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

1.1 Một số loại vật liệu từ mềmLà 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 đư

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

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

1.1.1 Tôn Silic

1.1 Một số loại vật liệu từ mềm

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

1.1.3.2 Hợp kim vô định hình và nanô tinh

thể

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

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 mềm1.2.1 Lõi máy biến áp

và không coi là biến áp thật sự.

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

1.2.2 Cuộn cảm

Lõi dẫn từ của nam châm điện là các vật liệu từ mềm và thông thường chúng phải thỏa mãn các yêu cầu:

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.

1.2 Ứng dụng của vật liệu từ mềm

1.2.4 Cảm biến đo từ trường

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

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

2.1.1 Hợp kim AlNiCo

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

2.1.2 Vật liệu từ cứng ferrite

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.

2.1 Một số loại vật liệu từ cứng

2.1.3 Nam châm đất hiếm

2.2 Ứng dụng của vật liệu từ cứng

2.2.1 Chế tạo nam châm vĩnh cữu

2.2 Ứng dụng của vật liệu từ cứng

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

16

2.2.1 Chế tạo nam châm vĩnh cữu

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

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)

18

2.2.2 Vật liệu ghi từ

2.2 Ứng dụng của vật liệu từ cứng

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

20

2.2.2 Vật liệu ghi từ

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.

21

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

22

Material Saturation Polarisation (mT) Intrinsic Coercivity (kAm-1) Average Particle Size (mm) Particle Shape

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 24

Hình 15 Phương pháp chế tạo băng từ hạt.

25

Các đĩa từ

Việc ghi dữ liệu lên trên một đĩa có ưu việt hiển nhiên so với thời gian truy nhập, bởi vì đầu có 5thể sẳn sàng di chuyển đến chỗ tương ứng trên đĩa, trong khi đó một cái băng cần phải được cuốn lại hoặc cuốn tiếp về phía trước ( advanced) Có hai loại dĩa: mềm (floppy) và cứng (hard) Các nguyên lý của việc sản xuất và ghi trên các dĩa mềm rất giống với băng từ hạt, tức là giống như các vật liệu hạt trên đế plastic.

Dĩa cứng được tạo ra trên một đế rắn, thường là nhôm, dày cỡ 2mm Trên đế được lắng đọng vài lớp : một lớp dưới để giúp gắn chặt ( ~ 10 nm, nickel phosphide); một lớp crom (5-10 nm) để kiểm tra sự định hướng và kích thước hạt của lớp từ; lớp từ 9 50 nm PtCo với các phụ gia khác nhau

Ta, P, Ni, Cr); một lớp phủ ở trên bảo vệ ( chẳng hạn zirconia 10-20 nm) và chất bôi trơn cuối cùng để làm giảm sự cọ xát và sự bào mòn của đĩa ( chẳng hạn một đơn lớp của fluorocarbon mạch dài ( long chain)) Lớp từ tạo ra một cấu trúc tế bào của các tế bào từ giàu Co trong một ma trân không từ tính Các tế bào này giống hệt như môi trường ghi từ hạt, nhưng trên phạm vi nhỏ hơn nhiều.

26

Cấu trúc của một đĩa cứng được chỉ ra trên hình 16 Đĩa được kèm theo một môtơ quay, sẽ quay đĩa; đối với dung lượng trữ lớn, một vài đĩa có thể được dựng thành một chồng Các đầu đọc và ghi được kèm với một cánh tay nhún ( swinging arm) (mỗi bên đều có), có thể được quét ngang qua đĩa khi sử dụng một cuộm tiếng

Hình 16 Sơ đồ

biểu diễn cấu tạo của một đĩa cứng 27