B

1
BÀI GI?NG V? V?T LI?U T? C?U TRÚC NANÔ
PGS TS
Tr?n Hoàng H?i
2
Luu l?i thông tin c?n thi?t
Ð?a ch? b?n dã t?i http//mientayvn.com/Cao20hoc
20quang20dien20tu/Semina20tren20lop/seminar.h
tml
Noi b?n có th? th?o lu?n http//myyagy.com/mienta
y/
D?ch tài li?u tr?c tuy?n mi?n phí http//mientayv
n.com/dich_tieng_anh_chuyen_nghanh.html
D? án d?ch h?c li?u m? http//mientayvn.com/OCW/M
IT/Co.html
Liên h? v?i ngu?i qu?n lí trang web Yahoo
thanhlam1910_2006_at_yahoo.com Gmail
frbwrthes_at_gmail.com
3
(No Transcript)
4
Ph?n I. V?T LI?U T? VÀ ?NG D?NG
5
Chuong 1. Nh?ng khái ni?m co b?n v? v?t li?u t?
1. L?ch s? c?a t? h?c
1600. Dr, William Gilbert - nh?ng thí nghi?m d?u
tiên v? t? h?c De Magnete. 1819. Oerstead - s?
g?n li?n gi?a t? h?c và di?n h?c. 1825. Sturgeon
dã phát minh ra nam châm di?n. 1880. Warburg dã
v? ra chu trình tr? d?u tiên c?a s?t. 1895. Ð?nh
lu?t Curie dã du?c d? xu?t 1905. Langevin l?n d?u
tiên dã gi?i thích tính ch?t c?a ngh?ch t? và
thu?n t?. 1906. Weiss dã dua ra lý thuy?t s?t
t?. Nh?ng nam 1920. V?t lý c?a t? h?c dã du?c
phát tr??n v?i các lý thuy?t liên quan d?n spin
electron và tuong tác trao d?i nh?ng s? b?t d?u
c?a co h?c lu?ng t?.
6
Hình 1a. S? phát tri?n c?a nam châm vinh c?u
trong th? k? th? 20.
7
Hình 1b. Lodestone, ferít kh?i và nam châm
h?pkim NdFeB v?i cùng nang lu?ng t? nhu nhau
8
Lodestone ( dá nam châm) Ðây là nam châm vinh
c?u d?u tiên du?c ghi nh?n m?t ôxyt Fe3O4 hi?m
có trong t? nhiên. T? tru?ng còn th?p,song tru?ng
kh? t? là khá cao. Thép carbon t? Chúng du?c
phát tri?n vào th? k? 18. Các thép này là h?p kim
v?I tungsten và / ho?c crom d? t?o ra carbide
k?t t?a trong vi?c x? lý nhi?t thích h?p, là h?
qu? trong vi?c làm c?n tr? s? d?ch chuy?n vách
dômen. Các nam châm lo?i này có bão hòa t? cao,
hon nhi?u so v?i lodestone, song chúng d? b? kh?
t?, nên c?n ph?i s? d?ng hình d?ng dài d? làm c?c
ti?u các tru?ng kh? t?.
9
Nam châm Alnico ( h?p kim trên c? s? c?a Al, Co,
và Ni ) Nhóm nam châm này du?c phát tri?n trong
nh?ng nam 1930, là nam châm vinh c?u hi?n d?i
nh?t dáng chú ý trong t? c?ng trong các thép t?
có d?n lúc dó. Các tính ch?t c?a chúng d?a trên
s? d? hu?ng t? hình d?ng liên quan d?n hai c?u
trúc nanô pha bao g?m các hình kim Fe-Co có tính
s?t t? trong m?t ma tr?n c?a các Al-Ni không t?.
Nh? nhi?t d? Curie cao c?a chúng, 850 oC,
chúng v?n du?c s? d?ng cho d?n hi?n nay. Các
nam châm carbon-platinium Chúng dã du?c phát
tri?n vào nh?ng nam 1950. Nh?ng tính ch?t dã du?c
c?i thi?n vu?t trên h?p kim Alnico và tính ch?ng
an mòn c?a chúng dã làm cho chúng du?c s? d?ng
trong các ?ng d?ng y sinh h?c t?i th?i di?m dó.
Song do giá thành cao nên chua du?c s? d?ng r?ng
rãi và các nam châm d?t hi?m dã thay th? chúng.
10
Các nam châm ferít t? c?ng ( BaFe12O19 ho?c
SrFe12O19 ) Chúng là các nam châm có tính thuong
m?i quan tr?ng nh?t trong vài ch?c nam qua. Nh?
c?u trúc d? hu?ng , chúng dã có l?c kháng t?
tuong d?i cao, song tích nang lu?ng l?i th?p. M?c
dù v?y , chúng v?n có nh?ng ?ng d?ng r?ng rãi vì
s? phong phú c?a qu?ng nguyên li?u và giá thành
s?n xu?t th?p.. Chúng cung phù h?p cho vi?c s?
d?ng trong vi?c t?o các hình d?ng ph?c t?p. Chúng
v?n gi? là lo?i v?t li?u thông d?ng nh?t hi?n nay
trong các ?ng d?ng v?i kh?i lu?ng l?n. Samari
Cobalt Ðu?c phát tri?n vào cu?i nh?ng nam 1960,
nhóm này bao g?m t? h?p h?p kim cobalt, s?t và
m?t ít nguyên t? d?t hi?m Chúng không ch? bi?u
hi?n b?n ch?t t? c?ng nang lu?ng cao , mà SmCo5
còn th? hi?n tính thuong m?i tuong d?i cao. Chúng
dã gi? k? l?c v? tích nang lu?ng cao nh?t trong
nhi?u nam, nhung ti?c thay chúng có nhu?c di?m v?
giá thành. Các nam châm này có d? b?n v?ng nhi?t
t?t và vì v?y mà du?c s? d?ng ? nh?ng noi làm
vi?c ? nhi?t d? cao.
11
Các nam châm Neodym S?t Bor Chúng du?c t?o ra
d?u tiên vào nam 1984 chúng t? h?p c?a m?t d? t?
hóa cao v?i tính ch?ng kh? t? t?t. Giá thành cao
c?a samari và s? b?t ?n v? giá c?a cobalt dã d?n
các nam châm lo?i này tr? thành s? ch?n l?a trong
các ?ng d?ng dòi h?i các nam châm có nang lu?ng
cao. M?c dù có nang lu?ng cao, các nam châm này
có nhi?t d? Curie tuong d?i th?p ( 312oC), di?u
này dã gi?i h?n nh?ng ?ng d?ng c?a chúng ? vùng
nhi?t d? cao. Vi?c thêm Co và Dy s? c?i thi?n
du?c các d?c trung nhi?t d? nhung cung làm tang
giá thành s?n xu?t. Song di?u này v?n không ngan
c?n vi?c s? d?ng chúng ngày càng tang trên th?
tru?ng, d?c bi?t trong các ?ng d?ng c?n gi?m kích
thu?c . Nitrid Samari S?t S? phát tri?n c?a các
h?p kim này v?n dang ti?p t?c chúng là v?t li?u
m?i d?y h?a h?n cho các ?ng d?ng nam châm vinh
c?u nh? s? ch?ng kh? t? cao, d? t? hóa cao và s?
ch?ng an mòn và nhi?t d? Curie cao so v?i neodym
s?t bor.
12
2. Ngu?n g?c c?a t? tính. H?u h?t m?i ngu?i d?u
bi?t v?t li?u t? là gì, nhung r?t ít ngu?i bi?t
m?t nam châm h?at d?ng nhu th? nào?. Ð? hi?u du?c
di?u này thì tru?c h?t chúng ta hãy tìm hi?u m?i
tuong quan gi?a hi?n tu?ng t? và hi?n tu?ng
di?n. M?t nam châm di?n don gi?n có th? t?o ra
b?ng cách cu?n dây d?ng thành cu?n và n?i cu?n
dây v?i m?t accu. M?t t? tru?ng du?c t?o ra bên
trong cu?n dây , nhung nó ch? t?n t?i khi dòng
di?n v?n còn ch?y qua cu?n dây. M?t thanh nam
châm thông thu?ng không có m?t m?i liên h? rõ
ràng v?i dòng di?n thì nó s? làm vi?c nhu th?
nao? Tru?ng du?c t?o ra b?i nam châm du?c liên h?
v?i s? chuy?n d?ng và các tuong tác c?a các
electron, các h?t tích di?n âm, chuy?n d?ng theo
qu? d?o h?t nhân c?a m?i nguyên t?.
13
Hi?n tu?ng di?n là s? chuy?n d?ng c?a các
electron ? trong m?t cu?n dây ho?c trong m?t
nguyên t?., nhu v?y m?i nguyên t? bi?u hi?n nhu
m?t nam châm vinh c?u nh? xíu v?n có s?n c?a nó.
Electron dang quay tròn t?o ra m?t mômen t? qu?
da? c?a riêng nó , du?c do b?ng magneton Bohr (
?B), và cung có m?t mômen t? spin tuong ?ng v?i
nó do electron t? quay , gi?ng nhu trái d?t
quay trên tr?c c?a b?n thân nó.( du?c minh h?a
trên hình 2). Trong h?u h?t các v?t li?u d?u có
mômen t? t?ng c?ng, nh? các electron t?o thành
nhóm t?ng c?p, gây ra mômen t? b? tru?t tiêu b?i
lân c?n c?a nó. Trong các v?t li?u t? nào dó, các
mômen t? v?i m?t t? l? l?n c?a các electron dã
du?c s?p x?p, khi t?o ra m?t t? tru?ng d?ng nh?t.
Tru?ng du?c t?o ra trong v?t li?u ( ho?c b?ng m?t
nam chân di?n) có m?t hu?ng ch?y và nam châm b?t
k? nào d?u th? hi?n m?t l?c d? c? g?ng s?p x?p nó
theo t? tru?ng ngoài, gi?ng nhu cái kim la bàn.
Các l?c này du?c s? d?ng d? di?u khi?n môto di?n,
t?o âm thanh trong m?t h? loa, ki?m sóat cu?n
ti?ng trong CD player, v.v...Các tuong tác gi?a
t? và di?n, vì v?y là m?t khía c?nh thi?t y?u c?a
nhi?u thi?t b? mà chúng ta s? d?ng hàng ngày.
14
Hình 2. Qu? d?o c?a m?t electron dang quay xung
quanh h?t nhân c?a nguyên t?.
15
3. Các don v? t? và thu?t ng?
B?ng 1. M?i liên h? gi?a m?t vài thông s? trong
hai h? don v?
16

• Ð? t? hóa (M) c?a v?t li?u Mômen t? trên m?t
  don v? th? tích c?a v?t li?u.
• Ð? t? hóa riêng (?) Mômen t? trên m?t don v?
  kh?I lu?ng.
• C?m ?ng t? (B) c?a v?t li?u T? thông t?ng c?ng
  c?a t? tru?ng di qua m?t don v? ti?t di?n c?t
  ngang c?a v?t li?u,
• B ?0 (HM) (1a).
• B H 4?M (1b).
• ?0 là d? t? th?m c?a chân không ( 4? x
  10 -7 Hm-1), là t? s? c?a B/H du?c do trong chân
  không .
• Ð? c?m t? c?a v?t li?u
• Ð? t? th?m
• Ð? phân c?c t? J ?0M

17
4. Phân lo?i các v?t li?u t? Hình 3. B?ng tu?n
hoàn c?a các nguyên t? cho ta b?n ch?t t? c?a m?i
nguyên t? t?i nhi?t d? phòng.
18
Electronic Structures of Atoms on the Periodic
Table
19
Ch?t ngh?ch t? Trong m?t v?t li?u ngh?ch t? , các
nguyên t? không có mômen t? riêng khi không có t?
tru?ng ngoài d?t vào. Du?i ?nh hu?ng c?a m?t t?
tru?ng ngoài (H) các electron dang quay s? ti?n
d?ng và chuy?n d?ng này , là m?t lo?i dòng di?n,
t?o ra m?t d? t? hóa (M) trong hu?ng d?i di?n
v?i phuong c?a t? tru?ng ngoài. T?t c? v?t li?u
d?u có hi?u ?ng ngh?ch t?, song thu?ng trong
tru?ng h?p mà hi?u ?ng ngh?ch t? b? bao ph? b?i
hi?u ?ng thu?n t? hay s?t t? l?n hon. Giá tr? c?a
d? c?m t? là d?c l?p v?i nhi?t d?.
20


Ch?t thu?n t?.
21
Có vài lý thuy?t v? ch?t thu?n t? , phù h?p cho
các lo?i riêng c?a v?t li?u. Mô hình Langevin
dúng cho các v?t li?u v?i các electron d?nh x?
không tuong tác v?i nhau , ? các tr?ng thái mà
m?i nguyên t? có m?t mômen t? d?nh hu?ng h?n lo?n
do s? chuy?n d?ng nhi?t. Vi?c áp d?t m?t t?
tru?ng ngoài dã t?o ra m?t s? s?p x?p m?t ít các
mômen này và vì v?y mà m?t d? t? hóa th?p theo
cùng phuong nhu t? tru?ng ngoài. Khi tang nhi?t
d?, do s? chuy?n d?ng nhi?t s? tang lên, nó s?
tr? nên khó hon d? s?p x?p các mômen t? nguyên t?
và vì v?y, d? c?m t? s? gi?m xu?ng. B?n ch?t này
du?c bi?t nhu d?nh lu?t Curie và du?c cho trong
phuong trình 7, ? dó C là m?t h?ng s? v?t li?u
du?c g?i là h?ng s? Curie.
(7) Các
v?t li?u tuân theo d?nh lu?t này là các v?t li?u
trong dó các mômen t? du?c d?nh x? t?i v? trí
nguyên t? hay ion và ? dó không có tuong tác gi?a
các mômen t? lân c?n. Mu?i hydrad c?a các kim
lo?i chuy?n ti?p, nhu CuSO4.5H2O, là các ví d?
c?a lo?i này có b?n ch?t nhu các ion kim lo?i
chuy?n ti?p, có m?t mômen t? , du?c bao quanh b?i
nhi?u các ion hay các nguyên t? không t?, ngan
c?n tuong tác gi?a các mômen t? lân c?n.
22
Th?c ra thì d?nh lu?t Curie là tru?ng h?p riêng
c?a d?nh lu?t Curie-Weiss t?ng quát hon ( phuong
trình 8), nó h?p nh?t m?t h?ng s? nhi?t d? (?) và
b?t ngu?n t? lý thuy?t Weiss, s? d?ng cho các
v?t li?u s?t t?, k?t h?p tuong tác gi?a các mômen
t?.

(8) Trong phuong trình này, ? có th? duong, âm
ho?c b?ng không. Rõ ràng là khi ? 0, thì d?nh
lu?t Curie-Weiss b?ng d?nh lu?t Curie. Khi ? khác
không thì có m?t tuong tác gi?a các mômen t? lân
c?n và các v?t li?u ch? là thu?n t? ? trên m?t
nhi?t d? chuy?n ti?p nào dó. N?u ? duong thì v?t
li?u là s?t t? ? du?i nhi?t d? chuy?n ti?p và giá
tr? ? tuong ?ng v?i nhi?t d? chuy?n ti?p ( nhi?t
d? Curie, TC). N?u ? là âm, thì khi dó v?t li?u
là ph?n s?t t? ? du?i nhi?t d? chuy?n ti?p (
nhi?t d? Néel, TN), song giá tr? c?a ? không liên
quan t?i TN. M?t di?u quan trong c?n chú ý là
phuong trình này ch? có giá tr? khi v?t li?u ?
trong tr?ng thái thu?n t?.Nó cung không có giá
tr? cho nhi?u kim lo?i vì các electron dóng góp
vào mômen t? d?u không d?nh x?. Song d?nh lu?t
áp d?ng cho m?t vài kim lo?i , ch?ng h?n các d?t
hi?m, ? dó các electron 4f, t?o nên mômen t? là
x?p ch?t.
23
Model Pauli c?a tính thu?n t? là dúng cho các kim
lo?i mà ? dó các electron là t? do và tuong tác
d? t?o ra m?t vùng d?n . Ði?u này dúng cho h?u
h?t các kim lo?i thu?n t?. Trong model này các
electron d?n du?c xem nhu là t? do và du?i m?t
tru?ng ngoài m?t s? m?t cân b?ng gi?a các
electron v?i spin ngu?c nhau du?c t?o ra d?n d?n
m?t d? t? hóa th?p có cùng phuong v?i t? tru?ng
ngoài. Ð? c?m t? không ph? thu?c vào nhi?t d?,
tuy r?ng c?u trúc vùng electron có th? b? ?nh
hu?ng, và l?i ?nh hu?ng lên d? c?m t?.
24
Tính s?t t?
25
Tính s?t t? Tính s?t t? ch? có th? khi các
nguyên t? du?c s?p x?p trong m?t m?ng và các
mômen t? nguyên t? có th? tuong tác lên nhau và
s?p x?p song song v?i nhau. Hi?u ?ng này du?c
gi?i thích theo lý thuy?t c? di?n b?ng s? có m?t
c?a m?t tru?ng phân t? bên trong v?t li?u s?t t?,
l?n d?u tiên du?c dua ra b?i Weiss vào nam 1907.
Tru?ng này d? d? t? hóa v?t li?u d?n tr?ng thái
bão hòa. Trong co h?c lu?ng t?, model Heisenberg
c?a s?t t? dã mô t? s? d?nh hu?ng song song c?a
các mômen t? theo tuong tác trao d?i gi?a các
mômen lân c?n. Weiss dã dua ra s? có m?t c?a các
dômen t? bên trong v?t li?u, là các vùng mà ? dó
các mômen t? nguyên t? du?c d?nh hu?ng . S? d?ch
chuy?n c?a các dômen này s? xác d?nh v?t li?u
hu?ng ?ng nhu th? nào v?i m?t t? tru?ng và nhu
m?t h? qu?, d? c?m là m?t hàm c?a t? tru?ng
ngoài. Vì v?y, các v?t li?u s?t t? thu?ng du?c so
sánh theo d? t? hóa bão hòa ( d? t? hóa khi t?t
c? các dômen dã du?c d?nh hu?ng ) hon là theo d?
c?m t?.
26
Trong b?ng tu?n hòan các nguyên t?, ch? có Fe, Co
và Ni là ch?t s?t t? t?i và trên nhi?t d? phòng.
B?i vì các v?t li?u s?t t? du?c nung lên trên
nhi?t d? dó s? t?o nên s? chuy?n d?ng nhi?t c?a
các nguyên t?, nghia là b?c d?nh hu?ng c?a các
mômen t? nguyên t? gi?m di và vì v?y,d? t? hóa
bão hòa cung gi?m xu?ng. D?n d?n, s? chuy?n d?ng
nhi?t tr? nên l?n d?n m?c v?t li?u tr? thành
thu?n t? nhi?t d? c?a s? chuy?n này là nhi?t d?
Curie, Tc ( Fe Tc 770oC, Co Tc 1131oC và Ni
Tc 358oC) , Trên Tc d? c?m t? thay d?i theo d?nh
lu?t Curie-Weiss.
27
Ch?t ph?n s?t t?.
28
Trong b?ng tu?n hòan, ch? có m?t nguyên t? bi?u
hi?n tính ph?n s?t t? t?i nhi?t d? phòng là crom.
Các v?t li?u ph?n s?t t? r?t gi?ng nhu các v?t
li?u s?t t?, nhung tuong tác trao d?i gi?a các
nguyên t? lân c?n d?n d?n s? s?p x?p ph?n song
song c?a các mômen t? nguyên t?. Vì v?y, t?
tru?ng tru?t tiêu và v?t li?u xu?t hi?n b?n ch?t
gi?ng nhu là m?t v?t li?u thu?n t?. Gi?ng nhu các
v?t li?u s?t t?, các v?t li?u này tr? thành thu?n
t? ? trên m?t nhi?t d? chuy?n ti?p , du?c g?i là
nhi?t d? Néel, TN. ( Cr TN 37oC) .
29
Ferit t?
30
Ferit t? ch? du?c quan sát trong các h?p ch?t có
c?u trúc tinh th? ph?c t?p hon so v?i các nguyên
t? thu?n khi?t. Bên trong các v?t li?u này các
tuong tác trao d?i d?n d?n m?t s? s?p x?p song
song c?a các nguyên t? trong cùng m?t v? trí tinh
th? và s? s?p x?p ph?n song song trong các v? trí
khác. V?t li?u b? chia thành các dômen, gi?ng nhu
trong v?t li?u s?t t? và b?n ch?t t? cung nhu v?y
, m?c dù các v?t li?u ferít có d? t? hóa bão hòa
th?p hon. Ví d? trong ferit barium, (
BaO.6Fe2O3), ô don v? ch?a 64 ion, trong dó các
ion Ba và ôxy không có các mômen t? 16 Fe3 có
các mômen t? s?p x?p song song và 8 Fe3s?p x?p
ph?n song song , cho m?t d? t? hóa riêng song
song v?i tru?ng ngoài, nhung v?i d? l?n tuong d?i
th?p, ch? 1/8 c?a các ion dóng góp vào d? t? hóa
c?a v?t li?u.
31
5. Các tính ch?t n?i t?i c?a các v?t li?u

• Ð? t? hóa bão hòa (Ms)
• Ð? t? hóa bão hòa (Ms) là m?t phép do s? lu?ng
  c?c d?i c?a tru?ng có th? du?c sinh ra b?i m?t
  v?t li?u. Nó s? ph? thu?c vào cu?ng d? c?a các
  mômen dipol trên các nguyên t? c?u t?o v?t li?u
  và chúng x?p ch?t nhu th? nào dó v?i nhau. Mômen
  dipol nguyên t? s? b? ?nh hu?ng b?i b?n ch?t c?a
  nguyên t? và toàn b? c?u trúc electron bên trong
  h?p ch?t. M?t d? x?p c?a các mômen nguyên t? s?
  du?c xác d?nh b?i c?u trúc tinh th? ( t?c là
  không gian c?a các mômen ) và s? có m?t c?a các
  nguyên t? không có t? tính bên trong c?u trúc.
• Ð?i v?i các v?t li?u s?t t?, t?i các nhi?t d?
  nh?t d?nh, Ms cung s? ph? thu?c vào vi?c các
  mômen t? này s?p xép t?t nhu th? nào, vì dao d?ng
  nhi?t c?a các nguyên t? gây ra s? sai h?ng s?p
  x?p c?a các mômen và làm gi?m Ms. Ð?i v?i các v?t
  li?u ferit, không ph?i t?t c? các mômen d?u s?p
  x?p song song, ngay c? t?i 0 K và vì v?y, Ms s?
  ph? thu?c vào s? s?p x?p tuong d?i c?a các mômen
  cung nhu nhi?t d?.

32
Ð? t? hóa bão hòa cung du?c xem nhu d? t? hóa t?
phát, tuy nhiên s? h?ng này thu?ng du?c s? d?ng
d? mô t? d? t? hóa bên trong m?t don dômen t?.
B?ng 3 cho ta vài ví d? các v?t li?u thu?ng dùng
trong các ?ng d?ng t? tính.
B?ng 3. Ð? phân c?c t? bão hòa Js và nhi?t d?
Curie Tc c?a vài v?t l?êu t?
33
S? d? hu?ng t?
S? d? hu?ng t? c?a tinh th? cobalt
34
S? d? hu?ng t?
Trong m?t v?t li?u t? k?t tinh,các tính ch?t t?
s? r?t ph? thu?c vào các phuong tinh th? hóa, mà
các dipol t? s? s?p x?p. Hình 4 bi?u di?n hi?u
?ng này d?i v?i m?t don tinh th? cobalt. C?u trúc
tinh th? hexagonal c?a cobalt có th? du?c t? hóa
d? dàng theo phuong 0001 ( t?c là d?c theo tr?c
c), nhung có tr?c khó c?a d? t? hóa theo phuong
lo?i 1010, n?m trong m?t ph?ng co s? ( 90o so
v?i tr?c d?). M?t phép do d? hu?ng t? tinh th?
theo phuong d? t? hóa là tru?ng d? hu?ng, Ha (
du?c minh h?a trên hình 4 ), là tru?ng dòi h?i d?
quay t?t c? các mômen di 90o, là m?t don v? trong
m?t don tinh th? bão hòa. S? d? hu?ng du?c gây ra
b?i m?t liên k?t c?a các qu? d?o electron d?i v?i
m?ng, và theo phuong d? t? hóa thì liên k?t này
là làm cho các qu? d?o này ? tr?ng thái nang
lu?ng th?p nh?t.
35
S? d? hu?ng t?
Hu?ng d? t? hóa d?i v?i m?t nam châm vinh c?u,
ferít hay h?p kim d?t hi?m, có th? là don tr?c ,
song nó cung có th? có các v?t li?u v?i nhi?u
tr?c d? ho?c ? dó tr?c d? n?m t?i m?i noi trong
m?t m?t ph?ng nào dó ho?c trên b? m?t c?a m?t
hình nón. S? th?c là,m?t nam châm vinh c?u có
tính d? hu?ng don tr?c nghia là khó d? kh? t? ,
vì nó c?n tr? s? quay c?a phuong t? hóa.
36
Các dômen t?
Ð? gi?i thích du?c s? th?t là các v?t li?u s?t
t? v?i d? t? hóa t? phát có th? t?n t?i ? tr?ng
thái kh? t?, Weiss dã dua ra khái ni?m các dômen
t?. Weiss dã xây d?ng trên co s? c?a công trình
tru?c dó c?a Ampère, Weber và Ewing khi dua ra s?
t?n t?i c?a chúng. Các k?t qu? tìm th?y c?a công
trình này liên quan d?n di?u là bên trong m?t
dômen m?t s? l?n các mômen nguyên t? dã du?c d?nh
hu?ng là 10 12 10 18, vu?t quá m?t kh?i lu?ng
l?n hon nhi?u so v?i nh?ng d? doán tru?c dó. Ð?
t? hóa bên trong dômen dã du?c bão hòa và s? luôn
n?m theo phuong t? hóa d? khi ? dó không có t?
tru?ng ngoài d?t vào. Phuong c?a s? d?nh hu?ng
dômen ngang qua m?t kh?i lu?ng l?n v?t li?u là
ng?u nhiên nhi?u hay ít và vì v?y d? t? hóa c?a
m?t m?u là có th? b?ng không.
37
Các dômen t?
Ðômen t? t?n t?i nh?m gi?m nang lu?ng c?a h?. M?t
m?u du?c t? hóa d?ng nh?t, nhu trên hình 5(a), có
m?t nang lu?ng tinh t? l?n liên quan d?n nó. Ðó
là h? qu? c?a s? có m?t c?a cácc? t? t? do t?i b?
m?t c?a m?u, khi phát sinh ra m?t tru?ng kh? t? ,
Hd. T? quy u?c du?c ch?p nh?n cho d?nh nghia c?a
mômen t? cho m?t dipol t? thì d? t? hóa bên trong
m?u ch? ra di t? c?c nam cho d?n c?c b?c, trong
khi dó phuong c?a t? tru?ng ch? ra là di t? c?c
b?c d?n c?c nam. Vì v?y, tru?ng kh? t? theo
phuong ngu?c v?i s? t? hóa c?a m?u. Ð? l?n c?a Hd
ph? thu?c vào hình h?c và d? t? hóa c?a m?u. Nói
chung, n?u m?u có t? l? cao c?a d? dài trên du?ng
kính ( và du?c t? hóa theo truc dài) thì tru?ng
kh? t? và nang lu?ng tinh t? s? th?p.
38
Các dômen t?
Minh h?a s? chia v?t li?u thành (a) don dômen,
(b) hai dômen, (c) B?n dômen và (e) Các dômen
khép kín.
39
Các dômen t?
Vi?c phân chia m?u du?c t? hóa thành hai dômen
nhu minh h?a trên hình 5(b) dã làm gi?m nang
lu?ng tinh t? xu?ng còn m?t n?a. Trong th?c t? ,
n?u nam châm du?c phân chia thành N dômen thì
nang lu?ng tinh t? s? du?c gi?m di N l?n, vì v?y,
hình 5(c) có ¼ nang lu?ng tinh t? c?a hình 5(a).
Hình 5(d) ch? ra c?u trúc dômen kín, ? dó nang
lu?ng tinh t? b?ng không, song di?u này ch? có
th? du?c d?i v?i các v?t li?u mà không có m?t d?
hu?ng t? don tr?c m?nh, và các dômen lân c?n
không ph?i b? t? hóa theo phuong 180o d?i v?i
nhau.
40
Các dômen t?
Vi?c dua vào m?t dômen dã làm tang nang lu?ng
t?ng c?ng c?a h?, vì v?y vi?c chia thành các
dômen ch? ti?p t?c khi vi?c gi?m nang lu?ng tinh
t? l?n hon so v?i nang lu?ng dòi h?i d? t?o ra
vách dômen. Nang lu?ng liên quan d?n m?t vách
dômen t? l? v?i di?n tích c?a nó. Vi?c bi?u di?n
so d? c?a vách dômen du?c ch? ra trên hình 6, ch?
ra r?ng các mômen dipol c?a các nguyên t? bên
trong vách không n?m 180o d?i v?i nhau và nang
luong trao d?i cung tang lên bên trong vách. Vì
v?y, nang lu?ng vách dômen là m?t tính ch?t n?i
t?i c?a m?t v?t li?u ph? thu?c vào m?c d? d?
hu?ng t? tinh th? và cu?ng d? c?a tuong tác trao
d?i gi?a các nguyên t? lân c?n. Ð? dày c?a vách
s? thay d?i tuong quan d?n các thông s? này, vì
m?t d? hu?ng t? tinh th? m?nh s? phù h?p m?t vách
h?p, trong khi mà m?t tuong tác trao d?i m?nh s?
thích h?p v?i m?t vách r?ng.
41
Domains
Magnetized material
Unmagnetized material
E total minimized by presence of domains within
material that align spins within domains, and
keep H external 0
42
Domains
Domains showing the effect of minimizing
exchange energy and magneto static energy
(a)
(b)
(c)

• Magneto Static Energy
• MAXIMUM

MINIMIZED
REDUCED
(e)
(d)
Showing additional energy contributors Magneto
Striction and Wall Surface Energy
43
Domains
Magnetic Domains delineated by iron filings in
an applied Magnetic Field.
Magnetic Force Microscopy (MFM) image showing the
magnetic domains in a piece of heat treated
carbon steel
44
Part 2 Domains
Wall thickness about 1000 Å (100 nm, 0.1 ?m)
45
Các dômen t?
So d? bi?u di?n vách dômen 180o
46
Các dômen t?
Vì v?y, m?t nang lu?ng c?c ti?u có th? d?t du?c
v?i m?t s? riêng bi?t các dômen bên trong m?t
m?u. S? các dômen s? ph? thu?c vào kích thu?c và
hình d?ng c?a m?u ( nó s? ?nh hu?ng lên nang
lu?ng tinh t?) và tính ch?t t? n?i t?i c?a v?t
li?u ( nó s? ?nh hu?ng lên nang lu?ng tinh t? và
nang lu?ng vách dômen).
47

8- Hi?n tu?ng t? tr?
M?t chu trình tr? di?n hình c?a v?t li?u s?t t?
hay ferít.
48
8- Hi?n tu?ng t? tr?
Các v?t li?u s?t t? và ferit t? có các du?ng cong
t? hóa ban d?u không tuy?n tính ( t?c là các
du?ng ch?m trên hình 7), b?i vì d? t? hóa thay
d?i v?i t? tru?ng ngoài là do m?t s? thay d?i
trong c?u trúc dômen t?. Các v?t li?u này cung
ch? ra tính tr? và d? t? hóa không quay v? giá
tr? không sau khi c?t t? tru?ng ngoài. Hình 7 ch?
ra m?t chu trình t? hóa tiêu bi?u hai chu
trình bi?u di?n cùng m?t s? li?u , song, chu
trình màu d? là d? phân c?c ( J ?0M B - ?0 H)
và chu trình màu xanh là d? c?m ?ng, c? hai d?u
du?c v? d?i v?i t? tru?ng ngoài.
49
Hi?n tu?ng t? tr?
Trên m?t ph?n tu th? nh?t c?a chu trình du?c minh
h?a là du?ng cong t? hóa ban d?u ( du?ng ch?m
ch?m), ch? ra s? tang c?a d? phân c?c và (d? c?m
?ng ) lên s? áp d?t c?a m?t tru?ng d?n m?u chua
b? t? hóa. Trong m?t ph?n tu th? nh?t, d? phân
c?c và tru?ng ngoài , c? hai d?u duong, t? là
chúng trong cùng hu?ng. Ð? phân c?c tang ban d?u
b?ng s? l?n lên c?a các dômen du?c d?nh hu?ng
thu?n l?i, nó s? du?c t? hóa trong phuong d? c?a
tinh th?. Khi d? phân c?c có th? tang lên không
th? hon n?a b?i s? l?n lên c?a các dômen, thì
phuong c?a d? t? hóa c?a các dômen khi dó s? quay
t? tr?c d? sang d?nh hu?ng v?i tru?ng. Khi t?t c?
các dômen du?c d?nh hu?ng hoàn toàn v?i tru?ng
ngoài thì s? bão hòa s? d?t du?c và d? phân c?c
không th? tang hon n?a.
50
Hi?n tu?ng t? tr?
N?u tru?ng ngoài du?c d? b? thì d? phân c?c quay
tr? v? d?c theo du?ng li?n màu d? theo tr?c y (
t?c là H 0), và các dômen s? tr? v? hu?ng d? t?
hóa c?a chúng. H? qu? làm gi?m d? phân c?c. Trên
hinh 7, du?ng xu?t phá t? di?m bão hòa d?n tr?c y
là n?m ngang, bi?u di?n m?t v?t li?u d?nh hu?ng
t?t, ? dó các dômen du?c t? hóa theo hu?ng d? c?a
tinh th? t?i di?m bão hòa. N?u hu?ng c?a tru?ng
ngoài là ngu?c l?i ( t?c là theo hu?ng âm ) thì
khi dó s? phân c?c s? di theo du?ng d? vào trong
m?t ph?n tu th? hai. Hi?n tu?ng tr? nghia là s?
phân c?c ch?m l?i phía sau tru?ng ngoài và s?
ngay l?p t?c chuy?n hu?ng vào ytong m?t ph?n tu
th? ba ( t?c là s? phân c?c âm). S? phân c?c s?
ch? gi?m xu?ng sau khi tru?ng ngoài d? cao du?c
d?t vào d? 1) t?o m?m và nuôi l?n các dômen du?c
d?nh hu?ng phù h?p d?i v?i tru?ng ngoài. 2) Quay
hu?ng c?a d? t? hóa c?a các dômen v? phía t?
tru?ng ngoài.

51
Hi?n tu?ng t? tr?
Sau khi áp d?t m?t t? truong d? cao, s? phân c?c
bão hòa s? d?t du?c theo huong âm. N?u t? tru?ng
ngoài sau dó gi?m xu?ng và l?i du?c áp d?t theo
chi?u duong thì chu trình tr? d?y d? s? du?c v?
ra. N?u tru?ng du?c chuy?n l?p l?i tù hu?ng duong
sang âm và d? l?n thì khi dó s? t? hóa và c?m ?ng
t? s? v? m?t chu trình tr? theo hu?ng ngu?c chi?u
kim d?ng h?. Di?n tích ch?a bên trong chu trình
ch? ra lu?ng nang lu?ng h?p th? b?i v?t li?u
trong su?t m?i vòng c?a chu trình tr?.
52
(No Transcript)
53
Các thông s? t?
Chu trình tr? là m?t phuong ti?n d?c trung
cho các v?t li?u t?, và các thông s? khác nhau có
th? du?c xác d?nh t? nó. Trong n?a ph?n tu
th? nh?t, d? phân c?c bão hòa Js và vì v?y mà d?
t? hóa bão hòa , Ms có th? do du?c. Song, h?u
h?t các thông tin h?u ích có th? nh?n du?c trong
m?t ph?n tu th? hai c?a chu trình. Tru?ng
du?c t?o ra b?i nam châm sau khi tru?ng t? hóa
du?c ng?t ra , du?c g?i là c?m ?ng còn du Br hay
Jr. Tru?ng ngu?c dòi h?i d? dua c?m ?ng t?
v? không g?i là l?c kháng t? c?m ?ng, bHc,
Trong khi dó, tru?ng ngu?c dòi h?i d? dua d? t?
hóa v? không g?i là l?c kháng t? n?i t?i, jHc.
Giá tr? c?c d?i c?a tích s? c?a B và H du?c g?i
là tích nang lu?ng c?c d?i, (BH)max và là s? do
lu?ng c?c d?i c?a công h?u ích có th? th?c hi?n
b?i nam châm. (BH)max du?c dùng nhu m?t d?c trung
cho v?t li?u nam châm vinh c?u.
54
Các thông s? t?
Hình d?ng c?a du?ng cong t? hóa ban d?u và
chu trình t? tr? có th? cung c?p thông tin v? b?n
ch?t dômen bên trong v?t li?u. H? s? vuông
góc là phép do d? vuông góc c?a chu trình và là
m?t d?i lu?ng không kích thu?c gi?a 0 và 1, du?c
d?nh nghia b?ng t? s? c?a tru?ng ngu?c dòi h?i d?
gi?m J di 10 kh?i d? c?m còn du, trên Hcj. Vì
v?y h? s? vuông góc là 1 tuong ?ng v?i m?t chu
trình vuông góc hoàn h?o. Có vài phuong pháp
khác d? phân lo?i d? vuông góc c?a chu trình, nhu
t? s? c?a ji trên js .
55
Co ch? l?c kháng t?

• Ð?i v?i m?t v?t li?u t? c?ng, ngu?i ta mong mu?n
  r?ng các dômen không th? quay m?t cách d? dàng
  phuong c?a d? t? hóa và các vách dômen không d?ch
  chuy?n m?t cách d? dàng / ho?c vi?c t?o m?m các
  dômen là khó khan.
• Ð? ngan c?n vi?c quay các dômen, v?t li?u ph?i có
  m?t s? d? hu?ng t? tinh th? don tr?c m?nh. Nói
  cách khác, s? d? hu?ng t? hình d?ng x?y ra trong
  các h?t có d?ng hình kim, ? dó, nang lu?ng tinh
  t? s? nh? khi d? t? hóa n?m trong tr?c d?c c?a
  hình kim so v?i tr?c ngang.
• N?u kích thu?c c?a h?t t? gi?m xu?ng d?n m?t
  kích thu?c ngu?ng mà du?i nó s? gi?m trong nang
  lu?ng tinh t? b?ng vi?c tách thành hai dômen s?
  nh? hon so v?i vi?c tang nang lu?ng do vi?c dua
  vào vách dômen. Các h?t ? du?i kích thu?c ngu?ng
  du?c g?i là các h?t don dômen, và n?u chúng có
  d? d? hu?ng d? cao d? ngan c?n vi?c quay hu?ng
  c?a d? t? hóa thì các h?t s? gi? l?i t? tính và
  khó b? kh? t?. Co ch? l?c kháng t? lo?i này có
  th? du?c quan sát trong các nam châm NdFeB phun-
  nóng ch?y., ? dó kích thu?c tinh th? là 50 nm,
  so v?i kích thu?c ngu?ng cho các h?t don dômen là
  300 nm.

56
Các nam châm vinh c?u cung có th? ch?ng l?i s?
kh? t? b?ng cách ch?t ch?t các vách dômen. Trong
các nam châm lo?i Sm2(Co, Fe, Cu, Zr )17, di?u
này dã d?t du?c b?i s? có m?t c?a pha SmCo5,
trong dó nang lu?ng vách dômen th?p hon dáng k?
so v?i nang lu?ng c?a pha Sm2Co17. Vì v?y các
vách dômen dã b? ch?t ch?t bên trong pha SmCo5 và
c? hai quá trình t? hóa và kh? t? d?u khó
khan. Các nam châm vinh c?u cung có th? d?t du?c
l?c kh? t? b?ng vi?c t?o ra khó khan cho vi?c t?o
ra m?m c?a các dômen m?i. Co ch? này có th? tìm
th?y trong các nam châm vinh c?u NdFeB thiêu k?t,
? dó, m?t pha biên h?t không t? tác d?ng làm tron
các biên h?t khi d?ch chuy?n các v? trí m?m
dômen. Các nam châm vinh c?u kh?ng ch? du?c vi?c
t?o m?m s? d? dàng b? t? hóa vì tr?ng thái ban
d?u dã có vài dômen trong m?i tinh th?, nhung khó
d? kh? t? b?i vì di?u này dòi h?i t?o m?m các
dômen ngu?c m?i.
57
Chuong II. Các v?t li?u t? c?ng
58
(No Transcript)
59
(No Transcript)
60
Các nam châm c?ng, cung còn g?i là các nam châm
vinh c?u, là các v?t li?u t? mà v?n còn gi? l?i
tính ch?t t? c?a chúng sau khi b? t? hóa. Th?c t?
thì di?u này có nghia là các v?t li?u có l?c
kháng t? n?i l?n hon 10 kAm-1. Ngu?i ta
tin r?ng các nam châm vinh c?u du?c nh?ng ngu?i
Trung Qu?c s? d?ng làm kim labàn vào 2500 nam
tru?c công nguyên. Song ch? vào d?u th? k? hai
muoi, thép carbon cao và thép ch?a vonfram / crom
dã thay th? lodestone làm các nam châm vinh c?u
t?t nh?t. Các nam châm này là các nam châm vinh
c?u do s? ch?t ch?t các vách dômen b?i các l?ch
m?ng và sai h?ng. S? d?ch chuy?n c?a các l?ch
m?ng bên trong m?t v?t li?u thu?ng b? ngan tr?
b?i cùng các nhân t? ?nh hu?ng lên s? d?ch chuy?n
c?a các vách dômen và nhu m?t h? qu?, các thép
này r?t c?ng v? m?t co h?c và có ngu?n g?c là t?
c?ng. Các nam châm này có m?t tích nang lu?ng g?n
b?ng 8 kJm-3.
61
Alnico Trong s? phát tri?n c?a các nam châm vinh
c?u , s? c?i thi?n d?u tiên trên các thép , vào
d?u nh?ng nam 1930, dã pháp hi?n ra nhóm c?a các
h?p kim du?c g?i là các h?p kim Alnico. Các h?p
kim này ch? y?u d?a trên các nguyên t? nickel,
cobalt và s?t v?i m?t lu?ng nh? c?a nhôm, d?ng và
titan ( Tr?ng lu?ng di?n hình Fe-35, Co-35,
Ni-15, Al-7, Cu-4, Ti-4). Thành phàn h?p kim và
vi?c ? dã du?c phát tri?n hàng nam, và các tính
ch?t d?t t?i m?t c?c d?i vào nam 1956 v?i vi?c
dua vào alnico 9 d? hu?ng c?t, v?i m?t tích nang
lu?ng 80 kJm-3. Các h?p kim này v?n du?c dùng
cho t?i bây gi? vì chúng có m?t nhi?t d? Curie
cao ( 850oC), và h? qu? là có th? làm vi?c ? các
nhi?t d? cao hon cung nhu b?n v?ng hon xung quanh
nhi?t d? phòng so v?i vài h?p kim hi?n d?i hon.
Song , nhu?c di?m ch? y?u c?a chúng là chúng có
l?c kháng t? n?i t?i th?p ( 50 kAm-1) và nhu
m?t h? qu?, chúng ch? có th? du?c t?o ra du?i
d?ng hình móng ng?a hay hình tr? m?ng dài, không
bi?u hi?n các tru?ng kh? t? l?n. Các nam châm này
du?c thiêu k?t hay dúc tr?c ti?p, và sau dó du?c
? trong m?t t? tru?ng. Cách x? lý này dã t?o ra
m?t vi c?u trúc d?nh hu?ng g?m các thanh
Fe-Co(?) trong m?t ma trân Ni-Al(?) t? y?u. L?c
kháng t? b?t ngu?n t? b?n ch?t hình d?ng thanh
c?a pha ? khi phát sinh d? hu?ng hình d?ng cùng
v?i tính t? y?u c?a pha c? d?nh các vách dômen.
62
Ferít c?ng, Ti?n b? ti?p theo trong s? phát tri?n
c?a nam châm vinh c?u dã d?n vào nh?ng nam 1950
v?i s? dua ra các ferít hexagonal c?ng thu?ng
du?c xem nhu nam châm g?m. Các v?t li?u này là
ferít t? và vì t? l? c?a s?t bên trong v?t li?u
có d? t? du khá th?p (400 mT). L?c kháng t? c?a
các nam châm này ( 250 kAm-1), vu?t quá xa b?t
k? v?t li?u nào tru?c dây. Ð? t? du th?p ngh?a là
tích nang lu?ng c?c d?i ch? c? 40 kJm-3, th?p
hon c? alnico, nhung nh? l?c kháng t? cao nên các
v?t li?u này có th? làm thành các ph?n m?ng hon.
Các nam châm cung th? hi?n tru?ng kh? t? v?a ph?i
và vì v?y có th? du?c s? d?ng cho các ?ng d?ng
nhu là các moto nam châm vinh c?u. C?u trúc ferít
l?c giác du?c tìm th?y trong c? hai lo?i
BaO.6Fe2O3 và SrO.6Fe2O3, nhung ferít Sr có các
tính ch?t hoi cao hon. Uu di?m chính c?a các
ferít là chúng có giá thành c?c k? th?p, nh? vi?c
d? dàng x? lý và giá nguyên li?u th?p, di?u này
làm cho chúng tr? thàmh v?t li?u nam châm vinh
c?u du?c ?ng d?ng r?ng rãi nh?t. Các nam châm
du?c t?o ra b?ng quá trình luy?n kim b?t và không
có v?n d? nào trong vi?c ôxy hóa b?t trong su?t
quá trình x? lý. B?i vì v?t li?u v?n là m?t ôxyt
b?n v?ng.Con du?ng x? lý b?t bao d?m ch?c ch?n
r?ng các nam châm g?m có các h?t r?t nh? ( lt 1
mm), là c?n thi?t cho vi?c phát sinh l?c kháng t?
trong các nam châm này. Trong quá trình x? lý,
b?t du?c là x?p ch?t trong m?t t? tru?ng d? d?nh
hu?ng phuong d? c?a d? t? hóa c?a các h?t và vì
v?y tang cu?ng d? t? du và tích nang lu?ng c?c
d?i.
63
Lo?i SmCo Vào nam 1966, các tính ch?t t? c?a
phase YCo5dã du?c phát hi?n ra. Ðó là phase d?u
tiên d?a trên co s? c?a m?t nguyên t? d?t hi?m
(RE) và và m?t kim lo?i chuy?n ti?p (TM) dã du?c
tìm th?y là có các tính ch?t nam châm d?t hi?m.
T? h?p c?a RE và TM là t? h?p lý tu?ng b?i vì RE
cung c?p tính d? hu?ng cho phase và TM cung c?p
d? t? hóa và nhi?t d? Curie cao. S? phát hi?n ra
SmCo5 ti?p theo vào nam 1967 và tr? thành v?t
li?u t? vinh c?u RE/TM thuong m?i d?u tiên, du?c
k?t dính polymer và có m?t tích nang lu?ng 40
kJm-3. Cu?i nam 1969, ngu?i ta th?y r?ng các nam
châm thiêu k?t SmCo5 có th? du?c t?o ra v?i tích
nang lu?ng 160 kJm-3. Các nam châm này có Sm du
t?o ra m?t phas biên h?t nh?n và l?c kháng t? thu
du?c b?ng vi?c ngan c?n s? t?o m?m c?a các dômen
ngu?c.
64
Vào nam 1976, tích nang lu?ng c?c d?i k? l?c dã
du?c tang lên d?n 240 kJm-3, v?i m?t h?p kim d?a
trên co s? Sm2Co17. Các v?t li?u này là d?a trên
thành ph?n chung Sm2(Co, Fe, Cu, Zr ) và d?t du?c
các tính ch?t t? vinh c?u c?a chúng b?ng vi?c
ki?m soát c?n th?n vi c?u trúc.các nam châm du?c
t?o ra b?ng luy?n kim b?t và là dung d?ch du?c x?
lý t?i 1100oC, ? dó chúng là don phas. Giai
do?n d?ng nh?t này du?c ti?p theo b?ng vài vi?c
x? lý già hóa t?i nhi?t d? th?p hon, ? nhi?t d?
dó , vi c?u trúc ô m?ng dã du?c t?o ra. Các ô
m?ng d?a trên phas lo?i Sm2Co17, giàu Fe và các
biên ô m?ng bao g?m m?t l?p phas lo?i SmCo5, giàu
Cu. Các tính ch?t t? n?i t?i c?a các ôm?ng và các
biên ô m?ng thay d?i nhu là nang lu?ng vách dômen
t? gi?m nhi?u bên trong du?ng biên ô m?ng và t?
dó dính ch?t các vách dômen, d?n d?n các tính
ch?t t? vinh c?u. V?n còn có nhi?u di?u lý thú
trong các v?t li?u này nhu chúng có ti?m nang
h?at d?ng ? nhi?t d? cao (500oC), t?o ra các ?ng
d?ng m?i có th? du?c , ch?ng h?n ch?u du?c trong
d?ng co turbin khí. V?n d? ch? y?u d?i v?i các
nam châm d?a trên Sm/Co là giá d?t c?a nguyên
li?u. Samari ít phong phú hon các nguyên t? d?t
hi?m khác, nhu các nguyên t? La, Ce, Pr, và Nd,
chi?m hon 90 c?a các kim lo?i d?t hi?m trong các
qu?ng d?t hi?m tiêu bi?u. Cobalt du?c x?p vào
lo?i kim lo?i quan tr?ng chi?n lu?c và vi?c buôn
bán b? h?n ch?.
65
Lo?i NdFeB Vào nam 1984, các tính ch?t t? c?a
NdFeB dã du?c phát hi?n m?t cách d?ng th?i b?
General Motor o M? và Sumitomo Special Metals c?a
Nh?t B?n.C? hai nhóm d?u t?o ra v?t li?u d?a trên
phas t? Nd2Fe14B, nhung các phuong pháp gia công
khác nhau. Thiêu k?t T?i Nh?t B?n, Sumitomo
Special Metals dã phát tri?n con du?ng gia công
luy?n kim b?t, ban d?u cho tích nang lu?ng du?c
quan sát cao nh?t dã t?ng có, hon 300kJm-3. Các
nam châm vinh c?u thiêu k?t d?a trênNdFeB sau này
du?c s?n xu?t rav?i tích nang lu?ng c?c d?i 450
kJm-3, b?ng cách c?i thi?n v?êc x? lý nhi?t, du?c
ki?m sóat nhi?u hon và s? d?ng các thành phân
giàu s?t hon. Các nam châm d?a trên NdFeB thiêu
k?t dã d?t du?c l?c kháng t? do m?t phas giàu Nd
t?i các biên h?t có tác d?ng d? t?o ra phas l?ng
khi thiêu k?t, làm tron các biên và vì v?y ngan
c?n vi?c t?o m?m các dômen t? ngu?c. Các b?t HD
sau dó ti?p t?c b? v? ra b?ng thi?t b? nghi?n
phun (Jet), làm gi?m kích thu?c h?t xu?ng còn c?
5 mm. C?n ph?i chú ý r?ng khi h?p kim dang ? du?i
d?ng b?t thì r?t d? cháy và ph?i du?c gi? trong
m?t khí tro.
66
Hình 9. Phuong pháp x? lý nam châm vinh c?u
NdFeB thiêu k?t.
67
Khi b?t b? v? ra m?n d? kích thu?c m?i h?t b?t là
m?t don tinh th?, có th? d?nh hu?ng trong m?t t?
tru?ng. S? d?nh hu?ng này du?c gi? t?i ch? b?ng
cách ép b?t thành kh?i d?c màu xanh, c? 60 d?
d?c. T? h?p này sau dó du?c nung trong chân không
? nhi?t d? 1050oC trong 1 gi?. Trong giai do?n
nung nhi?t, hydro du?c dua d?n v?t li?u và du?c
bom hút ra. Khi gi? t?i nhi?t d? 1060oC trong
m?t gi? thì s? thiêu k?t s? x?y ra và t? h?p s?
tr? nên d?m d?c, v?i s? giúp d? c?a m?t ch?t l?ng
b?ng vi?c làm nóng ch?y pha giàu Nd. Sau khi
thiêu k?t, các nam châm s? du?c làm ngu?i và sau
dó du?c x? lý nh?m d?t du?c các tính ch?t t? t?i
uu. Sau dó nam châm du?c gia công cho d?t kích
thu?c theo yêu c?u ?ng d?ng d? d?nh. Do s? co
ngót l?n x?y ra trong th?i gian thiêu k?t, di?u
này x?y ra l?n hon theo phuong d?nh hu?ng, không
th? ép t? h?p d? co ngót d?n kích thu?c chính xác
du?c yêu c?u. Vi?c gia công là công vi?c r?t t?n
kém và , d?c bi?t d?i v?i các nam châm nh?, m?t
t? l? l?n v?t li?u s? m?t di khi gia công. Do b?n
ch?t ph?n ?ng cao c?a pha giàu Nd, nên các nam
châm có xu hu?ng b? an mòn r?t nhanh, d?c bi?t
trong môi tru?ng ?m. Vì v?y, giai do?n ti?p theo
c?a vi?c x? lý là cung c?p m?t hàng rào b?o v? ?
trên b? m?t c?a nam châm. Vi?c này thu?ng du?c
th?c hi?n v?i m?t l?p ph? nickel, tuy nhiên nhôm,
k?m và nh?a epoxy cung du?c s? d?ng. Cu?i cùng,
các nam châm du?c t? hóa và th? d? dua ra tiêu
th?.
68
Nung ch?y
Hình 10. So d? bi?u di?n quá trình quay-nung
ch?y và s?n xu?t nam châm MQ.
69
? M? vi?c quay-nung ch?y du?c s? d?ng d? t?o ra
m?t d?i bang gi?ng nhu v?t li?u du?c t?o b?t.
Trong quá trình này, h?p kim nóng ch?y du?c phun
lên trên b? m?t c?a m?t bánh xe dang quay du?c
làm ngu?i b?ng nu?c ( hình 10), và d?t t?c d? làm
ngu?i là m?t tri?u oC/s . Vi c?u trúc và các tính
ch?t t? c?a các d?i NdFeB du?c t?o thành b?ng
phuong pháp quay-nung ch?y r?t nh?y v?i t?c d?
làm ngu?i, t?c là v?i t?c d? bánh xe quay. T?c d?
làm ngu?i cao s? t?o ra các d?i bang th?c s? vô
d?nh hình ( t?c là không ph?i là h?t tinh
th?) có l?c kháng t? n?i không dáng k?. T?c d?
làm ngu?i t?i uu s? có du?c các d?i bang v?i các
l?c kháng t? cao nh?t chúng bao g?m các h?t
Nd2Fe14B d?ng g?n hình c?u ( du?ng kính 20
100nm) là các h?t don dômen , vì v?y có l?c kháng
t? cao ( 1000 kAm-1). ? t?i v?n t?c bánh xe du?i
di?m t?i uu, t?c d? ngu?i ch?m s? t?o ra các d?i
bang bao g?m các h?t l?n hon và du?c d?c trung
b?ng các l?c kháng t? th?p. Lo?i b?t này không
th? du?c thiêu k?t d? t?o ra các nam châm d?c
hoàn toàn mà không phá h?y các tính ch?t t?,
nhung có th? du?c dùng trong m?t trong ba cách
70
MQ-I D?i bang du?c phun nóng ch?y du?c pha tr?n
v?i m?t lo?i nh?a d? t?o ra m?t nam châm vinh c?u
k?t dính. Các tinh th? c?a v?t li?u MQI du?c d?nh
hu?ng h?n d?n sao cho các nam châm là d?ng hu?ng
và có th? t? hóa theo b?t k? tr?c nào. B?n ch?t
d?ng hu?ng c?a v?t li?u dã gi?i h?n (BH)max cho
d?n 80 kJm-3. MQ-II Tính d?m d?c du?c c?i thi?n
c?a các d?i bang phun-nóng ch?y có th? có du?c
b?ng vi?c ép nóng t?i 750 oC mà không có tác
d?ng ngu?c c?a l?c kháng t? c?a b?t. Các nam châm
lo?i MQII này bi?u th? m?t s? d?nh t? nh? (
10) và d?t d? d?m d?c 100 , t?c là các tính
ch?t t? không b? gi?m xu?ng b?i v?t li?u không
t?, ch?ng h?n nh?a. Vì v?t MQII có (BH)max cao
hon MQI v?i giá tr? 100 120 kJm-3. MQ-III S?
d?nh hu?ng l?n hon m?t cách dáng k? ( gt 75) và
vì v?y tích nang lu?ng c?c d?i l?n hon, có th?
nhân du?c b?ng m?t bu?c x? lý ph? thêm. V?t li?u
MQIII du?c nung cho d?n 750oC trong m?t khuôn
ch?t ( die cavity) có m?t du?ng kính l?n hon và
sau dó du?c bi?n d?ng ch?m. Quá trình ép nóng th?
hai này, dã gi?i h?n s? tôi ch?t ( die-upset
forge), t?o ra m?t dòng nh?a ( plastic flow) và
s? d?nh hu?ng l?i c?a các tinh th?. Các nam châm
nhu v?y , nhu MQIII có 100 dô d?c, và do s?
d?nh hu?ng c?a tinh th? nên có tích nang lu?nf
c?c d?i là 400 kJm-3.
71
Các ?ng d?ng c?a v?t li?u t? c?ng.
72
T? l? tang tru?ng trong vi?c s?n xu?t các nam
châm d?t hi?m ti?p t?c không s?t gi?m, m?c dù có
các di?n bi?n c?a n?n kinh t? th? gi?i. Nhu v?y,
các nam châm NdFeB thiêu k?t bi?u th? m?t s? tang
tru?ng không ng?ng 12, trong khi dó t? l? tang
tru?ng c?a các nam châm k?t dính vu?t quá 20.
Hi?n nay giá tr? t?ng c?ng c?a các v?t li?u t?
c?ng dã v?t quá các v?t li?u t? m?m và kho?ng
cách càng ngày càng r?ng ra. Lý do c?a s? tang
tru?ng ngo?n m?c này là m?t ph?n do th? tru?ng PC
trên toàn c?u dang hung th?nh, nhu c? 60 s?n
lu?ng nam châm NdFeB dua vào các ?ng d?ng làm dia
c?ng, Các môto có cu?n ch?ng ?n (
voice-coil-motors(VCMs)). Song di?u này không
ph?i là t?t c? và b?ng 4 cho ta th?y m?t s? t?ng
h?p c?a m?t kho?ng r?t r?ng các ?ng d?ng c?a các
nam châm d?t hi?m, và nhi?u trong các ?ng d?ng dó
v?n ti?p t?c tang tru?ng.
73
Nói chung, các nam châm vinh c?u v?n r?t quan
trong . Có th? minh h?a di?u này trong m?t chi?c
xe ôtô. Trong nam muoi nam tru?c, m?t chi?c xe
ôtô ch? có m?t nam châm ( cái do t?c d?), trong
khi dó nh?ng chi?c xe hi?n d?i có th? có t?i hàng
tram môto nam châm vinh c?u. Hi?n t?i các môto
này h?u hét d?u d?a trên ferít- sr ( SrFe12O19)
và s? thâm nh?p c?a các nam châm NdFeB vao trong
linh v?c này dòi h?i gi?m giá thành dáng k?, m?t
s? tang trong nhi?t d? h?at d?ng c?c d?i và s?
c?i thi?n trong v?n d? ch?ng an mòn. Các ích l?i
d?y ti?m nang c?a vi?v s? d?ng nam châm NdFeB có
th? là m?t s? gi?m dáng k? v? th? tích và tr?ng
lu?ng và tính hi?u qu? dã du?c c?i thi?n. Ði?u
này có th? ?nh hu?ng ch? y?u d?n vi?c s? d?ng các
nam châm này trong tuong lai.
74
(No Transcript)
75
B?ng 4. Các ví d? v? ?ng d?ng d?i v?i các v?t
li?u t? vinh c?u. Xe hoi Môto kh?i d?ng, h?
th?ng phanh ch?ng khóa (ABS), môto di?u khi?n g?t
nu?c, các bom phun, Qu?t và di?u khi?n c?a s?.
Ch? ng?i..., loa, phanh b?ng dòng xoáy, máy phát
di?n xoay chi?u. Vi?n thông H? loa, micro,
chuông di?n tho?i, ?ng nghe, nói, chuy?n m?ch và
role. X? lý s? li?u B? di?u khi?n và actuator
dia c?ng, các môto bu?c, máy in. Hàng di?n t?
tiêu dùng. Môto DC cho vòi t?m, Máy gi?t, Khoan,
B? di?u khi?n DC th? th?p cho các thi?t b?không
dây, B? loa cho TV và Audio, D?ng c? s?a ch?a và
t?p trung tiêu di?m c?a chùm TV, Dia copact disc,
Computer gia dình, máy quay video, b? khóa.
Các thi?t b? di?n t?. Các c?m bi?n, Các
công t?c không ti?p xúc, Các ph? k? NMR, Ðia do
nang lu?ng, Các thi?t b? bi?n d?i di?n co, Các
?ng d?n tru?ng chéo nhau, D?ng c? h?at d?ng
chuy?n dòng, Thi?t b? hãm.
76
Công nghi?p. Môto DC cho các d?ng c? t?
tính, Robot, Các thi?t b? tách t? cho vi?c tách
kim lo?i và qu?ng, Các v?t mang t?, các máy nâng,
Các b? hãm và kh?p n?i, Các thi?t b? do. Thiên
van và không gian. Các v?t mang không ma sát,
Các môto bu?c, Các liên k?t c?p, Thi?t b?, các
?ng truy?n sóng, La bàn t? d?ng. Ph?u thu?t sinh
h?c. Hàm rang, Nha khoa, Khoa ch?nh hình, Lành
v?t thuong, trét l? th?ng d? dày, Các vòng dai
d?y, Trái tim nhân t?o t? d?ng, Thi?t b? quét co
th? cho Ch?p ?nh c?ng hu?ng t?(MRI).
77
9. Các v?t li?u t? m?m.
Các v?t li?u t? m?m là các v?t li?u du?c t?
hoá và kh? t? d? dàng. Ði?n hình là chúng có l?c
kháng t? n?i t?i nh? hon 1000 Am-1. Chúngdu?c s?
d?ng d?u tiên d? tang cu?ng ho?c che ch?n t?
thông du?c t?o ra b?i m?t dòng di?n. Thông s?
chính, th?ong s? d?ng nhu m?t bi?u t?ong cho v?t
li?u t? m?m là d? t? th?m tuong d?i ( ?r, ? dây
?r B/moH ), là phép do cho bi?t d? hu?ng ?ng
nhu th? nào c?a v?t li?u d?i v?i t? tru?ng ngoài.
Các thông s? chính khác dáng quan tâm là l?c
kháng t?, d? t? hóa bão hòa và d? d?n di?n.
Các lo?i ?ng d?ng c?a v?t li?u t? m?m n?m trong
hai linh v?c chính AC và DC. Trong các ?ng d?ng
DC, v?t li?u du?c t? hóa nh?m th?c hi?n m?t h?at
d?ng và sau dó b? kh? t? t?i k?t thúc c?a ho?t
d?ng, ví d? m?t nam châm di?n trên m?t c?n tr?c
c?u hàng , du?c n?i m?ch d? hút lõi thép và sau
dó b? ng?t m?ch d? tháo r?i thép ra. Trong các
?ng d?ng AC, v?t li?u s? liên t?c xoay vòng t?
hóa theo phuong này d?n phuong khác, qua m?t chu
k? h?at d?ng., ví d? nhu bi?n th? công su?t. M?t
d? t? th?m cao là t?t d?i v?i m?i lo?i ?ng d?ng,
nhung s? quan tr?ng c?a các tính ch?t khác s?
thay d?i.
78
Ð?i v?i nh?ng ?ng d?ng DC, di?u chú ý chính cho
vi?c ch?n v?t li?u h?u nhu d?u gi?ng nhau là d?
t? th?m. Ví d? nhu trong các ?ng d?ng che ch?n, ?
dó t? thông ph?i du?c che ch?n thông qua v?t
li?u. ? dây v?t li?u du?c s? d?ng d? phát sinh ra
m?t t? tru?ng ho?c t?o ra m?t l?c, vì v?y d? t?
hóa bão hòa có th? là quan tr?ng. Ð?i v?i các
?ng d?ng AC, di?u chú ý quan tr?ng là nang lu?ng
b? t?n hao bao nhiêu trong h?, khi v?t li?u ch?y
vòng quang chu trình tr?. Su65 m?t mát nang lu?ng
có th? b?t ngu?n t? ba nguyên nhân khác nhau 1.
chu trình tr?, liên quan d?n di?n tích ch?a bên
trong chu trình tr?. 2. m?t mát dòng di?n xoáy,
liên quan d?n s? phát sinh các dòng di?n bên
trong v?t li?u t? và các m?t mát ch?ng l?i s? k?t
h?p 3. s? m?t mát d? thu?ng, liên quan d?n s?
d?ch chuy?n c?a vách dômen bên trong v?t li?u.
Các m?t mát tr? có th? du?c gi?m xu?ng b?ng vi?c
gi?m l?c kh?ng t? n?i t?i, v?i vi?c gi?m h? qu?
di?n tích bên trong chu trình tr?. Các m?t mát
dòng di?n xoáy cung có th? du?c gi?m xu?ng b?ng
gi?m d? d?n di?n c?a v?t li?u và b?ng vi?c dát
m?ng v?t li?u, s? ?nh hu?ng lên d? d?n di?n toàn
b? và là quan tr?ng vì hi?u ?ng da t?i t?n s?
cao hon. Cu?i cùng, các m?t mát d? thu?ng có th?
du?c gi?m xu?ng b?ng vi?c có m?t v?t li?u hoàn
toàn d?ng nh?t, mà bên trong nó không có s? c?n
tr? s? d?ch chuy?n c?a các vách dômen.
79
Các h?p kim S?t-Silic. Các h?p kim này du?c dùng
làm lõi bi?n th? và du?c bi?t là các thép di?n.
Trong công nghi?p di?n , di?n th? h?u nhu luôn
luôn là AC và t?i t?n s? th?p, 50-60 Hz. T?i các
t?n s? này các dòng di?n xoáy du?c phát sinh
trong các lõi bi?n th?. H?p kim Fe v?i Si có m?t
?nh hu?ng vô cùng l?n lên di?n tr? c?a v?t li?u,
v?i s? tang c?a h? s? 4/3 tr?ng lu?ng Si. Silic
cung có ích l?i làm gi?m d? t? gi?o ( t?c là s?
thay d?i d? dài lên d? t? hóa) và s? d? hu?ng t?
tinh th?. Thêm vào dó, v?t li?u du?c s? d?ng du?i
d?ng cán m?ng , d? dày di?n hình 0.3 d?n 0.7 mm.
Vi?c thêm vào quá nhi?u silic làm cho v?t li?u
c?c k? dòn và khó d? s?n xu?t, khi cho m?t gi?i
h?n th?c t? 4 tr?ng lu?ng vào s? lu?ng silic
du?c thêm vào. G?n dây, m65t k? thu?t dã du?c
phát tri?n d? t?o ra vi?c dát m?ng v?i gt 6 tr?ng
lu?ng Si, b?ng vi?c x? lý l?ng d?ng hoi hóa h?c
SiCl4 d? làm giàu cán dát m?ng v?i Si sau khi
t?o hình cán dát m?ng. Các thép di?n di?n hình
nh?t s? ch?agi?a 3 và 4 tr?ng lu?ng Si.
80
Ð?i v?i các ?ng d?ng bi?n th?, t? thông n?m có uu
th? hon theo d? dài c?a các lá dát m?ng và vì
v?y, nó t?t d? tang cu?ng d? t? th?m theo phuong
này. Ði?u này dã d?t du?c b?ng các giai do?n cán
nóng và l?nh khác nhau d? t?o ra các lá c?u trúc
s?i, du?c bi?t nhu các thép silic d?nh hu?ng h?t,
v?i hu?ng 001 theo d? dài c?a lá dát m?ng. Các
hu?ng tinh th? lo?i lt001gt là các hu?ng d? c?a d?
t? hóa và vì v?y, d? t? th?m l?n hon. Hinh11 ch?
ra s? d? hu?ng c?a Fe và minh h?a hai lo?i c?u
trúc có th? d?t du?c.c?u trúc l?p phuong n?m trên
c?nh (cube-on-edge) và l?p phuong. Chú ý r?ng c?u
trúc l?p phuong có hai hu?ng lo?i lt001gt n?m trong
m?t ph?ng c?a lá và cung c?p m?t l?i ích n?u các
lá m?ng d?ng E có th? du?c c?t ra t? lá s?i (
sheet).
81
(a) D? hu?ng t? tinh th? c?a Fe,
82
(b) C?u trúc l?p phuong-bìa và (c) c?u trúc l?p
phuong c?a thép silic d?nh hu?ng h?t.
83
Các h?p kim vô d?nh hình và tinh th? nanô. Các
v?t li?u này dã du?c t?o ra ? du?i d?ng c?a m?t
bang b?ng phuong pháp quay nóng ch?y. Các h?p kim
bao g?m s?t, nickel, và ho?c cobalt v?i m?t hay
nhi?u hon các nguyên t? sau dây bor, cacbon,
phospho và silic. Chúng có m?t l?c kháng t? c?c
k? th?p, nh? hon m?t b?c v? d? l?n so v?i FE-Si
tiêu chu?n, và nhu v?y thì m?t mát tr? th?p hon.
Song chúng có d? t? hóa tuong d?i th?p và không
phù h?p cho nh?ng ?ng d?ng dòng cao . Chúng tìm
th?y th? tru?ng cho các ?ng d?ng dòng th?p và
nh?ng d?ng c? d?c bi?t nh? , ? dó chúng có th?
c?nh tranh v?i Ni-Fe.
84
Thay vì dúc h?p kim trên m?t bánh xe quay d? t?o
ra các d?i bang ngu?i tacung có th? bom m?t dòng
h?p kim nóng ch?y vào trong m?t b? nu?c hay d?u
d? t?o ra các dây vôd?nh hình chi?u dày di?n hình
là 50 mm. Các dây này có m?t chu trình tr? r?t
vuông góc v?i nh?ng thay d?i l?n trong d? t? hóa
t?i tru?ng th?p, là cho chúng tr? thành các v?t
li?u lý tu?ng cho d? nh?y và chuy?n m?ch. G?n dây
có nhi?u quan tâm d?n các v?t li?u tinh th? nanô,
du?c t?o ra b?ng vi?c ? các v?t li?u vô d?nh
hình. Các h?p kim này có th? là don pha nhung
thu?ng bao g?m các h?t kích thu?c nanô, trong
kho?ng t? 10 50 nm, trong m?t matrân vô d?nh
hình. Chúng có di?n tr? tuong d?i cao, d? hu?ng
th?p và tính b?n co h?c cao.
85
Các h?p kim Nickel-S?t. Các h?p kim này , còn
g?i là permalloy, c?c k? tuy?t v?i, du?c s? d?ng
trong m?t kho?ng r?ng c?a các thành ph?n, t? 30
d?n 80 tr?ng lu?ng Ni. Trên kho?ng thành ph?n
này, các tính ch?t thay d?i và thành ph?n t?i uu
ph?i du?cl?a ch?n cho m?t ?ng d?ng riêng bi?t.
Các h?p kim hàm lu?ng Ni cao có d? t? th?m cao, ?
xung quang 50 trong lu?ng Ni, có d? t? hóa bão
hòa cao và hàm lu?ng Ni th?p, có m?t di?n tr?
su?t cao. Có các s? phân lo?i d?c bi?t các h?p
kim Ni-Fe có d? t? gi?o zero và d? hu?ng t? zero,
chang h?n nhu mumetal, du?c t?o ra b?ng vi?c x?
lý nhi?t k? lu?ng và các ch?t ph? thêm Cu, Cr.
Các h?p kim này có d? t? th?m c?c cao, d?n 300000
và l?c kháng t? n?i t?i th?p là 0.4 Am-1.
86
Các ferít m?m. T?i t?n s? cao, các v?t li?u t?
m?m kim lo?i hoàn toàn không th? du?c s? d?ng do
m?t mát dòng di?n xoáy. Vì v?y, các ferí m?m, là
các ch?t cách di?n g?m, tr? thành các v?t li?u
t?t nh?t. Các v?t li?u này là ferit t? v?i c?u
trúc tinh th? l?p phuong và thành ph?n t?ng quát
là MO.Fe2O3, ? dây M là kim lo?i chuy?n ti?pnhu
l? nickel, mangan hay k?m. Ferít MnZn, có tên
thuong m?i là ferroxcube, có th? s? d?ng t?i các
t?n s? cho d?n 10 MHz, ch?ng h?n, trong các b?
truy?n và thu tín hi?u telephon và trong b?
chuy?n m?ch ngu?n công su?t ( cung có th? tham
kh?o converter DC-DC). Ð?i v?i lo?i ?ng d?ng này,
l?c th?c hi?n d? làm tang t?n s? lè d? cho phép
s? thu nh? l?i. Thêm vào n?a là m?t ph?n h? ferít
m?m, là các ferít vi sóng, ch?ng h?n granat s?t
ytri. Các ferít này du?c s? d?ng trong kho?ng t?n
s? t? 100 MHz d?n 500 MHz, cho vi?c d?n sóng cho
các b?c x? di?n t? và trong các thi?t b? vi sóng
nhu cái chuy?n phas ( phase shifter).
87
Các ?ng d?ng AC. Các ?ng d?ng AC liên quan d?n
các m?ch di?n và ch? y?u trong các bi?n th? khi
chuy?n d?i th? AC này thành m?t th? khác. S?
truy?n công su?t có hi?u qu? hon t?i các th? cao,
nhung nguy hi?m hon và khó s? d?ng ? nhà hon. Vì
v?y, các bi?n th? tang áp ( step-up)du?c dùng d?
tang th? cho s? truy?n t?i và các bi?n th? h? áp
( step-down) du?c s? d?ng d? gi?m th? tru?c khi
dua vào nhà. Lo?i bi?n th? nh? nh?t là bi?n d?i
DC-DC, còn du?c g?i là ngu?n nuôi thay d?i (
switch mode power supply). Nh?ng cái này thu?ng
du?c g?n lên trên m?t con chip có th? d?t vào m?t
board m?ch. Chúng l?y th? DC ? l?i vào. Dao d?ng
th? d? thành tín hi?u AC, sau dó di qua m?t cu?n
dây qu?n quanh m?t lõi xuy?n, m?t cu?n pick-up s?
thu tín hi?u t? lõi và ch?nh s?a ( n?n) l?i thành
th? l?i ra. S? vòng tuong d?i trên các cu?n so
c?p (input) và cu?n th? c?p (output) xác d?nh s?
khác nhau v? th? gi?a l?i vào và l?i ra. Các v?t
li?u t? m?m cung dóng m?t vai trò quan tr?ng
trong các moto di?n, ? dó chúng tang cu?ng tru?ng
du?c t?o ra b?i các vòng qu?n môto. Trong các
moto nam châm vinh c?u, chúng cung du?c dùng d?
che ch?n t? thông du?c t?o ra b?i các nam châm
vinh c?u.
88

Các ?ng d?ng DC.

M?t trong nh?ng ?ng d?ng DC chính là trong linh
v?c che ch?n t?. M?t v?t li?u t? có d? t? th?m
cao du?c s? d?ng d? bao quang m?t thi?t b? c?n
ph?i du?c che ch?n, Hình 12 minh h?a m?t ví du
don gi?n c?a m?t lá ch?n t? , ? dó m?t ?ng tup
hay m?t hình c?u b?ng v?t li?u có d? t? th?m cao
che ch?n t? tru?ng kh?i vào bên trong ?ng tup hay
hình c?u. Hi?u qu? c?a vi?c che ch?n có th? bi?u
th? qua h? s? che ch?n,S, ? dây S liên quan t?i
tru?ng bên ngoài (Bo) và tru?ng bên trong (B1)
b?ng phuong trình 9

(9) Ð?i v?i m?t hình c?u, S c?n ph?i du?c tính
theo phuong trính (10), ? dây ?r d? t? th?m
tuong d?i, d d? dày c?a vách và D du?ng kính
.
(10)


89
Hình12. V?t ch?n t? b?ng ?ng tup hay qu? c?u v?t
li?u t? m?m.
90
Rõ ràng t? phuong trình 10, d? t? th?m càng cao
thì v?t li?u s? che ch?n t?t hon. M?t di?u cung
nh?n th?y là s? che ch?n càng l?n thì d? t? th?m
c?a v?t li?u hay d? dày c?a vách bu?c ph?i tang
lên d? bù tr?. Các v?t li?u t? m?m cung du?c s?
d?ng cho các d?u c?c di?n t?, d? tang cu?ng
tru?ng du?c t?o ra b?i nam châm. Các chuy?n m?ch
solenoit cung s? d?ng các v?t li?u t? m?m d? tang
d? tin c?y. H?u h?t các thi?t b? nam châm vinh
c?u d?u s? d?ng các v?t li?u t? m?m d? che ch?n
t? thông ho?c là cung c?p m?t du?ng tr? v? cho t?
tru?ng, ví d? nhu các máy quét ( scanners) co th?
c?a ?nh ch?p c?ng hu?ng (MRI) có các nam châm
vinh c?u l?n v?i m?t cái gông (yoke)b?ng v?t li?u
t? m?m d? t? ngan c?n tru?ng kh? t?, làm gi?m
tru?ng trong khe c?a máy scanner. T?i t?n s? cao,
các v?t li?u t? kim lo?i không th? du?c s? d?ng
do m?t mát dòng di?n xoáy. Vì v?y, các ferít m?m
là các di?n môi g?m, tr? thành v?t li?u t?t nh?t.
91
10. Các v?t li?u t? khác
V?t li?u t? gi?o. H?u h?t các v?t li?u t? d?u
bi?u hi?n tính t? gi?o, dó là s? thay d?i trong
kích thu?c v?t lý do k?t qu? c?a tr?t t? t?. Có
hai lo?i t? gi?o t? gi?o t? phát, xu?t hi?n t?
tr?t t? t? c?a mômen nguyên t? ? du?i nhi?t d?
Curie ( thu?ng gây ra s? n? th? tích) và t? gi?o
c?m ?ng t? , xu?t hi?n t? s? s?p x?p c?a các
dômen t? khi có tác d?ng c?a m?t t? tru?ng ngoài.
S? t? gi?o t? phát du?c du?c khai thác ? c h?p
kim d?a trên NiFe, còn g?i là invar, v?i s? chú ý
? s? ki?n là nó có s? gi?n n? nhi?t zero cho d?n
nhi?t d? Curie c?a nó. Nhu dã du?c chú ý tru?c
dây, d? t? hóa bão hòa c?a m?t v?t li?u gi?m khi
nung nóng d?n nhi?t d? Curie do s? gi?m c?a b?c
d?nh hu?ng c?a các mômen t? nguyên t?. B?i vì s?
s?p x?p này và s? gi?m c?a d? t? hóa bão hòa sau
dó làm cho s? gi?n n? th? tích du?c gây ra b?i s?
t? gi?o t? phát và vì v?y v?t li?u co l?i. Trong
tru?ng h?p c?a invar s? co l?i này là do s? m?t
mát c?a d? t? gi?o t? phát b?ng s? gi?n n? du?c
gây ra b?i quá trình dao d?ng nhi?t thông thu?ng,
và vì v?y v?t li?u s? không thay d?i v? kích
thu?c. Song , ? trên nhi?t d? Curie s? không có
tr?t t? t? nào lâu hon và s? gi?n n? nhi?t x?y ra
bình thu?ng.
92
S? t? gi?o c?m ?ng tru?ng x?y ra khi s? d?nh
hu?ng các dômen t? và s? thay d?i kích thu?c du?c
gây ra b?i tr?t t? c?a các mômen t? nguyên t? t?
h?p l?i d? cho m?t s? thay d?i kích thu?c kh?i
v?t li?u.V?t li?u có d? t? gi?o l?i ích l?n là
Terfenol, là h?p kim c?a Tb, Dy, và Fe. Terfenol
dùng làm các sensor v? trí và tru?ng, cung nhu b?
truy?n d?ng co h?c và micro ( speaker). Các
sensor v? trí / t?i tr?ng làm vi?c theo nguyên lý
là khi m?t v?t li?u t? gi?o bi?u hi?n m?t s?c
cang thì d? t? hóa c?a v?t li?u s? thay d?i. Các
b? truy?n d?ng Terfenol thu?ng có m?t thanh
Terfenol, du?c d?t du?i l?c nén d? d?nh hu?ng các
dômen t? vuông góc v?i chi?u dài c?a thanh. M?t
cu?n dây qu?n quanh thanh có th? áp d?t m?t t?
tru?ng lên thang nh?m d?nh hu?ng các dômen d?c
theo chi?u dài c?a nó. So d? trên hình 18 ch? ra
m?t b? truy?n d?ng, có m?t nam châm vinh c?u d?
bi?n d?i thanh Terfrnol sao cho dòng di?n ch?y
trong cu?n dây theo các phuong khác nhau s? làm
cho b? truy?n d?ng gi?m xu?ng hay tang lên theo
chi?u dài. N?u s? bi?n d?i t? không có m?t thì
m?t dòng di?n theo m?i phuong có th? làm cho
thanh truy?n d?ng n? ra và n?u actuator du?c s?
d?ng làm loa thì t?n s? c?a th? d?t lên cu?n dây
có th? tang g?p dôi b?i ngu?i nói..
93
Hình 18. So d? c?a m?t b? truy?n d?ng (actuator)
b?ng tetfenol.
94
T? tr?. T? tr? (MR) là hi?u ?ng mà di?n tr? c?a
m?t v?t li?u t? thay d?i ph? thu?c vào hu?ng
tuong d?i c?a dòng di?n và d? t? hóa. Trong h?u
h?t các tru?ng h?p, di?n tr? là cao nh?t khi dòng
di?n và d? t? hóa là song song và th?p nh?t khi
chúng vuông góc. M?c d? t? tr? c?a m?t v?t li?u
thu?ng du?c th? hi?n theo s? thay d?i ph?n tram
c?a di?n tr? t? di?n tr? cao nh?t d?n th?p nh?t
và thu?ng có giá tr? c? vài ph?n tram. ?ng d?ng
chính cho các sensor MR là ? trong các d?u d?c
c?a các dia c?ng. M?t hi?u ?ng tuong t? dã du?c
quan sát trong các l?p t? da l?p , ch?ng h?n
Fe/Cr, ? dây các l?p s?t t? xen k? t?ng c?p ph?n
song song v?i nhau. Du?i ?nh hu?ng c?a t? tru?ng
, s? d?nh hu?ng tuong d?i c?a d? t? hóa c?a các
l?p s? thay d?i và di?n tr? s? gi?m xu?ng d?n giá
tr? c?c ti?u khi các phuong c?a d? t? hóa c?a các
l?p song song. Hi?u ?ng này cho s? xu?t hi?n c?a
s? thay d?i di?n tr? 50-60, và hi?u ?ng du?c
mang tên là t? tr? kh?ng l? (GMR).
95
V?t li?u ghi t?
S? d?ng k? th?t t? ghi ti?ng nói con ngu?i l?n
d?u tiên du?c k? su ngu?i Ðan M?ch, Poulsen, th?c
hi?n vào nam 1898. Vi?c ghi du?c th?c hi?n trên
m?t dây s?t t?, nhung do thi?u ph?n khu?ch d?i
nên ch?t lu?ng ghi r?t t?i. Vào nam 1927, bang t?
dã du?c phát minh m?t cách d?ng th?i ? M? và Ð?c.
Song các bang h? ôxyt cho vi?c ghi audio dã không
du?c phát tri?n cho mãi d?n nam 1947 b?i hãng
3M. Ðia c?ng d?u tiên, có ký hi?u là RAMAC, dã
du?c gi?i thi?u b?i IBM vào nam 1957, và có dung
lu?ng t? tr? 2000 bit in-2. Dung lu?ng tr? dã
tang lên m?t cách nhanh chóng và d?u d?n t?
RAMAC