A+版经典高性能纳米晶磁粉芯制备与应用研究可行性研究报告.docx

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A+版经典高性能纳米晶磁粉芯制备与应用研究可行性研究报告

【A+版】经典高性能纳米晶磁粉芯制备与应用研究

可行性研究报告

一、选题的必要性

1、项目所处技术领域产业政策；

当前,科技进步需要各种高性能的电子器件，由此对磁粉芯也提出了更高的要求。

为达到高的磁导率、低的损耗、良好的频率特性和温度稳定性，需要不断采用新的材料和新的工艺。

本项目是开发一种高性能Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9纳米晶软磁粉芯，有望替代高端市场上价格昂贵的ＭＰＰ粉芯的部分用途,而且可以得到综合性能较好、满足高频领域高性能要求的电子器件并节能、环保，也可代替需要有隙的铁氧体和硅钢叠片类的用途，且成本很低，使高新技术产业中的磁器件高效化、小型化和轻型化将成为可能。

同时，我国有许多发展磁性材料的有利条件，我们要充分利用这个机遇，大力加强铁基纳米晶软磁粉芯的研究与开发，缩短与外国先进技术差距，相信随着新型纳米微晶磁性材料的研究日益深入和广泛，定会迎来一个微晶磁性材料高新技术应用的新时代。

并对经济建设、国防实力、学科发展以及社会进步产生一定的影响。

为此，本项目所处技术领域产业是我国大力提倡发展的。

2、项目所处技术领域技术发展现状；

目前，在高端市场上ＭＰＰ粉芯占据了主要份额，但由于ＭＰＰ粉芯的制造工艺复杂、原材料价格昂贵，导致粉芯价格居高不下，在应用范围上受到一定的制约。

19XX年，Yoshizawa等人报导了著名的Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9合金，它具有饱和磁感应强度高、磁导率高、稳定性好及热处理后带材变脆容易加工成合金粉等特点。

由于其性能优异，价格低廉，其粉末及粉末制品用作磁性器件的研究开发工作相当活跃，Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9纳米晶软磁粉芯有望替代ＭＰＰ粉芯的部分用途[1],而且可以得到综合性能较好、满足高频领域高性能并节能的电子器件，也可代替需要有隙的铁氧体和硅钢叠片类的用途，且成本很低，使高新技术产业中的磁器件高效化、小型化和轻型化将成为可能。

近年来人们对Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9纳米晶软磁粉芯研究有过一些的报道，但国内外这方面也仅是研究报道，应用甚少，未见到上市产品。

软磁材料的发展经历了晶态、非晶态、纳米微晶态的历程。

纳米晶软磁材料一般是指材料中晶粒尺寸减小到纳米量级（一般≤50nm）而获得高起始磁导率（μi～105）和低矫顽力（Hc～0.5A/m）的材料。

迄今为止，已发现的纳米晶软磁合金大都是Ｆｅ基合金，主要有下列两大类：

一是ＦｅＣｕＭＳｉＢ型（Ｍ=Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ），一是ＦｅＭＢ型（Ｍ=Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ），由于ＦｅＭＢ型合金需在真空或氩气中制成非晶薄带，成本较高，故对它的研究应用工作相对较少。

铁基纳米晶软磁材料中典型的是在Fe-B-Si基合金中加少量Cu和Nb，先用快淬工艺将熔融合金甩成非晶薄带，然后在其晶化温度（≈550℃）进行热处理，生成由直径10～14nmFe-Si体心立方微晶埋在剩余未晶化非晶母体中的合金，标称成分为Fe73.5SixB22.5－xNb3Cu1（通常x=13.5或16.5）。

在这种合金中，Nb和Cu的同时存在，Cu和Nb的作用分别是增加晶核数量和抑制晶粒长大以获得超细（纳米级）晶粒结构。

正式以纳米磁性材料命名并迅速投入批量生产的，是日立金属（株）于19XX年开发成功的铁基纳米晶软磁合金，商品名Finemet。

纳米晶软磁材料由于其特殊的结构，其磁各向异性很小，磁致伸缩趋于零，且电阻率比晶态软磁合金高，而略低于非晶态合金，具有高磁通密度、高磁导率和低铁损的综合优异性能。

其性能优于铁氧体与非晶磁性材料。

Fe-Cu-Nb-Si-B系纳米材料能够获得软磁性的重点原因是：

在Fe-Cu-Nb-Si-B纳米材料中，α-Fe（Si）固溶体晶粒极为细小，每个晶粒的晶体学方向取决于随机无规则分布晶粒间的交换耦合作用，这种交换耦合作用的结果使得局域各向异性被有效地平均掉，致使材料的有效磁各向异性极低。

当材料选定后，磁粉芯的磁导率与绝缘介质的体积百分数成反比，即所占体积愈大，μ愈低，与材料关系不大。

一般磁性材料的导磁率总要随磁场和温度而变化。

但制成磁粉芯后，磁导率能在很宽的磁场和温度范围内保持恒定值，这是磁粉芯很突出的优点，可见包覆是粉芯工艺中的关键。

国外在这方面已做了专门研究，但主要还是按美国专利AMC方法，它是将粉粒先用铬或磷酸盐钝化后清洗，再加水玻璃包覆，然后加入高龄土和滑石粉搅拌均匀。

上海钢研姚中等人采用钝化处理，用水玻璃加高龄土烧干后加滑石粉，此包覆取名为MC方法。

另一种直接用高温树脂包覆称之为RC方法，最后采用独特的化学包覆法被称之为CSiC和PSiC，即把经过活化处理的磁粉加人具有弱酸性溶液如磷酸盐和铬酸盐，前者称为PSiC方法，后者称为CSiC，同时加入碱性的硅酸盐形成胶体搅拌烘干制成绝缘磁粉。

为了增加磁性粉末活化性，要添加适量的催化剂。

本世纪末90年代，我国高温树脂包覆工艺有过报导，也有人提出了使用酚醛树脂或者环氧树脂作粘结剂的压粉磁芯[14-17]，将软磁粉末用有机系粘结剂包覆，此法可降低涡流损耗，但是磁芯的热处理温度却受到构成粘结剂的树脂特性的限制，不能很好地消除成型时软磁粉末的内应力，导致磁芯的矫顽力增大，从而造成在高频范围内铁损增大，使树脂粘结磁粉芯的高频应用受到限制。

针对以上问题，有人采取化学包覆法制取磁粉芯，化学包覆法是一种新发展起来的溶液包覆方法，其工艺流程如下：

制粉→粉末还原→绝缘包覆→压制成型→热处理→喷漆→稳定化处理→性能检测→成品。

包覆液的制备是在蒸馏水中加入适量的重铬酸镁、磷酸、尿素和甘油配制成溶液。

取一定粒度分布的粉末与包覆液按一定的比例均匀混合，然后在水浴中搅拌初步干燥，最后在200℃下烘干1小时待用。

往绝缘处理好的粉末中加入适量的硬脂酸锌或硬脂酸钙做润滑剂，然后模压成型。

磁粉芯的磁导率μ与成型压力有着很大的关系。

将成型后的磁芯放入高纯氮气氛中，在550℃的条件下退火处理1小时，然后快速冷却，可制得铁基纳米晶软磁粉芯。

磁粉芯的磁性能也在很大程度上取决于原合金粉末的性能。

粉末的主要特征是其高度的分散性和很大的比表面，而且具有许多不同于固体物质的特殊物理、化学及力学性质。

粉末的这些性质与磁粉芯的磁性能有密切的关系。

粉末的粒度对磁粉芯的磁导率μ值及品质因数Q值有明显的影响。

通常，粉芯的μ与Q之间的关系是相互矛盾的，人们常用μ与Q之积来衡量磁粉芯的质量。

在一定的条件下，随着μ值的升高，Q值下降。

但是选择符合成分要求具有一定平均粒度的粉末，可以得到综合性能较好的磁粉芯。

目前,铁基纳米晶软磁粉芯还没有一个统一的标准。

不同的制备方法可制得不同性能的磁粉芯，相同的制备方法制得的磁粉芯性能也不尽相同，它们的应用应根据实际情况选择合适的规格和磁性能的磁粉芯，以达到磁性能的最大利用。

当前,科技进步需要各种高性能的电子器件，由此对磁粉芯也提出了更高的要求。

为达到高的磁导率、低的损耗、良好的频率特性和温度稳定性，需要不断采用新的材料和新的工艺。

我们以聚乙烯醇做粘结剂，制备了Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9纳米晶磁粉芯。

聚乙烯醇做粘结剂制备磁粉芯，其工艺简单，易于成型、脱模，工业生产易控制，有利于环保，并具一定的成本优势[29-31]。

本项目将在此基础上探索最佳试验条件，制备出高性能Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9纳米晶磁粉芯，力争综合指标达到高端市场上产品的性能水平。

近年来我国的铁基纳米晶软磁粉芯发展因时断时续，加上分散、孤立的研究，为此进展不大。

但国内对磁粉芯的化学成份分析、电磁性能、金相组织、粉末粒度形貌等等使用了不少电子光学仪器和各种谱仪进行较多的研究，结合目前对国外高质量磁扮芯的剖析与研究，相信不会太久铁基纳米晶软磁粉芯将在理论上与工艺上出现较大的进步，使高新技术产业中的磁器件高效化、小型化和轻型化将成为可能。

并对经济建设、国防实力、学科发展以及社会进步产生一定的影响。

3、项目技术先进性，对相关领域技术进步的推动作用；

当前,科技进步需要各种高性能的电子器件，由此对磁粉芯也提出了更高的要求。

为达到高的磁导率、低的损耗、良好的频率特性和温度稳定性，需要不断采用新的材料和新的工艺。

并对经济建设、国防实力、学科发展以及社会进步产生一定的影响。

4、项目目前进展情况。

我们以聚乙烯醇做粘结剂，制备了Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9纳米晶磁粉芯。

聚乙烯醇做粘结剂制备磁粉芯，其工艺简单，易于成型、脱模，工业生产易控制，有利于环保，并具一定的成本优势，我们以此在中文核心期刊上已发表论文5篇。

本项目将在此基础上探索最佳试验条件，制备出高性能Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9纳米晶磁粉芯，力争综合指标达到高端市场上产品的性能水平并使其产业化。

发表的相关论文：

[1]EWQ，DWQ.铁基纳米晶软磁粉芯研制进展概述.[J].材料导报，20XX，19（5）：

23-26.

[2]EQW，EWQ，DE，RWE.铁铜铌硅硼非晶磁粉芯性能的研究.[J].电子元件与材料，20XX，24（6）：

30-32.

[3]EWR.Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9纳米晶磁粉芯制备及其性能研究.[J].电子元件与材料,20XX,25（5）:

36-38.

[4]FGR,RW圣，CEW.Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9非晶、纳米晶磁粉芯制备及其性能比较研究.[J].电子元件与材料,20XX,25（10）.

[5]TY,YTR,FW.金属间化合物Tb2Co17-xMnx的结构与磁性研究.[J].稀土.2002.Vol.23.No.3：

69-71.

[6]RQW，EW，GHBT.GaAs/（Pd,Ti,Pd,Au）多层膜的退火扩散机制[J].NC大学学报（工科版），20XXVol.23No.2:

87-90.

[7]WEQ,SH,YMM,EQW,EQW.FeCuNbSiB非晶软磁带材的制备及其缺陷分析.[J].机械工程材料.20XX.Vol.28.No.10:

48-50.

二、技术方案论述

1、项目技术关键点或创新点论述，项目完成时达到的技术水平；

（1）本项目结合我省的铜矿资源的优势，制备出高性能Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9纳米晶磁粉芯，力争达到高端市场上产品（如MPP粉芯）的性能水平。

（2）本课题意在探索一种工艺简单，易于成型、脱模，工业生产易控制，有利于环保，节能，并具一定成本优势的高性能Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9纳米晶磁粉芯制备方法。

如果成功完成，其成果不单单能够使用户得到更高效的产品，还可能成为地区新的经济增长点，能够对我国经济发展起到一定的贡献。

以上是本课题的创新点及特色。

预期本项目完成后，将达到国内领先水平。

2、项目技术方案论述：

生产技术、工艺流程、主要技术参数；

铁基纳米晶软磁粉芯的制备工艺流程大致为：

制备铁基软磁合金（晶态或非晶态），对合金进行纳米晶化处理及制磁粉，粉末退火，磁粉包覆工艺，压制粉芯，热处理，表面做喷漆处理，性能检测，成品包装。

目前,铁基纳米晶软磁粉芯还没有一个统一的标准。

本项目研究制备一种工艺简单，易于成型、脱模，工业生产易控制，有利于环保，节能，并具一定成本优势的Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9纳米晶磁粉芯，它具有高的磁导率、低的损耗、良好的频率特性和温度稳定性，力争达到国外同类产品的性能水平。

3、项目技术质量指标：

项目产品达到的主要技术性能指标、执行的质量标准、通过的国家相关行业许可认证等；

（1）向有关主管部门提交年度工作报告和总结报告中必须明确以下指标：

a.磁粉芯的化学成份分析、电磁性能、金相组织、粉末粒度形貌；

b.磁粉芯性能指标：

高的磁导率、低的损耗、良好的频率特性和温度稳定性；

c.提供在电力电子设备中应用情况测试报告（权威部门）。

目前,铁基纳米晶软磁粉芯还没有一个统一的标准。

4、分阶段描述项目执行过程中各阶段目标；

20XX年XX月-XX月：

项目准备（调研、资料消化、实验工作准备等）；非晶带材与纳米晶磁材的制备研究。

20XX年XX月-XX月：

磁粉的制备工艺研究；粉体的分级与配方研究。

2008年XX月-XX月：

绝缘剂与粘结剂的筛选；磁粉芯的制备及工艺条件研究。

20XX年XX月-XX月：

磁粉芯性能控测和组织结构表征，及其在电力电子设备中的应用研究；材料综合性能优化；工作总结，项目验收，准备鉴定工作。

5、项目经费预算情况：

项目投资总额、项目已完成投资、项目须新增投资及投资构成和投资预算、申请科技三项经费的使用预算（见附表）。

本项目是科学研究和攻关类项目，预算完成项目总额估计50万元，但我校已投资了与本项目相关科研教学设备40万元左右。

本项目须新增科研经费，估计为10万元左右，争取通过NC市科技局基金资助。

项目投资与资金筹措表

单位：

万元

序号

项目

金额

投资总额

固定资产投资

流动资金

资金筹措

自筹资金

其中：

已完成投资

新增投资

申请科技三项经费

借（贷）款

三、项目实施支撑条件

1、项目技术来源；

本项目为自有技术。

2、项目实验、检测条件；

良好的工作条件为本项目的实施提供了可靠的物质保证：

NC大学材料科学与工程学院具有较完善的材料制备、分析、检测设备。

如：

真空碳管炉、行星球磨机、气流粉碎机、英国生产的BedeD1System多功能、高分辨X衍射仪；TEM用日立H-600透射电镜；MEF-3金相显微镜、方波发生器；示波器；高频Q表以及其它大型的精密仪等。

本项目，基本上可在校内测试完成（必要时进行外协）。

3、项目申请单位人才资源情况：

技术人员总数、中高级技术人员比例；

NC大学材料科学与工程学院现有专职教师50名，由中青年教师组成，其中有国家级百千万人才1名、省级百千万人才3名、“赣江”特聘教授1名和省中青年学科带头人5名；有四位教师在欧美获博士和/或做过博士后研究。

在发光材料与器件、粉体及纳米组装与复合材料、计算材料学、电子互联与封装材料几个方向形成了较强的学术梯队。

新成立了“高分子材料”、“新型有色金属”和“新材料应用”三个研究所。

4、项目组人员专业结构、职称结构；

项目的组成人员合理，申请者和项目组主要成员中，具有高级职称的3人，中级1人，初级2人。

学历结构：

博士生2人，硕士生2人，本科生2人。

项目组成员具有丰富的科研经历。

申请人近年来参与完成省自然科学基金“新型稀土永磁RE（Fe,T）12-xMx的结构和磁性能研究”，批准号9950035；“新型稀土磁致冷材料Gd5（Ge1-xMx）4的结构和磁性研究”，批准号0150014。

参与完成省重点一级课题“利用电厂废渣生产早强型普通硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥”，赣煤鉴字[97]第02号。

主持完成NC大学基金“JX红泥岩高温相变过程”，批准号Z-2144。

20XX年至20XX年主持完成横向项目两项：

“铁铜铌硅硼非晶、纳米晶磁粉芯制备与性能的研究”，合同金额5万，经费来源于JX大有科技有限公司；“新材料的研发”，合同金额15万，经费来源于JX恒大公司。

另外，作为排名第三的主要参与者参与完成横向项目“纳米蒙脱土的制备及其应用”项目，合同金额20万，经费来源于JX大有科技有限公司（20XX—20XX）。

近三年来发表论文十几篇，其中第一作者中文核心期刊论文7篇，并获JX省高校20XX－20XX科技成果奖二等奖一项。

发表的与即将发表的相关论文：

[1]EQW，DQW.铁基纳米晶软磁粉芯研制进展概述.[J].材料导报，20XX，19（5）：

23-26.中文核心期刊

[2]WQE，CFQ，FEW，EQW.铁铜铌硅硼非晶磁粉芯性能的研究.[J].电子元件与材料，20XX，24（6）：

30-32.中文核心期刊.

[3]EQW.Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9纳米晶磁粉芯制备及其性能研究.[J].电子元件与材料,2006,25（5）:

36-38.中文核心期刊.

[4]RET,TRE，QW.Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9非晶、纳米晶磁粉芯制备及其性能比较研究.[J].电子元件与材料,20XX,25（10）.中文核心期刊.

[5]EQW,GER,TR.金属间化合物Tb2Co17-xMnx的结构与磁性研究.[J].稀土.20XX.Vol.23.No.3：

69-71.中文核心期刊

[6]WEWR，REW，QEQGaAs/（Pd,Ti,Pd,Au）多层膜的退火扩散机制[J].NC大学学报（工科版），20XXVol.23No.2:

87-90.

[7]EWQ,WEQ,EW,QWE,FQW.FeCuNbSiB非晶软磁带材的制备及其缺陷分析.[J].机械工程材料.20XX.Vol.28.No.10:

48-50.中文核心期刊

[8]EQW，ER，YT.直接沉淀法制备纳米ZnO及其抗菌试验的研究.[Ｊ].化工新型材料，20XX,（5）：

55-56.中文核心期刊

[9]EWQ，FWE.《均匀沉淀法制备纳米ZnO及其抗菌试验》已被中文核心期刊NC大学学报（理科版）录用。

[10]QWEQ,DWQE.十二烷基硫酸钠为模板材料制备ZnO纳米管新方法的研究.已被SCI收录的无机化学学报录用。

获奖情况：

稀土磁致冷材料Gd-Si-Ge及La-Ca-Mn-O系的结构和磁性能研究获JX省高校20XX－20XX科技成果奖二等奖

项目组成员之一DWQE教授：

主持完成国家自然科学基金课题两项：

1、癌症尿液特异荧光光谱研究（项目编号：

XXX。

19XX.XX—20XX.XX）；

2、电化学传感器信息的计算机解析及其在环境中应用（项目编号：

2880215。

19XX.XX—19XX.XX）。

科技成果（全为排名第一）：

1、分析化学CAI软件（国家教委高教司，编号（90）鉴字055号）。

2、分析化学应用软件系列（JX省教育委员会，编号：

19XX赣教鉴字008号）。

3、多通道MOS型钾离子传感器及LFZ型测试仪（JX省科委，编号：

92鉴字0064）。

4、血糖目测试片（JX省科委，编号：

鉴字1995第28号）。

专利发明（全为排名第一）：

1、一种癌症尿检试剂（申请号:

XXX;授权号：

XXX）。

2、一种从柑橘类种子中提取药物活性物质的工艺（申请号：

XXX;授权号：

XXX）。

3、纳米银系抗菌织物的制备工艺及应用（申请号：

XXX;授权号：

XXX）。

4、氧化锌吸波材料及其制备工艺（申请号：

XXX;未授权）。

获奖：

1、“分析化学应用软件系列”（JX省科技进步三等奖，证书号93-电-3等-7。

排名第一）。

项目新增投资筹集情况。

本项目须新增科研经费，估计为10万元左右，争取通过NC市科技局基金资助。

四、项目预期经济效益

1、预期市场需求；

本产品具有较大市场需求和较强市场竞争力。

2、预期盈利水平；

项目完成后可以进行技术转让并使其产业化。

如产业化，投资500万建中等规模的厂，年产1000万不同规格的磁粉芯，产值可达数千万，当年可实现纯利润500万元。

3、预期产业化前景；

本产品具有较大市场需求和较强市场竞争力。

如产业化，投资500万建中等规模的厂，年产1000万不同规格的磁粉芯，产值可达数千万，当年可实现利润500万元。

预期有较好的产业化前景。

4、项目实施风险分析。

本项目有较好的研究基础，只是在以前研究基础上更加完善。

因此本项目实施的风险很小。

五、项目预计社会效益、环境效益

1、对社会发展的作用；

本项目如果产业化，其成果不单单能够使用户得到更高效的产品，解决人员就业，还可能成为地区新的经济增长点，能够对我国经济发展起到一定的贡献。

它预期有较好的社会效益。

2、对资源利用情况；

本项目结合我省的铜矿资源的优势，以铜为部分原料，制备出高性能Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9纳米晶磁粉芯，力争达到高端市场上产品（如MPP粉芯）的性能水平。

3、对人才培养情况；

本项目可以培养研究生2名。

4、环境影响及效益。

本课题意在探索一种工艺简单，易于成型、脱模，工业生产易控制，有利于环保，节能，并具一定成本优势、并使高新技术产业中的磁器件高效化、小型化和轻型化将成为可能的高性能Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9纳米晶磁粉芯制备方法。

本项目对环境友好，如产业化预期有较好的环境效益。

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