Nghiên cứu chế tạo và ứng dụng một số ferit từ mềm luận án pts vật lý điện từ 1

BỘ GIÁO ĐỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC QUỐC GIA HA NOI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN DANG LE MINH Ễ ` u ay ry NGHIEN CUU CHE TAO VA UNG DUNG MOT SO FERIT TU MEM CHUYEN NGANH : VAT LY ĐIỆN - TỪ MÃSỐ :12 13 LUẬN ÁN PHÓ TIẾN SĨ KHOA HỌC TOÁN - LÝ GS. Nguyên Châu Cố vấn khoa học : 1. Bạch Thành Công 1y lz<0 HÀ NỘI - 1996 MỞ ĐẦU CHUNG loa 1-2 I-3 I-4 125 I-6 I-T I-8 I=9 I-10 CHUONG T11 TC 1111 111-2 III-3 III-4 III-5 111-6 Diet Iv-1 ave Iv-3 Iv-4 MẸ, IW I CẤU TRÚC TINH THỂ VÀ TÍNH CHẤT CỦA FERIT Cấu trúc tinh thé kiéu spinel Sự rhân bố của các ion Kim loại ở các vị trí tứ điện và bất điện Từ độ bão hoà (Mẫu Neel cho từ tính ferit spinel) Các thông số điện từ của ferit từ mỂm trong vùng tần số đến hàng trắm MHz Tén hao trong ferit Cơ chế xuất hiện độ từ thấm Uọạ cao trong ferit spinel Sự rụ thuộc nhiệt độ của độ từ thẩm ban đẩu uy Độ ổn định theo thời gian của độ từ thẩm Tính chất điện của ferit Ảnh hưởng của một số tạp chất đến tính chất từ và điện của ferit từ mềm II CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO FERIT TỪ MẦM Công nghệ gốm Một số đặc điểm của phương rhấp công nghệ mới III CÁC PHƯƠNG PHÁP THƯC NGHIÊM Chế tạo mẫu nghiên cứu Xác định thành phẩn hoá học Đo các thông số từ Nghiên cứu vi cấu trúc bằng kính hiển vi quang học và kính hiển vi điện tử Xác định cấu trúc tỉnh thể, hằng số mạng và các rha bằng phương pháp rhân tích rhiểu xạ tia X Phương pháp phan tích nhiệt Phé Mossbauer IV NGHIÊN CỨU MOT SỐ NGUYÊN LIÊU CHÍNH CHO FERIT TỪ MẦM Oxyt sắt Oxyt kếm ZnO Oxyt Niken Hợp chất cacbonat và oxyt chứa mangan 16 ao 26 32 36 42 42 4T 47 S1 53 53 55 56 64 61 65 65 65 CHƯNG V NGHIÊN CUU CHE TAO FERIT Mn-Zn V-4 Ảnh hưởng của chế độ thiêu kết đến các tính chất điện, từ của ferit Mn-Zn i-Ảnh hưởng của chế độ thiêu kết đến tính chất từ 2-Anh hưởng của chế Hộ thiêu Kết đến tịnh chất điện 3-Ảnh hưởng của chế độ thiêu kết đến U và U 4-Ảnh hưởng của chế độ thiêu kết đến thông số mạng và sự hoàn thiện tinh thể V-2 Ảnh hưởng của thành rhẩn rhối liệu, lượng dư sắt so với thành phẩn hợp thức đến các đặc trưng tĩĨnh và động của ferit Mn-Zn V-3 Ảnh hưởng của tạp chất có sẵn trong nguyên liệu và chất rhụ gia đến tính chất của ferit Mn-Zn. V-+ Nghiên cứu một số tính chất vi mô của ferit Mn-Zn V-5 Nghiên cứu chế tạo ferit Mn-Zn từ MnOa CHUONG VI NGHIÊN CỨU CHE TAO FERIT Ni-Zn VI-1 Nehién city ché tao ferit Ni-Zn cé d6 tv thdm trung binh VI-2 Nghiên cửu chếtao ferit Ni-Zn độ từ thẩm cao VI-3 Nghiên cứu chế tạo ferit Ni-Zn có cảm ứng từ bão hoà cao VI-4 Nghiên cứu chế tạo ferit Ni-Zn cao tẩn CHƯNG VII NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VII-A Nghiên cứu công nghệ ép đúc nóng và ứng đụng chế tạo một số lirh kiện ferit hinh dang dic biệt 1- Thiết bị Ép, Khuôn mẫu và công nghệ ép đúc nồng 2- Ứng dụng công nghệ ép đúc nống ' VII-B Chế tạo chi tiết ferit cho một số dụng cụ và thiết bị thông tin dân dụng và chuyên dụng 1- Ferit chữ E và hình xuyến cho bộ nguồn Switching 8- Ferit cao tẩn cho Khuếch đại tín hiệu TV KẾT LUẬN TAI LIỆU THAM KHẢO TO 70 70 71 74 7% TT 81 86 95 104 104 104 105 110 iii 144 112 115 119 119 120 MỞ DAU Trong KỸ thuật điện, những vật liệu từ dùng làm lỗi biến áp,rơ le và các thiết bị điện Khác thường là các hợp Kim của sắt, niken vA coban nh tôn Silic, Pecmaloi, băng từ vô định hình.Tuy nhiên trong lĩnh vực vô tuyến điện tử thì Không thể thiếu được loại vật liệu từ là £erit.

Người ta có thể định nghĩa ferit như là đưng địch rắn của oxit sắt và oxit kim loại khác có công thức hoá học là m(MeO)n(FeaOu), trong dé Me 1a ion Kim loại như Fe, Co, Nì, Cu, Mg, Zn, Cd. Có thể có các loại ferit : Ferit kiéu spinel MeFeaOu Ferit Kiểu Magnetoplumbit HeFe;aO¿o (Me:Ba,Sr,Pb. ) Ferit Kiểu Perovskit MeFeOs (Me:nguyên tố đất hiếm) Ferit Kiểu Granat MezFezO¿a (He:nguyên tố đất hiếm) Đặc điểm quan trọng nhất của ferit là có điện trở suất rất cao so với vật liệu từ lim loại hay hợp Kim ti (HKT). Trong công nghiệp để lầm các lỗi từ đùng ở âm tẩn và trưng tẩn người ta dùng các vật liệu HET được cần móng và phủ một lớp vật liệu cách điện, hoặc là dạng HKT bằng móng cuộn lại thành hình xuyến.

Cũng có thể dùng các lỗi được ép từ bột Kim loại (hợp kim bột) với một số chất kết dímh cách điện. Tất cả các dạng lỗi nhai vậy cũng không thể đảm bảo được tổn hao do dòng xoấy đủ nhỏ, vì điện trở suất của nó chỉ cỡ 1O cm và chế tạo vật liệu bằng các cách đó Không tránh Khỏi làm tăng lực kháng từ và giảm độ từ thẩm của vật liệu, nghĩa là sẽ làm giảm tính chất từ mềm của vật liệu Thí đụ HET supermalloy có tính chất từ tốt nhất trong các HET mểm sử đụng trong lĩnh vực tẩn số cao hiện nay, với bể dày cỡ 5ưm có độ từ thẩm 6O. OOO, do tổn hao dòng xoáy, độ từ thẩm sẽ bị giảm đi còn 1/2O ở tẩn số 1OO KHz và giảm đi còn 1/6O ở tẩn số 5OO KHz [138, 139]. Ngược lại , ferit có điện trở suất rất cao từ 1O -10° Sm nhờ đố mà tổn hao đồng xoáy có thể bỏ qua và độ từ thẩm giảm ít ở tẩn số tới hàng chục hoặc hang tram MHz.

Ngoài ra có thể chế tạo được ferit có độ từ thấm tới hàng vạn và điện trở suất lớn [16] cho phếp sử dụng tốt ở tẩn số thấp. Tuy nhiên so với _ Silic thì ferit cố điểm Curie To thấp, ở ferit U cao T„ cỡ 1OO-15O %, Cấu tric phan sắt từ Không bù trừ của ferit làm cho cảm ứng từ bão hoà của chúng Không lớn. Nhược điểm đó hạn chế việc sử đựng £erit từ mềm ở vùng dòng xoay chiểu cường độ cao (công suất lớn). VAI NET VE LICH SU PHAT TRIEN CUA FERIT : {/- Trén thé gidi : Dang ferit tự nhiên đẩu tiên là Magnetite FezOu.

Khoảng 25OO năm trước đây người ta đã biết magnetite thiên nhiên có tính hút được sắt. ĐÓ cũng là chất đầu tiên giúp con người cảm nhận được hiện tượng từ. Các nghiên cứu khoa học của các oxit từ dược bắt đầu từ nửa đầu thế kỷ 19. Vào năm 1878 List đã xác định rằng các oxit từ tính được tạo nên tử hốn hợp HeO (He: Hø, Mn.Zn, Ni, Cu.

Sau đố, năm 1896 Weiss đã đo tính chất từ của magnetite và thấy rằng từ độ bão hoà của nó tương đương với Ni, còn điểm Curie nầm giữa điểm Curie cia Fe va Ni.Hilrert đã nhận thấy thông số điện trở suất của Masnetite và các ferit Khác cao hơn so với sắt, ông đã sử đụng chúng trong một số thiết bị hoạt đông ở tẩn số cao và đã rhận được bằng phát minh đẩu tiên. Tuy nhiên vì độ từ thẩm tương đối thấp nên FezO¿ Không được sử đụng rộng rãi. Cùng thời gian đố thì tôn Silic đống vai trò vượt trội. Khoảng năm 1928, H Forest xuất phát từ việc rhát hiện ra hợp chất MgFeaOu đã chế tạo các hợp chất MeFeaOu (He: Cu NMi,Mg,Sr, Ba, Pb, Ca, Cả), đổng thời đã đo từ độ bão hoà và điểm Curie của chúng.

Từ đó việc nghiên cứu các tính chất vật lý và hoá học của các £erit đẩn trở nên phát triển manh nế. Năm 1933, các nhà nghiên cứu Nhật bản I.Takei đã phát hiện rồng dung dịch răn của ferit Co va Magnetite có lực Kháng tử rất lớn và bằng cách làm lạnh trong từ trường họ đã nhận được được một loại nam châm vĩnh cửu và đặt tên là "nam châm OP". Sau đố họ đã nghiên cứu chế tạo các ferit Khác trên cơ sở dung địch răn của oxyt sắt với oxyt đồng và các oxyt Khác, đổng thời đã dùng các vật liệu đó để chế tạo các cuộn cảm sử dung ở các Khoảng tẩn số Khác nhau và mở đầu cho thời Kỳ sử dụng ferit ở tẩn số cao. Cùng vào thời gian đố ở Hà lan trong rhòng thí nghiệm của hãng Philips đã nghiên cứu cấu trúc Rontsen, sự phụ thuộc thành chẩn của hệ hai cấu tử MeO-FezOz (Me: Mn, Cu, Ni,Mø) vào điểu Hiện rung và năm 1944 Snoek di chế tạo được loại ferit cho các lỗi từ của cuộn cảm cao tẩn và ông đã xác định được điểu Kiện nung cần thiết để nâng cao tính đổng nhất của vật liệu Năm 1946, SnoeK đã nghiên cứu chế tạo loại £erit có độ từ thẩm rất cao, chẳng hạn như "£eroxcube"- loại vật liệu đùng ở Khoảng tẩn số rộng (từ tần số thấp đến vài chục HHz).

Sau Khi xuất hiện £eroxcube thì trong nhiểu rước đã tăng cường nghiên cứu toàn điện về ferit và bắt đẩu mở ra một thời Kỳ mới về ứng đụng. Từ những năm 5O hiệu ứng Faraday đã được nghiên cứu trên các ferit và đã có những ứng đụng trong KỸ thuật siêu cao tẩn. Ferit có đường trể chữ nhật đã được sử dụng cho khuếch đại từ và cho bộ nhớ trong mấy tinh Ngoai ferit spinel, người ta cũng đã nghiên cứu các loại ferit Khác, Hãng Philips đã chế tạo nên hàng loạt ferit có các tính chất quí giá rin: "Feroxdure"(ferit Bari) với cấu trúc Kiểu Magnetoplumbite va feroxplane (ferit hệ BaO. MeO Me: Mn, Fe, Co, Ni, Zn, Mg).

CA feroxdur vA £eroxplane đểu có thể sử dụng ở tẩn số cao hơn nhiều so với feroxcube. TY Khi H Forestier và GGuiot chế tạo cược ferit Sắt-Ytri (3YaOs, 5FeaOz) với cấu trúc tinh thể Kiểu Granate, một triển vọng lớn sử đựng các loại ferit nay ở lĩnh vực Khuếch đại siêu cao tẩn đã dược mở ra. Vào những năm 7O một số tính chất từ mới của vật liệu từ đã được rhất hiện ở ferit sranat, ví như hiệu ứng từ quang (rhotomagnetic effect) trong đó các tính chất từ của tinh thể bị thay đổi Khi tinh thé được chiếu xạ bởi ánh sáng hồng ngoại. Tample(Anh) d& phat hiện thấy dị Hướng từ tinh thể bị ảnh hưởng bởi chiếu xạ ánh sáng còn U.

Enz và H van der Heide (Hà lan) dã thấy độ từ thẩm của một số mẫu bị giảm đi đưới ảnh lưởng của ánh sáng hồng ngọai.