软磁材料技术发展与产业概况解读

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。

可冲片、切割，有叠片式及卷绕式，价格便宜，

加入量过多时，会降

度、居里温度，

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。

冷轧硅钢的

高、

整，

0.05mm

来，

含硅

坡莫合金的生产过程比较复杂。例如，板材轧制的工艺、退火温度、时间、退火后的冷却快慢等都对材料最终的磁性能有很大影响。加工后须退

3h

℃以下的冷却过程中发生有序化转变形成

；不利于磁在弱磁场下具有

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。

实践的检验，

公式；

坡莫合金，

(42~50%)

控制适量的

含量和增加

N

热加工工艺，

{111}

构，

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。

系和元素掺杂，

合金。

100 K

液相区，

性加工。

铁镍基非晶材料

的最佳适用频率

较高，其范围为

工频至

主要用于制造中

频变压器、大功

率电抗器及功率

因素校正器等。

可以代替硅钢片

或者坡莫合金，

钴基非晶材料其

磁导率随频率增

快，

制作宽频带感性

器件。

于成份中有钴，

因而成本较高。

零。主要用于制

纳米晶合金都有优良的软磁特

又被非磁性电绝缘膜物质隔开，因此，一方面可以隔绝涡流，材料适用于较高频率；另一方面由于颗粒之间的间隙效应，导致材料具有低导磁率及恒导磁特性；又由于颗粒尺寸小，基本上不发生集肤现象，磁导率随频率的变化也就较为稳定。磁粉芯的磁电性能主要取决于粉粒材料的导磁率、粉粒的大小和形状、

数、绝缘介质的含量、成型压力计，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。

推出，

化问题。

质，

变频空调中，

后，

Lite-ON

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。

铁硅铝磁粉芯，

其关键优势是：

第一，

200

老化问题。

超过

二，

一。

高功率、

方向发展，

铝高工作温度、