ.
Ứng dụng chính trong kỹ thuật ghi từ là băng trên cơ sở của Polime. Những băng đó được
sản xuất bằng cách quét lên một lớp sơn từ mỏng vào Polime. Sơn từ có cấu tạo từ bôût từ với
các vật chất kết dính, bám dính và phân đều hạt bột từ và làm giảm độ dày của lớp công tác.
Băng nhựa được sản xuất từ Polietilentereftalat hay còn dược gọi là lapsan có độ bền kéo cao.
Băng từ được sản xuất có các thành phần γ-Fe2O3 với các hạt nhỏ một vùng. Băng có hai lớp từ
có cấu tạo từ γ-Fe2O3 và CrO2 có được ưu điểm là tính ghi từ tốt ở tần số thấp và lớp màng mỏng
tốt chứa γ-Fe2O3. Nhờ có độ dày chung nhỏ loại băng này được sử dụng cho băng ghi âm chất
lượng cao. Tính chất của băng từ tốt nhất để ghi thông tin là băng Polime có lớp công tác làm từ
săút nguyên
chất hoặc là hợp kim sắt từ. Sử dụng loại này trong đĩa Compact hay băng Kacet có thể ghi được
dải tần số từ 10-27000Hz. So với vật liệu oxit sắt từ băng từ kim loại đắt hơn nhiều nó được sử
dụng trong các thiết bị chuyên nghiệp.
117