軟磁磁芯軟磁材料的發(fā)展

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(lèi): (1) 粉芯類(lèi): 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

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)。

(1) 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。鐵粉芯初始磁導(dǎo)率隨直流磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化。鐵粉芯初始磁導(dǎo)率隨頻率的變化

(2)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%Fe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。

(3) 鐵硅鋁粉芯(Kool Mμ Cores)

鐵硅鋁粉芯由9%Al、5%Si, 85%Fe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。

2、 軟磁鐵氧體(Ferrites)

軟磁鐵氧體

軟磁鐵氧體是以Fe2O3為主成分的亞鐵磁性氧化物，采用粉末冶金方法生產(chǎn)。有Mn-Zn、Cu-Zn、Ni-Zn等幾類(lèi)，其中Mn-Zn鐵氧體的產(chǎn)量和用量最大，Mn-Zn鐵氧體的電阻率低，為1~10 歐姆-米，一般在100kHZ 以下的頻率使用。Cu-Zn、Ni-Zn鐵氧體的電阻率為102~104 歐姆-米，在100kHz~10 兆赫的無(wú)線電頻段的損耗小，多用在無(wú)線電用天線線圈、無(wú)線電中頻變壓器。磁芯形狀種類(lèi)豐富，有E、I、U、EC、ETD形、方形(RM、EP、PQ)、罐形(PC、RS、DS)及圓形等。在應(yīng)用上很方便。由于軟磁鐵氧體不使用鎳等稀缺材料也能得到高磁導(dǎo)率，粉末冶金方法又適宜于大批量生產(chǎn)，因此成本低，又因?yàn)槭菬Y(jié)物硬度大、對(duì)應(yīng)力不敏感，在應(yīng)用上很方便。而且磁導(dǎo)率隨頻率的變化特性穩(wěn)定，在150kHz以下基本保持不變。隨著軟磁鐵氧體的出現(xiàn)，磁粉芯的生產(chǎn)大大減少了，很多原來(lái)使用磁粉芯的地方均被軟磁鐵氧體所代替。 國(guó)內(nèi)外鐵氧體的生產(chǎn)廠家很多，在此僅以美國(guó)的Magnetics公司生產(chǎn)的Mn-Zn鐵氧體為例介紹其應(yīng)用狀況。分為三類(lèi)基本材料:電信用基本材料、寬帶及EMI材料、功率型材料。

電信用鐵氧體的磁導(dǎo)率從750~2300, 具有低損耗因子、高品質(zhì)因素Q、穩(wěn)定的磁導(dǎo)率隨溫度/時(shí)間關(guān)系, 是磁導(dǎo)率在工作中下降最慢的一種，約每10年下降3%~4%。廣泛應(yīng)用于高Q濾波器、調(diào)諧濾波器、負(fù)載線圈、阻抗匹配變壓器、接近傳感器。寬帶鐵氧體也就是常說(shuō)的高導(dǎo)磁率鐵氧體，磁導(dǎo)率分別有5000、10000、15000。其特性為具有低損耗因子、高磁導(dǎo)率、高阻抗/頻率特性。廣泛應(yīng)用于共模濾波器、飽和電感、電流互感器、漏電保護(hù)器、絕緣變壓器、信號(hào)及脈沖變壓器，在寬帶變壓器和EMI上多用。功率鐵氧體具有高的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度，為4000~5000Gs。另外具有低損耗/頻率關(guān)系和低損耗/溫度關(guān)系。也就是說(shuō)，隨頻率增大、損耗上升不大;隨溫度提高、損耗變化不大。廣泛應(yīng)用于功率扼流圈、并列式濾波器、開(kāi)關(guān)電源變壓器、開(kāi)關(guān)電源電感、功率因素校正電路。

(二) 帶繞鐵芯

1、硅鋼片鐵芯

硅鋼片是一種合金，在純鐵中加入少量的硅(一般在4.5%以下)形成的鐵硅系合金稱(chēng)為硅鋼。該類(lèi)鐵芯具有最高的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度值為20000Gs;由于它們具有較好的磁電性能，又易于大批生產(chǎn)，價(jià)格便宜，機(jī)械應(yīng)力影響小等優(yōu)點(diǎn)，在電力電子行業(yè)中獲得極為廣泛的應(yīng)用，如電力變壓器、配電變壓器、電流互感器等鐵芯。是軟磁材料中產(chǎn)量和使用量最大的材料。也是電源變壓器用磁性材料中用量最大的材料。特別是在低頻、大功率下最為適用。常用的有冷軋硅鋼薄板DG3、冷軋無(wú)取向電工鋼帶DW、冷軋取向電工鋼帶DQ，適用于各類(lèi)電子系統(tǒng)、家用電器中的中、小功率低頻變壓器和扼流圈、電抗器、電感器鐵芯，這類(lèi)合金韌性好，可以沖片、切割等加工，鐵芯有疊片式及卷繞式。但高頻下?lián)p耗急劇增加，一般使用頻率不超過(guò)400Hz。從應(yīng)用角度看，對(duì)硅鋼的選擇要考慮兩方面的因素:磁性和成本。對(duì)小型電機(jī)、電抗器和繼電器，可選純鐵或低硅鋼片;對(duì)于大型電機(jī)，可選高硅熱軋硅鋼片、單取向或無(wú)取向冷軋硅鋼片;對(duì)變壓器常選用單取向冷軋硅鋼片。在工頻下使用時(shí)，常用帶材的厚度為0.2~0.35毫米;在400Hz下使用時(shí)，常選0.1毫米厚度為宜。厚度越薄，價(jià)格越高。

2、坡莫合金

坡莫合金鐵芯

坡莫合金常指鐵鎳系合金，鎳含量在30~90%范圍內(nèi)。是應(yīng)用非常廣泛的軟磁合金。通過(guò)適當(dāng)?shù)墓に?，可以有效地控制磁性能，比如超過(guò)105的初始磁導(dǎo)率、超過(guò)106的最大磁導(dǎo)率、低到2‰奧斯特的矯頑力、接近1或接近0的矩形系數(shù)，具有面心立方晶體結(jié)構(gòu)的坡莫合金具有很好的塑性，可以加工成1μm的超薄帶及各種使用形態(tài)。常用的合金有1J50、1J79、1J85等。1J50 的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度比硅鋼稍低一些，但磁導(dǎo)率比硅鋼高幾十倍，鐵損也比硅鋼低2~3倍。做成較高頻率(400~8000Hz)的變壓器，空載電流小，適合制作100W以下小型較高頻率變壓器。1J79 具有好的綜合性能，適用于高頻低電壓變壓器，漏電保護(hù)開(kāi)關(guān)鐵芯、共模電感鐵芯及電流互感器鐵芯。1J85 的初始磁導(dǎo)率可達(dá)十萬(wàn)105以上，適合于作弱信號(hào)的低頻或高頻輸入輸出變壓器、共模電感及高精度電流互感器等。

3、非晶及納米晶軟磁合金(Amorphous and Nanocrystalline alloys)

硅鋼和坡莫合金軟磁材料都是晶態(tài)材料，原子在三維空間做規(guī)則排列，形成周期性的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，存在著晶粒、晶界、位錯(cuò)、間隙原子、磁晶各向異性等缺陷，對(duì)軟磁性能不利。從磁性物理學(xué)上來(lái)說(shuō)，原子不規(guī)則排列、不存在周期性和晶粒晶界的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)對(duì)獲得優(yōu)異軟磁性能是十分理想的。非晶態(tài)金屬與合金是70年代問(wèn)世的一個(gè)新型材料領(lǐng)域。它的制備技術(shù)完全不同于傳統(tǒng)的方法，而是采用了冷卻速度大約為每秒一百萬(wàn)度的超急冷凝固技術(shù)，從鋼液到薄帶成品一次成型，比一般冷軋金屬薄帶制造工藝減少了許多中間工序，這種新工藝被人們稱(chēng)之為對(duì)傳統(tǒng)冶金工藝的一項(xiàng)革命。由于超急冷凝固，合金凝固時(shí)原子來(lái)不及有序排列結(jié)晶，得到的固態(tài)合金是長(zhǎng)程無(wú)序結(jié)構(gòu)，沒(méi)有晶態(tài)合金的晶粒、晶界存在，稱(chēng)之為非晶合金，被稱(chēng)為是冶金材料學(xué)的一項(xiàng)革命。這種非晶合金具有許多獨(dú)特的性能，如優(yōu)異的磁性、耐蝕性、耐磨性、高的強(qiáng)度、硬度和韌性，高的電阻率和機(jī)電耦合性能等。由于它的性能優(yōu)異、工藝簡(jiǎn)單，從80年代開(kāi)始成為國(guó)內(nèi)外材料科學(xué)界的研究開(kāi)發(fā)重點(diǎn)。目前美、日、德國(guó)已具有完善的生產(chǎn)規(guī)模，并且大量的非晶合金產(chǎn)品逐漸取代硅鋼和坡莫合金及鐵氧體涌向市場(chǎng)。

中國(guó)自從70年代開(kāi)始了非晶態(tài)合金的研究及開(kāi)發(fā)工作，經(jīng)過(guò)"六五"、"七五"、"八五"期間的重大科技攻關(guān)項(xiàng)目的完成，共取得科研成果134項(xiàng)，國(guó)家發(fā)明獎(jiǎng)2項(xiàng)，獲專(zhuān)利16項(xiàng)，已有近百個(gè)合金品種。鋼鐵研究總院現(xiàn)具有4條非晶合金帶材生產(chǎn)線、一條非晶合金元器件鐵芯生產(chǎn)線。生產(chǎn)各種定型的鐵基、鐵鎳基、鈷基和納米晶帶材及鐵芯，適用于逆變電源、開(kāi)關(guān)電源、電源變壓器、漏電保護(hù)器、電感器的鐵芯元件，年產(chǎn)值近2000萬(wàn)元。"九五"正在建立千噸級(jí)鐵基非晶生產(chǎn)線，進(jìn)入國(guó)際先進(jìn)水平行列。

目前，非晶軟磁合金所達(dá)到的最好單項(xiàng)性能水平為:

初始磁導(dǎo)率 μo = 14 × 104

鈷基非晶最大磁導(dǎo)率 μm= 220 × 104

鈷基非晶矯頑力 Hc = 0.001 Oe

鈷基非晶矩形比 Br/Bs = 0.995

鈷基非晶飽和磁化強(qiáng)度 4πMs = 18300Gs

鐵基非晶電阻率 ρ= 270μΩ/cm

常用的非晶合金的種類(lèi)有:鐵基、鐵鎳基、鈷基非晶合金以及鐵基納米晶合金。

其國(guó)家牌號(hào)及性能特點(diǎn)見(jiàn)表及圖所示，為便于對(duì)比，也列出晶態(tài)合金硅鋼片、坡莫合金1J79 及鐵氧體的相應(yīng)性能。這幾類(lèi)材料各有不同的特點(diǎn)，在不同的方面得到應(yīng)用。

牌號(hào)基本成分和特征:

1K101 Fe-Si-B 系快淬軟磁鐵基合金

1K102 Fe-Si-B-C 系快淬軟磁鐵基合金

1K103 Fe-Si-B-Ni 系快淬軟磁鐵基合金

1K104 Fe-Si-B-Ni Mo 系快淬軟磁鐵基合金

1K105 Fe-Si-B-Cr(及其他元素)系快淬軟磁鐵基合金

1K106 高頻低損耗Fe-Si-B 系快淬軟磁鐵基合金

1K107 高頻低損耗Fe-Nb-Cu-Si-B 系快淬軟磁鐵基納米晶合金

1K201 高脈沖磁導(dǎo)率快淬軟磁鈷基合金

1K202 高剩磁比快淬軟磁鈷基合金

1K203 高磁感低損耗快淬軟磁鈷基合金

1K204 高頻低損耗快淬軟磁鈷基合金

1K205 高起始磁導(dǎo)率快淬軟磁鈷基合金

1K206 淬態(tài)高磁導(dǎo)率軟磁鈷基合金

1K501 Fe-Ni-P-B 系快淬軟磁鐵鎳基合金

1K502 Fe-Ni-V-Si-B 系快淬軟磁鐵鎳基合金

400Hz: 硅鋼鐵芯 非晶鐵芯

功率(W) 45 45

鐵芯損耗(W) 2.4 1.3

激磁功率(VA) 6.1 1.3

總重量(g) 295 276

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)。

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。鐵粉芯初始磁導(dǎo)率隨直流磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化。鐵粉芯初始磁導(dǎo)率隨頻率的變化

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%Fe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。

(Kool Mμ Cores)

鐵硅鋁粉芯由9%Al、5%Si, 85%Fe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。

軟磁鐵氧體(Ferrites)

軟磁鐵氧體是以Fe2O3為主成分的亞鐵磁性氧化物，采用粉末冶金方法生產(chǎn)。有Mn-Zn、Cu-Zn、Ni-Zn等幾類(lèi)，其中Mn-Zn鐵氧體的產(chǎn)量和用量最大，Mn-Zn鐵氧體的電阻率低，為1~10 歐姆-米，一般在100kHZ 以下的頻率使用。Cu-Zn、Ni-Zn鐵氧體的電阻率為102~104 歐姆-米，在100kHz~10 兆赫的無(wú)線電頻段的損耗小，多用在無(wú)線電用天線線圈、無(wú)線電中頻變壓器。磁芯形狀種類(lèi)豐富，有E、I、U、EC、ETD形、方形(RM、EP、PQ)、罐形(PC、RS、DS)及圓形等。在應(yīng)用上很方便。由于軟磁鐵氧體不使用鎳等稀缺材料也能得到高磁導(dǎo)率，粉末冶金方法又適宜于大批量生產(chǎn)，因此成本低，又因?yàn)槭菬Y(jié)物硬度大、對(duì)應(yīng)力不敏感，在應(yīng)用上很方便。而且磁導(dǎo)率隨頻率的變化特性穩(wěn)定，在150kHz以下基本保持不變。隨著軟磁鐵氧體的出現(xiàn)，磁粉芯的生產(chǎn)大大減少了，很多原來(lái)使用磁粉芯的地方均被軟磁鐵氧體所代替。 國(guó)內(nèi)外鐵氧體的生產(chǎn)廠家很多，在此僅以美國(guó)的Magnetics公司生產(chǎn)的Mn-Zn鐵氧體為例介紹其應(yīng)用狀況。分為三類(lèi)基本材料:電信用基本材料、寬帶及EMI材料、功率型材料。

電信用鐵氧體的磁導(dǎo)率從750~2300, 具有低損耗因子、高品質(zhì)因素Q、穩(wěn)定的磁導(dǎo)率隨溫度/時(shí)間關(guān)系， 是磁導(dǎo)率在工作中下降最慢的一種，約每10年下降3%~4%。廣泛應(yīng)用于高Q濾波器、調(diào)諧濾波器、負(fù)載線圈、阻抗匹配變壓器、接近傳感器。寬帶鐵氧體也就是常說(shuō)的高導(dǎo)磁率鐵氧體，磁導(dǎo)率分別有5000、10000、15000。其特性為具有低損耗因子、高磁導(dǎo)率、高阻抗/頻率特性。廣泛應(yīng)用于共模濾波器、飽和電感、電流互感器、漏電保護(hù)器、絕緣變壓器、信號(hào)及脈沖變壓器，在寬帶變壓器和EMI上多用。功率鐵氧體具有高的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度，為4000~5000Gs。另外具有低損耗/頻率關(guān)系和低損耗/溫度關(guān)系。也就是說(shuō)，隨頻率增大、損耗上升不大;隨溫度提高、損耗變化不大。廣泛應(yīng)用于功率扼流圈、并列式濾波器、開(kāi)關(guān)電源變壓器、開(kāi)關(guān)電源電感、功率因素校正電路。

硅鋼片是一種合金，在純鐵中加入少量的硅(一般在4.5%以下)形成的鐵硅系合金稱(chēng)為硅鋼。該類(lèi)鐵芯具有最高的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度值為20000Gs;由于它們具有較好的磁電性能，又易于大批生產(chǎn)，價(jià)格便宜，機(jī)械應(yīng)力影響小等優(yōu)點(diǎn)，在電力電子行業(yè)中獲得極為廣泛的應(yīng)用，如電力變壓器、配電變壓器、電流互感器等鐵芯。是軟磁材料中產(chǎn)量和使用量最大的材料。也是電源變壓器用磁性材料中用量最大的材料。特別是在低頻、大功率下最為適用。常用的有冷軋硅鋼薄板DG3、冷軋無(wú)取向電工鋼帶DW、冷軋取向電工鋼帶DQ，適用于各類(lèi)電子系統(tǒng)、家用電器中的中、小功率低頻變壓器和扼流圈、電抗器、電感器鐵芯，這類(lèi)合金韌性好，可以沖片、切割等加工，鐵芯有疊片式及卷繞式。但高頻下?lián)p耗急劇增加，一般使用頻率不超過(guò)400Hz。從應(yīng)用角度看，對(duì)硅鋼的選擇要考慮兩方面的因素:磁性和成本。對(duì)小型電機(jī)、電抗器和繼電器，可選純鐵或低硅鋼片;對(duì)于大型電機(jī)，可選高硅熱軋硅鋼片、單取向或無(wú)取向冷軋硅鋼片;對(duì)變壓器常選用單取向冷軋硅鋼片。在工頻下使用時(shí)，常用帶材的厚度為0.2~0.35毫米;在400Hz下使用時(shí)，常選0.1毫米厚度為宜。厚度越薄，價(jià)格越高。

坡莫合金鐵芯

坡莫合金常指鐵鎳系合金，鎳含量在30~90%范圍內(nèi)。是應(yīng)用非常廣泛的軟磁合金。通過(guò)適當(dāng)?shù)墓に?，可以有效地控制磁性能，比如超過(guò)105的初始磁導(dǎo)率、超過(guò)106的最大磁導(dǎo)率、低到2‰奧斯特的矯頑力、接近1或接近0的矩形系數(shù)，具有面心立方晶體結(jié)構(gòu)的坡莫合金具有很好的塑性，可以加工成1μm的超薄帶及各種使用形態(tài)。常用的合金有1J50、1J79、1J85等。1J50 的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度比硅鋼稍低一些，但磁導(dǎo)率比硅鋼高幾十倍，鐵損也比硅鋼低2~3倍。做成較高頻率(400~8000Hz)的變壓器，空載電流小，適合制作100W以下小型較高頻率變壓器。1J79 具有好的綜合性能，適用于高頻低電壓變壓器，漏電保護(hù)開(kāi)關(guān)鐵芯、共模電感鐵芯及電流互感器鐵芯。1J85 的初始磁導(dǎo)率可達(dá)十萬(wàn)105以上，適合于作弱信號(hào)的低頻或高頻輸入輸出變壓器、共模電感及高精度電流互感器等。 3、非晶及納米晶軟磁合金(Amorphous and Nanocrystalline alloys)

硅鋼和坡莫合金軟磁材料都是晶態(tài)材料，原子在三維空間做規(guī)則排列，形成周期性的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，存在著晶粒、晶界、位錯(cuò)、間隙原子、磁晶各向異性等缺陷，對(duì)軟磁性能不利。從磁性物理學(xué)上來(lái)說(shuō)，原子不規(guī)則排列、不存在周期性和晶粒晶界的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)對(duì)獲得優(yōu)異軟磁性能是十分理想的。非晶態(tài)金屬與合金是70年代問(wèn)世的一個(gè)新型材料領(lǐng)域。它的制備技術(shù)完全不同于傳統(tǒng)的方法，而是采用了冷卻速度大約為每秒一百萬(wàn)度的超急冷凝固技術(shù)，從鋼液到薄帶成品一次成型，比一般冷軋金屬薄帶制造工藝減少了許多中間工序，這種新工藝被人們稱(chēng)之為對(duì)傳統(tǒng)冶金工藝的一項(xiàng)革命。由于超急冷凝固，合金凝固時(shí)原子來(lái)不及有序排列結(jié)晶，得到的固態(tài)合金是長(zhǎng)程無(wú)序結(jié)構(gòu)，沒(méi)有晶態(tài)合金的晶粒、晶界存在，稱(chēng)之為非晶合金，被稱(chēng)為是冶金材料學(xué)的一項(xiàng)革命。這種非晶合金具有許多獨(dú)特的性能，如優(yōu)異的磁性、耐蝕性、耐磨性、高的強(qiáng)度、硬度和韌性，高的電阻率和機(jī)電耦合性能等。由于它的性能優(yōu)異、工藝簡(jiǎn)單，從80年代開(kāi)始成為國(guó)內(nèi)外材料科學(xué)界的研究開(kāi)發(fā)重點(diǎn)。21世紀(jì)，美、日、德國(guó)有完善的生產(chǎn)規(guī)模，并且大量的非晶合金產(chǎn)品逐漸取代硅鋼和坡莫合金及鐵氧體涌向市場(chǎng)。

中國(guó)自從70年代開(kāi)始了非晶態(tài)合金的研究及開(kāi)發(fā)工作，經(jīng)過(guò)"六五"、"七五"、"八五"期間的重大科技攻關(guān)項(xiàng)目的完成，共取得科研成果134項(xiàng)，國(guó)家發(fā)明獎(jiǎng)2項(xiàng)，獲專(zhuān)利16項(xiàng)，已有近百個(gè)合金品種。

70年代后，非晶軟磁合金所達(dá)到的最好單項(xiàng)性能水平為:

初始磁導(dǎo)率 μo = 14 × 104

鈷基非晶最大磁導(dǎo)率 μm= 220 × 104

鈷基非晶矯頑力 Hc = 0.001 Oe

鈷基非晶矩形比 Br/Bs = 0.995

鈷基非晶飽和磁化強(qiáng)度 4πMs = 18300Gs

鐵基非晶電阻率 ρ= 270μΩ/cm

常用的非晶合金的種類(lèi)有:鐵基、鐵鎳基、鈷基非晶合金以及鐵基納米晶合金。其國(guó)家牌號(hào)及性能特點(diǎn)見(jiàn)表及圖所示，為便于對(duì)比，也列出晶態(tài)合金硅鋼片、坡莫合金1J79 及鐵氧體的相應(yīng)性能。這幾類(lèi)材料各有不同的特點(diǎn)，在不同的方面得到應(yīng)用。

牌號(hào)基本成分和特征:

1K101 Fe-Si-B 系快淬軟磁鐵基合金

1K102 Fe-Si-B-C 系快淬軟磁鐵基合金

1K103 Fe-Si-B-Ni 系快淬軟磁鐵基合金

1K104 Fe-Si-B-Ni Mo 系快淬軟磁鐵基合金

1K105 Fe-Si-B-Cr(及其他元素)系快淬軟磁鐵基合金

1K106 高頻低損耗Fe-Si-B 系快淬軟磁鐵基合金

1K107 高頻低損耗Fe-Nb-Cu-Si-B 系快淬軟磁鐵基納米晶合金

1K201 高脈沖磁導(dǎo)率快淬軟磁鈷基合金

1K202 高剩磁比快淬軟磁鈷基合金

1K203 高磁感低損耗快淬軟磁鈷基合金

1K204 高頻低損耗快淬軟磁鈷基合金

1K205 高起始磁導(dǎo)率快淬軟磁鈷基合金

1K206 淬態(tài)高磁導(dǎo)率軟磁鈷基合金

1K501 Fe-Ni-P-B 系快淬軟磁鐵鎳基合金

1K502 Fe-Ni-V-Si-B 系快淬軟磁鐵鎳基合金

400Hz: 硅鋼鐵芯 非晶鐵芯

功率(W) 45 45

鐵芯損耗(W) 2.4 1.3

激磁功率(VA) 6.1 1.3

總重量(g) 295 276