软磁材料技术发展与产业概况

软磁材料技术发展与产业概括

一、软磁材料技术基础

定义：能够迅速响应外磁场的变化，当磁化发生在矫顽力H c不大于100A/m （1.25Oe），这样的材料称为软磁体。

技术要求：能低损耗地获得高磁感应强度，即低损耗（P=涡流损耗Phv&磁损耗Pev）、高饱和磁感应强度（Ms），既容易受外加磁场磁化，也容易退磁，即高磁导率（μa）、高稳定性。低损耗可以保证能量转换效率高，器件不容易发热；高饱和磁感应强度可以保证提供磁场强度大，最高的Fe-0.35Co合金拥有2.45T的饱和磁化强度，纯铁的有2.15T；容易磁化和退磁可以保证器件灵敏度。

材料分类：

1.金属软磁，以硅钢片、坡莫合金、仙台合金等为代表，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.晶体软磁，又称铁氧体软磁材料，以Mn-Zn系、Ni-Zn系和Mg-Zn系为代表

的各种软磁铁氧体

3.非晶、纳米晶软磁材料，简称Finemet，有Fe基和Co 基两种非晶软磁材料；按制品形态分类：

i.合金类，主要有硅钢片坡莫合金、非晶及纳米晶合金；

ii.粉芯类，又称磁粉芯，包括：铁粉芯、铁硅铝粉芯、高磁通量粉芯（High Flux）、坡莫合金粉芯（MPP）；

iii.铁氧体类：算是特殊的粉芯类，包括：锰锌系、镍锌系

常用软磁材料特性：

二、软磁材料的应用介绍

软磁材料在工业中的应用始于十九世纪末。随着电力工及电讯技术的兴起，开始使用低碳钢制造电机和变压器，在电话线路中的电感线圈的磁芯中使用了细小的铁粉、氧化铁、细铁丝等。到二十世纪初，研制出了硅钢片代替低碳钢，提高了变压器的效率，降低了损耗。直至现在硅钢片在电力工业用软磁材料中仍居首位。无线电技术的兴起，促进了高导磁材料的发展，出现了坡莫合金及坡莫

合金磁粉芯等。从四十年代到六十年代，雷达、电视广播、集成电路的发明等，生产出了软磁合金薄带及软磁铁氧体材料。进入七十年代，随着电讯、自动控制、计算机等行业的发展，研制出了磁头用软磁合金。

使用温度可超

200度，其使用

频率不超过

400Hz。广泛用于

电动机、发电机、

变压器、电磁机

构、继电器电子

器件及测量仪表

中。

在弱磁场下具有

很高磁导率的铁

芯材料和磁屏蔽

材料，用于制作

音频变压器、互

感器、磁放大器、

磁调制器、扼流

器、音频磁头等。

在中高频变压器

的铁芯或者对灵

敏度有严格要求

的器件中，例如

高频（数十KHz）

开关电源变压

器、精密互感器、

漏电开关互感

器、磁屏蔽、磁

轭等。

气相沉积法:真空蒸发、溅射、辉光放电和化学沉积。液相急冷法: 将熔融合金用加压惰性气体(如氩气)将液态合金从直径为0.2-0.5μm的石英喷嘴中喷射到高速旋转(2000-10000r/mi n)的冷却棍表面.液态合金以106~108 K/s的高速冷却，形成非晶态.高能粒子注入法：采用能量密度较高(约100 kw/cm2)的激光或电子束来辊照金属表面时，可使表面局部熔化，并利用自身基体冷却产生4*l04—5* l06 K/s冷却速度，得到约400 μm厚度的非晶层.高饱和磁感应强度，铁损低（取向硅钢片

1/3~1/5），最佳应用是替代硅钢制作配电变压器铁芯, 达到节能目的。其最佳使用频率为kHz 级，其缺点主要是只能以带材卷绕方式制成磁芯，因而大多为环形，难以制造形状较复杂的磁

芯。

铁镍基非晶材料

纳米晶合金都有优良的软磁特

计，同时它也可以用来取代铁氧体和铁合金片。

Fe-Si磁粉芯是名副其实的高温材料，不存在热老化问题，它的磁芯损耗比铁粉芯更低，并具有优异的直流偏置性能，很好的温度稳定性和高能量储存能力，主要运用于功率因数校正PFC电路、电源电感等。

主要是替代铁粉芯，损耗比它低80%，可在8KHz 以上频率使用，磁致伸缩系数接近零，无噪声；比MPP更高的DC偏压能力，性价比高。主要用于交流电感、输出电感、线路滤波器、功率因素校正电路等。

主要特征是在高频(几百kHz)高磁感应强度的条件下，仍旧保持很低的功耗，而且其功耗随磁芯温度的升高而下降，在80℃左右达到最低点，从而形成良性循环。主要用于各种开关电源变压器和彩色回扫变压器的电感器

件。

可以用作通讯设

粉料制备方法：

广泛应用在雷达、电视、通讯、仪器仪表、自动控制、电子对抗等领域。产量大、应用广的高频软磁材料。在1一100 MHz范围内应用最广，性能大大优于MnZn 铁氧体（由于其多孔性及高电阻率）。在1MHz以下时，其性能不如MnZn铁氧

体。

多媒体、有线宽

带网络技术需要

的分支/分配器、

功分器、隔直器、

宽带传输线变压

器、EMI滤波器

三、软磁材料产业概括

大分类I：合金

1.硅钢具有较好的磁电性能，又易于大批生产，价格便宜，机械应力影响小等优点，在电力电子行业中获得极为广泛的应用，如电力变压器、配电变压器、电流互感器等铁芯, 是软磁材料中产量和使用量最大的材料。也是电源变压器用磁性材料中用量最大的材料。特别是在低频、大功率下最为适用。

中国硅钢行业主要生产企业排名

2.坡莫合金

广泛的软磁合金。通过适当的工艺，可以有效地控制磁性能，比如超过十万的初始磁导率、超过一百万的最大磁导率、低到千分之二奥斯特的矫顽力、接近1或接近零的矩形系数，具有面心立方晶体结构的坡莫合金具有很好的塑性，可以加工成1 微米的超薄带及各种使用形态。常用的合金有1J50、1J79、1J85 等。1J50 的饱和磁感应强度比硅钢稍低一些，但磁导率比硅钢高几十倍，铁损也比硅钢低2~3 倍。做成较高频率(400~8000Hz)的变压器，空载电流小，适合制作100 瓦以下小型较高频率变压器。1J79 具有好的综合性能，适用于高频低电压变压器，漏电保护开关铁芯、共模电感铁芯及电流互感器铁芯。1J85 的初始磁导率可达十万以上，适合于作弱信号的低频或高频输入输出变压器、共模电感及高精度电流互感器等。