Trong bối cảnh rộng lớn của công nghệ và công nghiệp hiện đại, vật liệu từ tính đóng một vai trò không thể thiếu. Từ nam châm tủ lạnh đến động cơ công nghiệp phức tạp, những vật liệu này tạo thành xương sống của nhiều thiết bị và hệ thống. Trong số các vật liệu từ tính khác nhau, nam châm gốm—còn được gọi là nam châm ferit—nổi bật như một giải pháp linh hoạt và tiết kiệm chi phí.

Nam châm gốm, đúng như tên gọi của chúng, là vật liệu từ tính có đế bằng gốm. Chính xác hơn, chúng là nam châm ferit có thành phần chủ yếu là oxit sắt (Fe₂O₃) kết hợp với các oxit kim loại khác như strontium (Sr), bari (Ba) hoặc mangan (Mn).

Ferrites thể hiện hai cấu trúc tinh thể chính:

• Ferrit loại Spinel:Đặc trưng bởi hệ tinh thể lập phương có công thức hóa học AB₂O₄, trong đó A và B lần lượt là các ion kim loại hóa trị hai và hóa trị ba. Những ferrite này thể hiện tính thấm từ cao và độ kháng từ thấp, khiến chúng phù hợp cho các ứng dụng tần số cao.
• Ferrit lục giác:Nổi bật với hệ tinh thể lục giác có công thức hóa học MFe₁₂O₁₉, trong đó M đại diện cho các ion kim loại hóa trị hai. Chúng thể hiện độ kháng từ cao và sản phẩm năng lượng từ tính đáng kể, lý tưởng cho các ứng dụng nam châm vĩnh cửu.

Việc sản xuất nam châm gốm bao gồm sáu giai đoạn chính:

1. Trộn nguyên liệu
2. thiêu kết trước
3. nghiền thành bột
4. hình thành
5. Thiêu kết
6. Từ hóa

So với các vật liệu nam châm vĩnh cửu khác, nam châm gốm mang lại những lợi ích khác biệt:

• Khả năng tồn tại về mặt kinh tế:Chi phí sản xuất thấp hơn đáng kể so với nam châm neodymium, alnico hoặc samarium-coban.
• Khả năng chống khử từ:Khả năng đặc biệt để duy trì các đặc tính từ tính trong các điều kiện bất lợi do độ kháng từ cao.
• Chống ăn mòn:Sự ổn định nội tại chống lại sự xuống cấp hóa học giúp loại bỏ sự cần thiết của lớp phủ bảo vệ.
• Sản xuất linh hoạt:Thích ứng với nhiều hình dạng và kích cỡ khác nhau thông qua quy trình sản xuất đơn giản.

Hệ thống phân loại cấp Y biểu thị mức hiệu suất của nam châm gốm, trong đó số cao hơn biểu thị từ trường mạnh hơn. Thị trường hiện tại cung cấp 27 phân loại cấp Y riêng biệt.

Cấp Y được phân loại dựa trên giá trị (BH)max của chúng:

Việc chọn loại Y thích hợp đòi hỏi phải xem xét nhiều yếu tố:

• Cường độ từ trường:Yêu cầu trường cao hơn đòi hỏi phải có điểm có giá trị (BH)max lớn hơn.
• Nhiệt độ hoạt động:Các lớp có độ kháng từ cao hơn (ví dụ Y30BH, Y32H) hoạt động tốt hơn ở nhiệt độ cao.
• Kích thước vật lý:Nam châm nhỏ hơn có thể yêu cầu cấp độ cao hơn để đạt được cường độ trường đủ.
• Yếu tố kinh tế:Cân bằng giữa yêu cầu hiệu suất và hạn chế ngân sách.
• Điều kiện môi trường:Các lớp tiêu chuẩn thường đủ cho hầu hết các môi trường.

Nam châm gốm phục vụ các lĩnh vực khác nhau thông qua nhiều cách triển khai khác nhau:

• Hệ thống cơ điện:Động cơ DC/AC, động cơ bước
• Thiết bị âm thanh:Loa và thiết bị âm thanh
• Công nghệ cảm biến:Cảm biến hiệu ứng Hall, máy dò tiệm cận
• Hệ thống an ninh:Cơ chế khóa từ
• Thiết bị chăm sóc sức khỏe:máy quét MRI
• Linh kiện ô tô:Cảm biến ABS, bơm nhiên liệu
• Sản phẩm tiêu dùng:Đồ chơi giáo dục, đồ gia dụng

Thông số kỹ thuật chính của nam châm gốm bao gồm:

• Lực cưỡng chế (Hc):Khả năng chống khử từ (đo bằng Oe hoặc kA/m)
• Lực cưỡng chế nội tại (Hci):Ngưỡng khử từ hoàn toàn
• Sản phẩm năng lượng tối đa (BH)max:Mật độ năng lượng từ tính (MGOe)
• Sự còn sót lại (Br):Cảm ứng từ dư (G hoặc T)
• Nhiệt độ Curie (Tc):Điểm khử từ nhiệt (°C)

Để so sánh kỹ thuật:

• 1 kG = 1000 G (mật độ từ thông)
• 1 T = 10.000 G
• 1 kA/m = 12,56 Oe (cường độ từ trường)
• 1 MGOe = đơn vị mật độ năng lượng từ tính
• 1 kJ/m³ = 1000 J (đo năng lượng)

Nam châm gốm tiếp tục phát triển cùng với những tiến bộ công nghệ, tìm ra những ứng dụng mới trong:

• Hệ thống truyền động của xe điện
• Thiết bị tự động hóa nhà thông minh
• Mạng cảm biến Internet of Things (IoT)

Thông qua những cải tiến liên tục về hiệu suất và hiệu quả chi phí, nam châm gốm vẫn là thành phần cơ bản trong phát triển công nghệ hiện đại.