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非晶软磁合金材料及其产业现状与发展前景
[发布时间]:2009年4月28日 [来源]:网摘 [点击率]:13535
【导读】:     1、非晶软磁合金材料及其应用1.1 非晶软磁合金材料及其形成机理我们根据原子排列方式把物质划分为晶体和非晶体两类。物质里面的原子排列是整齐有序的叫做晶体物质的...

 

    在电力电子领域,随着高频逆变技术的成熟,传统大功率线性电源开始大量被高频开关电源所取代,而且为了提高效率,减小体积,开关电源的工作频率越来越高,这就对其中的软磁材料提出了更高的要求。硅钢高频损耗太大,已不能满足使用要求;铁氧体虽然高频损耗较低,但在大功率条件下仍然存在很多问题,一是饱和磁感低,无法减小变压器的体积;二是居里温度低,热稳定性差;三是制作大尺寸铁心成品率低,成本高。目前采用功率铁氧体的单个变压器的转换功率不超过20kW。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。
    在电子防窃系统中,早期利用钴基非晶窄带的谐波式防盗标签在图书馆中获得了大量应用。最近利用铁镍基非晶带材的声磁式防盗标签克服了谐波式防盗标签误报警率高、检测区窄等缺点,应用市场已经扩展到超级市场。可以预见,随开放式服务方式的发展,作为防盗防伪的非晶合金带材和丝材的应用会急剧增长。
    在电子信息领域,随着计算机、网络和通讯技术的迅速发展,对小尺寸、轻重量、高可靠性和低噪音的开关电源和网络接口设备的需求日益增长、要求越来越高。例如,为了减小体积,计算机开关电源的工作频率已经从20kHz提高到500kHz;为了实现CPU的低电压大电流供电方式,采用磁放大器稳定输出电压;为了消除各种噪音,采用抑制线路自生干扰的尖峰抑制器,以及抑制传导干扰的共模和差模扼流圈。因此,在开关电源和接口设备中增加了大量高频磁性器件。非晶、纳米晶合金在此大有用武之地。
    在民用产品中,变频技术有利于节约电能、并减小体积和重量,正在大量普及。但负面效应不可忽视,如果变频器中缺少必要的抑制干扰环节,会有大量高次谐波注入电网,使电网总功率因素下降。减少电网污染最有效的办法之一是在变频器中加入功率因数校正(PFC)环节,其中关键部件是高频损耗低、饱和磁感大的电感铁心。铁基非晶合金在此类应用中有明显优势,将在变频家电绿色化方面发挥重要作用。目前在变频空调中使用非晶PFC电感已经成为一个热点。
    目前在以下几个方面还存在推广应用市场:
    a、替代极薄硅钢产品,从上海钢研所极薄硅钢产品的市场需求知道,极薄硅钢(厚度     b、高磁导率和大功率磁心器件,由于国内铁氧体生产设备和技术条件的限制,高磁导率、高性能、大功率铁氧体难以满足国内市场需求,如采用非晶纳米晶材料取而代之,可以促使一些电子设备国产化、小型化。
    c、工作环境温度高和环境恶劣等的一些电子产品,如油田钻探、海洋探测等特殊环境使用的电子产品用的各种磁性器件,选用非晶纳米晶合金材料制作,可以物尽其用,避免选材上的困扰。
    d、航空、航天等军工产品用的各种磁性器件需要小而轻、温度稳定性好、磁性要求高,使用非晶纳米晶合金材料远优于其他软磁材料。
    e、高频、大电流、大功率电源变压器、电抗器、滤波器等器件的小型化,目前这些器件大都采用铁氧体或冷轧硅钢,工作频率f=20kHz,工作磁感B=0.2T~0.3T,如采用非晶纳米晶合金磁心,可将工作频率提高到f=40kHz~50kHz,工作磁感B=0.5T~0.6T,可以大大减小磁心器件的体积和尺寸。
    f、各种抗EMI器件、噪声抑制器和尖峰抑制器。
    总之,非晶、纳米晶合金不仅软磁性能优异,而且工艺简单、成本低廉,正在成为一类十分重要的、具有市场竞争优势的基础功能材料。可以预见,非晶、纳米晶材料对我国传统产业改造和高新技术快速发展将发挥越来越重要的作用。
    3.2未来发展方向
    在非晶合金的产业化发展过程中,非晶纳米晶合金带材及其铁心制品一直是主流,非晶丝材的研究开发和产业化是重要分支。1980年,日本Hagiwara首先提出采用内圆水纺法制备非晶合金丝材,随后日本的Unitika公司开始利用此法商业生产Fe基和Co基非晶丝,作为产业化的软磁材料,应用重点集中在图书馆和超市用防盗标签。此外,利用非晶丝材各种独特的物理效应开发各类高性能传感器一直受到特别关注。尤其最近在钴基非晶丝材中发现巨磁阻抗效应以来,高精度磁敏传感器的开发成为热点。
    1999年日本科学技术振兴事业团委托名古屋大学和爱知钢铁公司联合开发MI微型磁传感器和专用集成电路心片,目标是将非晶丝MI传感器用于高速公路汽车自动导航和安全监测系统。随着纳米科学技术和快淬技术的迅速发展,非晶纳米晶软磁合金材料也在不断进步,不仅现已产业化的薄带产品性能和质量大大提高,而且还在研制开发非晶纳米晶合金粉末及粉末制品、薄膜材料、复合材料等,这些新型纳米材料的研制开发及产业化将对电子变压器行业产生极大的潜在影响。

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