Vật liệu từ mềm

Vật liệu từ mềm, hay "vật liệu sắt từ mềm" (tiếng Anh: "Soft magnetic material") là vật liệu sắt từ, "mềm" về phương diện từ hóa và khử từ, có nghĩa là dễ từ hóa và dễ khử từ. Vật liệu sắt từ mềm thường được dùng làm vật liệu hoạt động trong trường ngoài, ví dụ như lõi biến thế, lõi nam châm điện, các lõi dẫn từ.
Các thông số của vật liệu từ mềm.
formula_2
Vật liệu từ mềm có độ từ thẩm ban đầu từ vài trăm, đến vài ngàn, các vật liệu có tính từ mềm tốt có thể đạt tới vài chục ngàn, thậm chí hàng trăm ngàn.
Chú ý: Độ từ thẩm (permeability) là đại lượng đặc trưng cho khả năng phản ứng của vật liệu từ dưới tác dụng của từ trường ngoài. Như ta biết quan hệ giữa cảm ứng từ B, từ trường ngoài H và độ từ hóa M theo công thức:
formula_3
với formula_4 là hằng số từ, hay độ từ thẩm của chân không. H và M quan hệ theo biểu thức:
formula_5
formula_6 được gọi là độ cảm từ (magnetic sucseptibility). Như vậy, B có quan hệ với H theo công thức:
formula_7
và giá trị formula_8 được gọi là độ từ thẩm (hiệu dụng) của vật liệu)
Các thông số đáng chú ý khác.
formula_12
với:
formula_9 là cảm ứng từ bão hoà của lõi
formula_14: độ dày của lõi
formula_15 là một hệ số đặc trưng
formula_16: Tần số từ trường xoay chiều
formula_17: Khối lượng riêng vật liệu
formula_18: điện trở suất
Từ công thức này ta lý giải được việc các lõi biến thế tôn silic (FeSi) được chế tạo thành các lá mỏng nhằm làm giảm độ dày, giảm tổn hao dòng xoáy. Đồng thời, lõi FeSi chỉ có thể sử dụng cho biến thế tần số thấp vì ở tần số cao, tổn hao sẽ rất lớn (do FeSi có điện trở suất thấp), trong khi các vật liệu gốm ferrite có thể sử dụng ở các tần số rất cao do chúng có bản chất gốm, có điện trở suất rất lớn, làm giảm tổn hao dòng xoáy.
Một số loại vật liệu từ mềm.
Là hợp kim của sắt (khoảng 85%), với Silic (Si), hoặc chứa thêm khoảng 5,4% nhôm (Al), còn được gọi là hợp kim Sendust, là một trong những vật liệu sắt từ mềm được dùng phổ biến nhất có độ cứng cao, có độ từ thẩm cao và tổn hao trễ thấp. Tuy nhiên, vật liệu này trên nền kim loại, nên có điện trở suất thấp, do đó không thể sử dụng ở tần số cao do sẽ làm xuất hiện tổn hao xoáy lớn.
Là hợp kim của niken (Ni) và sắt (Fe), có lực kháng từ rất nhỏ, độ từ thẩm rất cao (vật liệu formula_19 có độ từ thẩm ban đầu lớn tới 10000), có độ bền cơ học và khả năng chống ăn mòn cao. Tuy nhiên, permalloy có từ độ bão hòa không cao.
Là các hợp kim nền sắt hay cô ban (Co), ở trạng thái vô định hình, do đó có điện trở suất cao hơn nhiều so với các hợp kim tinh thể, đồng thời có khả năng chống ăn mòn, độ bền cơ học cao, và có thể sử dụng ở tần số cao hơn so với các vật liệu tinh thể nền kim loại. Vật liệu vô định hình không có cấu trúc tinh thể, nên triệt tiêu dị hướng từ tinh thể, vì thế nó có tính từ mềm rất tốt. Vật liệu vô định hình nền Co còn có từ giảo bằng 0 nên còn có lực kháng từ cực nhỏ.
Khi kết tinh từ trạng thái vô định hình, ta có vật liệu nano tinh thể, là các hạt nanô kết tinh trên nền vô định hình dư, triệt tiêu từ giảo từ tổ hợp hai pha vô định hình và tinh thể nên có tính từ mềm cực tốt và có thể sử dụng ở tần số cao. Vật liệu từ mềm nano tinh thể thương phẩm tốt nhất là [FINEMET] (formula_22) được phát minh bởi Yoshizawa (Hitachi Metal Ltd, Nhật Bản) năm 1988 và nhiều thế hệ khác được phát triển sau đó.