纳米晶金属软磁合金新材料1软磁材料从纯铁硅钢到坡莫合金等已有.DOC

纳米晶金属软磁合金新材料1 ? 软磁材料从纯铁、硅钢到坡莫合金等已有100多年的发展历史；近二十多年来先后发展起来的非晶态合金和纳米晶合金等新型软磁合金材料，使软磁材料的组织结构从晶态跃向非晶态，又从非晶态发展为纳米晶态，从而把软磁合金新材料的研发与应用推向了一个新的高潮。 ?? 材料研究工作者曾长期致力于研究同时具有高饱和磁感应强度、高磁导率、低损耗的软磁材料，谓之“二高一低”的“理想”软磁材料，但是始终未能实现。现代电子技术向高频、高效、大功率、小型、节能方向发展，既对软磁材料提出新的挑战，又给软磁材料提供了一个发展机遇。正是在这种大背景情况下，日立金属公司的吉泽克仁等人于1988年首先研制成功Fe基纳米晶软磁合金新材料，并命名新合金牌号为Finemet。 ?? Finemet合金不仅微观结构新颖、不同于晶态和非晶态，而且具有综合的优异软磁特性、即具有较高饱和磁感应强度、高磁导率、低损耗等；与此同时，该合金还具有生产工艺简单、成本低、无污染等特点。因而可以讲，Finemet合金的出现是软磁材料的一个突破性进展，它解决了人们长期努力研究而未能解决的难题；其贡献就在于：（1）找到了一条使Fe基合金晶粒细化到1—20纳米（nm）、而饱和磁致伸缩系数和磁晶各向异性常数又同时趋于零的途径；（2）改变了以往各类软磁材料的磁导率、损耗与饱和磁感应强度相矛盾、磁性能与成本相矛盾的状况；首次实现了人们长期渴望追求的“二高一低”“理想”软磁材料的愿望。 ??? 纵观软磁材料的发展史，从来没有一种甚至一类软磁材料能全面地或基本上满足软磁材料的全部技术要求。而纳米晶软磁合金通过不同方式的热处理后，则可以基本上满足不同场合下的使用要求，并具有性能、工艺及成本等全方位的优势，因而它一问世，便获得了迅速发展与应用。日立金属公司公布Finemet专利的当年，纳米晶软磁合金材料及制品的销售额就达5000万日元，并计划Finemet材料的年产量达600吨以上，广泛用于电子工业大量需求的磁性元器件。德国真空熔炼公司（VAC）在引进了Finemet专利技术后，发展并建立了Vitroperm纳米晶软磁合金牌号，据悉其年产量也在200吨级以上，广泛用作磁芯和磁性元器件。 ??? 中国自上世纪九十年代研发纳米晶软磁合金以来，发展很快，已在电力工业、电子工业、电力电子技术、计算机、通讯、仪器仪表及国防军工等领域得到了广泛应用。据统计，2000年纳米晶软磁合金材料的年产量约为300吨；近几年市场需求增长很快，预计目前纳米晶软磁合金材料的年产量可达800吨左右，处世界先进国家行列之中。 ??? 一个新材料自问世以来，在如此短的时间内获得这样广泛的发展与应用是不多见的。而纳米晶软磁合金除了具有急冷工艺技术发展的深刻背景外，重要地是它具有强有力的应用工程背景，这正是它具有生命力的标志。纳米晶金属软磁合金材料作为功能材料，其产量或用量远不能与结构材料相比，但其发挥的作用是极其重要的或无法替代的。因而研究、发展、生产、应用纳米晶金属软磁合金材料，对发展我国高新技术产业、促进和提升传统产业、带动和支持相关产业的发展和技术进步具有重要的现实意义。（洛洛） 纳米晶金属软磁合金新材料2 ??? 纳米晶软磁合金材料具有优异的软磁特性： ??? 日立金属公司的吉泽克仁等人，在研究降低Fe基非晶态合金磁致伸缩系数以提高其软磁性能时，发现了Finemet这种纳米晶新材料。这种新材料是利用制备非晶态合金的熔体快淬工艺，首先制取结构为非晶态的FeNbCuSiB合金带材，经热处理后获得了直径为10—20 nm（纳米）（100—200 ?）微细晶粒结构，测试后发现其具有优异的软磁性能，后称其为纳米晶软磁合金材料。 ??? 继Finemet合金之后，又发展了一系列纳米晶软磁合金材料，例如：Suzuki及M.A.Willard等人又分别推出Nanoperm和Hitperm新型纳米晶软磁合金牌号，表1给出了几种典型的纳米晶软磁合金牌号和性能。由表1可以看出，Finemet合金的综合优势主要表现在：①饱和磁感BS（1.35T）可接近Fe基非晶合金的水平；②有效起始磁导率μe(1K)（≥105）达到了Co基非晶合金的水平；③高频损耗P---0.2/100K（38.2W/kg或280KW/m3）达到了Co基非晶合金的水平，仅为MnZn铁氧体的1/2；④居里温度Tc（570℃）远高于晶态坡莫合金，几乎是Co基非晶合金和MnZn铁氧体的3倍；这些正是Finemet合金倍受人们重视的原因所在。 ??? 由表1还可以看出，Nanoperm纳米晶软磁合金的有效磁导率μe(1k)和高频损耗P0.2/100K均已达到Finemet合金的水平，而饱和磁感Bs（1.53T）和居里温度Tc（770℃）却远高于Fi