Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Khoa học vật liệu: Nghiên cứu chế tạo nam châm kết dính Nd-Fe-B/Fe-Co từ băng nguội nhanh có yếu tố ảnh hưởng của từ trường

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO<br /> <br /> VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC<br /> VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM<br /> <br /> VIỆN KHOA HỌC VẬT LIỆU<br /> <br /> NGUYỄN XUÂN TRƢỜNG<br /> <br /> NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO NAM CHÂM KẾT DÍNH<br /> Nd-Fe-B/Fe-Co TỪ BĂNG NGUỘI NHANH<br /> CÓ YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG CỦA TỪ TRƢỜNG<br /> Chuyên ngành: Vật liệu điện tử<br /> Mã số: 62 44 01 23<br /> TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU<br /> <br /> NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC<br /> 1. PGS.TSKH. Nguyễn Văn Vượng<br /> 2. PGS. TS. Nguyễn Văn Khánh<br /> <br /> HÀ NỘI 12/2014<br /> <br /> Công trình được hoàn thành tại: Phòng Công nghệ và Ứng dụng vật liệu và<br /> Phòng Thí nghiệm trọng điểm Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa<br /> học và Công nghệ Việt Nam.<br /> <br /> Ngƣời hƣớng dẫn Khoa học:<br /> 1) PGS. TSKH. Nguyễn Văn Vượng<br /> 2) PGS. TS. Nguyễn Văn Khánh<br /> <br /> Phản biện 1: GS.TS. Lưu Tuấn Tài<br /> Phản biện 2: PGS.TS. Hoàng Nam Nhật<br /> Phản biện 3: PGS.TS. Nguyễn Phúc Dương<br /> <br /> Luận án sẽ được bảo vệ trước hội đồng chấm luận án cấp Viện họp tại Viện<br /> Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.<br /> Vào 9.00 AM, ngày tháng 01 năm 2015<br /> <br /> Có thể tìm hiểu luận án tại:<br /> - Thư viện Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.<br /> - Thư viện Viện Khoa học vật liệu.<br /> <br /> MỞ ĐẦU<br /> Mục tiêu của luận án:<br /> 1. Cải tiến thiết bị phun băng nguội nhanh thương mại ZGK-1 thành thiết bị<br /> phun băng trong từ trường phục vụ hướng nghiên cứu của luận án.<br /> 2. Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm về tác động của từ trường lên quá<br /> trình hình thành băng nguội nhanh, vi cấu trúc và tính chất từ của chúng.<br /> 3. Nghiên cứu công nghệ phun trực tiếp băng tổ hợp nano hai pha<br /> (THNNHP) hệ Nd-Fe-B/Fe-Co chất lượng cao.<br /> 3. Nghiên cứu công nghệ chế tạo nam châm kết dính sử dụng các băng<br /> phun nguội nhanh đã chế tạo được.<br /> Luận án sử dụng các phƣơng pháp nghiên cứu:<br /> 1. Phương pháp phun băng nguội nhanh thông thường với việc tối ưu hóa<br /> các điều kiện công nghệ để chế tạo băng chất lượng cao một cách trực tiếp.<br /> 2. Phương pháp phun băng nguội nhanh trong từ trường.<br /> 3. Phương pháp ép viên trong từ trường và ép thường bột được tẩm keo phi<br /> từ.<br /> 4. Phương pháp xác định thành phần pha bằng chụp và phân tích giản đồ<br /> nhiễu xạ (GĐNX) tia X kiểu mẫu bột, xác định thiên hướng tinh thể bằng<br /> phân tích GĐNX tia X trên bề mặt của mẫu băng.<br /> 5. Nghiên cứu hình thái học của mẫu nghiên cứu bằng việc chụp và phân<br /> tích các ảnh chụp trên kính hiển vi quét độ phân giải cao FESEM.<br /> 6. Nghiên cứu nhiệt động học chuyển pha của các mẫu băng chế tạo qua<br /> phép phân tích nhiệt vi sai (DSC).<br /> 7. Xác định nhiệt độ Curie của các mẫu băng có tỉ phần pha mềm Fe-Co<br /> khác nhau bằng phép phân tích từ độ của mẫu băng biến đổi theo nhiệt độ<br /> M(T) trong từ trường nhỏ 0,5 kOe trên hệ từ kế mẫu rung (VSM). Phân tích<br /> đường M(T) để đưa ra xét đoán về sự tối ưu hóa vi cấu trúc tổ hợp nano hai<br /> pha từ cứng, từ mềm.<br /> 8. Xác định tính chất từ của băng trên hệ từ kế từ trường xung (PFM) và hệ<br /> đo các tính chất vật lý (PPMS).<br /> Bố cục của luận án<br /> Luận án gồm phần mở đầu, kết luận và 5 chương: Chương 1 trình bày<br /> tổng quan về vật liệu từ cứng tổ hợp hai pha từ cứng/từ mềm nền Nd-Fe-B,<br /> chương 2 là tổng quan về ảnh hưởng của từ trường lên vi cấu trúc và tính<br /> chất của vật liệu chương 3 trình bày các kỹ thuật thực nghiệm sử dụng để<br /> thực hiện luận án (3 chương đầu chiếm 62 trang). Hai chương cuối (chương<br /> 4 và 5 chiếm 76 trang) trình bày các kết quả nghiên cứu đã thu được về chế<br /> tạo băng THNNHP Nd-Fe-B/Fe-Co phun trực tiếp và phun trong từ trường.<br /> Hai chương này cũng bàn luận về ảnh hưởng của hợp phần và các tham số<br /> công nghệ, và nhất là ảnh hưởng của từ trường lên vi cấu trúc và tính chất<br /> 1<br /> <br /> từ của chúng. Đồng thời các kết quả về nghiên cứu chế tạo nam châm kết<br /> dính ép không có và có từ trường cũng được trình bày trong hai chương<br /> này. Những kết quả chính của luận án và định hướng phát triển tiếp tục<br /> công nghệ phun băng nguội nhanh trong từ trường được trình bày trong<br /> phần cuối của luận án.<br /> Ý nghĩa khoa học của luận án<br /> Luận án trình bày cơ sở lý thuyết về ảnh hưởng của từ trường ngoài lên<br /> quá trình kết tinh, và qua đó lên vi cấu trúc và các tính chất từ của băng<br /> nguội nhanh THNNHP Nd-Fe-B/Fe-Co. Các kết quả thực nghiệm thu được<br /> đã minh chứng cho sự đúng đắn của dự báo lý thuyết về tác động của từ<br /> trường làm giảm kích thước hạt, thu hẹp phân bố kích thước hạt, gia tăng<br /> độ thiên hướng tinh thể (00l) của băng hệ Nd-Fe-B/Fe-Co, nâng cao khả<br /> năng tạo cấu trúc tổ hợp lõi từ mềm, vành từ cứng và cải thiện tương tác<br /> trao đổi giữa hai pha từ cứng, từ mềm. Những tác động này đã cho thấy từ<br /> trường là một tham số quan trọng trong công nghệ phun băng nguội nhanh<br /> và minh chứng cho khả năng tiềm tàng của công nghệ phun băng nguội<br /> nhanh trong từ trường để chế tạo các băng THNNHP chất lượng cao.<br /> Luận án cũng trình bày khả năng chế tạo băng THNNHP chất lượng cao<br /> Nd-Fe-B/Fe-Co một cách trực tiếp, không cần đến quá trình ủ tái kết tinh<br /> sau phun do sử dụng các tiền hợp kim một cách thích hợp cùng với việc áp<br /> dụng kỹ thuật phun băng kiểu áp suất âm.<br /> Luận án được thực hiện tại Phòng thí nghiệm Trọng điểm về Vật liệu và<br /> Linh kiện Điện tử và Phòng Công nghệ và Ứng dụng vật liệu, Viện Khoa<br /> học vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, trong khuôn<br /> khổ thực hiện đề tài NCCB “Những vấn đề cơ bản của công nghệ phun<br /> băng nguội nhanh trong từ trường - Công nghệ mới chế tạo băng từ cứng<br /> chứa đất hiếm cấu trúc nano tinh thể chất lượng cao”, mã số 103.022010.05 do Quỹ Nafosted tài trợ.<br /> CHƢƠNG 1:<br /> TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU TỪ CỨNG NANOCOMPOSITE NỀN Nd-Fe-B<br /> <br /> Điều kiện cần và đủ để có được một nam châm vĩnh cửu chất lượng cao<br /> là: i) các đặc tính từ nội tại tốt của vật liệu sử dụng; ii) vi cấu trúc tối ưu<br /> của nam châm. Sự ảnh hưởng lẫn nhau được tối ưu hóa giữa các đặc tính từ<br /> nội tại và vi cấu trúc sẽ tạo ra sản phẩm nam châm có phẩm chất từ tính tốt<br /> nhất có thể. Chương này trình bày tổng quan về vật liệu từ cứng có vi cấu<br /> trúc nano bao gồm: 1) Những vấn đề từ học cơ bản của vật liệu nano NdFe-B, 2) Cơ sở lý thuyết và 3) Những kết quả nghiên cứu thực nghiệm.<br /> 1.1. Những vấn đề từ học cơ bản của vật liệu nano Nd-Fe-B<br /> 1.1.1. Sự tạo thành pha từ cứng Nd2Fe14B<br /> 2<br /> <br /> 1.1.2. Đặc tính từ của Nd2Fe14B<br /> 1.1.3. Mômen từ của NdFeB<br /> 1.2. Một số nghiên cứu lý thuyết về tính chất từ của các vật liệu nam<br /> châm vĩnh cửu cấu trúc nano đa pha từ<br /> 1.3. Nghiên cứu thực nghiệm trong chế tạo nam châm nano tổ hợp hai<br /> pha từ cứng từ mềm nền Nd-Fe-B.<br /> 1.3.1. Hợp phần lựa chọn để chế tạo nam châm tổ hợp<br /> 1.3.2. Sự hình thành cấu trúc nano tổ hợp trong quá trình nguội nhanh<br /> 1.3.3. Ảnh hưởng của các nguyên tố pha thêm lên quá trình kết tinh<br /> CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ ẢNH HƢỞNG CỦA TỪ TRƢỜNG<br /> LÊN VI CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU<br /> Phần đầu (phần 2.1) của chương tổng quan lại một số vấn đề cơ bản liên<br /> quan đến quá trình kết tinh nguội nhanh, bao gồm:<br /> 2.1. Nhiệt động học quá trình chuyển pha<br /> 2.1.1. Độ quá nguội<br /> 2.1.2. Sự hình thành và điều kiện hình thành mầm tinh thể.<br /> 2.1.3. Tốc độ tạo mầm<br /> Các kết quả nghiên cứu chính về ảnh hưởng của từ trường lên quá trình<br /> hình thành vật liệu được tóm tắt trong phần 2.2 – 2.4.<br /> 2.2. Ảnh hƣởng của từ trƣờng đối với sự hình thành mầm tinh thể của<br /> dung dịch chất thuận từ và nghịch từ.<br /> 2.2.1. Một số khái niệm cơ sở<br /> 2.2.2. Sự đóng góp của từ trường vào năng lượng tự do<br /> 2.2.3. Sự định hướng phát triển của vật liệu trong từ trường<br /> 2.3. Ảnh hƣởng của từ trƣờng lên mầm tinh thể và vi cấu trúc trong<br /> quá trình đóng rắn của vật liệu.<br /> 2.3.1. Ảnh hưởng của từ trường lên vi cấu trúc đóng rắn của kim loại<br /> 2.3.2. Ảnh hưởng của từ trường lên vi cấu trúc đóng rắn của hợp kim<br /> Từ trường có khả năng tác động lên năng lượng của hệ vật liệu trong<br /> quá trình kết tinh, có khả năng ảnh hưởng lên vi cấu trúc của vật liệu kim<br /> loại và hợp kim. Một hiện tượng được chú ý hiện nay là ảnh hưởng của từ<br /> trường lên định hướng tinh thể của các vật liệu. De Rango và các cộng sự<br /> [12] đã sử dụng từ trường cao để định hướng tinh thể của vật liệu siêu dẫn<br /> nhiệt độ cao YBa2Cu3O7. Các kết quả tương tự cũng đạt được trong việc<br /> định hướng cấu trúc từ của các vật liệu như Bi-Mn [10] và hợp kim Al-Ni<br /> [15]. Mặt khác, từ trường cũng được sử dụng để làm chậm quá trình đóng<br /> rắn, sự định hướng tinh thể trong hợp kim được tìm ra có thể là song song<br /> hoặc vuông góc với hướng của từ trường [7-9, 16].<br /> 3<br /> <br />