软磁铁氧体材料的现状及其发展前景

关键词：软磁铁氧体；应用；市场；现状；发展前景

1 前言
软磁铁氧体材料是一种用途广、产量大、成本低的电子工业及机电工业和工厂产业的基础材料，是其重要的支柱产品之一，它的应用直接影响电子信息、家电工业、计算机与通讯、环保及节能技术的发展，亦是衡量一个国家经济发达程序的标志之一。
软磁铁氧体材料的发明与实用化，至今已半个世界，由于它具有高磁导率、高电阻率、低损耗及陶瓷的耐磨性，因而在电视机的电子束偏转线圈、回扫变压器、收音机扼流圈、中周变压器、电感器、开关电源、通讯设备、滤波器、计算机、电子镇流器等领域得到广泛应用；随着电子技术应用日益广泛，特别是数字电路和开关电源应用的普及，电磁干扰（EMI）问题日益重要，世界各国对电子仪器及测量设备抗电磁干扰性能提出的标准越来越高，因此以软磁铁氧体为基础的EMI磁性元件发展迅速，产品种类繁多，如电磁干扰抑制器、电波吸收材料、倍频器、调制器等，现已成为现代军事电子设备，工业的民用电子仪器不可缺少的组成部分。

2 软磁铁氧体材料的应用状况
软磁铁氧体做成各种形状和规格尺寸的磁芯，主要用于工业类电子产品（或称投资类电子产品）和消费类电子产品中（见表1）。

软磁铁氧体磁芯产量中约80%~90%（按重量计）用于消费类电子设备中。在消费类和工业类电子产品中使用的软磁铁氧体磁芯简述如下：
a．用功率铁氧体材料制成的U形、E形磁芯来制作开关电源变压器、回扫变压器，枕校变压器和行推动变压器等；
b．用高电阻率的MgMnZn系铁氧体材料来制作偏转磁芯；
c．用高磁导率MnZn铁氧体制成UF形、EE形、日字形磁芯来制作电源滤波器；
d．用高频NiZn铁氧体制成工字形、螺纹、帽形、双孔形等磁芯用来制作小型固定电感器、电感线圈；
e．用MgZn系、NiCuZn系NiMgCuZn系制成的天线棒、旋转变压器用磁芯等。
f．工业类电子设备如计算机监视器、程控交换机、监视器、传真机、天线及有线、通信设备、电子镇流器等广泛采用E形、环形、EP形、罐形磁芯等。虽然用的磁芯数量相对少，但质量要求相当高。
g．用NiZn铁氧体的复数磁导率与频率的关系，改变不同成分配方及掺杂来实现铁氧体阻抗频率特性的衰减领域，制成宽频域抗EMI铁氧体串珠磁芯、多孔磁芯和各种滤波器；MnZn铁氧体材料具有高的值，电阻率较低，大量用于电流不大的KYC线圈和EMI滤波的共模、差模线圈，使用在低频段来达到抗EMI干扰。
h．铁粉芯材料在较大的H下具有恒定的有高Bs、居里温度高，稳定性好的特性，在大电流、低频段EMI电源滤波器、大电流共模、差模线圈中广泛应用。
i．用纳米晶软磁材料的高磁导率、用高频域的高饱和磁感应强度、低损耗制成的抗EMI微型滤波器和噪音衰减器，应用于DC-DC变换器、计算机及Intermet联网的输入抗EMI滤波器；以Fe基、Co基材料开发出的各种抗EMI器件广泛用于计算机系统的各种通信网络。
此外，平面六角晶系的磁铅石型超高频软磁铁氧体、平面六角晶系材料还可用作永磁材料、微波和毫米波材料及磁头磁记录材料。
3 软磁铁氧体材料的市场
3.1 国内市场
我国软磁铁氧体材料的产量已居世界第二位。按照磁性行业"九五"规划，2000年，我国除台湾省外软磁铁氧体产量将达到6万吨。增长最快的将是MnZn铁氧体U、E形磁芯为主，它将从1998年的0.66吨增至2000年的2.42万吨。
从市场分布情况看，开关电源变压器用功率铁氧体、高μ铁氧体、电子镇流器及照明变压器用铁氧体、宽带射频铁氧体、抗电磁干扰器件用铁氧体的需求将会有较大的发展。
随着我国工业化程度的提高，投资类产品所需软磁铁氧体比重正在迅速提高，彩电、计算机市场的扩大，为其配套的软磁铁氧体磁芯需求量仍在稳步增长。根据2000年我国整机生产规划和使用磁性器件情况，预测软磁铁氧体材料市场需求量为63762吨（见表2）。

3．2 国际市场需求
目前占世界软磁铁氧体产量第一位是日本，最大的生产厂家是日本TDK公司。
由于开关电源、射频通讯、抗电磁干扰、高清晰度电视、新型节能照明灯具及环保等新兴产业的发展，加上家电产业和计算机、传真机、程控交换机等工业长盛不衰，世界软磁铁氧体应用范围及市场需求保持高速增长，预计在未来五年内可保持10~12%的增长水平。国际市场上，收录机和收音机世界产量将稳定在2亿台左右，工业类电子产品增长速度将更快些（10~15%），预测国际市场软磁铁氧体材料2000年需求量将超过20万吨，其中，MnZn系占~60%、MgNnZn系~30%、NiZn系约占10%（以上按重量计）。假如电视机、计算机等整机每年按3~5%比例增长，那么世界软磁铁氧体需求量也将按比例不断增长。由于发达国家逐渐减少软磁铁氧体产量，这对我国软磁铁氧体磁芯出口，将是一个极好时机，这将促使我国软磁氧体产业的发展，生产量的增长。香港、台湾、东南亚感性元件产量很大，是我国软磁铁氧体出口主要地区；欧美对软磁铁氧体磁芯需求量也很大，近年来一些跨国公司如菲利浦、汤姆逊、西门子公司均来我国采购软磁铁氧体；日本由于日元升值，成本提高，一些大公司也来我国购买软磁铁氧体磁芯，甚至把工厂搬到我国沿海地区或在沿海地区开办分厂。这些都给我国软磁铁氧体磁芯出口，打入世界市场提供了极好时机，我国将成为世界上软磁铁氧体主要出口基地之一。
4 软磁铁氧体材料的现状
4．1 软磁铁氧体产业国内现状
我国从事软磁铁氧体生产的企业约100余家，年产量约为4万吨。大多数厂家生产规模小，为10~500吨，仅有4~5个厂家达到2000~2500吨，固定资产投资超过1000万元的企业只有50~60家（港、台厂商在珠江三角洲创办的合资、独资企业20余家未包括在内）。八十年代以来，由于国内广播、电视产品迅猛发展，增加了对软磁铁氧体材料的需求，国内一些主要软磁铁氧体生产企业，相继引进国外先进设备，扩大生产产量。据不完全统计，从"六五"、"七五"计划以来，全国扩建、新建软磁铁氧体生产线达40条，不仅提高了生产能力，而且产品质量也有较大幅度提高。"九五"期间，由国家批准立项，投资2.6亿元人民币，对南京898厂、河北涞水磁性材料厂、四川新津恒力磁性材料厂和江苏海安磁性材料总厂等进行技术改造，以便扩大软磁铁氧体产量。地方立项、集体或个人出资、外商独资、合资项目总投资强度还将会大大高于国家批准项目。如江苏晶石集团公司投资800万元的扩线工程将于最近完成，该厂生产能力将由原来的1000吨增加到2500吨/年；绵阳赛茂兴磁公司1999年投资近400万元扩建MnZn铁氧体生产线，分别从台湾连磁公司购进先进窑炉和从浙江海宁购进自动压机等，已投入生产。这些工厂和公司由于从国外引进了先进设备，采用先进生产工艺，产品基本能满足国产彩电和通讯设备要求。我国主要软磁铁氧体生产企业大都分布在华东地区，如南京金宁无线电器材厂（898厂）、浙江海宁天通电子有限公司、浙江东阳磁性企业集团公司、江苏晶石集团公司、江苏南京富士化学有限公司、上海NiCFRAIC磁性器件公司（赢赛拉）、江苏常熟无线电器件厂、江苏海安磁性材料厂；还有四川金川电子器材公司（899厂）、陕西金山电气总厂等，这些企业软磁铁氧体年产值都接近或超过亿元（人民币）。
从销售额结构分布看，国有企业~3.2亿元，占全行业软磁总销售额38%；乡镇企业~3亿元，占35.8%；中外合资企业~2.2亿元，占26.2%。从今后发展看，这种排序将会颠倒，中外合资企业销售额将进一步扩大，国有企业份额将减少。
从产品结构看，锰锌铁氧体是主导产品，年产量~3万吨；镍锌铁氧体~8000吨/年，中周天线磁芯等约为2000吨/年。
MnZn铁氧体国内市场售价为26000~30000元/吨，NiZn铁氧体国内市场售价为35000~40000元/吨。
目前，我国的软磁铁氧体材料的性能基本上在以下范围；功率氧体的性能相当于日本TDK产品的PC30牌号；高磁导率铁氧体的μ在6000左右。少数企业能小批量生产PC40牌号和磁导率达8000的产品。
对于功率材料，如以TDK的PC30产品的标准来划分，高于PC30的为A档，达到或接近于PC30的为B档，低于PC30为C档。对于高μ材料，如以磁导率高于6000为A档，5000左右为B档，低于4000为C档。那么中国的产品等级分布：B档占46.2%，C档占52.3%，A档仅占1.5%。合资企业的产品大多数为A档，国有企业的产品大多数为B档，少数为A档，乡镇企业的产品大多为C档，少数为B档。
4．2 软磁铁氧体材料开发生产现状
4．2．1 MnZn铁氧体材料
功率铁氧体（大多为MnZn系）主要应用领域是开关电源的主变压器。它要求铁氧体材料具有高饱和磁通密度（）和高振幅度导率（μa），以提高功率转换效率并避免饱和；为了避免变压器在高频下发热，要求材料的功率损耗（）应尽量小，希望呈负温度系数；为了在高温下保持高的BS值，材料的居里温度（）应当较高。其中工作条件下的低功率是特别重要的，即要求在高磁通密度下（B=200mT），高温下（80~100℃），和高频下（20~50kHz）有低的功率损耗。目前世界上日本TDK公司生产的功率铁氧体材料牌号有H35、H7C1、H7C4、H7F等；日本FDK公司生产的牌号有H45、H49N、H63B；日本TOKin公司生产的牌号有2500B2、2500B3；西门子公司生产的牌号有N67；菲利浦生产的牌号是3C85、3F3；日本铁氧体公司生产牌号是SB-7C、SB-9C；国内电子第九研究所生产牌号是R4KB、R2KH；金宁磁材厂生产牌号是R2KD、R2KBD、R2KB1；金川电子器材厂生产牌号有R2M2KB；七五四厂生产牌号是R2K5F。根据有关专家预测，未来开关电源频率将是1MHz或更高频率。因此，开发生1MHz或更高频率使用的功率铁氧体材料市场将更广阔。
低损耗MnZn铁氧体材料在有线通信设备中通道滤波器的电感器中得到应用。随着载波传输设备通话话路容量增大，就要求缩小LC滤波器体积，更重要的是要求磁芯材料具有低损耗（比损耗系数tgδ/小）和高稳定性
（αμ/）和减落因子DF低）。这种材料一般生产水平为：tgδ/=2.3~2.5×（f=100KHz），αμ/=1.0~1.5×/℃（20~55℃），DF=2~5×。如日本TDK的H68、H6H3、日本东北金属公司的1000SFP，200IF、西门子公司的N48等。近年来由于光纤通信发展，这类材料用量减少，性能提高方面没有新进展。
低频宽带变压器，小型脉冲变压器、电源滤波器等向小型化发展，高密度磁记录的短波长化，需要高磁导率MnZn铁氧体。工业生产的高磁导率铁氧体材料 =10000~15000；实际使用最广泛的是 =5000~10000的铁氧体材料。如日本TDK公司的H5C2、H5D、H5E；日本FDK公司的H25Z，西门子公司的T38；菲利浦公司的3E5材料等。
4．2．2 NiZn系铁氧体材料
随着射频通信迅速发展，具有高频特性良好（高ρ、低损耗角正切tgδ、低磁导率的温度系数αμ）的NiZn系铁氧体首先得到重要作用。在射频范围使用的NiZn系铁氧体材料，品种很多，产量很大，其磁导率在1500以下变化，使用频率范围为1MHz~100MHz。通常制作工形、帽形、棒形、螺纹等小型磁芯，经绕线装配后，制成各种电感器、中周变压器、滤波线圈、扼流圈等，广泛用于广播电视、传呼机及军用通信设备中。NiZn材料作为抗电磁干扰（EMI）和射频干扰（RFI）磁芯，在无线电发射机中应用愈来愈多，这是NiZn铁氧体应用的一个扩展。这类材料做成管形或磁珠，由于增加了阻抗，从而在电路中可抑制高频干扰信号。用NiZn材料做成双孔或多孔磁芯线圈，可完成阻抗变换或能量传输功能，且有较宽的频率带宽和较低的传输损耗。低烧结温度的NiCuZn铁氧体，具有高的电阻率，在高频下有良好磁特性，可用于片式电感器中；另一种具有中等磁导率、高密度、高电阻率及较强耦合性能的NiCuZn铁氧体，可用来制作录像机旋转变压器磁芯。
4．2．3 MgZn系铁氧体
MgZn系铁氧体材料有良好的高频特性，不需战略特质镍，成本低，在民用产品方面又部分替代NiZn系材料。高电阻率（ρ=~Ωcm）的MgZn系铁氧体材料用作电视机显像管偏转磁芯，能提高电视机、显示器的电气绝缘特性及能使彩色显示器避免高压击穿，提高其行扫描频率。据报道，日本的MgZn铁氧体磁芯产量约是软磁铁氧体产量的1/3（按重量计）。
5 软磁铁氧体的发展前景
软磁铁氧体材料作为一种功能材料已在国民经济的各个领域得到广泛应用，随着信息产业的飞跃发展，软磁铁氧体材料的应用领域还在不断扩展，几乎覆盖了已有各种频段的整机、分机或元器件，与人们的日常生活密切相关。由于电子信息技术的迅猛发展，对软磁铁氧体材料的产量和品种需求日渐增多，这对软磁铁氧体材料的发展带来了新的机遇；同时也对软磁铁氧体材料也提出了日趋苛刻的技术要求。如：因为开关电源迅速推广和向小型化、高频化发展，不断对高频铁氧体材料提出降低高频功耗的要求；电子设备的轻量小型化，推动了电子元件片式化的高速发展，从而要求软磁铁氧体材料要具有低烧结温度，高密度或高Q值；由于数字式技术发展引起抗电磁干扰器件和脉冲变压器磁芯需求增长，单片阵列式、小型、薄型、宽频带、多功能的抗EMI元器件将成为今后开发的重点。要满足这些要求，就必须在原材料选择、生产工艺、控制手段等上下功夫，才能制备出高性能软磁铁氧体材料。
5．1 市场发展趋势
软磁铁氧体市场将随着个人计算机的显示器和家用电视机用偏转线圈磁芯和开关电源用磁芯增加而稳定增长。亚洲更加突出其中心和大本营地位；以中国为首的发展中国家将成为软磁铁氧体材料的生产中心，中国的发展速度将加快，预计增长速度将超过世界软磁铁氧体材料6%/年左右的增长率按~15%/年增长率向前发展，将成为世界第一生产大国。
在软磁铁氧体的产品中，高磁导率材料约占20%、功率铁氧体材料约占25%，宽带射频铁氧体占15%，高频软磁铁氧体材料约占40%。
5.2 软磁铁氧体材料发展趋势
（1）为满足开关电源小型化、轻量化、高性能化要求、功率铁氧体将向高频化、低功耗方向发展；
（2）为适应多媒体通信、数字通信和移动通信及光纤通信小型化和宽频带，高磁导率材料将向更高磁导率和更高的工作频率发展；
（3）为满足宽屏幕、高清晰度电视及高分辨计算机显示器的要求，应开发高饱和磁感应强度、低的损耗和严格的形状尺寸公差的软磁铁氧体磁芯；
（4）为适应高档小型电感器及减少、抑制、消除电磁污染和干扰的需要，高频软磁铁氧体材料及器件将向高性能、高可靠、片式化、贴装化、薄膜化方向发展。
6 结束语
软磁铁氧体材料是一种应用最广、用量最大的一种磁性材料。近年来，随着信息产业的迅速发展和全球范围内的经济复苏及快速增长，国际国内对软磁铁氧体的大生产工艺技术、相关设备、应用技术及其发展方向的研究不断深入发展，为软磁铁氧体材料发展带来勃勃生机。我们应该抓住当今世界上软磁铁氧体工业蓬勃发展的大好机会和因日本等发达国家因软磁铁氧体生产成本高，对环境污染严重等诸因素而将软磁铁氧体生产转移到中国为重心的亚洲等发展中国家及我国即将加入WTO的有利机遇，大力发展我国软磁铁氧体工业。

参考文献（略）