Phân loại vật liệu từ tính

1.1.1. Phân loại theo cấu trúc bên trong và đặc tính trong từ trường ngoài

Dựa vào độ mạnh của từ tính mà vật chất thể hiện trong từ trường bên ngoài, chúng được chia thành các loại: vật chất chống từ, vật chất thuận từ, vật chất sắt từ, vật chất phản sắt từ và vật chất bán sắt từ. Hầu hết các vật liệu có tính chất chống từ và thuận từ, phản ứng yếu với từ trường bên ngoài; trong khi đó, vật chất sắt từ và bán sắt từ là những vật chất từ tính mạnh, thường nói đến vật liệu từ tính khi đề cập đến vật liệu từ tính mạnh.

(1) Vật liệu từ tính

Vật liệu từ tính là những vật liệu có độ mạnh từ và hướng từ rõ rệt dưới tác dụng của từ trường bên ngoài. Vật liệu từ tính bao gồm các kim loại như sắt, coban, niken, cũng như các vật liệu tổng hợp nhân tạo như ferrite, neodymium iron boron (NdFeB). Vật liệu từ tính có tính từ mạnh, ổn định tốt, nhưng dễ bị từ hóa và tổn hao từ nghỉ lớn.

(2) Vật liệu chống từ tính

Vật liệu chống từ tính là những vật liệu không có cường độ từ hóa rõ rệt và hướng từ hóa dưới tác dụng của từ trường bên ngoài. Các vật liệu này bao gồm kim loại như đồng, bạc, vàng, cũng như các hợp kim như nhôm, sắt, magie. Vật liệu chống từ tính có tính từ yếu, độ ổn định tốt nhưng khó bị từ hóa.

(3) Vật liệu từ tính thuận

Vật liệu thuận từ là những vật liệu có cường độ từ hóa rõ rệt và hướng từ hóa dưới tác dụng của từ trường bên ngoài. Các vật liệu thuận từ bao gồm kim loại như sắt, niken, crom, cũng như các vật liệu tổng hợp nhân tạo như oxit sắt, oxit crom. Vật liệu thuận từ có tính từ mạnh nhưng độ ổn định kém, dễ bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và từ trường.

1.1.2. Phân loại theo tính chất từ tính

Theo tính chất từ， có thể chia thành vật liệu từ mềm, vật liệu từ cứng và vật liệu từ矩.

(1) Vật liệu từ cứng

Vật liệu từ tính cứng, còn gọi là vật liệu nam châm vĩnh cửu, là loại vật liệu sau khi được từ hóa bởi từ trường bên ngoài, vẫn duy trì được từ dư mạnh ngay cả khi từ trường bên ngoài bị loại bỏ. Vật liệu này có độ bền từ cao, cường độ từ dư lớn, năng lượng từ tích cực cao, đường cong từ nghỉ rộng, mật độ từ thông dư cao và độ ổn định tốt. Các loại vật liệu từ tính cứng chủ yếu bao gồm vật liệu từ cứng đất hiếm, vật liệu từ cứng kim loại và vật liệu từ cứng ferrite. Hiện nay, ứng dụng phổ biến nhất là nam châm neodymium sắt boron (NdFeB) và nam châm ferrite. Vật liệu từ tính NdFeB là hợp kim của neodymium, oxit sắt và các nguyên tố khác, còn được gọi là thép từ, là thành quả mới nhất trong phát triển vật liệu nam châm vĩnh cửu đất hiếm. NdFeB có năng lượng từ tích cực rất cao, độ bền từ lớn và mật độ năng lượng cao. Nam châm ferrite được sản xuất bằng phương pháp luyện kim bột, có từ dư thấp và hệ số dẫn từ hồi phục nhỏ. Tuy nhiên, nó có độ bền từ cao và khả năng chống mất từ mạnh.

(2) Vật liệu từ tính mềm

Vật liệu từ mềm có chức năng chính là dẫn từ, chuyển đổi và truyền năng lượng điện từ, đòi hỏi độ dẫn từ cao, độ cảm ứng từ lớn, vòng hysteresis hẹp và tổn hao từ thấp. So với vật liệu từ cứng, vật liệu từ mềm có lực矫顽 nhỏ hơn và vòng hysteresis hẹp hơn. Vật liệu từ mềm chủ yếu bao gồm sắt nguyên chất và thép carbon, hợp kim niken-đồng, vật liệu gốm từ tính, hợp kim phi tinh thể, vật liệu từ mềm nano tinh thể. Hiện nay, các ứng dụng phổ biến nhất là lõi bột từ và lõi sắt không quấn dây. Trong đó, lõi bột từ bao gồm lõi bột sắt, lõi bột sắt - silic - nhôm, lõi bột thông từ cao, lõi bột hợp kim permalloy, lõi từ ferrite; còn lõi sắt quấn dây chủ yếu gồm lá thép silic, hợp kim permalloy, hợp kim phi tinh thể và hợp kim nano tinh thể.

1.1.3 Giới thiệu về phân loại lõi bột từ

Một lõi bột từ là một vật liệu từ tính mềm được tạo ra bởi hỗn hợp các hạt bột sắt từ tính với một vật liệu cách nhiệt. Vì các hạt ferromagnetic là rất nhỏ, và được tách biệt bởi các vật liệu màng điện không từ tính, trên một mặt có thể cô lập các luồng gió xoáy, vật liệu thích hợp cho tần số cao hơn; Mặt khác, do tác dụng khoảng cách giữa các hạt, dẫn đến vật liệu có độ dẫn điện thấp và tính chất dẫn điện liên tục, và vì kích thước hạt nhỏ, cơ bản là không có hiệu ứng da, từ tính dẫn với tần số thay đổi là ổn định. Tính năng điện từ của lõi phụ thuộc chủ yếu vào độ dẫn điện của các vật liệu bột, kích thước và hình dạng của hạt bột, hệ số đầy đủ, nội dung của vật liệu cách nhiệt, áp lực, quá trình xử lý nhiệt, và như vậy. Nam châm thường có một lõi sắt bột, pemo vàng bột, silic silicon nhôm bột ba.

(1) Lõi bột sắt

Lõi sắt bột thông dụng được cấu tạo từ bột sắt từ carbon và bột sắt từ nhựa carbon, có giá thành thấp nhất trong các loại lõi bột. Giá trị độ cảm ứng từ bão hòa khoảng 1,4 T, hệ số dẫn từ nằm trong khoảng 22-100; độ ổn định của hệ số dẫn từ ban đầu thay đổi tốt theo tần số; khả năng chồng chập dòng điện một chiều tốt; nhưng tổn hao lớn ở tần số cao.

(2) Po mo hợp Kim bột lõi

Lõi bột hợp kim Permalloy chủ yếu gồm lõi bột hợp kim nhôm Permalloy (MPP) và lõi bột thông lượng từ cao. Giá trị cường độ cảm ứng từ bão hòa của MPP khoảng 7500GS; hệ số dẫn từ nằm trong khoảng 14-550, có tổn hao thấp nhất trong các lõi bột từ, đồng thời ổn định nhiệt độ rất tốt. Lõi bột thông lượng từ cao có giá trị cường độ cảm ứng từ bão hòa khoảng 15000GS; hệ số dẫn từ nằm trong khoảng 14-160, đạt cường độ cảm ứng từ cao nhất trong các lõi bột từ, khả năng chịu điện áp một chiều cao nhất, cùng với thể tích lõi nhỏ gọn.

(3) Lõi bột sắt - silic - nhôm

Lõi bột sắt - silic - nhôm chủ yếu thay thế lõi bột sắt, mức hao hụt thấp hơn 80% so với lõi bột sắt, có thể sử dụng ở tần số trên 8 kHz, cảm ứng từ bão hòa khoảng 1,05 T, độ dẫn từ trong khoảng 26-125, hệ số co giãn từ gần bằng không, không phát sinh tiếng ồn khi hoạt động ở các tần số khác nhau; khả năng tạo điện áp một chiều (DC) cao hơn so với MPP, mang lại tỷ lệ giá trị tốt nhất.