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四大应用提速新型软磁铁氧体材料开发
新闻来源:    点击数:3414    更新时间:2011/11/18 9:05:21    收藏此页



【赛迪网讯】


■中国西南应用磁学研究所 翁兴园


科技的进步推动了软磁铁氧体材料应用的快速发展,随着新技术的不断发明和新产品的不断开发,以及现代计算机、通信、自动化和智能化系统及其相关产品等高新技术市场的不断发展,大大刺激了软磁铁氧体材料向高性能发展,并促进了新型软磁铁氧体材料的开发。


通信市场


对磁性材料要求更高


移动通信手机向多媒体化和3G发展。现在手机的功能在不断扩大,集照相、MP3、MP4和电视功能于一体的多媒体手机发展成为主流。今后数年内,中国3G制式手机发展将成为重点,产量将超过GSM制式。由于功能的增加和技术的提高,对磁性材料性能提出更高的要求。磁性材料必须满足高频率、小型化、贴片化、高磁性能、低损耗和抗电磁干扰的要求。


手机的增长,必然增加移动交换机的容量和地面站的数量。移动通信方面用的软磁材料主要是软磁器件。软磁铁氧体元件主要是无线寻呼用磁性天线,手机用的电磁兼容磁芯,如高频段的防寄生振荡用磁芯、混频器用的磁芯、耦合线圈用磁心,以及片式电感等,对于这些元件,国内还不能满足供货要求,主要靠进口。


程控交换机向小型化发展。移动交换机小型化和无人管理化需要温度范围高、功率损耗低和导磁率高的铁氧体软磁芯。目前,机上主要使用国外进口的磁芯。我国生产的磁芯与国际上同类材料性能基本相同,但产品的外观质量差,还不能被大量接受。程控交换机对磁芯要求是电源用的高频低损耗材料,表面安装技术用的片式电感、LC滤波器、片式混合电路器件,耦合变压器用的磁导率为12000至15000的高磁导率材料与高饱和磁通材料。


固定电话机向无绳和可视化发展。无绳电话机必须具有高清晰通话质量、有效防止窃听、抗干扰、通话范围大、功耗低、环保低辐射等优势。要求高磁导率和低功率损耗软磁铁氧体作为功率材料和抗干扰电磁兼容元件,以保证可靠性和稳定性。


计算机市场


软磁器件有大量需求


笔记本电脑。随着笔记本电脑里电子元件的时钟频率提高和小型化,应用的元件也必须相应地向高频化、片式化方向发展,如降低电源线与地间产生噪声的铁氧体软磁共模滤波器;除去让数字信号失真的高次谐波噪声成分的片式磁珠滤波器;噪声屏蔽吸收体;夹持在电缆线上的噪声滤波器;电池供给的直流电压变为电路所需的直流电压用DC-DC变换器磁芯;液晶背光源高交流电压用DC-AC逆变器;需大幅度降低磁损耗,以达到电脑低发热、节能的铁氧体变压器磁芯;IEEE1394/USB接口抗干扰片式磁珠、共模滤波器磁芯等。


液晶显示器。当前,在显示器市场,液晶显示器市场呈现出强劲的增长势头,液晶显示器是典型的数字电子消费品,需要一些重要的软磁电子元件,以使平面显示器更薄,质量更高,电磁噪音更低。其中的软磁器件如三端子滤波器、扼流圈、贴片电感、钳位滤波器、片状磁珠、直流-交流转换器、片变阻器等会有大量需求。


汽车工业市场


抑制EMI很关键


汽车电子系统EMC用软磁铁氧体。汽车电子系统越高级、越复杂,电磁兼容(EMC)问题就越突出。为了确保汽车电子系统的高可靠性,必须采取有效措施抑制EMI。为了抑制汽车电子系统的传导噪声,采用LC滤波器原理的常模扼流圈和共模扼流圈是一种简单有效的手段。由于常模扼流圈是非电流补偿型,所以需要大的磁心截面和高的饱和磁通密度,通常采用不易磁饱和的金属粉末磁心,如铁硅铝和铁镍钼磁粉心等;而对于电流补偿型的共模扼流圈,锰锌系高磁导率软磁铁氧体则是最适合的材料。


汽车HID安定器用软磁铁氧体。HID即高强度放电式气体灯,又称氙气灯。迄今全球已有超过2000万辆的汽车安装了HID前照灯,被誉为21世纪革命性汽车电子产品。在各种品牌的安定器内,核心部件DC-DC转换器的主变压器毫无例外都采用高性能功率铁氧体磁心制成,主变压器磁心分别采用小型PQ和RM型。


 


EV充电装置用软磁铁氧体。纯电动汽车(EV)是用高能充电电池作为动力源驱动的汽车。EV电池充电方式分为接触式和感应式两种。感应式充电系统(ICS)克服了接触式的缺点,安全可靠,性能稳定,代表着充电技术的发展方向。在这种充电方式中,充电站端和汽车端各有一个用软磁铁氧体材料制成的大型扁平罐形磁心,其中嵌绕线圈。充电时两线圈靠近构成一个变压器,靠初次级间磁感应耦合将高频交流电能由充电站馈送至电池组。有关研究表明,类似TDK PC44、PC47或FDK 6H40、6H45等低损耗功率铁氧体是制作磁耦合装置较适合的磁心材料。


HEV动力系统用软磁铁氧体。混合动力汽车(HEV)是由内燃机和电池两种动力驱动的汽车,为了实现复杂的动力转换和传输功能,HEV动力系统内使用了多件功率转换用变压器和扼流圈。为了确保在恶劣的环境下长期可靠运行,并保持高的效率,这些变压器和扼流圈的磁心均采用高性能宽温低损耗功率软磁铁氧体材料制成,如TDK PC95或FDK 6H60等材料。


消费类电子市场


高档软磁铁氧体比例加大


消费类电子产品一直是我国磁性材料最大的市场,但消费类电子产品发生了质的变化,平板电视取代传统的CRT电视,数字化趋势成为主流,一些旧产品逐渐失去市场。


彩色电视机。彩电在我国消费类电子产品中一直占主导地位,全球产量在1.7亿台左右,到2010年将达到2亿台。今后发展热点是高清晰度、大屏幕和向数字化过渡,平板电视将占60%左右。这对磁性材料产品要求更加严格:频率高段化,要求铁氧体电源磁芯有较高的工作频率;高清晰化,要求电源变压器功率稳定,材料功率损耗小,饱和磁化强度大;图像稳定、彩色鲜艳,要求使用高磁导率材料和抗电磁干扰软磁磁芯和高性能聚焦片;数字化的发展,对软磁材料的功率损耗、磁导率、使用频率的要求均比模拟的高;国际能源署规定彩电的待机功率要下降到1瓦,对低损耗功率铁氧体材料提出新要求。从今后彩电市场发展看,高档的软磁铁氧体将占总量的80%。


数字化视频和音频设备。数字设备包括DVD、数字摄录像机和数字照相机。全球数字摄录像机、数字照相机、数字录音机以及其他音像设备发展很快。数字照相机基本上取代原传统光学照相机,DVD取代了VCD和磁带放映机,数字摄像机用硬盘和DVD取代磁带。这些数码产品集液晶显示、磁记录和图像处理于一身,需要求体积小、抗噪声干扰好的磁性元件,绝大多数采用贴片元件。目前,国内企业只能少量配套。


■背景链接


中国软磁铁氧体产业投资规模增长迅速


近年来,由于全球电子信息产业、新型照明技术、电子产品数字化等飞速发展极大地推动了对软磁铁氧体材料需求的增长,随着低频宽带变压器、脉冲变压器、电源滤波器等向小型化和片式化方向发展,以及高密度磁记录的短波长化发展,大量需要高磁导率MnZn铁氧体。真正意义上的高磁导率μi软磁铁氧体材料,其μi值应大大超过8000以上才能满足于通信、计算机等IT行业和电子整机对各种器件超小型化、微型化、轻量化、标准化发展的需求。


总体来看,经过半个世纪的发展,中国软磁铁氧体产业取得了举世瞩目的进步,已经成为当之无愧的生产大国,但中国的软磁铁氧体产业发展速度与产业水平的提高并不是同步的,我国软磁铁氧体中低档产品占据国内外市场的50%以上,高档产品也才逐渐开始形成竞争力,虽然,我国软磁铁氧体工业发展较快,现有的生产厂家通过技术改造和工艺改进已取得不少成果,产品质量和产量得到明显提高,但目前国内与国外的水平与距离相差甚远,且大多数企业生产规模还太小,年产量普遍在1000吨以下,μi>10000的材料生产厂家更是屈指可数,而初具规模的国外公司一般年产软磁铁氧体在3000吨以上,TDK、FDK等公司年产量更是高达20000吨以上。从整体看,中国软磁铁氧体产业与国外先进国家相比,存在着企业分散、管理水平低、产品档次低和质量不稳定等问题,另一方面,近年来特别是2006年,中国软磁生产投资规模增长超常规发展,据不完全统计,2006年全国新增软磁氧体生产线约70多条,这是可喜的,但也是危险的。


我国发布的“软磁铁氧体材料分类”行业标准,把功率铁氧体材料分为PW1-PW5五类,其适用工作频率也逐步提高。国内的企业已经能生产相当于PW1-PW3材料,PW4材料只有在部分企业可以批量试生产,PW5材料有待于进一步开发和生产。目前中国锰锌软磁铁氧体产品年总量约16.8万吨,锰锌软磁功率铁氧体约11.7万吨,PC40以下材料占主要份额,PC40、PC44约占30%,PC44以上(PC95、PC50)不足市场的5%。锰锌高磁导率铁氧体约5万吨,磁导率低于10000的材料占绝大部分,10000至12000以上的材料约占25%,12000至15000的材料不足10%,15000以上材料不足3%。镍锌软磁铁氧体产品和镁锌软磁铁氧体约7.2万吨,EMI技术(抗电磁干扰)的不断发展以及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)的镍锌系铁氧体市场也不断扩大,不仅品种繁多,产量也很大,只是近年因原料价格上涨过快,发展速度有所放慢,其磁导率在6-1500以下变化,但磁导率达2000和2500以上的镍锌软磁产品已经在国内可以少量生产出来,使用频率范围为1MHz-100MHz以上。近年来,由于原料,特别是镍和锌价原料价格涨幅很大,镁锌及加镁配方的镍锌软磁铁氧体材料在增加。


另一方面,由于国内软磁铁氧体的价格远低于国际水平,造成了产量和产值的不匹配。在国际市场上,30%的高档产品要占市场销售额的70%,而我国的软磁铁氧体产品均价要比日本等发达国家低50%左右。造成这一现象的主要原因是国内软磁铁氧体低端产品比重高、市场激烈的竞争所致,加上厂商定价能力低,所以国内各企业的效益差别也很大。
 

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