1K107非晶纳米晶材料及应用参考课件

1、1K107,非晶纳米晶材料,及应用,主讲：技术部,变压器,电磁器件工作原理,电磁互感,通过闭合铁芯，利用互感现象实现了,电能,磁场能,电能,转化,U,1,I,1),变化的磁场,U,2,I,2,1,U,2,U,1,u,2,u,L,Z,1,u,1,i,1,e,2,e,2,u,2,i,软磁材料铁芯发展,电力变压器,电磁元器件,19,世纪末,纯铁、软钢和无硅钢,铁粉、氧化铁、细铁丝等,20,世纪初,硅钢片,热轧磁性硅钢片,冷轧无取向硅钢片,冷轧晶粒磁性硅钢片,坡莫合金、坡莫合金磁粉,软磁铁氧体,软磁合金薄带,20,世纪末,非晶态合金,非晶纳米晶合金,常用的软磁磁芯种类,铁、钴、镍三种铁磁性元素是构成磁

2、性材,料的基本组元,按,主要成分、磁性特点、结构特点,制,品形态分类,1,粉芯类,磁粉芯，包括,铁粉芯、铁硅铝粉芯、高磁通量粉芯,High,Flux,坡莫合金粉芯,MPP,铁氧体磁芯,2,带绕铁芯：硅钢片、坡莫合金、非晶及,纳米晶合金,牌号和基本成分,1K101,Fe-Si-B,快淬软磁铁基合金,1K201,高脉冲磁导率快淬软磁钴基合金,1K102,Fe-Si-B-C,快淬软磁铁基合金,1K202,高剩磁比快淬软磁钴基合金,1K103,Fe-Si-B-Ni,快淬软磁铁基合金,1K203,高磁感低损耗快淬软磁钴基合金,1K104,Fe-Si-B-Ni Mo,快淬软磁铁基合金,1K204,高频低损

3、耗快淬软磁钴基合金,1K105,Fe-Si-B-Cr,及其他元素,快淬软磁,铁基合金,1K205,高起始磁导率快淬软磁钴基合金,1K106,高频低损耗,Fe-Si-B,快淬软磁铁基合,金,1K206,淬态高磁导率软磁钴基合金,1K107,高频低损耗,Fe-Nb-Cu-Si-B,快淬软磁,铁基纳米晶合金,1K501,Fe-Ni-P-B,快淬软磁铁镍基合金,1K502,Fe-Ni-V-Si-B,快淬软磁铁镍基合金,国内外非晶合金产业的发展史,1967,年：美国的,Duwez,教授率先发明液态金属,快淬技术制造非晶合金软磁材料,1971,年：美国,Allied Signal,联信）公司开发出,非晶合

4、金宽带的平面流铸制带技术，当时可制成,宽度为,20mm,的非晶合金带材,1982,年：美国,Allied Signal,建成非晶合金带材连,续生产厂，先后推出命名为,Metglas,系列非晶合,金带材，标志着非晶合金产业化和商品化的开始,2003,年底日立金属并购,Honeywell,的,Metglas,部门，于,2007,年突破年产,5,万吨,国内安泰科技是研究开发非晶合金材料较早的公,司,非晶合金带材的炼制生产过程示意图,液态熔融状态下经过超急速冷却（冷却速度,106,S,形成厚度,0.02,0.04mm,的固态带状金属,与传统硅钢片制造工艺相比，工艺大大简化，节能，无污染,材料特性,各向

5、同性的软磁材料,厚度极薄，仅为,0.025mm,填充系数低,电阻率高，涡流损耗小,硬度大，切割要求高,易碎,机械应力敏感，受力后会影响性能,不同软磁材料的物理性能,硅钢片与非晶材料的微观差异,原子排列,硅钢片,非晶材料,磁滞回线比较,图中曲线所包围的封闭面积代表磁性材料在磁场交替循,环中以热的形态散失的能量,不同软磁材料的磁性能,非晶合金与硅钢的主要性能比较,非晶合金,冷轧硅钢,饱和磁感应强度,1.56T,2.03T,矫顽力,4A/m,30A/m,居里温度,415,745,单位铁损,1.3T,50Hz,0.18W/kg,1.2W/kg,电阻率,140.cm,50.cm,密度,7.18 g/cm

6、3,7.65 g/cm3,维氏硬度,860 hg/cm2,饱和磁致伸缩系数,30,10,6,10,10,6,最大导磁率,200,000,10,000,厚度,0.02,0.04 mm,0.23,0.33 mm,纳米晶与铁氧体铁芯性能比较,基本参数,纳米晶铁芯,铁氧体铁芯,饱和磁感,Bs,T,1.25,0.5,剩余磁感,Br,T,20KHz,0.20,0.2,铁损,20KHz/0.2T,W/Kg,3.4,7.5,铁损,20KHz/0.5T,W/Kg,35,不能使用,铁损,50KHz/0.3T,W/Kg,40,不能使用,导磁率,20KHz,Gs/Oe,20,000,2,000,矫顽力,Hc(A/m,

7、1.60,6,饱和磁致伸缩系数,10,6,2,4,电阻率,muOhm,cm,80,10,6,居里温度,570,200,铁芯叠片系数,0.70,铁基非晶合金,组成,80t,20%Si,B,类金属元素,性能,1,高饱和磁感应强度,1.54T,2,与硅钢片的损耗比较：磁导率、激磁,电流和铁损等都优于硅钢片。特别是铁,损低（为取向硅钢片的,1/3,1/5,，代,替硅钢做配电变压器可节能,60,70,应用,广泛应用于配电变压器、大功率开,关电源、脉冲变压器、磁放大器、中频变,压器及逆变器铁芯，适合于,10kHz,以下,频率使用,铁基非晶合金,铁镍基非晶合金,坡莫合金,组成,40%Ni,40t,及,20,

8、类金属元素,性能,1,具有中等饱和磁感应强度,0.8T,较高的初始磁导率和很高的最大磁,导率以及高的机械强度和优良的韧性,2,在,中、低频率下具有低的铁损,3,空气中热处,理不发生氧化，经磁场退火后可得到很好,的矩形回线,应用,广泛用于漏电开关、精密电流互感,器铁芯、磁屏蔽等,铁氧体,组成,铁氧体是由铁的氧化物及其他配料烧结而成。一般,可分为永磁铁氧体、软磁铁氧体和旋磁铁氧体三种。软磁,铁氧体是由三氧化二铁和一种或几种其他金属氧化物（例,如：氧化镍、氧化锌、氧化锰、氧化镁、氧化钡、氧化锶,等）配制烧结而成,性能,具有低饱和磁感应强度,0.5T,，低矫顽力，高电,阻率和较低的居里温度，所以软磁铁

9、氧体的温度稳定性不,理想,应用,它主要用作各种电感元件，如滤波器磁芯,变压,器,磁芯、无线电磁芯，以及,磁带录音,和录像磁头等，也是,磁记录,元件的关键材料,铁基纳米晶合金,组成,铁元素为主，加入少量的,Nb,Cu,Si,B,元素所,构成的合金，经快速凝固工艺形成一种非晶态材料。热,处理后获得直径为,10,20 nm,的微晶,弥散分布在非晶态,的基体上，被称为微晶、纳米晶材料,性能,具有优异的综合磁性能，高饱和磁感、高初始磁,导率、低,Hc,高磁感下的高频损耗低，电阻率比坡莫合,金高。经纵向或横向磁场处理，可得到高,Br,或低,Br,值,是目前市场上综合性能最好的材料,应用,广泛应用于大功率开

10、关电源、逆变电源、磁放大,器、高频变压器、高频变换器、高频扼流圈铁芯、电流,互感器铁芯、漏电保护开关、共模电感铁芯等电磁转换,功能的元器件中,铁基纳米晶合金,非晶纳米晶的应用,随着非晶纳米晶铁芯的普及和市场应用的拓展,近几年非晶合金铁芯的价格的火热期已过，像漏,保、电力互感器、电感器、小功率型及,C,型变压,器等中低端电子器件用的非晶纳米晶铁芯目前相,对比较稳定呈缓慢下降趋势，目前价格已经低于,4,万元,吨。同时一些对性能要求较高的精密电流互,感器、共模电感器、中高频大功率变压器等应用,器件对非晶纳米晶的需求量在不断上升，个别铁,芯价格达,10,万元,吨，利润可观,精密（高频）电流互感器铁芯,

11、应用领域,电子电度表,精密功率表,机械控制中电流过载保护,工业自动化中电流控制,性能特点,高磁导率，低角差、低比差,与坡莫合金相比具有更高的,饱和磁通密度，测量电流范,围更广,低铁损,较好的温度稳定性,共模滤波电感铁芯,共模噪声抑制作用，在精密设备保护，电网,EMI,谐波过滤等各种,EMC,场合广,泛应用,应用领域,过滤电路中的电磁干扰信号,开关电源,UPS,不间断电源,变频器,EMC,滤波器,逆变焊机,光伏逆变器,风电,电动汽车,电磁炉等,性能特点,具有高导磁率,优良的频率特性,极大的磁导率调节范围,突出的抗不平衡电流能力,优良的温度稳定性,大功率变压器铁芯,随着高频逆变技术的成熟，逆变,电

12、源体积小、重量轻、效率高的,优势愈加明显。作为逆变焊机心,脏的主变压器，由于工作频率提,高到,20KHz,以上，传统的铁芯材,料硅钢已不能满足使用要求；铁,氧体虽高频损耗较低，但因其饱,和磁感应值,Bs,较低，铁芯,的体积和重量仍较大，此外，铁,氧体的居里温度较低，热稳定性,差。铁基纳米晶材料具有优良的,综合磁性能，集硅钢、坡莫合金,铁氧体的优点于一身，即高磁,感、高导磁率、低损耗,大功率变压器铁芯,应用领域,逆变焊机电源,通讯电源,高频感应加热电,源,UPS,电源,激光电源,电解电镀电源,充电电源,变频调速电源,等离子切割电源,大功率变压器铁芯,性能特点,高饱和磁感应强度,有效缩小变压器体积

13、,铁基纳米晶合金的饱和磁感是铁氧体的,3,倍，同样,体积的铁芯要比铁氧体输出功率大,2,倍，同时有更,大的抗过载能力,高导磁率、低矫顽力,提高变压器效率、减小,激磁功率、降低铜损，导磁率是铁氧体的,10,倍以,上，因此激磁功率小，因而也减少了铜损,低损耗,降低变压器的温升，其铁芯损耗在,20KHz,50KHz,的频率范围是铁氧体损耗的,1/2,1/5,优良的温度稳定性,可在,55130,长期工作,矩形功率变压器铁芯,产品应用,静电除尘高频电源,轨道交通机车电源, X,光电源、激光电源,通讯设备电源,高频感应加热电源,性能特点,用铁基纳米晶带材制造，具,有高饱和磁感应强度、高磁,导率、低损耗及良

14、好的温度,稳定性,高压电流互感器铁芯,简介电力系统电流互感器的重要作用就是当其初级有交流,电流输入时，其次级按比例输出电流。通常，它们应用于,高压、大电流发电厂和变电站安全快捷的测量和继电保护,电流互感器使测量和控制电路与被测量的高压电路安全,的分开,与传统的铁芯材料硅钢和坡莫合金相比较，铁,基纳米晶合金具有高磁导率、低损耗的明显优势，在下例,产品中的应用更具有竞争力,0.2,0.2s,0.1,精度等级的,精密电流互感器，环氧灌封套管式电流互感器，气绝缘或,油浸开关设备，低压、中压、高压开关设备，以及其它的,电力传输和配电系统设备,高压电流互感器铁芯,性能特点,高磁导率,减小电流互感器测量误差

15、,高饱和磁感应强度,比坡莫合金电流互感器尺寸小、重量轻,优越的温度稳定性,长时间工作在,55130,度,低损耗可替代坡莫合金的理想材料,零序电流互感器铁芯,产品应用,漏电保护开关用互感器环状铁芯,产品特性,具有高磁导率、低矫顽力、低损耗,对弱漏电流敏感，具有良好的耐大电,流冲击能力,采用铁芯表面防护技术，防止铁芯碎,屑,良好的温度稳定性，可以在,25,100,下稳定工作,Uavg(100,25,Uavg(20,0.71.2,非晶电抗器环形切口铁芯,应用领域,用于功率因数的校正,直流变频空调中,PFC,UPS,不间断电源中,PFC,SMPS,开关电源中,PFC,等离子电视中,PFC,逆变电路中,

16、PFC,性能特点,用铁基非晶带材制造，铁芯开,口，具有优良的恒电感特性和抗,直流偏磁能力，损耗低,逆变器,电抗器,C,型铁芯,应用领域,广泛用于太阳能光伏逆变器,中高频开关电源变压器,不间断电源中的主变压器等,产品领域,性能特点,用铁基非晶带材制造，具有,高饱和磁感应强度、高磁导,率、低损耗（是硅钢片的,1/5-1/10,低矫顽力和良,好的温度稳定性,三相,E,型铁芯,应用领域,可以替代相似型号的同类硅,钢电源变压器,性能特点,高饱和磁感应强度一减小铁,芯体积,矩形结构,便于线圈装配,铁芯开口,优良的抗直流,偏置饱和能力,低损耗,减小温升（是硅,钢的,1/5,1/10,良好的稳定性,可在,55,130,长时间工作,各地区铁芯生产的代表厂家,珠三角：佛山中研、康浦森科技（深圳,深圳金鑫非晶、佛山市兆万丰等,长三角：江苏中源非晶、上海灿堃电子,江苏迈盛新材料、浙江金源磁晶等,环渤海：安泰科技、北京新大科、秦