2022年软磁材料行业发展现状及应用范围分析.docx

2022年软磁材料行业发展现状及应用范围分析一、软磁材料：高功率、小型化电感软磁“优等生”，新能源功率传输需求打开广阔成长空间软磁材料品种繁多，产品需求与材料技术与时俱进。磁性材料指能在磁场激发下产生磁性能的材料，主要分为软磁（多用于电气电路控制）、永磁材料（多用于高性能电机）等。（1）软磁材料：是具有低矫顽力和高磁导率的磁性材料，易于磁化，也易于退磁，从磁滞回线上反映更加细长，其主要功能是导磁、电磁能量的转换与传输，广泛用于各种电气电路，尤其伴随EV/绿色能源转型，电气电路功率传输与控制需求大幅提升，催化软磁材料需求及技术工艺快速迭代；（2）永磁材料：（又称硬磁材料）具有宽磁滞回线、高矫顽力和高剩磁的特性，具备转换、传递、处理、存储信息和能量等功能，应用范围广泛，如汽车、家电、工业电机等领域对永磁材料有着广泛需求。软磁材料主要可分为金属软磁与铁氧体软磁：金属软磁中，工业纯铁、硅钢、坡莫合金出现最早，后续逐步发展出非晶纳米晶带材、磁粉芯等高端软磁材料。铁氧体软磁材料出现时间较早，目前主要包含锰锌、镍锌、镁锌三类。软磁材料主要应用于制备电感磁芯（变压器中称为铁心），提升电感的“储存磁场能量”的功能。以最简单的空心电感线圈为例，假设此时有直流电通过，根据电磁感应定律，线圈内部及周围将产生磁场，若此时断开电流，内部储存磁场将以电能形式释放。但由于空气储存磁场的能力较弱（磁导率低），部分磁场会从线圈间隙中“溢出”，即“漏磁”现象。加入一个高磁导率的磁芯后，磁场将更多被限制在电感线圈内部，从而增加电感储存磁场的能力。按照应用领域区分，软磁材料主要应用于电力变压以及电子电路领域。1）电力变压领域：主要承担电网发电与用电侧升降压功能，功率较大，主要采用硅钢、非晶带材制备。2）电子电路领域：主要采用铁氧体、坡莫合金、磁粉芯、纳米晶等材料通过粉末冶金工艺制成电感，在电路中承担逆变（交流直流转换）、升降压、信号处理等功能。衡量软磁材料性能的指标优劣主要指标包括：电阻率、磁导率、饱和磁感应强度、直流偏置特性等。软磁材料技术迭代总体围绕以下四大核心参数优化：1）电阻率（ρ）：由于电磁感应现象存在，交变磁场中磁体内部产生涡流（抵抗磁场变化）从而导致热损耗，高电阻率有益于降低涡流损耗；2）磁导率：磁导率表征软磁体对外界信号的灵敏性，高磁导率有益于电气元件小型化；3）饱和磁感应强度（Bs，饱和磁密）：饱和磁密是磁性材料磁化到饱和时的磁感应强度，反映磁材储存磁场的能力，高饱和磁密是元件小型化的另一指标；4）直流偏置特性：由于交流电力系统中存在直流电成分，会导致磁导率衰减，直流偏置特性表征材料抗直流信号干扰能力，该值越高越好。磁粉芯具有电阻率高、饱和磁感应强度大的优良特性，响应高频、小型化电子器件需求。19世纪20年代，日本和德国研制了铁硅铝(Sendust)合金磁粉芯，此后由于高电阻率软磁铁氧体的问世以及迅速发展，使金属磁粉芯的研究发展热度下降。此后随着电子工业对高功率、小型化的性能需求提升，铁氧体低饱和磁密的缺点开始体现。与坡莫合金相比，经绝缘包覆后的磁粉芯具有较高的电阻率，可以有效降低高频下材料的涡流损耗，与软磁铁氧体相比，软磁复合材料的饱和磁感应相对较高，更能满足电子元器件小型化的要求，因此逐步在光伏、新能源车等逆变电感、升压电感等领域得到广泛应用。2.软磁粉芯制备工艺难度大，粉末制备为核心环节磁粉芯制备工艺主要包括制粉、绝缘包覆、压制、热处理四个环节，其中制粉为核心环节。1）制粉：制粉是磁粉芯生产的核心环节，配方与粒径对产品密度和磁导率起到决定性作用，水雾化法、气雾化法为主流工艺，制得的粉末平均粒径约25-30μm；2）绝缘包覆：绝缘包覆工艺与材料的选择主要影响磁粉芯损耗性能，是减小涡流损耗的关键所在，目前主流材料采用有机+无机复合材料进行包覆。3）压制：压制成型过程中随着压制压力的增大，材料的磁导率会增大，铁损也会减少，但当压力值超过一定值后，磁损耗反而会增加，这是由于过大的压力导致包覆层破坏。此外，制得的粉末通过粒度分级配比可实现更佳的压实性能提升密度，从而提升材料磁导率。4）热处理：热处理是为了释放压制成形后材料内部的残余应力和改善力学性能，但热处理温度又受到绝缘包覆材料耐热特性的限制。因此，如何平衡好磁导率、饱和磁感应强度和磁损耗等各性能是工艺流程的难点所在。雾化法为当前制粉的主流工艺，球形度好，有利于磁导率和饱和磁通密度的提升。制粉方法主要包括气雾化、水雾化法和破碎法：1）气雾化法制得的粉末综合性能最优，但成本偏高，且制备非晶粉末难度较大。利用高速气流对熔融的金属液进行分散与冷却从而得到呈球形的粉末，其中气流既承担能量传输（破碎）又承担冷却作用，该法制得的粉末球形度更高，压制环节表面绝缘层更加完整，因此电阻率更高，且球形粉末流动性好，更容易