软磁材料技术发展与产业概括一、软磁材料技术基础定义：能够迅速响应外磁场的变化，当磁化发生在矫顽力H c不大于100A/m （1.25Oe），这样的材料称为软磁体。

技术要求：能低损耗地获得高磁感应强度，即低损耗（P=涡流损耗Phv&磁损耗Pev）、高饱和磁感应强度（Ms），既容易受外加磁场磁化，也容易退磁，即高磁导率（μa）、高稳定性。

低损耗可以保证能量转换效率高，器件不容易发热；高饱和磁感应强度可以保证提供磁场强度大，最高的Fe-0.35Co合金拥有2.45T的饱和磁化强度，纯铁的有2.15T；容易磁化和退磁可以保证器件灵敏度。

材料分类：1.金属软磁，以硅钢片、坡莫合金、仙台合金等为代表，包括Fe系、Fe-Si系、Fe-Al系、Fe-Ni系、Fe-Si-Al系、Fe-Co系、Fe-Cr系等2.晶体软磁，又称铁氧体软磁材料，以Mn-Zn系、Ni-Zn系和Mg-Zn系为代表的各种软磁铁氧体3.非晶、纳米晶软磁材料，简称Finemet，有Fe基和Co 基两种非晶软磁材料；按制品形态分类：i.合金类，主要有硅钢片坡莫合金、非晶及纳米晶合金；ii.粉芯类，又称磁粉芯，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）；iii.铁氧体类：算是特殊的粉芯类，包括：锰锌系、镍锌系常用软磁材料特性：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。

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。

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。

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/mi n)的冷却棍表面.液态合金以106~108 K/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100 kw/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* l06 K/s冷却速度，得到约400 μm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。

铁镍基非晶材料纳米晶合金都有优良的软磁特计，同时它也可以用来取代铁氧体和铁合金片。

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。

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。

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。

可以用作通讯设粉料制备方法：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1一100 MHz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。

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滤波器三、软磁材料产业概括大分类I：合金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2.坡莫合金广泛的软磁合金。

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2000 t,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Allied Signal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Allied Signal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。