Nam châm vĩnh cửu là gì? Có những loại nào? Đặc điểm tính chất ra sao? Cách tạo ra nam châm vĩnh cửu như thế nào? Và có ứng dụng gì trong cuộc sống? Trong bài viết ngày hôm nay, Xây dựng Tiên Phong sẽ cung cấp các thông tin khái quát về vật liệu này, hy vọng sẽ có ích đối với bạn.
Nam châm vĩnh cửu là gì?
Khi nhắc đến nam châm vĩnh cửu, chắc hẳn ai trong chúng ta cũng cảm thấy quen thuộc. Nhờ các đặc tính riêng biệt của mình mà loại vật liệu này được sử dụng rất phổ biến trong đời sống. Mặc dù thân quen là vậy nhưng khái niệm nam châm vĩnh cửu là gì thì không phải ai cũng nắm được. Định nghĩa được đưa ra như sau: Nam châm vĩnh cửu là một vật liệu cấu thành bởi các chất từ hóa và có khả năng tạo ra từ trường mạnh mẽ, ổn định.
Thành phần cấu tạo của vật liệu trên thường là các nguyên tố sắt, coban, niken và các hợp kim của chúng. Ngoài ra còn có một vài hợp kim của các kim loại đất hiếm cùng một số chất khoáng thiên nhiên như lodestone. Như vậy, đáp án cho câu hỏi nam châm vĩnh cửu là gì đã được đưa ra. Tiếp theo đây hãy cùng chúng tôi tìm hiểu về các đặc điểm và tính chất của dòng vật liệu này nhé.
Các tính chất và đặc điểm của nam châm vĩnh cửu
Nghiên cứu về tính chất của vật liệu là một bước không thể bỏ qua nếu muốn sử dụng bất cứ vật liệu nào vào mục đích phục vụ đời sống con người, và nam châm vĩnh cửu cũng vậy. Để có thể ứng dụng một cách hiệu quả và triệt để thì ngoài việc tìm hiểu nam châm vĩnh cửu là gì? Bạn cũng cần nắm được các tính chất cũng như đặc điểm của chúng.
Đặc điểm quan trọng nhất cần nhắc đến đó là từ tính. Tên gọi “vĩnh cửu” cũng đã phần nào cho ta biết tính chất hằng định của từ trường do chúng tạo ra. Vật liệu trên được cấu tạo bởi các chất từ hóa nên có khả năng hình thành từ trường. Do đó, chúng luôn mang một từ trường liên tục, lâu dài và ổn định. Từ trường của nam châm loại này tồn tại trong mọi thời điểm. Tính từ của nam châm vĩnh cửu trường tồn một cách tự nhiên, không giống như nam châm điện, từ tính chỉ hình thành khi có dòng điện chạy qua.
Một số tính chất khác của loại vật liệu này bao gồm:
- Có khả năng tạo ra lực hút đối với nhiều kim loại, hợp kim.
- Có độ cứng cao, khả năng duy trì từ trường liên tục, không bị mất từ tính.
- Luôn có hai cực cùng tồn tại trên một thanh nam châm. Cho dù ta có bẻ gãy một cực của chúng thì hai nửa nam châm mới cũng sẽ tạo thành một nam châm hoàn chỉnh với đầy đủ cực bắc và cực nam.
- Khi đặt một kim nam châm ở trạng thái tự do, ta sẽ thấy cực bắc của nam châm luôn hướng về phía bắc và cực nam luôn chỉ về hướng nam.
Phân loại nam châm vĩnh cửu
Nam châm vĩnh cửu là gì? Là một vật liệu cấu thành bởi các chất từ hóa và có khả năng tạo ra từ trường mạnh mẽ, ổn định. Chất từ hóa cấu tạo nên nam châm sẽ quyết định phần lớn từ tính của chúng. Nam châm cấu tạo từ các chất khác nhau sẽ cho những đặc điểm khác nhau. Người ta đã dựa vào đặc điểm này để phân loại nam châm vĩnh cửu. Bên cạnh đó, cách phân loại dựa theo phương pháp sản xuất cũng được áp dụng khá phổ biến. Dựa theo thành phần cấu tạo, nam châm vĩnh cửu được chia thành:
- Oxit sắt: Nam châm loại này đã được con người ứng dụng từ thời cổ đại, chúng được biết tới dưới dạng đá nam châm. Mặc dù là loại nam châm sẵn có trong tự nhiên nhưng ngày nay chúng rất ít và gần như không còn được sử dụng do tính từ kém.
- Thép cacbon: Vật liệu này được sử dụng từ thế kỉ thứ 18 đến giữa thế kỉ 20. Lực từ kháng thấp khiến cho độ bền của loại nam châm này không cao. Và tương tự với loại oxit sắt, hiện nay chúng cũng không còn được ứng dụng nhiều.
- Nam châm alnico: Đây là vật liệu làm bằng hợp kim nhôm, niken và coban, kết hợp cùng một số loại phụ gia khác bao gồm đồng, titan. Lực từ kháng của loại này rất thấp mà chi phí sản xuất và giá bán lại khá cao.
- Nam châm đất hiếm: Dòng sản phẩm này được tạo ra từ các vật liệu cứng như kim loại, kim loại chuyển tiếp, kim loại đất hiếm.
- Nam châm nhiệt độ cao SmCo: Loại vật liệu này được sản xuất từ SmCo5. Lực từ kháng lớn và đồng thời nhiệt độ của chúng rất cao nên được dùng nhiều trong các lĩnh vực yêu cầu nhiệt độ cao.
- Nam châm tổ hợp nano: Dòng nam châm này ra đời từ những năm 90 của thế kỉ 20. Cấu tạo của chúng gồm có hai tổ hợp đó là từ mềm và từ cứng.
Khi phân loại dựa vào cách chế tạo, ta có các nhóm sau:
- Nam châm đẳng hướng: Là loại sản phẩm tạo ra theo phương pháp ép đẳng tĩnh, không sử dụng các kĩ thuật định hướng từ trường.
- Nam châm dị hướng: Đây là loại vật liệu được tạo ra theo phương pháp hoàn toàn khác nam châm đẳng hướng. Chúng được định hướng trong lúc thực hiện ép đẳng tĩnh trong từ trường. Hạt domen đơn trong vật chất được định hướng để đi theo đúng chiều của từ trường.
- Nam châm kết dính: Đây là dòng sản phẩm tạo nên bằng kĩ thuật nghiền mịn các kim loại và trộn cùng keo kết dính rồi tiến hành ép trong môi trường từ tính định hướng.
- Nam châm thiêu kết: Là dòng sản phẩm sản xuất theo phương pháp thiêu kết hỗn hợp bột kim loại sau khi đã nghiền mịn và ép khuôn. Quá trình thiêu kết sẽ cho ra hợp chất mang các tính chất của các vật liệu tạo thành nó.
Cách tạo ra nam châm vĩnh cửu
Hiện nay, phương pháp thông dụng nhất để tạo ra nam châm vĩnh cửu là kĩ thuật thiêu kết và luyện kim bột. Đầu tiên, người ra ta sẽ tạo ra hợp kim Nd – Fe – B bằng cách nấu chảy các đơn chất Neodymi (Nd), sắt (Fe), Bo (B) trong lò cao. Các nguyên tố Neodymi và Bo thường được thêm vào vài % khối lượng so với mức danh định vì những chất này dễ bị bay hơi hoặc oxy hóa.
Khi nung chảy, các vật liệu thành phần sẽ được nung ở môi trường bảo vệ nhằm tránh tình trạng oxy hóa diễn ra. Tiếp theo, chúng được tiến hành nghiền thành hỗn hợp bột mịn rồi trộn cùng keo epoxy. Hỗn hợp keo và bột này sẽ được đưa đi ép, tạo thành hình dáng mong muốn, sau đó tiến hành nung thiêu kết trong điều kiện nhiệt độ cao và môi trường bảo vệ.
Công đoạn ép có thể sử dụng lực từ trường để hỗ trợ tạo thành dị hướng đơn trục. Khâu thiêu kết được tiến hành trong điều kiện nhiệt độ cực kì cao và môi trường bảo vệ nhằm tạo ra pha hợp chất, tiếp đó hạ nhiệt độ về mức thấp (khoảng 100 hoặc vài trăm độ) nhằm ổn định pha. Cuối cùng, nam châm sẽ được nạp từ bằng từ trường cao rồi phủ một lớp keo bảo vệ.
Khâu bước thiêu kết có thể được thay thế bằng phương pháp ép nóng. Nhà sản xuất thực hiện ép hỗn hợp bột nguyên liệu trong trường lực và điều kiện nhiệt độ cao để tạo pha cũng như định hướng sản phẩm nam châm (tạo thành nam châm dị hướng).
Những năm gần đây, các sản phẩm nam châm kết dính và nam châm đất hiếm cũng được đưa vào sản xuất thử với giá thành thấp. Hỗn hợp bột kim loại mịn được tạo thành ngay sau khi tiến hành nghiền các mảnh hợp kim chế tạo bằng kĩ thuật nguội nhanh. Hỗn hợp này được trộn cùng keo epoxy sau đó ép định hướng ở trong từ trường. Phương pháp này có lợi thế là tiết kiệm chi phí và dễ tiến hành hơn. Tuy nhiên, sản phẩm tạo ra lại có chất lượng thấp hơn so với các loại nam châm sản xuất theo phương pháp thiêu kết.
Hiện nay, nam châm vĩnh cửu được sản xuất với nhiều hình dáng đa dạng nhưng phổ biến nhất vẫn là hình chữ U nhằm tạo ra từ trường mạnh.
Một số ứng dụng của nam châm vĩnh cửu trên thực tế
Muốn sử dụng nam châm vĩnh cửu một cách hiệu quả thì bạn chắc chắn không thể bỏ qua quá trình tìm hiểu ứng dụng của chúng sau khi đã hiểu nam châm vĩnh cửu là gì? Dòng nam châm này hiện đang được ứng dụng vào rất nhiều lĩnh vực trong đời sống. Một số ứng phổ biến nhất gồm có:
- Công nghiệp cơ điện, phát điện: Vật liệu nam châm có công dụng chuyển hóa cơ năng thành điện năng trong các loại động cơ.
- Sử dụng trong thiết bị điện tử, máy vi tính: Dòng vật liệu này được dùng trong các thiết bị điện tử, máy vi tính với tác dụng lưu trữ dữ liệu trong ổ cứng và hiển thị hình ảnh, dữ liệu trên màn hình.
- Sử dụng trong y tế: Nhiều loại máy móc, thiết bị quan trọng trong ngành y tế như máy chụp x-quang, máy chụp cộng hưởng từ đều ứng dụng vật liệu nam châm. Vật liệu này còn được sử dụng để tăng tuần hoàn máu và dùng trong một số biện pháp trị liệu chứng viêm khớp.
- Các ứng dụng khác: Ngoài các ứng dụng kể trên, nam châm còn góp mặt trong máy phát điện, động cơ mini, hệ thống âm thanh, đồ gia dụng, thiết kế nội thất, ứng dụng trong ngành thời trang như các loại phụ kiện của cặp, ví, túi,…
Trên đây là toàn bộ các thông tin xoay quanh nam châm vĩnh cửu mà Xây dựng Tiên Phong muốn gửi tới quý vị. Hy vọng sau khi tham khảo bài viết các bạn đã giải đáp được thắc mắc nam châm vĩnh cửu là gì? Cách tạo ra nam châm vĩnh cửu cũng như cách phân loại và ứng dụng của chúng trong đời sống con người. Hãy tiếp tục theo dõi Xây dựng Tiên Phong để cập nhật thêm nhiều kiến thức hữu ích nữa nhé.
[lienhe]
