原文地址:非晶软磁合金材料及其产业现状与发展远景作者:非晶磁性材料非晶软磁合金材料及其产业现状与发展远景 newmaker 1 非晶软磁合金材料及其应用 1.1 非晶软磁合金材料及其形成机理 我们根据原子排列方式把物质划分为晶体和非晶体两类。物质里面的原子排列是整洁有序的叫做晶体;物质的原子排列是混乱的叫做非晶体。通常情况下,金属及合金在从液体凝固成固体时,原子总是从液体的混乱排列转变成整洁的排列,即成为晶体。但是,假如金属或合金的凝固速度非常快(例如用每秒高达一百万度的冷却速率将铁-硼合金熔体凝固),原子来不及整洁排列便被冻结住了,终极的原子排列方式类似于液体,是混乱的,这就是非晶合金(又称为金属玻璃)。 由于不同的物质形成非晶所需要的冷却速度大不相同。单一金属需要每秒高达一亿度以上的冷却速度才能形成非晶态。受目前工艺水平的限制,实际生产中难以达到如此高的冷却速度,普通的单一的金属难以从生产上制成非晶。为了获得非晶态的金属,一般将金属与其它物质混合。当原子尺寸和性质不同的几种物质搭配混合后,就形成了合金。这些合金具有两个重要性质:①合金的成分一般在冶金学上的所谓"共晶"点四周,它们的熔点远低于纯金属,例如fesib合金的熔点一般为1200度以下,而纯铁的熔点为1538度;②由于原子的种类多了,合金在液体时它们的原子更加难以移动,在冷却时更加难以整洁排列,也就是说更加轻易被"冻结"成非晶。有了上面的两个重要条件,合金才可能比较轻易地形成非晶。实际上,目前所有的实用非晶合金都是两种或更多种元素组成的合金,例如fe-si-b,fenipb,cozr,zrtic ni等。 迄今为止,国内外非晶合金开发最多的是作为软磁材料的一类。它们在化学成分上的一个共同点是:由两类元素组成:一类是铁磁性元素(铁、钴、镍或者他们的组合),它们用来产生磁性;另一类是硅、硼、碳等,它们称为类金属,也叫做玻璃化元素,有了它们,合金的熔点比纯金属降低了很多,才轻易形成非晶。 1.2 非晶软磁合金材料的种类 1.2.1 铁基非晶合金 铁基非晶合金:主要元素是铁、硅、硼、碳、磷等。它们的特点是磁性强(饱和磁感应强度可达1.4-1.7t)、磁导率、激磁电流和铁损等软磁性能优于硅钢片,价格便宜,最适合替换硅钢片,特别是铁损低( 为取向硅钢片的13-15),代替硅钢做配电变压器可降低铁损60-70%。铁基非晶合金的带材厚度为0.03毫米左右,广泛应用于中低频变压器的铁心(一般在10千赫兹以下),例如配电变压器、中频变压器、大功率电感、电抗器等。 1.2.2 铁镍基非晶合金 铁镍基非晶合金:主要由铁、镍、硅、硼、磷等组成,它们的磁性比较弱(饱和磁感应强度大约为1t以下),价格较贵,但磁导率比较高,可以代替硅钢片或者坡莫合金,用作高要求的中低频变压器铁心,例如漏电开关互感器。 1.2.3 钴基非晶合金 钴基非晶合金:由钴和硅、硼等组成,有时为了获得某些特殊的性能还添加其它元素,由于含钴,它们价格很贵,磁性较弱(饱和磁感应强度一般在1t以下),但磁导率极高,一般用在要求严格的军工电源中的变压器、电感等,替换坡莫合金和铁氧体。 1.2.4 纳米(超微晶)软磁合金材料 由于非晶合金中原子的排列是混乱无序的这种特殊结构,使得非晶合金具有一些独特的性质。所以,以前的非晶合金在使用时,必须保证它们处于非晶态。一般的非晶合金存在着发生晶化的可能性,一旦在晶化温度以上退火,材料内部的原子排列就变成了有序的,也就是说成为晶体,而且晶粒组织很粗大,这时非晶合金原有的磁性能就会丧失。因此,一般的非晶合金都要在非晶状态下使用。但是,自从八十年代末,日本的吉泽克仁等发现,含有c 和nb的铁基非晶合金在晶化温度以上退火时,会形成非常细小的晶粒组织,晶粒尺寸仅有10-20纳米。这时材料磁性能不仅不恶化,反而非常优良。这种非晶合金经过特殊的晶化退火而形成的晶态材料称为纳米晶合金(以前也曾称为超微晶合金)。 铁基纳米晶合金由铁、硅、硼和少量的铜、钼、铌等组成,其中铜和铌是获得纳米晶结构必不可少的元素。它们首先被制成非晶带材,然后经过适当退火,形成微晶和非晶的混合组织。这种材料固然便宜,但磁性能极好,几乎能够和非晶合金中最好的钴基非晶合金相媲美,但是却不含有昂贵的钴,是产业和民用中高频变压器、互感器、电感的理想材料,也是坡莫合金和铁氧体的换代产品。 1.3 非晶软磁合金材料的优点 1.3.1优良的磁性 与传统的金属磁性材料相比,由于非晶合金原子排列无序,没有晶体的各向异性,而且电阻率高,因此具有高的导磁率、低的损耗,是优良的软磁材料,代替硅钢、坡莫合金和铁氧体等作为变压器铁心、互感器、传感器等,可以大大进步变压器效率、缩小体积、减轻重量、降低能耗。非晶合金的磁性能实际上是迄今为止非晶合金最主要的应用领域。 1.3.2高强韧性 明显高于传统的钢铁材料,可以作复合增强材料,如钓鱼杆等。国外已经把块状非晶合金应用于高尔夫球击球拍头和微型齿轮。非晶合金丝材可能用在结构零件中,起强化作用。另外,非晶合金具有优良的耐磨性,再加上它们的磁性,可以制造各种磁头。 1.3.3灵活的处理工艺 和其它磁性材料相比,非晶合金具有很宽的化学成分范围,而且即使同一种材料,通过不同的后续处理能够很轻易地获得所需要的磁性。所以非晶合金的磁性能是非常灵活的,选择余地很大,为电力电子元器件的选材提供了方便。 1.3.4制造工艺简单,节能、环保 传统的薄钢板,从炼钢、浇铸、钢锭开坯、初轧、退火、热轧、退火、酸洗、精轧、剪切到薄板成品,需要若干工艺环节、数十道工序。由于环节多,工艺繁杂,传统的钢铁企业都是耗能大户和污染大户,有"水老虎"和"电老虎"之称。而非晶合金的制造是在炼钢之后直接喷带,只需一步就制造出了薄带成品,工艺大大简化,节约了大量宝贵的能源,同时无污染物排放,对环境保护非常有利。正是由于非晶合金制造过程节能,同时它的磁性能优良,降低变压器使用过程中的损耗,因此被称为绿色材料和二十一世纪的材料。表1是非晶软磁合金材料与其它常用软磁材料性能的比较。 1.4 非晶软磁合金材料的应用领域 由于非晶软磁合金具有优良的电磁性能,应用领域非常广阔。 1.4.1电力电子技术领域: 大功率中、高频变压器 逆变电源变压器 大功率开关电源变压器 1.4.2通讯技术: 程控交换机电源 数据交换接口部件 脉冲变压器 ups电源滤波和存储电源、功率因素校正扼流圈、标准扼流圈 1.4.3抗电磁干扰部件: 交流电源、可控硅、emi差模、共模电感、输出滤波电感 1.4.4开关电源: 磁饱和电抗器 磁放大器 尖峰抑制器 扼流圈 1.4.5传感器: 电流电压互感器 零序电流互感器 漏电开关互感器 防盗感应标签 1.5有关非晶软磁合金材料的几个题目 1.5.1 材料稳定性 温度稳定性(指非晶态合金的磁性能随使用温度的变化): 常用的磁性材料,当温度升高时,其饱和磁通密度都是下降的。当温度高于一定值时,材料变成顺磁性的,原有磁性能丧失,无法继续使用。这个温度称为磁性材料的居里温度(或居里点)。居里点越高,表明材料可能的使用温度越高,即材料的温度稳定性越好。 对于几种常用的磁性材料,其居里温度如下: 硅钢:600℃,坡莫合金:400℃,铁氧体: 200℃,铁基非晶:400℃ 铁氧体无论是饱和磁通密度还是居里点都是最低的;硅钢的居里点最高,可惜只能在低频使用;坡莫合金的居里点较高,饱和磁通密度中等,同时能在20khz以上使用,但价格高;而不同的非晶态合金具有不同的饱和磁通密度和居里点,分别可以应用于高频和低频,同时价格也低于相应的其它材料。因此,可以说非晶态合金作为变压器铁心使用是非常理想的。 除了居里点以外,非晶态合金的晶化温度也是衡量材料温度稳定性的一个重要参数。由于非晶态合金在高温下会发生晶化,由此它的使用温度受到晶化温度的限制。但是,非晶态合金的晶化温度的高低是足以应付几乎所有使用条件的。通常,非晶态合金的晶化温度在450-600 ℃之间,而高频电源中的其它元器件的最高使用温度也只不过在150℃以下。非晶态合金的温度稳定性对于某些应用是至关重要的,因此,在非晶态合金的研究开发过程中,温度稳定性得到了充分的重视。早在八十年代,广雄师工用户就提出了非常严格的温度稳定性要求。 通常情况下,非晶态合金必须满足如下要求: 温度范围:-55℃-+130℃ ,主要性能变化率:±15% 钴基非晶合金的磁性能温度稳定性相当好,通常作为军工产品使用。对于铁基微晶合金,固然性能的变化率较大,但值得留意的是,其高频损耗随使用温度的升高而降低。考虑到变压器铁心的实际工作温度总是高于室温,这种变化实际上是有利的。 综上所述,非晶态合金的温度稳定性非常值得信赖,使用温度在130℃以下的变压器铁心完全没有题目。 时效稳定性(指在一定温度下,非晶态合金的磁性能随时间的变化): 对于大多数变压器铁心来说,其使用时间往往较长。由于非晶态合金处于亚稳态,在一定条件下有晶化的趋势。这使人们担心,随着使用时间的延长,非晶合金的磁性能会不会由于晶化而丧失。为了验证非晶态合金经过长时间使用会不会失效,最直接的方法莫过于将非晶态合金铁心在实际使用条件下长期运转,观察磁性能的变化。美国自八十年代就已经开始非晶态合金的生产,并大量应用于配电变压器铁心。根据大量报道,这些变压器一直在正常运行,表明非晶铁心的时效稳定性是可靠的。我国自八十年代起将非晶态合金应用于开关电源、中频变压器及漏电保护开关等多种场合,至今没有由于铁心性能恶化导致变压器失效的例子,这充分证实我国的非晶态合金在时效稳定性方面是安全的。 但是,对于众多的非晶态合金来说,都进行模拟实际应用的长时间试验显然是不现实的。正如前面所述, 非晶态合金在一定温度下有发生晶化的趋势,这种趋势随着温度的降低是呈指数规律迅速递减的。根据这种规律,我们通常利用高温短时间的时效试验代替低温长时间的试验,用以说明材料的时效稳定性。对于常见的非晶软磁合金,最常用的试验条件为:时效温度130℃,时效时间200小时。 从试验结果来看,非晶态合金的高温时效稳定性是非常好的。一般以为,非晶态合金在130℃以下使用是可靠的,有些品种的使用温度甚至可以达到150℃。 磁冲击稳定性(非晶纳米晶铁心经过强磁场的冲击后保持原有磁性能的能力): 非晶铁心在使用过程中,有时会受到来自电源内部或外部的强磁场冲击。在强磁场冲击后,铁心保持原有性能是非常关键的。否则,铁心性能的恶化会降低电源效率,严重的甚至造成铁心工作点偏移,使铁心饱和,损坏开关管。为了研究非晶态合金的磁冲击稳定性,曾经对不同材料的铁心进行了一系列磁冲击试验,试验结果充分表明,非晶态合金经过适当处理后,磁性能完全可以经受强磁场的冲击而基本复原。 机械稳定性(指非晶态合金经过机械冲击振动后磁性能的变化): 非晶态合金在使用前,一般都要经过热处理。而经过热处理后,材料比较脆。但无论什么材料,作为变压器铁心使用时,大多数要放在保护盒中或表面注塑后使用。对于非晶态合金,在铁心装进保护盒时通常还要加进某些衬垫物,如硅脂、海绵等。这些措施完全可以保证铁心在使用中不发生损坏和磁性能恶化。 在非晶态合金研究开发的初期,首先是在军工电源中应用的。军工设备严酷的工作条件,对铁心的性能要求十分苛刻。例如,对于航空航天装备中的开关电源,对变压器铁心机械稳定性的要求一般是: 耐机械冲击性:加速度55g,持续时间8ms,冲击3次,要求损耗变化率 dpp≤±15%。 耐机械振动:频率20-500hz,加速度5g,扫描45分钟,两个方向,要求损耗变化率 dpp≤±15%。 离心试验:恒加速度15g,5分钟,要求损耗变化率 dpp≤±15%。 根据上述要求,曾经对非晶态合金作了一系列机械稳定性试验。 经过一系列机械冲击和振动等试验,非晶铁心的磁性能变化率相当低,完全满足使用要求。 总之,非晶态合金的机械稳定性良好。目前,在非晶中心的产品中,每年用于军工电源的铁心在一万只以上。既然它们可以稳定地应用于军工电源,那么在使用条件相对温顺的民品中理所当然也是可以胜任的。 1.5.2规模生产题目 目前,国内非晶软磁合金生产企业中多数企业程度不同地存在批量产品质量不够稳定、产品一致性差、性能指标离散较大的题目,其主要原因是有的生产厂家技术装备差、生产工序不全,检测手段落后,综合研发实力不强。作为新兴的产业,其发展和进步必然有一个动态过程。2 非晶软磁合金材料产业发展历程和现状 2.1发展历程 第一阶段,1967年~1988年:1967年d wez教授率先开发出fe-p-c系非晶软磁合金,带动了第一个非晶合金研究开发高潮。1979年美国allied signal公司开发出非晶合金宽带的平面流铸带技术,并于1982年建成非晶带材连续生产厂,先后推出命名为metglas的fe基、co基和feni基系列非晶合金带材,标志着非晶合金产业化和商品化的开始。1984年美国四个变压器厂家在ieee会议上展示了实用的非晶配电变压器,从而将非晶合金应用开发推向高潮。在这期间,美国主要致力于非晶合金带材的大规模生产和节能非晶配电变压器的推广应用,在技术和产品方面基本形成垄断。到1989年,美国allied signal公司已经具有年产6万吨非晶带材的生产能力,全世界约有100万台非晶配电变压器投进运行,所用铁基非晶带材几乎全部来源于该公司。除美国之外,日本和德国在非晶合金应用开发方面拥有自己的特色,重点是电子和电力电子元件,例如高级音响磁头、高频电源(含开关电源)用变压器、扼流圈、磁放大器等。但在1988年以前,由于专利题目,日本的非晶发展始终受到美国的制约。 第二阶段,1988年~至今:1988年日本日立金属公司的yashizawa等人在非晶合金基础上通过晶化处理开发出纳米晶软磁合金(finemet)。此类合金的突出优点在于兼备了铁基非晶合金的高磁感和钴基非晶合金的高磁导率、低损耗,并且是本钱低廉的铁基材料。因此铁基纳米晶合金的发明是软磁材料的一个突破性进展,从而把非晶态合金研究开发又推向一个新高潮。纳米晶合金可以替换钴基非晶合金、晶态坡莫合金和铁氧体,在高频电力电子和电子信息领域中获得广泛应用,达到减小体积、降低本钱等目的。1988年当年,日立金属公司纳米晶合金既实现了产业化,并有产品推向市场。1992年德国vac公司开始推出纳米晶合金替换钴基非晶合金,尤其在网络接口设备上,如isdn,大量采用纳米晶磁心制作接口变压器和数字滤波器件。在此期间,美国allied signal公司(现被honeywell公司吞并)也加强了非晶合金在电力电子领域的推广应用,先后推出4个系列的铁心制品。 2.2国内研究开发现状 国内非晶材料研究始于1976年,国家科委从"六五"开始连续5个五年计划均将非晶、纳米晶合金研究开发和产业化列进重大科技攻关项目。其中标志性的成果分别是:"七五"期间建成百吨级非晶带材中试生产线,带材宽度达到100mm;"八五"期间突破了非晶带材在线自动卷取技术,并建成年产20万只非晶铁心中试生产线;"九五"期间,成立了国家非晶微晶合金工程技术研究中心,建成了千吨级铁基非晶带材生产线,带材宽度达到220mm,同时建成年产600吨非晶配电变压器铁心生产线。通过前4个五年科技攻关计划的实施,我国基本实现了非晶合金带材及制品产业化。在十五期间,纳米晶带材及其制品产业化开发又被列进重大科技攻关计划,国家给予重点支持,旨在推动纳米晶材料应用开发快速发展,满足电力电子和电子信息等高新技术领域日益增长的迫切需求。目前,国内从事非晶软磁合金材料生产的单位约20多家,其中安乐科技股份有限公司(原钢铁研究总院部分转制上市)是国内非晶材料研究开发气力最强、产业规模最大的单位,也是上述国家科技攻关项目的主要承担单位。目前具有年产非晶带材3000吨,纳米晶带材300吨的生产能力。 通过这4个五年科技攻关计划的实施,我国基本实现了非晶合金带材及制品产业化。在十五期间,纳米晶带材及其制品产业化开发仍然被列进国家重大科技攻关计划,给予重点支持,旨在推动非晶纳米晶材料应用开发快速发展,满足电力电子和电子信息等高新技术领域日益增长的迫切需求。 目前,非晶软磁合金所达到的最好单项性能水平为: 初始磁导率 μ0 = 14 ×104 钴基非晶 最大磁导率 μm = 220 ×104 钴基非晶 矫顽力 hc = 0.001 oe 钴基非晶 矩形比 brbs = 0.995 钴基非晶 饱和磁化强度 4πms =  gs 铁基非晶 电阻率 ρ= 270 微欧厘米 与美、日、德相比,我国非晶合金带材的产业规模与日本和德国相当,但远小于美国。在工艺技术和产品质量方面与上述国家差距很大。尤其对纳米晶合金来说,国内现有制带设备尚无法批量生产厚度小于20μm的超薄带。因此,严重制约了国内非晶、纳米晶合金在高频电力电子领域的推广应用。 2.3当前普及应用的难点 由于国内厂商带材和变压器的生产没有形成规模,导致非晶材料和非晶变压器的本钱较高,同等规格下非晶变压器的售价为s9的1.5倍,用户大约要7-8年才能通过节省的能耗收回初期增加的投资,固然国家出台有关非晶变压器生产和使用者税收优惠的政策,但使用者积极性仍然不高,只有在非晶变压器的售价为s9的1.3倍(非晶铁心价格降为30元公斤左右),用户大约要3-4年通过节省的能耗收回初期增加的投资,用户会有较强的积极性。因此如何协调非晶带材、铁心的生产者同变压器生产者以及变压器使用者三者之间的关系是非晶材料是否能大量应用的关键。目前的应用多偏向于一些特殊要求的场合,如上述题目能得到很好的解决,非晶材料和非晶变压器的市场规模会迅速增长。3非晶软磁合金材料的市场远景和发展方向 3.1不断扩展的应用市场 非晶态合金的应用首先是在八十年代初期,在军工电源上开始的。军工电源严酷的工作条件是对非晶铁心磁性能稳定性的极大考验。在过往的二十年中,非晶铁心已经应用在多种军工装备,如火箭、机载雷达、水雷、坦克等电源,使用非晶铁心的就更多。随着市场经济的发展,非晶态合金的应用领域逐渐扩展到广大的民用产品。目前民品是非晶中心最主要的产品,应用场合主要包括:互感器铁心、大功率逆变电源变压器和电抗器铁心、各种形式的开关电源变压器和电感铁心、各种传感器铁心等。 非晶和微晶合金在近十年来发展迅速,不但在材料和工艺,而且在应用方面都取得了很大的进步。 在低频电磁元件中,铁基非晶合金被大量应用,在电力配电变压器中的应用已取得良好效果,成为现在生产量最大的非晶合金。可以向电源中的整流变压器,滤波电抗器等电磁元件扩展。1990年开发出的femb(m为zr、hf、ta)和fezrnbbc 微晶合金(nanoperm合金),不但工频损耗低,而且饱和磁密高,磁致伸缩系数也小,是工频电磁元件用软磁材料中性能比较理想的,在低频领域可以代替硅钢和铁基合金,在中、高频领域可以代替钴基非晶合金和铁镍高导磁合金。1998年开发出fecozrbc 非晶合金(商品名hitperm),饱和磁通密度bs高达2.0t,可以代替fecov系高导磁合金,是低频电磁元件用软磁材料的最新进展。 中、高频领域首选的非晶和微晶合金是钴基非晶合金和铁基微晶合金。一般(18~25)μm厚的带材,用于100khz,小于18μm厚的薄带,用于500khz~1mhz。钴基非晶合金20μm厚的薄带,p0.2t100khz只有30wkg。现在见到报导最好的3.8μm厚渗铬的cofecrsib非晶合金薄带,p0.1t1mhz为140wkg,p0.1t10mhz为1022wkg,μe(1mhz)为1×104。 非晶、纳米晶合金的应用领域非常广泛,表2列出了非晶纳米晶合金带材的典型性能和一些主要应用。 在电力领域,非晶、纳米晶合金均得到大量应用。由于非晶合金的工频铁损仅为硅钢的15-13,利用非晶合金取代硅钢可使配电变压器的空载损耗降低60%-70%。因此,非晶配电变压器作为换代产品有很好的应用远景。在"九五"期间,我国自行建成了年生产能力1000吨的非晶带材生产线及相应的年产600吨非晶配电变压器铁心生产线,这为在我国大力推广节能型非晶配电变压器奠定了良好基础。纳米晶合金的最大应用是电力互感器铁心。电力互感器是专门丈量输变电线路上电流和电能的特种变压器。近年来高精度等级(如0.2级、0.2s级、0.5s级)的互感器需求量迅速增加。传统的冷轧硅钢片铁心往往达不到精度要求,固然高磁导率玻莫合金可以满足精度要求,但价格高。而采用纳米晶铁心不但可以达到精度要求、而且价格低于玻莫合金。 从目前国内外应用以及今后发展来看,非晶合金的大量使用还是在电力系统: a.配电变压器铁心。铁基非晶合金铁心具有高饱和磁感应强度、低矫顽力、低损耗(相当于硅钢片的13~15)、低激磁电流、良好的温度稳定性,使非晶合金变压器运行过程中的空载损失远低于硅钢变压器。这种情况尤其适用于空载时间长、用电效率低的农村电网。美国通过使用这种变压器每年可节约近50×109kwh的空载损耗,节能产生的经济效益约为35亿美元。 b.电力互感器铁心。在变电站使用大量的电力互感器,它们对铁心材料的要求非常苛刻,不仅要求高的磁性指标(如高导磁率、高饱和磁感、低损耗等),而且要求铁心材料的整个磁化曲线满足一定的条件,以保证互感器在整个丈量范围内的精度。近年来,非晶微晶合金作为互感器铁心的应用逐渐广出现来,取得了非常理想的效果。 c.开关电源变压器及电感铁心。传统的电源都是在50赫兹(称为工频)下将交流电变换成直流电的。由于工作频率低,变压器的体积大、能耗高、效率低。开关电源是自20世纪70年代发展起来的新型电源技术,它采用20千赫兹以上的工作频率,大大缩小了变压器的体积、减轻了重量、进步了效率。在开关电源中使用非晶微晶合金作为铁心的元器件有:主变压器、控制变压器、共模电感、噪声滤波器、滤波电感、储能电感、电抗器、磁放大器、尖峰抑制器、饱和电感、脉冲压缩器、开关管保护电感等。 d.漏电开关互感器铁心。漏电开关是安装在电器前面,用来保护电器和人的用电安全的装置。当由于设备尽缘不良或者人体触电时,会在互感器的次级线圈中感应出信号,经过处理后使得电闸跳开,切断电路,保护电器或人身的安全。过往一般采用坡莫合金(铁镍合金)作为这种互感器铁心。自从八十年代以来,非晶合金开始作为漏电开关中的互感器铁心,国内目前用量极大。 在电力电子领域,随着高频逆变技术的成熟,传统大功率线性电源开始大量被高频开关电源所取代,而且为了进步效率,减小体积,开关电源的工作频率越来越高,这就对其中的软磁材料提出了更高的要求。硅钢高频损耗太大,已不能满足使用要求;铁氧体固然高频损耗较低,但在大功率条件下仍然存在很多题目,一是饱和磁感低,无法减小变压器的体积;二是居里温度低,热稳定性差;三是制作大尺寸铁心成品率低,本钱高。目前采用功率铁氧体的单个变压器的转换功率不超过20kw。纳米晶软磁合金同时具有高饱和磁感和很低的高频损耗,且热稳定性好,是大功率开关电源用软磁材料的最佳选择。采用纳米晶铁心的变压器的转换功率可达500kw,体积比功率铁氧体变压器减少50%以上。目前在逆变焊机电源中纳米晶合金已经获得广泛应用,在通讯、电动交通工具、电解电镀等领域用开关电源中的应用正在积极开发之中。 在电子防窃系统中,早期利用钴基非晶窄带的谐波式防盗标签在图书馆中获得了大量应用。最近利用铁镍基非晶带材的声磁式防盗标签克服了谐波式防盗标签误报警率高、检测区窄等缺点,应用市场已经扩展到超级市场。可以预见,随开放式服务方式的发展,作为防盗防伪的非晶合金带材和丝材的应用会急剧增长。 在电子信息领域,随着计算机、网络和通讯技术的迅速发展,对小尺寸、轻重量、高可靠性和低噪音的开关电源和网络接口设备的需求日益增长、要求越来越高。例如,为了减小体积,计算机开关电源的工作频率已经从20khz进步到500khz;为了实现cpu的低电压大电流供电方式,采用磁放大器稳定输出电压;为了消除各种噪音,采用抑制线路自生干扰的尖峰抑制器,以及抑制传导干扰的共模和差模扼流圈。因此,在开关电源和接口设备中增加了大量高频磁性器件。非晶、纳米晶合金在此大有用武之地。 在民用产品中,变频技术有利于节约电能、并减小体积和重量,正在大量普及。但负面效应不可忽视,假如变频器中缺少必要的抑制干扰环节,会有大量高次谐波注进电网,使电网总功率因素下降。减少电网污染最有效的办法之一是在变频器中加进功率因数校正(pfc)环节,其中关键部件是高频损耗低、饱和磁感大的电感铁心。铁基非晶合金在此类应用中有明显上风,将在变频家电绿色化方面发挥重要作用。目前在变频空调中使用非晶pfc电感已经成为一个热门。 目前在以下几个方面还存在推广应用市场: a.替换极薄硅钢产品,从上海钢研所极薄硅钢产品的市场需求知道,极薄硅钢(厚度0.1mm)在20世纪70年代大量用于400hz以上各种电子元件如高频变压器、电抗器、磁屏蔽等,目前这方面的市场需求较大,但供方难以满足需要,用非晶纳米晶合金材料替换,不仅可以进步产品性能、质量和促使小型化,而且价格上也有利可图。 b.高磁导率和大功率磁心器件,由于国内铁氧体生产设备和技术条件的限制,高磁导率、高性能、大功率铁氧体难以满足国内市场需求,如采用非晶纳米晶材料取而代之,可以促使一些电子设备国产化、小型化。 c.工作环境温度高和环境恶劣等的一些电子产品,如油田钻探、海洋探测等特殊环境使用的电子产品用的各种磁性器件,选用非晶纳米晶合金材料制作,可以物尽其用,避免选材上的困扰。 d.航空、航天等军工产品用的各种磁性器件需要小而轻、温度稳定性好、磁性要求高,使用非晶纳米晶合金材料远优于其他软磁材料。 e.高频、大电流、大功率电源变压器、电抗器、滤波器等器件的小型化,目前这些器件大都采用铁氧体或冷轧硅钢,工作频率f=20khz,工作磁感b=0.2t~0.3t,如采用非晶纳米晶合金磁心,可将工作频率进步到f=40khz~50khz,工作磁感b=0.5t~0.6t,可以大大减小磁心器件的体积和尺寸。 f.各种抗emi器件、噪声抑制器和尖峰抑制器。 总之,非晶、纳米晶合金不仅软磁性能优异,而且工艺简单、本钱低廉,正在成为一类十分重要的、具有市场竞争上风的基础功能材料。可以预见,非晶、纳米晶材料对我国传统产业改造和高新技术快速发展将发挥越来越重要的作用。 3.2未来发展方向 在非晶合金的产业化发展过程中,非晶纳米晶合金带材及其铁心制品一直是主流,非晶丝材的研究开发和产业化是重要分支。1980年,日本hagiwara首先提出采用内圆水纺法制备非晶合金丝材,随后日本的unitika公司开始利用此法贸易生产fe基和co基非晶丝,作为产业化的软磁材料,应用重点集中在图书馆和超市用防盗标签。此外,利用非晶丝材各种独特的物理效应开发各类高性能传感器一直受到特别关注。尤其最近在钴基非晶丝材中发现巨磁阻抗效应以来,高精度磁敏传感器的开发成为热门。1999年日本科学技术振兴事业团委托名古屋大学和爱知钢铁公司联合开发mi微型磁传感器和专用集成电路心片,目标是将非晶丝mi传感器用于高速公路汽车自动导航和安全监测系统。随着纳米科学技术和快淬技术的迅速发展,非晶纳米晶软磁合金材料也在不断进步,不仅现已产业化的薄带产品性能和质量大大进步,而且还在研制开发非晶纳米晶合金粉末及粉末制品、薄膜材料、复合材料等,这些新型纳米材料的研制开发及产业化将对电子变压器行业产生极大的潜伏影响。( 非晶软磁合金材料及其产业现状与发展远景 newmaker 1 非晶软磁合金材料及其应用 1.1 非晶软磁合金材料及其形成机理 我们根据原子排列方式把物质划分为晶体和非晶体两类。物质里面的原子排列是整洁有序的叫做晶体;物质的原子排列是混乱的叫做非晶体。通常情况下,金属及合金在从液体凝固成固体时,原子总是从液体的混乱排列转变成整洁的排列,即成为晶体。但是,假如金属或合金的凝固速度非常快(例如用每秒高达一百万度的冷却速率将铁-硼合金熔体凝固),原子来不及整洁排列便被冻结住了,终极的原子排列方式类似于液体,是混乱的,这就是非晶合金(又称为金属玻璃)。 由于不同的物质形成非晶所需要的冷却速度大不相同。单一金属需要每秒高达一亿度以上的冷却速度才能形成非晶态。受目前工艺水平的限制,实际生产中难以达到如此高的冷却速度,普通的单一的金属难以从生产上制成非晶。为了获得非晶态的金属,一般将金属与其它物质混合。当原子尺寸和性质不同的几种物质搭配混合后,就形成了合金。这些合金具有两个重要性质:①合金的成分一般在冶金学上的所谓"共晶"点四周,它们的熔点远低于纯金属,例如fesib合金的熔点一般为1200度以下,而纯铁的熔点为1538度;②由于原子的种类多了,合金在液体时它们的原子更加难以移动,在冷却时更加难以整洁排列,也就是说更加轻易被"冻结"成非晶。有了上面的两个重要条件,合金才可能比较轻易地形成非晶。实际上,目前所有的实用非晶合金都是两种或更多种元素组成的合金,例如fe-si-b,fenipb,cozr,zrtic ni等。 迄今为止,国内外非晶合金开发最多的是作为软磁材料的一类。它们在化学成分上的一个共同点是:由两类元素组成:一类是铁磁性元素(铁、钴、镍或者他们的组合),它们用来产生磁性;另一类是硅、硼、碳等,它们称为类金属,也叫做玻璃化元素,有了它们,合金的熔点比纯金属降低了很多,才轻易形成非晶。 1.2 非晶软磁合金材料的种类 1.2.1 铁基非晶合金 铁基非晶合金:主要元素是铁、硅、硼、碳、磷等。它们的特点是磁性强(饱和磁感应强度可达1.4-1.7t)、磁导率、激磁电流和铁损等软磁性能优于硅钢片,价格便宜,最适合替换硅钢片,特别是铁损低( 为取向硅钢片的13-15),代替硅钢做配电变压器可降低铁损60-70%。铁基非晶合金的带材厚度为0.03毫米左右,广泛应用于中低频变压器的铁心(一般在10千赫兹以下),例如配电变压器、中频变压器、大功率电感、电抗器等。 1.2.2 铁镍基非晶合金 铁镍基非晶合金:主要由铁、镍、硅、硼、磷等组成,它们的磁性比较弱(饱和磁感应强度大约为1t以下),价格较贵,但磁导率比较高,可以代替硅钢片或者坡莫合金,用作高要求的中低频变压器铁心,例如漏电开关互感器。 1.2.3 钴基非晶合金 钴基非晶合金:由钴和硅、硼等组成,有时为了获得某些特殊的性能还添加其它元素,由于含钴,它们价格很贵,磁性较弱(饱和磁感应强度一般在1t以下),但磁导率极高,一般用在要求严格的军工电源中的变压器、电感等,替换坡莫合金和铁氧体。 1.2.4 纳米(超微晶)软磁合金材料 由于非晶合金中原子的排列是混乱无序的这种特殊结构,使得非晶合金具有一些独特的性质。所以,以前的非晶合金在使用时,必须保证它们处于非晶态。一般的非晶合金存在着发生晶化的可能性,一旦在晶化温度以上退火,材料内部的原子排列就变成了有序的,也就是说成为晶体,而且晶粒组织很粗大,这时非晶合金原有的磁性能就会丧失。因此,一般的非晶合金都要在非晶状态下使用。但是,自从八十年代末,日本的吉泽克仁等发现,含有c 和nb的铁基非晶合金在晶化温度以上退火时,会形成非常细小的晶粒组织,晶粒尺寸仅有10-20纳米。这时材料磁性能不仅不恶化,反而非常优良。这种非晶合金经过特殊的晶化退火而形成的晶态材料称为纳米晶合金(以前也曾称为超微晶合金)。 铁基纳米晶合金由铁、硅、硼和少量的铜、钼、铌等组成,其中铜和铌是获得纳米晶结构必不可少的元素。它们首先被制成非晶带材,然后经过适当退火,形成微晶和非晶的混合组织。这种材料固然便宜,但磁性能极好,几乎能够和非晶合金中最好的钴基非晶合金相媲美,但是却不含有昂贵的钴,是产业和民用中高频变压器、互感器、电感的理想材料,也是坡莫合金和铁氧体的换代产品。 1.3 非晶软磁合金材料的优点 1.3.1优良的磁性 与传统的金属磁性材料相比,由于非晶合金原子排列无序,没有晶体的各向异性,而且电阻率高,因此具有高的导磁率、低的损耗,是优良的软磁材料,代替硅钢、坡莫合金和铁氧体等作为变压器铁心、互感器、传感器等,可以大大进步变压器效率、缩小体积、减轻重量、降低能耗。非晶合金的磁性能实际上是迄今为止非晶合金最主要的应用领域。 1.3.2高强韧性 明显高于传统的钢铁材料,可以作复合增强材料,如钓鱼杆等。国外已经把块状非晶合金应用于高尔夫球击球拍头和微型齿轮。非晶合金丝材可能用在结构零件中,起强化作用。另外,非晶合金具有优良的耐磨性,再加上它们的磁性,可以制造各种磁头。 1.3.3灵活的处理工艺 和其它磁性材料相比,非晶合金具有很宽的化学成分范围,而且即使同一种材料,通过不同的后续处理能够很轻易地获得所需要的磁性。所以非晶合金的磁性能是非常灵活的,选择余地很大,为电力电子元器件的选材提供了方便。 1.3.4制造工艺简单,节能、环保 传统的薄钢板,从炼钢、浇铸、钢锭开坯、初轧、退火、热轧、退火、酸洗、精轧、剪切到薄板成品,需要若干工艺环节、数十道工序。由于环节多,工艺繁杂,传统的钢铁企业都是耗能大户和污染大户,有"水老虎"和"电老虎"之称。而非晶合金的制造是在炼钢之后直接喷带,只需一步就制造出了薄带成品,工艺大大简化,节约了大量宝贵的能源,同时无污染物排放,对环境保护非常有利。正是由于非晶合金制造过程节能,同时它的磁性能优良,降低变压器使用过程中的损耗,因此被称为绿色材料和二十一世纪的材料。表1是非晶软磁合金材料与其它常用软磁材料性能的比较。 1.4 非晶软磁合金材料的应用领域 由于非晶软磁合金具有优良的电磁性能,应用领域非常广阔。 1.4.1电力电子技术领域: 大功率中、高频变压器 逆变电源变压器 大功率开关电源变压器 1.4.2通讯技术: 程控交换机电源 数据交换接口部件 脉冲变压器 ups电源滤波和存储电源、功率因素校正扼流圈、标准扼流圈 1.4.3抗电磁干扰部件: 交流电源、可控硅、emi差模、共模电感、输出滤波电感 1.4.4开关电源: 磁饱和电抗器 磁放大器 尖峰抑制器 扼流圈 1.4.5传感器: 电流电压互感器 零序电流互感器 漏电开关互感器 防盗感应标签 1.5有关非晶软磁合金材料的几个题目 1.5.1 材料稳定性 温度稳定性(指非晶态合金的磁性能随使用温度的变化): 常用的磁性材料,当温度升高时,其饱和磁通密度都是下降的。当温度高于一定值时,材料变成顺磁性的,原有磁性能丧失,无法继续使用。这个温度称为磁性材料的居里温度(或居里点)。居里点越高,表明材料可能的使用温度越高,即材料的温度稳定性越好。 对于几种常用的磁性材料,其居里温度如下: 硅钢:600℃,坡莫合金:400℃,铁氧体: 200℃,铁基非晶:400℃ 铁氧体无论是饱和磁通密度还是居里点都是最低的;硅钢的居里点最高,可惜只能在低频使用;坡莫合金的居里点较高,饱和磁通密度中等,同时能在20khz以上使用,但价格高;而不同的非晶态合金具有不同的饱和磁通密度和居里点,分别可以应用于高频和低频,同时价格也低于相应的其它材料。因此,可以说非晶态合金作为变压器铁心使用是非常理想的。 除了居里点以外,非晶态合金的晶化温度也是衡量材料温度稳定性的一个重要参数。由于非晶态合金在高温下会发生晶化,由此它的使用温度受到晶化温度的限制。但是,非晶态合金的晶化温度的高低是足以应付几乎所有使用条件的。通常,非晶态合金的晶化温度在450-600 ℃之间,而高频电源中的其它元器件的最高使用温度也只不过在150℃以下。非晶态合金的温度稳定性对于某些应用是至关重要的,因此,在非晶态合金的研究开发过程中,温度稳定性得到了充分的重视。早在八十年代,广雄师工用户就提出了非常严格的温度稳定性要求。 通常情况下,非晶态合金必须满足如下要求: 温度范围:-55℃-+130℃ ,主要性能变化率:±15% 钴基非晶合金的磁性能温度稳定性相当好,通常作为军工产品使用。对于铁基微晶合金,固然性能的变化率较大,但值得留意的是,其高频损耗随使用温度的升高而降低。考虑到变压器铁心的实际工作温度总是高于室温,这种变化实际上是有利的。 综上所述,非晶态合金的温度稳定性非常值得信赖,使用温度在130℃以下的变压器铁心完全没有题目。 时效稳定性(指在一定温度下,非晶态合金的磁性能随时间的变化): 对于大多数变压器铁心来说,其使用时间往往较长。由于非晶态合金处于亚稳态,在一定条件下有晶化的趋势。这使人们担心,随着使用时间的延长,非晶合金的磁性能会不会由于晶化而丧失。为了验证非晶态合金经过长时间使用会不会失效,最直接的方法莫过于将非晶态合金铁心在实际使用条件下长期运转,观察磁性能的变化。美国自八十年代就已经开始非晶态合金的生产,并大量应用于配电变压器铁心。根据大量报道,这些变压器一直在正常运行,表明非晶铁心的时效稳定性是可靠的。我国自八十年代起将非晶态合金应用于开关电源、中频变压器及漏电保护开关等多种场合,至今没有由于铁心性能恶化导致变压器失效的例子,这充分证实我国的非晶态合金在时效稳定性方面是安全的。 但是,对于众多的非晶态合金来说,都进行模拟实际应用的长时间试验显然是不现实的。正如前面所述, 非晶态合金在一定温度下有发生晶化的趋势,这种趋势随着温度的降低是呈指数规律迅速递减的。根据这种规律,我们通常利用高温短时间的时效试验代替低温长时间的试验,用以说明材料的时效稳定性。对于常见的非晶软磁合金,最常用的试验条件为:时效温度130℃,时效时间200小时。 从试验结果来看,非晶态合金的高温时效稳定性是非常好的。一般以为,非晶态合金在130℃以下使用是可靠的,有些品种的使用温度甚至可以达到150℃。 磁冲击稳定性(非晶纳米晶铁心经过强磁场的冲击后保持原有磁性能的能力): 非晶铁心在使用过程中,有时会受到来自电源内部或外部的强磁场冲击。在强磁场冲击后,铁心保持原有性能是非常关键的。否则,铁心性能的恶化会降低电源效率,严重的甚至造成铁心工作点偏移,使铁心饱和,损坏开关管。为了研究非晶态合金的磁冲击稳定性,曾经对不同材料的铁心进行了一系列磁冲击试验,试验结果充分表明,非晶态合金经过适当处理后,磁性能完全可以经受强磁场的冲击而基本复原。 机械稳定性(指非晶态合金经过机械冲击振动后磁性能的变化): 非晶态合金在使用前,一般都要经过热处理。而经过热处理后,材料比较脆。但无论什么材料,作为变压器铁心使用时,大多数要放在保护盒中或表面注塑后使用。对于非晶态合金,在铁心装进保护盒时通常还要加进某些衬垫物,如硅脂、海绵等。这些措施完全可以保证铁心在使用中不发生损坏和磁性能恶化。 在非晶态合金研究开发的初期,首先是在军工电源中应用的。军工设备严酷的工作条件,对铁心的性能要求十分苛刻。例如,对于航空航天装备中的开关电源,对变压器铁心机械稳定性的要求一般是: 耐机械冲击性:加速度55g,持续时间8ms,冲击3次,要求损耗变化率 dpp≤±15%。 耐机械振动:频率20-500hz,加速度5g,扫描45分钟,两个方向,要求损耗变化率 dpp≤±15%。 离心试验:恒加速度15g,5分钟,要求损耗变化率 dpp≤±15%。 根据上述要求,曾经对非晶态合金作了一系列机械稳定性试验。 经过一系列机械冲击和振动等试验,非晶铁心的磁性能变化率相当低,完全满足使用要求。 总之,非晶态合金的机械稳定性良好。目前,在非晶中心的产品中,每年用于军工电源的铁心在一万只以上。既然它们可以稳定地应用于军工电源,那么在使用条件相对温顺的民品中理所当然也是可以胜任的。 1.5.2规模生产题目 目前,国内非晶软磁合金生产企业中多数企业程度不同地存在批量产品质量不够稳定、产品一致性差、性能指标离散较大的题目,其主要原因是有的生产厂家技术装备差、生产工序不全,检测手段落后,综合研发实力不强。作为新兴的产业,其发展和进步必然有一个动态过程。2 非晶软磁合金材料产业发展历程和现状 2.1发展历程 第一阶段,1967年~1988年:1967年d wez教授率先开发出fe-p-c系非晶软磁合金,带动了第一个非晶合金研究开发高潮。1979年美国allied signal公司开发出非晶合金宽带的平面流铸带技术,并于1982年建成非晶带材连续生产厂,先后推出命名为metglas的fe基、co基和feni基系列非晶合金带材,标志着非晶合金产业化和商品化的开始。1984年美国四个变压器厂家在ieee会议上展示了实用的非晶配电变压器,从而将非晶合金应用开发推向高潮。在这期间,美国主要致力于非晶合金带材的大规模生产和节能非晶配电变压器的推广应用,在技术和产品方面基本形成垄断。到1989年,美国allied signal公司已经具有年产6万吨非晶带材的生产能力,全世界约有100万台非晶配电变压器投进运行,所用铁基非晶带材几乎全部来源于该公司。除美国之外,日本和德国在非晶合金应用开发方面拥有自己的特色,重点是电子和电力电子元件,例如高级音响磁头、高频电源(含开关电源)用变压器、扼流圈、磁放大器等。但在1988年以前,由于专利题目,日本的非晶发展始终受到美国的制约。 第二阶段,1988年~至今:1988年日本日立金属公司的yashizawa等人在非晶合金基础上通过晶化处理开发出纳米晶软磁合金(finemet)。此类合金的突出优点在于兼备了铁基非晶合金的高磁感和钴基非晶合金的高磁导率、低损耗,并且是本钱低廉的铁基材料。因此铁基纳米晶合金的发明是软磁材料的一个突破性进展,从而把非晶态合金研究开发又推向一个新高潮。纳米晶合金可以替换钴基非晶合金、晶态坡莫合金和铁氧体,在高频电力电子和电子信息领域中获得广泛应用,达到减小体积、降低本钱等目的。1988年当年,日立金属公司纳米晶合金既实现了产业化,并有产品推向市场。1992年德国vac公司开始推出纳米晶合金替换钴基非晶合金,尤其在网络接口设备上,如isdn,大量采用纳米晶磁心制作接口变压器和数字滤波器件。在此期间,美国allied signal公司(现被honeywell公司吞并)也加强了非晶合金在电力电子领域的推广应用,先后推出4个系列的铁心制品。 2.2国内研究开发现状 国内非晶材料研究始于1976年,国家科委从"六五"开始连续5个五年计划均将非晶、纳米晶合金研究开发和产业化列进重大科技攻关项目。其中标志性的成果分别是:"七五"期间建成百吨级非晶带材中试生产线,带材宽度达到100mm;"八五"期间突破了非晶带材在线自动卷取技术,并建成年产20万只非晶铁心中试生产线;"九五"期间,成立了国家非晶微晶合金工程技术研究中心,建成了千吨级铁基非晶带材生产线,带材宽度达到220mm,同时建成年产600吨非晶配电变压器铁心生产线。通过前4个五年科技攻关计划的实施,我国基本实现了非晶合金带材及制品产业化。在十五期间,纳米晶带材及其制品产业化开发又被列进重大科技攻关计划,国家给予重点支持,旨在推动纳米晶材料应用开发快速发展,满足电力电子和电子信息等高新技术领域日益增长的迫切需求。目前,国内从事非晶软磁合金材料生产的单位约20多家,其中安乐科技股份有限公司(原钢铁研究总院部分转制上市)是国内非晶材料研究开发气力最强、产业规模最大的单位,也是上述国家科技攻关项目的主要承担单位。目前具有年产非晶带材3000吨,纳米晶带材300吨的生产能力。 通过这4个五年科技攻关计划的实施,我国基本实现了非晶合金带材及制品产业化。在十五期间,纳米晶带材及其制品产业化开发仍然被列进国家重大科技攻关计划,给予重点支持,旨在推动非晶纳米晶材料应用开发快速发展,满足电力电子和电子信息等高新技术领域日益增长的迫切需求。 目前,非晶软磁合金所达到的最好单项性能水平为: 初始磁导率 μ0 = 14 ×104 钴基非晶 最大磁导率 μm = 220 ×104 钴基非晶 矫顽力 hc = 0.001 oe 钴基非晶 矩形比 brbs = 0.995 钴基非晶 饱和磁化强度 4πms =  gs 铁基非晶 电阻率 ρ= 270 微欧厘米 与美、日、德相比,我国非晶合金带材的产业规模与日本和德国相当,但远小于美国。在工艺技术和产品质量方面与上述国家差距很大。尤其对纳米晶合金来说,国内现有制带设备尚无法批量生产厚度小于20μm的超薄带。因此,严重制约了国内非晶、纳米晶合金在高频电力电子领域的推广应用。 2.3当前普及应用的难点 由于国内厂商带材和变压器的生产没有形成规模,导致非晶材料和非晶变压器的本钱较高,同等规格下非晶变压器的售价为s9的1.5倍,用户大约要7-8年才能通过节省的能耗收回初期增加的投资,固然国家出台有关非晶变压器生产和使用者税收优惠的政策,但使用者积极性仍然不高,只有在非晶变压器的售价为s9的1.3倍(非晶铁心价格降为30元公斤左右),用户大约要3-4年通过节省的能耗收回初期增加的投资,用户会有较强的积极性。因此如何协调非晶带材、铁心的生产者同变压器生产者以及变压器使用者三者之间的关系是非晶材料是否能大量应用的关键。目前的应用多偏向于一些特殊要求的场合,如上述题目能得到很好的解决,非晶材料和非晶变压器的市场规模会迅速增长。3非晶软磁合金材料的市场远景和发展方向 3.1不断扩展的应用市场 非晶态合金的应用首先是在八十年代初期,在军工电源上开始的。军工电源严酷的工作条件是对非晶铁心磁性能稳定性的极大考验。在过往的二十年中,非晶铁心已经应用在多种军工装备,如火箭、机载雷达、水雷、坦克等电源,使用非晶铁心的就更多。随着市场经济的发展,非晶态合金的应用领域逐渐扩展到广大的民用产品。目前民品是非晶中心最主要的产品,应用场合主要包括:互感器铁心、大功率逆变电源变压器和电抗器铁心、各种形式的开关电源变压器和电感铁心、各种传感器铁心等。 非晶和微晶合金在近十年来发展迅速,不但在材料和工艺,而且在应用方面都取得了很大的进步。 在低频电磁元件中,铁基非晶合金被大量应用,在电力配电变压器中的应用已取得良好效果,成为现在生产量最大的非晶合金。可以向电源中的整流变压器,滤波电抗器等电磁元件扩展。1990年开发出的femb(m为zr、hf、ta)和fezrnbbc 微晶合金(nanoperm合金),不但工频损耗低,而且饱和磁密高,磁致伸缩系数也小,是工频电磁元件用软磁材料中性能比较理想的,在低频领域可以代替硅钢和铁基合金,在中、高频领域可以代替钴基非晶合金和铁镍高导磁合金。1998年开发出fecozrbc 非晶合金(商品名hitperm),饱和磁通密度bs高达2.0t,可以代替fecov系高导磁合金,是低频电磁元件用软磁材料的最新进展。 中、高频领域首选的非晶和微晶合金是钴基非晶合金和铁基微晶合金。一般(18~25)μm厚的带材,用于100khz,小于18μm厚的薄带,用于500khz~1mhz。钴基非晶合金20μm厚的薄带,p0.2t100khz只有30wkg。现在见到报导最好的3.8μm厚渗铬的cofecrsib非晶合金薄带,p0.1t1mhz为140wkg,p0.1t10mhz为1022wkg,μe(1mhz)为1×104。 非晶、纳米晶合金的应用领域非常广泛,表2列出了非晶纳米晶合金带材的典型性能和一些主要应用。 在电力领域,非晶、纳米晶合金均得到大量应用。由于非晶合金的工频铁损仅为硅钢的15-13,利用非晶合金取代硅钢可使配电变压器的空载损耗降低60%-70%。因此,非晶配电变压器作为换代产品有很好的应用远景。在"九五"期间,我国自行建成了年生产能力1000吨的非晶带材生产线及相应的年产600吨非晶配电变压器铁心生产线,这为在我国大力推广节能型非晶配电变压器奠定了良好基础。纳米晶合金的最大应用是电力互感器铁心。电力互感器是专门丈量输变电线路上电流和电能的特种变压器。近年来高精度等级(如0.2级、0.2s级、0.5s级)的互感器需求量迅速增加。传统的冷轧硅钢片铁心往往达不到精度要求,固然高磁导率玻莫合金可以满足精度要求,但价格高。而采用纳米晶铁心不但可以达到精度要求、而且价格低于玻莫合金。 从目前国内外应用以及今后发展来看,非晶合金的大量使用还是在电力系统: a.配电变压器铁心。铁基非晶合金铁心具有高饱和磁感应强度、低矫顽力、低损耗(相当于硅钢片的13~15)、低激磁电流、良好的温度稳定性,使非晶合金变压器运行过程中的空载损失远低于硅钢变压器。这种情况尤其适用于空载时间长、用电效率低的农村电网。美国通过使用这种变压器每年可节约近50×109kwh的空载损耗,节能产生的经济效益约为35亿美元。 b.电力互感器铁心。在变电站使用大量的电力互感器,它们对铁心材料的要求非常苛刻,不仅要求高的磁性指标(如高导磁率、高饱和磁感、低损耗等),而且要求铁心材料的整个磁化曲线满足一定的条件,以保证互感器在整个丈量范围内的精度。近年来,非晶微晶合金作为互感器铁心的应用逐渐广出现来,取得了非常理想的效果。 c.开关电源变压器及电感铁心。传统的电源都是在50赫兹(称为工频)下将交流电变换成直流电的。由于工作频率低,变压器的体积大、能耗高、效率低。开关电源是自20世纪70年代发展起来的新型电源技术,它采用20千赫兹以上的工作频率,大大缩小了变压器的体积、减轻了重量、进步了效率。在开关电源中使用非晶微晶合金作为铁心的元器件有:主变压器、控制变压器、共模电感、噪声滤波器、滤波电感、储能电感、电抗器、磁放大器、尖峰抑制器、饱和电感、脉冲压缩器、开关管保护电感等。 d.漏电开关互感器铁心。漏电开关是安装在电器前面,用来保护电器和人的用电安全的装置。当由于设备尽缘不良或者人体触电时,会在互感器的次级线圈中感应出信号,经过处理后使得电闸跳开,切断电路,保护电器或人身的安全。过往一般采用坡莫合金(铁镍合金)作为这种互感器铁心。自从八十年代以来,非晶合金开始作为漏电开关中的互感器铁心,国内目前用量极大。 在电力电子领域,随着高频逆变技术的成熟,传统大功率线性电源开始大量被高频开关电源所取代,而且为了进步效率,减小体积,开关电源的工作频率越来越高,这就对其中的软磁材料提出了更高的要求。硅钢高频损耗太大,已不能满足使用要求;铁氧体固然高频损耗较低,但在大功率条件下仍然存在很多题目,一是饱和磁感低,无法减小变压器的体积;二是居里温度低,热稳定性差;三是制作大尺寸铁心成品率低,本钱高。目前采用功率铁氧体的单个变压器的转换功率不超过20kw。纳米晶软磁合金同时具有高饱和磁感和很低的高频损耗,且热稳定性好,是大功率开关电源用软磁材料的最佳选择。采用纳米晶铁心的变压器的转换功率可达500kw,体积比功率铁氧体变压器减少50%以上。目前在逆变焊机电源中纳米晶合金已经获得广泛应用,在通讯、电动交通工具、电解电镀等领域用开关电源中的应用正在积极开发之中。 在电子防窃系统中,早期利用钴基非晶窄带的谐波式防盗标签在图书馆中获得了大量应用。最近利用铁镍基非晶带材的声磁式防盗标签克服了谐波式防盗标签误报警率高、检测区窄等缺点,应用市场已经扩展到超级市场。可以预见,随开放式服务方式的发展,作为防盗防伪的非晶合金带材和丝材的应用会急剧增长。 在电子信息领域,随着计算机、网络和通讯技术的迅速发展,对小尺寸、轻重量、高可靠性和低噪音的开关电源和网络接口设备的需求日益增长、要求越来越高。例如,为了减小体积,计算机开关电源的工作频率已经从20khz进步到500khz;为了实现cpu的低电压大电流供电方式,采用磁放大器稳定输出电压;为了消除各种噪音,采用抑制线路自生干扰的尖峰抑制器,以及抑制传导干扰的共模和差模扼流圈。因此,在开关电源和接口设备中增加了大量高频磁性器件。非晶、纳米晶合金在此大有用武之地。 在民用产品中,变频技术有利于节约电能、并减小体积和重量,正在大量普及。但负面效应不可忽视,假如变频器中缺少必要的抑制干扰环节,会有大量高次谐波注进电网,使电网总功率因素下降。减少电网污染最有效的办法之一是在变频器中加进功率因数校正(pfc)环节,其中关键部件是高频损耗低、饱和磁感大的电感铁心。铁基非晶合金在此类应用中有明显上风,将在变频家电绿色化方面发挥重要作用。目前在变频空调中使用非晶pfc电感已经成为一个热门。 目前在以下几个方面还存在推广应用市场: a.替换极薄硅钢产品,从上海钢研所极薄硅钢产品的市场需求知道,极薄硅钢(厚度0.1mm)在20世纪70年代大量用于400hz以上各种电子元件如高频变压器、电抗器、磁屏蔽等,目前这方面的市场需求较大,但供方难以满足需要,用非晶纳米晶合金材料替换,不仅可以进步产品性能、质量和促使小型化,而且价格上也有利可图。 b.高磁导率和大功率磁心器件,由于国内铁氧体生产设备和技术条件的限制,高磁导率、高性能、大功率铁氧体难以满足国内市场需求,如采用非晶纳米晶材料取而代之,可以促使一些电子设备国产化、小型化。 c.工作环境温度高和环境恶劣等的一些电子产品,如油田钻探、海洋探测等特殊环境使用的电子产品用的各种磁性器件,选用非晶纳米晶合金材料制作,可以物尽其用,避免选材上的困扰。 d.航空、航天等军工产品用的各种磁性器件需要小而轻、温度稳定性好、磁性要求高,使用非晶纳米晶合金材料远优于其他软磁材料。 e.高频、大电流、大功率电源变压器、电抗器、滤波器等器件的小型化,目前这些器件大都采用铁氧体或冷轧硅钢,工作频率f=20khz,工作磁感b=0.2t~0.3t,如采用非晶纳米晶合金磁心,可将工作频率进步到f=40khz~50khz,工作磁感b=0.5t~0.6t,可以大大减小磁心器件的体积和尺寸。 f.各种抗emi器件、噪声抑制器和尖峰抑制器。 总之,非晶、纳米晶合金不仅软磁性能优异,而且工艺简单、本钱低廉,正在成为一类十分重要的、具有市场竞争上风的基础功能材料。可以预见,非晶、纳米晶材料对我国传统产业改造和高新技术快速发展将发挥越来越重要的作用。 3.2未来发展方向 在非晶合金的产业化发展过程中,非晶纳米晶合金带材及其铁心制品一直是主流,非晶丝材的研究开发和产业化是重要分支。1980年,日本hagiwara首先提出采用内圆水纺法制备非晶合金丝材,随后日本的unitika公司开始利用此法贸易生产fe基和co基非晶丝,作为产业化的软磁材料,应用重点集中在图书馆和超市用防盗标签。此外,利用非晶丝材各种独特的物理效应开发各类高性能传感器一直受到特别关注。尤其最近在钴基非晶丝材中发现巨磁阻抗效应以来,高精度磁敏传感器的开发成为热门。1999年日本科学技术振兴事业团委托名古屋大学和爱知钢铁公司联合开发mi微型磁传感器和专用集成电路心片,目标是将非晶丝mi传感器用于高速公路汽车自动导航和安全监测系统。随着纳米科学技术和快淬技术的迅速发展,非晶纳米晶软磁合金材料也在不断进步,不仅现已产业化的薄带产品性能和质量大大进步,而且还在研制开发非晶纳米晶合金粉末及粉末制品、薄膜材料、复合材料等,这些新型纳米材料的研制开发及产业化将对电子变压器行业产生极大的潜伏影响。( 非晶软磁合金材料及其产业现状与发展远景 newmaker 1 非晶软磁合金材料及其应用 1.1 非晶软磁合金材料及其形成机理 我们根据原子排列方式把物质划分为晶体和非晶体两类。物质里面的原子排列是整洁有序的叫做晶体;物质的原子排列是混乱的叫做非晶体。通常情况下,金属及合金在从液体凝固成固体时,原子总是从液体的混乱排列转变成整洁的排列,即成为晶体。但是,假如金属或合金的凝固速度非常快(例如用每秒高达一百万度的冷却速率将铁-硼合金熔体凝固),原子来不及整洁排列便被冻结住了,终极的原子排列方式类似于液体,是混乱的,这就是非晶合金(又称为金属玻璃)。 由于不同的物质形成非晶所需要的冷却速度大不相同。单一金属需要每秒高达一亿度以上的冷却速度才能形成非晶态。受目前工艺水平的限制,实际生产中难以达到如此高的冷却速度,普通的单一的金属难以从生产上制成非晶。为了获得非晶态的金属,一般将金属与其它物质混合。当原子尺寸和性质不同的几种物质搭配混合后,就形成了合金。这些合金具有两个重要性质:①合金的成分一般在冶金学上的所谓"共晶"点四周,它们的熔点远低于纯金属,例如fesib合金的熔点一般为1200度以下,而纯铁的熔点为1538度;②由于原子的种类多了,合金在液体时它们的原子更加难以移动,在冷却时更加难以整洁排列,也就是说更加轻易被"冻结"成非晶。有了上面的两个重要条件,合金才可能比较轻易地形成非晶。实际上,目前所有的实用非晶合金都是两种或更多种元素组成的合金,例如fe-si-b,fenipb,cozr,zrtic ni等。 迄今为止,国内外非晶合金开发最多的是作为软磁材料的一类。它们在化学成分上的一个共同点是:由两类元素组成:一类是铁磁性元素(铁、钴、镍或者他们的组合),它们用来产生磁性;另一类是硅、硼、碳等,它们称为类金属,也叫做玻璃化元素,有了它们,合金的熔点比纯金属降低了很多,才轻易形成非晶。 1.2 非晶软磁合金材料的种类 1.2.1 铁基非晶合金 铁基非晶合金:主要元素是铁、硅、硼、碳、磷等。它们的特点是磁性强(饱和磁感应强度可达1.4-1.7t)、磁导率、激磁电流和铁损等软磁性能优于硅钢片,价格便宜,最适合替换硅钢片,特别是铁损低( 为取向硅钢片的13-15),代替硅钢做配电变压器可降低铁损60-70%。铁基非晶合金的带材厚度为0.03毫米左右,广泛应用于中低频变压器的铁心(一般在10千赫兹以下),例如配电变压器、中频变压器、大功率电感、电抗器等。 1.2.2 铁镍基非晶合金 铁镍基非晶合金:主要由铁、镍、硅、硼、磷等组成,它们的磁性比较弱(饱和磁感应强度大约为1t以下),价格较贵,但磁导率比较高,可以代替硅钢片或者坡莫合金,用作高要求的中低频变压器铁心,例如漏电开关互感器。 1.2.3 钴基非晶合金 钴基非晶合金:由钴和硅、硼等组成,有时为了获得某些特殊的性能还添加其它元素,由于含钴,它们价格很贵,磁性较弱(饱和磁感应强度一般在1t以下),但磁导率极高,一般用在要求严格的军工电源中的变压器、电感等,替换坡莫合金和铁氧体。 1.2.4 纳米(超微晶)软磁合金材料 由于非晶合金中原子的排列是混乱无序的这种特殊结构,使得非晶合金具有一些独特的性质。所以,以前的非晶合金在使用时,必须保证它们处于非晶态。一般的非晶合金存在着发生晶化的可能性,一旦在晶化温度以上退火,材料内部的原子排列就变成了有序的,也就是说成为晶体,而且晶粒组织很粗大,这时非晶合金原有的磁性能就会丧失。因此,一般的非晶合金都要在非晶状态下使用。但是,自从八十年代末,日本的吉泽克仁等发现,含有c 和nb的铁基非晶合金在晶化温度以上退火时,会形成非常细小的晶粒组织,晶粒尺寸仅有10-20纳米。这时材料磁性能不仅不恶化,反而非常优良。这种非晶合金经过特殊的晶化退火而形成的晶态材料称为纳米晶合金(以前也曾称为超微晶合金)。 铁基纳米晶合金由铁、硅、硼和少量的铜、钼、铌等组成,其中铜和铌是获得纳米晶结构必不可少的元素。它们首先被制成非晶带材,然后经过适当退火,形成微晶和非晶的混合组织。这种材料固然便宜,但磁性能极好,几乎能够和非晶合金中最好的钴基非晶合金相媲美,但是却不含有昂贵的钴,是产业和民用中高频变压器、互感器、电感的理想材料,也是坡莫合金和铁氧体的换代产品。 1.3 非晶软磁合金材料的优点 1.3.1优良的磁性 与传统的金属磁性材料相比,由于非晶合金原子排列无序,没有晶体的各向异性,而且电阻率高,因此具有高的导磁率、低的损耗,是优良的软磁材料,代替硅钢、坡莫合金和铁氧体等作为变压器铁心、互感器、传感器等,可以大大进步变压器效率、缩小体积、减轻重量、降低能耗。非晶合金的磁性能实际上是迄今为止非晶合金最主要的应用领域。 1.3.2高强韧性 明显高于传统的钢铁材料,可以作复合增强材料,如钓鱼杆等。国外已经把块状非晶合金应用于高尔夫球击球拍头和微型齿轮。非晶合金丝材可能用在结构零件中,起强化作用。另外,非晶合金具有优良的耐磨性,再加上它们的磁性,可以制造各种磁头。 1.3.3灵活的处理工艺 和其它磁性材料相比,非晶合金具有很宽的化学成分范围,而且即使同一种材料,通过不同的后续处理能够很轻易地获得所需要的磁性。所以非晶合金的磁性能是非常灵活的,选择余地很大,为电力电子元器件的选材提供了方便。 1.3.4制造工艺简单,节能、环保 传统的薄钢板,从炼钢、浇铸、钢锭开坯、初轧、退火、热轧、退火、酸洗、精轧、剪切到薄板成品,需要若干工艺环节、数十道工序。由于环节多,工艺繁杂,传统的钢铁企业都是耗能大户和污染大户,有"水老虎"和"电老虎"之称。而非晶合金的制造是在炼钢之后直接喷带,只需一步就制造出了薄带成品,工艺大大简化,节约了大量宝贵的能源,同时无污染物排放,对环境保护非常有利。正是由于非晶合金制造过程节能,同时它的磁性能优良,降低变压器使用过程中的损耗,因此被称为绿色材料和二十一世纪的材料。表1是非晶软磁合金材料与其它常用软磁材料性能的比较。 1.4 非晶软磁合金材料的应用领域 由于非晶软磁合金具有优良的电磁性能,应用领域非常广阔。 1.4.1电力电子技术领域: 大功率中、高频变压器 逆变电源变压器 大功率开关电源变压器 1.4.2通讯技术: 程控交换机电源 数据交换接口部件 脉冲变压器 ups电源滤波和存储电源、功率因素校正扼流圈、标准扼流圈 1.4.3抗电磁干扰部件: 交流电源、可控硅、emi差模、共模电感、输出滤波电感 1.4.4开关电源: 磁饱和电抗器 磁放大器 尖峰抑制器 扼流圈 1.4.5传感器: 电流电压互感器 零序电流互感器 漏电开关互感器 防盗感应标签 1.5有关非晶软磁合金材料的几个题目 1.5.1 材料稳定性 温度稳定性(指非晶态合金的磁性能随使用温度的变化): 常用的磁性材料,当温度升高时,其饱和磁通密度都是下降的。当温度高于一定值时,材料变成顺磁性的,原有磁性能丧失,无法继续使用。这个温度称为磁性材料的居里温度(或居里点)。居里点越高,表明材料可能的使用温度越高,即材料的温度稳定性越好。 对于几种常用的磁性材料,其居里温度如下: 硅钢:600℃,坡莫合金:400℃,铁氧体: 200℃,铁基非晶:400℃ 铁氧体无论是饱和磁通密度还是居里点都是最低的;硅钢的居里点最高,可惜只能在低频使用;坡莫合金的居里点较高,饱和磁通密度中等,同时能在20khz以上使用,但价格高;而不同的非晶态合金具有不同的饱和磁通密度和居里点,分别可以应用于高频和低频,同时价格也低于相应的其它材料。因此,可以说非晶态合金作为变压器铁心使用是非常理想的。 除了居里点以外,非晶态合金的晶化温度也是衡量材料温度稳定性的一个重要参数。由于非晶态合金在高温下会发生晶化,由此它的使用温度受到晶化温度的限制。但是,非晶态合金的晶化温度的高低是足以应付几乎所有使用条件的。通常,非晶态合金的晶化温度在450-600 ℃之间,而高频电源中的其它元器件的最高使用温度也只不过在150℃以下。非晶态合金的温度稳定性对于某些应用是至关重要的,因此,在非晶态合金的研究开发过程中,温度稳定性得到了充分的重视。早在八十年代,广雄师工用户就提出了非常严格的温度稳定性要求。 通常情况下,非晶态合金必须满足如下要求: 温度范围:-55℃-+130℃ ,主要性能变化率:±15% 钴基非晶合金的磁性能温度稳定性相当好,通常作为军工产品使用。对于铁基微晶合金,固然性能的变化率较大,但值得留意的是,其高频损耗随使用温度的升高而降低。考虑到变压器铁心的实际工作温度总是高于室温,这种变化实际上是有利的。 综上所述,非晶态合金的温度稳定性非常值得信赖,使用温度在130℃以下的变压器铁心完全没有题目。 时效稳定性(指在一定温度下,非晶态合金的磁性能随时间的变化): 对于大多数变压器铁心来说,其使用时间往往较长。由于非晶态合金处于亚稳态,在一定条件下有晶化的趋势。这使人们担心,随着使用时间的延长,非晶合金的磁性能会不会由于晶化而丧失。为了验证非晶态合金经过长时间使用会不会失效,最直接的方法莫过于将非晶态合金铁心在实际使用条件下长期运转,观察磁性能的变化。美国自八十年代就已经开始非晶态合金的生产,并大量应用于配电变压器铁心。根据大量报道,这些变压器一直在正常运行,表明非晶铁心的时效稳定性是可靠的。我国自八十年代起将非晶态合金应用于开关电源、中频变压器及漏电保护开关等多种场合,至今没有由于铁心性能恶化导致变压器失效的例子,这充分证实我国的非晶态合金在时效稳定性方面是安全的。 但是,对于众多的非晶态合金来说,都进行模拟实际应用的长时间试验显然是不现实的。正如前面所述, 非晶态合金在一定温度下有发生晶化的趋势,这种趋势随着温度的降低是呈指数规律迅速递减的。根据这种规律,我们通常利用高温短时间的时效试验代替低温长时间的试验,用以说明材料的时效稳定性。对于常见的非晶软磁合金,最常用的试验条件为:时效温度130℃,时效时间200小时。 从试验结果来看,非晶态合金的高温时效稳定性是非常好的。一般以为,非晶态合金在130℃以下使用是可靠的,有些品种的使用温度甚至可以达到150℃。 磁冲击稳定性(非晶纳米晶铁心经过强磁场的冲击后保持原有磁性能的能力): 非晶铁心在使用过程中,有时会受到来自电源内部或外部的强磁场冲击。在强磁场冲击后,铁心保持原有性能是非常关键的。否则,铁心性能的恶化会降低电源效率,严重的甚至造成铁心工作点偏移,使铁心饱和,损坏开关管。为了研究非晶态合金的磁冲击稳定性,曾经对不同材料的铁心进行了一系列磁冲击试验,试验结果充分表明,非晶态合金经过适当处理后,磁性能完全可以经受强磁场的冲击而基本复原。 机械稳定性(指非晶态合金经过机械冲击振动后磁性能的变化): 非晶态合金在使用前,一般都要经过热处理。而经过热处理后,材料比较脆。但无论什么材料,作为变压器铁心使用时,大多数要放在保护盒中或表面注塑后使用。对于非晶态合金,在铁心装进保护盒时通常还要加进某些衬垫物,如硅脂、海绵等。这些措施完全可以保证铁心在使用中不发生损坏和磁性能恶化。 在非晶态合金研究开发的初期,首先是在军工电源中应用的。军工设备严酷的工作条件,对铁心的性能要求十分苛刻。例如,对于航空航天装备中的开关电源,对变压器铁心机械稳定性的要求一般是: 耐机械冲击性:加速度55g,持续时间8ms,冲击3次,要求损耗变化率 dpp≤±15%。 耐机械振动:频率20-500hz,加速度5g,扫描45分钟,两个方向,要求损耗变化率 dpp≤±15%。 离心试验:恒加速度15g,5分钟,要求损耗变化率 dpp≤±15%。 根据上述要求,曾经对非晶态合金作了一系列机械稳定性试验。 经过一系列机械冲击和振动等试验,非晶铁心的磁性能变化率相当低,完全满足使用要求。 总之,非晶态合金的机械稳定性良好。目前,在非晶中心的产品中,每年用于军工电源的铁心在一万只以上。既然它们可以稳定地应用于军工电源,那么在使用条件相对温顺的民品中理所当然也是可以胜任的。 1.5.2规模生产题目 目前,国内非晶软磁合金生产企业中多数企业程度不同地存在批量产品质量不够稳定、产品一致性差、性能指标离散较大的题目,其主要原因是有的生产厂家技术装备差、生产工序不全,检测手段落后,综合研发实力不强。作为新兴的产业,其发展和进步必然有一个动态过程。2 非晶软磁合金材料产业发展历程和现状 2.1发展历程 第一阶段,1967年~1988年:1967年d wez教授率先开发出fe-p-c系非晶软磁合金,带动了第一个非晶合金研究开发高潮。1979年美国allied signal公司开发出非晶合金宽带的平面流铸带技术,并于1982年建成非晶带材连续生产厂,先后推出命名为metglas的fe基、co基和feni基系列非晶合金带材,标志着非晶合金产业化和商品化的开始。1984年美国四个变压器厂家在ieee会议上展示了实用的非晶配电变压器,从而将非晶合金应用开发推向高潮。在这期间,美国主要致力于非晶合金带材的大规模生产和节能非晶配电变压器的推广应用,在技术和产品方面基本形成垄断。到1989年,美国allied signal公司已经具有年产6万吨非晶带材的生产能力,全世界约有100万台非晶配电变压器投进运行,所用铁基非晶带材几乎全部来源于该公司。除美国之外,日本和德国在非晶合金应用开发方面拥有自己的特色,重点是电子和电力电子元件,例如高级音响磁头、高频电源(含开关电源)用变压器、扼流圈、磁放大器等。但在1988年以前,由于专利题目,日本的非晶发展始终受到美国的制约。 第二阶段,1988年~至今:1988年日本日立金属公司的yashizawa等人在非晶合金基础上通过晶化处理开发出纳米晶软磁合金(finemet)。此类合金的突出优点在于兼备了铁基非晶合金的高磁感和钴基非晶合金的高磁导率、低损耗,并且是本钱低廉的铁基材料。因此铁基纳米晶合金的发明是软磁材料的一个突破性进展,从而把非晶态合金研究开发又推向一个新高潮。纳米晶合金可以替换钴基非晶合金、晶态坡莫合金和铁氧体,在高频电力电子和电子信息领域中获得广泛应用,达到减小体积、降低本钱等目的。1988年当年,日立金属公司纳米晶合金既实现了产业化,并有产品推向市场。1992年德国vac公司开始推出纳米晶合金替换钴基非晶合金,尤其在网络接口设备上,如isdn,大量采用纳米晶磁心制作接口变压器和数字滤波器件。在此期间,美国allied signal公司(现被honeywell公司吞并)也加强了非晶合金在电力电子领域的推广应用,先后推出4个系列的铁心制品。 2.2国内研究开发现状 国内非晶材料研究始于1976年,国家科委从"六五"开始连续5个五年计划均将非晶、纳米晶合金研究开发和产业化列进重大科技攻关项目。其中标志性的成果分别是:"七五"期间建成百吨级非晶带材中试生产线,带材宽度达到100mm;"八五"期间突破了非晶带材在线自动卷取技术,并建成年产20万只非晶铁心中试生产线;"九五"期间,成立了国家非晶微晶合金工程技术研究中心,建成了千吨级铁基非晶带材生产线,带材宽度达到220mm,同时建成年产600吨非晶配电变压器铁心生产线。通过前4个五年科技攻关计划的实施,我国基本实现了非晶合金带材及制品产业化。在十五期间,纳米晶带材及其制品产业化开发又被列进重大科技攻关计划,国家给予重点支持,旨在推动纳米晶材料应用开发快速发展,满足电力电子和电子信息等高新技术领域日益增长的迫切需求。目前,国内从事非晶软磁合金材料生产的单位约20多家,其中安乐科技股份有限公司(原钢铁研究总院部分转制上市)是国内非晶材料研究开发气力最强、产业规模最大的单位,也是上述国家科技攻关项目的主要承担单位。目前具有年产非晶带材3000吨,纳米晶带材300吨的生产能力。 通过这4个五年科技攻关计划的实施,我国基本实现了非晶合金带材及制品产业化。在十五期间,纳米晶带材及其制品产业化开发仍然被列进国家重大科技攻关计划,给予重点支持,旨在推动非晶纳米晶材料应用开发快速发展,满足电力电子和电子信息等高新技术领域日益增长的迫切需求。 目前,非晶软磁合金所达到的最好单项性能水平为: 初始磁导率 μ0 = 14 ×104 钴基非晶 最大磁导率 μm = 220 ×104 钴基非晶 矫顽力 hc = 0.001 oe 钴基非晶 矩形比 brbs = 0.995 钴基非晶 饱和磁化强度 4πms =  gs 铁基非晶 电阻率 ρ= 270 微欧厘米 与美、日、德相比,我国非晶合金带材的产业规模与日本和德国相当,但远小于美国。在工艺技术和产品质量方面与上述国家差距很大。尤其对纳米晶合金来说,国内现有制带设备尚无法批量生产厚度小于20μm的超薄带。因此,严重制约了国内非晶、纳米晶合金在高频电力电子领域的推广应用。 2.3当前普及应用的难点 由于国内厂商带材和变压器的生产没有形成规模,导致非晶材料和非晶变压器的本钱较高,同等规格下非晶变压器的售价为s9的1.5倍,用户大约要7-8年才能通过节省的能耗收回初期增加的投资,固然国家出台有关非晶变压器生产和使用者税收优惠的政策,但使用者积极性仍然不高,只有在非晶变压器的售价为s9的1.3倍(非晶铁心价格降为30元公斤左右),用户大约要3-4年通过节省的能耗收回初期增加的投资,用户会有较强的积极性。因此如何协调非晶带材、铁心的生产者同变压器生产者以及变压器使用者三者之间的关系是非晶材料是否能大量应用的关键。目前的应用多偏向于一些特殊要求的场合,如上述题目能得到很好的解决,非晶材料和非晶变压器的市场规模会迅速增长。3非晶软磁合金材料的市场远景和发展方向 3.1不断扩展的应用市场 非晶态合金的应用首先是在八十年代初期,在军工电源上开始的。军工电源严酷的工作条件是对非晶铁心磁性能稳定性的极大考验。在过往的二十年中,非晶铁心已经应用在多种军工装备,如火箭、机载雷达、水雷、坦克等电源,使用非晶铁心的就更多。随着市场经济的发展,非晶态合金的应用领域逐渐扩展到广大的民用产品。目前民品是非晶中心最主要的产品,应用场合主要包括:互感器铁心、大功率逆变电源变压器和电抗器铁心、各种形式的开关电源变压器和电感铁心、各种传感器铁心等。 非晶和微晶合金在近十年来发展迅速,不但在材料和工艺,而且在应用方面都取得了很大的进步。 在低频电磁元件中,铁基非晶合金被大量应用,在电力配电变压器中的应用已取得良好效果,成为现在生产量最大的非晶合金。可以向电源中的整流变压器,滤波电抗器等电磁元件扩展。1990年开发出的femb(m为zr、hf、ta)和fezrnbbc 微晶合金(nanoperm合金),不但工频损耗低,而且饱和磁密高,磁致伸缩系数也小,是工频电磁元件用软磁材料中性能比较理想的,在低频领域可以代替硅钢和铁基合金,在中、高频领域可以代替钴基非晶合金和铁镍高导磁合金。1998年开发出fecozrbc 非晶合金(商品名hitperm),饱和磁通密度bs高达2.0t,可以代替fecov系高导磁合金,是低频电磁元件用软磁材料的最新进展。 中、高频领域首选的非晶和微晶合金是钴基非晶合金和铁基微晶合金。一般(18~25)μm厚的带材,用于100khz,小于18μm厚的薄带,用于500khz~1mhz。钴基非晶合金20μm厚的薄带,p0.2t100khz只有30wkg。现在见到报导最好的3.8μm厚渗铬的cofecrsib非晶合金薄带,p0.1t1mhz为140wkg,p0.1t10mhz为1022wkg,μe(1mhz)为1×104。 非晶、纳米晶合金的应用领域非常广泛,表2列出了非晶纳米晶合金带材的典型性能和一些主要应用。 在电力领域,非晶、纳米晶合金均得到大量应用。由于非晶合金的工频铁损仅为硅钢的15-13,利用非晶合金取代硅钢可使配电变压器的空载损耗降低60%-70%。因此,非晶配电变压器作为换代产品有很好的应用远景。在"九五"期间,我国自行建成了年生产能力1000吨的非晶带材生产线及相应的年产600吨非晶配电变压器铁心生产线,这为在我国大力推广节能型非晶配电变压器奠定了良好基础。纳米晶合金的最大应用是电力互感器铁心。电力互感器是专门丈量输变电线路上电流和电能的特种变压器。近年来高精度等级(如0.2级、0.2s级、0.5s级)的互感器需求量迅速增加。传统的冷轧硅钢片铁心往往达不到精度要求,固然高磁导率玻莫合金可以满足精度要求,但价格高。而采用纳米晶铁心不但可以达到精度要求、而且价格低于玻莫合金。 从目前国内外应用以及今后发展来看,非晶合金的大量使用还是在电力系统: a.配电变压器铁心。铁基非晶合金铁心具有高饱和磁感应强度、低矫顽力、低损耗(相当于硅钢片的13~15)、低激磁电流、良好的温度稳定性,使非晶合金变压器运行过程中的空载损失远低于硅钢变压器。这种情况尤其适用于空载时间长、用电效率低的农村电网。美国通过使用这种变压器每年可节约近50×109kwh的空载损耗,节能产生的经济效益约为35亿美元。 b.电力互感器铁心。在变电站使用大量的电力互感器,它们对铁心材料的要求非常苛刻,不仅要求高的磁性指标(如高导磁率、高饱和磁感、低损耗等),而且要求铁心材料的整个磁化曲线满足一定的条件,以保证互感器在整个丈量范围内的精度。近年来,非晶微晶合金作为互感器铁心的应用逐渐广出现来,取得了非常理想的效果。 c.开关电源变压器及电感铁心。传统的电源都是在50赫兹(称为工频)下将交流电变换成直流电的。由于工作频率低,变压器的体积大、能耗高、效率低。开关电源是自20世纪70年代发展起来的新型电源技术,它采用20千赫兹以上的工作频率,大大缩小了变压器的体积、减轻了重量、进步了效率。在开关电源中使用非晶微晶合金作为铁心的元器件有:主变压器、控制变压器、共模电感、噪声滤波器、滤波电感、储能电感、电抗器、磁放大器、尖峰抑制器、饱和电感、脉冲压缩器、开关管保护电感等。 d.漏电开关互感器铁心。漏电开关是安装在电器前面,用来保护电器和人的用电安全的装置。当由于设备尽缘不良或者人体触电时,会在互感器的次级线圈中感应出信号,经过处理后使得电闸跳开,切断电路,保护电器或人身的安全。过往一般采用坡莫合金(铁镍合金)作为这种互感器铁心。自从八十年代以来,非晶合金开始作为漏电开关中的互感器铁心,国内目前用量极大。 在电力电子领域,随着高频逆变技术的成熟,传统大功率线性电源开始大量被高频开关电源所取代,而且为了进步效率,减小体积,开关电源的工作频率越来越高,这就对其中的软磁材料提出了更高的要求。硅钢高频损耗太大,已不能满足使用要求;铁氧体固然高频损耗较低,但在大功率条件下仍然存在很多题目,一是饱和磁感低,无法减小变压器的体积;二是居里温度低,热稳定性差;三是制作大尺寸铁心成品率低,本钱高。目前采用功率铁氧体的单个变压器的转换功率不超过20kw。纳米晶软磁合金同时具有高饱和磁感和很低的高频损耗,且热稳定性好,是大功率开关电源用软磁材料的最佳选择。采用纳米晶铁心的变压器的转换功率可达500kw,体积比功率铁氧体变压器减少50%以上。目前在逆变焊机电源中纳米晶合金已经获得广泛应用,在通讯、电动交通工具、电解电镀等领域用开关电源中的应用正在积极开发之中。 在电子防窃系统中,早期利用钴基非晶窄带的谐波式防盗标签在图书馆中获得了大量应用。最近利用铁镍基非晶带材的声磁式防盗标签克服了谐波式防盗标签误报警率高、检测区窄等缺点,应用市场已经扩展到超级市场。可以预见,随开放式服务方式的发展,作为防盗防伪的非晶合金带材和丝材的应用会急剧增长。 在电子信息领域,随着计算机、网络和通讯技术的迅速发展,对小尺寸、轻重量、高可靠性和低噪音的开关电源和网络接口设备的需求日益增长、要求越来越高。例如,为了减小体积,计算机开关电源的工作频率已经从20khz进步到500khz;为了实现cpu的低电压大电流供电方式,采用磁放大器稳定输出电压;为了消除各种噪音,采用抑制线路自生干扰的尖峰抑制器,以及抑制传导干扰的共模和差模扼流圈。因此,在开关电源和接口设备中增加了大量高频磁性器件。非晶、纳米晶合金在此大有用武之地。 在民用产品中,变频技术有利于节约电能、并减小体积和重量,正在大量普及。但负面效应不可忽视,假如变频器中缺少必要的抑制干扰环节,会有大量高次谐波注进电网,使电网总功率因素下降。减少电网污染最有效的办法之一是在变频器中加进功率因数校正(pfc)环节,其中关键部件是高频损耗低、饱和磁感大的电感铁心。铁基非晶合金在此类应用中有明显上风,将在变频家电绿色化方面发挥重要作用。目前在变频空调中使用非晶pfc电感已经成为一个热门。 目前在以下几个方面还存在推广应用市场: a.替换极薄硅钢产品,从上海钢研所极薄硅钢产品的市场需求知道,极薄硅钢(厚度0.1mm)在20世纪70年代大量用于400hz以上各种电子元件如高频变压器、电抗器、磁屏蔽等,目前这方面的市场需求较大,但供方难以满足需要,用非晶纳米晶合金材料替换,不仅可以进步产品性能、质量和促使小型化,而且价格上也有利可图。 b.高磁导率和大功率磁心器件,由于国内铁氧体生产设备和技术条件的限制,高磁导率、高性能、大功率铁氧体难以满足国内市场需求,如采用非晶纳米晶材料取而代之,可以促使一些电子设备国产化、小型化。 c.工作环境温度高和环境恶劣等的一些电子产品,如油田钻探、海洋探测等特殊环境使用的电子产品用的各种磁性器件,选用非晶纳米晶合金材料制作,可以物尽其用,避免选材上的困扰。 d.航空、航天等军工产品用的各种磁性器件需要小而轻、温度稳定性好、磁性要求高,使用非晶纳米晶合金材料远优于其他软磁材料。 e.高频、大电流、大功率电源变压器、电抗器、滤波器等器件的小型化,目前这些器件大都采用铁氧体或冷轧硅钢,工作频率f=20khz,工作磁感b=0.2t~0.3t,如采用非晶纳米晶合金磁心,可将工作频率进步到f=40khz~50khz,工作磁感b=0.5t~0.6t,可以大大减小磁心器件的体积和尺寸。 f.各种抗emi器件、噪声抑制器和尖峰抑制器。 总之,非晶、纳米晶合金不仅软磁性能优异,而且工艺简单、本钱低廉,正在成为一类十分重要的、具有市场竞争上风的基础功能材料。可以预见,非晶、纳米晶材料对我国传统产业改造和高新技术快速发展将发挥越来越重要的作用。 3.2未来发展方向 在非晶合金的产业化发展过程中,非晶纳米晶合金带材及其铁心制品一直是主流,非晶丝材的研究开发和产业化是重要分支。1980年,日本hagiwara首先提出采用内圆水纺法制备非晶合金丝材,随后日本的unitika公司开始利用此法贸易生产fe基和co基非晶丝,作为产业化的软磁材料,应用重点集中在图书馆和超市用防盗标签。此外,利用非晶丝材各种独特的物理效应开发各类高性能传感器一直受到特别关注。尤其最近在钴基非晶丝材中发现巨磁阻抗效应以来,高精度磁敏传感器的开发成为热门。1999年日本科学技术振兴事业团委托名古屋大学和爱知钢铁公司联合开发mi微型磁传感器和专用集成电路心片,目标是将非晶丝mi传感器用于高速公路汽车自动导航和安全监测系统。随着纳米科学技术和快淬技术的迅速发展,非晶纳米晶软磁合金材料也在不断进步,不仅现已产业化的薄带产品性能和质量大大进步,而且还在研制开发非晶纳米晶合金粉末及粉末制品、薄膜材料、复合材料等,这些新型纳米材料的研制开发及产业化将对电子变压器行业产生极大的潜伏影响。( 非晶软磁合金材料及其产业现状与发展远景 newmaker 1 非晶软磁合金材料及其应用 1.1 非晶软磁合金材料及其形成机理 我们根据原子排列方式把物质划分为晶体和非晶体两类。物质里面的原子排列是整洁有序的叫做晶体;物质的原子排列是混乱的叫做非晶体。通常情况下,金属及合金在从液体凝固成固体时,原子总是从液体的混乱排列转变成整洁的排列,即成为晶体。但是,假如金属或合金的凝固速度非常快(例如用每秒高达一百万度的冷却速率将铁-硼合金熔体凝固),原子来不及整洁排列便被冻结住了,终极的原子排列方式类似于液体,是混乱的,这就是非晶合金(又称为金属玻璃)。 由于不同的物质形成非晶所需要的冷却速度大不相同。单一金属需要每秒高达一亿度以上的冷却速度才能形成非晶态。受目前工艺水平的限制,实际生产中难以达到如此高的冷却速度,普通的单一的金属难以从生产上制成非晶。为了获得非晶态的金属,一般将金属与其它物质混合。当原子尺寸和性质不同的几种物质搭配混合后,就形成了合金。这些合金具有两个重要性质:①合金的成分一般在冶金学上的所谓"共晶"点四周,它们的熔点远低于纯金属,例如fesib合金的熔点一般为1200度以下,而纯铁的熔点为1538度;②由于原子的种类多了,合金在液体时它们的原子更加难以移动,在冷却时更加难以整洁排列,也就是说更加轻易被"冻结"成非晶。有了上面的两个重要条件,合金才可能比较轻易地形成非晶。实际上,目前所有的实用非晶合金都是两种或更多种元素组成的合金,例如fe-si-b,fenipb,cozr,zrtic ni等。 迄今为止,国内外非晶合金开发最多的是作为软磁材料的一类。它们在化学成分上的一个共同点是:由两类元素组成:一类是铁磁性元素(铁、钴、镍或者他们的组合),它们用来产生磁性;另一类是硅、硼、碳等,它们称为类金属,也叫做玻璃化元素,有了它们,合金的熔点比纯金属降低了很多,才轻易形成非晶。 1.2 非晶软磁合金材料的种类 1.2.1 铁基非晶合金 铁基非晶合金:主要元素是铁、硅、硼、碳、磷等。它们的特点是磁性强(饱和磁感应强度可达1.4-1.7t)、磁导率、激磁电流和铁损等软磁性能优于硅钢片,价格便宜,最适合替换硅钢片,特别是铁损低( 为取向硅钢片的13-15),代替硅钢做配电变压器可降低铁损60-70%。铁基非晶合金的带材厚度为0.03毫米左右,广泛应用于中低频变压器的铁心(一般在10千赫兹以下),例如配电变压器、中频变压器、大功率电感、电抗器等。 1.2.2 铁镍基非晶合金 铁镍基非晶合金:主要由铁、镍、硅、硼、磷等组成,它们的磁性比较弱(饱和磁感应强度大约为1t以下),价格较贵,但磁导率比较高,可以代替硅钢片或者坡莫合金,用作高要求的中低频变压器铁心,例如漏电开关互感器。 1.2.3 钴基非晶合金 钴基非晶合金:由钴和硅、硼等组成,有时为了获得某些特殊的性能还添加其它元素,由于含钴,它们价格很贵,磁性较弱(饱和磁感应强度一般在1t以下),但磁导率极高,一般用在要求严格的军工电源中的变压器、电感等,替换坡莫合金和铁氧体。 1.2.4 纳米(超微晶)软磁合金材料 由于非晶合金中原子的排列是混乱无序的这种特殊结构,使得非晶合金具有一些独特的性质。所以,以前的非晶合金在使用时,必须保证它们处于非晶态。一般的非晶合金存在着发生晶化的可能性,一旦在晶化温度以上退火,材料内部的原子排列就变成了有序的,也就是说成为晶体,而且晶粒组织很粗大,这时非晶合金原有的磁性能就会丧失。因此,一般的非晶合金都要在非晶状态下使用。但是,自从八十年代末,日本的吉泽克仁等发现,含有c 和nb的铁基非晶合金在晶化温度以上退火时,会形成非常细小的晶粒组织,晶粒尺寸仅有10-20纳米。这时材料磁性能不仅不恶化,反而非常优良。这种非晶合金经过特殊的晶化退火而形成的晶态材料称为纳米晶合金(以前也曾称为超微晶合金)。 铁基纳米晶合金由铁、硅、硼和少量的铜、钼、铌等组成,其中铜和铌是获得纳米晶结构必不可少的元素。它们首先被制成非晶带材,然后经过适当退火,形成微晶和非晶的混合组织。这种材料固然便宜,但磁性能极好,几乎能够和非晶合金中最好的钴基非晶合金相媲美,但是却不含有昂贵的钴,是产业和民用中高频变压器、互感器、电感的理想材料,也是坡莫合金和铁氧体的换代产品。 1.3 非晶软磁合金材料的优点 1.3.1优良的磁性 与传统的金属磁性材料相比,由于非晶合金原子排列无序,没有晶体的各向异性,而且电阻率高,因此具有高的导磁率、低的损耗,是优良的软磁材料,代替硅钢、坡莫合金和铁氧体等作为变压器铁心、互感器、传感器等,可以大大进步变压器效率、缩小体积、减轻重量、降低能耗。非晶合金的磁性能实际上是迄今为止非晶合金最主要的应用领域。 1.3.2高强韧性 明显高于传统的钢铁材料,可以作复合增强材料,如钓鱼杆等。国外已经把块状非晶合金应用于高尔夫球击球拍头和微型齿轮。非晶合金丝材可能用在结构零件中,起强化作用。另外,非晶合金具有优良的耐磨性,再加上它们的磁性,可以制造各种磁头。 1.3.3灵活的处理工艺 和其它磁性材料相比,非晶合金具有很宽的化学成分范围,而且即使同一种材料,通过不同的后续处理能够很轻易地获得所需要的磁性。所以非晶合金的磁性能是非常灵活的,选择余地很大,为电力电子元器件的选材提供了方便。 1.3.4制造工艺简单,节能、环保 传统的薄钢板,从炼钢、浇铸、钢锭开坯、初轧、退火、热轧、退火、酸洗、精轧、剪切到薄板成品,需要若干工艺环节、数十道工序。由于环节多,工艺繁杂,传统的钢铁企业都是耗能大户和污染大户,有"水老虎"和"电老虎"之称。而非晶合金的制造是在炼钢之后直接喷带,只需一步就制造出了薄带成品,工艺大大简化,节约了大量宝贵的能源,同时无污染物排放,对环境保护非常有利。正是由于非晶合金制造过程节能,同时它的磁性能优良,降低变压器使用过程中的损耗,因此被称为绿色材料和二十一世纪的材料。表1是非晶软磁合金材料与其它常用软磁材料性能的比较。 1.4 非晶软磁合金材料的应用领域 由于非晶软磁合金具有优良的电磁性能,应用领域非常广阔。 1.4.1电力电子技术领域: 大功率中、高频变压器 逆变电源变压器 大功率开关电源变压器 1.4.2通讯技术: 程控交换机电源 数据交换接口部件 脉冲变压器 ups电源滤波和存储电源、功率因素校正扼流圈、标准扼流圈 1.4.3抗电磁干扰部件: 交流电源、可控硅、emi差模、共模电感、输出滤波电感 1.4.4开关电源: 磁饱和电抗器 磁放大器 尖峰抑制器 扼流圈 1.4.5传感器: 电流电压互感器 零序电流互感器 漏电开关互感器 防盗感应标签 1.5有关非晶软磁合金材料的几个题目 1.5.1 材料稳定性 温度稳定性(指非晶态合金的磁性能随使用温度的变化): 常用的磁性材料,当温度升高时,其饱和磁通密度都是下降的。当温度高于一定值时,材料变成顺磁性的,原有磁性能丧失,无法继续使用。这个温度称为磁性材料的居里温度(或居里点)。居里点越高,表明材料可能的使用温度越高,即材料的温度稳定性越好。 对于几种常用的磁性材料,其居里温度如下: 硅钢:600℃,坡莫合金:400℃,铁氧体: 200℃,铁基非晶:400℃ 铁氧体无论是饱和磁通密度还是居里点都是最低的;硅钢的居里点最高,可惜只能在低频使用;坡莫合金的居里点较高,饱和磁通密度中等,同时能在20khz以上使用,但价格高;而不同的非晶态合金具有不同的饱和磁通密度和居里点,分别可以应用于高频和低频,同时价格也低于相应的其它材料。因此,可以说非晶态合金作为变压器铁心使用是非常理想的。 除了居里点以外,非晶态合金的晶化温度也是衡量材料温度稳定性的一个重要参数。由于非晶态合金在高温下会发生晶化,由此它的使用温度受到晶化温度的限制。但是,非晶态合金的晶化温度的高低是足以应付几乎所有使用条件的。通常,非晶态合金的晶化温度在450-600 ℃之间,而高频电源中的其它元器件的最高使用温度也只不过在150℃以下。非晶态合金的温度稳定性对于某些应用是至关重要的,因此,在非晶态合金的研究开发过程中,温度稳定性得到了充分的重视。早在八十年代,广雄师工用户就提出了非常严格的温度稳定性要求。 通常情况下,非晶态合金必须满足如下要求: 温度范围:-55℃-+130℃ ,主要性能变化率:±15% 钴基非晶合金的磁性能温度稳定性相当好,通常作为军工产品使用。对于铁基微晶合金,固然性能的变化率较大,但值得留意的是,其高频损耗随使用温度的升高而降低。考虑到变压器铁心的实际工作温度总是高于室温,这种变化实际上是有利的。 综上所述,非晶态合金的温度稳定性非常值得信赖,使用温度在130℃以下的变压器铁心完全没有题目。 时效稳定性(指在一定温度下,非晶态合金的磁性能随时间的变化): 对于大多数变压器铁心来说,其使用时间往往较长。由于非晶态合金处于亚稳态,在一定条件下有晶化的趋势。这使人们担心,随着使用时间的延长,非晶合金的磁性能会不会由于晶化而丧失。为了验证非晶态合金经过长时间使用会不会失效,最直接的方法莫过于将非晶态合金铁心在实际使用条件下长期运转,观察磁性能的变化。美国自八十年代就已经开始非晶态合金的生产,并大量应用于配电变压器铁心。根据大量报道,这些变压器一直在正常运行,表明非晶铁心的时效稳定性是可靠的。我国自八十年代起将非晶态合金应用于开关电源、中频变压器及漏电保护开关等多种场合,至今没有由于铁心性能恶化导致变压器失效的例子,这充分证实我国的非晶态合金在时效稳定性方面是安全的。 但是,对于众多的非晶态合金来说,都进行模拟实际应用的长时间试验显然是不现实的。正如前面所述, 非晶态合金在一定温度下有发生晶化的趋势,这种趋势随着温度的降低是呈指数规律迅速递减的。根据这种规律,我们通常利用高温短时间的时效试验代替低温长时间的试验,用以说明材料的时效稳定性。对于常见的非晶软磁合金,最常用的试验条件为:时效温度130℃,时效时间200小时。 从试验结果来看,非晶态合金的高温时效稳定性是非常好的。一般以为,非晶态合金在130℃以下使用是可靠的,有些品种的使用温度甚至可以达到150℃。 磁冲击稳定性(非晶纳米晶铁心经过强磁场的冲击后保持原有磁性能的能力): 非晶铁心在使用过程中,有时会受到来自电源内部或外部的强磁场冲击。在强磁场冲击后,铁心保持原有性能是非常关键的。否则,铁心性能的恶化会降低电源效率,严重的甚至造成铁心工作点偏移,使铁心饱和,损坏开关管。为了研究非晶态合金的磁冲击稳定性,曾经对不同材料的铁心进行了一系列磁冲击试验,试验结果充分表明,非晶态合金经过适当处理后,磁性能完全可以经受强磁场的冲击而基本复原。 机械稳定性(指非晶态合金经过机械冲击振动后磁性能的变化): 非晶态合金在使用前,一般都要经过热处理。而经过热处理后,材料比较脆。但无论什么材料,作为变压器铁心使用时,大多数要放在保护盒中或表面注塑后使用。对于非晶态合金,在铁心装进保护盒时通常还要加进某些衬垫物,如硅脂、海绵等。这些措施完全可以保证铁心在使用中不发生损坏和磁性能恶化。 在非晶态合金研究开发的初期,首先是在军工电源中应用的。军工设备严酷的工作条件,对铁心的性能要求十分苛刻。例如,对于航空航天装备中的开关电源,对变压器铁心机械稳定性的要求一般是: 耐机械冲击性:加速度55g,持续时间8ms,冲击3次,要求损耗变化率 dpp≤±15%。 耐机械振动:频率20-500hz,加速度5g,扫描45分钟,两个方向,要求损耗变化率 dpp≤±15%。 离心试验:恒加速度15g,5分钟,要求损耗变化率 dpp≤±15%。 根据上述要求,曾经对非晶态合金作了一系列机械稳定性试验。 经过一系列机械冲击和振动等试验,非晶铁心的磁性能变化率相当低,完全满足使用要求。 总之,非晶态合金的机械稳定性良好。目前,在非晶中心的产品中,每年用于军工电源的铁心在一万只以上。既然它们可以稳定地应用于军工电源,那么在使用条件相对温顺的民品中理所当然也是可以胜任的。 1.5.2规模生产题目 目前,国内非晶软磁合金生产企业中多数企业程度不同地存在批量产品质量不够稳定、产品一致性差、性能指标离散较大的题目,其主要原因是有的生产厂家技术装备差、生产工序不全,检测手段落后,综合研发实力不强。作为新兴的产业,其发展和进步必然有一个动态过程。2 非晶软磁合金材料产业发展历程和现状 2.1发展历程 第一阶段,1967年~1988年:1967年d wez教授率先开发出fe-p-c系非晶软磁合金,带动了第一个非晶合金研究开发高潮。1979年美国allied signal公司开发出非晶合金宽带的平面流铸带技术,并于1982年建成非晶带材连续生产厂,先后推出命名为metglas的fe基、co基和feni基系列非晶合金带材,标志着非晶合金产业化和商品化的开始。1984年美国四个变压器厂家在ieee会议上展示了实用的非晶配电变压器,从而将非晶合金应用开发推向高潮。在这期间,美国主要致力于非晶合金带材的大规模生产和节能非晶配电变压器的推广应用,在技术和产品方面基本形成垄断。到1989年,美国allied signal公司已经具有年产6万吨非晶带材的生产能力,全世界约有100万台非晶配电变压器投进运行,所用铁基非晶带材几乎全部来源于该公司。除美国之外,日本和德国在非晶合金应用开发方面拥有自己的特色,重点是电子和电力电子元件,例如高级音响磁头、高频电源(含开关电源)用变压器、扼流圈、磁放大器等。但在1988年以前,由于专利题目,日本的非晶发展始终受到美国的制约。 第二阶段,1988年~至今:1988年日本日立金属公司的yashizawa等人在非晶合金基础上通过晶化处理开发出纳米晶软磁合金(finemet)。此类合金的突出优点在于兼备了铁基非晶合金的高磁感和钴基非晶合金的高磁导率、低损耗,并且是本钱低廉的铁基材料。因此铁基纳米晶合金的发明是软磁材料的一个突破性进展,从而把非晶态合金研究开发又推向一个新高潮。纳米晶合金可以替换钴基非晶合金、晶态坡莫合金和铁氧体,在高频电力电子和电子信息领域中获得广泛应用,达到减小体积、降低本钱等目的。1988年当年,日立金属公司纳米晶合金既实现了产业化,并有产品推向市场。1992年德国vac公司开始推出纳米晶合金替换钴基非晶合金,尤其在网络接口设备上,如isdn,大量采用纳米晶磁心制作接口变压器和数字滤波器件。在此期间,美国allied signal公司(现被honeywell公司吞并)也加强了非晶合金在电力电子领域的推广应用,先后推出4个系列的铁心制品。 2.2国内研究开发现状 国内非晶材料研究始于1976年,国家科委从"六五"开始连续5个五年计划均将非晶、纳米晶合金研究开发和产业化列进重大科技攻关项目。其中标志性的成果分别是:"七五"期间建成百吨级非晶带材中试生产线,带材宽度达到100mm;"八五"期间突破了非晶带材在线自动卷取技术,并建成年产20万只非晶铁心中试生产线;"九五"期间,成立了国家非晶微晶合金工程技术研究中心,建成了千吨级铁基非晶带材生产线,带材宽度达到220mm,同时建成年产600吨非晶配电变压器铁心生产线。通过前4个五年科技攻关计划的实施,我国基本实现了非晶合金带材及制品产业化。在十五期间,纳米晶带材及其制品产业化开发又被列进重大科技攻关计划,国家给予重点支持,旨在推动纳米晶材料应用开发快速发展,满足电力电子和电子信息等高新技术领域日益增长的迫切需求。目前,国内从事非晶软磁合金材料生产的单位约20多家,其中安乐科技股份有限公司(原钢铁研究总院部分转制上市)是国内非晶材料研究开发气力最强、产业规模最大的单位,也是上述国家科技攻关项目的主要承担单位。目前具有年产非晶带材3000吨,纳米晶带材300吨的生产能力。 通过这4个五年科技攻关计划的实施,我国基本实现了非晶合金带材及制品产业化。在十五期间,纳米晶带材及其制品产业化开发仍然被列进国家重大科技攻关计划,给予重点支持,旨在推动非晶纳米晶材料应用开发快速发展,满足电力电子和电子信息等高新技术领域日益增长的迫切需求。 目前,非晶软磁合金所达到的最好单项性能水平为: 初始磁导率 μ0 = 14 ×104 钴基非晶 最大磁导率 μm = 220 ×104 钴基非晶 矫顽力 hc = 0.001 oe 钴基非晶 矩形比 brbs = 0.995 钴基非晶 饱和磁化强度 4πms =  gs 铁基非晶 电阻率 ρ= 270 微欧厘米 与美、日、德相比,我国非晶合金带材的产业规模与日本和德国相当,但远小于美国。在工艺技术和产品质量方面与上述国家差距很大。尤其对纳米晶合金来说,国内现有制带设备尚无法批量生产厚度小于20μm的超薄带。因此,严重制约了国内非晶、纳米晶合金在高频电力电子领域的推广应用。 2.3当前普及应用的难点 由于国内厂商带材和变压器的生产没有形成规模,导致非晶材料和非晶变压器的本钱较高,同等规格下非晶变压器的售价为s9的1.5倍,用户大约要7-8年才能通过节省的能耗收回初期增加的投资,固然国家出台有关非晶变压器生产和使用者税收优惠的政策,但使用者积极性仍然不高,只有在非晶变压器的售价为s9的1.3倍(非晶铁心价格降为30元公斤左右),用户大约要3-4年通过节省的能耗收回初期增加的投资,用户会有较强的积极性。因此如何协调非晶带材、铁心的生产者同变压器生产者以及变压器使用者三者之间的关系是非晶材料是否能大量应用的关键。目前的应用多偏向于一些特殊要求的场合,如上述题目能得到很好的解决,非晶材料和非晶变压器的市场规模会迅速增长。3非晶软磁合金材料的市场远景和发展方向 3.1不断扩展的应用市场 非晶态合金的应用首先是在八十年代初期,在军工电源上开始的。军工电源严酷的工作条件是对非晶铁心磁性能稳定性的极大考验。在过往的二十年中,非晶铁心已经应用在多种军工装备,如火箭、机载雷达、水雷、坦克等电源,使用非晶铁心的就更多。随着市场经济的发展,非晶态合金的应用领域逐渐扩展到广大的民用产品。目前民品是非晶中心最主要的产品,应用场合主要包括:互感器铁心、大功率逆变电源变压器和电抗器铁心、各种形式的开关电源变压器和电感铁心、各种传感器铁心等。 非晶和微晶合金在近十年来发展迅速,不但在材料和工艺,而且在应用方面都取得了很大的进步。 在低频电磁元件中,铁基非晶合金被大量应用,在电力配电变压器中的应用已取得良好效果,成为现在生产量最大的非晶合金。可以向电源中的整流变压器,滤波电抗器等电磁元件扩展。1990年开发出的femb(m为zr、hf、ta)和fezrnbbc 微晶合金(nanoperm合金),不但工频损耗低,而且饱和磁密高,磁致伸缩系数也小,是工频电磁元件用软磁材料中性能比较理想的,在低频领域可以代替硅钢和铁基合金,在中、高频领域可以代替钴基非晶合金和铁镍高导磁合金。1998年开发出fecozrbc 非晶合金(商品名hitperm),饱和磁通密度bs高达2.0t,可以代替fecov系高导磁合金,是低频电磁元件用软磁材料的最新进展。 中、高频领域首选的非晶和微晶合金是钴基非晶合金和铁基微晶合金。一般(18~25)μm厚的带材,用于100khz,小于18μm厚的薄带,用于500khz~1mhz。钴基非晶合金20μm厚的薄带,p0.2t100khz只有30wkg。现在见到报导最好的3.8μm厚渗铬的cofecrsib非晶合金薄带,p0.1t1mhz为140wkg,p0.1t10mhz为1022wkg,μe(1mhz)为1×104。 非晶、纳米晶合金的应用领域非常广泛,表2列出了非晶纳米晶合金带材的典型性能和一些主要应用。 在电力领域,非晶、纳米晶合金均得到大量应用。由于非晶合金的工频铁损仅为硅钢的15-13,利用非晶合金取代硅钢可使配电变压器的空载损耗降低60%-70%。因此,非晶配电变压器作为换代产品有很好的应用远景。在"九五"期间,我国自行建成了年生产能力1000吨的非晶带材生产线及相应的年产600吨非晶配电变压器铁心生产线,这为在我国大力推广节能型非晶配电变压器奠定了良好基础。纳米晶合金的最大应用是电力互感器铁心。电力互感器是专门丈量输变电线路上电流和电能的特种变压器。近年来高精度等级(如0.2级、0.2s级、0.5s级)的互感器需求量迅速增加。传统的冷轧硅钢片铁心往往达不到精度要求,固然高磁导率玻莫合金可以满足精度要求,但价格高。而采用纳米晶铁心不但可以达到精度要求、而且价格低于玻莫合金。 从目前国内外应用以及今后发展来看,非晶合金的大量使用还是在电力系统: a.配电变压器铁心。铁基非晶合金铁心具有高饱和磁感应强度、低矫顽力、低损耗(相当于硅钢片的13~15)、低激磁电流、良好的温度稳定性,使非晶合金变压器运行过程中的空载损失远低于硅钢变压器。这种情况尤其适用于空载时间长、用电效率低的农村电网。美国通过使用这种变压器每年可节约近50×109kwh的空载损耗,节能产生的经济效益约为35亿美元。 b.电力互感器铁心。在变电站使用大量的电力互感器,它们对铁心材料的要求非常苛刻,不仅要求高的磁性指标(如高导磁率、高饱和磁感、低损耗等),而且要求铁心材料的整个磁化曲线满足一定的条件,以保证互感器在整个丈量范围内的精度。近年来,非晶微晶合金作为互感器铁心的应用逐渐广出现来,取得了非常理想的效果。 c.开关电源变压器及电感铁心。传统的电源都是在50赫兹(称为工频)下将交流电变换成直流电的。由于工作频率低,变压器的体积大、能耗高、效率低。开关电源是自20世纪70年代发展起来的新型电源技术,它采用20千赫兹以上的工作频率,大大缩小了变压器的体积、减轻了重量、进步了效率。在开关电源中使用非晶微晶合金作为铁心的元器件有:主变压器、控制变压器、共模电感、噪声滤波器、滤波电感、储能电感、电抗器、磁放大器、尖峰抑制器、饱和电感、脉冲压缩器、开关管保护电感等。 d.漏电开关互感器铁心。漏电开关是安装在电器前面,用来保护电器和人的用电安全的装置。当由于设备尽缘不良或者人体触电时,会在互感器的次级线圈中感应出信号,经过处理后使得电闸跳开,切断电路,保护电器或人身的安全。过往一般采用坡莫合金(铁镍合金)作为这种互感器铁心。自从八十年代以来,非晶合金开始作为漏电开关中的互感器铁心,国内目前用量极大。 在电力电子领域,随着高频逆变技术的成熟,传统大功率线性电源开始大量被高频开关电源所取代,而且为了进步效率,减小体积,开关电源的工作频率越来越高,这就对其中的软磁材料提出了更高的要求。硅钢高频损耗太大,已不能满足使用要求;铁氧体固然高频损耗较低,但在大功率条件下仍然存在很多题目,一是饱和磁感低,无法减小变压器的体积;二是居里温度低,热稳定性差;三是制作大尺寸铁心成品率低,本钱高。目前采用功率铁氧体的单个变压器的转换功率不超过20kw。纳米晶软磁合金同时具有高饱和磁感和很低的高频损耗,且热稳定性好,是大功率开关电源用软磁材料的最佳选择。采用纳米晶铁心的变压器的转换功率可达500kw,体积比功率铁氧体变压器减少50%以上。目前在逆变焊机电源中纳米晶合金已经获得广泛应用,在通讯、电动交通工具、电解电镀等领域用开关电源中的应用正在积极开发之中。 在电子防窃系统中,早期利用钴基非晶窄带的谐波式防盗标签在图书馆中获得了大量应用。最近利用铁镍基非晶带材的声磁式防盗标签克服了谐波式防盗标签误报警率高、检测区窄等缺点,应用市场已经扩展到超级市场。可以预见,随开放式服务方式的发展,作为防盗防伪的非晶合金带材和丝材的应用会急剧增长。 在电子信息领域,随着计算机、网络和通讯技术的迅速发展,对小尺寸、轻重量、高可靠性和低噪音的开关电源和网络接口设备的需求日益增长、要求越来越高。例如,为了减小体积,计算机开关电源的工作频率已经从20khz进步到500khz;为了实现cpu的低电压大电流供电方式,采用磁放大器稳定输出电压;为了消除各种噪音,采用抑制线路自生干扰的尖峰抑制器,以及抑制传导干扰的共模和差模扼流圈。因此,在开关电源和接口设备中增加了大量高频磁性器件。非晶、纳米晶合金在此大有用武之地。 在民用产品中,变频技术有利于节约电能、并减小体积和重量,正在大量普及。但负面效应不可忽视,假如变频器中缺少必要的抑制干扰环节,会有大量高次谐波注进电网,使电网总功率因素下降。减少电网污染最有效的办法之一是在变频器中加进功率因数校正(pfc)环节,其中关键部件是高频损耗低、饱和磁感大的电感铁心。铁基非晶合金在此类应用中有明显上风,将在变频家电绿色化方面发挥重要作用。目前在变频空调中使用非晶pfc电感已经成为一个热门。 目前在以下几个方面还存在推广应用市场: a.替换极薄硅钢产品,从上海钢研所极薄硅钢产品的市场需求知道,极薄硅钢(厚度0.1mm)在20世纪70年代大量用于400hz以上各种电子元件如高频变压器、电抗器、磁屏蔽等,目前这方面的市场需求较大,但供方难以满足需要,用非晶纳米晶合金材料替换,不仅可以进步产品性能、质量和促使小型化,而且价格上也有利可图。 b.高磁导率和大功率磁心器件,由于国内铁氧体生产设备和技术条件的限制,高磁导率、高性能、大功率铁氧体难以满足国内市场需求,如采用非晶纳米晶材料取而代之,可以促使一些电子设备国产化、小型化。 c.工作环境温度高和环境恶劣等的一些电子产品,如油田钻探、海洋探测等特殊环境使用的电子产品用的各种磁性器件,选用非晶纳米晶合金材料制作,可以物尽其用,避免选材上的困扰。 d.航空、航天等军工产品用的各种磁性器件需要小而轻、温度稳定性好、磁性要求高,使用非晶纳米晶合金材料远优于其他软磁材料。 e.高频、大电流、大功率电源变压器、电抗器、滤波器等器件的小型化,目前这些器件大都采用铁氧体或冷轧硅钢,工作频率f=20khz,工作磁感b=0.2t~0.3t,如采用非晶纳米晶合金磁心,可将工作频率进步到f=40khz~50khz,工作磁感b=0.5t~0.6t,可以大大减小磁心器件的体积和尺寸。 f.各种抗emi器件、噪声抑制器和尖峰抑制器。 总之,非晶、纳米晶合金不仅软磁性能优异,而且工艺简单、本钱低廉,正在成为一类十分重要的、具有市场竞争上风的基础功能材料。可以预见,非晶、纳米晶材料对我国传统产业改造和高新技术快速发展将发挥越来越重要的作用。 3.2未来发展方向 在非晶合金的产业化发展过程中,非晶纳米晶合金带材及其铁心制品一直是主流,非晶丝材的研究开发和产业化是重要分支。1980年,日本hagiwara首先提出采用内圆水纺法制备非晶合金丝材,随后日本的unitika公司开始利用此法贸易生产fe基和co基非晶丝,作为产业化的软磁材料,应用重点集中在图书馆和超市用防盗标签。此外,利用非晶丝材各种独特的物理效应开发各类高性能传感器一直受到特别关注。尤其最近在钴基非晶丝材中发现巨磁阻抗效应以来,高精度磁敏传感器的开发成为热门。1999年日本科学技术振兴事业团委托名古屋大学和爱知钢铁公司联合开发mi微型磁传感器和专用集成电路心片,目标是将非晶丝mi传感器用于高速公路汽车自动导航和安全监测系统。随着纳米科学技术和快淬技术的迅速发展,非晶纳米晶软磁合金材料也在不断进步,不仅现已产业化的薄带产品性能和质量大大进步,而且还在研制开发非晶纳米晶合金粉末及粉末制品、薄膜材料、复合材料等,这些新型纳米材料的研制开发及产业化将对电子变压器行业产生极大的潜伏影响。( 非晶软磁合金材料及其产业现状与发展远景 newmaker 1 非晶软磁合金材料及其应用 1.1 非晶软磁合金材料及其形成机理 我们根据原子排列方式把物质划分为晶体和非晶体两类。物质里面的原子排列是整洁有序的叫做晶体;物质的原子排列是混乱的叫做非晶体。通常情况下,金属及合金在从液体凝固成固体时,原子总是从液体的混乱排列转变成整洁的排列,即成为晶体。但是,假如金属或合金的凝固速度非常快(例如用每秒高达一百万度的冷却速率将铁-硼合金熔体凝固),原子来不及整洁排列便被冻结住了,终极的原子排列方式类似于液体,是混乱的,这就是非晶合金(又称为金属玻璃)。 由于不同的物质形成非晶所需要的冷却速度大不相同。单一金属需要每秒高达一亿度以上的冷却速度才能形成非晶态。受目前工艺水平的限制,实际生产中难以达到如此高的冷却速度,普通的单一的金属难以从生产上制成非晶。为了获得非晶态的金属,一般将金属与其它物质混合。当原子尺寸和性质不同的几种物质搭配混合后,就形成了合金。这些合金具有两个重要性质:①合金的成分一般在冶金学上的所谓"共晶"点四周,它们的熔点远低于纯金属,例如fesib合金的熔点一般为1200度以下,而纯铁的熔点为1538度;②由于原子的种类多了,合金在液体时它们的原子更加难以移动,在冷却时更加难以整洁排列,也就是说更加轻易被"冻结"成非晶。有了上面的两个重要条件,合金才可能比较轻易地形成非晶。实际上,目前所有的实用非晶合金都是两种或更多种元素组成的合金,例如fe-si-b,fenipb,cozr,zrtic ni等。 迄今为止,国内外非晶合金开发最多的是作为软磁材料的一类。它们在化学成分上的一个共同点是:由两类元素组成:一类是铁磁性元素(铁、钴、镍或者他们的组合),它们用来产生磁性;另一类是硅、硼、碳等,它们称为类金属,也叫做玻璃化元素,有了它们,合金的熔点比纯金属降低了很多,才轻易形成非晶。 1.2 非晶软磁合金材料的种类 1.2.1 铁基非晶合金 铁基非晶合金:主要元素是铁、硅、硼、碳、磷等。它们的特点是磁性强(饱和磁感应强度可达1.4-1.7t)、磁导率、激磁电流和铁损等软磁性能优于硅钢片,价格便宜,最适合替换硅钢片,特别是铁损低( 为取向硅钢片的13-15),代替硅钢做配电变压器可降低铁损60-70%。铁基非晶合金的带材厚度为0.03毫米左右,广泛应用于中低频变压器的铁心(一般在10千赫兹以下),例如配电变压器、中频变压器、大功率电感、电抗器等。 1.2.2 铁镍基非晶合金 铁镍基非晶合金:主要由铁、镍、硅、硼、磷等组成,它们的磁性比较弱(饱和磁感应强度大约为1t以下),价格较贵,但磁导率比较高,可以代替硅钢片或者坡莫合金,用作高要求的中低频变压器铁心,例如漏电开关互感器。 1.2.3 钴基非晶合金 钴基非晶合金:由钴和硅、硼等组成,有时为了获得某些特殊的性能还添加其它元素,由于含钴,它们价格很贵,磁性较弱(饱和磁感应强度一般在1t以下),但磁导率极高,一般用在要求严格的军工电源中的变压器、电感等,替换坡莫合金和铁氧体。 1.2.4 纳米(超微晶)软磁合金材料 由于非晶合金中原子的排列是混乱无序的这种特殊结构,使得非晶合金具有一些独特的性质。所以,以前的非晶合金在使用时,必须保证它们处于非晶态。一般的非晶合金存在着发生晶化的可能性,一旦在晶化温度以上退火,材料内部的原子排列就变成了有序的,也就是说成为晶体,而且晶粒组织很粗大,这时非晶合金原有的磁性能就会丧失。因此,一般的非晶合金都要在非晶状态下使用。但是,自从八十年代末,日本的吉泽克仁等发现,含有c 和nb的铁基非晶合金在晶化温度以上退火时,会形成非常细小的晶粒组织,晶粒尺寸仅有10-20纳米。这时材料磁性能不仅不恶化,反而非常优良。这种非晶合金经过特殊的晶化退火而形成的晶态材料称为纳米晶合金(以前也曾称为超微晶合金)。 铁基纳米晶合金由铁、硅、硼和少量的铜、钼、铌等组成,其中铜和铌是获得纳米晶结构必不可少的元素。它们首先被制成非晶带材,然后经过适当退火,形成微晶和非晶的混合组织。这种材料固然便宜,但磁性能极好,几乎能够和非晶合金中最好的钴基非晶合金相媲美,但是却不含有昂贵的钴,是产业和民用中高频变压器、互感器、电感的理想材料,也是坡莫合金和铁氧体的换代产品。 1.3 非晶软磁合金材料的优点 1.3.1优良的磁性 与传统的金属磁性材料相比,由于非晶合金原子排列无序,没有晶体的各向异性,而且电阻率高,因此具有高的导磁率、低的损耗,是优良的软磁材料,代替硅钢、坡莫合金和铁氧体等作为变压器铁心、互感器、传感器等,可以大大进步变压器效率、缩小体积、减轻重量、降低能耗。非晶合金的磁性能实际上是迄今为止非晶合金最主要的应用领域。 1.3.2高强韧性 明显高于传统的钢铁材料,可以作复合增强材料,如钓鱼杆等。国外已经把块状非晶合金应用于高尔夫球击球拍头和微型齿轮。非晶合金丝材可能用在结构零件中,起强化作用。另外,非晶合金具有优良的耐磨性,再加上它们的磁性,可以制造各种磁头。 1.3.3灵活的处理工艺 和其它磁性材料相比,非晶合金具有很宽的化学成分范围,而且即使同一种材料,通过不同的后续处理能够很轻易地获得所需要的磁性。所以非晶合金的磁性能是非常灵活的,选择余地很大,为电力电子元器件的选材提供了方便。 1.3.4制造工艺简单,节能、环保 传统的薄钢板,从炼钢、浇铸、钢锭开坯、初轧、退火、热轧、退火、酸洗、精轧、剪切到薄板成品,需要若干工艺环节、数十道工序。由于环节多,工艺繁杂,传统的钢铁企业都是耗能大户和污染大户,有"水老虎"和"电老虎"之称。而非晶合金的制造是在炼钢之后直接喷带,只需一步就制造出了薄带成品,工艺大大简化,节约了大量宝贵的能源,同时无污染物排放,对环境保护非常有利。正是由于非晶合金制造过程节能,同时它的磁性能优良,降低变压器使用过程中的损耗,因此被称为绿色材料和二十一世纪的材料。表1是非晶软磁合金材料与其它常用软磁材料性能的比较。 1.4 非晶软磁合金材料的应用领域 由于非晶软磁合金具有优良的电磁性能,应用领域非常广阔。 1.4.1电力电子技术领域: 大功率中、高频变压器 逆变电源变压器 大功率开关电源变压器 1.4.2通讯技术: 程控交换机电源 数据交换接口部件 脉冲变压器 ups电源滤波和存储电源、功率因素校正扼流圈、标准扼流圈 1.4.3抗电磁干扰部件: 交流电源、可控硅、emi差模、共模电感、输出滤波电感 1.4.4开关电源: 磁饱和电抗器 磁放大器 尖峰抑制器 扼流圈 1.4.5传感器: 电流电压互感器 零序电流互感器 漏电开关互感器 防盗感应标签 1.5有关非晶软磁合金材料的几个题目 1.5.1 材料稳定性 温度稳定性(指非晶态合金的磁性能随使用温度的变化): 常用的磁性材料,当温度升高时,其饱和磁通密度都是下降的。当温度高于一定值时,材料变成顺磁性的,原有磁性能丧失,无法继续使用。这个温度称为磁性材料的居里温度(或居里点)。居里点越高,表明材料可能的使用温度越高,即材料的温度稳定性越好。 对于几种常用的磁性材料,其居里温度如下: 硅钢:600℃,坡莫合金:400℃,铁氧体: 200℃,铁基非晶:400℃ 铁氧体无论是饱和磁通密度还是居里点都是最低的;硅钢的居里点最高,可惜只能在低频使用;坡莫合金的居里点较高,饱和磁通密度中等,同时能在20khz以上使用,但价格高;而不同的非晶态合金具有不同的饱和磁通密度和居里点,分别可以应用于高频和低频,同时价格也低于相应的其它材料。因此,可以说非晶态合金作为变压器铁心使用是非常理想的。 除了居里点以外,非晶态合金的晶化温度也是衡量材料温度稳定性的一个重要参数。由于非晶态合金在高温下会发生晶化,由此它的使用温度受到晶化温度的限制。但是,非晶态合金的晶化温度的高低是足以应付几乎所有使用条件的。通常,非晶态合金的晶化温度在450-600 ℃之间,而高频电源中的其它元器件的最高使用温度也只不过在150℃以下。非晶态合金的温度稳定性对于某些应用是至关重要的,因此,在非晶态合金的研究开发过程中,温度稳定性得到了充分的重视。早在八十年代,广雄师工用户就提出了非常严格的温度稳定性要求。 通常情况下,非晶态合金必须满足如下要求: 温度范围:-55℃-+130℃ ,主要性能变化率:±15% 钴基非晶合金的磁性能温度稳定性相当好,通常作为军工产品使用。对于铁基微晶合金,固然性能的变化率较大,但值得留意的是,其高频损耗随使用温度的升高而降低。考虑到变压器铁心的实际工作温度总是高于室温,这种变化实际上是有利的。 综上所述,非晶态合金的温度稳定性非常值得信赖,使用温度在130℃以下的变压器铁心完全没有题目。 时效稳定性(指在一定温度下,非晶态合金的磁性能随时间的变化): 对于大多数变压器铁心来说,其使用时间往往较长。由于非晶态合金处于亚稳态,在一定条件下有晶化的趋势。这使人们担心,随着使用时间的延长,非晶合金的磁性能会不会由于晶化而丧失。为了验证非晶态合金经过长时间使用会不会失效,最直接的方法莫过于将非晶态合金铁心在实际使用条件下长期运转,观察磁性能的变化。美国自八十年代就已经开始非晶态合金的生产,并大量应用于配电变压器铁心。根据大量报道,这些变压器一直在正常运行,表明非晶铁心的时效稳定性是可靠的。我国自八十年代起将非晶态合金应用于开关电源、中频变压器及漏电保护开关等多种场合,至今没有由于铁心性能恶化导致变压器失效的例子,这充分证实我国的非晶态合金在时效稳定性方面是安全的。 但是,对于众多的非晶态合金来说,都进行模拟实际应用的长时间试验显然是不现实的。正如前面所述, 非晶态合金在一定温度下有发生晶化的趋势,这种趋势随着温度的降低是呈指数规律迅速递减的。根据这种规律,我们通常利用高温短时间的时效试验代替低温长时间的试验,用以说明材料的时效稳定性。对于常见的非晶软磁合金,最常用的试验条件为:时效温度130℃,时效时间200小时。 从试验结果来看,非晶态合金的高温时效稳定性是非常好的。一般以为,非晶态合金在130℃以下使用是可靠的,有些品种的使用温度甚至可以达到150℃。 磁冲击稳定性(非晶纳米晶铁心经过强磁场的冲击后保持原有磁性能的能力): 非晶铁心在使用过程中,有时会受到来自电源内部或外部的强磁场冲击。在强磁场冲击后,铁心保持原有性能是非常关键的。否则,铁心性能的恶化会降低电源效率,严重的甚至造成铁心工作点偏移,使铁心饱和,损坏开关管。为了研究非晶态合金的磁冲击稳定性,曾经对不同材料的铁心进行了一系列磁冲击试验,试验结果充分表明,非晶态合金经过适当处理后,磁性能完全可以经受强磁场的冲击而基本复原。 机械稳定性(指非晶态合金经过机械冲击振动后磁性能的变化): 非晶态合金在使用前,一般都要经过热处理。而经过热处理后,材料比较脆。但无论什么材料,作为变压器铁心使用时,大多数要放在保护盒中或表面注塑后使用。对于非晶态合金,在铁心装进保护盒时通常还要加进某些衬垫物,如硅脂、海绵等。这些措施完全可以保证铁心在使用中不发生损坏和磁性能恶化。 在非晶态合金研究开发的初期,首先是在军工电源中应用的。军工设备严酷的工作条件,对铁心的性能要求十分苛刻。例如,对于航空航天装备中的开关电源,对变压器铁心机械稳定性的要求一般是: 耐机械冲击性:加速度55g,持续时间8ms,冲击3次,要求损耗变化率 dpp≤±15%。 耐机械振动:频率20-500hz,加速度5g,扫描45分钟,两个方向,要求损耗变化率 dpp≤±15%。 离心试验:恒加速度15g,5分钟,要求损耗变化率 dpp≤±15%。 根据上述要求,曾经对非晶态合金作了一系列机械稳定性试验。 经过一系列机械冲击和振动等试验,非晶铁心的磁性能变化率相当低,完全满足使用要求。 总之,非晶态合金的机械稳定性良好。目前,在非晶中心的产品中,每年用于军工电源的铁心在一万只以上。既然它们可以稳定地应用于军工电源,那么在使用条件相对温顺的民品中理所当然也是可以胜任的。 1.5.2规模生产题目 目前,国内非晶软磁合金生产企业中多数企业程度不同地存在批量产品质量不够稳定、产品一致性差、性能指标离散较大的题目,其主要原因是有的生产厂家技术装备差、生产工序不全,检测手段落后,综合研发实力不强。作为新兴的产业,其发展和进步必然有一个动态过程。2 非晶软磁合金材料产业发展历程和现状 2.1发展历程 第一阶段,1967年~1988年:1967年d wez教授率先开发出fe-p-c系非晶软磁合金,带动了第一个非晶合金研究开发高潮。1979年美国allied signal公司开发出非晶合金宽带的平面流铸带技术,并于1982年建成非晶带材连续生产厂,先后推出命名为metglas的fe基、co基和feni基系列非晶合金带材,标志着非晶合金产业化和商品化的开始。1984年美国四个变压器厂家在ieee会议上展示了实用的非晶配电变压器,从而将非晶合金应用开发推向高潮。在这期间,美国主要致力于非晶合金带材的大规模生产和节能非晶配电变压器的推广应用,在技术和产品方面基本形成垄断。到1989年,美国allied signal公司已经具有年产6万吨非晶带材的生产能力,全世界约有100万台非晶配电变压器投进运行,所用铁基非晶带材几乎全部来源于该公司。除美国之外,日本和德国在非晶合金应用开发方面拥有自己的特色,重点是电子和电力电子元件,例如高级音响磁头、高频电源(含开关电源)用变压器、扼流圈、磁放大器等。但在1988年以前,由于专利题目,日本的非晶发展始终受到美国的制约。 第二阶段,1988年~至今:1988年日本日立金属公司的yashizawa等人在非晶合金基础上通过晶化处理开发出纳米晶软磁合金(finemet)。此类合金的突出优点在于兼备了铁基非晶合金的高磁感和钴基非晶合金的高磁导率、低损耗,并且是本钱低廉的铁基材料。因此铁基纳米晶合金的发明是软磁材料的一个突破性进展,从而把非晶态合金研究开发又推向一个新高潮。纳米晶合金可以替换钴基非晶合金、晶态坡莫合金和铁氧体,在高频电力电子和电子信息领域中获得广泛应用,达到减小体积、降低本钱等目的。1988年当年,日立金属公司纳米晶合金既实现了产业化,并有产品推向市场。1992年德国vac公司开始推出纳米晶合金替换钴基非晶合金,尤其在网络接口设备上,如isdn,大量采用纳米晶磁心制作接口变压器和数字滤波器件。在此期间,美国allied signal公司(现被honeywell公司吞并)也加强了非晶合金在电力电子领域的推广应用,先后推出4个系列的铁心制品。 2.2国内研究开发现状 国内非晶材料研究始于1976年,国家科委从"六五"开始连续5个五年计划均将非晶、纳米晶合金研究开发和产业化列进重大科技攻关项目。其中标志性的成果分别是:"七五"期间建成百吨级非晶带材中试生产线,带材宽度达到100mm;"八五"期间突破了非晶带材在线自动卷取技术,并建成年产20万只非晶铁心中试生产线;"九五"期间,成立了国家非晶微晶合金工程技术研究中心,建成了千吨级铁基非晶带材生产线,带材宽度达到220mm,同时建成年产600吨非晶配电变压器铁心生产线。通过前4个五年科技攻关计划的实施,我国基本实现了非晶合金带材及制品产业化。在十五期间,纳米晶带材及其制品产业化开发又被列进重大科技攻关计划,国家给予重点支持,旨在推动纳米晶材料应用开发快速发展,满足电力电子和电子信息等高新技术领域日益增长的迫切需求。目前,国内从事非晶软磁合金材料生产的单位约20多家,其中安乐科技股份有限公司(原钢铁研究总院部分转制上市)是国内非晶材料研究开发气力最强、产业规模最大的单位,也是上述国家科技攻关项目的主要承担单位。目前具有年产非晶带材3000吨,纳米晶带材300吨的生产能力。 通过这4个五年科技攻关计划的实施,我国基本实现了非晶合金带材及制品产业化。在十五期间,纳米晶带材及其制品产业化开发仍然被列进国家重大科技攻关计划,给予重点支持,旨在推动非晶纳米晶材料应用开发快速发展,满足电力电子和电子信息等高新技术领域日益增长的迫切需求。 目前,非晶软磁合金所达到的最好单项性能水平为: 初始磁导率 μ0 = 14 ×104 钴基非晶 最大磁导率 μm = 220 ×104 钴基非晶 矫顽力 hc = 0.001 oe 钴基非晶 矩形比 brbs = 0.995 钴基非晶 饱和磁化强度 4πms =  gs 铁基非晶 电阻率 ρ= 270 微欧厘米 与美、日、德相比,我国非晶合金带材的产业规模与日本和德国相当,但远小于美国。在工艺技术和产品质量方面与上述国家差距很大。尤其对纳米晶合金来说,国内现有制带设备尚无法批量生产厚度小于20μm的超薄带。因此,严重制约了国内非晶、纳米晶合金在高频电力电子领域的推广应用。 2.3当前普及应用的难点 由于国内厂商带材和变压器的生产没有形成规模,导致非晶材料和非晶变压器的本钱较高,同等规格下非晶变压器的售价为s9的1.5倍,用户大约要7-8年才能通过节省的能耗收回初期增加的投资,固然国家出台有关非晶变压器生产和使用者税收优惠的政策,但使用者积极性仍然不高,只有在非晶变压器的售价为s9的1.3倍(非晶铁心价格降为30元公斤左右),用户大约要3-4年通过节省的能耗收回初期增加的投资,用户会有较强的积极性。因此如何协调非晶带材、铁心的生产者同变压器生产者以及变压器使用者三者之间的关系是非晶材料是否能大量应用的关键。目前的应用多偏向于一些特殊要求的场合,如上述题目能得到很好的解决,非晶材料和非晶变压器的市场规模会迅速增长。3非晶软磁合金材料的市场远景和发展方向 3.1不断扩展的应用市场 非晶态合金的应用首先是在八十年代初期,在军工电源上开始的。军工电源严酷的工作条件是对非晶铁心磁性能稳定性的极大考验。在过往的二十年中,非晶铁心已经应用在多种军工装备,如火箭、机载雷达、水雷、坦克等电源,使用非晶铁心的就更多。随着市场经济的发展,非晶态合金的应用领域逐渐扩展到广大的民用产品。目前民品是非晶中心最主要的产品,应用场合主要包括:互感器铁心、大功率逆变电源变压器和电抗器铁心、各种形式的开关电源变压器和电感铁心、各种传感器铁心等。 非晶和微晶合金在近十年来发展迅速,不但在材料和工艺,而且在应用方面都取得了很大的进步。 在低频电磁元件中,铁基非晶合金被大量应用,在电力配电变压器中的应用已取得良好效果,成为现在生产量最大的非晶合金。可以向电源中的整流变压器,滤波电抗器等电磁元件扩展。1990年开发出的femb(m为zr、hf、ta)和fezrnbbc 微晶合金(nanoperm合金),不但工频损耗低,而且饱和磁密高,磁致伸缩系数也小,是工频电磁元件用软磁材料中性能比较理想的,在低频领域可以代替硅钢和铁基合金,在中、高频领域可以代替钴基非晶合金和铁镍高导磁合金。1998年开发出fecozrbc 非晶合金(商品名hitperm),饱和磁通密度bs高达2.0t,可以代替fecov系高导磁合金,是低频电磁元件用软磁材料的最新进展。 中、高频领域首选的非晶和微晶合金是钴基非晶合金和铁基微晶合金。一般(18~25)μm厚的带材,用于100khz,小于18μm厚的薄带,用于500khz~1mhz。钴基非晶合金20μm厚的薄带,p0.2t100khz只有30wkg。现在见到报导最好的3.8μm厚渗铬的cofecrsib非晶合金薄带,p0.1t1mhz为140wkg,p0.1t10mhz为1022wkg,μe(1mhz)为1×104。 非晶、纳米晶合金的应用领域非常广泛,表2列出了非晶纳米晶合金带材的典型性能和一些主要应用。 在电力领域,非晶、纳米晶合金均得到大量应用。由于非晶合金的工频铁损仅为硅钢的15-13,利用非晶合金取代硅钢可使配电变压器的空载损耗降低60%-70%。因此,非晶配电变压器作为换代产品有很好的应用远景。在"九五"期间,我国自行建成了年生产能力1000吨的非晶带材生产线及相应的年产600吨非晶配电变压器铁心生产线,这为在我国大力推广节能型非晶配电变压器奠定了良好基础。纳米晶合金的最大应用是电力互感器铁心。电力互感器是专门丈量输变电线路上电流和电能的特种变压器。近年来高精度等级(如0.2级、0.2s级、0.5s级)的互感器需求量迅速增加。传统的冷轧硅钢片铁心往往达不到精度要求,固然高磁导率玻莫合金可以满足精度要求,但价格高。而采用纳米晶铁心不但可以达到精度要求、而且价格低于玻莫合金。 从目前国内外应用以及今后发展来看,非晶合金的大量使用还是在电力系统: a.配电变压器铁心。铁基非晶合金铁心具有高饱和磁感应强度、低矫顽力、低损耗(相当于硅钢片的13~15)、低激磁电流、良好的温度稳定性,使非晶合金变压器运行过程中的空载损失远低于硅钢变压器。这种情况尤其适用于空载时间长、用电效率低的农村电网。美国通过使用这种变压器每年可节约近50×109kwh的空载损耗,节能产生的经济效益约为35亿美元。 b.电力互感器铁心。在变电站使用大量的电力互感器,它们对铁心材料的要求非常苛刻,不仅要求高的磁性指标(如高导磁率、高饱和磁感、低损耗等),而且要求铁心材料的整个磁化曲线满足一定的条件,以保证互感器在整个丈量范围内的精度。近年来,非晶微晶合金作为互感器铁心的应用逐渐广出现来,取得了非常理想的效果。 c.开关电源变压器及电感铁心。传统的电源都是在50赫兹(称为工频)下将交流电变换成直流电的。由于工作频率低,变压器的体积大、能耗高、效率低。开关电源是自20世纪70年代发展起来的新型电源技术,它采用20千赫兹以上的工作频率,大大缩小了变压器的体积、减轻了重量、进步了效率。在开关电源中使用非晶微晶合金作为铁心的元器件有:主变压器、控制变压器、共模电感、噪声滤波器、滤波电感、储能电感、电抗器、磁放大器、尖峰抑制器、饱和电感、脉冲压缩器、开关管保护电感等。 d.漏电开关互感器铁心。漏电开关是安装在电器前面,用来保护电器和人的用电安全的装置。当由于设备尽缘不良或者人体触电时,会在互感器的次级线圈中感应出信号,经过处理后使得电闸跳开,切断电路,保护电器或人身的安全。过往一般采用坡莫合金(铁镍合金)作为这种互感器铁心。自从八十年代以来,非晶合金开始作为漏电开关中的互感器铁心,国内目前用量极大。 在电力电子领域,随着高频逆变技术的成熟,传统大功率线性电源开始大量被高频开关电源所取代,而且为了进步效率,减小体积,开关电源的工作频率越来越高,这就对其中的软磁材料提出了更高的要求。硅钢高频损耗太大,已不能满足使用要求;铁氧体固然高频损耗较低,但在大功率条件下仍然存在很多题目,一是饱和磁感低,无法减小变压器的体积;二是居里温度低,热稳定性差;三是制作大尺寸铁心成品率低,本钱高。目前采用功率铁氧体的单个变压器的转换功率不超过20kw。纳米晶软磁合金同时具有高饱和磁感和很低的高频损耗,且热稳定性好,是大功率开关电源用软磁材料的最佳选择。采用纳米晶铁心的变压器的转换功率可达500kw,体积比功率铁氧体变压器减少50%以上。目前在逆变焊机电源中纳米晶合金已经获得广泛应用,在通讯、电动交通工具、电解电镀等领域用开关电源中的应用正在积极开发之中。 在电子防窃系统中,早期利用钴基非晶窄带的谐波式防盗标签在图书馆中获得了大量应用。最近利用铁镍基非晶带材的声磁式防盗标签克服了谐波式防盗标签误报警率高、检测区窄等缺点,应用市场已经扩展到超级市场。可以预见,随开放式服务方式的发展,作为防盗防伪的非晶合金带材和丝材的应用会急剧增长。 在电子信息领域,随着计算机、网络和通讯技术的迅速发展,对小尺寸、轻重量、高可靠性和低噪音的开关电源和网络接口设备的需求日益增长、要求越来越高。例如,为了减小体积,计算机开关电源的工作频率已经从20khz进步到500khz;为了实现cpu的低电压大电流供电方式,采用磁放大器稳定输出电压;为了消除各种噪音,采用抑制线路自生干扰的尖峰抑制器,以及抑制传导干扰的共模和差模扼流圈。因此,在开关电源和接口设备中增加了大量高频磁性器件。非晶、纳米晶合金在此大有用武之地。 在民用产品中,变频技术有利于节约电能、并减小体积和重量,正在大量普及。但负面效应不可忽视,假如变频器中缺少必要的抑制干扰环节,会有大量高次谐波注进电网,使电网总功率因素下降。减少电网污染最有效的办法之一是在变频器中加进功率因数校正(pfc)环节,其中关键部件是高频损耗低、饱和磁感大的电感铁心。铁基非晶合金在此类应用中有明显上风,将在变频家电绿色化方面发挥重要作用。目前在变频空调中使用非晶pfc电感已经成为一个热门。 目前在以下几个方面还存在推广应用市场: a.替换极薄硅钢产品,从上海钢研所极薄硅钢产品的市场需求知道,极薄硅钢(厚度0.1mm)在20世纪70年代大量用于400hz以上各种电子元件如高频变压器、电抗器、磁屏蔽等,目前这方面的市场需求较大,但供方难以满足需要,用非晶纳米晶合金材料替换,不仅可以进步产品性能、质量和促使小型化,而且价格上也有利可图。 b.高磁导率和大功率磁心器件,由于国内铁氧体生产设备和技术条件的限制,高磁导率、高性能、大功率铁氧体难以满足国内市场需求,如采用非晶纳米晶材料取而代之,可以促使一些电子设备国产化、小型化。 c.工作环境温度高和环境恶劣等的一些电子产品,如油田钻探、海洋探测等特殊环境使用的电子产品用的各种磁性器件,选用非晶纳米晶合金材料制作,可以物尽其用,避免选材上的困扰。 d.航空、航天等军工产品用的各种磁性器件需要小而轻、温度稳定性好、磁性要求高,使用非晶纳米晶合金材料远优于其他软磁材料。 e.高频、大电流、大功率电源变压器、电抗器、滤波器等器件的小型化,目前这些器件大都采用铁氧体或冷轧硅钢,工作频率f=20khz,工作磁感b=0.2t~0.3t,如采用非晶纳米晶合金磁心,可将工作频率进步到f=40khz~50khz,工作磁感b=0.5t~0.6t,可以大大减小磁心器件的体积和尺寸。 f.各种抗emi器件、噪声抑制器和尖峰抑制器。 总之,非晶、纳米晶合金不仅软磁性能优异,而且工艺简单、本钱低廉,正在成为一类十分重要的、具有市场竞争上风的基础功能材料。可以预见,非晶、纳米晶材料对我国传统产业改造和高新技术快速发展将发挥越来越重要的作用。 3.2未来发展方向 在非晶合金的产业化发展过程中,非晶纳米晶合金带材及其铁心制品一直是主流,非晶丝材的研究开发和产业化是重要分支。1980年,日本hagiwara首先提出采用内圆水纺法制备非晶合金丝材,随后日本的unitika公司开始利用此法贸易生产fe基和co基非晶丝,作为产业化的软磁材料,应用重点集中在图书馆和超市用防盗标签。此外,利用非晶丝材各种独特的物理效应开发各类高性能传感器一直受到特别关注。尤其最近在钴基非晶丝材中发现巨磁阻抗效应以来,高精度磁敏传感器的开发成为热门。1999年日本科学技术振兴事业团委托名古屋大学和爱知钢铁公司联合开发mi微型磁传感器和专用集成电路心片,目标是将非晶丝mi传感器用于高速公路汽车自动导航和安全监测系统。随着纳米科学技术和快淬技术的迅速发展,非晶纳米晶软磁合金材料也在不断进步,不仅现已产业化的薄带产品性能和质量大大进步,而且还在研制开发非晶纳米晶合金粉末及粉末制品、薄膜材料、复合材料等,这些新型纳米材料的研制开发及产业化将对电子变压器行业产生极大的潜伏影响。( 非晶软磁合金材料及其产业现状与发展远景 newmaker 1 非晶软磁合金材料及其应用 1.1 非晶软磁合金材料及其形成机理 我们根据原子排列方式把物质划分为晶体和非晶体两类。物质里面的原子排列是整洁有序的叫做晶体;物质的原子排列是混乱的叫做非晶体。通常情况下,金属及合金在从液体凝固成固体时,原子总是从液体的混乱排列转变成整洁的排列,即成为晶体。但是,假如金属或合金的凝固速度非常快(例如用每秒高达一百万度的冷却速率将铁-硼合金熔体凝固),原子来不及整洁排列便被冻结住了,终极的原子排列方式类似于液体,是混乱的,这就是非晶合金(又称为金属玻璃)。 由于不同的物质形成非晶所需要的冷却速度大不相同。单一金属需要每秒高达一亿度以上的冷却速度才能形成非晶态。受目前工艺水平的限制,实际生产中难以达到如此高的冷却速度,普通的单一的金属难以从生产上制成非晶。为了获得非晶态的金属,一般将金属与其它物质混合。当原子尺寸和性质不同的几种物质搭配混合后,就形成了合金。这些合金具有两个重要性质:①合金的成分一般在冶金学上的所谓"共晶"点四周,它们的熔点远低于纯金属,例如fesib合金的熔点一般为1200度以下,而纯铁的熔点为1538度;②由于原子的种类多了,合金在液体时它们的原子更加难以移动,在冷却时更加难以整洁排列,也就是说更加轻易被"冻结"成非晶。有了上面的两个重要条件,合金才可能比较轻易地形成非晶。实际上,目前所有的实用非晶合金都是两种或更多种元素组成的合金,例如fe-si-b,fenipb,cozr,zrtic ni等。 迄今为止,国内外非晶合金开发最多的是作为软磁材料的一类。它们在化学成分上的一个共同点是:由两类元素组成:一类是铁磁性元素(铁、钴、镍或者他们的组合),它们用来产生磁性;另一类是硅、硼、碳等,它们称为类金属,也叫做玻璃化元素,有了它们,合金的熔点比纯金属降低了很多,才轻易形成非晶。 1.2 非晶软磁合金材料的种类 1.2.1 铁基非晶合金 铁基非晶合金:主要元素是铁、硅、硼、碳、磷等。它们的特点是磁性强(饱和磁感应强度可达1.4-1.7t)、磁导率、激磁电流和铁损等软磁性能优于硅钢片,价格便宜,最适合替换硅钢片,特别是铁损低( 为取向硅钢片的13-15),代替硅钢做配电变压器可降低铁损60-70%。铁基非晶合金的带材厚度为0.03毫米左右,广泛应用于中低频变压器的铁心(一般在10千赫兹以下),例如配电变压器、中频变压器、大功率电感、电抗器等。 1.2.2 铁镍基非晶合金 铁镍基非晶合金:主要由铁、镍、硅、硼、磷等组成,它们的磁性比较弱(饱和磁感应强度大约为1t以下),价格较贵,但磁导率比较高,可以代替硅钢片或者坡莫合金,用作高要求的中低频变压器铁心,例如漏电开关互感器。 1.2.3 钴基非晶合金 钴基非晶合金:由钴和硅、硼等组成,有时为了获得某些特殊的性能还添加其它元素,由于含钴,它们价格很贵,磁性较弱(饱和磁感应强度一般在1t以下),但磁导率极高,一般用在要求严格的军工电源中的变压器、电感等,替换坡莫合金和铁氧体。 1.2.4 纳米(超微晶)软磁合金材料 由于非晶合金中原子的排列是混乱无序的这种特殊结构,使得非晶合金具有一些独特的性质。所以,以前的非晶合金在使用时,必须保证它们处于非晶态。一般的非晶合金存在着发生晶化的可能性,一旦在晶化温度以上退火,材料内部的原子排列就变成了有序的,也就是说成为晶体,而且晶粒组织很粗大,这时非晶合金原有的磁性能就会丧失。因此,一般的非晶合金都要在非晶状态下使用。但是,自从八十年代末,日本的吉泽克仁等发现,含有c 和nb的铁基非晶合金在晶化温度以上退火时,会形成非常细小的晶粒组织,晶粒尺寸仅有10-20纳米。这时材料磁性能不仅不恶化,反而非常优良。这种非晶合金经过特殊的晶化退火而形成的晶态材料称为纳米晶合金(以前也曾称为超微晶合金)。 铁基纳米晶合金由铁、硅、硼和少量的铜、钼、铌等组成,其中铜和铌是获得纳米晶结构必不可少的元素。它们首先被制成非晶带材,然后经过适当退火,形成微晶和非晶的混合组织。这种材料固然便宜,但磁性能极好,几乎能够和非晶合金中最好的钴基非晶合金相媲美,但是却不含有昂贵的钴,是产业和民用中高频变压器、互感器、电感的理想材料,也是坡莫合金和铁氧体的换代产品。 1.3 非晶软磁合金材料的优点 1.3.1优良的磁性 与传统的金属磁性材料相比,由于非晶合金原子排列无序,没有晶体的各向异性,而且电阻率高,因此具有高的导磁率、低的损耗,是优良的软磁材料,代替硅钢、坡莫合金和铁氧体等作为变压器铁心、互感器、传感器等,可以大大进步变压器效率、缩小体积、减轻重量、降低能耗。非晶合金的磁性能实际上是迄今为止非晶合金最主要的应用领域。 1.3.2高强韧性 明显高于传统的钢铁材料,可以作复合增强材料,如钓鱼杆等。国外已经把块状非晶合金应用于高尔夫球击球拍头和微型齿轮。非晶合金丝材可能用在结构零件中,起强化作用。另外,非晶合金具有优良的耐磨性,再加上它们的磁性,可以制造各种磁头。 1.3.3灵活的处理工艺 和其它磁性材料相比,非晶合金具有很宽的化学成分范围,而且即使同一种材料,通过不同的后续处理能够很轻易地获得所需要的磁性。所以非晶合金的磁性能是非常灵活的,选择余地很大,为电力电子元器件的选材提供了方便。 1.3.4制造工艺简单,节能、环保 传统的薄钢板,从炼钢、浇铸、钢锭开坯、初轧、退火、热轧、退火、酸洗、精轧、剪切到薄板成品,需要若干工艺环节、数十道工序。由于环节多,工艺繁杂,传统的钢铁企业都是耗能大户和污染大户,有"水老虎"和"电老虎"之称。而非晶合金的制造是在炼钢之后直接喷带,只需一步就制造出了薄带成品,工艺大大简化,节约了大量宝贵的能源,同时无污染物排放,对环境保护非常有利。正是由于非晶合金制造过程节能,同时它的磁性能优良,降低变压器使用过程中的损耗,因此被称为绿色材料和二十一世纪的材料。表1是非晶软磁合金材料与其它常用软磁材料性能的比较。 1.4 非晶软磁合金材料的应用领域 由于非晶软磁合金具有优良的电磁性能,应用领域非常广阔。 1.4.1电力电子技术领域: 大功率中、高频变压器 逆变电源变压器 大功率开关电源变压器 1.4.2通讯技术: 程控交换机电源 数据交换接口部件 脉冲变压器 ups电源滤波和存储电源、功率因素校正扼流圈、标准扼流圈 1.4.3抗电磁干扰部件: 交流电源、可控硅、emi差模、共模电感、输出滤波电感 1.4.4开关电源: 磁饱和电抗器 磁放大器 尖峰抑制器 扼流圈 1.4.5传感器: 电流电压互感器 零序电流互感器 漏电开关互感器 防盗感应标签 1.5有关非晶软磁合金材料的几个题目 1.5.1 材料稳定性 温度稳定性(指非晶态合金的磁性能随使用温度的变化): 常用的磁性材料,当温度升高时,其饱和磁通密度都是下降的。当温度高于一定值时,材料变成顺磁性的,原有磁性能丧失,无法继续使用。这个温度称为磁性材料的居里温度(或居里点)。居里点越高,表明材料可能的使用温度越高,即材料的温度稳定性越好。 对于几种常用的磁性材料,其居里温度如下: 硅钢:600℃,坡莫合金:400℃,铁氧体: 200℃,铁基非晶:400℃ 铁氧体无论是饱和磁通密度还是居里点都是最低的;硅钢的居里点最高,可惜只能在低频使用;坡莫合金的居里点较高,饱和磁通密度中等,同时能在20khz以上使用,但价格高;而不同的非晶态合金具有不同的饱和磁通密度和居里点,分别可以应用于高频和低频,同时价格也低于相应的其它材料。因此,可以说非晶态合金作为变压器铁心使用是非常理想的。 除了居里点以外,非晶态合金的晶化温度也是衡量材料温度稳定性的一个重要参数。由于非晶态合金在高温下会发生晶化,由此它的使用温度受到晶化温度的限制。但是,非晶态合金的晶化温度的高低是足以应付几乎所有使用条件的。通常,非晶态合金的晶化温度在450-600 ℃之间,而高频电源中的其它元器件的最高使用温度也只不过在150℃以下。非晶态合金的温度稳定性对于某些应用是至关重要的,因此,在非晶态合金的研究开发过程中,温度稳定性得到了充分的重视。早在八十年代,广雄师工用户就提出了非常严格的温度稳定性要求。 通常情况下,非晶态合金必须满足如下要求: 温度范围:-55℃-+130℃ ,主要性能变化率:±15% 钴基非晶合金的磁性能温度稳定性相当好,通常作为军工产品使用。对于铁基微晶合金,固然性能的变化率较大,但值得留意的是,其高频损耗随使用温度的升高而降低。考虑到变压器铁心的实际工作温度总是高于室温,这种变化实际上是有利的。 综上所述,非晶态合金的温度稳定性非常值得信赖,使用温度在130℃以下的变压器铁心完全没有题目。 时效稳定性(指在一定温度下,非晶态合金的磁性能随时间的变化): 对于大多数变压器铁心来说,其使用时间往往较长。由于非晶态合金处于亚稳态,在一定条件下有晶化的趋势。这使人们担心,随着使用时间的延长,非晶合金的磁性能会不会由于晶化而丧失。为了验证非晶态合金经过长时间使用会不会失效,最直接的方法莫过于将非晶态合金铁心在实际使用条件下长期运转,观察磁性能的变化。美国自八十年代就已经开始非晶态合金的生产,并大量应用于配电变压器铁心。根据大量报道,这些变压器一直在正常运行,表明非晶铁心的时效稳定性是可靠的。我国自八十年代起将非晶态合金应用于开关电源、中频变压器及漏电保护开关等多种场合,至今没有由于铁心性能恶化导致变压器失效的例子,这充分证实我国的非晶态合金在时效稳定性方面是安全的。 但是,对于众多的非晶态合金来说,都进行模拟实际应用的长时间试验显然是不现实的。正如前面所述, 非晶态合金在一定温度下有发生晶化的趋势,这种趋势随着温度的降低是呈指数规律迅速递减的。根据这种规律,我们通常利用高温短时间的时效试验代替低温长时间的试验,用以说明材料的时效稳定性。对于常见的非晶软磁合金,最常用的试验条件为:时效温度130℃,时效时间200小时。 从试验结果来看,非晶态合金的高温时效稳定性是非常好的。一般以为,非晶态合金在130℃以下使用是可靠的,有些品种的使用温度甚至可以达到150℃。 磁冲击稳定性(非晶纳米晶铁心经过强磁场的冲击后保持原有磁性能的能力): 非晶铁心在使用过程中,有时会受到来自电源内部或外部的强磁场冲击。在强磁场冲击后,铁心保持原有性能是非常关键的。否则,铁心性能的恶化会降低电源效率,严重的甚至造成铁心工作点偏移,使铁心饱和,损坏开关管。为了研究非晶态合金的磁冲击稳定性,曾经对不同材料的铁心进行了一系列磁冲击试验,试验结果充分表明,非晶态合金经过适当处理后,磁性能完全可以经受强磁场的冲击而基本复原。 机械稳定性(指非晶态合金经过机械冲击振动后磁性能的变化): 非晶态合金在使用前,一般都要经过热处理。而经过热处理后,材料比较脆。但无论什么材料,作为变压器铁心使用时,大多数要放在保护盒中或表面注塑后使用。对于非晶态合金,在铁心装进保护盒时通常还要加进某些衬垫物,如硅脂、海绵等。这些措施完全可以保证铁心在使用中不发生损坏和磁性能恶化。 在非晶态合金研究开发的初期,首先是在军工电源中应用的。军工设备严酷的工作条件,对铁心的性能要求十分苛刻。例如,对于航空航天装备中的开关电源,对变压器铁心机械稳定性的要求一般是: 耐机械冲击性:加速度55g,持续时间8ms,冲击3次,要求损耗变化率 dpp≤±15%。 耐机械振动:频率20-500hz,加速度5g,扫描45分钟,两个方向,要求损耗变化率 dpp≤±15%。 离心试验:恒加速度15g,5分钟,要求损耗变化率 dpp≤±15%。 根据上述要求,曾经对非晶态合金作了一系列机械稳定性试验。 经过一系列机械冲击和振动等试验,非晶铁心的磁性能变化率相当低,完全满足使用要求。 总之,非晶态合金的机械稳定性良好。目前,在非晶中心的产品中,每年用于军工电源的铁心在一万只以上。既然它们可以稳定地应用于军工电源,那么在使用条件相对温顺的民品中理所当然也是可以胜任的。 1.5.2规模生产题目 目前,国内非晶软磁合金生产企业中多数企业程度不同地存在批量产品质量不够稳定、产品一致性差、性能指标离散较大的题目,其主要原因是有的生产厂家技术装备差、生产工序不全,检测手段落后,综合研发实力不强。作为新兴的产业,其发展和进步必然有一个动态过程。2 非晶软磁合金材料产业发展历程和现状 2.1发展历程 第一阶段,1967年~1988年:1967年d wez教授率先开发出fe-p-c系非晶软磁合金,带动了第一个非晶合金研究开发高潮。1979年美国allied signal公司开发出非晶合金宽带的平面流铸带技术,并于1982年建成非晶带材连续生产厂,先后推出命名为metglas的fe基、co基和feni基系列非晶合金带材,标志着非晶合金产业化和商品化的开始。1984年美国四个变压器厂家在ieee会议上展示了实用的非晶配电变压器,从而将非晶合金应用开发推向高潮。在这期间,美国主要致力于非晶合金带材的大规模生产和节能非晶配电变压器的推广应用,在技术和产品方面基本形成垄断。到1989年,美国allied signal公司已经具有年产6万吨非晶带材的生产能力,全世界约有100万台非晶配电变压器投进运行,所用铁基非晶带材几乎全部来源于该公司。除美国之外,日本和德国在非晶合金应用开发方面拥有自己的特色,重点是电子和电力电子元件,例如高级音响磁头、高频电源(含开关电源)用变压器、扼流圈、磁放大器等。但在1988年以前,由于专利题目,日本的非晶发展始终受到美国的制约。 第二阶段,1988年~至今:1988年日本日立金属公司的yashizawa等人在非晶合金基础上通过晶化处理开发出纳米晶软磁合金(finemet)。此类合金的突出优点在于兼备了铁基非晶合金的高磁感和钴基非晶合金的高磁导率、低损耗,并且是本钱低廉的铁基材料。因此铁基纳米晶合金的发明是软磁材料的一个突破性进展,从而把非晶态合金研究开发又推向一个新高潮。纳米晶合金可以替换钴基非晶合金、晶态坡莫合金和铁氧体,在高频电力电子和电子信息领域中获得广泛应用,达到减小体积、降低本钱等目的。1988年当年,日立金属公司纳米晶合金既实现了产业化,并有产品推向市场。1992年德国vac公司开始推出纳米晶合金替换钴基非晶合金,尤其在网络接口设备上,如isdn,大量采用纳米晶磁心制作接口变压器和数字滤波器件。在此期间,美国allied signal公司(现被honeywell公司吞并)也加强了非晶合金在电力电子领域的推广应用,先后推出4个系列的铁心制品。 2.2国内研究开发现状 国内非晶材料研究始于1976年,国家科委从"六五"开始连续5个五年计划均将非晶、纳米晶合金研究开发和产业化列进重大科技攻关项目。其中标志性的成果分别是:"七五"期间建成百吨级非晶带材中试生产线,带材宽度达到100mm;"八五"期间突破了非晶带材在线自动卷取技术,并建成年产20万只非晶铁心中试生产线;"九五"期间,成立了国家非晶微晶合金工程技术研究中心,建成了千吨级铁基非晶带材生产线,带材宽度达到220mm,同时建成年产600吨非晶配电变压器铁心生产线。通过前4个五年科技攻关计划的实施,我国基本实现了非晶合金带材及制品产业化。在十五期间,纳米晶带材及其制品产业化开发又被列进重大科技攻关计划,国家给予重点支持,旨在推动纳米晶材料应用开发快速发展,满足电力电子和电子信息等高新技术领域日益增长的迫切需求。目前,国内从事非晶软磁合金材料生产的单位约20多家,其中安乐科技股份有限公司(原钢铁研究总院部分转制上市)是国内非晶材料研究开发气力最强、产业规模最大的单位,也是上述国家科技攻关项目的主要承担单位。目前具有年产非晶带材3000吨,纳米晶带材300吨的生产能力。 通过这4个五年科技攻关计划的实施,我国基本实现了非晶合金带材及制品产业化。在十五期间,纳米晶带材及其制品产业化开发仍然被列进国家重大科技攻关计划,给予重点支持,旨在推动非晶纳米晶材料应用开发快速发展,满足电力电子和电子信息等高新技术领域日益增长的迫切需求。 目前,非晶软磁合金所达到的最好单项性能水平为: 初始磁导率 μ0 = 14 ×104 钴基非晶 最大磁导率 μm = 220 ×104 钴基非晶 矫顽力 hc = 0.001 oe 钴基非晶 矩形比 brbs = 0.995 钴基非晶 饱和磁化强度 4πms =  gs 铁基非晶 电阻率 ρ= 270 微欧厘米 与美、日、德相比,我国非晶合金带材的产业规模与日本和德国相当,但远小于美国。在工艺技术和产品质量方面与上述国家差距很大。尤其对纳米晶合金来说,国内现有制带设备尚无法批量生产厚度小于20μm的超薄带。因此,严重制约了国内非晶、纳米晶合金在高频电力电子领域的推广应用。 2.3当前普及应用的难点 由于国内厂商带材和变压器的生产没有形成规模,导致非晶材料和非晶变压器的本钱较高,同等规格下非晶变压器的售价为s9的1.5倍,用户大约要7-8年才能通过节省的能耗收回初期增加的投资,固然国家出台有关非晶变压器生产和使用者税收优惠的政策,但使用者积极性仍然不高,只有在非晶变压器的售价为s9的1.3倍(非晶铁心价格降为30元公斤左右),用户大约要3-4年通过节省的能耗收回初期增加的投资,用户会有较强的积极性。因此如何协调非晶带材、铁心的生产者同变压器生产者以及变压器使用者三者之间的关系是非晶材料是否能大量应用的关键。目前的应用多偏向于一些特殊要求的场合,如上述题目能得到很好的解决,非晶材料和非晶变压器的市场规模会迅速增长。3非晶软磁合金材料的市场远景和发展方向 3.1不断扩展的应用市场 非晶态合金的应用首先是在八十年代初期,在军工电源上开始的。军工电源严酷的工作条件是对非晶铁心磁性能稳定性的极大考验。在过往的二十年中,非晶铁心已经应用在多种军工装备,如火箭、机载雷达、水雷、坦克等电源,使用非晶铁心的就更多。随着市场经济的发展,非晶态合金的应用领域逐渐扩展到广大的民用产品。目前民品是非晶中心最主要的产品,应用场合主要包括:互感器铁心、大功率逆变电源变压器和电抗器铁心、各种形式的开关电源变压器和电感铁心、各种传感器铁心等。 非晶和微晶合金在近十年来发展迅速,不但在材料和工艺,而且在应用方面都取得了很大的进步。 在低频电磁元件中,铁基非晶合金被大量应用,在电力配电变压器中的应用已取得良好效果,成为现在生产量最大的非晶合金。可以向电源中的整流变压器,滤波电抗器等电磁元件扩展。1990年开发出的femb(m为zr、hf、ta)和fezrnbbc 微晶合金(nanoperm合金),不但工频损耗低,而且饱和磁密高,磁致伸缩系数也小,是工频电磁元件用软磁材料中性能比较理想的,在低频领域可以代替硅钢和铁基合金,在中、高频领域可以代替钴基非晶合金和铁镍高导磁合金。1998年开发出fecozrbc 非晶合金(商品名hitperm),饱和磁通密度bs高达2.0t,可以代替fecov系高导磁合金,是低频电磁元件用软磁材料的最新进展。 中、高频领域首选的非晶和微晶合金是钴基非晶合金和铁基微晶合金。一般(18~25)μm厚的带材,用于100khz,小于18μm厚的薄带,用于500khz~1mhz。钴基非晶合金20μm厚的薄带,p0.2t100khz只有30wkg。现在见到报导最好的3.8μm厚渗铬的cofecrsib非晶合金薄带,p0.1t1mhz为140wkg,p0.1t10mhz为1022wkg,μe(1mhz)为1×104。 非晶、纳米晶合金的应用领域非常广泛,表2列出了非晶纳米晶合金带材的典型性能和一些主要应用。 在电力领域,非晶、纳米晶合金均得到大量应用。由于非晶合金的工频铁损仅为硅钢的15-13,利用非晶合金取代硅钢可使配电变压器的空载损耗降低60%-70%。因此,非晶配电变压器作为换代产品有很好的应用远景。在"九五"期间,我国自行建成了年生产能力1000吨的非晶带材生产线及相应的年产600吨非晶配电变压器铁心生产线,这为在我国大力推广节能型非晶配电变压器奠定了良好基础。纳米晶合金的最大应用是电力互感器铁心。电力互感器是专门丈量输变电线路上电流和电能的特种变压器。近年来高精度等级(如0.2级、0.2s级、0.5s级)的互感器需求量迅速增加。传统的冷轧硅钢片铁心往往达不到精度要求,固然高磁导率玻莫合金可以满足精度要求,但价格高。而采用纳米晶铁心不但可以达到精度要求、而且价格低于玻莫合金。 从目前国内外应用以及今后发展来看,非晶合金的大量使用还是在电力系统: a.配电变压器铁心。铁基非晶合金铁心具有高饱和磁感应强度、低矫顽力、低损耗(相当于硅钢片的13~15)、低激磁电流、良好的温度稳定性,使非晶合金变压器运行过程中的空载损失远低于硅钢变压器。这种情况尤其适用于空载时间长、用电效率低的农村电网。美国通过使用这种变压器每年可节约近50×109kwh的空载损耗,节能产生的经济效益约为35亿美元。 b.电力互感器铁心。在变电站使用大量的电力互感器,它们对铁心材料的要求非常苛刻,不仅要求高的磁性指标(如高导磁率、高饱和磁感、低损耗等),而且要求铁心材料的整个磁化曲线满足一定的条件,以保证互感器在整个丈量范围内的精度。近年来,非晶微晶合金作为互感器铁心的应用逐渐广出现来,取得了非常理想的效果。 c.开关电源变压器及电感铁心。传统的电源都是在50赫兹(称为工频)下将交流电变换成直流电的。由于工作频率低,变压器的体积大、能耗高、效率低。开关电源是自20世纪70年代发展起来的新型电源技术,它采用20千赫兹以上的工作频率,大大缩小了变压器的体积、减轻了重量、进步了效率。在开关电源中使用非晶微晶合金作为铁心的元器件有:主变压器、控制变压器、共模电感、噪声滤波器、滤波电感、储能电感、电抗器、磁放大器、尖峰抑制器、饱和电感、脉冲压缩器、开关管保护电感等。 d.漏电开关互感器铁心。漏电开关是安装在电器前面,用来保护电器和人的用电安全的装置。当由于设备尽缘不良或者人体触电时,会在互感器的次级线圈中感应出信号,经过处理后使得电闸跳开,切断电路,保护电器或人身的安全。过往一般采用坡莫合金(铁镍合金)作为这种互感器铁心。自从八十年代以来,非晶合金开始作为漏电开关中的互感器铁心,国内目前用量极大。 在电力电子领域,随着高频逆变技术的成熟,传统大功率线性电源开始大量被高频开关电源所取代,而且为了进步效率,减小体积,开关电源的工作频率越来越高,这就对其中的软磁材料提出了更高的要求。硅钢高频损耗太大,已不能满足使用要求;铁氧体固然高频损耗较低,但在大功率条件下仍然存在很多题目,一是饱和磁感低,无法减小变压器的体积;二是居里温度低,热稳定性差;三是制作大尺寸铁心成品率低,本钱高。目前采用功率铁氧体的单个变压器的转换功率不超过20kw。纳米晶软磁合金同时具有高饱和磁感和很低的高频损耗,且热稳定性好,是大功率开关电源用软磁材料的最佳选择。采用纳米晶铁心的变压器的转换功率可达500kw,体积比功率铁氧体变压器减少50%以上。目前在逆变焊机电源中纳米晶合金已经获得广泛应用,在通讯、电动交通工具、电解电镀等领域用开关电源中的应用正在积极开发之中。 在电子防窃系统中,早期利用钴基非晶窄带的谐波式防盗标签在图书馆中获得了大量应用。最近利用铁镍基非晶带材的声磁式防盗标签克服了谐波式防盗标签误报警率高、检测区窄等缺点,应用市场已经扩展到超级市场。可以预见,随开放式服务方式的发展,作为防盗防伪的非晶合金带材和丝材的应用会急剧增长。 在电子信息领域,随着计算机、网络和通讯技术的迅速发展,对小尺寸、轻重量、高可靠性和低噪音的开关电源和网络接口设备的需求日益增长、要求越来越高。例如,为了减小体积,计算机开关电源的工作频率已经从20khz进步到500khz;为了实现cpu的低电压大电流供电方式,采用磁放大器稳定输出电压;为了消除各种噪音,采用抑制线路自生干扰的尖峰抑制器,以及抑制传导干扰的共模和差模扼流圈。因此,在开关电源和接口设备中增加了大量高频磁性器件。非晶、纳米晶合金在此大有用武之地。 在民用产品中,变频技术有利于节约电能、并减小体积和重量,正在大量普及。但负面效应不可忽视,假如变频器中缺少必要的抑制干扰环节,会有大量高次谐波注进电网,使电网总功率因素下降。减少电网污染最有效的办法之一是在变频器中加进功率因数校正(pfc)环节,其中关键部件是高频损耗低、饱和磁感大的电感铁心。铁基非晶合金在此类应用中有明显上风,将在变频家电绿色化方面发挥重要作用。目前在变频空调中使用非晶pfc电感已经成为一个热门。 目前在以下几个方面还存在推广应用市场: a.替换极薄硅钢产品,从上海钢研所极薄硅钢产品的市场需求知道,极薄硅钢(厚度0.1mm)在20世纪70年代大量用于400hz以上各种电子元件如高频变压器、电抗器、磁屏蔽等,目前这方面的市场需求较大,但供方难以满足需要,用非晶纳米晶合金材料替换,不仅可以进步产品性能、质量和促使小型化,而且价格上也有利可图。 b.高磁导率和大功率磁心器件,由于国内铁氧体生产设备和技术条件的限制,高磁导率、高性能、大功率铁氧体难以满足国内市场需求,如采用非晶纳米晶材料取而代之,可以促使一些电子设备国产化、小型化。 c.工作环境温度高和环境恶劣等的一些电子产品,如油田钻探、海洋探测等特殊环境使用的电子产品用的各种磁性器件,选用非晶纳米晶合金材料制作,可以物尽其用,避免选材上的困扰。 d.航空、航天等军工产品用的各种磁性器件需要小而轻、温度稳定性好、磁性要求高,使用非晶纳米晶合金材料远优于其他软磁材料。 e.高频、大电流、大功率电源变压器、电抗器、滤波器等器件的小型化,目前这些器件大都采用铁氧体或冷轧硅钢,工作频率f=20khz,工作磁感b=0.2t~0.3t,如采用非晶纳米晶合金磁心,可将工作频率进步到f=40khz~50khz,工作磁感b=0.5t~0.6t,可以大大减小磁心器件的体积和尺寸。 f.各种抗emi器件、噪声抑制器和尖峰抑制器。 总之,非晶、纳米晶合金不仅软磁性能优异,而且工艺简单、本钱低廉,正在成为一类十分重要的、具有市场竞争上风的基础功能材料。可以预见,非晶、纳米晶材料对我国传统产业改造和高新技术快速发展将发挥越来越重要的作用。 3.2未来发展方向 在非晶合金的产业化发展过程中,非晶纳米晶合金带材及其铁心制品一直是主流,非晶丝材的研究开发和产业化是重要分支。1980年,日本hagiwara首先提出采用内圆水纺法制备非晶合金丝材,随后日本的unitika公司开始利用此法贸易生产fe基和co基非晶丝,作为产业化的软磁材料,应用重点集中在图书馆和超市用防盗标签。此外,利用非晶丝材各种独特的物理效应开发各类高性能传感器一直受到特别关注。尤其最近在钴基非晶丝材中发现巨磁阻抗效应以来,高精度磁敏传感器的开发成为热门。1999年日本科学技术振兴事业团委托名古屋大学和爱知钢铁公司联合开发mi微型磁传感器和专用集成电路心片,目标是将非晶丝mi传感器用于高速公路汽车自动导航和安全监测系统。随着纳米科学技术和快淬技术的迅速发展,非晶纳米晶软磁合金材料也在不断进步,不仅现已产业化的薄带产品性能和质量大大进步,而且还在研制开发非晶纳米晶合金粉末及粉末制品、薄膜材料、复合材料等,这些新型纳米材料的研制开发及产业化将对电子变压器行业产生极大的潜伏影响。( 1.1 非晶软磁合金材料及其形成机理 我们根据原子排列方式把物质划分为晶体和非晶体两类。物质里面的原子排列是整洁有序的叫做晶体;物质的原子排列是混乱的叫做非晶体。通常情况下,金属及合金在从液体凝固成固体时,原子总是从液体的混乱排列转变成整洁的排列,即成为晶体。但是,假如金属或合金的凝固速度非常快(例如用每秒高达一百万度的冷却速率将铁-硼合金熔体凝固),原子来不及整洁排列便被冻结住了,终极的原子排列方式类似于液体,是混乱的,这就是非晶合金(又称为金属玻璃)。 由于不同的物质形成非晶所需要的冷却速度大不相同。单一金属需要每秒高达一亿度以上的冷却速度才能形成非晶态。受目前工艺水平的限制,实际生产中难以达到如此高的冷却速度,普通的单一的金属难以从生产上制成非晶。为了获得非晶态的金属,一般将金属与其它物质混合。当原子尺寸和性质不同的几种物质搭配混合后,就形成了合金。这些合金具有两个重要性质:①合金的成分一般在冶金学上的所谓"共晶"点四周,它们的熔点远低于纯金属,例如fesib合金的熔点一般为1200度以下,而纯铁的熔点为1538度;②由于原子的种类多了,合金在液体时它们的原子更加难以移动,在冷却时更加难以整洁排列,也就是说更加轻易被"冻结"成非晶。有了上面的两个重要条件,合金才可能比较轻易地形成非晶。实际上,目前所有的实用非晶合金都是两种或更多种元素组成的合金,例如fe-si-b,fenipb,cozr,zrtic ni等。 迄今为止,国内外非晶合金开发最多的是作为软磁材料的一类。它们在化学成分上的一个共同点是:由两类元素组成:一类是铁磁性元素(铁、钴、镍或者他们的组合),它们用来产生磁性;另一类是硅、硼、碳等,它们称为类金属,也叫做玻璃化元素,有了它们,合金的熔点比纯金属降低了很多,才轻易形成非晶。 1.2 非晶软磁合金材料的种类 1.2.1 铁基非晶合金 铁基非晶合金:主要元素是铁、硅、硼、碳、磷等。它们的特点是磁性强(饱和磁感应强度可达1.4-1.7t)、磁导率、激磁电流和铁损等软磁性能优于硅钢片,价格便宜,最适合替换硅钢片,特别是铁损低( 为取向硅钢片的13-15),代替硅钢做配电变压器可降低铁损60-70%。铁基非晶合金的带材厚度为0.03毫米左右,广泛应用于中低频变压器的铁心(一般在10千赫兹以下),例如配电变压器、中频变压器、大功率电感、电抗器等。 1.2.2 铁镍基非晶合金 铁镍基非晶合金:主要由铁、镍、硅、硼、磷等组成,它们的磁性比较弱(饱和磁感应强度大约为1t以下),价格较贵,但磁导率比较高,可以代替硅钢片或者坡莫合金,用作高要求的中低频变压器铁心,例如漏电开关互感器。 1.2.3 钴基非晶合金 钴基非晶合金:由钴和硅、硼等组成,有时为了获得某些特殊的性能还添加其它元素,由于含钴,它们价格很贵,磁性较弱(饱和磁感应强度一般在1t以下),但磁导率极高,一般用在要求严格的军工电源中的变压器、电感等,替换坡莫合金和铁氧体。 1.2.4 纳米(超微晶)软磁合金材料 由于非晶合金中原子的排列是混乱无序的这种特殊结构,使得非晶合金具有一些独特的性质。所以,以前的非晶合金在使用时,必须保证它们处于非晶态。一般的非晶合金存在着发生晶化的可能性,一旦在晶化温度以上退火,材料内部的原子排列就变成了有序的,也就是说成为晶体,而且晶粒组织很粗大,这时非晶合金原有的磁性能就会丧失。因此,一般的非晶合金都要在非晶状态下使用。但是,自从八十年代末,日本的吉泽克仁等发现,含有c 和nb的铁基非晶合金在晶化温度以上退火时,会形成非常细小的晶粒组织,晶粒尺寸仅有10-20纳米。这时材料磁性能不仅不恶化,反而非常优良。这种非晶合金经过特殊的晶化退火而形成的晶态材料称为纳米晶合金(以前也曾称为超微晶合金)。 铁基纳米晶合金由铁、硅、硼和少量的铜、钼、铌等组成,其中铜和铌是获得纳米晶结构必不可少的元素。它们首先被制成非晶带材,然后经过适当退火,形成微晶和非晶的混合组织。这种材料固然便宜,但磁性能极好,几乎能够和非晶合金中最好的钴基非晶合金相媲美,但是却不含有昂贵的钴,是产业和民用中高频变压器、互感器、电感的理想材料,也是坡莫合金和铁氧体的换代产品。 1.3 非晶软磁合金材料的优点 1.3.1优良的磁性 与传统的金属磁性材料相比,由于非晶合金原子排列无序,没有晶体的各向异性,而且电阻率高,因此具有高的导磁率、低的损耗,是优良的软磁材料,代替硅钢、坡莫合金和铁氧体等作为变压器铁心、互感器、传感器等,可以大大进步变压器效率、缩小体积、减轻重量、降低能耗。非晶合金的磁性能实际上是迄今为止非晶合金最主要的应用领域。 1.3.2高强韧性 明显高于传统的钢铁材料,可以作复合增强材料,如钓鱼杆等。国外已经把块状非晶合金应用于高尔夫球击球拍头和微型齿轮。非晶合金丝材可能用在结构零件中,起强化作用。另外,非晶合金具有优良的耐磨性,再加上它们的磁性,可以制造各种磁头。 1.3.3灵活的处理工艺 和其它磁性材料相比,非晶合金具有很宽的化学成分范围,而且即使同一种材料,通过不同的后续处理能够很轻易地获得所需要的磁性。所以非晶合金的磁性能是非常灵活的,选择余地很大,为电力电子元器件的选材提供了方便。 1.3.4制造工艺简单,节能、环保 传统的薄钢板,从炼钢、浇铸、钢锭开坯、初轧、退火、热轧、退火、酸洗、精轧、剪切到薄板成品,需要若干工艺环节、数十道工序。由于环节多,工艺繁杂,传统的钢铁企业都是耗能大户和污染大户,有"水老虎"和"电老虎"之称。而非晶合金的制造是在炼钢之后直接喷带,只需一步就制造出了薄带成品,工艺大大简化,节约了大量宝贵的能源,同时无污染物排放,对环境保护非常有利。正是由于非晶合金制造过程节能,同时它的磁性能优良,降低变压器使用过程中的损耗,因此被称为绿色材料和二十一世纪的材料。表1是非晶软磁合金材料与其它常用软磁材料性能的比较。 1.4 非晶软磁合金材料的应用领域 由于非晶软磁合金具有优良的电磁性能,应用领域非常广阔。 1.4.1电力电子技术领域: 大功率中、高频变压器 逆变电源变压器 大功率开关电源变压器 1.4.2通讯技术: 程控交换机电源 数据交换接口部件 脉冲变压器 ups电源滤波和存储电源、功率因素校正扼流圈、标准扼流圈 1.4.3抗电磁干扰部件: 交流电源、可控硅、emi差模、共模电感、输出滤波电感 1.4.4开关电源: 磁饱和电抗器 磁放大器 尖峰抑制器 扼流圈 1.4.5传感器: 电流电压互感器 零序电流互感器 漏电开关互感器 防盗感应标签 1.5有关非晶软磁合金材料的几个题目 1.5.1 材料稳定性 温度稳定性(指非晶态合金的磁性能随使用温度的变化): 常用的磁性材料,当温度升高时,其饱和磁通密度都是下降的。当温度高于一定值时,材料变成顺磁性的,原有磁性能丧失,无法继续使用。这个温度称为磁性材料的居里温度(或居里点)。居里点越高,表明材料可能的使用温度越高,即材料的温度稳定性越好。 对于几种常用的磁性材料,其居里温度如下: 硅钢:600℃,坡莫合金:400℃,铁氧体: 200℃,铁基非晶:400℃ 铁氧体无论是饱和磁通密度还是居里点都是最低的;硅钢的居里点最高,可惜只能在低频使用;坡莫合金的居里点较高,饱和磁通密度中等,同时能在20khz以上使用,但价格高;而不同的非晶态合金具有不同的饱和磁通密度和居里点,分别可以应用于高频和低频,同时价格也低于相应的其它材料。因此,可以说非晶态合金作为变压器铁心使用是非常理想的。 除了居里点以外,非晶态合金的晶化温度也是衡量材料温度稳定性的一个重要参数。由于非晶态合金在高温下会发生晶化,由此它的使用温度受到晶化温度的限制。但是,非晶态合金的晶化温度的高低是足以应付几乎所有使用条件的。通常,非晶态合金的晶化温度在450-600 ℃之间,而高频电源中的其它元器件的最高使用温度也只不过在150℃以下。非晶态合金的温度稳定性对于某些应用是至关重要的,因此,在非晶态合金的研究开发过程中,温度稳定性得到了充分的重视。早在八十年代,广雄师工用户就提出了非常严格的温度稳定性要求。 通常情况下,非晶态合金必须满足如下要求: 温度范围:-55℃-+130℃ ,主要性能变化率:±15% 钴基非晶合金的磁性能温度稳定性相当好,通常作为军工产品使用。对于铁基微晶合金,固然性能的变化率较大,但值得留意的是,其高频损耗随使用温度的升高而降低。考虑到变压器铁心的实际工作温度总是高于室温,这种变化实际上是有利的。 综上所述,非晶态合金的温度稳定性非常值得信赖,使用温度在130℃以下的变压器铁心完全没有题目。 时效稳定性(指在一定温度下,非晶态合金的磁性能随时间的变化): 对于大多数变压器铁心来说,其使用时间往往较长。由于非晶态合金处于亚稳态,在一定条件下有晶化的趋势。这使人们担心,随着使用时间的延长,非晶合金的磁性能会不会由于晶化而丧失。为了验证非晶态合金经过长时间使用会不会失效,最直接的方法莫过于将非晶态合金铁心在实际使用条件下长期运转,观察磁性能的变化。美国自八十年代就已经开始非晶态合金的生产,并大量应用于配电变压器铁心。根据大量报道,这些变压器一直在正常运行,表明非晶铁心的时效稳定性是可靠的。我国自八十年代起将非晶态合金应用于开关电源、中频变压器及漏电保护开关等多种场合,至今没有由于铁心性能恶化导致变压器失效的例子,这充分证实我国的非晶态合金在时效稳定性方面是安全的。 但是,对于众多的非晶态合金来说,都进行模拟实际应用的长时间试验显然是不现实的。正如前面所述, 非晶态合金在一定温度下有发生晶化的趋势,这种趋势随着温度的降低是呈指数规律迅速递减的。根据这种规律,我们通常利用高温短时间的时效试验代替低温长时间的试验,用以说明材料的时效稳定性。对于常见的非晶软磁合金,最常用的试验条件为:时效温度130℃,时效时间200小时。 从试验结果来看,非晶态合金的高温时效稳定性是非常好的。一般以为,非晶态合金在130℃以下使用是可靠的,有些品种的使用温度甚至可以达到150℃。 磁冲击稳定性(非晶纳米晶铁心经过强磁场的冲击后保持原有磁性能的能力): 非晶铁心在使用过程中,有时会受到来自电源内部或外部的强磁场冲击。在强磁场冲击后,铁心保持原有性能是非常关键的。否则,铁心性能的恶化会降低电源效率,严重的甚至造成铁心工作点偏移,使铁心饱和,损坏开关管。为了研究非晶态合金的磁冲击稳定性,曾经对不同材料的铁心进行了一系列磁冲击试验,试验结果充分表明,非晶态合金经过适当处理后,磁性能完全可以经受强磁场的冲击而基本复原。 机械稳定性(指非晶态合金经过机械冲击振动后磁性能的变化): 非晶态合金在使用前,一般都要经过热处理。而经过热处理后,材料比较脆。但无论什么材料,作为变压器铁心使用时,大多数要放在保护盒中或表面注塑后使用。对于非晶态合金,在铁心装进保护盒时通常还要加进某些衬垫物,如硅脂、海绵等。这些措施完全可以保证铁心在使用中不发生损坏和磁性能恶化。 在非晶态合金研究开发的初期,首先是在军工电源中应用的。军工设备严酷的工作条件,对铁心的性能要求十分苛刻。例如,对于航空航天装备中的开关电源,对变压器铁心机械稳定性的要求一般是: 耐机械冲击性:加速度55g,持续时间8ms,冲击3次,要求损耗变化率 dpp≤±15%。 耐机械振动:频率20-500hz,加速度5g,扫描45分钟,两个方向,要求损耗变化率 dpp≤±15%。 离心试验:恒加速度15g,5分钟,要求损耗变化率 dpp≤±15%。 根据上述要求,曾经对非晶态合金作了一系列机械稳定性试验。 经过一系列机械冲击和振动等试验,非晶铁心的磁性能变化率相当低,完全满足使用要求。 总之,非晶态合金的机械稳定性良好。目前,在非晶中心的产品中,每年用于军工电源的铁心在一万只以上。既然它们可以稳定地应用于军工电源,那么在使用条件相对温顺的民品中理所当然也是可以胜任的。 1.5.2规模生产题目 目前,国内非晶软磁合金生产企业中多数企业程度不同地存在批量产品质量不够稳定、产品一致性差、性能指标离散较大的题目,其主要原因是有的生产厂家技术装备差、生产工序不全,检测手段落后,综合研发实力不强。作为新兴的产业,其发展和进步必然有一个动态过程。2 非晶软磁合金材料产业发展历程和现状 2.1发展历程 第一阶段,1967年~1988年:1967年d wez教授率先开发出fe-p-c系非晶软磁合金,带动了第一个非晶合金研究开发高潮。1979年美国allied signal公司开发出非晶合金宽带的平面流铸带技术,并于1982年建成非晶带材连续生产厂,先后推出命名为metglas的fe基、co基和feni基系列非晶合金带材,标志着非晶合金产业化和商品化的开始。1984年美国四个变压器厂家在ieee会议上展示了实用的非晶配电变压器,从而将非晶合金应用开发推向高潮。在这期间,美国主要致力于非晶合金带材的大规模生产和节能非晶配电变压器的推广应用,在技术和产品方面基本形成垄断。到1989年,美国allied signal公司已经具有年产6万吨非晶带材的生产能力,全世界约有100万台非晶配电变压器投进运行,所用铁基非晶带材几乎全部来源于该公司。除美国之外,日本和德国在非晶合金应用开发方面拥有自己的特色,重点是电子和电力电子元件,例如高级音响磁头、高频电源(含开关电源)用变压器、扼流圈、磁放大器等。但在1988年以前,由于专利题目,日本的非晶发展始终受到美国的制约。 第二阶段,1988年~至今:1988年日本日立金属公司的yashizawa等人在非晶合金基础上通过晶化处理开发出纳米晶软磁合金(finemet)。此类合金的突出优点在于兼备了铁基非晶合金的高磁感和钴基非晶合金的高磁导率、低损耗,并且是本钱低廉的铁基材料。因此铁基纳米晶合金的发明是软磁材料的一个突破性进展,从而把非晶态合金研究开发又推向一个新高潮。纳米晶合金可以替换钴基非晶合金、晶态坡莫合金和铁氧体,在高频电力电子和电子信息领域中获得广泛应用,达到减小体积、降低本钱等目的。1988年当年,日立金属公司纳米晶合金既实现了产业化,并有产品推向市场。1992年德国vac公司开始推出纳米晶合金替换钴基非晶合金,尤其在网络接口设备上,如isdn,大量采用纳米晶磁心制作接口变压器和数字滤波器件。在此期间,美国allied signal公司(现被honeywell公司吞并)也加强了非晶合金在电力电子领域的推广应用,先后推出4个系列的铁心制品。 2.2国内研究开发现状 国内非晶材料研究始于1976年,国家科委从"六五"开始连续5个五年计划均将非晶、纳米晶合金研究开发和产业化列进重大科技攻关项目。其中标志性的成果分别是:"七五"期间建成百吨级非晶带材中试生产线,带材宽度达到100mm;"八五"期间突破了非晶带材在线自动卷取技术,并建成年产20万只非晶铁心中试生产线;"九五"期间,成立了国家非晶微晶合金工程技术研究中心,建成了千吨级铁基非晶带材生产线,带材宽度达到220mm,同时建成年产600吨非晶配电变压器铁心生产线。通过前4个五年科技攻关计划的实施,我国基本实现了非晶合金带材及制品产业化。在十五期间,纳米晶带材及其制品产业化开发又被列进重大科技攻关计划,国家给予重点支持,旨在推动纳米晶材料应用开发快速发展,满足电力电子和电子信息等高新技术领域日益增长的迫切需求。目前,国内从事非晶软磁合金材料生产的单位约20多家,其中安乐科技股份有限公司(原钢铁研究总院部分转制上市)是国内非晶材料研究开发气力最强、产业规模最大的单位,也是上述国家科技攻关项目的主要承担单位。目前具有年产非晶带材3000吨,纳米晶带材300吨的生产能力。 通过这4个五年科技攻关计划的实施,我国基本实现了非晶合金带材及制品产业化。在十五期间,纳米晶带材及其制品产业化开发仍然被列进国家重大科技攻关计划,给予重点支持,旨在推动非晶纳米晶材料应用开发快速发展,满足电力电子和电子信息等高新技术领域日益增长的迫切需求。 目前,非晶软磁合金所达到的最好单项性能水平为: 初始磁导率 μ0 = 14 ×104 钴基非晶 最大磁导率 μm = 220 ×104 钴基非晶 矫顽力 hc = 0.001 oe 钴基非晶 矩形比 brbs = 0.995 钴基非晶 饱和磁化强度 4πms =  gs 铁基非晶 电阻率 ρ= 270 微欧厘米 与美、日、德相比,我国非晶合金带材的产业规模与日本和德国相当,但远小于美国。在工艺技术和产品质量方面与上述国家差距很大。尤其对纳米晶合金来说,国内现有制带设备尚无法批量生产厚度小于20μm的超薄带。因此,严重制约了国内非晶、纳米晶合金在高频电力电子领域的推广应用。 2.3当前普及应用的难点 由于国内厂商带材和变压器的生产没有形成规模,导致非晶材料和非晶变压器的本钱较高,同等规格下非晶变压器的售价为s9的1.5倍,用户大约要7-8年才能通过节省的能耗收回初期增加的投资,固然国家出台有关非晶变压器生产和使用者税收优惠的政策,但使用者积极性仍然不高,只有在非晶变压器的售价为s9的1.3倍(非晶铁心价格降为30元公斤左右),用户大约要3-4年通过节省的能耗收回初期增加的投资,用户会有较强的积极性。因此如何协调非晶带材、铁心的生产者同变压器生产者以及变压器使用者三者之间的关系是非晶材料是否能大量应用的关键。目前的应用多偏向于一些特殊要求的场合,如上述题目能得到很好的解决,非晶材料和非晶变压器的市场规模会迅速增长。3非晶软磁合金材料的市场远景和发展方向 3.1不断扩展的应用市场 非晶态合金的应用首先是在八十年代初期,在军工电源上开始的。军工电源严酷的工作条件是对非晶铁心磁性能稳定性的极大考验。在过往的二十年中,非晶铁心已经应用在多种军工装备,如火箭、机载雷达、水雷、坦克等电源,使用非晶铁心的就更多。随着市场经济的发展,非晶态合金的应用领域逐渐扩展到广大的民用产品。目前民品是非晶中心最主要的产品,应用场合主要包括:互感器铁心、大功率逆变电源变压器和电抗器铁心、各种形式的开关电源变压器和电感铁心、各种传感器铁心等。 非晶和微晶合金在近十年来发展迅速,不但在材料和工艺,而且在应用方面都取得了很大的进步。 在低频电磁元件中,铁基非晶合金被大量应用,在电力配电变压器中的应用已取得良好效果,成为现在生产量最大的非晶合金。可以向电源中的整流变压器,滤波电抗器等电磁元件扩展。1990年开发出的femb(m为zr、hf、ta)和fezrnbbc 微晶合金(nanoperm合金),不但工频损耗低,而且饱和磁密高,磁致伸缩系数也小,是工频电磁元件用软磁材料中性能比较理想的,在低频领域可以代替硅钢和铁基合金,在中、高频领域可以代替钴基非晶合金和铁镍高导磁合金。1998年开发出fecozrbc 非晶合金(商品名hitperm),饱和磁通密度bs高达2.0t,可以代替fecov系高导磁合金,是低频电磁元件用软磁材料的最新进展。 中、高频领域首选的非晶和微晶合金是钴基非晶合金和铁基微晶合金。一般(18~25)μm厚的带材,用于100khz,小于18μm厚的薄带,用于500khz~1mhz。钴基非晶合金20μm厚的薄带,p0.2t100khz只有30wkg。现在见到报导最好的3.8μm厚渗铬的cofecrsib非晶合金薄带,p0.1t1mhz为140wkg,p0.1t10mhz为1022wkg,μe(1mhz)为1×104。 非晶、纳米晶合金的应用领域非常广泛,表2列出了非晶纳米晶合金带材的典型性能和一些主要应用。 在电力领域,非晶、纳米晶合金均得到大量应用。由于非晶合金的工频铁损仅为硅钢的15-13,利用非晶合金取代硅钢可使配电变压器的空载损耗降低60%-70%。因此,非晶配电变压器作为换代产品有很好的应用远景。在"九五"期间,我国自行建成了年生产能力1000吨的非晶带材生产线及相应的年产600吨非晶配电变压器铁心生产线,这为在我国大力推广节能型非晶配电变压器奠定了良好基础。纳米晶合金的最大应用是电力互感器铁心。电力互感器是专门丈量输变电线路上电流和电能的特种变压器。近年来高精度等级(如0.2级、0.2s级、0.5s级)的互感器需求量迅速增加。传统的冷轧硅钢片铁心往往达不到精度要求,固然高磁导率玻莫合金可以满足精度要求,但价格高。而采用纳米晶铁心不但可以达到精度要求、而且价格低于玻莫合金。 从目前国内外应用以及今后发展来看,非晶合金的大量使用还是在电力系统: a.配电变压器铁心。铁基非晶合金铁心具有高饱和磁感应强度、低矫顽力、低损耗(相当于硅钢片的13~15)、低激磁电流、良好的温度稳定性,使非晶合金变压器运行过程中的空载损失远低于硅钢变压器。这种情况尤其适用于空载时间长、用电效率低的农村电网。美国通过使用这种变压器每年可节约近50×109kwh的空载损耗,节能产生的经济效益约为35亿美元。 b.电力互感器铁心。在变电站使用大量的电力互感器,它们对铁心材料的要求非常苛刻,不仅要求高的磁性指标(如高导磁率、高饱和磁感、低损耗等),而且要求铁心材料的整个磁化曲线满足一定的条件,以保证互感器在整个丈量范围内的精度。近年来,非晶微晶合金作为互感器铁心的应用逐渐广出现来,取得了非常理想的效果。 c.开关电源变压器及电感铁心。传统的电源都是在50赫兹(称为工频)下将交流电变换成直流电的。由于工作频率低,变压器的体积大、能耗高、效率低。开关电源是自20世纪70年代发展起来的新型电源技术,它采用20千赫兹以上的工作频率,大大缩小了变压器的体积、减轻了重量、进步了效率。在开关电源中使用非晶微晶合金作为铁心的元器件有:主变压器、控制变压器、共模电感、噪声滤波器、滤波电感、储能电感、电抗器、磁放大器、尖峰抑制器、饱和电感、脉冲压缩器、开关管保护电感等。 d.漏电开关互感器铁心。漏电开关是安装在电器前面,用来保护电器和人的用电安全的装置。当由于设备尽缘不良或者人体触电时,会在互感器的次级线圈中感应出信号,经过处理后使得电闸跳开,切断电路,保护电器或人身的安全。过往一般采用坡莫合金(铁镍合金)作为这种互感器铁心。自从八十年代以来,非晶合金开始作为漏电开关中的互感器铁心,国内目前用量极大。 在电力电子领域,随着高频逆变技术的成熟,传统大功率线性电源开始大量被高频开关电源所取代,而且为了进步效率,减小体积,开关电源的工作频率越来越高,这就对其中的软磁材料提出了更高的要求。硅钢高频损耗太大,已不能满足使用要求;铁氧体固然高频损耗较低,但在大功率条件下仍然存在很多题目,一是饱和磁感低,无法减小变压器的体积;二是居里温度低,热稳定性差;三是制作大尺寸铁心成品率低,本钱高。目前采用功率铁氧体的单个变压器的转换功率不超过20kw。纳米晶软磁合金同时具有高饱和磁感和很低的高频损耗,且热稳定性好,是大功率开关电源用软磁材料的最佳选择。采用纳米晶铁心的变压器的转换功率可达500kw,体积比功率铁氧体变压器减少50%以上。目前在逆变焊机电源中纳米晶合金已经获得广泛应用,在通讯、电动交通工具、电解电镀等领域用开关电源中的应用正在积极开发之中。 在电子防窃系统中,早期利用钴基非晶窄带的谐波式防盗标签在图书馆中获得了大量应用。最近利用铁镍基非晶带材的声磁式防盗标签克服了谐波式防盗标签误报警率高、检测区窄等缺点,应用市场已经扩展到超级市场。可以预见,随开放式服务方式的发展,作为防盗防伪的非晶合金带材和丝材的应用会急剧增长。 在电子信息领域,随着计算机、网络和通讯技术的迅速发展,对小尺寸、轻重量、高可靠性和低噪音的开关电源和网络接口设备的需求日益增长、要求越来越高。例如,为了减小体积,计算机开关电源的工作频率已经从20khz进步到500khz;为了实现cpu的低电压大电流供电方式,采用磁放大器稳定输出电压;为了消除各种噪音,采用抑制线路自生干扰的尖峰抑制器,以及抑制传导干扰的共模和差模扼流圈。因此,在开关电源和接口设备中增加了大量高频磁性器件。非晶、纳米晶合金在此大有用武之地。 在民用产品中,变频技术有利于节约电能、并减小体积和重量,正在大量普及。但负面效应不可忽视,假如变频器中缺少必要的抑制干扰环节,会有大量高次谐波注进电网,使电网总功率因素下降。减少电网污染最有效的办法之一是在变频器中加进功率因数校正(pfc)环节,其中关键部件是高频损耗低、饱和磁感大的电感铁心。铁基非晶合金在此类应用中有明显上风,将在变频家电绿色化方面发挥重要作用。目前在变频空调中使用非晶pfc电感已经成为一个热门。 目前在以下几个方面还存在推广应用市场: a.替换极薄硅钢产品,从上海钢研所极薄硅钢产品的市场需求知道,极薄硅钢(厚度0.1mm)在20世纪70年代大量用于400hz以上各种电子元件如高频变压器、电抗器、磁屏蔽等,目前这方面的市场需求较大,但供方难以满足需要,用非晶纳米晶合金材料替换,不仅可以进步产品性能、质量和促使小型化,而且价格上也有利可图。 b.高磁导率和大功率磁心器件,由于国内铁氧体生产设备和技术条件的限制,高磁导率、高性能、大功率铁氧体难以满足国内市场需求,如采用非晶纳米晶材料取而代之,可以促使一些电子设备国产化、小型化。 c.工作环境温度高和环境恶劣等的一些电子产品,如油田钻探、海洋探测等特殊环境使用的电子产品用的各种磁性器件,选用非晶纳米晶合金材料制作,可以物尽其用,避免选材上的困扰。 d.航空、航天等军工产品用的各种磁性器件需要小而轻、温度稳定性好、磁性要求高,使用非晶纳米晶合金材料远优于其他软磁材料。 e.高频、大电流、大功率电源变压器、电抗器、滤波器等器件的小型化,目前这些器件大都采用铁氧体或冷轧硅钢,工作频率f=20khz,工作磁感b=0.2t~0.3t,如采用非晶纳米晶合金磁心,可将工作频率进步到f=40khz~50khz,工作磁感b=0.5t~0.6t,可以大大减小磁心器件的体积和尺寸。 f.各种抗emi器件、噪声抑制器和尖峰抑制器。 总之,非晶、纳米晶合金不仅软磁性能优异,而且工艺简单、本钱低廉,正在成为一类十分重要的、具有市场竞争上风的基础功能材料。可以预见,非晶、纳米晶材料对我国传统产业改造和高新技术快速发展将发挥越来越重要的作用。 3.2未来发展方向 在非晶合金的产业化发展过程中,非晶纳米晶合金带材及其铁心制品一直是主流,非晶丝材的研究开发和产业化是重要分支。1980年,日本hagiwara首先提出采用内圆水纺法制备非晶合金丝材,随后日本的unitika公司开始利用此法贸易生产fe基和co基非晶丝,作为产业化的软磁材料,应用重点集中在图书馆和超市用防盗标签。此外,利用非晶丝材各种独特的物理效应开发各类高性能传感器一直受到特别关注。尤其最近在钴基非晶丝材中发现巨磁阻抗效应以来,高精度磁敏传感器的开发成为热门。1999年日本科学技术振兴事业团委托名古屋大学和爱知钢铁公司联合开发mi微型磁传感器和专用集成电路心片,目标是将非晶丝mi传感器用于高速公路汽车自动导航和安全监测系统。随着纳米科学技术和快淬技术的迅速发展,非晶纳米晶软磁合金材料也在不断进步,不仅现已产业化的薄带产品性能和质量大大进步,而且还在研制开发非晶纳米晶合金粉末及粉末制品、薄膜材料、复合材料等,这些新型纳米材料的研制开发及产业化将对电子变压器行业产生极大的潜伏影响。


现在的人们对健康很关注,报刊、电视、网络都在讲健康,看的多、知道的多了,难免有人"对号入座",怀疑是不是哪里出了毛病。有些人甚至多次挂专家门诊、反复化验检查,虽然各项指标都正常,他们却坚信自己有病。实际上,这些人是被一种精神心理疾病-疑病症所困扰。 随着互联网、报纸、杂志等健康信息越来越普及,一些具有一定文化素质的人,身体出现一种症状,便对照医学书籍或科普文章进行比较分析。由于对医学的一知半解,他们通常是越比越像,由此而产生恐惧、悲观情绪,给家庭生活带来阴影,"疑病"就这样给"逼"出来了。 疑病症患者人格特征更倾向于敏感、多疑、主观、固执、谨小慎微,对身体过分关注,要求十全十美。在正常人看来微不足道的身体功能的任何微小变动如心跳、腹胀等,都会使他们不自觉地加以夸大或曲解。由于患者的注意力全部或大部集中于自身的健康问题,学习、工作、日常生活和人际交往常受到明显影响。男性患者病前常具有强迫人格,女性则与癔症性格有关。以往多疑病症多出现在老年人中,现在已悄悄蔓延到年轻人中,这与压力大、情绪焦虑、生活不规律等有关。 有资料表明,在心理咨询、心理治疗的患者中,疑病症患者占近20%。这类患者到处求医问药,总想解决躯体疾病问题,结果却于事无补。其实,真正解决问题还是要到精神卫生机构。专业治疗的前提是确保病人是"疑病",排除器质性病变,以免误诊。 睡眠障碍 睡眠习惯 青岛安宁医院专家介绍,疑病症的治疗一般有两种方式: 心理治疗:这是治疗疑病症的基本方法。心理治疗过程中,会尽量少与病人讨论具体的疾病或症状,而是主要一起探讨他们存在的冲突、困惑或被压抑着的痛苦,发挥患者解决问题的潜能,让他们有勇气面对不愿面对的心理根源,并合理给予疏解。 药物治疗:疑病症病人感受到的是不安、焦虑、沮丧、抑郁等精神痛苦体验,临床工作中多采用抗焦虑、抗抑郁药等情绪稳定剂来改善病人情绪,减轻疑病程度,一般都有很好的效果。


国度科委在"九五"期间已把肉养牛规模化养殖及工业化技术研究与开发列入攻关打算,其中肉养牛养分与豢养技术研究是解决肉肉牛养殖范围化饲养的要害。能量和蛋白质是肉肉牛养殖生长发育的两大营养,圈养羊舍建设设计图,传统的肉养牛饲养留神能量的供应,圈养羊吃什么饲料,而疏忽了蛋白质饲料的补充,解决有肉牛养殖饲料蛋白质不足,并使其有效利用,存在主要的意思。 肉肉牛蛋白质饲料可分为动物性蛋白质饲料、动物性蛋白质饲料、非蛋白氮饲料和单细胞蛋白质饲料,内蒙古免场地费养羊。 1、公道利用植物性蛋白质饲料 肉肉牛养殖植物性蛋白质饲料重要为饼类饲料,主要有豆饼(粕)、花生饼(粕)、棉籽饼(粕)、菜籽饼(粕)等。豆饼(粕)含有丰盛的蛋白质和优质的氨基酸,其粗蛋白质(cp)含量为42%~47%。生大豆饼(粕)含有抗营养因子,如胰蛋白酶克制因子、凝聚素等,必需加热处理,牛羊驴养殖第一村,通过加热可使抗营养因子损坏,还可使饼中蛋白质三级构造开张,疏水基团更多地裸露于蛋白质分子名义,最新养羊技术,使蛋白质溶解度降低,养羊技术交流群,从而使其在瘤胃中的降解率下降,www.sdzhmy.cn养羊。花生饼目前猪、禽用量较小,可大批用于肉肉牛饲养,河南养羊网。对传染的花生饼,必须进行加工处理(如焙烤、浸泡等)后方可运用,圈养羊可行性报告。棉籽饼因为有毒物质的存在和蛋白质生物学价值较低,猪、鸡、草食动物(如肉肉牛)因为瘤胃微生物的作用,对游离棉酚的耐受性较强,特殊在饲喂青绿或青贮饲料时补饲棉籽饼(粕),个别不会造成中毒,周付建养羊技术交流,因而可用棉籽饼(粕)作肉肉牛养殖育肥的主要蛋白质补充饲料,在农村养羊怎么样。与棉籽饼(粕)一样,山西农村养羊补贴政策,菜籽饼(粕)是饲喂肉肉牛养殖良好的蛋白质补充饲料,圈养羊吃什么。此外糟渣类如酒糟、醋糟、豆腐渣等含有丰硕的蛋白质,www.sdzhmy.com养羊,但粗纤维含量也较高,不宜饲喂禽类,是饲喂肉肉牛养殖的好饲料,养羊第一村。 2、充足利用动物性蛋白质饲料 畜产品加工副产物如肉骨粉、血粉、鱼粉、羽毛粉等都可作肉养牛蛋白质饲料。如肉骨粉含cp54%,其中50%可被瘤胃微生物降解;血粉含cp87%,其中大概20%被瘤胃微生物降解,牛羊驴养殖;禽类羽毛经过高温高压蒸煮后,内蒙古养羊大户,烘干破碎,也通过酶解或碱水解处理,使羽毛分解成易消化的蛋白质,含cp85%,其中30%被瘤胃微生物降解,农村养羊怎样销售。此外象动物屠宰后的毛、蹄爪、皮和角等一类的角蛋白,也可用作蛋白质补充料。 3、迷信利用单细胞蛋白质饲料 单细胞蛋白饲料含cp在30%~70%,是利用产业废水、废气、自然气、石油烷烃类、农副加工产品以及有机垃圾等作为造就基,养羊好赚钱,培育酵母、细菌等单细胞生物,而后经由污染干燥处理后制成。其特色是产量高,出产周期快,粗蛋白质在体内消化率高,养羊www.sdzhmy.com。单细胞蛋白饲料的毛病是,含有有毒物资(如石油酵母中含3.4-苯并芘),适口性差(如酵母有苦味),在农村养羊要具备什么,肉牛养殖不爱好采食。研讨表明,内蒙古四子王旗养羊,单细胞蛋白饲料用量只有不超过日粮的10%,不影响肉肉牛养殖采食。 4、利用非蛋白氮饲料作为蛋白质补充料 非蛋白氮(npn)指非蛋白质的含氮物质,目前人们已对20多种npn应用于反刍动物的饲用价值进行了实验,最大的养羊基地,效果比拟好的是尿素和双缩脲。利用尿素时,要把持和减缓其在瘤胃内释放氨的速度,节制的办法有: 1)按75%玉米面+24%尿素+1%食盐跟缓解剂比例加工成糊化淀粉尿素,使瘤胃开释氨的速度减慢,提高微生物利用氨合成菌体蛋白质效力; 2)与谷物精料混匀饲喂,且在日粮中的含量不超过1%,www.yangzhizongchang.cn养牛; 3)防止与含脲酶高的饲料如豆饼(粕)等混喂,中国最大的养羊场; 4)可将尿素加工成其余新的产品,如缩二脲、异丁基二脲、脂肪酸尿素等,以减缓氨的释放速度。双缩脲是尿素加热造成的缩合产物,比尿素较难溶解于水,发酵床养羊怎样,在瘤胃中分解氨的速度比尿素慢,后果显明,但价钱偏高,养羊指南。另外,秸秆发酵养羊技术视频,对秸秆进行氨化处理,怎样科学养羊,制造尿素青贮饲料,也是解决肉养牛蛋白质饲料不足的有效道路。 应用蛋白质饲料或npn时,弥补必定量的高淀粉精料,能进步微生物应用氮的才能,www.ro ni yangzhi.net,当日粮碳水化合物与cp比例保持3:1时,能满意微生物最大成长,从而使菌体蛋白合成量增长。增加缓冲剂如nahco3、khco3、nahco3-mgo复合物等,使瘤胃坚持弱碱性环境,有利于菌体蛋白的合成。 5、利用过瘤胃蛋白技术 过瘤胃蛋白技术是将饲料中蛋白质经过技巧处理将其保护起来,避免蛋白质在瘤胃内发酵降解,而直接进入小肠接收利用,可采取下列多少种方式: 5.1甲醛保护法甲醛可作为饲料蛋白质和尿素的保护剂,可用0.3%的甲醛溶液与饲料蛋白混匀,内蒙古自治区养羊政策,然后密封于塑料袋内,经过15d即可饲喂。甲醛的用量,农村养羊有补贴吗,按照cp1:125的比例参加或甲醛占饲料的0.2%~0.4%。保护尿素可依照每mol尿素加入0.4~0.5mol甲醛配制(makkar等,河南养羊,1981)。 5.2血包被血粉在瘤胃中蛋白质分解率很低,养羊赚钱多,是很好的包被资料。如对豆粕可用30%的鲜血量包被,养羊设备,蒸后烘干,可使干物质和粗蛋白质在瘤胃中降解率大幅度降落(冯仰廉,1996)。 5.3单宁掩护法在瘤胃ph,单宁肯与饲料蛋白质构成复合物,养羊行情稳定,维护蛋白质免受微生物的降解,在其胃中不稳固,其蛋白质可被分解,肉牛养殖www.ro ni yangzhi.com。用单宁处置饲料可增添过瘤胃蛋白质品质。 5.4增添瘤胃素可减少蛋白质在瘤胃中的降解,使游离氨基酸的降解率降低,乙酸与丙酸之比降低,减少甲烷的发生,发酵床能养羊吗,从而降低了动物对蛋白质须要量,圈养羊喂什么饲料,节俭饲料蛋白质。瘤胃素实用于体重180kg以上的肉肉牛,天天每头用0.2g混于精饲料时,瘤胃素可提高肉养牛增重6%~9%,提高饲料转化率10%左右。 5.5物理保护法将蛋白质饲料加工成颗粒状或压成饼状,内蒙古养羊政策,可使饲料蛋白质较快地通过瘤胃。增长知识共同进步,您学习的是牛羊驴养殖知识。


一、企业如何约定试用期 《劳动合同法》第十六条规定:"劳动合同可以约定试用期。劳动合同期限在6个月以内的,试用期不得超过15日;劳动合同期限在6个月以上1年以内的,试用期不得超过30日;劳动合同期限在1年以上两年以内的,试用期不得超过60日;劳动合同期限在两年以上的,试用期不得超过6个月。试用期包括在劳动合同期限内"。 用人单位在劳动合同中约定试用期应执行以下规定: (一)试用期由用人单位与劳动者双方协商约定,不得由一方强制约定。 (二)试用期最长不得超过6个月。 (三)试用期的具体期限按劳动合同期限的长短确定。 (四)试用期包括在劳动合同期限内,企业不得在劳动合同期限外约定试用期,或者对劳动者先试用后签劳动合同。 (五)用人单位对工作岗位没有发生变化的同一劳动者只能试用一次。 (六)用人单位对新招用的职工,在试用期内发现并经有关机构确认患有精神病的,可以解除劳动合同。 (七)试用期不得单方延长。如果用人单位在劳动合同中约定的试用期不符合规定,超过规定的试用期时间不具有法律效力,在规定的试用期以外行使权利,则该权利无效,用人单位就不能利用试用期来保护劳动权益。 二 、试用期内企业存在哪些风险 1、"试用期"内不签订书面劳动合同 风险:从劳动者到用人单位工作起,用人单位超过一个月不满一年未与劳动者签订书面劳动合同的,用人单位须向劳动者支付双倍工资。超过一年未与劳动者签订书面劳动合同的,视为双方已经形成无固定期限劳动合同,同时仍应支付第一年度的双倍工资。双方一旦形成纠纷,用人单位必定败诉。 2、"试用期"内单签"试用合同" 风险:劳动合同仅约定试用期的,试用期不成立,视为公司与劳动者签订的固定期限劳动合同,试用期间即为劳动合同期限。之后用人单位再同劳动者签订的固定期限劳动合同视为续签合同。一旦劳动者在续签的劳动合同期间届满之后,要求与用人单位签订无固定期限的劳动合同,用人单位将缺乏有效手段应对。 3、"试用期"内不缴纳社保费用 风险:劳动关系一旦建立,用人单位就应当依法为劳动者缴纳社会保险,试用期并非独立于劳动关系外的"特殊期",试用期包括在劳动合同期限内。用人单位在试用期拒绝为劳动者办理社会保险的,劳动者可以向劳动和社会保障部门投诉,造成劳动者损失的,用人单位应当承担赔偿责任。特别应当注意的是,《工伤保险条例》修改后,大幅度提高了工亡补助金的数额,使得一次性工亡补助金并标准达到近三十万元。一旦在试用期内发生工伤事故导致劳动者伤亡,将会导致数十万元的工伤补助全部由用人单位支付。同时,《劳动合同法》规定,用人单位未依法缴纳社会保险费的,劳动者有权解除劳动合同,用人单位需支付经济补偿。 4、试用期工资低于最低工资 风险:试用期的工资不得低于本单位相同岗位最低档工资或者劳动合同约定工资的百分之八十,并不得低于用人单位所在地的最低工资标准。否则,劳动行政部门将责令改正并要求支付其差额部分,逾期不支付的,还应加付赔偿金。 5、试用期任意延长 风险:未经协商或虽经协商但约定的试用期超过法律规定的,以劳动者试用期满月工资为标准,按已经履行的超过法定试用期的期间向劳动者支付赔偿金。 6、续订劳动合同时再次设定试用期 风险:同一用人单位与同一劳动者只能约定一次试用期。再次约定试用期的,以劳动者试用期满月工资为标准,按已经履行的超过法定试用期的期间向劳动者支付赔偿金。 7、试用期随意辞退员工 风险:在试用期内,只有员工不符合录用条件或者存在其他过错性的事由,用人单位才可与其解除劳动合同。否则,按照违法解除劳动合同处理。此时,员工即可要求继续履行劳动合同,也可要求单位支付赔偿金。 以上就是"企业如何约定试用期,试用期内企业存在哪些风险"的相关法律介绍,希望对您有所帮助。企业在聘用员工时,要严格遵守劳动合同法的相关规定,如果您对上述问题还有疑问,可以联系智飞法律网律师为您提供帮助。 文章来源:智飞法律网 试用期期间出现工伤怎么办?


宇宙学价值的衰落 作为心理状态的虚无主义必将出现。 首先,假如我们寻找一切现象的"意义",那是找不到的。因为,寻觅者到头来总会失掉勇气的。那样一来,虚无主义就是旷日持久、虚耗精力的意识,就是"徒劳的"苦痛,就是不安全感,就是缺乏休养生息、自慰的机会-自惭形秽,就是人们自欺过久一样...下述现象在以前也许是有意义的,对一切现象都使用最高道德标准和道德世界秩序;或者,增长人在交往中的爱与和谐;或者,靠拢普遍幸福状态;或者,甚至走向普遍虚无状态-目标无论如何总还是意义。 所有这些观念的共性就是,通过过程本身实现一种目标。-然而,现在人们明白了,通过生成达不到任何目的,实现不了任何目标...这样一来,对于生成的所谓目的的失望,就成了虚无主义的原因。总而言之,就特定目的而言是如此;就迄今一切目的假说而言,情况也是如此,因为假说与整个"发展"有关(-人不再是合作者,更不是生成的中心)。 其次,一旦人们确立了一切现象和现象总体性,体系化乃至组织化,就会出现作为心理学状态的虚无主义,以致那渴望荣宠的灵魂就沉缅于最高统治和管理形式的整个观念之中了(-假如那是一位逻辑学家的灵魂,那么绝对的逻辑性和现实辩证法就愿意同一切人达成谅解...)。 这就是统一性即一切"一元论"的形式。 由于这种信念的结果,人就深深地陷入这样的感觉之中了,即认为人是同高踞于人之上的整体相连的,并且是依赖于这个整体的,它就是神性的标准... "普遍的幸福,要求牺牲个人的幸福" ...但是,请看! 这种普遍的东西根本没有! 人们从根本上失去了对自身价值的信仰,假如不是这种无限宝贵的整体通过人起了作用的话。 因为,人构想这种整体是为了能够信仰自身的价值的缘故。 作为心理学状态的虚无主义尚不具备第三个形式和最后的形式。以上两点认识告诉人们,靠生成是达不到任何目的的,而且一切生成都没有广泛的、可容个别人藏身的统一性,就像最高价值中的情形一样。 于是,剩下来的就是谴责整个世界都是假的,并构想出一个位于此世彼岸的世界为真实世界的替身,然而,一旦人们明白了,臆造这个世界仅仅是为了心理上的需要,明白了人根本不应这样做的时候,就形成了虚无主义的最后形式。这种形式本身含有对形而上学世界的非信仰,-它摒弃了对真实世界的信仰。 假如人们站在这个立场上,那么就会承认,生成这种现实性乃是唯一的实在性。人们摒弃了通向内部世界和虚伪神性的一切秘密途径,但人们是不会忍受这个世界的,虽然人们并不想否认它。 -到底发生了什么事?当人们明白了,既不该用"目的"概念,也不该用"统一性"、"真理"概念来解释生命总特征时,就产生了无价值性的感觉。 因为利用上述概念达不到任何目的,实现不了任何愿望;现象众多,但并不存在广泛的统一性。因为,生命的特征不是"真实",而是"虚假"...人们根本没有理由相信"真实的"世界...简言之:我们拿来赋予世界价值的范畴,如"目的"、"统一性"等等,现在又通过我们之手抛弃了-于是,世界呈现无价值的外观... 假设,我们认识到了不该使用上述三个范畴来阐明世界的原因,假如按照这种认识,世界开始叫我们感到无价值了,那么我们就不得不问一句:我们对上述三范畴的信仰从何而来,-我们是否试图找到使它们脱离信仰的可能! 假如我们使三范畴贬了值,那么它们对宇宙无用性的证明就不成其为使宇宙贬值的理由了。 -结论:对理性范畴的信仰乃是虚无主义的原因。-我用来衡量世界价值的那些范畴,乃是同纯虚构的世界有联系的。 -推论的结果:我们迄今试图赖以使我们能够开始估价世界和最终造成世界贬值的一切价值,当它们显得不适用时-用心理学的话来说-就都是以保存和提高人的统治产物为目的的功利性观点的结果。 因为,这些价值只是表面上投射到事物的本质上罢了。把自身设定为事物的意义和价值的标准:这始终就是人的十足幼稚性的表现。 人活着本该为最高价值效力,尤其是在这些价值支配起人来困难重重、费用浩大之时。-人们拥有社会的这些价值,目的在于制造价值的声势,仿佛这些价值真是上帝的旨意一般,真就是君临众生之上的"现实性"、"真实的"世界、希望和未来世界一般。现在,当价值的来龙去脉业已澄清之际,宇宙在我们眼里也就失去了价值,变成了"无意义的"了,-不过,这只是一种过渡状态罢了。 哲学虚无主义者坚信,一切现象都是无意义的和徒劳无益的;然而无意义的和徒劳的存在本不该有。 它是由哪儿来的呢?人们又是怎么知道这种"意义"和标准的呢?虚无主义在本质上都认为,枯燥无益的存在远景会使哲学家反感、无聊、绝望。这种见解同我们具有的哲学家的敏感是矛盾的。这是那荒唐的估价造成的。因为,生命的性格定会使哲学家开心,假如它有生存权的话... 不难理解,开心和痛苦,在现象内部只能具有手段的意义。因为剩下的问题就是,我们是否真能见到"意义"和"目的",无意义性或者其对立面的问题对我们来说是否是不可理解的。-一切贬值的价值。-我的要求是,既然人们从概念上取消了行为的行为者,并且借此架空了行为,那就要再把行为者请回行为才是。我要求,既然人们从行为中取消了目的,并且借此架空了行为,那就要把"目的"即干某事的"意图"重新请回才是。 一切"目的"、"目标"、"意义"都不过是与一切现象同时发生的意志的表现方式和变态,也就是权力意志的表现方式和变态。拥有目的、目标、企图,拥有全部的意愿,都与要强壮的意愿即增长的意愿差不多-此外,还有取得手段的意愿。 因此,行为和意愿中的一切最普遍和最低级的本能,始终是最不为人知和最隐蔽的本能,因为我们就是准则... 一切估价都只不过是为这种意志服务的结果和更加狭隘的眼光。因为,估价本身就是这种权力意志。 从这种价值中任何一个价值出发对存在的批判,都是荒谬和误解。 假如这方面出现了衰退过程,那么该过程仍旧服务于这一意志。 请评判一下存在本身吧!不过,评判本身仍然是这种存在!-因为我们作了否定,我们就是始终装作我们本来的面目。 一个有机体内部产生的现象无穷无尽,我们意识到的那一部分纯系手段。 因为,其余的总体会以一种过激的方式证明某些"道德"、"无私"和类似的虚构乃是欺骗。 要以完全的非道德的观点出发去研究我们的有机体,这样做是有益的... 从原则上说,兽性功能比一切美好的状态和意识要高出千百倍。因为,后者一旦不成其为兽性功能的手段,就变成了多余。整个有意义的生命,包括灵魂、心灵、善、道德的精神在内。它们到底为谁服务呢?-服务于尽可能完美的兽性基本功能的手段(营养手段、提高手段),主要是提高生命的手段毋宁说,原因首先在于被称之为"肉体"和"肉"的东西上面。 因为,别的都是小小的附属品。 继续编织生命的整个链条,这就是使命,要使这条链条日趋牢固有力-这就是使命。 但是,请看!心灵、灵魂、道德、精神却在密谋背离这原则的使命,仿佛它们就是目的似的! ...生命的蜕化大体是意识的特殊造假能力决定的。因为,至少生命是本能决定的,所以生命受害为时最长、后果严重。 按照意识快乐或不快乐的感觉来衡量生命是有价值、还是无价值。你还能想出比这更出色的对虚荣心的滥用吗?这的确只是一种手段:-同理,舒适感和非舒适感也只不过是手段! 那么,价值依照什么标准来衡量自身呢? 仅仅依照提高了的和组织好了的权力的份额多少。 各按一个力寻到的对抗力(力的目的是要制服对抗力)的情形,由此引起的失败和厄运的标准也必然提高。因为,只要一个力失去了对抗力,任何行动都必然成为痛苦的一部分。 痛苦只起刺激生命的作用,并且使权力意志得到强化! "价值"观行不通的地方:-在认为人类劳动总过程得不到重视的地方,因为根本没有总过程这一说(总过程被认为是体系);在认为没有小的"总体"的地方;在认为人的生命的一切贬值、目的的一切贬值都不可能出现的地方(因为那是针对某种根本不存在的东西而言的);在认为"意识的增殖"不是目的,目的乃是提高权力的地方。因为,意识的功利性乃是权力提高的结果;对待快乐与痛苦的态度也是如此。 在认为人们得不到制造最高价值标准的手段的地方(也就是说,假如意识本身仅仅是手段,人们就达不到像快乐、痛苦那样的意识状态-);在认为世界根本不是有机体,而是一团混乱的地方,也就是认为"精神性"的发展只不过是达到组织形成相对稳定期的手段的地方;在认为,就存在的总体而言,一切"合意性"都无任何意义的地方。 "痛苦"和"快乐"乃是可以想见的、最愚蠢的判断表现方式。 这当然不是说,由于苦乐而躁动不安的判断都一定是愚蠢的。排除一切论证和逻辑性,把肯定与否定简化为热切的拥有、或排斥意愿,这乃是命令式的简略,不过,它们的功利性是无可否认的,这指的是快乐和痛苦。它们起源于智慧的中部;它们的前提乃是无限加速的知觉、规划、协调、补充、推论。快乐和痛苦始终是推论现象,而非"原因"。 确定据说是激起痛苦和快乐的现象,这取决于权力的程度。 也就是,遇到危险,需要进行迅即防卫的微量权力的程度,这种权力在意识到更大的权力充盈时,可以拥有作为结果出现的快感刺激,也就是快乐感。 一切快乐感和痛苦感就已经把总功利性、总有害性的权衡当作前提了。也就是一种范围,在那里,出现了目的(状态)的意愿和相应的手段的选择。 快乐和痛苦永远不可能成为"最初的事实"。 快乐感和痛苦感乃是意志的反动(欲望),智慧的中心通过这种反动把某此已出现的变化价值确定为总价值,同时当成反的作用的先导。 谈谈"生成"的价值。-假如世界的运动真有目的,那么想必是可以达到的。 但唯一的基本事实告诉我们,这个运动根本没有目的。而任何使这种目的成为必然的哲学和科学假说(譬如,机械论)都在这一基本事实面前裁了跟头。 我试图寻求一种使这一事实合理化的世界方案。 生成,应予澄清,不可绕开这种最终的意图。 因为,生成要理直气壮,每时每刻无所不在(或者说,它不会贬值,因为一切现象都可归结为一点);为将来某事着想,而为现今的事物辩解,这是不允许的;或者,为了今天的事物,而为过去的辩解,也是不允许的。 "必然性"不是专擅统治的总权力,也不是第一推动力;更不是出于制约有价值之物的需要而说的必然。 为此,就要否定生成的总意识即"上帝",以免使现象受到同感共知而毫无欲望的人的观点的影响。因为,"上帝"是无用的,假如他无所企求的话;另一方面,这也就设定了对快乐和非逻辑的概括,也许会贬低"生成"的总价值。幸而没有这样一种要求概括的权力(-一位受苦受难、高瞻远瞩的上帝即"总意识"和"宇宙精神",也许是对存在提出的最大的责难)。 更确切地说,人们根本不应允许有任何存在物在场-因为,有了存在物,生成就失去了价值,并且马上成了无意义和多余。 因此,我们要问:存在物的幻想是怎么产生的;同理:以假说(即有存在物)为基础的一切价值判断都是无效的。 不过,人们就此认识到这种存在物假说乃是一切谤世说的来源(-"更善良的世界","真实的世界","彼岸的世界","自在之物")。 1.生成,没有目的;生成,渗入"存在"。 2.生成,没有存在状态;存在的世界或许是假像。 3.生成,任何时候都是等值的。因为,生成的总额恒定不变;换句话说:生成根本无价值,原因在于无法衡量,在于缺少与"价值"一词的意义有关的内容。 世界的总价值不会贬值,所以,哲学上的悲观主义属于宇宙事物。 "价值"观,就生成内部生命相对期限的综合产物而言,也就是保存和提高的条件。 没有永久的、最终的统一性,没有原子,没有单子。因为,这里的"存在物"乃是我们(出于实际的、有益的、远景式的原因)植入的。 "统治的产物":统治的范围不断增大,或根据环境的好坏(营养-)而周期性的升降。 "价值",从本质上说,也就是这种统治中心升降观(总而言之,"数量众多";不过,生成的自然界根本就没有什么"统一性")。 "生成"用不着语言这种表达手段。 因为,它属于我们的不可取代的保存之需,也就是始终设定一个更加粗糙的"滞留物"、"物"等的世界之需。 我们可以相对地谈到原子和单子。 的确,最小的世界,从期限来说则是无限长久的世界...没有意志,因为有个关于意志经常增减或失去权力的临时协议。 "就总量来说,痛苦的总量超过了快乐的总量。 因此,世界的非存在超过世界的存在" -"世界是非理性的东西,因为它对感觉的主体造成的痛苦多于快乐" -同样的空话,它今天自称悲观主义! 快乐和痛苦是次要的,不是原因;它们乃是二流的价值判判,主要派生自统治价值-以感觉的形式来表现"利害关系",因而是短暂的和附带的。 因为,在任何"利害关系" 那里都要问上几百次为什么。 我看不起这种敏感的悲观主义,因为,它是生命贫乏的深刻表现。 不认识自身:理想主义者的明智所在。 理想主义者:因为,这是有理由对自身暧昧的人,他明智到足以对己采取暧昧的态度。 基督教毁灭了像巴斯噶这样的人,人们可不要轻易就原谅它干的这桩蠢事。 人们绝不可放松对它的斗争,因为它蓄意毁灭了这个最坚强和最高贵的灵魂。 从根本上说,我说的非道德论者这个词有两个否定。 一方面,我否定以往称之为最高尚的人,即好人、善人、慈悲人;另一方面,我否定那种作为自在的、流行的、普遍认可的道德-颓废的道德,更确切地说,基督教道德。可以认为上述第二点更具有决定性的意义。 我们所知的不同,我们在各方面已变得更谦逊。 我们不再把人当作由"精神"或"神性"而来的;我们重新把他放回到动物之列。我们把他视为最强的动物,因为他最狡猾,他的精神性就是由此而产生的。 在另一方面,我们也反对这里重将抬头的自负心-似乎人是动物进化中最重要的隐秘目标。人根本不是最高的创造品;任何生物都与它并驾齐驱。 这甚至还是抬高了人类;相对地说,人是一切动物中最拙劣的东西,最衰弱的东西,没有一种动物更比人危险地失去它的本能。 但是也就是因为这个缘故,他当然是最令人发生兴趣的一种动物。 至于其他各种动物,笛卡儿是第一个带着可嘉的勇气而大胆地认为是机械的动物;我们整个生理学就是努力去证明这个主张。 而我们一向不像笛卡儿一样的把人除外;今天我们对于人的知识恰好到达了以机械观点去了解他的程度。 以往,人被更高一层次的存在赋予一种"自由意志" 以作为他的天赋;今天我们完全把他的意志除掉了,我们的意思是说,我们不再把意志视为一种心能。 "意志"这个老词现在只用来表示一种结果,一种个体的反应,这种反应是必然随着很多一方面矛盾一方面又和谐的刺激而来;意志不再"动作"或"活动"了。 以往,对于人之较高的起源,人之神性的证明,是在他的意识,他的"精神"中发现的。要成为完美的,人就要像乌龟一样的收回他的感官,停止与世间事务的一切接触,脱去他的人类性的外衣;然后他的本质就会是"纯粹精神"。 这里我又重新思考了:意识的发展,"精神"对我们而言,就是有机体相对不完美的象征;它意味着尝试、摸索、盲进-一种耗尽不必消耗的精力之努力。我们否认这种说法即认为任何事物如果是有意识地做成的,它就能够做得完美。 "纯粹精神"就是纯粹愚钝!如果我们除去神经系统和各种感官-即"人类性的外衣"-那么,我们全就错估了-如此而已! 在基督教中,道德宗教与真实,可以说一点接触都没有。 除了想象的原因("上帝"、"灵魂"、"自我"、"精神"、"自由意志"-因此也包括"不自由意志")以外,什么都没有,除了想象的结果("罪恶"、"赎罪"、"神恩"、"惩罚"、"赦罪")以外,也是什么都没有。 想象物("上帝"、"魔鬼"、"灵魂")之间的接触;一种想象的自然科学(以人类为中心的;没有任何自然原因的踪迹);一种想象的心理学(除了自我误解,除了借助宗教道德特质的象征语言如"悔改"、"良心的痛苦"、"魔鬼的诱惑"、"上帝的显现"等以解释那些适意的或不适意的一般感情-如对于交感神经系统一些状况的解释-以外,一无所有);一种想象的目的论("上帝之国"、"最后审判"、"永恒生命")。 这个纯粹虚构的世界是远逊于梦幻世界的,因为后者反映现实,而前者曲改现实,剥夺现实的价值且否定现实。一旦"自然" 的概念被捏造为"上帝"的对立者,则"自然的"就必须变为"不可宽恕的"的同义语;这整个的虚构世界根源于对自然的事物(对现实)之憎恶;这是看到"现实"而产生的深刻困恼之表现。 但是,这解释了一切事物。 只有谁才有充分理由脱离现实呢? 只有在现实中感受苦痛的人才有。 但是,在现实中感受苦痛也是现实的一部分,只不过是陷于悲境而已。 不愉快的情感之分量重过愉快的情感之分量,是这个虚构的道德和宗教的原因;但这种偏重提供了颓废的公式。


卵巢癌是常见的严重威胁妇女健康的恶性肿瘤。在女性生殖道恶性肿瘤中,卵巢癌的发病率仅次于宫颈癌和子宫体癌。卵巢癌可发 生于任何年龄的妇女,一般多见于更年期和绝经期妇女。 卵巢癌的病因尚不十分明确,其发病可能与年龄、生育、血型、精神因素及环境等有关。女性进入40岁以后,卵巢上皮癌的发病率 迅速增加,高峰年龄在50岁到60岁,70岁以后会逐渐下降;而生殖细胞肿瘤则多见于20岁以前的年轻女性,独身或未生育的妇女得这种 卵巢癌的几率较高。有研究发现,a型血者患卵巢癌的几率要高于o型血者。 精神因素对卵巢癌的发生发展有一定的影响。性格急躁,长期受到精神刺激会导致免疫监视系统受损,对肿瘤的生长有促进作用。 卵巢对香烟也很敏感,每天吸烟20支的妇女,其闭经时间容易提前,卵巢癌的发病率也增高。经常接触滑石粉、石棉的女性患卵巢癌的 几率也较高。此外,卵巢癌的发生还与遗传联系紧密。 卵巢深藏于盆腔内,只有当肿瘤长到足够大或侵犯其他脏器时才会出现明显症状,而此时病情多已发展到晚期。卵巢癌不易被早期 发现,治疗后容易复发,故被专家们视为"最麻烦的恶性肿瘤"。因此,有上述特点及家族史的妇女是卵巢癌的高危人群,要特别注意 定期进行妇科检查、血液ca-125化验、彩色阴超检查等,以尽早发现卵巢癌变。 最好是加强补硒,有研究表明,硒能增高癌细胞中环腺苷酸(camp)的水平,形成抑制癌细胞分裂和增殖的内环境,起到抑制肿瘤细胞 dna、rna及蛋白质合成,使肿瘤细胞在活体内增值力减弱、控制肿瘤细胞的生长分化的作用,从而抑杀癌细胞,降低人体患癌的风险。 硒分有机硒和无机硒,有机硒较为适合人体需求,而目前市场上的有机硒又分为麦芽硒,酵母硒,纳米硒等,其中以麦芽硒的吸收 最高,转化最好,在抑制防癌方面的相比于其他的硒要多出30多倍,是目前硒发展的最高阶段。因此大家补硒的时候要认准是补充麦芽 硒的,具体的口碑较好的产品,如硒维康口嚼片等,15年专门补硒生物制剂,比较值得肯定。 此外,女性在日常生活中出现的一些症状也不容忽视。如恶心、胃部不适、食欲不振、消化不良等,多数患者都会把它们当作胃炎 等消化系统疾病的症状,从而延误治疗。因此,胃部经常出现不适症状的女性,也要查查卵巢。对于常见的卵巢病变,如卵巢囊肿,不 要轻易认为是良性病变,应当及时治疗。出现腹部增大、腹部隆起、月经紊乱及阴道不规则流血时,更要及时进行检查。


改革开放40年来,中国经济发生了天翻地覆的变化。 随着金融资管行业的蝶变,中国家庭资产的配置也在不断变迁。 伴随中国经济过去四十年的快速发展,国内居民家庭财富得以不断累积,他们的资产配置也随着大类资产轮涨而不断变迁:从存款为王到买基金、银行理财、宝宝类理财,买债券、保险、外汇,炒期货、股票,再到楼市... 似乎从2014年金融机构新增存款出现下降开始,较低风险的债券、保险以及股票、期货和外汇等"风险性金融资产"被更多的人所熟知, 居民家庭资产配置进入多元化配置时代。 同时,居民的理财需求也促进了国内各类资产管理的蓬勃发展,当前资管领域的市场规模和格局如何,在过去三十年经历了怎样的蝶变? 银行理财迎重塑 人民币银行理财产品走入大众视野是在2004年,彼时光大银行推出第一支人民币理财产品。自此以来14年间,商业银行理财业务规模经历了高速增长,产品资金余额从2007年末的0.53万亿元扩张到2017年末的29.54万亿元。 理财产品推出伊始,理财收益略高于储蓄存款利率,各家银行根据不同规模、不同期限的资金,设置不同的预期收益率。 除了在收益端的刚性兑付,在资金端的投入,理财资金也从债券、票据等收益率稳定的资产向非标准化资产、资金池等方式转变,成为类信贷的"影子银行"。银行理财产品的收益也越来越高,2008年前后时间,理财产品平均收益率都在5%以上。此间监管连续发文,银监会在2010年前后连发十个文件规范,业内统称银信合作"十道金文"。而为应对监管,银行也采取了相应的应对办法。 在2016年底,全行业理财规模创出了30万亿元的新高,一年半时间内增长10万亿元。新的一轮监管自此开始,资管新规明确提出"非保本"、"净值化"、"破刚兑",对包括银行理财产品在内的资管产品提出了严格的要求,倒逼进行转型。 2018年9月28日,银保监会正式下发了《商业银行理财业务监督管理办法》,在理财业务仍由银行内设部门开展的情况下,放开公募理财产品不能投资与股票相关公募基金的限制,公募理财可投资公募基金入市,22万亿银行理财迎"第二春"。 信托转向主动管理 自1979年10月中国国际信托投资公司成立,我国信托业发展已近40年。截至2017年末,中国信托业的资产管理规模达到26.25万亿,规模次于银行理财,在整个资产管理行业中排第二位。 信托业的发展以2007年为界分为前后两个阶段:第一阶段是早期发展阶段(1979-2007),乱象丛生,多次整顿;1979年中国国际信托投资公司成立后,全国兴起了信托热,但是随之而来的行业无序发展和恶性竞争,经历过监管部门对信托业的六次大规模的清理整顿后,信托公司业务发展逐步规范信托公司数量稳定在60家左右。 第二阶段为规范发展阶段(2007-至今),尽管依然存在许多问题,但是 信托行业整体的监管框架已经搭建完成,不断向着专业化和规范化迈进。 但在近两年,随着金融监管方向生变,信托业发展也发生了变化。 信托业资产管理规模两年内首次出现负增长。数据显示,截至2018年1季度末,信托业资产规模为25.61万亿,较上季度末下降6400亿,降幅2.41%,为近两年来首次负增长。 目前, 信托行业正从偏通道业务、依赖融资发展向主动资产管理转变,其中的探索领域之一便是家族信托。 截至2017年末,有近30家信托公司开展家族信托业务,存量规模合计超500亿元,存量产品数近3000单。不过总体来看, 目前家族信托发展仍处于初级阶段,纳入家族信托的资产类型以现金为主业,功能上以实现财富传承及增长为主。 基金崛起 回顾历史,90年代我国居民财富管理主要靠高利率的存款,2000年后转向房地产,随后金融资产逐渐成为新的选择,而 作为股票市场的间接参与方式,公募基金是最早走进大众视野的。 2007年以前,公募基金亦是资产管理行业的主要形式,产品类型以股票型基金和偏股混合型基金为主。2000年以前,公募产品以封闭式基金为主;到了2001年,首只开放式基金成立,行业开始步入黄金发展期,在2005-2007年迎来a股的一波大牛市,股票型基金规模迅速扩张,从2005年底的500亿上升至亿,大幅反超混合类基金。 随后受a股市场表现低迷影响,2008-2013年,股票型和混合型基金资产大幅萎缩,而债券型和货币基金配臵需求上升,产品数量保持高速增长。随着互联网宝宝类基金在2014-2017年迅猛发展,货币基金在推动基金规模大幅增长,2014年底和2015年上半年牛市吸引了不少资金,与此同时银行、保险等金融机构对债券类和货币类基金等中低风险产品的配置需求大幅上升。 截至2017年年底,股票型基金与偏股混合型基金规模之和约为2.59万亿,占基金行业总体规模比为79.29%。开放式公募基金的规模从2002年的400多亿上升至2017年底的11万多亿,16年增长了近300倍。 而在公募基金行业发展的同时,私募基金行业也在暗暗发力。 起初是部分证券公司和个人开始利用股票一级和二级市场的价差拉拢大户投资一级市场认购新股获利,私募证券基金逐渐成形。随着证券市场的发展以及财富效应的显现,一些证券公司工作人员和民间炒股高手通过设立工作室、投资咨询公司等方式,接受客户委托从事二级市场股票投资。 自2004年2月,深圳国际信托投资公司发行"深国投-赤子之心(中国)集合资金信托计划"起,私募证券基金开始走向阳光化、规范化。2006年之后,随着股权分置改革的推进和股市牛市的到来,以信托方式发行阳光私募基金得到了快速的发展,规模迅速扩大,也吸引了一批优秀的公募基金经理纷纷转投私募,开启了几波"公奔私"的大潮。 截至 2018年8月底,中国证券投资基金业协会已登记私募基金管理人家,较上月存量机构增加98家;管理基金规模12.80万亿元。私募基金管理人员工总人数24.60万人。 私募基金管理人登记月度趋势情况 私募作为一种重要的财富增长的方式,在资产配置中扮演越来越重要的角色。未来,私募基金市场仍然具有巨大的增长潜力。 虽然中国的私募基金和海外的私募基金相比规模还有一定差距,但在一片利好的经济形势下,有三种力量推动中国私募基金在全球的崛起: 中国投资市场对海外的开放程度不断地提高,随着股市和债市开放的政策的出台,以及中国市场被纳入国际上的重要指数,将带来海外对人民币的强烈需求,中国股票市场的吸引力对海外投资者来说越来越强。 到2020年,我国财富管理规模将达174万亿元。目前,中国私人部门对外净投资仍然维持在负值水平,可以预见,未来中国私人部门资产出海做资产配置的空间很大。 中国央行货币政策的变化不仅直接影响中国金融、实体经济经济体,还对全球金融及经济产生重要影响,这一点在今年尤其明显。红线是央行的规模,是各国央行规模里面量最大的。 我国经济快速发展,高净值客户群及资产规模巨大,并快速增长。随着房地产投资属性的下降、资本市场的不断发展、资产管理咨询服务经验的累积, 中国高净值人群投资方向发生变化,投资需求愈加强烈,私募成为他们的重要选择之一,私募基金持续走强也将成为必然。 注:文章内容源自经济观察报 免责声明 市场有风险,投资需谨慎。本文所载的信息、材料及结论只提供特定客户作参考,不构成投资建议,也没有考虑到个别客户特殊的投资目标、财务状况或需要。客户应考虑本文中的任何意见或建议是否符合其特定状况。在任何情况下,本公司不对任何人因使用本文中的任何内容所引致的任何损失负任何责任。


急性焦虑症与心脏病有什么区别?对于急性焦虑症这一疾病,很多人大概不是很了解。的确,急性焦虑症在我们的日常生活中并不常见。其实,由于急性焦虑症的临床症状与心脏病十分相似,经常会被误诊为心脏病。因此,正确地将该病与心脏病区别开来是十分重要的。那么,急性焦虑症与心脏病之间到底都有哪些不同呢? 一、急性焦虑症是功能性疾病。急性焦虑症,又称惊恐发作,它有突如其来和反复出现的莫名恐慌和忧郁不安的特点,每次发作持续几分钟到数十分钟。该病发作时,患者突然觉得心慌、气急、窒息感,有人感觉就要死了,有人感觉这关过不去就会疯了,一时间浑身出汗、四肢无力甚至动弹不得,其实都未必会死或疯掉。 和心血管科巨额检查费相比,治疗急性焦虑症相当便宜。对一般急性焦虑症来说,当惊恐发作时,一粒几分钱的安定就能缓解症状。从这点来看,误诊漏诊的经济损失非常之大。不单如此,还有可能因治疗不及时延误病情。 很多焦虑症病人常常在惊恐发作时出现严重的机体反应,如恶心、呕吐、心悸、昏厥等等。如果到心脏内科就诊,按照心脏病来治疗则往往丧失治疗良机,而拖延成慢性焦虑症。慢性焦虑症的主要表现为常有恐惧性的预感,容易忐忑不安,不论遇到什么事情病人总往最坏的结局设想,并且多伴有心悸、胸闷、憋气、肠道不适等植物神经功能紊乱的症状。 抑郁症是神经病吗 长期失眠的症状有哪些? 二、治疗急性焦虑症从消除顾虑开始。据专家介绍,焦虑症是功能性疾病而非器质性疾病,认识了病症的原因,消除顾虑是完全能够治愈的。一般以制剂治疗和心理治疗为主,辅之以一定的行为治疗,如音乐疗法,让患者漂浮在特制的浴缸中,舒缓全身的压力或者是以温柔轻快的音乐来释放紧张的情绪,说白了焦虑症状就是因为压力而来,适当的运动和积极情趣的开发都能让压力消除。 其实,就目前的经验来看,由于误诊而出现的治疗效果不佳等情况十分普遍,故而为了避免这类情况的发生,我们需要对各个疾病的症状特点和不同之处具有一定的了解。那么,有关急性焦虑症的内容就暂且介绍到这里,如果您还想知道更多,请点击详询本站的在线专家。


-羊岩茶场在创业创新中科学发展 【概况】 羊岩茶场自创建以来,立足自身实际,始终坚持创业创新,走出了一条科学发展之路,现拥有机械化加工厂房5000多平方米,固定资产950万元,流动资产2200万元,成为浙江省示范性茶厂、农业部茶叶质检中心无公害放心茶基地。羊岩山牌茶叶系国家原产地保护标记产品,先后获得"省级名牌"等荣誉称号70余项。今年,茶场产羊岩勾青名优茶100多吨,实现产值5000多万元。 【实践】 艰苦创业,将荒山变成聚宝盆 5000多平方米的机械化加工厂房、9公里的园区内简易公路、融休闲娱乐于一体的休闲广场...在海拔780米的山区,见到这样花园式的现代化茶厂,不禁让人大为惊叹。但在30多年前,这里还是一座荒山,是勤劳的羊岩人根据自身实际,敢于解放思想,大胆创业,将它变成了一个聚宝盆。 创建初期,没有任何政府资金支持,场长朱立华挑选了30多名身强力壮的汉子,组成先锋队,开始了开山辟地的艰苦岁月。种树、种生姜、养羊...经过多种试验,他们发现,羊岩山上最适宜发展的还是茶叶。 发展方向找到了,一行人就开始甩开膀子大干。无论是冰天雪地,还是酷暑三伏,白天,他们用铁镐开山、搬石、运土、造梯田、种茶苗;夜晚,他们借着月光,打着手电,背驮肩挑,徒步五六公里山道、2700多石阶,将水泥、砖瓦、肥料等物资运到山上。 历时三年,羊岩山被改造成整齐的梯田,首期开发茶园34亩。从上世纪80年代到世纪末,羊岩茶场上了三大台阶,经济效益连年刷新,产值从1980年的2.73万元升到1990年79万元,2009年又上升到5000万元。 如今,为适应现代科技示范茶场建设的需要,茶场又先后投入560万元,开通了8公里的盘山水泥公路,修建了9公里的园区内公路,兴建了办公楼和厂房...一时间,一个花园式的现代化茶厂已经屹立眼前。 百折不挠,把创新当作立命之本 金融危机下,羊岩茶叶似乎并未遭遇"寒流",羊岩茶叶已经成功走进山东、上海等大中型企业和单位,成为他们的指定产品。早在4月上旬,茶场的高、中档茶叶早已销售一空,产品还供不应求。 有这样的市场,那是因为羊岩人也曾遭遇市场危机,但他们大胆地走上了创新之路,并一直将创新当作立命之本。 早在上个世纪80年代初期,茶场初具规模,但产品多是"大路货",销路日趋狭窄,待到1983年时,茶叶销售出现大滑坡,"卖茶难"的呼声不断困扰着种茶人。 第二年,"羊岩蟠毫"名茶诞生,这给茶场带来了新的希望,但如何让它顺利进入市场?当时正值各地兴起了一股炒制名茶的热潮,但也有人质疑:机器炒的能比得上手工炒的茶? 茶场也想试着用机器炒制,可这是个技术活,需要一定的知识储备,需要熟练掌握茶机、炉灶的性能,茶场职工都为当地农民半路出家,怎么办? 1988年开始,不服输的"羊岩茶人"组织攻关小组进行了长达2年的技术攻关,经过188次的反复试验,研制出了具有羊岩特色的机制名茶-羊岩勾青。为了打响品牌,他们还查阅了大量国内优质茶叶生产资料,并结合羊岩茶叶特点,研制出了一系列全新的茶叶管理、采摘、炒制标准。 1997年,羊岩勾青终于获得省农博会参评资格,首获省一类机制名茶;紧接着,1999年,羊岩勾青获得了第18届国际产品博览会国际金奖。近年来,羊岩勾青又多次荣获浙江省、中国精品名茶博览会金奖和国际金奖,被省政府和中国国际农博会认定为名牌产品。 与时俱进,创新的脚步始终不停 校企合作,培养属于自己的人才;开办茶文化公园,由卖茶转向"卖文化";率先自主开发茶叶新品系,享受独有的"所有权"。时代在进步,羊岩人创新的脚步也未曾停歇。 为此,中茶所、农业部茶叶质检中心和浙江大学的领导和专家们被请到羊岩茶场,对茶场职工进行面对面的技术指导和科技培训。近年来,全场34名职工,被评定为农民高级技师的有8人,中级的有12人;23名职工获茶叶初制工职业证书,3名获中级评茶员证书。今年,茶场与浙江大学生物与技术学院合作,成立羊岩山茶叶研究中心,更是为茶产业的长足发展蓄积了深厚的创新力量。 同时,茶场根据自身的茶树品种资源结构,一鼓作气,花了近10年时间,精心培育的"鹅黄"更是广受追捧。据了解,这是我国目前所有绿茶品系中氨基酸含量最高的品种,开创了国内茶场自主开发茶叶新品系的先例。今年,"鹅黄"上市,每公斤价格高达1.16万元,成为茶场新的经济增长点。 此外,茶场围绕"羊岩·养眼·养颜"的建设理念,充分挖掘茶文化、佛道文化和生态文化的内涵,修复、修建旅游景点和设施。目前,已投资千万元完成羊岩山茶文化园的羊岩茶道、羊岩之巅、茶乐园、茶生态园等四大景区和数十个景点建设,旨在把整个茶场变成一个国内首个集茶园生态观光、茶文化展示、品茗休闲、青少年科普教育和茶叶加工工业旅游为一体,以体验式为特点的综合性茶文化主题公园,使茶场实现从卖茶向"卖文化"的转变。 【启示】 羊岩茶场从开辟荒山到产值5000万元的农业龙头企业,从"卖茶难"到"买茶卖"的发展史,告诉我们创业创新、科学发展是企业得以生存和发展的前提,是影响企业竞争力的决定性因素。创业离不开务实进取、持之以恒的愚公精神,创新离不开敢为人先、勇于探索的开拓精神。羊岩茶场充分发挥了愚公精神和开拓精神,立足自身谋发展,自主创新树品牌,依靠科技创名牌,成为浙江绿茶后起之秀,实现了企业的科学发展。 -- 茶叶知识:茶树特征特性 茶树属山茶科茶属。山茶科包括23个属,380个种。茶属有50余个种,茶树是其中之一。茶树在长期的自然选择和人工选育下,形成了许多不同的形态特征和固有特性。而人们要种好茶,首先必须认识茶,并按照茶树的生长发育特性,使其按着人们所需要的方面发展,以实现种茶的目的。 一株完整的茶树,由地上和地下两部分组成。地上部分裸露于空间,由茎、芽、叶、花、果组成;地下部分深入在土中,由色泽、粗细、长短不同的茶根组成,又称根系。连结地上部与地下部的交界处,称为根颈。但不管那种器官,都是茶树不可分割的一部分,它们之间,既有各自的形态和功能,又是不可分割的一部分,互相联系,相互作用。 根 茶树根系由主根、侧根和须根组成。主根、侧根分别呈棕灰色和棕红色,寿命长,起固定茶树的作用,并将须根从土壤中吸收的水份和矿质营养输送到地上部;同时,还能贮藏地上部合成的有机养分,以供生长需要。须根,又称吸收根,呈嫩白色,用来吸取土壤中的水分和矿质营养,也能合成部分有机物质。 茎 茶树的茎由树干和众多的枝条组成,其主要功能是将根部吸收来的水分和矿质养分送到芽叶;同时,将叶片中光合作用合成的有机物质输送到根部起贮藏作用。 茶树按茎部分枝习性的不同,可分为乔木型、小乔木型和灌木型三种。 芽 茶树的芽是枝、叶、花的原生体。位于枝条顶端的称顶芽,位于枝条叶腋间的称腋芽。顶芽和腋芽生长而成的新梢,是人们用来加工的原料,是最有利用价值的部位。 叶 叶是茶树重要的营养器官。茶树生长发育所需要的有机物质和能量,靠叶片进行光合作用合成;同时,它又是茶树进行蒸腾作用和呼吸作用的主要场所;另外,它也是人们采收的主要对象。 茶树叶片互生,边缘有锯齿,末端有短柄,面上有叶脉。茶树的叶脉多为8-12对,沿主脉分出支脉,脉至叶缘三分之二处向上弯曲,呈弧形与上方支脉相连,这是茶树的特征之一,也是茶树叶片与其他植物叶片的重要区别。 花 茶树大多数在10-11月普遍开花。茶树的花为两性花,开花较多,大多呈白色,少数也有淡黄或粉红色的。花的大小不一,大的直径5.0-5.5cm,小的直径2.0-2.5cm。 果 茶树的果为蒴果,大多为3--4室,也有1--2室的。每室1-2粒种子,每室1粒的呈球形,2粒的呈半球形。茶树种子成熟后,果皮裂开,种子脱落。种子呈黑褐色,少有光泽,富弹性,内部子叶饱满,这是种子生活力强的标志。