一、綜述

軟磁材料由于具有磁電轉換的特殊功能，在各種電子產(chǎn)品及器件生產(chǎn)中獲得了極為廣泛的應用。具體來說，它是作為各種電感器件而被廣泛采用的，而各種電感器和變壓器的應用，便是其中兩種*重要的實例。目前世界上廣泛使用的軟磁材料主要有金屬軟磁、鐵氧體軟磁、非晶微晶軟磁和金屬軟磁粉芯等四大類軟磁材料。

*初，人們把低碳鋼作為金屬軟磁來用。20世紀初，人們研發(fā)出了鐵硅系軟磁材料和鐵鎳系軟磁材料的坡莫合金。硅鋼在變壓器設計中的應用，極大地推進了輸變電工程的發(fā)展，對于推進社會進步起了極大的作用。隨后，人們又相繼研發(fā)出了鐵鋁系、鐵鉻系軟磁材料。20世紀中期，隨著電子工業(yè)飛速發(fā)展的需求，人們又研發(fā)出了三元系、四元系、五元系的軟磁材料。于是出現(xiàn)了超坡莫合金軟磁材料、硬坡莫軟磁材料和鐵硅鋁等各種多元系的軟磁材料。由于各種新型金屬軟磁材料的出現(xiàn)，又極大的推進了變壓器和電感器等各種電子元器件的發(fā)展和應用。由此，又促進了各種新的、具有高性能的電子產(chǎn)品的相繼出現(xiàn)和應用，從而推進了科學技術的發(fā)展和進步。

金屬軟磁材料具有高的飽和磁感和磁導率等優(yōu)點，如各種硅鋼的飽和磁感高達1. 8-2.2特斯拉，而超坡莫合金的初始導磁率達10萬以上，*大導磁率可達100萬以上。這些優(yōu)異的磁性能對于它在各種電子元器件上的應用具有極為重要的意義。特別是硅鋼在各種大功率變壓器的應用，至少在目前是沒有任何其它材料可取代的。但金屬軟磁*致命的缺陷是損耗大，特別是在高頻情況下，隨著頻率的增加由于其電阻率低使得渦流損耗劇增，從而極大的限制了它的使用。而這種損耗是以發(fā)熱的形式消耗功率，因此在某些必須用它的地方，如大型功率變壓器等的應用上就不得不在設計中考慮冷卻和散熱的問題了。其次，由于其磁性能穩(wěn)定性差、太嬌氣等缺陷，也常常使各種器件設計人員感到頭痛。

為了降低金屬軟磁的損耗問題和頻率穩(wěn)定性的提高，人們又研發(fā)出了各種軟磁鐵氧體材料。鐵氧體材料是由某些金屬氧化物，在高溫下生成的一種具有鐵磁性的復合氧化物。鐵氧體材料由于具有高的電阻率，所以鐵氧體軟磁材料相對于金屬軟磁來說，其損耗大大降低、頻率穩(wěn)定性好。從而大大的擴大了使用頻率范圍。特別是在幾十兆乃至上百兆赫的超高頻情況下，更是具有無與倫比的優(yōu)點。鐵氧體軟磁的另一大優(yōu)點就是具有高的有效導磁率，且能控制其一定的一致性范圍，這對于使用特別是作為電感器件來使用，是具有重要意義的。但鐵氧體軟磁材料也有一個致命的缺陷，那就是其飽和磁感較金屬軟磁來說要低許多。所以，在使用中常常為其飽和問題深感頭痛。雖然人們利用開氣隙的方法來彌補，但這要犧牲一些其它性能，且這種改善也是有限的。由于鐵氧體材料的居里溫度較低，所以溫度穩(wěn)定性較差，這些缺陷也使得軟磁鐵氧體在使用中深感不足。

非晶微晶軟磁是人們通過快淬技術獲得的一種新型軟磁材料，在20世紀六、七十年代，國內(nèi)外先后研發(fā)出各種系列具有良好性能的非晶微金軟磁材料，并己廣泛使用。這也是軟磁材料發(fā)展史上的一個巨大的成果。它除了生產(chǎn)工藝簡單、生產(chǎn)成本較低外，作為軟磁材料它具有高的飽和磁感和磁導率及比金屬軟磁低的損耗，也都是其主要的優(yōu)點。作為各種電感磁芯，特別是各種變壓器磁芯獲得了廣泛的應用。其主要缺陷是性能穩(wěn)定性差，且和金屬軟磁一樣，無法控制磁性能一致性范圍，并且耗損也還是較大的，也是不能較好的滿足科技發(fā)展的需求。

為了滿足各種科技領域發(fā)展的需要，人們一直在設法研制一種具有良好綜合性能的新材料。這種新材料希望它在具有高的飽和磁感和高的磁導率的同時，也希望它的損耗盡量低，且磁性能穩(wěn)定性好的新型軟磁材料。通過人們不懈的努力，一種具有良好綜合性能的軟磁材料——金屬軟磁粉芯終于誕生了！它的出現(xiàn)可以說是科技發(fā)展史上一項極為重要的成果。

二、金屬軟磁粉芯簡介

由于我國金屬軟磁粉芯的研發(fā)和使用較之國外先進國家落后許多，對這種新型軟磁材料缺乏全面的認識和了解。在此，我不得不對它作一些簡要的敘述和介紹。

什么是金屬軟磁粉芯呢？金屬軟磁粉芯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(chǎn)出來的一種具有良好綜合性能的新型軟磁材料。對于金屬軟磁粉芯的稱呼，目前國內(nèi)外都比較混亂。如國外一般稱它為磁粉芯，我國有不少人稱它為鐵粉芯，也有稱為金屬磁粉芯的。我以為以上稱呼都是不確切的、不全面的，易于和其他類材料混淆。如磁粉芯顧名思義即磁性粉末做成的磁芯，按此定義，硬磁的釹鐵硼材料、硬磁和軟磁的鐵氧體材料都可以稱為磁粉芯。鐵粉芯只是金屬軟磁粉芯中的一個系列，它不能全面代表金屬軟磁粉芯的各個系列材料。金屬磁粉芯的稱呼也是不全面的，它沒有突出其軟磁特性，一些硬磁合金如鋁鎳鈷等也都可制成金屬磁粉芯。因此，我們希望能給它一個確切全面的稱呼——金屬軟磁粉芯。對于金屬軟磁粉芯的稱呼，目前在國內(nèi)外正越來越為世人所接受。按照上述金屬軟磁粉芯的含義，所有的金屬或合金軟磁材料均可用來生產(chǎn)各種的金屬軟磁粉芯。而目前世界上廣泛使用的主要有鐵粉芯（iron cores）、鐵硅鋁磁粉芯（sendust cores）、高通量磁粉芯（high flux cores）和鉬坡莫磁粉芯（Mpp cores）等四大系列。近年由于科技發(fā)展的需要，對綜合性能良好的非晶微晶磁粉芯及用于太陽能發(fā)電機和各種微型玩具電機轉予以及廣泛用于一體成形的鐵硅系磁粉芯等的研發(fā)和應用，也都取得了很大的進展。

金屬軟磁粉芯由于其生產(chǎn)工藝上的特殊性，目前以環(huán)形和EE、EI及UU、UI等較簡單的形狀而使用。環(huán)形磁芯從中3. 6～77. 8mm的各類金屬軟磁粉芯，目前國內(nèi)外均已形成標準系列化的產(chǎn)品供使用選購。E、U型的各類金屬軟磁粉芯，E800以下的磁芯（即長邊為80mm）也都市場化了。*大的TE450（即長邊為114mm）的鐵粉芯，微晶公司也在批量生產(chǎn)。鐵粉芯從μel0～100的各類材質主要有-2材質（μe10）、-28材質（μe22）、-33材質（μe33）、-8材質（μe35）、-18材質（μe55）、-40材質（μe60）、-26材質（μe75）、-52材質（μe75）和復合鐵粉芯-45材質（μe90～100）等為目前主要使用產(chǎn)品。三種合金系列μe26、μe60、μe75、μe90、μe125等均已形成環(huán)形和E型等系列化產(chǎn)品。合金系列中，鐵硅鋁*高可做到μe147，高通量磁粉芯*高可達μel60，而MPP類μe200～500的各性能檔磁芯也均己面市。

總的來說，金屬軟磁粉芯它既保留了金屬軟磁和鐵氧體軟磁的各種優(yōu)良特性，同時又*大限度的克服了二者的一些缺陷。所以說金屬軟磁粉芯在當今廣泛使用的四大類軟磁材料中，是一種綜合性能*好的新型軟磁材料，其主要特性如下：

1．具有高的飽和磁感應強度，其中鐵粉芯高達1. 5T，高通量可達1.3T，而其中*低的MPP類磁芯也在0.8T左右。而目前工業(yè)上大量使用的鐵氧體軟磁，*高的僅0.4T左右。在這一點上，它是保留了金屬軟磁的優(yōu)點，而遠比鐵氧體軟磁為優(yōu)。這在設計使用中，對于實現(xiàn)大容量和小型化是有利的。

2．具有高的有效導磁率，這是具有重要實用意義的。各系列金屬軟磁粉芯的有效導磁率前面已述，其中MPP類可高達Ye550。我們曾將0.Olmm厚硬坡莫合金FeNiNbMoAl合金超薄帶分條、經(jīng)電泳涂層卷芯處理后，其肛。達16萬左右，而Y高達80萬以上�？墒俏覀冊�10KHz、1V.下測試№僅60左右。且在使用中視如寶貝，非得小心翼翼才行。而金屬軟磁粉芯則摔摔碰碰也無所謂。

3．磁性能穩(wěn)定性好，這是它優(yōu)于其它類軟磁材料的又一大優(yōu)良特性。不管是頻率穩(wěn)定性、溫度穩(wěn)定性還是時間穩(wěn)定性上都是非常良好的�！韑25的各類合金軟磁粉芯在l00kHz使用時具有良好的頻率穩(wěn)定性。而μe90的適合于100～150kHz使用，μe75在150～250kHz下使用，μe60在300～500kHz下使用為好，500kHz以上則以使用μe26以下各類合金軟磁粉芯為宜。各類合金系列軟磁粉芯的溫度系數(shù)在500ppm以下，在某些高要求情況下可以做到<100ppm。而經(jīng)過特殊老化處理及一定時間自然時效處理的金屬軟磁粉芯，更是具有良好的穩(wěn)定性。一般用情況下，u。值幾近不變。

4．損耗低，這也是它的一大優(yōu)點。而這種優(yōu)良特性是以其特殊的生產(chǎn)工藝作保證的。而損耗低這是在各種使用情況下非常需要的，這也是其具有重要實用意義的一大優(yōu)點。

5．直流偏場穩(wěn)定性好，這也是其優(yōu)于其他類軟磁材料的一重大優(yōu)點。這種優(yōu)點是由于他具有高的Bs值和低的損耗所致。我們在研究中發(fā)現(xiàn)隨著使用頻率的提高，損耗對DC Bias的影響有更為明顯的作用。在實際使用中，這種交直流場同時存在的情況也是非常普遍的。因此，人們也把這一特性作為衡量各種材料優(yōu)劣的重要特性。

6金屬軟磁粉芯還有一個*重要的特性，這也是其它各類軟磁材料都不具備的特性，那就是其性能的可控性。也就是說，通過控制和改變其生產(chǎn)工藝技術條件，可以獲得能滿足各種特殊使用場合具有殊性能的金屬軟磁粉芯材料。從而能*大限度的滿足各種使用場合的特殊要求，這一特性是具有極為重要使用意義的，這對于改進各種電子產(chǎn)品的性能和提高產(chǎn)品的質量，是具有極為重要的實用意義。這一特性的應用，在高科技領域和國防軍工領域更顯得尤為重要。

對于各類材料優(yōu)劣的評價，我們曾經(jīng)說過可以通過綜合比較的方法。也就是說，一種優(yōu)良材料必須是：就其優(yōu)點比它好的少；就其缺點比它差的多，這就是一種優(yōu)良的材料。戈們在前面綜述部分談到了各類軟磁材料的一些優(yōu)缺點，后面我們又敘述了金屬軟磁粉芯拘六大優(yōu)良特性。按照這一原則，我們可以得到這一結論：金屬軟磁粉芯是當今廣泛使用拘四大類軟磁材料中，*具良好綜合性能的一種新型軟磁材料。

三、金屬軟磁粉芯在各種電感器和變壓器設計中的應用

科學技術的發(fā)展和社會的進步，對各類技術和產(chǎn)業(yè)不斷提出新的、更高的要求，而作為基礎的電子材料更是如此。所以，從上個世紀中期至今，各類電子材料獲得了飛速的發(fā)展