非晶纳米晶软磁材料和电子变压器分析

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1、非晶纳米晶软磁材料和电子变压器分析本文来自工控商务网：http://www.gkcity.com/1前言随着电子技术的不断发展，有源器件的进步，电子产品体积和重量大为减少，这就推动了包括电子变压器在内的电子元器件向轻、薄、小的方向发展。电子变压器的生产工艺面临一场巨大的变革，电子变压器向高频化、低损耗、重量轻、体积小方向发展是必然的趋势，作为电子变压器核心部件的软磁铁芯将是这场变革的首当其冲元件，因而推广应用具有高饱和磁感、高初始磁导率和高频损耗低的非晶纳米晶软磁合金材料用作电子变压器磁芯将大大促进电子变压器的小型化，满足电子行业的发展需要。目前随着纳米科学技术和快淬技术的发展，各种

2、新型纳米材料如纳米晶粉末材料、纳米薄膜材料和纳米颗粒膜材料等不断开发出来，这些新型纳米材料，一旦产业化，将大大促进电子变压器向高频、小型化、片式化方向发展。 2．非晶纳米晶合金材料在电子变压器中的应用一般来讲，电子变压器对其铁芯材料主要有以下要求：（1）高的饱和磁感；（2）尽可能低的高频损耗；（3）高的初始磁导率；（4）高的居里温度和良好的温度稳定性；（5）环境稳定性好，对应力不敏感；（6）有些用途如脉冲变压器还要求高的矩形比Br/Bs或低Br。非晶纳米晶软磁合金材料由于其带厚和电阻率等因素决定在50~1000kHz范围内（通常在几百kHz以下）能达到上述性能要求，这使得非晶纳米晶合

3、金目前在这一频段内开发应用非常活跃，已研制成各种各样的磁性器件广泛应用于电力工业、电子工业及电力电子领域，用作电流互感器、开关电源、逆变电源和程控交换机电源的变压器、电抗器、滤波器以及抗EMI器件等。 作者认为目前在以下几个方面存在推广应用市场：（1）．替代极薄硅钢产品，从上海钢研所极薄硅钢产品市场需求知道，极薄硅钢（厚度<0.1mm）在20世纪70年代大量用于400Hz以上各种电子元件如高频变压器、电抗器、磁屏蔽等，目前这方面市场需求较大，但供方难以满足市场需要，使用非晶纳米晶合金材料替代之，不仅可以提高产品性能、质量和促使小型化，而且价格上也有利可图。 （2）．高磁导率和大功率磁

4、芯器件，由于国内铁氧体生产设备、技术条件限制，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。 （3）．工作环境温度高和环境恶劣等的电子产品，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。（4）．航空航天等军工产品用的各种磁性器件，这些器件需要小而轻、温度稳定性好、磁性能要求高，使用非晶纳米晶合金材料远优于其他软磁材料。（5）．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

5、频率f=20kHz，工作磁感B=0.2-0.3T，如采用非晶纳米晶合金磁芯,将工作频率提高到f=40~50kHz，工作磁感B=0.5-0.6T，可以大大减小磁芯器件的体积和尺寸。 （6）．高精度精密互感器用磁芯，随着电力工业的发展，高精度计量用的精密电流互感器、精密电压互感器及检流计等需要采用高性能的磁性铁芯，传统的硅钢材料已无法满足其性能要求，只能选用铁基纳米晶合金和坡莫合金材料，两者的性价比是不言而愈的。 （7）．各种抗EMI器件、可饱和电抗器、尖峰抑制器和噪音抑制器等。 3．非晶纳米晶合金应用中值得说明的几个问题 虽然非晶纳米晶合金在我国已有20余年的应用历史，但仍有不少使用者

6、对这类材料应用有些疑虑，本人认为有必要在此说明一下：（1）．非晶纳米晶合金的时效稳定性问题非晶合金是从液态金属急冷而形成的，处于热力学亚稳定态，有向晶态转变的趋势。一旦发生严重晶化，合金磁性能将不复存在，故此有人担心非晶纳米晶合金铁芯使用中会因时效导致性能恶化。但实际上这种担心是多余的，一方面晶化要发生在非晶晶化温度(>350℃)以上，而实际使用中电子器件的工作温度不超过200℃，另一方面非晶纳米晶合金铁芯使用前均经过300℃一小时以上的退火热处理，结构已相当稳定，国内外这类铁芯20余年的应用历史也表明不会发生时效而导致性能变化。 （2）．非晶纳米晶合金合金的温度稳定性问题由表1可知

7、非晶纳米晶合金居里温度为300~560℃，远高于铁氧体等软磁材料。实际用于军工产品的温度试验结果也表明在-55~150℃范围内,非晶纳米晶合金磁性能的变化在5~10%，满足其性能要求，而且这种变化随温度是可逆的。因此该类合金材料具有良好的温度稳定性。 （3）．非晶纳米晶合金的耐冲击振动问题非晶纳米晶合金制成的磁性器件的耐冲击振动性能是非常可*的。非晶纳米晶合金制品已成功应用于军工产品，这些电子产品都需要进行严酷的耐冲击振动试验，有的高达30G，一般都是在铁