(1)软磁材料行业发展现状及应用范围分析 软磁材料品种繁多,产品需求与材料技术与时俱进。磁性材料指能在磁场激发下产生磁性能的材料,主要分为软磁(多用于电气电路控制)、永磁材料(多用于高性能电机)等。 软磁材料:是具有低矫顽力和高磁导率的磁性材料,易于磁化,也易于退磁,从磁滞回线上反应更加细长,其主要功能是导磁、电磁能量的转换与传输,广泛用于各种电气电路,尤其伴随EV/绿色能源转型,电气电路功率传输与控制需求大幅提升,催化软磁材料需求及技术工艺快速迭代; 永磁材料:(又称硬磁材料)具有宽磁滞回线、高矫顽力和高剩磁的特性,具备转换、传递、处理、存储信息和能量等功能,应用范围广泛,如汽车、家电、工业电机等领域对永磁材料有着广泛需求。 软磁材料主要可分为金属软磁与铁氧体软磁:金属软磁中,工业纯铁、硅钢、坡莫合金出现最早,后续逐步发展出非晶纳米晶带材、磁粉芯等高端软磁材料。铁氧体软磁材料出现时间较早,目前主要包含锰锌、镍锌、镁锌三类。 软磁材料主要应用于制备电感磁芯(变压器中称为铁心),提升电感的“储存磁场能量”的功能。以最简单的空心电感线圈为例,假设此时有直流电通过,根据电磁感应定律,线圈内部及周围将产生磁场,若此时断开电流,内部储存磁场将以电能形式释放。但由于空气储存磁场的能力较弱(磁导率低),部分磁场会从线圈间隙中“溢出”,即“漏磁”现象。加入一个高磁导率的磁芯后,磁场将更多被限制在电感线圈内部,从而增加电感储存磁场的能力。按照应用领域区分,软磁材料主要应用于电力变压以及电子电路领域。 电力变压领域:主要承担电网发电与用电侧升降压功能,功率较大,主要采用硅钢、非晶带材制备。 电子电路领域:主要采用铁氧体、坡莫合金、磁粉芯、纳米晶等材料通过粉末冶金工艺制成电感,在电路中承担逆变(交流直流转换)、升降压、信号处理等功能。 (2)软磁材料的应用前景分析 常用软磁磁芯的种类包括: 粉芯类: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)、铁氧体磁芯。 绕铁芯:硅钢片、坡莫合金、非晶及纳米晶合金。 常用软磁磁芯的特点及应用 ①粉芯类 a.磁粉芯。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,主要用于高频电感。 b.铁粉芯。常用铁粉芯是由碳基铁磁粉及树脂碳基铁磁粉构成。在粉芯中价格最低。 c.坡莫合金粉芯。坡莫合金粉芯主要应用于300kHz以下的高品质因素Q滤波器、感应负载线圈、谐振电路、在对温度稳定性要求高的LC电路上常用、输出电感、功率因素补偿电路等,在AC电路中常用,粉芯中价格最贵。 d.铁硅铝粉芯。铁硅铝粉芯主要是替代铁粉芯,损耗比铁粉芯低80%,可在8kHz以上频率下使用,在不同的频率下工作时无噪声产生;具有最佳的性能价格比。主要应用于交流电感、输出电感、线路滤波器、功率因素校正电路等。 e.软磁铁氧体。软磁铁氧体多用在无线电用天线线圈、无线电中频变压器。由于软磁铁氧体不使用镍等稀缺材料也能得到高磁导率,粉末冶金方法又适宜于大批量生产,因此成本低,又因为是烧结物硬度大、对应力不敏感,在应用上很方便。随着软磁铁氧体的出现,磁粉芯的生产大大减少了,很多原来使用磁粉芯的地方均被软磁铁氧体所代替。 ②带绕铁芯 a.硅钢片铁芯。硅钢片是一种合金,在纯铁中加入少量的硅形成的铁硅系合金称为硅钢。由于它们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。 b.坡莫合金。坡莫合金常指铁镍系合金,是应用非常广泛的软磁合金。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等,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。 c.非晶及纳米晶软磁合金。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。由于它的性能优异、工艺简单,从80年代开始成为国内外材料科学界的研究开发重点。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。 磁性材料能覆盖大量的电子、电气产品,是材料行业的基础、骨干工业部门之一。随着中国电子、电气工业的快速崛起,中国已经成为全球最大的磁性材料生产、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。很多高技术磁性材料、元件也将主要由中国企业生产、采购。磁性材料也将成为中国国民经济中的支柱产业之一。由此可见,项目前景非常广阔。
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