关于非晶，纳米晶磁性材料的基本知识和应用综述
连长庆
98．12
目录
一什么是硬磁，什么是软磁
二什么是非晶
三什么是纳米晶
四非晶合金分类，特性及应用概述五应用综述
六目前市场中客户应用较多的方面七在电源方面的应用
八磁学基本知识
九磁放大器的设计计算基础
十B—H 测试
一，什么是硬磁（Hard Ferrite）、什么是软磁(Soft Ferrite): 硬磁（又叫永磁）：材料本身具有磁性，或经过充磁以后磁性会保持下来的材料叫硬磁，如：钕、锶、硼；
软磁：本身无磁性，经过充磁以后产生磁场，结束充磁，其磁性消失的材料称为软磁。
这种材料称为软磁，它分为四大类：硅钢片、铁氧体、铁粉芯，非晶合金。
二，什么是非晶(Amorphous):
非晶(态)是对晶态而言，一般金属在高温冶炼成液态,在常温下慢慢冷却，液态金属就有足够的时间，进行金属晶格的有序排列，最后形成一般的固态金属，非晶合金采用超急冷凝固技术,把温度在1000℃以上合金溶液以每秒10万度的降温速度进行急速冷却,到300℃（钢水从1200℃下降到300℃要9mS）左右而形成厚度为15_30微米的固体薄带材料,在冷却过程中由于时间很短，来不及形成完整的晶格，所以其分子的排列、组合出现无序状态，就叫非晶；铁基非晶主要元素是：铁、硅、硼等组成。
三，什么是超微晶（Nanocrystal）:
铁基超微晶(又称纳米晶)合金其主要元素除铁、硅、硼外还加入了铜、钼、铌。
其中铜和铌是茯得纳米晶结构的重要元素，首先制成非晶然后将上述非晶带材再进过适当的温度处理形成尺度为10-20nm晶粒，且有弥散分布的组织结构，这种合金又叫做纳米晶合金。
由铁、钴、硅、硼等金属材料按一定的比例混合而成的合金非晶叫钴基非晶。
非晶(或纳米晶)合金具有独特的物理(电、磁)，化学性能，人们利用其独特的性能制造出各种新形磁性材料如纳米磁芯等。
四，非晶软磁合金分类及性能
非晶软磁合金可分为四类：铁基非晶、铁镍基非晶、钴基非
晶、铁基超微晶，它们具有高Bs，高μ，高直方比，低损耗
等特点。
其特性及应用如下：
铁基非晶：具有高的饱和磁感应强度、磁导率。
铁损和激磁电流均优于硅钢片，空载铁损低（是硅钢片的1/5-1/3），用于作配电变压器铁芯，电抗器、互感器的电感。
铁镍基非晶：中等的饱和磁感应强度，高的初始导磁率和最大导磁率，高的矩形比用于漏电保护器，代替坡莫合金；
钴基非晶：饱和磁滞伸缩系数（λs）接近零，优异的软磁性能有很好的韧性、高的矩形比（Br/Bm），大量应用在图书馆，超市做防盗窃装置的传感器、磁放大器、ISDN信号转换器;
超微晶(纳米晶)：高的磁导率、高的磁感应强度，低的矫顽力，低的高频损耗，广泛用于开关电源，逆变整流电源高频变压器，精密互感器，漏电保护器；
非晶的娇顽力与导磁率及磁感应强度的关系如下
μ(相对导磁率)
107
102
0.1 1 10 100 1000 104(A/m)
矫顽力HC(安/米A/m)
矫顽力越大,导磁率越小
磁感应強度(T)
3.0
0.0
0.1 1 10 100 1000 10(A/m)
矫顽力(安/米A/m)
矫顽力越大,磁感应强度越大
五，应用综述：
1.高μ特性
非晶磁性器件的高导磁率特性应用于：
脉冲变压器磁屏蔽
升压变压器噪声过滤器
高频变压器电流传感器
变换器漏电开关
2.高B，低损耗P特牲
非晶磁性器件的低铁损特性应用于
扼流圈电抗器
高频变压器(圆形开一边开气隙抗饱和) 配电变压器
3.高直方比(矩形比)
非晶磁性器件的高矩形比特性应用于
磁放大器磁性调压器
尖峰抑制器(在D或三极管串联一个非晶) 脉冲缓冲铁芯电流控制器磁开关
4.耐腐蚀特性
非晶磁性器件的耐腐蚀特性应用于
磁性过滤器（液体中除去铁粉）
5.高磁致伸缩特性
非晶磁性器件的高磁致伸缩特性应用于：
压力传感器变位调谐变压器
转钜传感器防盗磁性传感器
磁性延迟线
⒍居里温度特性
非晶磁性器件的低居里温度特性应用于温度传感器
六、目前市场中客户较多应用的方面是
1.在个人计算机中电源用做磁放大器做3.3V稳压电源，供CPU
使用具有电路结构简单，工作稳定，价格低；
2.大量应用于漏电保护开关，过去每个房间，设一个漏电保护开
关，现在许多用电工具设备都装设有漏电保护装置，如：电热
水壶，砂轮锯，电钻等等，市场特别大；
3.智能数字式电表（瓦特表）；
4.汽车音响作滤波器；
5.图书馆，超市作防盗窃带；
6.通讯产品中的ISDN信号变压器；(邮电部门)
七在电源方面的应用(省电效率高) 1/2LI2
非晶磁芯在高频电源中的应用见下图
5 L
电路中
①叫CMC 共模电感—要求高μ
要求阻止高频干扰进出,因此对高频信要有高的阻抗，阻抗计算式为2πFL，电感L越高越好。
F是频率，L是电感。
L＝(N2×μ×Ae)/Al μ导磁率、Ae有效截面积、Al有效磁路长度。
只有μ导磁率高才能胜任。
②叫DMC 差模电感
差模电感通过的电流是单方向的，即直流，所以要求有好的直流
偏置特性，通过直流后还能保持很大的电感大阻抗才大才能有效地阻止杂波，同时要求高B才能体积小，小的损耗(Pc)才不会有过高的温度。
P F C
③叫PFC (有源)功率因素调节器
它流过的电流是直流，所以要求有好的直流偏置特性(通常都要用开口铁芯)，也要求高B，低损
④叫SR(Square Loop Cores)是磁放大器磁芯，亦称可饱和磁芯
要求
a/高的直方比来减少死角电压(相当于二极管，三极管的电压降)此电压Vd=Nφ(1-Br/Bm)/T，直方比Br/Bm越小Vd就越大，
b/矫顽力Hc小才能使控制电流小(此电流好比三极管的基极偏流)，
c/损耗小(pc值小),过高的Bs和Hc会增大损耗，从而使磁芯温度高。
⑤L 是储能滤波电感
电感L所存储的能量W=1/2L2，又流过很大的直流，所以要Bs 高，损耗低，直流偏置特性好。
八磁学基本知识(见其他文章)。