软磁材料技术发展与产业概况解读Word文件下载.docx
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硅钢片
Fe-（<
4.5）Si
1.8~2.1
~103
45
750
坡莫合金
铁镍合金
Fe-（30-90）Ni
1.5
104~105
450
非晶合金
铁基
80Fe-20（Si-B）及少量C、P、Ni、Mo、Cr等
1.3~1.8
103~104
135~140
415
铁镍基
40Fe-40Ni-20（Si-B）少量C、P等
0.7~1.0
4*103~2*104
160
360
钴基
80Co-20（Si-B）少量P、V等
0.5~0.8
136~142
330
微晶（纳米晶）合金
80Fe-20（Si-B）及少量Cu-Nb、Mo等
1.23
>
8*104
120
570
Fe-M-B（M=Zr,Hf,Nb）
1.5~1.7
3*103
-
粉芯
铁粉芯
纯铁
100Fe
1.4
10~75
11
700
铁硅粉芯
铁硅粉
6.5）Si
50~70
500
铁硅铝粉芯
仙台粉
Fe-5.5Si-9Al
1.05
26~125
80
高磁通粉芯
铁镍粉
Fe-50Ni
14~200
100
400
钼坡莫合金粉芯
镍铁钼粉
Ni-17Fe-2Mo
0.75
14~550
铁氧体
锰锌系
功率铁氧体
Fe3+（Fe2+M2+）O4
M为Mn、Mg、Zn、Ni、Cu、Pb等二价金属元素
0.35~0.4
103
130~
250
高导铁氧体
高温高Ms铁氧体
高直流偏置铁氧体
MnMgZn铁氧体
镍锌系
常规NiZn铁氧体
M为Mg、Zn、Ni、Cu、Pb等二价金属元素
0.2~0.3
1~2*103
106
110~
350
射频宽带NiCuZn铁氧体
低温鉄结NiCuZn铁氧体
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。
制备特点
应用实例
发展趋势
可冲片、切割，有叠片式及卷绕式，价格便宜，产量大；
Si加入量过多时，会降低饱和磁化强度、居里温度，使材料变脆
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Bs高，其厚度均匀、尺寸精度高、表面光滑平整，厚度可低至0.02～0.05mm，近年来，用快速凝固技术可制备出含硅6.5%的硅钢薄带。
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。
加工后须退火1200～1300℃，保温3h并缓冷至600℃。
Ni－Fe在600℃以下的冷却过程中发生有序化转变形成Ni3Fe；
不利于磁性能。
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。
根据磁性原子比理论和生产实践的检验，修正最佳成分设计公式及饱和磁感（Bs）和电阻率（ρ）经验公式；
开发廉价坡莫合金，低镍（35-40%）的PD型采用关键技术可使磁性能达到PB型（42~50%）水平；
控制适量的Nb含量和增加C、N、O含量，再配以合适的冷热加工工艺，获得{110}{311}{111}再结晶织构，提高磁性能和耐磨性。
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/min）的冷却棍表面.液态合金以106~108K/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100kw/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*l06K/s冷却速度，得到约400μm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。
选择合适的铁基非晶合金体系和元素掺杂，加大非晶形成能力和高饱和磁致伸缩的铁磁性块体非晶合金。
铁基块体非晶合金体系100K的大过冷液相区，进行形状复杂的超塑性加工。
磁致伸缩传感器芯体材料。
铁镍基非晶材料的最佳适用频率较高，其范围为工频至30kHz。
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，价格较贵。
钴基非晶材料其磁导率随频率增高而下降的很快，因而不适于制作宽频带感性器件。
另外，由于成份中有钴，因而成本较高。
其磁致伸缩为零。
主要用于制造高频变压器（相对工频而言）、脉冲变压器、磁放大器、功率因素校正器等。
改造和完善现有的Co基磁性材料，提高其Bs值，降低矫顽力和高频损耗，拓宽其它性能如质量更轻、韧性和加工性更好、耐腐蚀性更高、适应于超高温下工作等
属于特殊的非晶合金，铁基纳米晶合金是由铁元素为主，加入少量的Nb、Cu、Si、B元素所构成的合金经快速凝固工艺所形成的一种非晶态材料，这种非晶态材料经热处理后可获得直径为10－20纳米的微晶,弥散分布在非晶态的基体上，被称为微晶、纳米晶材料或纳米晶材料.
同时具有高饱和磁感Bs、高磁导率μ、高居里温度Tc及很低的损耗。
最佳适用频率范围超不过500kHz，不适于制作宽频带感性器件。
需要考虑其在高温下的组织稳定性。
纳米微晶软磁材料正沿着高频、多功能方向发展。
科学界又发现纳米微晶软磁材料在高频场中具有巨磁阻抗效应，又为它作为磁敏感元件的应用提供了良好的前景。
纳米晶合金都有优良的软磁特性。
既有较高的Bs值，同时拥有优良的软磁特性。
可以预期作为在电杆上变压器以及各种电力机器用磁心材料中能得到应用。
纯铁Fe
磁粉芯是由铁磁性粉粒与绝缘介质混合压制而成的一种软磁材料。
将磁性材料制成粉末，在粉末颗粒之间加上绝缘物质，用压缩成型的办法制成磁心，使用频率可以提高到几百MHz。
由于铁磁性颗粒很小（高频下使用的为0.5～5微米），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、它们的填充系数、绝缘介质的含量、成型压力及热处理工艺等。
羰基铁磁粉及树脂碳基铁磁粉。
储能式电感，大部分应用在频率范围100KHz~100MHz之间的高频功率扼流圈、谐振电感、RF调谐电感芯体。
此外，用铁粉芯来替代铁镍相磁粉（MPP）的高磁通量磁芯或铁硅铝芯是一种高性价比设计，同时它也可以用来取代铁氧体和铁合金片。
价格低，初始磁导率μi随频率的变化稳定性好；
高频损耗高。
铁粉芯一般适用于-65℃~+125℃的温度范围。
当磁芯的温度较高时，会使电感的品质因数（Q）永久性的降低。
铁硅粉Fe-Si
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。
铁硅磁粉芯的推出，据称是为了解决传统铁粉芯的高温老化问题。
有消息称日本企业最先发明此种材质，并率先用于变频空调中，随后，Delta，API，Lite-ON，Mitac等大型电源厂家也导入其产品中。
Fe-Si-Al
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，最高工作温度可达200℃，无高温老化问题。
铁粉芯一般不建议超过125℃。
第二，损耗只有铁粉芯的四分之一。
随着电源向高功率、高效率方向发展，铁硅铝高工作温度、低损耗的优势渐趋明显。
铁镍Fe-Ni粉
50Fe-50Ni组成，粉末磁粉芯中最高的磁感应强度，最高直流偏压能力，体积小。
主要用于线路滤波器、交流电感、输出电感、功率因素校正电路等，高DC偏压、高直流电和低交流电上用得多，价格低于MPP。
提高能源转换效率，降低能耗；
需要Bs高，成本又要低，非晶、纳米晶化是磁粉芯未来的发展方向。
镍铁钼17Fe-81Ni8-2Mo（MPP）粉
在粉末磁芯中具有最低的损耗，温度稳定性极佳，广泛用于太空设备、露天设备，无噪声，在300KHz以下的高品质因素Q滤波器、感应负载圈、谐振电路、对温度稳定性要求高的LC电路上常用，在AC电路中常用。
磁粉芯中价格最贵。
锰锌系Mn-Zn
功率Mn-Zn铁氧体
根据铁氧体结晶构造和形态，制备工艺大致分为：
多晶铁氧体生产工艺；
铁氧体化学工艺；
单晶铁氧体制造工艺及其他特种工艺，如铁氧体多晶薄膜和非晶铁氧体等。
（1）多晶：
类似陶瓷工业中常用的烧结过程，包括如下步骤：
经固相反应形成铁氧体的金属氧化物或碳酸盐或其他化合物，在混合均匀之后，经球磨、干燥，压成特定的形状。
在大约1000°
C的温度下进行预烧后，再一次充分研磨和混合。
加入适量的粘合剂，压成所要求的形状或者作为塑性物质挤压成管状、棒状或条状。
然后在1200～1400°
C温度下烧结，准确的温度取决于所需的铁氧体特性。
（2）单晶：
与非金属单晶生长大致相同。
Mn-Zn和Ni-Zn系铁氧体单晶生长一般是采用布里兹曼法，即把多晶铁氧体放入铂坩埚里熔融后，在适当的温度梯度电炉中使坩埚下降，从坩埚底部慢慢固化生成单晶。
为了使熔融状态下形成的氧分压达到平衡，晶体生长时在炉膛内需要加几个乃至100个MPa的氧分压。
（3）非晶：
当前是采用超急冷方法和溅射法，所谓超急冷法即把铁氧体原料和适量的类金属元素混合后，在高温熔融状态下，骤然施行大温度梯度的超急冷却的方法。
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。
功率铁氧体向高频化、低功耗发展，以满足开关电源进一步小型化、轻量化要求。
高导Mn-Zn铁氧体
可以用作通讯设备（ISDN）、测控仪器、家用电器及新型节能灯具中的宽频带变压器、微型低频变压器、小型环形脉冲变压器和微型电感元件等，目前我国可大量生产磁导率为10000~15000的MnZn铁氧体。
高磁导率材料向更高磁导率和高工作频率发展，以适应数字技术、光纤通信中小型化和宽频带的要求。
高温高Ms的Mn-Zn铁氧体
主要应用于在高温环境下的感性元器件，如汽车和LCD用的转换变压器等。
在高温环境下仍能保持高Bs和高μ的MnZn铁氧体是当前的发展方向之一。
控制其显微结构，形成数量众多、总面积很大的高电阻晶界区；
提高晶粒本身的电阻率。
高直流偏置Mn-Zn铁氧体
随着高速局域网的快速扩充，一种宽帯脉冲变压器成为热门元件。
制造这种变压器需要一种能够在高直流偏置状态下仍能保持优良性能的MnZn铁氧体，这种材料有待好好研究开发。
偏置磁芯材料向高频、低耗发展，以适应大屏幕彩电和高清晰度电视和计算机显示器要求。
MnMgZn铁氧体由于具有较高的磁导率和低损耗而大量用于偏转线圈。
高频软磁铁氧体向片式化和抗干扰方向发展，以适应高档小型化电感器及减少、抑制、消除电磁污染和干扰的需要。
镍锌系Ni-Zn
铁氧体制备方法同上。
粉料制备方法：
（1）溶胶凝胶法，金属有机或无机化合物经过溶液、溶胶、凝胶而固化，再经热处理而成氧化物或其他化合物固体的方法。
溶胶凝胶法是制备材料的湿化学方法中一种常用的方法，广泛应用于制备铁氧体纳米材料。
（2）化学共沉淀法，利用沉淀剂（如OH-、CO32-等）将溶液中的金属离子共同沉淀，经过过滤、洗涤、干燥、灼烧等过程得到产物。
（3）氧化物法，
要点是把原材料混合、加热，通过故态物质间的反应而获得铁氧体粉料。
注意原材料的选择，还要注意混和、预烧和粉碎条件的确定。
氧化物法是大规模工业生产的手段。
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1一100MHz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。
改进工艺、降低成本方面。
高磁导率材料和功率铁氧体已成为现代软磁铁氧体材料发展的主要方向。
抑制电磁干扰的感性元件需要延伸到临界频率之上的很宽的频率范围，制造这类感性元件所用的铁氧体的频谱曲线应当具有在临界频率之上的很宽的频帯中μ′及μ〞保持高数值的特征。
NiCuZn铁氧体软磁材料能够具备这样的特征。
具有弛豫型磁谱的加铜NiZn铁氧体，要求起始磁导率高，温度稳定性好，饱和磁感应强度也高。
低温铁结NiCuZn铁氧体
光纤同轴电缆混合（HFC）系统、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
高起始磁导率、高Q值、纳米NiCuZn材料，基于贴片式功率电感/变压器的低功率铁氧体
三、软磁材料产业概括
大分类I：
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
1武汉钢铁股份有限公司
2宝山钢铁股份有限公司
3鞍钢股份有限公司
4太原钢铁（集团）有限公司
5马鞍山钢铁股份有限公司
6涟源钢铁集团有限公司
7中国首钢集团公司
8上海矽钢有限公司冷轧分公司
9万鼎硅钢（集团）有限公司
10广东盈泉钢制品有限公司
2.坡莫合金坡莫合金常指铁镍系合金，镍含量在30~90%范围内。
是应用非常广泛的软磁合金。
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。
坡莫合金生产厂家：
东莞名爵金属材料公司、无锡胜钢超硬材料公司、江门佳和、深圳妆成、重庆纳洛克等。
现在国内用量仍达约2000t,产值达4亿元左右。
自20世纪90年代以来坡莫合金受到非晶和纳米晶软磁合金的强烈挑战和竞争。
3.非晶合金非晶态金属与合金是70年代问世的一个新型材料领域。
它的制备技术完全不同于传统的方法，而是采用了冷却速度大约为每秒一百万度的超急冷凝固技术，从钢液到薄带成品一次成型，比一般冷轧金属薄带制造工艺减少了许多中间工序，这种新工艺被人们称之为对传统冶金工艺的一项革命。
由于超急冷凝固，合金凝固时原子来不及有序排列结晶，得到的固态合金是长程无序结构，没有晶态合金的晶粒、晶界存在，称之为非晶合金，被称为是冶金材料学的一项革命。
这种非晶合金具有许多独特的性能，如优异的磁性、耐蚀性、耐磨性、高的强度、硬度和韧性，高的电阻率和机电耦合性能等。
目前美、日、德国已具有完善的生产规模，并且大量的非晶合金产品逐渐取代硅钢和坡莫合金及铁氧体涌向市场。
1979年美国AlliedSignal公司开发出非晶合金宽带的平面流铸带技术，并于1982年建成非晶带材连续生产厂，标志商业化生产。
到1989年，美国AlliedSignal公司已经具有年产6万吨非晶带材的生产能力，全世界约有100万台非晶配电变压器投入运行，所用铁基非晶带材几乎全部来源于该公司。
1988年日本日立金属公司的Yashizawa等人在非晶合金基础上通过晶化处理开发出纳米晶软磁合金（Finemet）。
纳米晶合金可以替代钴基非晶合金、晶态坡莫合金和铁氧体，在高频电力电子和电子信息领域中获得广泛应用，达到减小体积、降低成本等目的。
1988年当年，日立金属公司纳米晶合金既实现了产业化，并有产品推向市场。
1992年德国VAC公司开始推出纳米晶合金替代钴基非晶合金，尤其在网络接口设备上，如ISDN，大量采用纳米晶磁心制作接口变压器和数字滤波器件。
日立金属是在2003年购买了美国AlliedSignal公司50％的权益后而进入非晶合金业务这一领域的。
2006年底，日立金属目前已经把非晶产能从原来的约3万吨扩展到了6万吨，这使日立金属在这个领域处于绝对垄断的地位。
国内从事非晶软磁合金材料生产的单位约20多家,其中安泰科技股份有限公司（原钢铁研究总院部分转制上市）是国内非晶材料研究开发力量最强、产业规模最大的单位，也是上述国家科技攻关项目的主要承担单位。
目前具有年产非晶带材3000吨，纳米晶带材300吨的生产能力。
我国非晶合金带材的产业规模与德国相当，但远小于美国。
在电力领域，非晶、纳米晶合金均得到大量应用。
由于非晶合金的工频铁损仅为硅钢的1/5-1/3，利用非晶合金取代硅钢可使配电变压器的空载损耗降低60%-70%。
因此，非晶配电变压器作为换代产品有很好的应用前景。
A.配电变压器铁心。
美国通过使用这种变压器每年可节约近50×
109KWH的空载损耗，节能产生的经济效益约为35亿美元。
B.电力互感器铁心。
在变电站使用大量的电力互感器，它们对铁心材料的要求非常苛刻，不仅要求高的磁性指标（如高导磁率、高饱和磁感、低损耗等），而且要求铁心材料的整个磁化曲线满足一定的条件。
C.开关电源变压器及电感铁心。
由于国内厂商带材和变压器的生产没有形成规模，导致非晶材料和非晶变压器的成本较高，同等规格下非晶变压器的售价为S9的1.5倍，用户大约要7-8年才能通过节省的能耗收回初期增加的投资，虽然国家出台有关非晶变压器生产和使用者税收优惠的政策，但使用者积极性仍然不高，只有在非晶变压器的售价为S9的1.3倍（非晶铁心价格降为30元/公斤左右），用户大约要3-4年通过节省的能耗收回初期增加的投资，用户会有较强的积极性。
4.微晶、纳米晶合金属于特殊的非晶合金，铁基纳米晶合金是由铁元素为主，加入少量的Nb、Cu、Si、B元素所构成的合金经快速凝固工艺所形成的一种非晶态材料，这种非晶态材料经热处理后可获得直径为10－20纳米的微晶,弥散分布在非晶态的基体上，被称为微晶、纳米晶材料或纳米晶材料。
纳米晶软磁合金同时具有高饱和磁感和很低的高频损耗，且热稳定性好，是大功率开关电源用软磁材料的最佳选择。
采用纳米晶铁心的变压器的转换功率可达500kW，体积比功率铁氧体变压器减少50%以上。
目前在逆变焊机电源中纳米晶合金已经获得广泛应用，在通讯、电动交通工具、电解电镀等领域用开关电源中的应用正在积极开发之中。
北京冶科电子器材有限公司成立于2000年6月，是研制、生产、销售非晶、纳米晶带材及其铁芯制品的高新技术企业。
成熟产品有：
非晶、纳米晶带材，电流互感器铁芯、中频变压器铁芯、开关电源变压器铁芯、共模电感铁芯、大电流开口电感铁芯、仪表用精密电流互感器铁芯、滤波电感铁芯、差模电感铁芯、磁放大器铁芯、C型铁芯等两大类十九个系列，产品性能优异，在国内同行业中处于领先水平。
2011年1-12月，中国变压器、整流器和电感器制造业累计实现产品销售收入3223.77亿元，比上年同期增长16.76%，中国变压器、整流器和电感器制造业累计实现利润总额184.54亿元，上年同期为194.74亿元。
中国变压器、整流器和电感器制造业总规模以上企业数量1571家，亏损企业151家，亏损总额为19.24亿元，上年同期为5.76亿元。
中国变压器、整流器和电感器制造业产品销售税金及附加为14.61亿元，去年同期为11.74亿元，增长24.48%。
大分类II：
金属软磁粉芯是一种软磁材料，它是用金属或合金软磁材料制成的粉末，通过特殊的工艺生产出来的一种磁芯。
对于金属软磁粉芯的称呼，目前还是较为混乱不确切的：
如称为粉芯，铁粉芯、磁粉芯、金属磁粉芯等。
粉芯或磁粉芯顾名思义即为磁性粉末做的磁芯。
钕铁硼是以合金粉末生产的磁芯，但它是永磁材料。
同样，软磁铁氧体和硬磁铁氧体
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