非晶納米晶軟磁材料應(yīng)用市場(chǎng)概況

1、非晶/納米晶軟磁材料應(yīng)用市場(chǎng)概況非晶態(tài)軟磁合金材料為20世紀(jì)70年代問(wèn)世的一種新型材料，因具有鐵芯損耗 小、電阻率高、頻率特性好、磁感應(yīng)強(qiáng)度高、抗腐蝕性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，引起了人們的極 大重視，被譽(yù)為21世紀(jì)新型綠色節(jié)能材料。其技術(shù)特點(diǎn)為：采用超急冷凝固技術(shù) 使合金鋼液到薄帶材料一次成型；采用納米技術(shù)，制成介于巨觀和微觀之間的納米 態(tài)(10-20nm)軟磁物質(zhì)。非晶、納米晶合金的優(yōu)異軟磁特性都來(lái)自于其特殊的組織 結(jié)構(gòu)，非晶合金中沒(méi)有晶粒和晶界，易于磁化；納米晶合金的晶粒尺寸小于磁交換 作用長(zhǎng)度，導(dǎo)致平均磁晶各向異性很小，并且通過(guò)調(diào)整成分，可以使其磁致伸縮趨 近于零?！颈?】列出了非晶/納米晶軟磁材料的

2、典型性能及主要應(yīng)用領(lǐng)域。表1非晶/納米晶軟磁材料的典型性能及主要應(yīng)用領(lǐng)域材料鐵基非晶鐵銀基非晶鉆基非晶鐵基納米晶飽和磁感(T)1.560.770.6-0.81.25矯頑力(A/m)<4<2<2<2Br/Bs->0.960.94最大磁導(dǎo)率45X104>200,000>200,000>200,000鐵損(W/kg)P50Hz,1.3T <0.2P20KHz,0.5T <90P20KHz,0.5T <30P20KHz,0.5T <30磁致伸縮系數(shù)27 X10-615X10-6<1X10-6<2X10-6居禮溫度(C)

3、415360>300560電阻率(mW-cm用領(lǐng)域配電變壓器中頻變壓器 功率因子校正器磁屏蔽 防盜標(biāo)簽磁放大器 高頻變壓器 扼流圈 脈沖變壓器 飽和電抗器磁放大器 高頻變壓器 扼流圈 脈沖變壓器 飽和電抗器 互感器近年來(lái)， 隨著信息處理和電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，各種電器設(shè)備趨向高頻化、 小型化、節(jié)能化。在電力領(lǐng)域，非晶、 納米晶合金均得到大量應(yīng)用。其中鐵基非晶合金的最大應(yīng)用是配電變壓器鐵芯。由于非晶合金的工頻鐵損僅為硅鋼的1/51/3,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。納米晶合金的最大

4、應(yīng)用是電力互感器鐵芯。電力互感器是專門測(cè)量輸變電線路上電流和電能的特種變壓器。近年來(lái)高精度等級(jí)（如0.2級(jí)、0.2S級(jí)、0.5S級(jí)）的互感器需求量迅速增加。傳統(tǒng)的冷軋硅鋼片鐵芯往往達(dá)不到精度要求，雖然高磁導(dǎo)率玻莫合金可以滿足精度要求，但價(jià)格高。而采用納米晶鐵芯不但可以達(dá)到精度要求、而且價(jià)格低于玻莫合金。在電力電子領(lǐng)域，隨著高頻逆變技術(shù)的成熟，傳統(tǒng)大功率線性電源開(kāi)始大量被高頻開(kāi)關(guān)電源所取代，而且為了提高效率，減小體積，開(kāi)關(guān)電源的工作頻率越來(lái)越高， 這就對(duì)其中的軟磁材料提出了更高的要求。硅鋼高頻損耗太大，已不能滿足使用要求。 鐵氧體雖然高頻損耗較低，但在大功率條件下仍然存在很多問(wèn)題，一是飽和磁感低

5、，無(wú)法減小變壓器的體積；二是居禮溫度低，熱穩(wěn)定性差；三是制作大尺寸鐵芯成品率低，成本高。目前采用功率鐵氧體的單個(gè)變壓器的轉(zhuǎn)換功率不超過(guò)20kW。納米晶軟磁合金同時(shí)具有高飽和磁感和很低的高頻損耗，且熱穩(wěn)定性好，是大功率開(kāi)關(guān)電源用軟磁材料的最佳選擇。采用納米晶鐵芯的變壓器的轉(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(dòng)交通工具、電解電鍍等領(lǐng)域用開(kāi)關(guān)電源中的應(yīng)用正在積極開(kāi)發(fā)之中。在電子信息領(lǐng)域，隨著計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)的迅速發(fā)展，對(duì)小尺寸、輕重量、 高可靠性和低噪音的開(kāi)關(guān)電源和網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備的需求日益增長(zhǎng)、要求越來(lái)越高

6、。例如，為了減小體積，計(jì)算機(jī)開(kāi)關(guān)電源的工作頻率已經(jīng)從20kHz 提高到500kHz；為了實(shí)現(xiàn)CPU 的低電壓大電流供電方式，采用磁放大器穩(wěn)定輸出電壓；為了消除各種噪音，采用抑制線路自生干擾的尖峰抑制器，以及抑制傳導(dǎo)干擾的共模和差模扼流圈。因此，在開(kāi)關(guān)電源和接口設(shè)備中增加了大量高頻磁性器件。非晶、納米晶合金在此大有用武之地。在電子防竊系統(tǒng)中，早期利用鈷基非晶窄帶的諧波式防盜標(biāo)簽在圖書(shū)館中獲得了大量應(yīng)用。最近利用鐵鎳基非晶帶材的聲磁式防盜標(biāo)簽克服了諧波式防盜標(biāo)簽誤報(bào)警率高、檢測(cè)區(qū)窄等缺點(diǎn)，應(yīng)用市場(chǎng)已經(jīng)擴(kuò)展到超級(jí)市場(chǎng)?？梢灶A(yù)見(jiàn)，隨開(kāi)放式服務(wù)方式的發(fā)展，作為防盜防偽的非晶合金帶材和線材的應(yīng)用會(huì)急劇增加

7、。在家用產(chǎn)品中，變頻技術(shù)有利于節(jié)約電能、并減小體積和重量，正在大量普及。但負(fù)面效應(yīng)不可忽視，如果變頻器中缺少必要的抑制干擾環(huán)節(jié)，會(huì)有大量高次諧波注入電網(wǎng)，使電網(wǎng)總功率因素下降。減少電網(wǎng)污染最有效的辦法之一是在變頻器中加入功率因子校正(PFC)環(huán)節(jié)，其中關(guān)鍵部件是高頻損耗低、飽和磁感大的電感鐵芯。 鐵基非晶合金在此類應(yīng)用中有明顯優(yōu)勢(shì)，將在變頻家電綠色化方面發(fā)揮重要作用。目前在變頻空調(diào)中使用非晶 PFC電感已經(jīng)成為一個(gè)焦點(diǎn)。在漏電保護(hù)器中，近年來(lái)大量使用的漏電保護(hù)器中的零序電流互感器的鐵心是由軟磁材料制成的，該互感器對(duì)漏電保護(hù)器的靈敏度、可靠性、 體積和成本影響很大。 由軟磁材料制成的互感器作為檢

8、測(cè)組件，其作用是當(dāng)互感器初級(jí)有毫安級(jí)漏電電流或觸電電流產(chǎn)生的弱磁場(chǎng)作用時(shí)，在互感器次級(jí)產(chǎn)生足夠大的感應(yīng)電勢(shì)，通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，達(dá)到保護(hù)人體及設(shè)備安全的目的。允許的漏電電流的大小，即關(guān)系到漏電保護(hù)器的靈敏度，鐵心在其中起重要作用，對(duì)鐵心材料的要求主要是：(1)在漏電電流作用下，具有高的交流磁導(dǎo)率；(2)鐵心隨溫度、時(shí)間的變化性能要穩(wěn)定；(3)互感器平衡特性好。坡莫合金是國(guó)內(nèi)外漏電保護(hù)器中互感器鐵心的基本選用材料，它雖然有不少優(yōu)點(diǎn)， 但生產(chǎn)工藝復(fù)雜、價(jià)格昂貴、對(duì)應(yīng)力較為敏感，在運(yùn)輸及裝配時(shí)要輕拿輕放，避免震動(dòng)。而非晶態(tài)材料具有很多優(yōu)異的特性，是一種超高導(dǎo)磁材料，使用于互感器鐵心，不僅能提高漏電保護(hù)器的性能，降低產(chǎn)品成本，而且由于非晶鐵心簡(jiǎn)單，從原材料到鐵心成品，可節(jié)約大量人力、物力和財(cái)力，節(jié)時(shí)、 節(jié)電， 經(jīng)濟(jì)效益顯著。另外非晶態(tài)材料與坡莫合金相比，不僅直流磁導(dǎo)率高，而且交流磁導(dǎo)率也高。非晶態(tài)材料的電阻率是坡莫合金的2 倍。 它的硬度和強(qiáng)度也比坡莫