金屬軟磁粉芯

金屬軟磁材料具有高的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度和良好的磁性能等優(yōu)良特性，但它存在兩大致命缺點(diǎn)：

其一是損耗大、高頻特性差。

其二是對(duì)應(yīng)力敏感，太嬌氣，磁性能穩(wěn)定性差。鐵氧體軟磁的最大優(yōu)點(diǎn)是損耗低，高頻特性好，有效導(dǎo)磁率高。

但其飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度低易飽和是其最大的缺陷，其次是磁性能穩(wěn)定性差。非晶微晶材料雖然在一定程度上較之金屬軟磁的損耗小些，使用頻率范圍廣些，但這種改善也是有限的。且與金屬軟磁一樣存在穩(wěn)定性差，有效導(dǎo)磁率不高，一致性無(wú)法控制的缺陷。

科學(xué)技術(shù)和社會(huì)的進(jìn)步，對(duì)各個(gè)科技領(lǐng)域的發(fā)展提出了更高的要求。當(dāng)今社會(huì)，高精度、高靈敏度和大容量、小型化是對(duì)各種電子產(chǎn)品提出的總要求和發(fā)展方向，這也 是對(duì)廣泛應(yīng)用于各種電子產(chǎn)品中的軟磁材料提出的要求和發(fā)展方向。金屬軟磁粉芯的應(yīng)用和發(fā)展，也正是為了適應(yīng)這種要求和發(fā)展的。

高精度和高靈敏度的要求二者是相一致的，并且是相輔相成的。如一臺(tái)天平靈敏度越高其感量就越??；而感量越小，其分辨率就越高，也就是具有更高的測(cè)量精度了。 為了達(dá)到高的精度和高靈敏度對(duì)軟磁材料就提出了高導(dǎo)磁率、高磁性能穩(wěn)定性和高一致性的要求。高有效導(dǎo)磁率和高磁性能穩(wěn)定性這正是金屬軟磁粉芯優(yōu)于其他軟磁 材料的特性。高的一致性對(duì)產(chǎn)品精度和靈敏度具有決定性的意義，如聲納的應(yīng)用，離開(kāi)了高精度和高靈敏度就失去了準(zhǔn)頭。而我們?yōu)榱四耻娖费舆t線圈磁芯要求，創(chuàng) 造了±0.125%高一致性批量供貨的世界最先進(jìn)水平。

同樣，大容量和小型化二者也相一致和相輔相成的。它要求采用具有高的飽和磁通密度、高的導(dǎo)磁率和低的損耗。而這些特性也是金屬軟磁粉芯優(yōu)于其他軟磁材料的地方。

金屬軟磁粉芯由于具有優(yōu)于其他軟磁材料的一系列優(yōu)良特性，從而被迅速?gòu)V泛的應(yīng)用于各個(gè)科技領(lǐng)域和工業(yè)領(lǐng)域。也由于金屬軟磁粉芯的應(yīng)用，使得各種產(chǎn)品的性能得到改善，質(zhì)量得到提高。促使社會(huì)和科學(xué)技術(shù)得到了發(fā)展和進(jìn)步。

金屬軟磁粉芯主要以制作各種高性能電感元件用于各個(gè)科技領(lǐng)域的。各種高性能的電感元件用于各種控制、制導(dǎo)線路中，對(duì)于實(shí)現(xiàn)高精度、高靈敏度，大容量和小型化是多么重要。因此，在國(guó)防軍工和尖端科技領(lǐng)域，金屬軟磁粉芯的應(yīng)用是具有多么重大的意義。

金屬軟磁粉芯可以設(shè)計(jì)應(yīng)用做成各種變壓器，它們不僅能設(shè)計(jì)制造成各種高性能的小功率變壓器，也可設(shè)計(jì)生產(chǎn)各種較大功率的高頻功率變壓器。金屬軟磁粉芯還可用 于設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造各種高性能的電子元器件，如各種濾波器、電感器、互感器、扼流圈等等。這些性能優(yōu)良的電子元器件，可以應(yīng)用于各種磁電兼容系統(tǒng)而用于各科 技領(lǐng)域和工業(yè)領(lǐng)域，也可直接用于各種電子產(chǎn)品上。因此，鐵氧體磁環(huán)不僅在各種電子產(chǎn)品上得到廣泛應(yīng)用，同時(shí)在飛機(jī)制造業(yè)、造船工業(yè)和汽車制造業(yè)等許多重 要工業(yè)領(lǐng)域中都得到廣泛的應(yīng)用。在各種計(jì)算機(jī)、電腦、空調(diào)、彩電等家電產(chǎn)品及自動(dòng)門控等各行業(yè)中都被廣泛的應(yīng)用。

金屬軟磁粉芯主要包括鐵粉芯、鐵硅鋁磁粉芯、高通量磁粉芯和鉬坡莫磁粉芯四大系列。

鐵粉芯(iron cores)是用高純鐵粉或羥基鐵粉經(jīng)配料、壓制、涂覆生產(chǎn)的磁芯。由于生產(chǎn)工藝較其他幾種簡(jiǎn)單，原材料最便宜，且具有較好的磁性能，是四大系列金屬軟磁粉芯中使用量最大、最為廣泛的一種。從μe10的－2材質(zhì)鐵粉芯到μe75的－26、－52等各種材質(zhì)的鐵粉芯，適用于各種不同的使用場(chǎng)合。還有用鐵氧體摻入適量做的復(fù)合鐵粉芯，具有較高的導(dǎo)磁率，在某些使用場(chǎng)合可以彌補(bǔ)鐵粉芯導(dǎo)磁率較低的缺陷。

鐵硅鋁磁粉芯(sendust cores)是用含鋁5.4%、硅9.6%、其余為鐵的合金制成的粉末生產(chǎn)出來(lái)的一種金屬軟磁粉芯。鐵硅鋁合金是二十世紀(jì)三十年代，由日本人增本亮和山本宏二人發(fā)明的。其發(fā)明地在日本仙臺(tái)縣，故又稱為Sendust合金，它是一種較好的軟磁材料。但由于其性能又硬又脆，無(wú)法加工，故作為一種金屬軟磁材料，它遠(yuǎn)不及各種坡莫合金那樣使用廣泛。鐵硅鋁磁粉芯開(kāi)始由于其成型性能較差，使用并不多。由于鎳價(jià)的飛漲，使得鐵硅鋁磁粉芯性價(jià)比優(yōu)良這一特性突出出來(lái)，從而使其用量迅速超過(guò)了MPP磁粉芯，成為三種合金系列的軟磁粉芯中使用量最大、最為廣泛的一種。μe10～μe147各種性能檔的鐵硅鋁磁粉芯，凡是能取代MPP等的地方，就都可改用鐵硅鋁磁粉芯了。由于需求量大增，反過(guò)來(lái)又促使其生產(chǎn)工藝技術(shù)的改進(jìn)及產(chǎn)品質(zhì)量的提高。

高磁通磁粉芯(high flux cores)是以NiFe50坡莫合金制成的粉末生產(chǎn)的，其最大特點(diǎn)是具有高的飽和磁通密度，可高達(dá)1300mT以上，導(dǎo)磁率從μe10～μe160的各種性能檔磁芯都比其他兩種合金系列的飽和值要高。由于這一特點(diǎn)，也使得在某些使用場(chǎng)合就非得用它不可了。

鉬坡莫磁粉芯(M.P.P cores)是用Ni81Mo2坡莫合金粉末生產(chǎn)的一種金屬軟磁粉芯。在四大系列金屬軟磁粉芯中，又以鉬坡莫磁粉芯的綜合性能為最好。其導(dǎo)磁率可高達(dá)μe500以上。它是最具優(yōu)良特性的金屬軟磁粉芯的典型代表。因此在三種合金系列產(chǎn)品中，它是最早獲得廣泛應(yīng)用的。特別是在國(guó)防、軍工產(chǎn)品和高科技產(chǎn)品上，要求比較好的材料時(shí)都會(huì)選用鉬坡莫磁粉芯。

除了上述四大系列的軟磁粉芯外，鐵硅系列及非晶微晶系列的金屬軟磁粉芯也在逐步擴(kuò)大使用。

金屬軟磁粉芯主要以環(huán)形磁芯使用，從Φ3.6～77.8mm的各種常用規(guī)格，在國(guó)際上已形成通用標(biāo)準(zhǔn)化的尺寸。鐵粉芯最大規(guī)格達(dá)Φ130mm。為了增大容量可以數(shù)只磁芯疊繞使用。除環(huán)形磁芯外，各種U型和E型的金屬軟磁粉芯在國(guó)內(nèi)外也形成了標(biāo)準(zhǔn)化的統(tǒng)一規(guī)格。

每種新材料的出現(xiàn)，它都具有一些新的獨(dú)特的優(yōu)良特性。在軟磁材料領(lǐng)域中，從金屬軟磁到鐵氧體軟磁、到非晶微晶軟磁，進(jìn)而到金屬軟磁粉芯，都是在不 斷發(fā)展進(jìn)步，性能不斷改善提高。金屬軟磁粉芯，它既保留了金屬軟磁和鐵氧體軟磁的一些優(yōu)良特性，同時(shí)又最大限度的克服了二者的一些缺陷。在四大類別軟磁材料中，是綜合性能最好的一種軟磁材料。其主要特性如下：

①具有高的飽和磁通密度。鐵粉芯的飽和磁通密度最高可達(dá)1500mT，高通量磁粉芯最高可達(dá)1300mT，鐵硅鋁磁粉芯的飽和磁通密度最高可達(dá)1000mT，就連四大系列金屬軟磁粉芯中飽和磁通密度最低的MPP類磁粉芯最高也可達(dá)800mT。這一性能保留了金屬軟磁的優(yōu)點(diǎn)，是鐵氧體類軟磁材料所遠(yuǎn)為不及的。

②具有高的有效導(dǎo)磁率。如MPP類磁粉芯，在10KHz下，μe值可高達(dá)500以上。有效導(dǎo)磁率最低的鐵粉芯－26材質(zhì)，在10KHz下，μe值也可達(dá)75左右。而我們?cè)贸履惤饘佘洿跑堉?.01mm厚，分條后通過(guò)電泳涂層卷芯處理后，其初始導(dǎo)磁率高達(dá)20萬(wàn)，最大導(dǎo)磁率高于80萬(wàn)。但在10KHz下測(cè)得μe值只有約60，遠(yuǎn)不及金屬軟磁粉芯。

③損耗低，頻率穩(wěn)定性好，使用頻率范圍廣。各種材質(zhì)和各不同導(dǎo)磁率的金屬軟磁粉芯，可適於從幾十赫茲到高達(dá)30兆赫的很寬頻帶下使用。這一特性是金屬軟磁和非晶微晶軟磁所遠(yuǎn)不及的。

④由于有上述三條優(yōu)點(diǎn)，金屬軟磁粉芯具有良好的交直流疊加穩(wěn)定性。這對(duì)于許多交直流場(chǎng)同時(shí)存在的使用情況下是具有重要意義的。這也是它優(yōu)于其他幾種軟磁材料的地方。

⑤具有良好的磁性能穩(wěn)定性。這一特性對(duì)于使用和保證產(chǎn)品質(zhì)量是非常重要的。如果不能保證磁性能穩(wěn)定性，非常精密的儀器會(huì)變得不能用而造成損失。金屬軟磁粉芯在頻率穩(wěn)定性和溫度穩(wěn)定性等方面都優(yōu)于其他幾類材料。

⑥它還有一條非常重要的，也是其他任何軟磁材料所不具備的獨(dú)特優(yōu)良特性，就是具有良好的性能可控性。也就是說(shuō)，在各類金屬軟磁粉芯的生產(chǎn)過(guò)程中，人們可以通過(guò) 控制和改變其生產(chǎn)工藝技術(shù)條件，生產(chǎn)出各種具有獨(dú)特性能的金屬軟磁粉芯，從而能最大限度地滿足各種使用條件下的各種不同要求。這對(duì)于提高產(chǎn)品的性能和質(zhì) 量，特別是對(duì)于高科技和國(guó)防軍工領(lǐng)域，是具有非常重要意義的。

如磁性能一致性的控制，鐵粉芯由國(guó)外產(chǎn)品±10%縮小至±5%，合金系列產(chǎn)品由國(guó)外±8%也縮小至±5%，這在使用方面的好處，在后面應(yīng)用部分說(shuō)明。其他如溫度系數(shù)，通過(guò)改進(jìn)處理工藝及添加補(bǔ)賞合金，可使其溫度系數(shù)低于100ppm以下，從而具有良好的溫度穩(wěn)定性。還有在降低損耗、改善頻率特性等方面也可通過(guò)改進(jìn)生產(chǎn)工藝而得到改善。總之，通過(guò)改變生產(chǎn)工藝技術(shù)，可以使金屬軟磁粉芯具有某種獨(dú)特的優(yōu)良特性，從而為人們很好的加以利用是金屬軟磁粉芯的又一特性，且是為人們所用最重要的特性。

在當(dāng)今世界上各種科技領(lǐng)域中，廣泛使用的軟磁材料有四大類別：金屬軟磁材料、鐵氧體磁環(huán)、非晶微晶軟磁材料和金屬軟磁粉芯。

所謂軟磁材料是相對(duì)于硬磁或者永磁材料而言的，所有的磁性材料都有一個(gè)共同的特性，就是具有高的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度。硬磁材料由于具有高的飽和磁感而具有高的磁能積；而軟磁材料由于具有 高的飽和磁感因而具有高的導(dǎo)磁率。所不同的是硬磁材料被感應(yīng)磁化了后，由于喬頑力大磁性不能消失，所以更確切的稱之為永磁材料。

軟磁材料和永磁材料的區(qū)別 就是其喬頑力極小，也就是說(shuō)當(dāng)你給它一個(gè)磁化場(chǎng)時(shí)，由于磁感應(yīng)被磁化了具有磁性能。而當(dāng)磁化場(chǎng)被去掉時(shí)，其磁性能消失不具備有磁性，這就是我們所說(shuō)的軟磁特性。所有的軟磁材料的另一共同特性，就是具有磁電轉(zhuǎn)換的特殊功能。正是由于這一特性，使得軟磁材料在各個(gè)科技領(lǐng)域得到愈來(lái)愈廣泛的應(yīng)用。

對(duì)于金屬軟磁粉芯的稱呼，還是較為混亂不確切 的：如稱為粉芯，鐵粉芯、磁粉芯、金屬磁粉芯等。

粉芯或磁粉芯顧名思義即為磁性粉末做的磁芯。

釹鐵硼是以合金粉末生產(chǎn)的磁芯，但它是永磁材料。同樣，鐵氧體磁環(huán)和硬磁鐵氧體也都是磁性粉末生產(chǎn)的磁芯，如果簡(jiǎn)單的把金屬軟磁粉芯看作是磁性粉末做的磁性材料的話，這些材料都可以歸作一類，稱作粉芯或磁粉芯。同 樣，金屬磁粉芯的稱呼也是不確切的，因?yàn)殇X鎳鈷合金等永磁材料都可以制成粉末磁芯。所以，把它定義為金屬軟磁粉芯。這樣稱呼既確切、明確指明了它的軟磁 特性，又不易與其他材料相混淆。2100433B

粉芯類特點(diǎn)如下：

磁粉芯

磁粉芯是由鐵磁性粉粒與絕緣介質(zhì)混合壓制而成的一種軟磁材料。由于鐵磁性顆粒很小(高頻下使用的為0.5～5微米)，又被非磁性電絕緣膜物質(zhì)隔開(kāi)，因此，一方面可以隔絕渦流，材料適用于較高頻率;另一方面由于顆粒之間的間隙效應(yīng)，導(dǎo)致材料具有低導(dǎo)磁率及恒導(dǎo)磁特性;又由于顆粒尺寸小，基本上不發(fā)生集膚現(xiàn)象，磁導(dǎo)率隨頻率的變化也就較為穩(wěn)定。主要用于高頻電感。磁粉芯的磁電性能主要取決于粉粒材料的導(dǎo)磁率、粉粒的大小和形狀、它們的填充系數(shù)、絕緣介質(zhì)的含量、成型壓力及熱處理工藝等。

常用的磁粉芯有鐵粉芯、坡莫合金粉芯及鐵硅鋁粉芯三種。

磁芯的有效磁導(dǎo)率μe及電感的計(jì)算公式為：μe = DL/4N2S × 109

其中：D為磁芯平均直徑(cm)，L為電感量(享)，N為繞線匝數(shù)，S為磁芯有效截面積(cm2)。

鐵粉芯

常用鐵粉芯是由碳基鐵磁粉及樹(shù)脂碳基鐵磁粉構(gòu)成。在粉芯中價(jià)格最低。飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度值在1.4T左右;磁導(dǎo)率范圍從22～100;初始磁導(dǎo)率μi隨頻率的變化穩(wěn)定性好;直流電流疊加性能好;但高頻下?lián)p耗高。

坡莫合金粉芯

坡莫合金粉芯主要有鉬坡莫合金粉芯(MPP)及高磁通量粉芯(High Flux)。

MPP

是由81%Ni、2%Mo及Fe粉構(gòu)成。主要特點(diǎn)是：飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度值在7500Gs左右;磁導(dǎo)率范圍大，從14～550;在粉末磁芯中具有最低的損耗;溫度穩(wěn)定性極佳，廣泛用于太空設(shè)備、露天設(shè)備等;磁致伸縮系數(shù)接近零，在不同的頻率下工作時(shí)無(wú)噪聲產(chǎn)生。主要應(yīng)用于300kHz以下的高品質(zhì)因素Q濾波器、感應(yīng)負(fù)載線圈、諧振電路、在對(duì)溫度穩(wěn)定性要求高的LC電路上常用、輸出電感、功率因素補(bǔ)償電路等，

在AC電路中常用，粉芯中價(jià)格最貴。

高磁通粉芯HF是由50%Ni、50?粉構(gòu)成。主要特點(diǎn)是：飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度值在15000Gs左右;磁導(dǎo)率范圍從14～160;在粉末磁芯中具有最高的磁感應(yīng)強(qiáng)度，最高的直流偏壓能力;磁芯體積小。主要應(yīng)用于線路濾波器、交流電感、輸出電感、功率因素校正電路等，在DC電路中常用，高DC偏壓、高直流電和低交流電上用得多。價(jià)格低于MPP。

鐵硅鋁粉芯(Kool Mμ Cores)

鐵硅鋁粉芯由6%Al、9%Si、85?粉構(gòu)成。主要是替代鐵粉芯，損耗比鐵粉芯低80%，可在8kHz以上頻率下使用;飽和磁感在1.05T左右;導(dǎo)磁率從26～125;磁致伸縮系數(shù)接近0，在不同的頻率下工作時(shí)無(wú)噪聲產(chǎn)生;比MPP有更高的DC偏壓能力;具有最佳的性能價(jià)格比。主要應(yīng)用于交流電感、輸出電感、線路濾波器、功率因素校正電路等。有時(shí)也替代有氣隙鐵氧體作變壓器鐵芯使用。

到20世紀(jì)初，研制出了硅鋼片代替低碳鋼，提高了變壓器的效率，降低了損耗。硅鋼片在電力工業(yè)用軟磁材料中仍居首位。到20年代，無(wú)線電技術(shù)的興起，促進(jìn)了高導(dǎo)磁材料的發(fā)展，出現(xiàn)了坡莫合金及坡莫合金磁粉芯等。從40年代到60年代，是科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的時(shí)期，雷達(dá)、電視廣播、集成電路的發(fā)明等，對(duì)軟磁材料的要求也更高，生產(chǎn)出了軟磁合金薄帶及軟磁鐵氧體材料。進(jìn)入70年代，隨著電訊、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)等行業(yè)的發(fā)展，研制出了磁頭用軟磁合金，除了傳統(tǒng)的晶態(tài)軟磁合金外，又興起了另一類材料-非晶態(tài)軟磁合金。2100433B

鐵、鈷、鎳三種鐵磁性元素是構(gòu)成磁性材料的基本組元。 　按（主要成分、磁性特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)）制品形態(tài)分類： 　(1) 粉芯類： 磁粉芯，包括：鐵粉芯、鐵硅鋁粉芯、高磁通量粉芯（high flux）、坡莫合金粉芯（mpp）、鐵氧體磁芯 　(2) 帶繞鐵芯：硅鋼片、坡莫合金、非晶及納米晶合金