图 1 2010 年世界和中国磁性材料产量
1.2 国外概况 早 在 20 世 纪 30 年 代 ， 荷 兰 和 日 本 首 次 研
制成功了软磁铁氧体材料， 进入 40 年代后发达 国家就实现了软磁铁氧体材料生产的工业化， 并完成了基础技术的发展工作， 而大多数国家 （包括中国） 软磁铁氧体材料的工业化生产是在 20 世纪 50 年代。 而就目前形势而言， 目前全球 磁性材料磁体的生产主要集中在亚洲， 日本以 高档磁体为主体； 中国以中低档磁体为主体， 并分割部分的高档产品市场； 其他东南亚国家 分 割 部 分 中 低 档 产 品 市 场 。 其 中 ， 磁 头 用 Fe Al - Si 软磁材料， 在国内仅有一家生产厂家， 同 时由于生产成本高、 铸锭有较高的气孔和夹杂 物 的 缺 陷 ， 材 料 利 用 率 低 ， 但 是 ， 国 内 对 Fe Al - Si 软磁材料的需 求 却 很 大 （见 图 2）， 目 前 的生产规模远远不能满足用户的需求。
2 工艺与设备
2.1 粉末冶金工艺与氧化法的局限性 2.1.1 传统粉末冶金-软磁材料的制备方法
粉末冶金工艺是一种无切削工艺， 它通常 要经过以下工艺过程： 金属粉末压制成型 → 烧
图 2 磁头材料的产量与销售额
结 → 后 处 理［2］。 考 虑 到 绝 大 多 数 难 熔 金 属 及 其 化合物、 多孔材料等大多数材料都能用粉末冶 金方法来制造， 而且粉末冶金方法能压制成最 终尺寸的压坯， 而不需要或很少需要随后的机 械加工， 故能大大节约金属， 降低产品成本， 此外粉末冶金工艺在材料生产过程中并不熔化 材料， 也就不怕混入由坩埚和脱氧剂等带来的 杂质， 保证材料成分配比的正确性和均匀性。 适宜于生产同一形状而数量多的产品， 特别是 齿轮等加工费用高的产品， 用粉末冶金法制造 能大大降低生产成本。 综合以上各方面的因素， Fe - Si - Al 软磁材料的生产在理论上是可 行 的 。 而通过相关实验论证， 因为铝的熔点为 660 ℃， 当压制胚体在真空炉烧结过程中， 烧结温度会 超过铝的熔点， 而导致铝融化， 材料不能成型， 故粉末冶金的方法在 Fe - Si - Al 软磁材料的制备 过程中存在局限性。 2.1.2 磁性材料的主要生产方法
实验用钴磁仪测量 Fe - Al - Si 软磁材料的矫 顽力， 分析材料磁性性能。 同磁饱和强度相比 其矫顽力同软磁材料的力学性能更为密切， 可 用矫顽力间接评估材料的力学性能。 值得注意 的是： 矫顽力 Hcb 在数值上总是小于剩磁 Jr。
4 研究应用及 - Al - Si 软磁材料的断口分析法 实验用数显半自动冲击试验机， 通过断口
Application and Development of Fe - Al - Si Soft Magnetic Material.
HUANG Yu， JING Yong， SUN Qin， YANG Chong
（School of Metallurgical Engineering， Hunan University of Technology， Zhuzhou 412007， China）
软磁材料作为一种功能材料已在国民经济 的各个领域得到广泛应用， 而且几乎覆盖了已 有各种频段的整机、 分机或元器件， 与人们的 日常生活密切相关。 由于电子信息技术的迅猛 发展， 对软磁材料的产量和品种需求日渐增多。 例如， 因为开关电源迅速推广和向小型化， 推 动了电子元件片式化的高速发展。 由于数字式 技术发展引起抗电磁干扰器件和脉冲变压器磁 芯需求增长， 单片阵列式、 小型、 薄型、 宽频 带、 多功能的抗 EMI 元器件。 以磁性粉末为原 料， 通过颗粒表面绝缘化处理和粉末冶金工艺 获得的软磁复合材料 （简 称 SMCs）， 具 有 良 好 的磁各向同性、 电阻率高以及易于制备复杂形
氧化物法主要是以氧化铁为原料， 这种方 法原料便宜、 工艺简单， 是目前工业生产的主 要方法， 但是， 对于软磁材料尤其是高导磁率 材料， 因为时常有离子半径较大的杂质 （如 Bao、 SrO、 PbO 等 ） 存 在 ， 大 大 降 低 了 材 料 的 磁性性能。 而在铁基软磁材料的制备中， 由于 对材料的磁性性能要求较高， 直接使用高质铁
料 性 能 分 析 ［3］。 3.2 Fe - Al - Si 软磁材料的金相组织分析
实验用莱卡显微镜对 Fe - Al - Si 软磁材料的 金相组织进行分析［4］， 莱卡金相显微镜 （德国徕 卡全手动正置型） DM2500M 主要特点： 可选配 带角度调节的目镜筒， 大大降低操作者的疲劳； 目 镜 视 野 直 径 22 mm； 物 镜 直 径 32 mm， 使 光 通 量 提 高 了 40% ， 拥 有 更 高 的 分 辨 率 和 景 深 ； 物镜转换手动控制； 可升级选配变倍器， 有 1.5X、 1.6X、 2X 三种可选； 明场、 暗场、 偏光、 干涉 观察方式手动转换。 观察其组织形态， 各相形 状， 大小、 分布及相对量等。 3.3 Fe - Al - Si 软磁材料的显微硬度测量
实 验 用 LEICA VMHT 30 型 显 微 硬 度 计 ， 采用压入法类型进行显微硬度的测量， 得到材 料硬度， 通过测量值的大小分析 Fe - Al - Si 软磁 材料表面抵抗塑性变形的能力。 显微硬度计的 特点： 试验力小， 对薄形样品或涂层均可测试； 压痕小， 可认为无损检测， 同时可在极小范围 内进行多点测试。 3.4 Fe - Al - Si 软磁材料的矫顽力的测量
第 41 卷 第 2 期 2013 年 4 月
金属材料与冶金工程 METAL MATERIALS AND METALLURGY ENGINEERING
Vol.41 No.2 Apr 2013
铁铝硅软磁材料的应用及发展
黄 宇，敬 勇，孙 钦，杨 重
（湖南工业大学 冶金工程学院， 湖南 株洲 412007）
2013 年第 2 期
黄 宇等： 铁铝硅软磁材料的应用及发展
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状器件［5］ 将成为今后开发的重点。 随着我国电子、 电子产业的快速崛起， 在
内需刺激下， 国内下游应用市场持续向好， 汽 车产业继续发展， 汽车电子市场还有较大潜力； 消费电子产品市场更新换代加快， 市场容量不 断 扩 大 ； 3G 通 讯 进 一 步 发 展 ， 市 场 有 一 定 空 间； 节能照明工程市场将在整合中快速发展； 新能源应用市场产业发展将是持续亮点。 我国 已成为全球最大的生产和消费国， 在不久的将 来， 全球一半以上的磁性材料都将用于供应中 国市场。 未来发展前景十分广阔。
的形态分析去研究一些断裂的基本问题： 如断 裂起因、 断裂性质、 断裂方式、 断裂机制、 断 裂韧性、 断裂过程的应力状态以及裂纹扩展速 率等。 如果要求深入地研究材料的冶金因素和 环境因素对断裂过程的影响， 通常还要进行断 口表面的微区成分分析、 主体分析、 结晶学分 析和断口的应力与应变分析等。 通过对 Fe - Al Si 软磁材料 的 断 口 进 行 观 察 分 析 ， 得 到 该 材 料 断裂的机理及与断裂有关的相关信息， 进行材
ABSTRACT： The present situation， material production， performance testing and prospect of Fe - Al - Si soft magnetic material are summarized. The advantages of vacuum melting technology are reviewed. Finally the development direction and foreground of the technology are prospected. KEY WORDS： Fe - Al - Si soft magnetic material； vacuum melting technology； foreground prospect
在制取 Fe - Al - Si 软磁材料的过程中， 为了 获得高质量的产品， 对真空熔炼工艺进行改进。 因为充气熔炼时气相压强将对［i］ → i 气产生阻 碍作用， 在熔炼过程中， 根据各种金属三相转 变的温度不同， 适时充入惰性气体， 从而达到 了减少有益金属元素的挥发， 减低了生产成本 的目的。 去气过程中， 去气效果主要取决于气 泡内外的分压差， 在真空熔炼过程中， 通入惰 性气体， 去气速度比挥发去气要快得多， 从而 降低了熔炼液中有害气体含量， 减少了铸锭过 程中材料的气泡与夹渣物的含量， 提高了材料 的性能和质量。
目前工业生产软磁材料的主要方法是氧化 法 。 用 Fe2+和 M2+ 的 水 溶 液 ， 加 入 碱 溶 液 （ 如 NaOH） ， 形 成 含 有 中 间 沉 淀 物 的 胶 体 悬 浮 液 ， 加热悬浮液 60 ~ 90 ℃ 保温， 均匀吹入纯净空气， 促使中间沉淀物氧化反应， 直至中间沉淀物消 失， 完全转变为尖晶铁氧体。
Fe - Al - Si 软磁材料具有很高的磁导率， 易 退磁， 磁滞损耗小， 适宜用于交变磁场中， 用 来制造电磁铁、 变压器、 电机和高频电磁元件 的铁心且广泛用于绿色照明、 电子产品的电感 和线圈、 太阳能光伏产业、 通信元器件、 磁头 等领域。 中国的磁性材料工业凭借丰富的资源 和劳动力的优势， 以及巨大的国内外市场的支 持， 从微不足道的产业一跃成为全球的前列。 纵观国际国内市场发展的需求， 磁性材料市场 前景十分光明。
摘 要： 综述了铁铝硅软磁材料的生产现状、 性能检测及展望， 介绍了真空熔炼技术的优越性， 以及该技
术的发展方向及前景。
关键词： 铁铝硅软磁材料； 真空熔炼技术； 前景展望 中图分类号： TG132.2+71， TM271+.2 文献标识码： A 文章编号： 2095 - 5014 （2013） 02 - 0054 - 04
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