软磁分类应用

当磁化发生在Hc不大于1000A/m，这样的材料称为软磁体。典型的软磁材料，可以用最小的外磁场实现最大的磁化强度。

软磁材料主要特点:软磁材料(soft magnetic material)具有低矫顽力和高磁导率的磁性材料。软磁材料易于磁化，也易于退磁，广泛用于电工设备和电子设备中。应用最多的软磁材料是铁硅合金(硅钢片)以及各种软磁铁氧体等 。

软磁材料的发展 :

软磁材料在工业中的应用始于19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20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。到20年代，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40年代到60年代，是科学技术飞速发展的时期，雷达、电视广播、集成电路的发明等，对软磁材料的要求也更高，生产出了软磁合金薄带及软磁铁氧体材料。进入70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，除了传统的晶态软磁合金外，又兴起了另一类材料--非晶态软磁合金。

中国软磁材料行业存在的问题:

纵观中国磁性材料发展这么多年，取得这样的成绩，主要还是在于生产规模的扩大和生产硬件的投资。大批量产磁性产品的技术性能水平与国际先进水平还有一定的差距。中低档产品价格在无利润边缘竞争，无序而无规则。企业对高技术应用领域的磁性产品开发力度不够，不能首先占领新应用领域。在国内设备制造业没有按照新磁性产品生产需要而更新创新，高档材料的制造设备均靠引进。中国磁性材料与国外差距具体表现在以下几个方面:(1) 产品质量水平存在差距中国软磁材料的研究水平近几年来取得非常显著的进步，与国际同行相比有较大的提高，这主要与各企业以先进的同行为发展与竞争目标分不开，表一是天通软磁材料水平与国际同行相比较结果。中国软磁性材料水平有了一定的提高，但是很多新材料研发成果并没有真正转化为大生产，导致批量产品质量水平仍然存在一定的差距。除了材料水平外，产品性能一致性差、外观差、缺少名牌、供货不及时等因素很大程度上制约了中国磁性材料质量的快速提升。目前中国大批量生产软磁铁氧体的技术质量水平并不高，功率铁氧体的性能相当于日本TDK 公司产品的PC30 和PC40 牌号;高磁导率铁氧体的μ 值约在7000~10000 间;只有极个别单位能稳定小批量生产PC44牌号功率铁氧体和μ 值10000 以上的高磁导率铁氧体。(2) 价格差异大，中国磁性材料的平均出口价格约3.6 美元/ 公斤，而平均进口价格则在7 美元/ 公斤左右，中国磁性材料的进出口差价太大。而对于软磁方面，从国际市场售价来看，我国产品十分低廉，家用电器等用大磁芯，每吨售价约在1.5 万元左右，通信用小磁芯每吨售价约在3 万元左右，仅为日本同类产品价格的1/2~1/3。在钕铁錋方面，中国占世界产量的77% 但只拥有57% 的产值，产值与产量比值仅为0.74，远远小于日本的1.81 和欧洲的3.0。这除了销售渠道的原因外，还与我国产品档次低下、性能一致性差、外观差、缺少名牌、供货不及时等因素有直接关系。我国大多数软磁企业生产长期滞留于低档次产品，一方面影响本身技术水平和管理水平的提高，另一方面由于售价低、赢利水平低下，影响了扩大再生产，造成原材料及能源等资源的浪费，难以形成良性循环。通过适度发展我国高档次软磁铁氧体，对改善现有产品结构、增强竞争力、扩大与变压器、电感器等的配套以及出口创汇力度都具有非常重要的现实意义[1]。

软磁材料的发展趋势:

电子信息产业的高速发展，对高频电感元件(如高频变压器、小型电感器等)也提出了各种新的要求，随之也要求改进和提高作为电感元件的主要组成部分--铁氧体磁芯的性能。因此，对软磁铁氧体材料及磁芯元件也提出了更高的材料标准和要求，如元器件的小型化、片式化、高频化、高性能、低损耗等。在软磁铁氧体中，目前需求量最大及对性能改进要求最为迫切的材料是高频低功率损耗铁氧体材料和高磁导率铁氧体材料。高频低功率损耗铁氧体材料主要用于各种高频小型化的开关电源(如AC-DC、DC-AC 变换器)及显示器回扫变压器等;高磁导率铁氧体材料则主要用于宽带变压器、脉冲变压器用抗电磁波干扰器件等。据报导，这两种材料的产量已经占全部软磁铁氧体总产量的60%以上。对功率铁氧体材料的主要要求是:较高的磁导率(mi2000)、高的居里温度(Tc)、高表观密度(d)、高饱和磁感应强度(Bs)和高频下的超低磁芯损耗(Pc)。对高磁导率铁氧体材料的主要要求是:高的磁导率(mi12000)、高表观密度(d)、高频低场下低的磁芯损耗(tand/mi)和优良的频率扩展特性(f-L)。对铁氧体磁芯元件本身的主要要求是:最佳的电磁性能及性能的一致性、精确的机械尺寸及足够的机械强度和良好的工艺质量(包括外观质量和外形缺陷等)。

纵观近几年各国软磁铁氧体生产量的变化可以看出，世界软磁铁氧体的生产格局已经发生了很大变化。今后几年，日本、美国和西欧各国的软磁铁氧体生产虽然将继续保持负增长，但为充分利用亚太地区廉价的劳动力资源和原材料资源，这些国家的一些企业，如:Philips、Siemens、TDK、TOKIN、FDK、日立、川铁等在该地区(主要集中在中国大陆、台湾，印度以及东南亚各国)建立的铁氧体工厂(主要生产MnZn 铁氧体)的产量却不断增加，并且，这些企业向亚洲转移其生产工厂的趋势也正在加剧。发达国家铁氧体工厂的大量涌入，势必将会进一步加剧该地区在软磁铁氧体生产上的竞争。

早在 1996 年，美国国际磁性材料咨询公司高级顾问W.G. Hart 以及奥地利专家M. J. Ruthner 曾对全球软磁行业作了评估[3]，认为世界软磁铁氧(其中60%为MnZn 铁氧体)需求量的平均增长速度在以后的几年中将继续保持在1015%的水平，那么到2000 年全球软磁铁氧体总量将达到30 万吨，事实上这个估计还是比较客观的。可以预测，尽管在以后的几年中，由于世界电子行业的需求，软磁铁氧体的产量仍将有较大幅度的增长，但是竞争肯定将会变得更为激烈。因此，如何降低成本、提高效率、提高产品档次及市场竞争力将成为各个企业在竞争中能否成功的关键。这样，对各个企业来说，加强科学管理与技术创新就显得更为重要。

从原则上讲，磁性材料的宏观性质与其微观结构密切相关，要提高材料的宏观磁性能，就必须在磁性量子理论的指导下从分析、改进其微观结构入手，以获得相应的宏观磁性能。目前对纳米材料的研究及材料设计科学正是基于这样一种思想而发展起来的，即从第一原理(量子力学原理)出发来进行材料设计。在磁性材料方面，随着现代科学技术的发展，量子理论对自旋有序材料的成功解释及量子理论与微磁学的结合，磁性材料的发展已经进入了材料设计阶段，并进入了纳米时代。从材料设__计的角度来看，对高性能超低损耗功率铁氧体材料，应采用细密均匀晶粒方案，这就要求在制备超低功耗功率铁氧体材料时，除合理的主配方、采用复合掺杂体系添加适量的微量元素以及良好的烧结工艺外，更重要的是还应通过调整烧结温度和气氛来严格控制其显微结构，如晶粒的大小及分布、晶界结构、烧结密度等，使晶粒的分布尽可能地窄，并通过纳米结构控制技术来形成数量众多、总面积很大的高电阻晶界区;为有效抑制高频下迅速扩大的涡流损耗，还应设法提高晶粒本身的电阻率。

理论和实践都证明，要获得频率特性好、磁导率高(mi15000)的高磁导率铁氧体材料，材料的晶粒尺寸应大(D40m)而均匀，粒径分布要窄，气孔率要低，晶界应直而均匀，烧结体内部的应力要小，同时应努力增加畴壁数，以提高材料的起始磁导率mi。在MnZn 铁氧体中，由于起始磁导率和损耗都是结构敏感量，受微观结构的影响很大，所以对高磁导率铁氧体材料还应选用K1 和ls 都小的成份，同时，还要通过使添加的微量元素高浓度地偏析在晶界来控制内部应力。在烧结方面，应通过严格控制烧结温度、烧结时间和烧结气氛，同时采用烧结调节物来防止锌挥发(因为锌挥发不但容易使烧结体内部和表面附近的成份产生差异，而且容易使主成份发生偏离)，以获得密度高、晶粒大、晶粒尺寸均一的烧结体，只有这样，才能获得综合性能优异的高起始磁导率材料。

将软磁合金粉末与粘结剂和绝缘剂混合均匀后压制而成的磁粉芯材料是制作电感器件，尤其是高频、大电流和大功率电路中电感器件的关键元件，像永磁材料中的粘结磁体一样，其产品种类几乎遍及金属软磁材料的各个领域，常规的Fe 系粉芯虽然价格低廉，但高频特性不佳，Fe-Ni 类粉芯和Fe-Ni-Mo 类磁粉芯由于其Ni 含量较高(达50~80%)，所以成本很高。另外，还有FeSiAl 系、Fe-Cr系、Fe-Co 系等等几类磁粉芯。与它们比起来，用FeCuNbSiB 纳米晶合金材料制作的磁粉芯，由于特别适合于做高频、大电流和大功率条件下的各类开关电源、变换器及PFC 技术中的扼流圈、滤波电感及贮能电感等等，其市场前景很好。目前磁粉芯产品的发展势头很好，有望成为软磁材料中的一个新的增长点。

另外，纳米科技的发展在给传统磁性产业带来跨越式发展的重大机遇和挑战的同时，也给传统软磁铁氧体材料性能的提高提供了另一个切实可行__的方法，因为用纳米技术改造传统产业和对现有材料进行纳米改性也是纳米科技发展的重要方向之一。利用纳米材料的优异性能和特殊结构来全面提高传统软磁材料的综合性能的优点是在不用对现有设备进行大的技术改造的前提下，就可以达到全面提高企业传统材料的技术含量及质量等级的目的，并具有突破一点带动一片的战略意义。目前在这方面国内外已经做了大量研究工作，也取得了较快的进展，在有的材料领域已经有商品问世，所以提高传统软磁材料性能的研究中不失时机地抓住这一机遇同样具有重要意义，而这一点往往被国内业界所忽视。如果在这方面的研究中能取得突破，将对我国传统磁性产业的发展起到巨大的促进作用，对我国磁性产业的可持续发展也将具有十分重大的意义。

总之，软磁材料今后仍将沿着高 Bs、高m、高Tc、低Pc、低Hc 和高频化、小型化、薄型化方向发展，以满足磁性元件的日益薄膜化和小型化，甚至集成化的趋势。在今后10 年内，软磁铁氧体材料重点要发展高频低功耗、高磁导率材料和片式化的表面贴装元件;在非晶软磁合金和磁记录材料及高频软磁合金方面则重点发展纳米材料。

结语:

在软磁材料的发展过程中，20 世纪30 年代前为金属软磁的一统天下，五六十年代为软磁铁氧体的黄金时代;自从70 年代初开发成功非晶态软磁合金，80 年代末期开发成功纳米晶软磁材料以来，相继又发现了许多高起始磁导率和低矫顽力的纳米晶软磁材料，近年来又开发了许多高频特性优良的纳米颗粒结构的软磁材料。90 年代以来，纳米结构的金属磁性材料的崛起，已经成为软磁铁氧体有力的竞争者。目前传统的铁氧体软磁材料正朝着提高综合性能指标的方向发展。