1 Vật liệu từ cứng Vật liệu từ cứng vật liệu sắt từ, khó khử từ khó từ hóa Ý nghĩa tính từ “cứng” thuộc tính khó khử từ khó từ hóa không xuất phát từ tính vật liệu từ Vật liệu từ cứng có nhiều đặc trưng từ học lớn, tích lượng từ cực đại lớn… Đường cong từ trễ đặc trưng vật liệu từ cứng Lực kháng từ: lực kháng từ đại lượng quan trọng đặc trưng cho tính từ cứng vật liệu từ cứng Vì vật liệu từ cứng khó từ hóa khó khử từ, nên ngược lại với vật liệu từ mềm, có lực kháng từ cao Điều kiện tối thiểu 100 Oe, vật liệu từ cứng phổ biến thường có lực kháng từ cỡ hàng nghìn Oe trở lên Nguồn gốc lực kháng từ lớn vật liệu từ cứng chủ yếu liên quan đến dị hướng từ tinh thể lớn vật liệu Các vật liệu từ cứng thường có cấu trục tinh thể có tính đối xứng vật liệu từ mềm có dị hướng từ tinh thể lớn Lực kháng từ vật liệu từ cứng thông thường biết đến qua công thức: Trong đó: Thành phần thứ có đóng góp lớn với số dị hướng từ tinh thể bậc 1, từ độ bão hòa Thành phần thứ hai đóng góp nhỏ bậc với , thừa số khử từ đo theo hai phương khác Thành phần thứ ba có đóng góp nhỏ với từ gião bão hòa , τ ứng suất nội Và a b c lần lược hệ số đóng góp Tích lượng từ cực đại: tích lượng cực đại đại lượng đặc trưng cho độ mạnh yếu vật từ, đặc trưng lượng từ cực đại tồn trữ đơn vị thể tích vật từ Đại lượng có đơn vị đơn vị mật độ lượng Tích lượng từ cực đại xác định đường cong từ khử thuộc góc phần tư thứ hai đường cong từ trễ, điểm cho giá trị tích cảm ứng từ B từ trường H cực đại Vì tích lượng từ cực đại thường kí hiệu Vì tích B H nên tích lượng từ có đơn vị khác GOe, 1GOe= Để có tích lượng từ cao, vật liệu cần có lực kháng từ lớn cảm ứng từ dư cao Ngoài số vật liệu từ cứng ứng dụng nam châm hoạt động nhiệt độ cao nên đòi hỏi nhiệt độ Curie cao Đây nhiệt độ mà vật liệu bị từ tính, trở thành chất thuận từ Trong thực tế, vật liệu từ cứng sử dụng nhiều chế tạo nam châm vĩnh cữu sử dụng làm vật liệu ghi từ ổ đĩa cứng, người ta thường dùng loại vật liệu sau: Vật liệu từ cứng liên kim loại chuyển tiếp đất hiếm: điển hình hai hợp chất họ SmCo vật liệu từ cứng tốt Hợp chất có cấu trúc tứ giác, có lực kháng từ đạt tới 10000 Oe có từ độ bão hòa cao vật liệu từ cứng, tạo tích lượng từ khổng lồ SmCo vật liệu từ cứng có lực kháng từ lớn có nhiệt độ Curie cao nên thường sử dụng máy móc có nhiệt độ hoạt động cao Tuy nhiên, nhược điểm nam châm đất có độ bền không cao, có giá thành cao, vật liệu NdFeB có nhiệt độ Curie không cao nên không sử dụng điều kiện khắc nghiệt Nam châm đất có tích lượng từ kỉ lục đạt tới 57MGOe Hệ vật liệu có tích lượng cực đại =31 MGOe Hợp kim FePt CoPt bắt đầu nghiên cứu từ năm 1950 Hệ hợp kim cấu trúc tinh thể tứ giác tâm diện, thuộc loại có trật tự hóa học L10, có ưu điểm có lực kháng từ lớn, có khả chống mài mòn, chống oxi hóa cao Loại hợp kim sử dụng làm vật liệu ghi từ ổ cứng Vật liệu có =7,5 kOe, =14MGOe a Quá trình từ hóa i Đường cong từ hóa tượng từ trễ Các trình b c toàn trình từ hóa bên hình xảy đồng thời với khoảng giá trị H Lúc khử từ, trạng thái sắt từ biểu diễn Với thể tích đômen thứ i, góc vecto từ độ bão hòa đômen phương định Hình Quá trình từ hóa ảnh hưởng từ trường tăng dần: a) Mẫu hoàn toàn khử từ b) H≠0 nhỏ, đômen gần hướng với từ trường nở ra, ngược hướng với từ trường co lại c) H≠0 đủ lớn, vecto từ độ quay trùng hướng H Khi H≠0, từ độ trở nên khác không đạt giá trị ΔI Sau lấy vi phân phương trình trên, ta có Số hạng thứ mô tả phần đóng góp vào từ độ gây nên dịch chuyển vách đômen tương ứng với trình hình gọi trình dịch chuyển vách Số hạng thứ hai gây quay momen từ theo phương trường ngoàivà tương ứng trình hình gọi trình quay Tương ứng với hai trình độ cảm từ chia hai thành phần, thành phần tương ứng với biến thiên từ độ gây dịch chuyển vách thành phần ứng với biến thiên từ độ quay vecto , ta có Hay Thông thường vật liệu từ chia làm hai loại theo giá trị χ Vật liệu mềm có χ lớn nhỏ trình từ hóa ban đầu quy định trình dịch chuyển vách vật liệu từ cứng χ nhỏ lớn trình từ hóa ban đầu quy định trình quay Quá trình từ bất thuận nghịch – nguyên nhân trễ từ: Ta xét vách ngăn cách hai đômen theo mặt phẳng yz tinh thể thực (hình 6) Nếu đặt từ trường H song song với trục z vách đômen dịch chuyển đômen có I song song với H nở ra, đômen có I phản song song với H bị co lại Phương trình cho trạng thái cân vách ( Năng lượng tự đảo từ) = (Công dịch chuyển vách đômen) Do ta có: Trong từ trường ngoài, vị trí vách tương ứng với lượng vách đômen khác trước Nếu tác dụng từ trường H vách dịch đoạn dx < OA (hình 3) lượng vách lớn vị trí x = nên sau ngắt từ trường ngoài, vách đômen lại nghịch chuyển x = 0, phục hồi lại trạng thái khử ban đầu Đây trình dịch chuyển vách thuận nghịch Hình a) Mô hình hai đômen phân cách vách nằm mặt phẳng yz; b) c) phụ thuộc lượng vách γ gradient lớp chuyển tiếp đômen vào từ độ Nếu từ trường đủ lớn để vách dịch chuyển qua điểm A, lượng vách biến thiên cực đại, nên vách tự động dịch chuyển đến điểm C có giá trị tương đương mà không cần phải có từ trường Đoạn dịch chuyển AC gọi bước nhảy Barkhausen Sau trình từ hóa đó, ngắt từ trường vách không vị trí x = mà vị trí B ứng với cực tiểu lượng Kích thước đômen thuận lớn kích thước đômen nghịch gây độ từ hóa dư cặp đômen với độ rộng đômen, dx độ dịch vách Quá trình trình từ hóa bất thuận nghịch nguyên nhân gây từ trễ ii Đường cong từ trễ Hình 4.Đường cong từ trễ Đặc tính lí thú vật liệu sắt từ, vật liệu từ hóa tới bão hòa từ trường tăng lên giữ giá trị khác từ trường giảm tới (hình 4) Đó tượng từ trễ thể đường cong từ trễ Hiện tượng có liên quan trực tiếp tới cấu trúc đômen vật liệu Chính nhờ khả nhớ từ mà số vật liệu sắt từ sử dụng để làm vật liệu ghi từ 1.2.3 Độ nhớt từ Độ nhớt từ thuật ngữ để mô tả thay đổi từ độ phụ thuộc vào thời gian mà không liên quan đến trường tác dụng Thực nghiệm chứng tỏ rằng, đặt hay ngắt từ trường ngoài, từ độ, độ từ thẩm,… vật liệu từ đạt ổn định sau thời gian, nghĩa từ tính vật liệu không thay đổi đồng với từ trường từ hóa