金属软磁粉芯的技术应用
一、综述
社会在不断进步，科学技术也在不断向前发展，对各种材料也不断提出新的要求。作为各个科技领域广泛使用的软磁材料，也是在不断向前发展。新的性能更优异的新材料，不断被研发出来。正是由于这些新材料满足了科技发展的新要求，从而使整个社会向前推进了一步。
社会发展至今，各个科技领域广泛使用的软磁材料有：金属软磁材料、铁氧体软磁材料，非晶微晶软磁材料和金属软磁粉芯等四大类。尽管每种新材料的出现，它都具有一些新的独特的优良特性，但也不可能是十全十美的。而原有的一些材料，尽管在使用时感到有些不足，但每种材料都还是有它一定优点的，它们都有各自的用武之地，谁也取代不了谁，是永远具有生命力的。如软磁铁铁氧体材料，使用至今已有百余年历史，现在还在大量的使用。所以一种新材料的出现，既不要企求它是{wn}的，也不必担心它会被淘汰。
在评价各种材料时，对一种新材料的出现，我们既不能把它说得天花乱醉，神乎其神，也不能把其他的材料说得一钱不值。总之，是要“科学的评价”。所谓科学评价，一是要实是求事，二是要综合比较。实是求事就是：是优点就是优点，是不足就是不足，优点多就是好材料。综合比较就是：各种材料就其优点比它好的少，就其缺点比它差的多，这就是一种较优良的新材料。根据这一原则，我们可以说：金属软磁粉芯在当今广泛使用的四大类软磁材料中，是综合性能{zh0}的，具有良好的使用价值。特别是在一些高、精、尖的科技领域和工业领域及军工产品方面，得到了广泛的应用。
金属软磁粉芯包括铁粉芯(iron powder cores)、铁硅铝磁粉芯(Sendust)、高通量磁粉芯(NiFe50)和钼坡莫磁粉芯(MPP)等四大系列，其中铁粉芯价格{zd1}廉，使用最为广泛。而钼坡莫磁粉芯综合性能{zh0}，特别是在一些高科技领域和军工产品上具有重要使用价值。近三年来，由于镍价飞涨，而铁硅铝磁粉芯的综合性能也较好，在一些能用铁硅铝磁粉芯的地方，都用它来代替钼坡莫磁粉芯。所以近几年来三种合金系列的磁粉芯中，铁硅铝磁粉芯由于具有相对良好的xxx，使用最为广泛。
金属软磁粉芯由于具有一系列的优良特性，从上个世纪末期至今的十余年间里，在我国已获得愈来愈广泛的应用。主要用作各种高性能的电感元件和500w以下的各种小功率变压器，它不但在一些高科技领域和军品生产中具有重要使用价值。在其他科技领域和工业领域中，由于对提高各种产品的性能和质量具有重大的意义。因此，也获得广泛的使用。如通讯、能源、汽车工业、家电产品、自动门控和各种电感器、滤波器、互感器、逆变器等各种电子元器件的生产上，都已大量被优先选用。特别是在上个世纪九十年代，开关电源这一新产品被大量推广使用。作为一种优良的电感磁芯，在各种开关电源模块上，被大量用作滤波、稳流(扼流)、储能等各种电感元件。因此对金属软磁粉芯的需求量更是迅速增加。作为加工行业的线圈厂家，更是大量需求各种金属软磁粉芯。特别是入世以后，我国已成为世界上各种电子元器件{zd0}的供应基地，这也带动了对金属软磁粉芯需求量的飞速增长。
金属软磁粉芯由于生产工艺技术特殊，涉及磁学和粉末冶金两个基本学科。还涉及物理学、金属物理、机械工程、电子、热处理、化学化工等学科。技术难度较高。虽然其经济效益可观，但不是能想上就上，谁都可生产的。在我国，目前还处在工业化生产的初始阶段。武汉浩源磁材有限公司是我国最早从事金属软磁粉芯研制生产的专业企业，其前身是我国{wy}定点研制金属软磁粉芯的武汉治金研究所粉末冶金研究室。从六十年xx始，在北京钢研总院进行了初始研制。七十年代定点武治所，由武治所完成研制后交给北京七九八厂进行生产试制，供给各研究院所和军工企业。所以，需要供货单位一般向七九八厂定购，仅少量技术难度大的仍在武治所生产试制。上海钢研所在八十年代初，经过与武冶所交流后，也开始了这方面的研制工作。这种小规模研制一直持续至上世纪九十年代末期。1999年武汉浩源磁材有限公司成立后，开创了我国金属软磁粉芯批量生产供货的先例。由于铁粉芯生产工艺技术较为简单，上世纪末期一些台商老板先后在东莞、珠海、深圳等地创办了大规模生产铁粉芯的企业，如嘉诚，可达、盛忠等七、八家企业。以后淅江东磁也上了国内{zd0}的铁粉芯生产企业。还有湖州柯达等，并且在东莞、珠海等还演生了富华、东金等一些小型铁粉芯生产厂家。并随着市场的需求，又诞生了吴江嘉诚。由此，我国铁粉的生产已达相当规模。除供国内市场需要外，还以优惠的价格打入国际市场。但是，三种合金系列的磁粉芯，直至上个世纪末期，仅武汉浩源磁材有限公司和七星飞行(原七九八厂)、上钢所等三家企业有小规模供货。2000年起，淅江东磁也开始了合金系列的研制生产，目前铁硅铝系列部分产品已开始批量供货。近年湖州柯达和杭州波峰也开始了铁硅铝系列产品的小规模供货。但总的来说与市场需求相较，仅占极小部份。目前我国市场几乎百分之百由国外产品供货。最初是美国Magnetics Co.和Arnold Co.垄断我国市场。从九十年代中期开始，韩国长胜(CSC)公司产品以其优良的质量和比美国低得多的价格大量打入中国市场。近年韩国东部公司产品质量也有很大提高，也开始大量打入中国市场。所以，目前在我国市场上，三种合金系列的产品，韩国产品占70%以上，美国产品约占25%以上。
金属软粉芯由于生产工艺特殊，特别是三种合金系列，过去仅能生产供应环形磁芯。规格由φ3.6~77.8mm是常用的生产规格。国际上已标准化、系列化的各种性能档和规格产品生产也渐趋统一。近年由于市场的需要，三种合金系列的磁粉芯也开始生产EE、E1、UU等异型产品。在我国，武汉浩源磁材有限公司，不仅能按照各种通用国际标准生产各种的环形磁芯。还能批量生产供应各种规格的EE、E1、UU等形状的各类金属软磁粉芯。
二、金属软磁粉芯的一般特性
金属软磁材料虽然具有高的饱和磁通密度和高导磁率等优点，然而它有两大致命的缺陷，一是损耗大，这使得它的高导磁率特性在实际使用中，往往要打很大的折扣。其次是性能稳定性差，特别是非常娇气。铁氧体软磁材料虽然具有低损耗和高的有效导磁率等优点。但其饱和磁通密度在四类材料中是{zd1}的，使用中常常要想方设法来克服易饱和这一缺点。尽管如此，也是有限的。所以，人们不得不用增加体积和开气隙的办法来扩大应用范围。其另一重大缺点就是由于居里温度低，所以温度稳定性差。这两点在一些高精尖的领域里也是致命的弱点。非晶微晶材料具有高的饱和磁通密度，相对简单的生产工艺和相对于金属软磁材料低的损耗等特性，其使用频率也是非常有限的，其性能稳定性也较差。
金属软磁粉芯是以金属软磁材料的粉末，通过粉末冶金工艺生产的一种软磁材料。它既保留了金属软磁材料和铁氧体软磁材料的一些重要优点，同时也{zd0}限度的克服二者的缺陷。所以它是一种综合性能{zh0}的新型软磁材料。其主要特性如下：
(1)、具有高的饱和磁通密度。如铁粉芯的饱和磁通密度可高达15000Gs，高通量磁粉芯可达13000Gs，就连{zd1}的MPP 类磁粉芯，也远高于铁氧体材料。
(2)、具有高的有效导磁率。MPP类磁芯有效导磁率可高达500以上，就连{zd1}的铁粉芯类磁芯也可高于{zh0}的金属软磁材料。
(3)、损耗低，使用频率范围广，可由几十赫茨到高达30兆赫的很宽频带下使用。
(4)、由于有上述三条优点，所以它具有良好的交-直流叠加特性，这是具有重要实际应用义意的。
(5)、具有良好的磁性能稳定性。这一特性对于使用也是非常重要的。
(6)、它还有一条非常重要的特性，这也是其他任何软磁材料不具备的特性：就是具有良好的性能可控性。人们可通过控制和改变其生产工艺条件，生产各种具有独特性能的金属软磁粉芯。如100ppm/℃以下低温度系数的高温度稳定性磁芯。又如磁性波动范围控制在¡0.5%以下的高一致性磁芯等等。从而能{zd0}限度的满足各种使用条件下的各种不同要求。这对于提高各种产品的性能，特别是对于高科技和国防军工领域，是具有非常重要义意的。
三、四大系列金属软磁粉芯略述
金属软磁粉芯是一种高科技产品，具有磁电转换的特殊功能。是适用于信息和电力、电子器件的一种新型的特种粉末冶金功能材料。它是用金属或合金的磁性粉末通过特殊工艺生产的一种新型软磁材料。用它生产的各种磁性元件在各种控制、制导线路中及开关电源产品上是不可缺少的关键元件。广泛用于国防军工、{jd0}科技及通讯、电子电器、家电等科技领域。因此，大力发展金属软磁粉芯的研制生产，对科技发展和社会进步具有深远的意义。
1．铁粉芯
铁粉芯是以高纯还原铁粉或羟基铁粉经绝缘、成型、涂复后制造生产的各种材质铁粉芯。铁粉芯的饱和磁通密度值高达5000~15000Gs，使用安匝数可达200~1000。能在高的磁化场下不被饱和，具有良好的直流叠加稳定性。其产生工艺简单，价格在各类金属软磁粉芯中是{zd1}的。一般在能满足使用要求的情况下，可优先选用铁粉芯。目前在各类金属软磁粉芯中，是使用最普及，用量{zd0}的一种。
铁粉芯根据使用的原料不同、生产艺不同及适用范围不同，有以下各种材质型号：
-2材质，-8材质，-18材质，-26材质，-28材质，-33材质，-40材质，-52材质等八种通用型材质。
以后根据各种使用要求出现了如-30材质，-35材质及复合磁粉芯-45材质等
各种材质铁粉芯的一般特性：
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材质 有效导磁率
μe 温度系数
+PPm/℃ 线膨胀系数
+PPm/℃ 密度
g/cm3 相对价格 色标   
-2 10¡5% 95 13 4.8 2.5 三红/淡青   
-8 35¡10% 255 12 6.5 2.5—10 三黄/红   
-18 55¡10% 385 12 6.6 1.5 三绿/红   
-26 75¡10% 825 10 7.0 1.2 三黄/白   
-28 22¡10% 415 11 6.0 1.3 三灰/绿   
-33 33¡10% 635 11 6.3 1.3 三灰/黄   
-40 60¡10% 950 10 6.9 1 三绿/黄   
-52 75¡10% 650 10 7.0 2.5 三浅绿/浅天兰
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铁粉芯一般标记方法：一般是以美国微金属公司的标记方法为基础略作改动如：
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T 106—26
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标记为铁粉芯      标记磁芯外径1.06吋    标记材质-26  
各生产厂家为区分又分别加各自标记如：
KT——嘉诚，HyT——浩源，DT——东磁等。同一外径，内径或高度不同时，各家标记不同。有在外径后加A或B，如T106A-26或T106B-26。也有在材质后加B或D等如T106-26B或T60-26D。
2.铁硅铝磁粉芯
铁硅铝磁性合金是二十世纪三十年代由日本人发明的，其发明地在仙台县，故又称Sendust合金。八十年代将其制成磁粉芯也称Sendust磁粉芯。铁硅铝磁性合金的标准成份是A1 5.4% ，Si 9.6%，其余为铁。生产铁硅铝磁粉芯用的合金成份控制范围是：A1 5.2~5.6% ，Si 9.2~9.8%，其余为铁。低频(1KHz以下)使用的铁硅铝磁粉芯，其有效导磁率可达147。目前市场大量供货的铁硅铝磁粉芯有以下常用几种性能档次：μe26；μe60；μe75；μe90；μe125等。铁硅铝磁粉芯饱和磁通密度Bs值为8000~10000Gs，使用安匝数为300左右。产品密度5.2~6.0g/cm3。温度稳定性较好，一般小于400ppm/℃。除了做成各种规格的环形磁芯外，还可生产各种EE、EI、UU等磁芯。
环形铁硅铝磁粉芯的色标一般为黑色，但有的生产厂家如阿罗德各种磁芯均为兰色。其型号材质标记为CS即Sendust core，其标记方法如下：
CS 127 125
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     材质为铁硅铝      外径12.7mm    μe：125
各生产厂家可加企业标记如：HyCS127125
3.高通量磁粉芯
高通量磁粉芯出现于上世纪中期，它是以含Ni和Fe各50%的NiFe50坡莫合金磁性粉末制成的磁粉芯。其{zd0}特点是其饱和磁通密度在三种合金系列磁粉芯中是{zg}的。Bs值在8000~13000Gs。使用安全数可达500以上，在较大的磁化场下不易被饱和，可使用在较大功率的器件上。同时由于其饱和磁通密度较高，直流偏流特性较好，在较大的直流偏场下，可保证电感值的最小直流漂移。其有效导磁率可达μe160，目前大量供货性能档为：μe26；μe60；μe75；μe90；
μe125等。
高通量磁粉芯主要以环形使用，也可以EE等异形使用。其色标一般为瓦灰黄色，标记方法以CH标记材质其余相同，如HyCH203125。
4.钼坡莫磁粉芯
钼坡莫磁粉芯是以成份为：Ni79~81.5%；Mo1.8~2.2%，其余为Fe的钼坡莫合金粉末生产的，其标准成份为Ni81%；Mo2%；余Fe。钼坡莫磁粉芯在各种磁粉芯中是综合性能{zh0}的，其有效导磁率范围宽μe10~550。常用性能档有μe10；μe26；μe60；μe75；μe90；μe125；μe147；μe160；μe173；μe200等。其饱和磁通密度虽然在各种金属软磁粉芯中是{zd1}的，但仍远高于铁氧体。一般在6000~8000Gs，使用安匝数在200以上。其损耗低，磁性能稳定性{zh0}。温度系数可做到100ppm/℃以下。μe26以下的磁粉芯使用频率可达20~30MHz。
钼破莫磁粉芯主要以环形磁芯使用，也可以EE等异形使用。色标为灰色，型号标记以CM来标记材质，其余相同，如HyCM236125等。由于Ni和Mo含量高，价格贵，所以钼坡莫磁粉芯是价格最贵的。一般使用在较高性能产品或国防军工产品上。
从各种金属软磁粉芯略述可以看出，金属软磁粉芯在各类软磁材料中是综合性能{zh0}的。由于篇幅有限，各种金属软磁粉芯的各种特性曲线在此省略，使用时可参考各生产厂家产品说明书。