Nam châm vĩnh cửu được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực đời sống. Chúng ta hãy cùng tìm hiểu đặc điểm cấu tạo và cách chế tạo của nam châm vĩnh cửu qua bài viết sau đây.

Cấu tạo của nam châm vĩnh cửu

Nam châm vĩnh cửu có chứa magnetite, là tinh thể khoáng sắt ferit có nguồn gốc từ tính từ hiệu ứng từ trường của trái đất. Các thép hợp kim khác nhau cũng có thể được từ tính hóa. Các bước tiến lớn  trong việc phát triển vật liệu nam châm vĩnh cửu có hiệu quả cao hơn, đến năm 1930 với sự phát triển của các nam châm alnico hợp kim.

Magnetite

Những nam châm cấu thành từ những nguyên tố hóa học của nhôm-nikel-coban được sử dụng để thực hiện các hợp kim. Sau khi nhiễm từ, nam châm alnico có từ 5 đến 17 lần lực từ tính của magnetit.

Nam châm vĩnh cửu là những nam châm được làm từ vật liệu từ hóa và tạo ra từ ​​trường liên tục, mạnh mẽ . Từ trường của nam châm tuy vô hình nhưng có khả năng đáng chú ý như: Tạo ra lực hút với các vật liệu từ khác ví dụ như sắt, niken, coban, một số hợp kim của đất hiếm, một số khoáng chất tự nhiên như đá nam châm,…hút hay đẩy lùi các loại nam châm khác.

Tất cả các nam châm đều có hai cực, một là cực bắc và một là cực nam. Cực bắc và nam luôn tồn tại song song một cặp (không có đơn cực trong tự nhiên), vì vậy nếu ai đó cố cắt một nam châm vĩnh cửu thành một nửa, hai nam châm nhỏ hơn sẽ được tạo ra, đều có cực bắc và cực nam.

từ phổ nam châm

Nam châm vĩnh cửu được làm từ vật liệu sắt từ như alcino và ferrite được chế tạo đặc biệt bởi một từ trường rất mạnh trong quá trình sản xuất, làm cho chúng  rất khó để mất từ ​​lực. Trong khi nam châm điện tuy có lực từ mạnh song chúng phải bắt buộc có dòng điện chạy qua thì mới tạo ra được từ trường.
Nam châm vĩnh cửu thường được làm hình chữ U để hai cực từ gần nhau nhằm tạo ra một từ trường mạnh hơn để có thể nâng một miếng sắt nặng.

Mặt khác, khả năng lưu giữ từ trường của nam châm vĩnh cửu khá lớn, do đó lực kháng từ cũng vì đó mà trở nên rất lớn. Điều này giúp cho nam châm vĩnh cữu có thể tránh khỏi tình trạng khử từ , gây ra bởi các loại từ trường xúc tác ở bên ngoài. Vậy nên cũng không có gì ngạc nhiên khi hầu hết các loại nam châm vĩnh cửu có mặt phổ biến trên thị trường hiện nay đều có lực kháng từ với mức cường độ dao động trong khoảng  từ vài nghìn Oe đến  khoảng vài chục nghìn Oe.

Cách tạo ra nam châm vĩnh cửu

Phương pháp phổ biến nhất để chế tạo nam châm Neodymi là kỹ thuật luyện kim bột và thiêu kết. Ban đầu hợp kim NdFeB được chế tạo ra bằng cách nung chảy các đơn chất thành phần trong lò cao (thông thường nguyên tố Nd và B thường được bù thêm vài % so với thành phần danh định do các chất này dễ bị ôxy hóa hoặc bay hơi).

Trong quá trình nung chảy, hợp kim được nấu trong môi trường bảo vệ để tránh bị ôxy hóa. Tiếp theo đó, hợp kim được nghiền thành bột mịn, sau đó được trộn với keo epoxy, ép thành hình dạng sản phẩm, sau đó nung thiêu kết ở nhiệt độ cao cũng trong môi trường bảo vệ. Quá trình ép có thể được hỗ trợ bởi lực từ trường để tạo dị hướng đơn trục. Quá trình nung thiêu kết được thực hiện ở nhiệt độ rất cao trong môi trường bảo vệ để tạo pha hợp chất, sau đó hạ về nhiệt độ thấp (1 vài trăm độ) để ổn định pha. Sau đó, nam châm được nạp từ với từ trường cao và phủ keo bảo vệ.

Ta có thể thay thế công đoạn thiêu kết bằng kỹ thuật ép nóng. Người ta ép các bột trong trường lực ở nhiệt độ cao nhằm tạo ra pha và định hướng nam châm (tạo ra nam châm dị hướng).

Gần đây, người ta còn thử tiến hành tạo ra các nam châm đất hiếm với giá thành rẻ và kiểu nam châm kết dính. Các bột hợp kim mịn được tạo ra ngay sau khi nghiền các mảnh vụn hợp kim được chế tạo bằng công nghệ nguội nhanh, sau đó trộn keo epoxy và ép định hướng trong từ trường. Kỹ thuật này có lợi điểm là đơn giản và kinh tế hơn, nhưng sản phẩm cho chất lượng thấp hơn nhiều so với nam châm vĩnh cửu thiêu kết.