软磁铁氧体材料的电磁性能和一致性是下游电子磁性元件客户产品的关键评价指标。产品性能由原料配方、生产设备、制备技术、生产过程控制等因素决定。因此,实现高性能磁性材料产品的规模化生产,不仅需要公司在技术研发层面不断改进原材料配方、开发新牌号的产品;还需要一支专业、经验丰富的生产管理团队,在生产实践过程中不断调试生产设备。完善生产过程的参数设置,实现理想的生产过程控制,充分保证产品的可塑性和一致性。上述实践经验短期内无法复制。以烧结过程为例,只有调整特定的气氛和温度曲线,适当控制烧结和冷却过程中的氧分压和温度,才能使烧结软磁铁氧体磁体制成磁芯达到合适的性能。
在下游电子产品加速升级、新兴产业对高性能电子磁性元件需求不断增加的背景下,软磁铁氧体生产企业对原材料配方的掌握、先进的工艺路线以及生产过程中的质量控制经验将成为高性能软磁铁氧体材料大规模供应的核心障碍是新进入者无法在短期内掌握最优的生产技术和工艺,并批量生产出具有高电磁性能和一致性的产品。
软磁铁氧体材料基本信息
根据磁性的强弱,物质的磁性可分为反磁性、顺磁性、反铁磁性、铁磁性和亚铁磁性,其中铁磁性和亚铁磁性物质属于强磁性物质。磁性材料通常指强磁性物质,主要由铁、钴、镍等过渡元素及其合金组成。
根据应用类型的不同,磁性材料可分为软磁材料、永磁材料和功能磁性材料。软磁材料是磁通密度和磁化强度低矫顽力的磁性材料。与硬磁材料相比,它们易于磁化和退磁。它们通常用于制备各种电子磁性元件,如电感器、电子变压器等。实现电力传输、电力转换、信号屏蔽等功能。
根据材料和结构的不同,软磁材料可分为金属软磁材料、软磁铁氧体以及非晶和纳米晶软磁合金。
金属软磁的典型代表是硅钢片,它是最早的软磁材料。由于其电阻率低、高频损耗高,因此更适合低频场景。金属软磁粉芯采用铁镍、铁硅、铁硅铝等合金软磁粉制成,改善了传统硅钢片频率高、损耗高的缺点。软磁铁氧体材料具有高电阻率和低饱和磁通密度。它们由于在中高频场景下损耗小、加工特性好而被广泛应用于许多领域。非晶合金软磁体是由合金溶液在快速冷却过程中制备成非晶合金薄带。纳米晶软磁是以非晶合金软磁为基础,通过适当的退火步骤得到纳米级软磁合金。上述材料在饱和磁通密度和电阻率方面具有较好的综合性能,但其技术成熟度低于金属软磁和软磁铁氧体。一般来说,不同类型的软磁材料由于电磁性能、技术成熟度、产品价格等方面的差异,应用于不同的需求场景。
软磁铁氧体根据配方不同主要有锰锌系、镍锌系和镁锌系等。其中锰锌铁氧体是应用最广泛、产量最多的软磁铁氧体材料。据QYResearch统计,2020年锰锌软磁铁氧体产量占软磁铁氧体总产量的75.6%。
软磁铁氧体材料的电磁性能是下游客户评价的关键因素。电磁特性的铁芯参数主要包括初始磁导率i、饱和磁通密度Bs、功率损耗Pcv、居里温度Tc。具体参数如下表所示:
软磁铁的生产及工业应用
磁芯的电磁性能很大程度上取决于磁粉材料的特性
1、电源产品
功率软磁铁氧体的初始磁导率一般在1000~4000范围内。主要应用于各种开关电源的电子变压器中,实现电压变换、电流变换、阻抗变换等功能。开关电源变压器需要在高频和大电流下保持良好的电磁性能,功率软磁铁氧体需要具有低功率损耗、高饱和磁通密度和宽温度特性。低功率损耗,减少能量传输过程中的发热和能量损失,提高转换效率;高饱和磁通密度使磁芯能够在大功率、大电流条件下工作;高居里温度使得磁芯能够应用于更多的高温环境。
据《中国磁性材料与器件行业年鉴(2020)》统计,功率铁氧体约占软磁铁氧体总量的55%。功率软磁铁氧体应用广泛。为了满足电子磁性元件轻量化、小型化、高效稳定的需求,需要不断提高其电磁性能。
2、高导电率产品
高导软磁铁氧体材料的初始磁导率一般可以达到5000以上,并且具有高电感、高阻抗的特点。高导软磁铁氧体材料具有较高的初始磁导率。在相同电感值要求下,可以减少所需的线圈匝数,从而达到减小电子磁性元件尺寸的目的;同时,高导软磁铁氧体材料的高电感值带来的高阻抗特性,使其有利于衰减高频电流,以达到抑制电磁干扰和滤波的功能。高导软磁铁氧体材料主要应用于数字网络、通信系统等领域的宽带变压器和脉冲变压器。上述领域的电子变压器对材料体积和导磁率有较高要求;此外,高导软磁氧材料还可用于EMI滤波器等组件中,以过滤和抑制杂波。
随着电子产品薄型化、小型化、轻量化的趋势日益凸显,抑制电磁污染的需求不断增加。电子产品需要减少设备本身对电网的干扰,提高其抗干扰能力。因此,对高导软磁铁氧体材料的需求不断增加。
工艺流程
软磁铁氧体材料的生产工艺可分为前端制粉工艺和后端制磁工艺。
磁性材料市场基本情况
磁性材料是国民经济生产过程中重要的基础材料,广泛应用于