软磁铁氧体的应用和技术

软磁铁氧体是电子信息产业中应用最广泛的一种磁性材料。随着电子信息技术产品的广泛普及和飞速发展，软磁铁氧体的性能不断提高应用不断扩大，开发生产也达到了一个鼎盛期。
软磁铁氧体按成份分类包括Mn-Zn、Ni-Zn系等尖晶石和平面型六角晶系两大类。从应用角度讲，它又可分为高磁导率(μ)、高饱和磁通密度(Bs)以及高频大功率（又称功率铁氧体）等几大类。由于软磁铁氧体在高频作用下具有磁导率高、电阻率大、损耗低等特点，同时还具有陶瓷的耐磨性，因而被广泛应用于民用和工业领域。民用产品主要用在电视机、收音机等的电子束偏转线圈、回扫变压器、中周变压器、电感器及扼流圈部分; 工业产品主要用在计算机、通信、电磁兼容（EMC）等用开关电源、滤波器和宽带变压器诸方面。
当今世界软磁铁氧体的生产有两个显著特点: 一是亚洲更加突出其中心和大本营地位; 二是生产重心已由发达国家逐步向发展中国家偏移。表1所列是1985-1997年世界软磁铁氧体产量的大致分布情况。从表1可以看出或推断出: 世界软磁铁氧体产量由85年的11万吨增长为97年的22万吨，年均增长率为5.9%。其中美国由2.5万吨减少到2万吨，为唯一负增长国家; 日本、西欧呈微增态势; 东南亚地区的年增长率高达14.4%，仅次于我国的17.8%（由0.7万吨增至5万吨）。约占生产量的2/3是在亚洲地区生产的。预计到2000年世界产量将达26万吨，我国将占25%左右。

近年来，计算机、射频通信、EMC、VCD、数字电视和新型照明灯发展很快，为软磁铁氧体的应用开辟了更大的市场。在这一市场中，发展较快的高性能软磁产品有以下几类: 功率铁氧体，约占软磁铁氧体总产量的25%; 高m材料，约占20%; 宽带射频铁氧体和电子镇流器与照明变压器用铁氧体，约占15%; 还有抗电磁干扰（EMI）器件。这几类高档铁氧体材料和元器件的年均增长率达20%以上，远高于世界软磁铁氧体的整体发展水平。行家预计在未来2年内，计算机及电信工业若以15%的年增长率发展，则世界仅开关电源用功率铁氧体和EMC用高性能软磁铁氧体的需求量就将达10万吨以上。
开关电源的出现及广泛应用，是电源领域的重大变革。过去开关电源主要应用于计算机和电信方面，后来扩大到彩电、录像机、VCD、办公自动化及照明电子等设备中。为适应开关电源轻、小、薄的要求，需要增大其开关频率，而制作开关电源变压器的功率铁氧体就必须在较高频率和较大Bs下具有良好的磁性能。高性能功率铁氧体应有高Bs、高θf（居里温度）低Po（功耗）等特点。70年代初，日本、欧洲厂商为适应开关电源市场的需要，开发出第一代功率铁氧体，典型牌号为TDK的H35、FDK的H45及飞利浦的3C85，这类材料由于功耗较大，且使用时温升显著，故一般只用于20kHz左右的民用开关电源，国内大多厂家批量生产的水平仅能达到这一代。80年代初，经改进的第二代功率铁氧体被开发出来，其最大特点是呈现负温度系数功耗（20~80℃，随温度升高，功耗呈下降趋势），能有效防止温升造成的电磁性能下降，且综合指标较好。代表性的产品有TDK的H7C1（PC30）、FDK的N49、西门子的N27，国内仅有898厂的R2KG、R2KD，899厂的RM2KB2和九所的R2KH材料与之相当。 80年代中后期，国外又竟相开发出高频功耗大幅降低而实用频率一般可达100~500kHz的第三代材料，如TDK的H7C4（PC40）、FDK的H63B、西门子的N67、飞利浦的3F3，典型性能指标为:Bs=490~510mT，θf>200℃， Po=400~500mW/(100kHz，200mT
，100℃)，这类材料特别适用于频率为数百kHz的高频开关电源。国内898厂、899厂、九所于近年通过定型生产的R2KB1、RM2KB3、R2KDB达到或接近这一代材料的性能水平。
进入90年代后，第四代功率铁氧体又开发成功，代表牌号有TDK的H7F(PC50)，日立铁氧体的SB-1M、西门子的N49、Fuji的7H10、飞利浦的3F4、日本东北金属的B40等，其功耗大大低于第三代材料，使用频率一般可达500~1000kHz ，可望为开关电源的进一步轻、小、薄作出贡献。我国仅有898厂研制的R1.4K材料接近PC50的水平，该厂还采用这类材料制成了超薄型EI系列磁芯，并成功用于750kHz DC/DC转换器的主变压器和输出扼流圈中，其线圈结构为叠层印刷式。
为适应计算机显示器和HDTV发展的需要，TDK在90年代初还开发推出用于制作回扫变压器的HV22和HV38材料，它们有高Bs和极低的功率损耗（如在16kHz、150mT、100℃时分别为4.2mW/g和3.5mW/g）等特点。开发生产此类材料必须采用较纯的原材料和精确的工艺过程控制，目前国内仅有899厂定型生产的RM1.8KB达到了HV22材料的水平。
随着数字技术和光纤通信的发展，对电感器、滤波器、扼流圈、宽带和脉冲变压器的需求大大增加，它们使用的磁性材料要求μ在7000以上，而且希望提高工作频率。通常称起始磁导率μi>5000为高m材料，大量生产μi≥10000的材料并不容易。TDK在过去生产H5C2（μi=10000）的基础上，又先后开发出H5C3(μi=13000)、H5Dμi=15000）和H5E（μi=18000）等系列高m材料; T0KIN推出了12001H（μi=12000）材料; 西门子开发上市了T42(μi=12000)和T46（μi=15000)材料。目前国内能大量生产μi=5000~7000材料μi=10000的材料只能在涞水磁材厂、淄博磁材厂、898厂和515厂等企业小批量生产，μi>10000的铁氧体材料尚处于试制阶段。
另外，随着电子技术应用的日益广泛，特别是数字电路和开关电源应用的普及，EMI问题日趋严重，各国对电子仪器及测量设备的EMI性能提出了越来越高的要求，以软磁铁氧体磁芯为基础的抗EMI元器件发展相当快，产品种类繁多，如TDK有23个系列、71个品种; Filter Concepts有16个系列、90个品种; 三星电子抗EMI元器件的年销售额在数亿美元之上。对于这类磁性元器件的研制，国内刚起步，目前仅有899厂、4320厂、9所等少数单位在开发低噪声滤波器和铁氧体吸收与抑制元件，与国外的差距较大，尚未系列化、标准化。
我国软磁铁氧体工业发展迅猛，现有生产厂100余家。部分企业通过技术改造，工装水平有了大的飞跃，产品质量和产量得到明显提高，产量居世界第1~2位，出口渠道也较畅通，出口量占了总产量的35%左右。与国外公司相比，我国大多数企业（包括搞了技术改造的骨干企业）的生产规模还太小，年产普遍在1000吨以下，所以效益低，在国际市场上缺乏竞争力。初具规模的国外公司一般年产软件磁铁氧体在3000吨以上，TDK、FDK和韩国三和电子等公司的年产量更是高达20000吨以上。从国际市场售价来看，我国产品十分低廉、大U、E形磁芯每吨售价5~6万元，小U、E形磁芯也只8~9万元，仅为日本同类产品的1/2~1/3。这除了销售渠道的原因外，还与我国产品批量小、外观差、缺少名牌、供货不及时有直接关系。表2中所列是对2000年我国软磁铁氧体主要应用市场及需求量的预测。

我国大多数企业生产长期滞留于低档产品，一方面影响本身技术水平的提高，另一方面由于售价低、获利薄，影响了扩大再生产，造成原材料及能源浪费，难以形成良性循环。通过适度发展我国高档软磁铁氧体，对改善现有产品结构、增强竞争力、扩大配套和出口创汇力度具有非常重要的现实意义。“九五”后两年和21世纪初对我国软磁铁氧体来说，总的趋势是一个发展的时期。预计世界市场仍将保持6%左右的平稳年均增长率，而我国则将以10-15%左右的年增长率发展。为顺应国家产业政策和国际市场的发展趋势，我国软磁铁氧体工业的产品结构也将发生重大变化，高档产品和出口产品比重将迅速提高。为此，我国软磁铁氧体行业应合理规划和布局，集中资金和力量，在培育发展规模经济和出口基地上狠下功夫，以具备一定基础的知名大中型骨干企业为龙头，建立4~5家高档软磁铁氧体生产、出口基地企业，形成我国软磁铁氧体行业的“国家队”。