1K107非晶纳米晶材料及应用 ppt课件
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电阻率(muOhm·cm) 居里温度(℃) 铁芯叠片系数
纳米晶铁芯
1.25 < 0.20 < 3.4
< 35 < 40 > 20,000 < 1.60 <2 80 570 > 0.70
15
铁氧体铁芯
0.5 0.2 7.5 不能使用 不能使用 2,000
6 4 106 < 200 －
PPT课件
铁基非晶合金
1K105
Fe-Si-B-Cr(及其他元素)快淬软磁 铁基合金
1K205
1K106
高频低损耗Fe-Si-B快淬软磁铁基合 金
1K206
1K107
1K501
高频低损耗Fe-Nb-Cu-Si-B快淬软磁
铁基纳米晶合金
1K502
高起始磁导率快淬软磁钴基合金 淬态高磁导率软磁钴基合金 Fe-Ni-P-B快淬软磁铁镍基合金 Fe-Ni-V-Si-B快淬软磁铁镍基合金
应用：广泛用于漏电开关、精密电流互感 器铁芯、磁屏蔽等。
17
PPT课件
铁氧体
组成：铁氧体是由铁的氧化物及其他配料烧结而成。一般 可分为永磁铁氧体、软磁铁氧体和旋磁铁氧体三种。软磁 铁氧体是由三氧化二铁和一种或几种其他金属氧化物（例 如：氧化镍、氧化锌、氧化锰、氧化镁、氧化钡、氧化锶 等）配制烧结而成。
16
PPT课件
铁镍基非晶合金/坡莫合金
组成：40%Ni、40%Fe及20%类金属元素 性能：1. 具有中等饱和磁感应强度（0.8T
）、 较高的初始磁导率和很高的最大磁 导率以及高的机械强度和优良的韧性。2.在 中、低频率下具有低的铁损。3.空气中热处 理不发生氧化，经磁场退火后可得到很好 的矩形回线。
铁粉、氧化铁、细铁丝等
20世纪初
硅钢片
热轧磁性硅钢片
坡莫合金、坡莫合金磁粉
冷轧无取向硅钢片 软磁铁氧体 冷轧晶粒磁性硅钢片 软磁合金薄带
20世纪末 非晶态合金
非晶纳米晶合金
3
PPT课件
常用的软磁磁芯种类
铁、钴、镍三种铁磁性元素是构成磁性材 料的基本组元。
按(主要成分、磁性特点、结构特点)制 品形态分类：(1) 粉芯类： 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)、铁氧体磁芯 ;(2) 带绕铁芯：硅钢片、坡莫合金、非晶及 纳米晶合金。
非晶合金
1.56T ＜4A/m 415℃ 0.18W/kg 140μΩ.cm 7.18 g/cm3 860 hg/cm2 30×10-6 ＞200，000 0.02～0.04 mm
14
冷轧硅钢 2.03T
＞30A/m 745℃ 1.2W/kg
50μΩ.cm 7.65 g/cm3
--10×10-6 ＞10，000 0.23～0.33 mm
5
PPT课件
国内外非晶合金产业的发展史
1967年：美国的Duwez教授率先发明液态金属快淬 技术制造非晶合金软磁材料；
1971年：美国Allied Signal（联信）公司开发出 非晶合金宽带的平面流铸制带技术，当时可制成 宽度为20mm的非晶合金带材；
1982年：美国Allied Signal建成非晶合金带材连 续生产厂，先后推出命名为Metglas系列非晶合金 带材，标志着非晶合金产业化和商品化的开始；
※与传统硅钢片制造工艺相比，工艺大大简化，节能，无污染
7
PPT课件
材料特性
各向同性的软磁材料 厚度极薄，仅为 0.025mm，填充系数低 电阻率高，涡流损耗小 硬度大，切割要求高，易碎
机械应力敏感，受力后会影响性能
来自百度文库
8
PPT课件
不同软磁材料的物理性能
9
PPT课件
硅钢片与非晶材料的微观差异
原子排列
硅钢片
非晶材料
10
PPT课件
磁滞回线比较
图中曲线所包围的封闭面积代表磁性材料在磁场交替循 环中以热的形态散失的能量
11
PPT课件
12
PPT课件
不同软磁材料的磁性能
13
PPT课件
非晶合金与硅钢的主要性能比较
饱和磁感应强度 矫顽力 居里温度 单位铁损 (1.3T,50Hz) 电阻率 密度 维氏硬度 饱和磁致伸缩系数 最大导磁率 厚度
性能：具有低饱和磁感应强度（0.5T），低矫顽力，高电 阻率和较低的居里温度，所以软磁铁氧体的温度稳定性不 理想。
1K107 非晶纳米晶材料
及应用
主讲：技术部
变压器/电磁器件工作原理—电磁互感
i1
U1
u1
e1
U2
Φ
i2
u1
e2 u2 Z L
u2
通过闭合铁芯，利用互感现象实现了：
电能 → 磁场能 → 电能转化
(U1、I1) (变化的磁场)
( U2、I2)
2
PPT课件
软磁材料铁芯发展
电力变压器
电磁元器件
19世纪末 纯铁、软钢和无硅钢
铁基非晶合金 组成：80%Fe、20%Si,B类金属元素
性能：1. 高饱和磁感应强度（1.54T）；
2. 与硅钢片的损耗比较：磁导率、激磁 电流和铁损等都优于硅钢片。特别是铁 损低（为取向硅钢片的1/3－1/5），代 替硅钢做配电变压器可节能60－70％。
应用：广泛应用于配电变压器、大功率开 关电源、脉冲变压器、磁放大器、中频变 压器及逆变器铁芯，适合于10kHz 以下 频率使用。
4
PPT课件
牌号和基本成分
1K101 Fe-Si-B快淬软磁铁基合金 1K102 Fe-Si-B-C快淬软磁铁基合金 1K103 Fe-Si-B-Ni快淬软磁铁基合金
1K201 高脉冲磁导率快淬软磁钴基合金 1K202 高剩磁比快淬软磁钴基合金 1K203 高磁感低损耗快淬软磁钴基合金
1K104 Fe-Si-B-Ni Mo快淬软磁铁基合金 1K204 高频低损耗快淬软磁钴基合金
2003年底日立金属并购Honeywell的Metglas部门 ，于2007年突破年产5万吨。
国内安泰科技是研究开发非晶合金材料较早的公 司。
6
PPT课件
非晶合金带材的炼制生产过程示意图
※液态熔融状态下经过超急速冷却（冷却速度 10^6℃/ S）形成厚度0.02～ 0.04mm的固态带状金属 。
PPT课件
纳米晶与铁氧体铁芯性能比较
基本参数
饱和磁感Bs（T） 剩余磁感Br（T）（20KHz） 铁损（20KHz/0.2T）（W/Kg） 铁损（20KHz/0.5T）（W/Kg） 铁损（50KHz/0.3T）（W/Kg） 导磁率（20KHz）（Gs/Oe）
矫顽力 Hc(A/m) 饱和磁致伸缩系数（×10－6）
纳米晶铁芯
1.25 < 0.20 < 3.4
< 35 < 40 > 20,000 < 1.60 <2 80 570 > 0.70
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铁氧体铁芯
0.5 0.2 7.5 不能使用 不能使用 2,000
6 4 106 < 200 －
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铁基非晶合金
1K105
Fe-Si-B-Cr(及其他元素)快淬软磁 铁基合金
1K205
1K106
高频低损耗Fe-Si-B快淬软磁铁基合 金
1K206
1K107
1K501
高频低损耗Fe-Nb-Cu-Si-B快淬软磁
铁基纳米晶合金
1K502
高起始磁导率快淬软磁钴基合金 淬态高磁导率软磁钴基合金 Fe-Ni-P-B快淬软磁铁镍基合金 Fe-Ni-V-Si-B快淬软磁铁镍基合金
应用：广泛用于漏电开关、精密电流互感 器铁芯、磁屏蔽等。
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铁氧体
组成：铁氧体是由铁的氧化物及其他配料烧结而成。一般 可分为永磁铁氧体、软磁铁氧体和旋磁铁氧体三种。软磁 铁氧体是由三氧化二铁和一种或几种其他金属氧化物（例 如：氧化镍、氧化锌、氧化锰、氧化镁、氧化钡、氧化锶 等）配制烧结而成。
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铁镍基非晶合金/坡莫合金
组成：40%Ni、40%Fe及20%类金属元素 性能：1. 具有中等饱和磁感应强度（0.8T
）、 较高的初始磁导率和很高的最大磁 导率以及高的机械强度和优良的韧性。2.在 中、低频率下具有低的铁损。3.空气中热处 理不发生氧化，经磁场退火后可得到很好 的矩形回线。
铁粉、氧化铁、细铁丝等
20世纪初
硅钢片
热轧磁性硅钢片
坡莫合金、坡莫合金磁粉
冷轧无取向硅钢片 软磁铁氧体 冷轧晶粒磁性硅钢片 软磁合金薄带
20世纪末 非晶态合金
非晶纳米晶合金
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常用的软磁磁芯种类
铁、钴、镍三种铁磁性元素是构成磁性材 料的基本组元。
按(主要成分、磁性特点、结构特点)制 品形态分类：(1) 粉芯类： 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)、铁氧体磁芯 ;(2) 带绕铁芯：硅钢片、坡莫合金、非晶及 纳米晶合金。
非晶合金
1.56T ＜4A/m 415℃ 0.18W/kg 140μΩ.cm 7.18 g/cm3 860 hg/cm2 30×10-6 ＞200，000 0.02～0.04 mm
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冷轧硅钢 2.03T
＞30A/m 745℃ 1.2W/kg
50μΩ.cm 7.65 g/cm3
--10×10-6 ＞10，000 0.23～0.33 mm
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PPT课件
国内外非晶合金产业的发展史
1967年：美国的Duwez教授率先发明液态金属快淬 技术制造非晶合金软磁材料；
1971年：美国Allied Signal（联信）公司开发出 非晶合金宽带的平面流铸制带技术，当时可制成 宽度为20mm的非晶合金带材；
1982年：美国Allied Signal建成非晶合金带材连 续生产厂，先后推出命名为Metglas系列非晶合金 带材，标志着非晶合金产业化和商品化的开始；
※与传统硅钢片制造工艺相比，工艺大大简化，节能，无污染
7
PPT课件
材料特性
各向同性的软磁材料 厚度极薄，仅为 0.025mm，填充系数低 电阻率高，涡流损耗小 硬度大，切割要求高，易碎
机械应力敏感，受力后会影响性能
来自百度文库
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不同软磁材料的物理性能
9
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硅钢片与非晶材料的微观差异
原子排列
硅钢片
非晶材料
10
PPT课件
磁滞回线比较
图中曲线所包围的封闭面积代表磁性材料在磁场交替循 环中以热的形态散失的能量
11
PPT课件
12
PPT课件
不同软磁材料的磁性能
13
PPT课件
非晶合金与硅钢的主要性能比较
饱和磁感应强度 矫顽力 居里温度 单位铁损 (1.3T,50Hz) 电阻率 密度 维氏硬度 饱和磁致伸缩系数 最大导磁率 厚度
性能：具有低饱和磁感应强度（0.5T），低矫顽力，高电 阻率和较低的居里温度，所以软磁铁氧体的温度稳定性不 理想。
1K107 非晶纳米晶材料
及应用
主讲：技术部
变压器/电磁器件工作原理—电磁互感
i1
U1
u1
e1
U2
Φ
i2
u1
e2 u2 Z L
u2
通过闭合铁芯，利用互感现象实现了：
电能 → 磁场能 → 电能转化
(U1、I1) (变化的磁场)
( U2、I2)
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软磁材料铁芯发展
电力变压器
电磁元器件
19世纪末 纯铁、软钢和无硅钢
铁基非晶合金 组成：80%Fe、20%Si,B类金属元素
性能：1. 高饱和磁感应强度（1.54T）；
2. 与硅钢片的损耗比较：磁导率、激磁 电流和铁损等都优于硅钢片。特别是铁 损低（为取向硅钢片的1/3－1/5），代 替硅钢做配电变压器可节能60－70％。
应用：广泛应用于配电变压器、大功率开 关电源、脉冲变压器、磁放大器、中频变 压器及逆变器铁芯，适合于10kHz 以下 频率使用。
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PPT课件
牌号和基本成分
1K101 Fe-Si-B快淬软磁铁基合金 1K102 Fe-Si-B-C快淬软磁铁基合金 1K103 Fe-Si-B-Ni快淬软磁铁基合金
1K201 高脉冲磁导率快淬软磁钴基合金 1K202 高剩磁比快淬软磁钴基合金 1K203 高磁感低损耗快淬软磁钴基合金
1K104 Fe-Si-B-Ni Mo快淬软磁铁基合金 1K204 高频低损耗快淬软磁钴基合金
2003年底日立金属并购Honeywell的Metglas部门 ，于2007年突破年产5万吨。
国内安泰科技是研究开发非晶合金材料较早的公 司。
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PPT课件
非晶合金带材的炼制生产过程示意图
※液态熔融状态下经过超急速冷却（冷却速度 10^6℃/ S）形成厚度0.02～ 0.04mm的固态带状金属 。
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纳米晶与铁氧体铁芯性能比较
基本参数
饱和磁感Bs（T） 剩余磁感Br（T）（20KHz） 铁损（20KHz/0.2T）（W/Kg） 铁损（20KHz/0.5T）（W/Kg） 铁损（50KHz/0.3T）（W/Kg） 导磁率（20KHz）（Gs/Oe）
矫顽力 Hc(A/m) 饱和磁致伸缩系数（×10－6）