非晶軟磁基本概念

物質(zhì)里面的原子排列是整齊有序的叫做晶體;物質(zhì)的原子排列是混亂的叫做非晶體。通常情況下，金屬及合金在從液體凝固成固體時(shí)，原子總是從液體的混亂排列轉(zhuǎn)變成整齊的排列，即成為晶體。但是，如果金屬或合金的凝固速度非?？?例如用每秒高達(dá)一百萬度的冷卻速率將鐵-硼合金熔體凝固)，原子來不及整齊排列便被凍結(jié)住了，最終的原子排列方式類似于液體，是混亂的，這就是非晶合金(又稱為金屬玻璃)。由于不同的物質(zhì)形成非晶所需要的冷卻速度大不相同。單一金屬需要每秒高達(dá)一億度以上的冷卻速度才能形成非晶態(tài)。受目前工藝水平的限制，實(shí)際生產(chǎn)中難以達(dá)到如此高的冷卻速度，普通的單一的金屬難以從生產(chǎn)上制成非晶。為了獲得非晶態(tài)的金屬，一般將金屬與其它物質(zhì)混合。當(dāng)原子尺寸和性質(zhì)不同的幾種物質(zhì)搭配混合后，就形成了合金。這些合金具有兩個(gè)重要性質(zhì):①合金的成分一般在冶金學(xué)上的所謂"共晶"點(diǎn)附近，它們的熔點(diǎn)遠(yuǎn)低于純金屬，例如FeSiB合金的熔點(diǎn)一般為1200度以下，而純鐵的熔點(diǎn)為1538度;②由于原子的種類多了，合金在液體時(shí)它們的原子更加難以移動(dòng)，在冷卻時(shí)更加難以整齊排列，也就是說更加容易被"凍結(jié)"成非晶。有了上面的兩個(gè)重要條件，合金才可能比較容易地形成非晶。實(shí)際上，目前所有的實(shí)用非晶合金都是兩種或更多種元素組成的合金，例如Fe-Si-B，F(xiàn)eNiPB，CoZr，ZrTiCuNi等。迄今為止，國內(nèi)外非晶合金開發(fā)最多的是作為軟磁材料的一類。它們在化學(xué)成分上的一個(gè)共同點(diǎn)是:由兩類元素組成:一類是鐵磁性元素(鐵、鈷、鎳或者他們的組合)，它們用來產(chǎn)生磁性;另一類是硅、硼、碳等，它們稱為類金屬，也叫做玻璃化元素，有了它們，合金的熔點(diǎn)比純金屬降低了很多，才容易形成非晶。

非晶軟磁合金材料的種類:

1、鐵基非晶合金鐵基非晶合金:主要元素是鐵、硅、硼、碳、磷等。它們的特點(diǎn)是磁性強(qiáng)(飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度可達(dá)1.4-1.7T)、磁導(dǎo)率、激磁電流和鐵損等軟磁性能優(yōu)于硅鋼片，價(jià)格便宜，最適合替代硅鋼片，特別是鐵損低(為取向硅鋼片的1/3-1/5)，代替硅鋼做配電變壓器可降低鐵損60-70%。鐵基非晶合金的帶材厚度為0.03毫米左右，廣泛應(yīng)用于中低頻變壓器的鐵心(一般在10千赫茲以下)，例如配電變壓器、中頻變壓器、大功率電感、電抗器等。

2、鐵鎳基非晶合金鐵鎳基非晶合金:主要由鐵、鎳、硅、硼、磷等組成，它們的磁性比較弱(飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度大約為1T以下)，價(jià)格較貴，但磁導(dǎo)率比較高，可以代替硅鋼片或者坡莫合金，用作高要求的中低頻變壓器鐵心，例如漏電開關(guān)互感器。

3、鈷基非晶合金鈷基非晶合金:由鈷和硅、硼等組成，有時(shí)為了獲得某些特殊的性能還添加其它元素，由于含鈷，它們價(jià)格很貴，磁性較弱(飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度一般在1T以下)，但磁導(dǎo)率極高，一般用在要求嚴(yán)格的軍工電源中的變壓器、電感等，替代坡莫合金和鐵氧體。

4、納米(超微晶)軟磁合金材料由于非晶合金中原子的排列是混亂無序的這種特殊結(jié)構(gòu)，使得非晶合金具有一些獨(dú)特的性質(zhì)。

1960年美國Duwez教授發(fā)明用快淬工藝制備非晶態(tài)合金為始。其間，非晶軟磁合金的發(fā)展大體上經(jīng)歷了兩個(gè)階段:第一個(gè)階段從1967年開始，直到1988年。1984年美國四個(gè)變壓器廠家在IEEE會(huì)議上展示實(shí)用非晶配電變壓器則標(biāo)志著第一階段達(dá)到高潮，到1989年，美國AlliedSignal公司已經(jīng)具有年產(chǎn)6萬噸非晶帶材的生產(chǎn)能力，全世界約有100萬臺(tái)非晶配電變壓器投入運(yùn)行，所用鐵基非晶帶材幾乎全部來源于該公司。從1988年開始，非晶態(tài)材料發(fā)展進(jìn)入第二階段。這個(gè)階段具有標(biāo)志性的事件是鐵基納米晶合金的發(fā)明。1988年日本日立金屬公司的Yashiwa等人在非晶合金基礎(chǔ)上通過晶化處理開發(fā)出納米晶軟磁合金(Finemet)。1988年當(dāng)年，日立金屬公司納米晶合金實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，并有產(chǎn)品推向市場。1992年德國VAC公司開始推出納米晶合金替代鈷基非晶合金，尤其在網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備上，如ISDN，大量采用納米晶磁芯制作接口變壓器和數(shù)字濾波器件。