磁粉芯材料

磁粉芯材料(magnetic powder core material)，是將鐵磁性粉末與絕緣介質(zhì)混合壓制而成的一種復(fù)合軟磁材料。磁性粉末包含F(xiàn)e、Fe-Ni-Mo.Fe-Si-Al金屬粉及非晶、納米晶態(tài)合金粉，絕緣包覆劑大體可以分為有機包覆劑(環(huán)氧樹脂、聚酰胺樹脂、硅樹脂、聚乙烯醇、酚醛樹脂及聚苯乙烯等) 和無機包覆劑(云母、水玻璃、氧化物層等)。壓制方式主要有冷壓、溫壓、真空熱壓、兩步壓制、模壁潤滑壓制等。具有較高的飽和磁感應(yīng)強度、高電阻、良好的頻率特性，高頻損耗低，高寬恒導(dǎo)磁和恒導(dǎo)磁等優(yōu)點。

純鐵粉芯具有初始磁導(dǎo)率隨頻率變化的穩(wěn)定性好、直流疊加特性好等特點，但是高頻損耗較大; 鐵硅鋁粉芯磁損要比鐵粉芯低80%，磁致伸縮系數(shù)接近零，在不同頻率下工作時無噪聲產(chǎn)生，被廣泛用作EML 電感器;非晶軟磁合金具有高強度、耐腐蝕以及無磁晶各向異性等特點; 納米晶軟磁合金則具有高飽和磁感應(yīng)強度、高磁導(dǎo)率、低損耗等特點。

由于鐵磁性顆粒很?。ǜ哳l下使用的為0.5～5 微米），又被非磁性電絕緣膜物質(zhì)隔開，因此，一方面可以隔絕渦流，材料適用于較高頻率；另一方面由于顆粒之間的間隙效應(yīng)，導(dǎo)致材料具有低導(dǎo)磁率及恒導(dǎo)磁特性；又由于顆粒尺寸小，基本上不發(fā)生集膚現(xiàn)象，磁導(dǎo)率隨頻率的變化也就較為穩(wěn)定。主要用于高頻電感。磁粉芯的磁電性能主要取決于粉粒材料的導(dǎo)磁率、粉粒的大小和形狀、它們的填充系數(shù)、絕緣介質(zhì)的含量、成型壓力及熱處理工藝等。 常用的磁粉芯有鐵粉芯、坡莫合金粉芯及鐵硅鋁粉芯三種。 磁芯的有效磁導(dǎo)率μe及電感的計算公式為：μe=（L×l_e×10⁹)/4×π×N²×A_e其中：L為電感量（享），l_e為磁芯有效磁路長度（cm），N 為繞線匝數(shù)，A_e為磁芯有效截面積（cm²）。

金屬軟磁粉芯主要包括鐵粉芯、鐵硅鋁磁粉芯、高通量磁粉芯和鉬坡莫磁粉芯四大系列。

鐵粉芯(iron cores)是用高純鐵粉或羥基鐵粉經(jīng)配料、壓制、涂覆生產(chǎn)的磁芯。由于生產(chǎn)工藝較其他幾種簡單，原材料最便宜，且具有較好的磁性能，是四大系列金屬軟磁粉芯中使用量最大、最為廣泛的一種。從μe10的－2材質(zhì)鐵粉芯到μe75的－26、－52等各種材質(zhì)的鐵粉芯，適用于各種不同的使用場合。還有用鐵氧體摻入適量做的復(fù)合鐵粉芯，具有較高的導(dǎo)磁率，在某些使用場合可以彌補鐵粉芯導(dǎo)磁率較低的缺陷。

鐵硅鋁磁粉芯(sendust cores)是用含鋁5.4%、硅9.6%、其余為鐵的合金制成的粉末生產(chǎn)出來的一種金屬軟磁粉芯。鐵硅鋁合金是二十世紀(jì)三十年代，由日本人增本亮和山本宏二人發(fā)明的。其發(fā)明地在日本仙臺縣，故又稱為Sendust合金，它是一種較好的軟磁材料。但由于其性能又硬又脆，無法加工，故作為一種金屬軟磁材料，它遠(yuǎn)不及各種坡莫合金那樣使用廣泛。鐵硅鋁磁粉芯開始由于其成型性能較差，使用并不多。由于鎳價的飛漲，使得鐵硅鋁磁粉芯性價比優(yōu)良這一特性突出出來，從而使其用量迅速超過了MPP磁粉芯，成為三種合金系列的軟磁粉芯中使用量最大、最為廣泛的一種。μe10～μe147各種性能檔的鐵硅鋁磁粉芯，凡是能取代MPP等的地方，就都可改用鐵硅鋁磁粉芯了。由于需求量大增，反過來又促使其生產(chǎn)工藝技術(shù)的改進(jìn)及產(chǎn)品質(zhì)量的提高。

高磁通磁粉芯(high flux cores)是以NiFe50坡莫合金制成的粉末生產(chǎn)的，其最大特點是具有高的飽和磁通密度，可高達(dá)1300mT以上，導(dǎo)磁率從μe10～μe160的各種性能檔磁芯都比其他兩種合金系列的飽和值要高。由于這一特點，也使得在某些使用場合就非得用它不可了。

鉬坡莫磁粉芯(M.P.P cores)是用Ni81Mo2坡莫合金粉末生產(chǎn)的一種金屬軟磁粉芯。在四大系列金屬軟磁粉芯中，又以鉬坡莫磁粉芯的綜合性能為最好。其導(dǎo)磁率可高達(dá)μe500以上。它是最具優(yōu)良特性的金屬軟磁粉芯的典型代表。因此在三種合金系列產(chǎn)品中，它是最早獲得廣泛應(yīng)用的。特別是在國防、軍工產(chǎn)品和高科技產(chǎn)品上，要求比較好的材料時都會選用鉬坡莫磁粉芯。

除了上述四大系列的軟磁粉芯外，鐵硅系列及非晶微晶系列的金屬軟磁粉芯也在逐步擴(kuò)大使用。

金屬軟磁粉芯主要以環(huán)形磁芯使用，從Φ3.6～77.8mm的各種常用規(guī)格，在國際上已形成通用標(biāo)準(zhǔn)化的尺寸。鐵粉芯最大規(guī)格達(dá)Φ130mm。為了增大容量可以數(shù)只磁芯疊繞使用。除環(huán)形磁芯外，各種U型和E型的金屬軟磁粉芯在國內(nèi)外也形成了標(biāo)準(zhǔn)化的統(tǒng)一規(guī)格。

每種新材料的出現(xiàn)，它都具有一些新的獨特的優(yōu)良特性。在軟磁材料領(lǐng)域中，從金屬軟磁到鐵氧體軟磁、到非晶微晶軟磁，進(jìn)而到金屬軟磁粉芯，都是在不 斷發(fā)展進(jìn)步，性能不斷改善提高。金屬軟磁粉芯，它既保留了金屬軟磁和鐵氧體軟磁的一些優(yōu)良特性，同時又最大限度的克服了二者的一些缺陷。在四大類別軟磁材料中，是綜合性能最好的一種軟磁材料。其主要特性如下：

①具有高的飽和磁通密度。鐵粉芯的飽和磁通密度最高可達(dá)1500mT，高通量磁粉芯最高可達(dá)1300mT，鐵硅鋁磁粉芯的飽和磁通密度最高可達(dá)1000mT，就連四大系列金屬軟磁粉芯中飽和磁通密度最低的MPP類磁粉芯最高也可達(dá)800mT。這一性能保留了金屬軟磁的優(yōu)點，是鐵氧體類軟磁材料所遠(yuǎn)為不及的。

②具有高的有效導(dǎo)磁率。如MPP類磁粉芯，在10KHz下，μe值可高達(dá)500以上。有效導(dǎo)磁率最低的鐵粉芯－26材質(zhì)，在10KHz下，μe值也可達(dá)75左右。而我們曾用超坡莫類金屬軟磁軋至0.01mm厚，分條后通過電泳涂層卷芯處理后，其初始導(dǎo)磁率高達(dá)20萬，最大導(dǎo)磁率高于80萬。但在10KHz下測得μe值只有約60，遠(yuǎn)不及金屬軟磁粉芯。

③損耗低，頻率穩(wěn)定性好，使用頻率范圍廣。各種材質(zhì)和各不同導(dǎo)磁率的金屬軟磁粉芯，可適於從幾十赫茲到高達(dá)30兆赫的很寬頻帶下使用。這一特性是金屬軟磁和非晶微晶軟磁所遠(yuǎn)不及的。

④由于有上述三條優(yōu)點，金屬軟磁粉芯具有良好的交直流疊加穩(wěn)定性。這對于許多交直流場同時存在的使用情況下是具有重要意義的。這也是它優(yōu)于其他幾種軟磁材料的地方。

⑤具有良好的磁性能穩(wěn)定性。這一特性對于使用和保證產(chǎn)品質(zhì)量是非常重要的。如果不能保證磁性能穩(wěn)定性，非常精密的儀器會變得不能用而造成損失。金屬軟磁粉芯在頻率穩(wěn)定性和溫度穩(wěn)定性等方面都優(yōu)于其他幾類材料。

⑥它還有一條非常重要的，也是其他任何軟磁材料所不具備的獨特優(yōu)良特性，就是具有良好的性能可控性。也就是說，在各類金屬軟磁粉芯的生產(chǎn)過程中，人們可以通過 控制和改變其生產(chǎn)工藝技術(shù)條件，生產(chǎn)出各種具有獨特性能的金屬軟磁粉芯，從而能最大限度地滿足各種使用條件下的各種不同要求。這對于提高產(chǎn)品的性能和質(zhì) 量，特別是對于高科技和國防軍工領(lǐng)域，是具有非常重要意義的。

如磁性能一致性的控制，鐵粉芯由國外產(chǎn)品±10%縮小至±5%，合金系列產(chǎn)品由國外±8%也縮小至±5%，這在使用方面的好處，在后面應(yīng)用部分說明。其他如溫度系數(shù)，通過改進(jìn)處理工藝及添加補賞合金，可使其溫度系數(shù)低于100ppm以下，從而具有良好的溫度穩(wěn)定性。還有在降低損耗、改善頻率特性等方面也可通過改進(jìn)生產(chǎn)工藝而得到改善?？傊ㄟ^改變生產(chǎn)工藝技術(shù)，可以使金屬軟磁粉芯具有某種獨特的優(yōu)良特性，從而為人們很好的加以利用是金屬軟磁粉芯的又一特性，且是為人們所用最重要的特性。