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磁心材料的开发进展

2007-02-01 10:11:03 来源:《国际电子变压器》2007年2月刊 点击:1860
1东磁公司研发体系简介
作为国内磁性行业的龙头企业,东磁公司现辖有60余家磁性电子器材企业,有职工一万四千多人,主要磁性产品有永磁铁氧体、软磁铁氧体、金属磁粉芯、稀土永磁、粘结磁体、扬声器、微电机等不同门类的产品。东磁公司一直以来都非常重视新产品的研发。通过不断加大对科技开发的投资力度,依靠科技进步,加强技术创新,促进产品的结构调整,把科技成果转化为产业竞争力。公司早在1998年就整合全公司的研发力量,成立了中央研究所(现改为技术开发部)。目前技术开发部由下辖的国家级企业博士后科研工作站、浙江省磁性产品质量检测中心、浙江省磁性材料试验基地及新材料研发试验基地四部分组成,拥有一支由国内外专家及中高级技术人员组成的高素质科研队伍。2002年被浙江省经贸委认定为省级企业技术中心。
公司企业博士后科研工作站于1999年经国家人事部批准, 2000年9月28日正式挂牌设立,是我国磁性行业首家国家级企业博士后科研工作站。本站与北京大学、清华大学、浙江大学、成都电子科技大学、华中科技大学等著名高等学府均建立了良好的技术协作关系,以东磁强大的经济实力为后盾,通过强强结合,以高起点、高科技、有巨大市场潜力的项目作为博士后科研项目进行研究开发,加速科研成果的产业化。工作站科研经费充足,考核制度、激励制度完善,是企业技术创新和高端人才培养的良好载体。东磁博士后科研工作站因成绩突出,被评选为2004年度“全国优秀博士后科研工作站”。2005年10月21日,由人事部、全国博士后管委会组织的“全国优秀博士后表彰大会”在人民大会堂隆重举行,作为浙江省唯一一家接受表彰的企业,东磁代表受到了国务院等领导的亲切接见。
浙江省磁性产品质量检测中心由测试中心和化验中心两大部分组成,于2000年5月9日经浙江省技术监督局“浙质质发[2000]156号”文件正式批准建立,并取得浙江省技术监督局计量认证合格证及审查认可证书。本中心所提供的数据,用于贸易出证、产品质量评价、成果鉴定作为公证数据,具有法律效力。
浙江省磁性材料试验基地于2004年由浙江省科学技术厅、浙江省发展和改革委员会、浙江省财政厅联合下文批准设立,浙江省磁性材料试验基地由东磁与中国计量学院共同组建。研究院规划总投资6000万元,其中仪器设备投资5000万元,首期已投资3000万元,总建筑面积2400平方米。主要从事新型磁性材料与器件的研发、磁性产品产业化孵化、磁性材料检测体系标准化研究和高级专业技术人才的培养。
新材料研发试验基地由永磁试验基地、软磁试验基地和中试基地三部分组成。永磁试验基地主要从事铁氧体永磁、稀土永磁、粘结磁体的开发;软磁试验基地主要从事MnZn铁氧体软磁、NiZn铁氧体软磁、金属磁粉芯的开发;中试基地是新产品实验室研发到量产化的孵化器,可大大加快新产品从研发到量产的速度。
2东磁公司磁性新材料开发进展
2.1 MnZn铁氧体材料
2.1.1高Bs、低损耗MnZn铁氧体DMR90材料
DMR90是目前国际上综合性能最好的功率MnZn铁氧体材料,代表目前功率铁氧体的最高水平。100℃下其饱和磁通密度Bs为450mT,其功耗在在100℃下只有320kW/m3左右。可广泛用于LCD用电源变压器、PDP用电源变压器等对直流偏置要求高、损耗低的场合。
2.1.2宽温、低功耗DMR95材料
该材料的主要特点是在25℃~120℃的温度范围功耗都比较低,都小于360kW/m3。该材料不但是传统开关电源变压器磁心的理想材料,也可广泛用于未来的混合电动汽车和燃料电池电动汽车的DC-DC转换器的主变压器。把PC95材料制成的磁心用于大屏幕液晶显示背光电源变压器,与以前的PC40相比,PC95的电能损失更小,这样变压器的发热量减小,变压器的电能转换效率提高到了92%,而以前的产品只有85%。比起PC40,PC95具有的另一个特点是电能损失受温度的影响较小。如PC95在25~100℃的电能损失变化为20%左右,而PC40则高达2倍以上。因此变压器磁心改为PC95材料后,电能转换效率对温度变化的适应性变得更高,不同的使用环境都能保证较高的转换效率。
2.1.3高Bs、高频低功耗DMR24材料
该材料具有低功耗(中高频段500kHz, 50mT, 100℃ ,Pcv= 140kW/m3 ),超高Bs(100°C下的Bs为460mT),高居里温度(300℃)的特点,并具有优良的直流叠加特性和好的储能特性,可广泛用于开关电源变压器的输出扼流圈,功率电感输出中,作为储能器件中的磁心,可大大减少器件体积。
2.1.4高Bs、高频超低功耗DMR46材料
 对于便携设备,例如笔记本电脑、数字摄像机、数码相机、个人数码助理(PDA)、全球定位系统(GPS)等,需求越来越大。此外,对于采用冷阴极管,细小、轻巧及高积效液晶体显示器的背景照明的需求亦同样越来越大。开发DMR46的目的,就是为提供可在特定温度下正常工作的磁心。DMR46在40 ~50℃ 的温度范围内工作只有很少的磁心损耗。该材料亦适用于非背景照明用途,例如DC-DC转换器、笔记本电脑的配接器、变压器等。
2.1.5高频低损耗DMR50H材料
DMR50H材料是一种应用在500KHz-3MHz的频率范围内的高频低损耗功率铁氧体材料,在500KHz-3MHz频率范围具有低的磁心损耗,同时具有较高的Bs,适合制作各种高频使用的具有直流迭加性能要求的电感器。
2.1.6广谱宽频低功耗DMR51材料
随着彩电、计算机和通信设备的发展换代,其所使用的各类磁心,如开关电源磁心等均要求更高的使用频率和更低的功率损耗。本材料其初始磁导率μi为1200,介于PC50(μi=1400)与3F4(μi=900)之间,而电磁性能则兼具两者优势,即具有国际一流产品的综合优良性能。该材料使用频率较高,中心频率在2MHz左右,最高工作频率在5.64MHz,大大高于各大公司生产的高频软磁低功耗材料。
2.1.7高频低功耗、高直流叠加特性DMR56材料
高频低功耗功率铁氧体材料主要应用于电子变压器中,目前主流变压器的工作频率仍然在100kHz-500kHz,适用材料为PC40级材料,近年由于小型化的要求,需要提高工作频率减少电路的体积,DMR56材料可应用频率范围为300kHz~700kHz,同时具有高频功耗低和直流迭加特性好的特点。
2.1.8 高Q、高稳定的DMR70材料
该材料的主要特点是比损耗系数和比温度系数低,其工作频率范围为1kHz~100kHz,主要作为共振电路和滤波电路的高Q电感器。
2.1.9高Bs、低损耗、高稳定双重特性DMR71材料
该材料兼顾双重特性,比损耗系数(tgδ/μi)小,比磁滞损耗系数(ηB)小,饱和磁感应强度Bs高。既可用于通信、电子行业等弱电领域,又可用于汽车电子、电力控制电路等强电领域,既能在通信设备中制造高保真滤波器、阻抗变换器、均衡器,又能在电力电子电路很宽功率范围内作频率转换、电流变换器件。
2.1.10宽温、高直流叠加DMR73材料
该材料是一种具有宽温、高直流迭加特性的高磁导率材料,在-40℃~85℃的温度范围有良好的直流叠加特性,主要用于高速局域网脉冲变压器;该材料在宽频范围插入损耗低、电感量高、漏感小、直流偏置特性(DC-Bias)好、适用温度范围较宽。产品主要用于10M网卡10/100M网卡脉冲变压器。
2.1.11宽温、宽频、低损耗、超高μi的R15KTF材料
R15KTF材料是一种具有良好综合性能的高磁导率MnZn铁氧体材料,磁导率高、比损耗系数、比温度系数小,广泛应用于电子技术中。可以做通信设备、测控仪器、家用电器及新型节能灯具等中的宽带变压器、脉冲变压器、电感器、滤波器、共模扼流圈及传输系统中的接口变压器、隔离变压器等。
2.2 NiZn铁氧体材料
2.2.1高μi、抗EMI用DN150Z材料
该种材料可做成管形磁心,串珠型磁心,多孔磁心,箝位磁心,多孔板磁心等。这些磁心广泛应用于计算机,办公自动化设备,液晶显示器和其它家电产品中的抗干扰元件。随着笔记型计算机的高成长及手机的换机潮及新产品不断地推出之下,对该类元件均有很高的成长率。
2.2.2高μi、通信用 DN200材料和DN250材料
宽频带NiCuZn铁氧体是为适应通信技术,特别是双向传输技术和卫星通信技术而发展起来的高磁导率NiCuZn材料。其特点是:起始磁导率高,损耗小,截止频率低。应用该类材料作成的宽频带磁心可广泛应用于功率分配器、功率合成器、混频器、射频放大器,定向耦合器等宽频带铁氧体器件,这类器件广泛应用于广播、电视、通信、仪器仪表、雷达、导航和生产自动化等领域。
2.2.3低μi、高Q值DN2H材料
该材料被广泛用作PCM脉冲编码数字通信传输线中继器磁心,中频变压器磁心和高频滤波器磁心等高频铁氧体器件,这类器件在计算机、办公自动化和无线电通信等领域起着越来越重要作用。
2.2.4行线性线圈用DN35L材料
该材料制成的行线性线圈,在特定的范围内,电感和电流变化呈线性关系,广泛应用于彩色电视机、计算机显示器中的行扫描校准电路,对提高彩电、监视器的成像质量有重要的意义。
2.3烧结钕铁硼磁体
2.3.1汽车电机用耐高温、超高矫顽力32AH材料
随着稀土永磁体应用范围的不断扩大,汽车启动器电机、电动汽车驱动电机、计算机HDD的VCM以及CD-ROM对NdFeB磁体的需求也随之增大,在满足设备小型化的同时对永磁体的耐高温性能提出了挑战,所以提高其耐热性一直是烧结钕铁硼磁体的主要发展方向之一。东磁公司在成功开发出N48H材料的基础上(最高工作温度为120℃),新开发的DN32AH是目前烧结钕铁硼中耐高温性能最好的材料之一。在保持较高的最大磁能积(BH)m的基础上,具有超高内禀矫顽力,而且温度系数绝对值低,最高工作温度可达到220℃。可广泛应用于汽车电机等发热量大、环境温度高的场合,可部分替代价格昂贵的钐钴永磁。
2.4永磁铁氧体
在永磁材料大家族中,尽管铁氧体的综合磁性能较低,但由于原材料丰富、平均售价及单位磁能积的成本最低、工艺简便成熟,又不存在氧化问题,在汽车直流电机、启动电机、小气隙磁性接头、音频变换器、分离器、吸持装置等诸多应用领域仍是最理想的首选永磁材料,预计在今后较长一段时间内,它仍将是应用最广、需求量最大的永磁材料。东磁公司是国内少有的几家能批量生产相当TDK公司FB9系列永磁铁氧体的公司之一,下表列出了东磁公司近年来开发成功的高性能永磁铁氧体的材料特性。在此基础上,公司正在组织人力开发相当TDK公司的FB12B材料,该材料其Br=4800 Gs,Hcj=4800 Oe,已经超出理论极限值。
3结论
随着信息产业和汽车工业的发展,世界磁材以年均15%的增长率高速增长。就软磁铁氧体而言,其技术发展趋势是宽温、宽频、高磁导率、高饱和磁通密度、低损耗、低温度系数的方向发展。东磁新推出的DMR90、DMR24、DMR46属高Bs、低功耗材料;DMR95材料属宽温、低功耗材料;DMR50H、DMR51、DMR56材料属高频低功耗材料;可广泛用于电源转换系统。DMR70、DMR71、DMR73和R15kTF材料则广泛应用于通讯领域。随着电子器件的高频化和对EMI的要求愈来愈高,NiZn铁氧体材料的使用范围越来越广,东磁新开发的高μi、抗EMI用DN150Z材料、高μi、通信用 DN200材料和DN250材料、低μi、高Q值DN2H材料等新材料可满足客户的不同需求。
目前对稀土NdFeB永磁材料而言,其发展方向是高磁能积、高工作温度和强抗腐蚀能力。随着汽车工业的发展,汽车启动器电机、电动汽车驱动电机、计算机HDD的VCM以及CD-ROM对NdFeB磁体的需求也随之增大,在满足设备小型化的同时对永磁体的耐高温性能提出了挑战,所以提高其工作温度一直是烧结钕铁硼磁体的主要发展方向。东磁公司新开发的DN32AH是目前烧结钕铁硼中耐高温性能最好的材料之一。在保持较高的最大磁能积(BH)m的基础上,具有超高内禀矫顽力,而且温度系数绝对值低,最高工作温度可达到220℃,目前国内还没有相关产品的报道。
永磁铁氧体是传统的永磁材料,但国内企业与日本的永磁铁氧体生产企业相比,还存在一定的差距。东磁公司是国内少有的几家能批量生产相当TDK公司FB9系列永磁铁氧体的公司之一,在此基础上正在进行相当FB12材料的开发。
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