FINEMET

FINEMET® là tên một loại vật liệu từ mềm thương phẩm có cấu trúc nanô dựa trên nền hợp kim của sắt có công thức là Fe73,5Si13,5B9Nb3Cu1 (tỉ lệ phần trăm nguyên tử). Finemet là một trong những vật liệu từ mềm tốt nhất. Hiện nay, Finemet là thương phẩm từ mềm được giữ bản quyền bởi Hitachi Metals (Nhật Bản) và Metglas (Mỹ) . Tên FINEMET là từ ghép của Fine metal, do trong cấu trúc của FINEMET có chứa các hạt kim loại siêu mịn ở kích thước nano.
Cấu trúc và tính chất của FINEMET.
FINEMET lần đầu tiên được chế tạo và công bố bởi nhóm nghiên cứu của Y. Yoshizawa, S. Oguma, K. Yamauchi (Phòng thí nghiệm Nghiên cứu các vật liệu từ và điện tử, Hitachi Metals, Nhật Bản) vào năm 1988 . Theo bài báo này, Finemet được rút ra từ hệ vật liệu nền sắt có công thức chung là Fe74,5-xSi13,5B9Nb3Cux với "x" thay đổi từ 0 đến 1,5% tỉ phần nguyên tử, và thành phần cho tính chất tốt nhất với x = 1,0 được phát triển mạnh trở thành thương phẩm và gọi tên là FINEMET®. Và FINEMET đã trở thành một vật liệu với tính từ mềm tuyệt vời với nhiều đặc tính lý thú cả về mặt công nghệ cũng như ứng dụng .
Tính chất của FINEMET®.
Khi mới chế tạo, FINEMET ở dạng các băng kim loại mỏng, độ dày từ 10 micromet đến vài chục micromet. FINEMET® là vật liệu từ mềm có tính chất từ mềm hoàn hảo, và được xếp vào nhóm các vật liệu từ siêu mềm và khắc phục được những nhược điểm của các vật liệu từ mềm truyền thống:
Cấu trúc và cơ chế tạo tính từ mềm.
FINMET là hợp kim có cấu trúc nanomet với các hạt sắt từ mềm bbc-Fe(Si) (hạt Fe(Si) có cấu trúc lập phương tâm khối) với tỉ phần khoảng 80% thể tích, và 20% còn lại là nền các ma trận vô định hình bao quanh. Tính chất của hợp kim được tạo ra từ do sự tổ hợp tính chất của hai pha tinh thể và vô định hình. Herzer là người đã lý giải thành công cơ chế về tính chất từ mềm trong các hợp kim này :
Trong hệ các hạt sắt từ siêu mịn, dị hướng từ tinh thể không còn mang giá trị như trong vật liệu khối mà bị hiệu dụng hóa, tỉ lệ với lũy thừa bậc 6 của kích thước hạt:
và khi đó, lực kháng từ sẽ tỉ lệ thuận với bậc 6 của kích thước hạt:
Với:
Kỹ thuật chế tạo và các cải tiến từ FINEMET.
Kỹ thuật chế tạo.
Phương pháp thông dụng nhất để chế tạo FINEMET là kỹ thuật nguội nhanh. Công nghệ nguội nhanh được sử dụng để tạo ra các băng hợp kim vô định hình mỏng. Cấu trúc nano được tạo ra nhờ việc ủ nhiệt thích hợp trong môi trường chân không hoặc môi trường có sử dụng các khí trơ để bảo vệ hợp kim khỏi bị oxy hóa. Quá trình ủ (thường sử dụng nhiệt độ từ 500oC đến 600oC với thời gian có thể kéo dài từ 30 phút đến 1 giờ) giúp cho việc tái kết tinh hợp kim vô định hình để tạo ra các hạt nano có cấu trúc tinh thể. Quá trình ủ có thể dẫn đến việc hợp kim bị già hóa và độ dẻo dai bị suy giảm. Ngoài ra, người ta có thể tạo trực tiếp cấu trúc nano ngay từ quá trình nguội nhanh bằng cách giảm tốc độ làm nguội và tạo ra quá trình kết tinh khi làm nguội. Tuy nhiên, kỹ thuật này thường khó điều khiển và giảm đi độ đồng nhất của cấu trúc.
Cải tiến từ FINEMET.
FINEMET là hợp kim từ mềm đầu tiên sử dụng cấu trúc nano trên nền vô định hình và nhanh chóng được thương mại hóa nhờ những phẩm chất tuyệt vời. Từ sự xuất hiện của FINEMET, người ta đã cải tiến thành phần để tạo ra nhiều loại hợp kim từ mềm có cấu trúc nano với nhiều tính chất đặc biệt hơn: