軟磁材料技術(shù)發(fā)展與產(chǎn)業(yè)概況

1、軟磁材料技術(shù)發(fā)展與產(chǎn)業(yè)概括一、軟磁材料技術(shù)基礎(chǔ)定義：能夠迅速響應(yīng)外磁場的變化，當(dāng)磁化發(fā)生在矯頑力Hc不大于100A/m（1.25Oe），這樣的材料稱為軟磁體。技術(shù)要求：能低損耗地獲得高磁感應(yīng)強(qiáng)度，即低損耗（P=渦流損耗Phv&磁損耗Pev）、高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度（Ms），既容易受外加磁場磁化，也容易退磁，即高磁導(dǎo)率（a）、高穩(wěn)定性。低損耗可以保證能量轉(zhuǎn)換效率高，器件不容易發(fā)熱；高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度可以保證提供磁場強(qiáng)度大，最高的Fe-0.35Co合金擁有2.45T的飽和磁化強(qiáng)度，純鐵的有2.15T；容易磁化和退磁可以保證器件靈敏度。材料分類：1. 金屬軟磁，以硅鋼片、坡莫合金、仙臺合金等為代表，

2、包括Fe系、Fe-Si系、Fe-Al系、Fe-Ni系、Fe-Si-Al系、Fe-Co系、Fe-Cr系等2. 晶體軟磁，又稱鐵氧體軟磁材料，以Mn-Zn系、Ni-Zn系和Mg-Zn系為代表的各種軟磁鐵氧體3. 非晶、納米晶軟磁材料，簡稱Finemet，有Fe基和Co 基兩種非晶軟磁材料；按制品形態(tài)分類：i. 合金類，主要有硅鋼片坡莫合金、非晶及納米晶合金；ii. 粉芯類，又稱磁粉芯，包括：鐵粉芯、鐵硅鋁粉芯、高磁通量粉芯（High Flux）、坡莫合金粉芯（MPP）；iii. 鐵氧體類：算是特殊的粉芯類， 包括：錳鋅系、鎳鋅系常用軟磁材料特性：大分類主分類主要系列化學(xué)成分飽和磁密度T初始磁導(dǎo)率電

3、阻率·m居里溫度合金硅鋼硅鋼片F(xiàn)e-(<4.5)Si1.82.110345750坡莫合金鐵鎳合金Fe-(30-90)Ni1.510410545450非晶合金鐵基80Fe-20(Si-B)及少量C、P、Ni、Mo、Cr等1.31.8103104135140415鐵鎳基40Fe-40Ni-20(Si-B)少量C、P等0.71.04*1032*104160360鈷基80Co-20(Si-B)少量P、V等0.50.8104105136142330微晶(納米晶)合金鐵基80Fe-20(Si-B)及少量Cu-Nb、Mo等1.23>8*104120570Fe-M-B(M=Zr,Hf,N

4、b)1.51.73*103-粉芯鐵粉芯純鐵100Fe1.4107511700鐵硅粉芯鐵硅粉Fe-(<6.5)Si1.55070-500鐵硅鋁粉芯仙臺粉Fe-5.5Si-9Al1.052612580500高磁通粉芯鐵鎳粉Fe-50Ni1.514200100400鉬坡莫合金粉芯鎳鐵鉬粉Ni-17Fe-2Mo0.7514550120400鐵氧體錳鋅系功率鐵氧體Fe3+(Fe2+M2+)O4M為Mn、Mg、Zn、Ni、Cu、Pb等二價金屬元素0.350.4>103103104130250高導(dǎo)鐵氧體高溫高M(jìn)s鐵氧體高直流偏置鐵氧體MnMgZn鐵氧體鎳鋅系常規(guī)NiZn鐵氧體Fe3+(Fe2+M

5、2+)O4M為Mg、Zn、Ni、Cu、Pb等二價金屬元素0.20.312*103106110350射頻寬帶NiCuZn鐵氧體低溫鉄結(jié)NiCuZn鐵氧體二、軟磁材料的應(yīng)用介紹軟磁材料在工業(yè)中的應(yīng)用始于十九世紀(jì)末。隨著電力工及電訊技術(shù)的興起，開始使用低碳鋼制造電機(jī)和變壓器，在電話線路中的電感線圈的磁芯中使用了細(xì)小的鐵粉、氧化鐵、細(xì)鐵絲等。到二十世紀(jì)初，研制出了硅鋼片代替低碳鋼，提高了變壓器的效率，降低了損耗。直至現(xiàn)在硅鋼片在電力工業(yè)用軟磁材料中仍居首位。無線電技術(shù)的興起，促進(jìn)了高導(dǎo)磁材料的發(fā)展，出現(xiàn)了坡莫合金及坡莫合金磁粉芯等。從四十年代到六十年代，雷達(dá)、電視廣播、集成電路的發(fā)明等，生產(chǎn)出了軟磁合

6、金薄帶及軟磁鐵氧體材料。進(jìn)入七十年代，隨著電訊、自動控制、計算機(jī)等行業(yè)的發(fā)展，研制出了磁頭用軟磁合金。大分類主分類主要系列制備特點應(yīng)用實例發(fā)展趨勢合金硅鋼硅鋼片可沖片、切割，有疊片式及卷繞式，價格便宜，產(chǎn)量大；Si加入量過多時，會降低飽和磁化強(qiáng)度、居里溫度，使材料變脆使用溫度可超200度，其使用頻率不超過400Hz。廣泛用于電動機(jī)、發(fā)電機(jī)、變壓器、電磁機(jī)構(gòu)、繼電器電子器件及測量儀表中。冷軋硅鋼的Bs高，其厚度均勻、尺寸精度高、表面光滑平整，厚度可低至0.020.05mm，近年來，用快速凝固技術(shù)可制備出含硅6.5%的硅鋼薄帶。坡莫合金鐵鎳合金坡莫合金的生產(chǎn)過程比較復(fù)雜。例如，板材軋制的工藝、退火

7、溫度、時間、退火后的冷卻快慢等都對材料最終的磁性能有很大影響。加工后須退火12001300，保溫3h并緩冷至600。NiFe在600以下的冷卻過程中發(fā)生有序化轉(zhuǎn)變形成Ni3Fe；不利于磁性能。在弱磁場下具有很高磁導(dǎo)率的鐵芯材料和磁屏蔽材料，用于制作音頻變壓器、互感器、磁放大器、磁調(diào)制器、扼流器、音頻磁頭等。在中高頻變壓器的鐵芯或者對靈敏度有嚴(yán)格要求的器件中，例如高頻（數(shù)十KHz）開關(guān)電源變壓器、精密互感器、漏電開關(guān)互感器、磁屏蔽、磁軛等。根據(jù)磁性原子比理論和生產(chǎn)實踐的檢驗，修正最佳成分設(shè)計公式及飽和磁感(Bs)和電阻率()經(jīng)驗公式；開發(fā)廉價坡莫合金，低鎳(35-40%)的PD型采用關(guān)鍵技術(shù)可使

8、磁性能達(dá)到PB型(4250%)水平；控制適量的Nb含量和增加C、N、O含量，再配以合適的冷熱加工工藝，獲得110 311 111再結(jié)晶織構(gòu)，提高磁性能和耐磨性。非晶合金鐵基氣相沉積法:真空蒸發(fā)、濺射、輝光放電和化學(xué)沉積。液相急冷法: 將熔融合金用加壓惰性氣體(如氬氣)將液態(tài)合金從直徑為0.2-0.5m的石英噴嘴中噴射到高速旋轉(zhuǎn)(2000-10000r/min)的冷卻棍表面.液態(tài)合金以106108 K/s的高速冷卻，形成非晶態(tài).高能粒子注入法：采用能量密度較高(約100 kw/cm2)的激光或電子束來輥照金屬表面時，可使表面局部熔化，并利用自身基體冷卻產(chǎn)生4*l045* l06 K/s冷卻速度，

9、得到約400 m厚度的非晶層.高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度，鐵損低（取向硅鋼片1/31/5），最佳應(yīng)用是替代硅鋼制作配電變壓器鐵芯, 達(dá)到節(jié)能目的。其最佳使用頻率為kHz級， 其缺點主要是只能以帶材卷繞方式制成磁芯， 因而大多為環(huán)形， 難以制造形狀較復(fù)雜的磁芯。選擇合適的鐵基非晶合金體系和元素?fù)诫s，加大非晶形成能力和高飽和磁致伸縮的鐵磁性塊體非晶合金。鐵基塊體非晶合金體系100 K的大過冷液相區(qū)，進(jìn)行形狀復(fù)雜的超塑性加工。磁致伸縮傳感器芯體材料。鐵鎳基鐵鎳基非晶材料的最佳適用頻率較高，其范圍為工頻至30 kHz。主要用于制造中頻變壓器、大功率電抗器及功率因素校正器等。可以代替硅鋼片或者坡莫合金，價格較貴。

10、鈷基鈷基非晶材料其磁導(dǎo)率隨頻率增高而下降的很快， 因而不適于制作寬頻帶感性器件。另外， 由于成份中有鈷， 因而成本較高。其磁致伸縮為零。主要用于制造高頻變壓器(相對工頻而言)、脈沖變壓器、磁放大器、功率因素校正器等。改造和完善現(xiàn)有的Co基磁性材料，提高其Bs值，降低矯頑力和高頻損耗，拓寬其它性能如質(zhì)量更輕、韌性和加工性更好、耐腐蝕性更高、適應(yīng)于超高溫下工作等微晶(納米晶)合金鐵基屬于特殊的非晶合金，鐵基納米晶合金是由鐵元素為主，加入少量的Nb、Cu、Si、B 元素所構(gòu)成的合金經(jīng)快速凝固工藝所形成的一種非晶態(tài)材料，這種非晶態(tài)材料經(jīng)熱處理后可獲得直徑為1020 納米的微晶,彌散分布在非晶態(tài)的基體上

11、，被稱為微晶、納米晶材料或納米晶材料.同時具有高飽和磁感Bs、高磁導(dǎo)率、高居里溫度Tc及很低的損耗。最佳適用頻率范圍超不過500 kHz， 不適于制作寬頻帶感性器件。需要考慮其在高溫下的組織穩(wěn)定性。納米微晶軟磁材料正沿著高頻、多功能方向發(fā)展?？茖W(xué)界又發(fā)現(xiàn)納米微晶軟磁材料在高頻場中具有巨磁阻抗效應(yīng)，又為它作為磁敏感元件的應(yīng)用提供了良好的前景。納米晶合金都有優(yōu)良的軟磁特性。既有較高的Bs值，同時擁有優(yōu)良的軟磁特性。可以預(yù)期作為在電桿上變壓器以及各種電力機(jī)器用磁心材料中能得到應(yīng)用。納米微晶軟磁材料正沿著高頻、多功能方向發(fā)展。粉芯鐵粉芯純鐵Fe磁粉芯是由鐵磁性粉粒與絕緣介質(zhì)混合壓制而成的一種軟磁材料。

12、將磁性材料制成粉末，在粉末顆粒之間加上絕緣物質(zhì)，用壓縮成型的辦法制成磁心，使用頻率可以提高到幾百MHz。由于鐵磁性顆粒很?。ǜ哳l下使用的為0.55 微米），又被非磁性電絕緣膜物質(zhì)隔開，因此，一方面可以隔絕渦流，材料適用于較高頻率；另一方面由于顆粒之間的間隙效應(yīng)，導(dǎo)致材料具有低導(dǎo)磁率及恒導(dǎo)磁特性；又由于顆粒尺寸小，基本上不發(fā)生集膚現(xiàn)象，磁導(dǎo)率隨頻率的變化也就較為穩(wěn)定。磁粉芯的磁電性能主要取決于粉粒材料的導(dǎo)磁率、粉粒的大小和形狀、它們的填充系數(shù)、絕緣介質(zhì)的含量、成型壓力及熱處理工藝等。羰基鐵磁粉及樹脂碳基鐵磁粉。儲能式電感，大部分應(yīng)用在頻率范圍100KHz 100MHz之間的高頻功率扼流圈、諧振電

13、感、RF調(diào)諧電感芯體。此外，用鐵粉芯來替代鐵鎳相磁粉（MPP）的高磁通量磁芯或鐵硅鋁芯是一種高性價比設(shè)計，同時它也可以用來取代鐵氧體和鐵合金片。價格低，初始磁導(dǎo)率i隨頻率的變化穩(wěn)定性好；高頻損耗高。鐵粉芯一般適用于-65+125的溫度范圍。當(dāng)磁芯的溫度較高時，會使電感的品質(zhì)因數(shù)(Q)永久性的降低。鐵硅粉芯鐵硅粉Fe-SiFe-Si磁粉芯是名副其實的高溫材料，不存在熱老化問題，它的磁芯損耗比鐵粉芯更低，并具有優(yōu)異的直流偏置性能，很好的溫度穩(wěn)定性和高能量儲存能力，主要運用于功率因數(shù)校正PFC電路、電源電感等。鐵硅磁粉芯的推出，據(jù)稱是為了解決傳統(tǒng)鐵粉芯的高溫老化問題。有消息稱日本企業(yè)最先發(fā)明此種材質(zhì)

14、，并率先用于變頻空調(diào)中，隨后，Delta，API，Lite-ON，Mitac 等大型電源廠家也導(dǎo)入其產(chǎn)品中。鐵硅鋁粉芯仙臺粉Fe-Si-Al主要是替代鐵粉芯，損耗比它低80%，可在8KHz以上頻率使用，磁致伸縮系數(shù)接近零，無噪聲；比MPP更高的DC偏壓能力，性價比高。主要用于交流電感、輸出電感、線路濾波器、功率因素校正電路等。鐵硅鋁磁粉芯，其關(guān)鍵優(yōu)勢是：第一，最高工作溫度可達(dá)200，無高溫老化問題。鐵粉芯一般不建議超過125。第二，損耗只有鐵粉芯的四分之一。隨著電源向高功率、高效率方向發(fā)展，鐵硅鋁高工作溫度、低損耗的優(yōu)勢漸趨明顯。高磁通粉芯鐵鎳Fe-Ni粉50Fe-50Ni組成，粉末磁粉芯中最

15、高的磁感應(yīng)強(qiáng)度，最高直流偏壓能力，體積小。主要用于線路濾波器、交流電感、輸出電感、功率因素校正電路等，高DC偏壓、高直流電和低交流電上用得多，價格低于MPP。提高能源轉(zhuǎn)換效率，降低能耗；需要Bs高，成本又要低，非晶、納米晶化是磁粉芯未來的發(fā)展方向。鉬坡莫合金粉芯鎳鐵鉬17Fe-81Ni8-2Mo（MPP）粉在粉末磁芯中具有最低的損耗，溫度穩(wěn)定性極佳，廣泛用于太空設(shè)備、露天設(shè)備，無噪聲，在300KHz以下的高品質(zhì)因素Q濾波器、感應(yīng)負(fù)載圈、諧振電路、對溫度穩(wěn)定性要求高的LC電路上常用，在AC電路中常用。磁粉芯中價格最貴。鐵氧體錳鋅系Mn-Zn功率Mn-Zn鐵氧體根據(jù)鐵氧體結(jié)晶構(gòu)造和形態(tài)，制備工藝大

16、致分為：多晶鐵氧體生產(chǎn)工藝；鐵氧體化學(xué)工藝；單晶鐵氧體制造工藝及其他特種工藝，如鐵氧體多晶薄膜和非晶鐵氧體等。（1）多晶：類似陶瓷工業(yè)中常用的燒結(jié)過程，包括如下步驟：經(jīng)固相反應(yīng)形成鐵氧體的金屬氧化物或碳酸鹽或其他化合物，在混合均勻之后，經(jīng)球磨、干燥，壓成特定的形狀。在大約1000°C的溫度下進(jìn)行預(yù)燒后，再一次充分研磨和混合。加入適量的粘合劑，壓成所要求的形狀或者作為塑性物質(zhì)擠壓成管狀、棒狀或條狀。然后在12001400°C溫度下燒結(jié)，準(zhǔn)確的溫度取決于所需的鐵氧體特性。（2）單晶：與非金屬單晶生長大致相同。Mn-Zn和Ni-Zn系鐵氧體單晶生長一般是采用布里茲曼法，即把多晶鐵

17、氧體放入鉑坩堝里熔融后，在適當(dāng)?shù)臏囟忍荻入姞t中使坩堝下降，從坩堝底部慢慢固化生成單晶。為了使熔融狀態(tài)下形成的氧分壓達(dá)到平衡，晶體生長時在爐膛內(nèi)需要加幾個乃至100個MPa的氧分壓。（3）非晶：當(dāng)前是采用超急冷方法和濺射法，所謂超急冷法即把鐵氧體原料和適量的類金屬元素混合后，在高溫熔融狀態(tài)下，驟然施行大溫度梯度的超急冷卻的方法。主要特征是在高頻(幾百kHz)高磁感應(yīng)強(qiáng)度的條件下，仍舊保持很低的功耗，而且其功耗隨磁芯溫度的升高而下降，在80左右達(dá)到最低點，從而形成良性循環(huán)。主要用于各種開關(guān)電源變壓器和彩色回掃變壓器的電感器件。功率鐵氧體向高頻化、低功耗發(fā)展，以滿足開關(guān)電源進(jìn)一步小型化、輕量化要求。

18、高導(dǎo)Mn-Zn鐵氧體可以用作通訊設(shè)備(ISDN)、測控儀器、家用電器及新型節(jié)能燈具中的寬頻帶變壓器、微型低頻變壓器、小型環(huán)形脈沖變壓器和微型電感元件等，目前我國可大量生產(chǎn)磁導(dǎo)率為1000015000的MnZn鐵氧體。高磁導(dǎo)率材料向更高磁導(dǎo)率和高工作頻率發(fā)展，以適應(yīng)數(shù)字技術(shù)、光纖通信中小型化和寬頻帶的要求。高溫高M(jìn)s的Mn-Zn鐵氧體主要應(yīng)用于在高溫環(huán)境下的感性元器件， 如汽車和LCD用的轉(zhuǎn)換變壓器等。在高溫環(huán)境下仍能保持高Bs和高的MnZn鐵氧體是當(dāng)前的發(fā)展方向之一。 控制其顯微結(jié)構(gòu)，形成數(shù)量眾多、總面積很大的高電阻晶界區(qū)；提高晶粒本身的電阻率。高直流偏置Mn-Zn鐵氧體隨著高速局域網(wǎng)的快速擴(kuò)

19、充， 一種寬帯脈沖變壓器成為熱門元件。制造這種變壓器需要一種能夠在高直流偏置狀態(tài)下仍能保持優(yōu)良性能的MnZn鐵氧體，這種材料有待好好研究開發(fā)。偏置磁芯材料向高頻、低耗發(fā)展，以適應(yīng)大屏幕彩電和高清晰度電視和計算機(jī)顯示器要求。MnMgZn鐵氧體MnMgZn鐵氧體由于具有較高的磁導(dǎo)率和低損耗而大量用于偏轉(zhuǎn)線圈。高頻軟磁鐵氧體向片式化和抗干擾方向發(fā)展，以適應(yīng)高檔小型化電感器及減少、抑制、消除電磁污染和干擾的需要。鎳鋅系Ni-Zn常規(guī)NiZn鐵氧體鐵氧體制備方法同上。粉料制備方法：（1）溶膠凝膠法，金屬有機(jī)或無機(jī)化合物經(jīng)過溶液、溶膠、凝膠而固化，再經(jīng)熱處理而成氧化物或其他化合物固體的方法。溶膠凝膠法是制

20、備材料的濕化學(xué)方法中一種常用的方法，廣泛應(yīng)用于制備鐵氧體納米材料。（2）化學(xué)共沉淀法，利用沉淀劑（如OH-、CO32-等）將溶液中的金屬離子共同沉淀，經(jīng)過過濾、洗滌、干燥、灼燒等過程得到產(chǎn)物。（3）氧化物法，要點是把原材料混合、加熱，通過故態(tài)物質(zhì)間的反應(yīng)而獲得鐵氧體粉料。注意原材料的選擇，還要注意混和、預(yù)燒和粉碎條件的確定。氧化物法是大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的手段。廣泛應(yīng)用在雷達(dá)、電視、通訊、儀器儀表、自動控制、電子對抗等領(lǐng)域。產(chǎn)量大、應(yīng)用廣的高頻軟磁材料。在1一100 MHz范圍內(nèi)應(yīng)用最廣，性能大大優(yōu)于MnZn鐵氧體（由于其多孔性及高電阻率）。在1MHz以下時，其性能不如MnZn鐵氧體。改進(jìn)工藝、降低

21、成本方面。高磁導(dǎo)率材料和功率鐵氧體已成為現(xiàn)代軟磁鐵氧體材料發(fā)展的主要方向。射頻寬帶NiCuZn鐵氧體抑制電磁干擾的感性元件需要延伸到臨界頻率之上的很寬的頻率范圍，制造這類感性元件所用的鐵氧體的頻譜曲線應(yīng)當(dāng)具有在臨界頻率之上的很寬的頻帯中及保持高數(shù)值的特征。NiCuZn鐵氧體軟磁材料能夠具備這樣的特征。具有弛豫型磁譜的加銅NiZn鐵氧體，要求起始磁導(dǎo)率高，溫度穩(wěn)定性好，飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度也高。低溫鐵結(jié)NiCuZn鐵氧體光纖同軸電纜混合（HFC）系統(tǒng)、多媒體、有線寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)需要的分支/分配器、功分器、隔直器、寬帶傳輸線變壓器、EMI濾波器高起始磁導(dǎo)率、高Q值、納米NiCuZn材料，基于貼片式功率電感

22、/變壓器的低功率鐵氧體三、軟磁材料產(chǎn)業(yè)概括大分類I：合金1.硅鋼 具有較好的磁電性能，又易于大批生產(chǎn)，價格便宜，機(jī)械應(yīng)力影響小等優(yōu)點，在電力電子行業(yè)中獲得極為廣泛的應(yīng)用，如電力變壓器、配電變壓器、電流互感器等鐵芯, 是軟磁材料中產(chǎn)量和使用量最大的材料。也是電源變壓器用磁性材料中用量最大的材料。特別是在低頻、大功率下最為適用。中國硅鋼行業(yè)主要生產(chǎn)企業(yè)排名1 武漢鋼鐵股份有限公司2 寶山鋼鐵股份有限公司3 鞍鋼股份有限公司4 太原鋼鐵（集團(tuán)）有限公司5 馬鞍山鋼鐵股份有限公司6 漣源鋼鐵集團(tuán)有限公司7 中國首鋼集團(tuán)公司8 上海矽鋼有限公司冷軋分公司9 萬鼎硅鋼（集團(tuán)）有限公司10 廣東盈泉鋼制品有

23、限公司2. 坡莫合金 坡莫合金常指鐵鎳系合金，鎳含量在3090%范圍內(nèi)。是應(yīng)用非常廣泛的軟磁合金。通過適 當(dāng)?shù)墓に?，可以有效地控制磁性能，比如超過十萬的初始磁導(dǎo)率、超過一百萬的最大磁導(dǎo)率、低到千分之二奧斯特的矯頑力、接近1或接近零的矩形系數(shù)，具有面心立方晶體結(jié)構(gòu)的坡莫合金具有很好的塑性，可以加工成1 微米的超薄帶及各種使用形態(tài)。常用的合金有1J50、1J79、1J85 等。1J50 的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度比硅鋼稍低一些，但磁導(dǎo)率比硅鋼高幾十倍，鐵損也比硅鋼低23 倍。做成較高頻率(4008000Hz)的變壓器，空載電流小，適合制作100 瓦以下小型較高頻率變壓器。1J79 具有好的綜合性能，適用于高

24、頻低電壓變壓器，漏電保護(hù)開關(guān)鐵芯、共模電感鐵芯及電流互感器鐵芯。1J85 的初始磁導(dǎo)率可達(dá)十萬以上，適合于作弱信號的低頻或高頻輸入輸出變壓器、共模電感及高精度電流互感器等。坡莫合金生產(chǎn)廠家：東莞名爵金屬材料公司、無錫勝鋼超硬材料公司、江門佳和、深圳妝成、重慶納洛克等。現(xiàn)在國內(nèi)用量仍達(dá)約2000 t,產(chǎn)值達(dá)4億元左右。自20世紀(jì)90年代以來坡莫合金受到非晶和納米晶軟磁合金的強(qiáng)烈挑戰(zhàn)和競爭。3. 非晶合金 非晶態(tài)金屬與合金是70 年代問世的一個新型材料領(lǐng)域。它的制備技術(shù)完全不同于傳統(tǒng)的方法，而是采用了冷卻速度大約為每秒一百萬度的超急冷凝固技術(shù)，從鋼液到薄帶成品一次成型，比一般冷軋金屬薄帶制造工藝減

25、少了許多中間工序，這種新工藝被人們稱之為對傳統(tǒng)冶金工藝的一項革命。由于超急冷凝固，合金凝固時原子來不及有序排列結(jié)晶，得到的固態(tài)合金是長程無序結(jié)構(gòu)，沒有晶態(tài)合金的晶粒、晶界存在，稱之為非晶合金，被稱為是冶金材料學(xué)的一項革命。這種非晶合金具有許多獨特的性能，如優(yōu)異的磁性、耐蝕性、耐磨性、高的強(qiáng)度、硬度和韌性，高的電阻率和機(jī)電耦合性能等。目前美、日、德國已具有完善的生產(chǎn)規(guī)模，并且大量的非晶合金產(chǎn)品逐漸取代硅鋼和坡莫合金及鐵氧體涌向市場。1979年美國Allied Signal公司開發(fā)出非晶合金寬帶的平面流鑄帶技術(shù)，并于1982年建成非晶帶材連續(xù)生產(chǎn)廠，標(biāo)志商業(yè)化生產(chǎn)。到1989年，美國Allied

26、Signal公司已經(jīng)具有年產(chǎn)6萬噸非晶帶材的生產(chǎn)能力，全世界約有100萬臺非晶配電變壓器投入運行，所用鐵基非晶帶材幾乎全部來源于該公司。1988年日本日立金屬公司的Yashizawa等人在非晶合金基礎(chǔ)上通過晶化處理開發(fā)出納米晶軟磁合金（Finemet）。納米晶合金可以替代鈷基非晶合金、晶態(tài)坡莫合金和鐵氧體，在高頻電力電子和電子信息領(lǐng)域中獲得廣泛應(yīng)用，達(dá)到減小體積、降低成本等目的。1988年當(dāng)年，日立金屬公司納米晶合金既實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，并有產(chǎn)品推向市場。1992年德國VAC公司開始推出納米晶合金替代鈷基非晶合金，尤其在網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備上，如ISDN，大量采用納米晶磁心制作接口變壓器和數(shù)字濾波器件。日立

27、金屬是在2003年購買了美國AlliedSignal公司50的權(quán)益后而進(jìn)入非晶合金業(yè)務(wù)這一領(lǐng)域的。2006年底，日立金屬目前已經(jīng)把非晶產(chǎn)能從原來的約3萬噸擴(kuò)展到了6萬噸，這使日立金屬在這個領(lǐng)域處于絕對壟斷的地位。國內(nèi)從事非晶軟磁合金材料生產(chǎn)的單位約20多家,其中安泰科技股份有限公司（原鋼鐵研究總院部分轉(zhuǎn)制上市）是國內(nèi)非晶材料研究開發(fā)力量最強(qiáng)、產(chǎn)業(yè)規(guī)模最大的單位，也是上述國家科技攻關(guān)項目的主要承擔(dān)單位。目前具有年產(chǎn)非晶帶材3000噸，納米晶帶材300噸的生產(chǎn)能力。我國非晶合金帶材的產(chǎn)業(yè)規(guī)模與德國相當(dāng)，但遠(yuǎn)小于美國。在電力領(lǐng)域，非晶、納米晶合金均得到大量應(yīng)用。由于非晶合金的工頻鐵損僅為硅鋼的1/5

28、-1/3，利用非晶合金取代硅鋼可使配電變壓器的空載損耗降低60%-70%。因此，非晶配電變壓器作為換代產(chǎn)品有很好的應(yīng)用前景。A. 配電變壓器鐵心。美國通過使用這種變壓器每年可節(jié)約近50×109KWH的空載損耗，節(jié)能產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益約為35億美元。B.電力互感器鐵心。在變電站使用大量的電力互感器，它們對鐵心材料的要求非?？量?，不僅要求高的磁性指標(biāo)（如高導(dǎo)磁率、高飽和磁感、低損耗等），而且要求鐵心材料的整個磁化曲線滿足一定的條件。C. 開關(guān)電源變壓器及電感鐵心。由于國內(nèi)廠商帶材和變壓器的生產(chǎn)沒有形成規(guī)模，導(dǎo)致非晶材料和非晶變壓器的成本較高，同等規(guī)格下非晶變壓器的售價為S9的1.5倍，用戶大

29、約要7-8年才能通過節(jié)省的能耗收回初期增加的投資，雖然國家出臺有關(guān)非晶變壓器生產(chǎn)和使用者稅收優(yōu)惠的政策，但使用者積極性仍然不高，只有在非晶變壓器的售價為S9的1.3倍（非晶鐵心價格降為30元/公斤左右），用戶大約要3-4年通過節(jié)省的能耗收回初期增加的投資，用戶會有較強(qiáng)的積極性。4. 微晶、納米晶合金 屬于特殊的非晶合金，鐵基納米晶合金是由鐵元素為主，加入少量的Nb、Cu、Si、B 元素所構(gòu)成的合金經(jīng)快速凝固工藝所形成的一種非晶態(tài)材料，這種非晶態(tài)材料經(jīng)熱處理后可獲得直徑為1020 納米的微晶,彌散分布在非晶態(tài)的基體上，被稱為微晶、納米晶材料或納米晶材料。納米晶軟磁合金同時具有高飽和磁感和很低的高

30、頻損耗，且熱穩(wěn)定性好，是大功率開關(guān)電源用軟磁材料的最佳選擇。采用納米晶鐵心的變壓器的轉(zhuǎn)換功率可達(dá)500kW，體積比功率鐵氧體變壓器減少50%以上。目前在逆變焊機(jī)電源中納米晶合金已經(jīng)獲得廣泛應(yīng)用，在通訊、電動交通工具、電解電鍍等領(lǐng)域用開關(guān)電源中的應(yīng)用正在積極開發(fā)之中。北京冶科電子器材有限公司成立于2000年6月，是研制、生產(chǎn)、銷售非晶、納米晶帶材及其鐵芯制品的高新技術(shù)企業(yè)。成熟產(chǎn)品有：非晶、納米晶帶材，電流互感器鐵芯、中頻變壓器鐵芯、開關(guān)電源變壓器鐵芯、共模電感鐵芯、大電流開口電感鐵芯、儀表用精密電流互感器鐵芯、濾波電感鐵芯、差模電感鐵芯、磁放大器鐵芯、C型鐵芯等兩大類十九個系列，產(chǎn)品性能優(yōu)異，

31、在國內(nèi)同行業(yè)中處于領(lǐng)先水平。2011年1-12 月，中國變壓器、整流器和電感器制造業(yè)累計實現(xiàn)產(chǎn)品銷售收入3223.77 億元，比上年同期增長16.76% ，中國變壓器、整流器和電感器制造業(yè)累計實現(xiàn)利潤總額184.54億元，上年同期為194.74億元。中國變壓器、整流器和電感器制造業(yè)總規(guī)模以上企業(yè)數(shù)量1571家，虧損企業(yè)151家，虧損總額為19.24億元，上年同期為5.76億元。中國變壓器、整流器和電感器制造業(yè)產(chǎn)品銷售稅金及附加為14.61億元，去年同期為11.74億元，增長24.48%。大分類II：粉芯金屬軟磁粉芯是一種軟磁材料，它是用金屬或合金軟磁材料制成的粉末，通過特殊的工藝生產(chǎn)出來的一種

32、磁芯。對于金屬軟磁粉芯的稱呼，目前還是較為混亂不確切的：如稱為粉芯，鐵粉芯、磁粉芯、金屬磁粉芯等。粉芯或磁粉芯顧名思義即為磁性粉末做的磁芯。釹鐵硼是以合金粉末生產(chǎn)的磁芯，但它是永磁材料。同樣，軟磁鐵氧體和硬磁鐵氧體也都是磁性粉末生產(chǎn)的磁芯，如果簡單的把金屬軟磁粉芯看作是磁性粉末做的磁性材料的話，這些材料都可以歸作一類，稱作粉芯或磁粉芯。同樣，金屬磁粉芯的稱呼也是不確切的，因為鋁鎳鈷合金等永磁材料都可以制成粉末磁芯。所以，我們把它定義為金屬軟磁粉芯。這樣稱呼既確切、明確指明了它的軟磁 特性，又不易與其他材料相混淆。金屬軟磁粉芯目前主要包括鐵粉芯、鐵硅鋁磁粉芯、高通量磁粉芯和鉬坡莫磁粉芯四大系列。

33、金屬軟磁粉芯主要以環(huán)形磁芯使用，從3.677.8mm的各種常用規(guī)格，在國際上已形成通用標(biāo)準(zhǔn)化的尺寸。鐵粉芯最大規(guī)格達(dá)130mm。為了增大容量可以數(shù)只磁芯疊繞使用。除環(huán)形磁芯外，各種U型和E型的金屬軟磁粉芯在國內(nèi)外也形成了標(biāo)準(zhǔn)化的統(tǒng)一規(guī)格?？傊ㄟ^改變生產(chǎn)工藝技術(shù)，可以使金屬軟磁粉芯具有某種獨特的優(yōu)良特性，從而為人們很好的加以利用是金屬軟磁粉芯的又一特性，且是為人們所用最重要的特性。在四大系列的金屬軟磁粉芯產(chǎn)品中，鐵粉芯由于生產(chǎn)工藝技術(shù)較簡單，且當(dāng)時臺商在珠三角地區(qū)創(chuàng)辦了如嘉誠、可達(dá)、盛中等一些較大的鐵粉芯生產(chǎn)廠家。隨后國內(nèi)浙江東磁和湖州柯達(dá)都上了較大的鐵粉芯生產(chǎn)規(guī)模，還有不少較小規(guī)模的廠家如

34、東鑫、富華、港龍等。本世紀(jì)初，嘉誠在長三角地區(qū)還又上了較原規(guī)模還大的吳江嘉誠，最近據(jù)說有廠商準(zhǔn)備投資約1500萬美元在江蘇宿遷上一個較大的鐵粉芯企業(yè)。所以，我國的鐵粉芯系列產(chǎn)品的生產(chǎn)，無論是在生產(chǎn)工藝技術(shù)、還是生產(chǎn)能力上，都可以說是比較完善的了。但就三種合金系列產(chǎn)品來說，前面已說過95 以上還是靠進(jìn)口。這一方面是由于該項產(chǎn)品的生產(chǎn)技術(shù)難度較大，不僅涉及磁學(xué)和粉末冶金兩個基本學(xué)科，還涉及冶金、機(jī)械、金屬物理、金屬學(xué)、結(jié)晶學(xué)、電子、 化學(xué)和化工等許多學(xué)科。中國從事磁粉心及原料生產(chǎn)的大大小小企業(yè)約30多家，但是，技術(shù)上占有優(yōu)勢的企業(yè)只有為數(shù)不多的幾家，國內(nèi)具有一定生產(chǎn)規(guī)模以上企業(yè)約3家，分別是北京七

35、星飛行電子有限公司、湖州科達(dá)、東磁集團(tuán)，上市企業(yè)僅有3家，分別是東磁集團(tuán)公司、安泰科技、吉恩鎳業(yè)，這些企業(yè)的部分產(chǎn)品可以達(dá)到國際標(biāo)準(zhǔn)，如北京七星飛行電子有限公司的高磁通磁粉心(H類)產(chǎn)品，以及橫店東磁集團(tuán)的鐵鎳鉬DM572160、鐵硅鋁DS572125等。但國際上公認(rèn)的品牌主要還是歐美和日本的一些大品牌，例如美國的阿諾德，微金屬，日本的TDK等，而且整機(jī)廠商大多都有自己固定的供應(yīng)商。國內(nèi)產(chǎn)品在國際市場上的認(rèn)可度低，大大削弱了企業(yè)技術(shù)投入的積極性。金屬磁粉芯，全球及區(qū)域性的重要制造商如表3、表4。表3 全球磁粉芯重要制造商類別制造商中國工廠鐵粉芯Micrometals（微金屬）廣東中山ACE（A

36、MERICAN CORES & ELETROINCS, 亞世科技）廣東東莞塘廈韓國Mahan（馬韓）深圳寶安松崗合金粉Magnetics(美磁)福建廈門ARNOLD(阿若德)深圳寶安福永英國MMG(Magnetic Materials Group)廣東惠州博羅縣韓國CSC(Chang Sung Corporation，昌星)廣東東莞寮步、山東威海韓國東部精密化學(xué)（DONGBU FINE CHEMICAL CO., LTD）深圳寶安沙井FERROXCUBE(飛磁)廣東東莞清溪鎮(zhèn)表4 區(qū)域性鐵粉芯制造商類別制造商主要工廠鐵粉芯浙江東磁（DEMGC）浙江東陽北京七星飛行（Seven Flig

37、ht）北京臺灣居磁工業(yè)（Curie）臺灣基隆、東莞大朗臺灣鋼一科技（QANG YI）臺灣臺北、東莞石碣臺灣嘉成電子(Karson)臺灣桃園、東莞石碣、江蘇吳江鐵粉心在磁粉心系列產(chǎn)品中應(yīng)用領(lǐng)域最廣、用量最大，分為普通型和羰基鐵，羰基鐵主要應(yīng)用于高性能和高頻電感，用量比較??；普通鐵粉心材料性能趨向老化，在品質(zhì)、性能方面已經(jīng)基本上沒有優(yōu)勢，但在價格上的優(yōu)勢是其他類型磁粉心不能相比的。隨著技術(shù)的進(jìn)步，一些新的合金材料逐漸走向市場，例如鐵鎳鉬粉心、鐵硅鋁粉心、鐵鎳50等；然而，鐵粉心仍然占據(jù)著主要市場份額，主要原因是鐵粉心的價格便宜。有些工程師嘗試用合金材料替代鐵粉心，但替代量也極少，主要是用于高頻變壓

38、器類產(chǎn)品，而且用量很少，成本也高。對于同樣用途的產(chǎn)品，鐵粉心價格約為鐵硅鋁、鐵鎳鉬、鐵鎳50等合金材料價格的1/3左右，如此大的價格差異，讓性價比等各方面都優(yōu)于鐵粉心的鐵硅鋁、鐵鎳鉬、鐵鎳50等合金材料在市場上只能作為擺設(shè)品，這種情況在國內(nèi)、國際市場上都大致相同。國內(nèi)鐵粉心企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)相對落后，磁粉心產(chǎn)品層次普遍低于歐美和日本。原料羰基鐵粉的供應(yīng)企業(yè)約10家左右，平均價格約100元/kg，但因應(yīng)用不同，其性能差異較大，價格也有較大差別；高檔粉需要從國外進(jìn)口。隨著電子元器件低成本、低損耗、小型化、集成化的發(fā)展趨勢，陳舊的設(shè)備和落后的技術(shù)使得國內(nèi)一些小企業(yè)已無力于市場競爭，或者退出或者只是在

39、簡單“復(fù)制”別人的產(chǎn)品，由于所“復(fù)制”的大多是別人的初級產(chǎn)品，所以，市場競爭力比較差，而且這樣的風(fēng)險很大。低功耗FeSiAl材料不僅使諸如平板電視、筆記本電腦、變頻空調(diào)、路由器、混合動力汽車等電源的轉(zhuǎn)化效率得以提高，而且功率損耗降低了50%以上，大大降低了電源的整體能耗，使電源逐漸向高頻、大功率、小型化發(fā)展成為了可能，使電器及電子設(shè)備的整體體積也向小體積、便捷化方向發(fā)展。目前，鐵硅鋁在全球的銷售額在2億美元左右。鐵硅鋁的價格目前也非常低，可以說在2005年前，韓國企業(yè)開始進(jìn)入鐵硅鋁制造領(lǐng)域，但是技術(shù)水平一般，所以價格沖擊影響不大。但是在2005年以后，韓國企業(yè)技術(shù)成熟，特別是CSC快速成長，沖

40、擊市場。2009年以后中國國內(nèi)企業(yè)（科達(dá)、東磁、鉑科等）的快速成長，競爭進(jìn)入白熱化，價格已處于底部運行。中國磁粉心的年產(chǎn)值大約在200億元左右，其中鐵粉心的生產(chǎn)基本上達(dá)到了飽和狀態(tài)；但是鐵硅鋁、鐵鎳鉬等合金卻還有很大的市場空間，目前的年產(chǎn)值超過了70億元，而且95%以上的市場被外資企業(yè)控制，其中日本就占了50%左右。無論是材料生產(chǎn)商還是整機(jī)應(yīng)用企業(yè)，對電子行業(yè)市場前景都比較樂觀，特別是高端電子產(chǎn)品逐漸進(jìn)入到人們的生活中，如果達(dá)到普及的程度，對磁粉心的需求量將會越來越大，磁粉心的市場將隨著電子行業(yè)的發(fā)展不斷擴(kuò)大。國內(nèi)企業(yè)要獲得市場份額就應(yīng)該對各自的資源合理整合。中國磁粉心行業(yè)和外資企業(yè)相比，無論在技術(shù)和規(guī)模上都處于劣勢，但中國企業(yè)有一個重要的優(yōu)勢，就是豐富的原材料和相對低價的勞動力；因此，面對外資企業(yè)的強(qiáng)勢，國內(nèi)企業(yè)要發(fā)展要充分利用自身的優(yōu)勢，行業(yè)聯(lián)合，區(qū)域化、規(guī)?；l(fā)展，集中資金、技術(shù)、人才，把各自不同的優(yōu)勢資源進(jìn)行優(yōu)化整合，提高技術(shù)水平和產(chǎn)品質(zhì)量，在此基礎(chǔ)上提高產(chǎn)能。大粉類III：鐵氧體20 世紀(jì)40 年代二次世界大戰(zhàn)中發(fā)明了雷達(dá)，要求使用能在中高頻和高頻領(lǐng)域中工作的軟磁材料（指矯頑力小，容易磁化的磁性材料），從而發(fā)明了錳鋅軟磁鐵氧體和鎳鋅軟磁鐵氧體。由于軟磁