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                      金屬軟磁粉芯

                       

                      金屬軟磁粉芯

                       

                      一、金屬軟磁粉芯概述

                             在 當今世界上各種科技領域中,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、非晶微晶軟磁材料和金屬軟磁粉芯。所謂軟磁材料是相對于硬磁或 者永磁材料而言的,所有的磁性材料都有一個共同的特性,就是具有高的飽和磁感應強度。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磁率。所不同的是硬磁材料被感應磁化了后,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別 就是其喬頑力極小,也就是說當你給它一個磁化場時,由于磁感應被磁化了具有磁性能。而當磁化場被去掉時,其磁性能消失不具備有磁性,這就是我們所說的軟磁 特性。所有的軟磁材料的另一共同特性,就是具有磁電轉換的特殊功能。正是由于這一特性,使得軟磁材料在各個科技領域得到愈來愈廣泛的應用。

                             金屬軟磁粉芯是一種軟磁材料,它是用金屬或合金軟磁材料制成的粉末,通過特殊的工藝生產出來的一種磁芯。對于金屬軟磁粉芯的稱呼,目前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的磁芯,但它是永磁材料。同樣,鐵氧體磁環和硬磁鐵氧體也都是磁性粉末生產的磁芯,如果簡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,因為鋁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。

                             金屬軟磁粉芯目前主要包括鐵粉芯、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配料、壓制、涂覆生產的磁芯。由于生產工藝較其他幾種簡單,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材質鐵粉芯到μe75的-26、-52等各種材質的鐵粉芯,適用于各種不同的使用場合。還有用鐵氧體摻入適量做的復合鐵粉芯,具有較高的導磁率,在某些使用場合可以彌補鐵粉芯導磁率較低的缺陷。

                             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出來的一種金屬軟磁粉芯。鐵硅鋁合金是二十世紀三十年代,由日本人增本亮和山本宏二人發明的。其發明地在日本仙臺縣,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,無法加工,故作為一種金屬軟磁材料,它遠不及各種坡莫合金那樣使用廣泛。鐵硅鋁磁粉芯開始由于其成型性能較差,使用并不多。近年由于鎳價的飛漲,使得鐵硅鋁磁粉芯性價比優良這一特性突出出來,從而使其用量迅速超過了MPP磁粉芯,成為目前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,反過來又促使其生產工藝技術的改進及產品質量的提高。

                            高通量磁粉芯(high flux cores)是以NiFe50坡莫合金制成的粉末生產的,其最大特點是具有高的飽和磁通密度,可高達1300mT以上,導磁率從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,也使得在某些使用場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。其導磁率可高達μe500以上。它是最具優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品中,它是最早獲得廣泛應用的。特別是在國防、軍工產品和高科技產品上,要求比較好的材料時都會選用鉬坡莫磁粉芯。

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

                             金屬軟磁粉芯主要以環形磁芯使用,從Φ3.6~77.8mm的各種常用規格,在國際上已形成通用標準化的尺寸。鐵粉芯最大規格達Φ130mm。為了增大容量可以數只磁芯疊繞使用。除環形磁芯外,各種U型和E型的金屬軟磁粉芯在國內外也形成了標準化的統一規格。

                      二、金屬軟磁粉芯的一般特性

                             每種新材料的出現,它都具有一些新的獨特的優良特性。在軟磁材料領域中,從金屬軟磁到鐵氧體軟磁、到非晶微晶軟磁,進而到金屬軟磁粉芯,都是在不 斷發展進步,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良特性,同時又最大限度的克服了二者的一些缺陷。到目前為止,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1500mT,高通量磁粉芯最高可達1300mT,鐵硅鋁磁粉芯的飽和磁通密度最高可達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800mT。這一性能保留了金屬軟磁的優點,是鐵氧體類軟磁材料所遠為不及的。

                      ②具有高的有效導磁率。如MPP類磁粉芯,在10KHz下,μe值可高達500以上。有效導磁率最低的鐵粉芯-26材質,在10KHz下,μe值也可達75左右。而我們曾用超坡莫類金屬軟磁軋至0.01mm厚,分條后通過電泳涂層卷芯處理后,其初始導磁率高達20萬,最大導磁率高于80萬。但在10KHz下測得μe值只有約60,遠不及金屬軟磁粉芯。

                      ③損耗低,頻率穩定性好,使用頻率范圍廣。各種材質和各不同導磁率的金屬軟磁粉芯,可適於從幾十赫茲到高達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不及的。

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

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

                      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特優良特性,就是具有良好的性能可控性。也就是說,在各類金屬軟磁粉芯的生產過程中,人們可以通過 控制和改變其生產工藝技術條件,生產出各種具有獨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。這對于提高產品的性能和質 量,特別是對于高科技和國防軍工領域,是具有非常重要意義的。

                            如磁性能一致性的控制,鐵粉芯由國外產品±10%縮小至±5%,合金系列產品由國外±8%也縮小至±5%,這在使用方面的好處,在后面應用部分說明。其他如溫度系數,通過改進處理工藝及添加補賞合金,可使其溫度系數低于100ppm以下,從而具有良好的溫度穩定性。還有在降低損耗、改善頻率特性等方面也可通過改進生產工藝而得到改善??傊?,通過改變生產工藝技術,可以使金屬軟磁粉芯具有某種獨特的優良特性,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。

                      三、金屬軟磁粉芯的應用

                             科學技術和社會的進步,對各個科技領域的發展提出了更高的要求。當今社會,高精度、高靈敏度和大容量、小型化是對各種電子產品提出的總要求和發展方向,這也 是對廣泛應用于各種電子產品中的軟磁材料提出的要求和發展方向。金屬軟磁粉芯的應用和發展,也正是為了適應這種要求和發展的。

                             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量精度了。 為了達到高的精度和高靈敏度對軟磁材料就提出了高導磁率、高磁性能穩定性和高一致性的要求。高有效導磁率和高磁性能穩定性這正是金屬軟磁粉芯優于其他軟磁 材料的特性。高的一致性對產品精度和靈敏度具有決定性的意義,如聲納的應用,離開了高精度和高靈敏度就失去了準頭!而我們為了某軍品延遲線圈磁芯要求,創 造了±0.125%高一致性批量供貨的世界最先進水平。

                             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、高的導磁率和低的損耗。而這些特性也是金屬軟磁粉芯優于其他軟磁材料的地方。

                             金屬軟磁粉芯由于具有優于其他軟磁材料的一系列優良特性,從而被迅速廣泛的應用于各個科技領域和工業領域。也由于金屬軟磁粉芯的應用,使得各種產品的性能得到改善,質量得到提高。促使社會和科學技術得到了發展和進步。

                             金屬軟磁粉芯主要以制作各種高性能電感元件用于各個科技領域的。各種高性能的電感元件用于各種控制、制導線路中,對于實現高精度、高靈敏度,大容量和小型化是多么重要!因此,在國防軍工和尖端科技領域,金屬軟磁粉芯的應用是具有多么重大的意義。

                            金屬軟磁粉芯可以設計應用做成各種變壓器,它們不僅能設計制造成各種高性能的小功率變壓器,也可設計生產各種較大功率的高頻功率變壓器。金屬軟磁粉芯還可用 于設計、生產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。這些性能優良的電子元器件,可以應用于各種磁電兼容系統而用于各科 技領域和工業領域,也可直接用于各種電子產品上。因此,鐵氧體磁環不僅在各種電子產品上得到廣泛應用,同時在飛機制造業、造船工業和汽車制造業等許多重 要工業領域中都得到廣泛的應用。在各種計算機、電腦、空調、彩電等家電產品及自動門控等各行業中都被廣泛的應用。


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