回首软磁材料百年发展史,能否续写科技传奇
在电子工业领域,软磁材料作为关键的基础功能材料,深度嵌入电力、电子、通信等诸多核心环节,是推动行业发展的幕后功臣,下面,就让我们回溯时光,探寻软磁材料的发展之路。
一、金属软磁材料:早期奠基与发展
软磁材料的发展发轫于金属软磁材料,其演进历史已逾百年。
1921年,美国西方电气公司实现重大突破,将电解铁粉压制为磁粉芯,并成功应用于电话线路加感线圈。
1925年,德国巴斯夫(BASF)公司发明了羰基铁粉,如今该材料已与一体成型电感技术紧密融合,为后续进阶筑牢了根基。
金属软磁材料 图源瑞德磁电
1935年,日本东北大学金属材料研究所地山本等人开发出了铁硅铝合金Sendust,进一步扩充了金属软磁材料的 “家族成员”。
1940年,美国贝尔实验室开发了铁镍钼合金MPP,也称超坡莫合金,凭借低损耗特性,虽成本不菲,但在航空等高端领域站稳脚跟,发挥关键作用。
随后,1949年美国Magnetics公司(美磁)创立,1951年,美国Micromrtals公司接踵而至,众多企业纷纷投身其中,推动金属软磁材料行业逐步走向规模化。
20世纪60年代,基于国防需求,中国开启金属磁粉芯的研制征程,为全球金属软磁材料研发注入新动能。
踏入 20 世纪 80 年代,金属磁粉芯迎来产业化曙光。它广泛渗透于功率因数校正电感、输出滤波电感、谐振电感、EMI 电感以及反激变换器主变压器磁心等关键部位,成为保障电子设备稳定运行的中流砥柱。
二、软磁材料的变革:从金属磁粉芯到铁氧体再到非晶纳米晶
复盘往昔,在铁氧体尚未崭露头角之际,金属软磁材料在电力、电子、通信领域独领风骚。磁粉芯内部独具特色的分布气隙结构,使其在磁化时具备强大的能量蓄积能力。它虽磁导率相对不高,却凭借出色的线性度、高饱和磁通密度以及宽广的工作频率范围崭露头角,电力工业中的变压器、电机等关键设备至今仍大量倚重铁硅合金等金属软磁材料。
然而,金属软磁材料低电阻率的 “先天不足”,引发趋肤效应与涡流损耗,极大限制了其在高频段的拓展空间。
时针拨回至1935年,铁氧体软磁材料最早由荷兰菲利普实验室Snock研制成功。
20 世纪 40 年代,软磁铁氧体从实验室成功迈向工业生产,金属软磁材料慢慢退出应用市场,仅局限于某些特殊的应用。
铁氧体软磁材料 图源凯通电子
此后在20世纪50-90年代,铁氧体大放光芒,主导软磁行业走向。彼时,依据不同应用诉求,软磁材料以追求高磁导率与低损耗为导向,鉴于矫顽力与晶粒尺寸的反比关系,研发聚焦于构建均匀显微结构、增大晶粒尺寸。
转折发生在 1970 年,Fe-Ni-B非晶态合金研制成功,1988年Fe-Ni-B-Nb-Cu纳米微软磁材料问世,均发现了非常优异的软磁特性。人们发现,在一定尺寸范围内,矫顽力与晶粒尺寸的六次方成正比,促使软磁材料研发改弦更张 —— 全力迈向晶粒尺寸纳米化新征程。
进入90年代,非晶与纳米晶金属软磁材料逐步成为铁氧体软磁材料新的竞争对手,尽管在性价比层面暂处下风,市场份额难以对铁氧体形成颠覆性冲击,但在高技术前沿领域中它大显身手。
三、结语
迈入 21 世纪,新能源汽车、光伏储能、AI人工智能、数据中心服务器、人形机器人等新兴产业蓬勃兴起,宛如一股澎湃动力,为软磁材料拓展出前所未有的广阔天地。
随着材料科学的持续深耕,我们有理由相信,软磁材料将不断突破性能瓶颈,通过多元复合、微观结构精细调控等创新手段,实现更高磁导率、更低损耗以及更卓越的频率适应性。届时,软磁材料不仅将进一步赋能传统产业升级换代,更将为新兴技术的腾飞插上有力翅膀,续写电子工业领域的传奇篇章,持续推动人类社会迈向更加智能化、高效化的未来。
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