软磁材料的发展基本可以分为几个主要阶段?

软磁材料的发展基本可以分为几个主要阶段?

最佳答案 匿名用户编辑于2022/09/29 10:19

我来概括一下,内容都来自报告《软磁材料行业专题报告:新能源加速扩大软磁市场规模》,如果想要更多了解的话,可以前往原报告查看。

1. 第一阶段为传统金属软磁材料

纯铁是最早使用的软磁材料。纯铁资源丰富、价格低廉,是最早使用的软磁材料,其磁 导率高、饱和磁感应强度高,矫顽力低,具有良好的加工性能。但纯铁电阻率较低,因 此只适合在直流或低频条件下工作,在高频交变的涡流损耗很大。

19 世纪末硅钢片(Fe-Si 合金)研制成功,成为历史上第一种应用于交变强磁场的软磁材料。硅钢性能优于纯铁,电阻率是电工纯铁的几倍,涡流损耗低,而且易于批量生产, 现主要用于变压器铁心。

后人们研制出坡莫合金(即 Fe-Ni 系合金,镍含量在 30%-90%),可作为硅钢片补充应 用于弱磁场中。坡莫合金普遍特点是初始磁导率较高(37.5~125mH/m),在弱磁场中具 有极高磁导率(125~375mH/m),环境稳定性高,因此适宜用在弱磁场环境中。但由于 电阻率及矫顽力较低,生产工艺复杂及价格昂贵等限制性因素,应用范围受限,现主要 用于方波变压器、直流变换器、电流变压器、接地故障断路器和微电机等电子元件。

2. 第二阶段为铁氧体软磁

铁氧体软磁作为第二代软磁材料于 1935 年问世,适用于高频低功率应用场景。铁氧体 成分为具有磁性的 Fe2O3 与其他金属氧化物配置烧结而成的复合氧化物软磁材料,常 见的铁氧体软磁主要有 MnZn 铁氧体、NiZn 铁氧体和 MgZn 铁氧体 3 大系列。铁氧体 电阻率和磁导率较高,但由于其饱和磁强度较低,导致磁能存储能力较低,故而在磁能 密度要求较高和大功率领域的应用受限,更加适用于高频低功率场景。铁氧体软磁可批 量生产、性能稳定、机械加工性能高,可利用模具制成各种形状的磁芯,广泛应用于电 子元件中,如滤波器、电磁感应线、录像磁头以及汽车中的传感器等。

3. 第三阶段为非晶及纳米晶软磁

第三代软磁材料主要为非晶与纳米晶软磁材料,于 20 世纪 60 年代在美国和日本首次 工业化。非晶合金是通过在金属软磁的冶炼过程中加入玻璃化元素(硅、硼、碳等), 通过快淬技术使其成为非晶态,在保留金属软磁高饱和磁感应强度和高导磁率的同时提 高了电阻率,涡流损耗得以降低,是中、低频领域电能传输优选材料。目前非晶合金薄 带主要应用于全球配电变压器领域,在节能环保方面优于竞争品硅钢。

纳米晶软磁则是在非晶合金的基础上经过高度控制的退火环节,形成具有纳米级微晶体 和非晶混合组织结构的材料。与铁氧体软磁材料、非晶软磁材料等材料相比,纳米晶超 薄带因其高饱和磁度、低矫顽力、高初始磁导率、高居里温度等材料特性可以缩小磁性 器件体积、降低磁性器件损耗,属于新型磁性材料,综合磁性性能更为优异,在追求小 型化、轻量化、复杂温度的场景下,有着显著优势。纳米晶超薄带产品是制造电感、电 子变压器、互感器、传感器、无线充电模块等磁性器件的优良材料,主要应用于消费电 子、新能源汽车、家电、光伏、粒子加速器等领域,满足电力电子技术向大电流、高频 化、小型轻量、节能等发展趋势的要求,目前已在智能手机无线充电模块、新能源汽车 电机等产品端实现规模化应用。

4. 第四阶段为金属磁粉芯

金属磁粉芯又称软磁复合材料(SMC),于 20 世纪 80 年代产业化。金属磁粉芯是在铁 磁性粉末颗粒表面包裹绝缘介质后,采用粉末冶金工艺压制成所需形状得到的粉体材料, 具有高饱和磁通密度、高居里温度、软饱和特性以及更强的抗直流叠加能力、更宽的工 作温度范围等优点,结合了传统金属软磁和铁氧体软磁的优势,被誉为“第四代”软磁材 料。

金属磁粉芯可以满足电力电子器件小型化、高功率密度,高频化,集成化的要求,被作 为功率因数校正(PFC)电感、输出滤波电感、谐振电感、EMI 差模电感和反激式变压 器铁芯用于光伏逆变器、车载电源、开关电源、变频驱动等现代电力电子装置中。

随着大功率开关电源技术的快速发展和广泛应用,要求电子系统或设备在所处的电磁环境中能正常工作,不会对其他系统和设备造成干扰。由于金属磁粉芯因天然存在的微细 均匀气隙的结构,在电感使用时磁场泄漏少,这样的电感元件具有良好的电磁兼容性, 减少了漏磁场所带来的涡流损耗,金属磁粉芯因此得到了广泛的应用;进入二十一世纪, 随着逆变电路的高频、高功率密度化和电磁兼容性(EMC)的更高要求,金属磁粉芯的 产业化发展速度逐步超过了其它软磁材料。

 

参考报告

软磁材料行业专题报告:新能源加速扩大软磁市场规模.pdf

软磁材料行业专题报告:新能源加速扩大软磁市场规模。软磁材料是电动智能化时代的关键材料。磁性材料按照磁化后去磁的难易程度可以分为永磁材料和软磁材料。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,其主要功能是转换与传输电磁能量,被广泛用于各种电能变换设备中。未来高频、大功率、低功耗为重要发展方向,高端消费和工业电子、新能源、云计算、物联网、4G和5G通讯、电源供应器等新基建领域市场和新型消费电子为重要应用领域。尤其新能源领域的快速发展,将为软磁的应用打开需求空间。

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