高磁導(dǎo)率錳鋅鐵氧體
磁性材料主要用于電子電路寬帶變壓器,綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(ISDN)、局域網(wǎng)(LAN)、寬域網(wǎng)(WAN)、背景照明等領(lǐng)域的脈沖變壓器,抗電磁波濾波器等領(lǐng)域。這些領(lǐng)域的磁心基本上是在弱場(chǎng)下工作,這時(shí)
磁性材料的高磁導(dǎo)率就會(huì)顯示出獨(dú)特的優(yōu)越性。軟磁鐵氧體
磁性材料廣泛應(yīng)用于各類電子產(chǎn)品中,例如:通信設(shè)備,家用電器,計(jì)算機(jī),汽車等。近年來(lái),電子產(chǎn)品向輕、薄、短、小方向的發(fā)展,對(duì)軟磁鐵氧體
磁性材料的性能提出了更高的要求,其中高磁導(dǎo)率錳鋅磁性材料是隨著市場(chǎng)發(fā)展變化最快,市場(chǎng)前景最好的磁性材料之一。
首先,磁性材料的磁導(dǎo)率較高時(shí),較少的線圈匝數(shù)就可以獲得需求的電感量,進(jìn)而有效地降低線圈的直流電阻及由其引起的損耗;其次,使用磁導(dǎo)率高的磁性材料能明顯減小變壓器的體積,有利于器件和系統(tǒng)的小型化、輕量化。這些特點(diǎn)順應(yīng)了電子產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì),目前其產(chǎn)量已占全部軟磁鐵氧體總產(chǎn)量的25%以上。隨著通信、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)等電子信息產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展,其市場(chǎng)需求以年均20%以上的速度高速增長(zhǎng)。因此,國(guó)內(nèi)外相關(guān)企業(yè)對(duì)高磁導(dǎo)率MnZn鐵氧體的研究都非常重視,研究成果不斷涌現(xiàn)。磁性材料研究進(jìn)展早期高導(dǎo)磁性材料的發(fā)展只是片面追求高磁導(dǎo)率和一定的居里溫度。然而,這種磁性材料在實(shí)際中的應(yīng)用十分有限,應(yīng)用市場(chǎng)大量的需求要求磁性材料不僅要具有高的初始磁導(dǎo)率,同時(shí)必須具有良好的溫度特性、頻率特性、低的損耗、高的阻抗和良好的疊加性能等。這就要求在提高磁導(dǎo)率的同時(shí),兼顧其他性能參數(shù),使磁性材料性能達(dá)到一個(gè)很好的平衡。
高磁導(dǎo)率領(lǐng)域的研究已經(jīng)從簡(jiǎn)單的追求高磁導(dǎo)率方面轉(zhuǎn)移到提高綜合性能上來(lái),這是當(dāng)前高磁導(dǎo)率鐵氧體的發(fā)展趨勢(shì),其市場(chǎng)需求具有以下一些顯著特征:
1.普遍的寬溫要求目前,市場(chǎng)需求對(duì)許多磁性材料性能都提出了寬溫的要求。1)磁導(dǎo)率具有寬溫特性?,F(xiàn)代通信設(shè)備的戶外設(shè)施,如中繼器、增音機(jī)、微波接力站、海底電纜、光纜水下設(shè)備等,不僅要求耐高溫,還要承受嚴(yán)寒,要求通信設(shè)備都能可靠穩(wěn)定地工作。因而很多客戶都要求磁性材料在-40~+80°C,甚至到125°C的寬溫范圍,電感都能滿足要求,這就要求磁性材料從低溫到高溫都具有很高的磁導(dǎo)率。TDK公司的H5C4,是這類磁性材料的典型代表。2)具有高居里點(diǎn)。這種磁性材料主要應(yīng)用在汽車電子中,由于汽車內(nèi)的特殊條件,要求工作溫度在-50~+150℃,一般高磁導(dǎo)率
磁性材料的居里溫度很難達(dá)到這么高,西門子公司為填補(bǔ)這塊空白,專門開(kāi)發(fā)了T39等磁性材料,居里溫度大于160℃。3)阻抗具有寬溫特性。對(duì)用于抗電磁干擾的器件共模扼流圈來(lái)說(shuō)最重要的一個(gè)元件指標(biāo)是阻抗,一些客戶要求磁性材料在很寬的溫度范圍內(nèi)阻抗都能夠滿足要求。上面提到的T39就是這方面的磁性材料之一。4)低諧波失真(THD)具有寬溫特性。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展,xDSL調(diào)制解調(diào)變壓器得到了廣泛的應(yīng)用。這類磁性材料的磁心要求具有低的THD。現(xiàn)在許多下游企業(yè)對(duì)磁心THD的要求,不再僅僅局限在常溫,往往要求磁性材料在-20℃,甚至更寬的溫度范圍內(nèi)的都能滿足要求。5)高直流疊加具有寬溫特性。TDK公司開(kāi)發(fā)出的在-40~+85℃的溫度區(qū)間具有良好疊加特性的DNW45磁性材料就是為了應(yīng)對(duì)這方面的市場(chǎng)需求。
2.低諧波失真(THD)要求近年來(lái),通信技術(shù)快速發(fā)展,xDSL(包含非對(duì)稱數(shù)字用戶線ADSL和對(duì)稱數(shù)字用戶線SDSL)技術(shù)得到廣泛引用。對(duì)用來(lái)實(shí)現(xiàn)隔離、阻抗匹配和高低通濾波功能的高磁導(dǎo)率鐵氧體磁心的需求量越來(lái)越大,同時(shí)對(duì)鐵氧體磁心提出了更高的要求。為了在信號(hào)傳輸過(guò)程中減小波形失真,減少傳輸錯(cuò)誤,延長(zhǎng)傳輸距離,要求變壓器具有低的總諧波失真??傊C波失真與磁心磁性材料的性能、磁心的幾何形狀和變壓器的設(shè)計(jì)直接相關(guān)。其中與磁心磁性材料性能相關(guān)的指標(biāo)是比磁滯損耗系數(shù)ηB,它表征鐵氧體磁性材料在一定磁通密度變化情況下的損耗特性。國(guó)內(nèi)外廠家都十分重視這一市場(chǎng),并積極應(yīng)對(duì),開(kāi)發(fā)出了各自相應(yīng)的低THD磁性材料。
3.直流疊加要求隨著局域網(wǎng)(LAN)大規(guī)模發(fā)展,100Mbps的傳輸速度成為主流,為了達(dá)到器件的小型化和薄型化,滿足直流偏置情況下電感的要求,需要大量具有良好疊加性能的鐵氧體磁心。在這方面TDK公司先開(kāi)發(fā)出了DN45磁性材料,μi=4500±25%,其使用溫度在0~70℃之間,與傳統(tǒng)的HP5磁性材料(5000±25%)相比,其直流疊加特性提高30%以上。隨后,隨著寬溫要求的提出,該公司又開(kāi)發(fā)出了能工作在-40~85℃的DNW45新磁性材料,其μi=4200±25%,與DN45相比,其直流疊加特性又提高23%。Steward公司也開(kāi)發(fā)出了類似的46磁性材料。
4.高阻抗要求電子技術(shù)的迅猛發(fā)展,使得電磁污染問(wèn)題日益突出。為了限制電磁干擾的危害,許多國(guó)家都對(duì)電子產(chǎn)品制定了電磁兼容標(biāo)準(zhǔn),要求電子設(shè)備本身抗電磁干擾要達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn),同時(shí)對(duì)周邊的電磁干擾必須限制在一定程度。這就需要大量的抗電磁干擾磁心,其最重要的元件指標(biāo)就是阻抗。德國(guó)EPCOS公司的新T38以及日本TDK公司HS52、 HS72、HS10等磁性材料主要針對(duì)的就是這一部分市場(chǎng)。
此外,越來(lái)越多的客戶還要求
磁性材料具有高的穩(wěn)定性,主要包括:1)應(yīng)力穩(wěn)定性,要求磁性材料在由于繞線,封裝,壓簧等使用過(guò)程產(chǎn)生應(yīng)力后電感的跌落要??;2)時(shí)間的穩(wěn)定性,要求磁性材料減落系數(shù)要??;3)溫度穩(wěn)定性,要求溫度系數(shù)、抗熱沖擊能力等滿足要求;4)磁場(chǎng)穩(wěn)定性,包括弱磁場(chǎng)下品質(zhì)因數(shù)Q值和比磁滯損耗系數(shù)ηB的穩(wěn)定性等。表1列出了當(dāng)前世界各大公司生產(chǎn)的高磁導(dǎo)率錳鋅磁性材料的典型類別和一些具有代表性的牌號(hào),其中:類型1)僅要求磁性材料具有高磁導(dǎo)率和一定的居里溫度。典型的代表是日本TDK公司的H5C5,其初始磁導(dǎo)率為30000±30%,為當(dāng)前國(guó)際行業(yè)中最高水平。此外還有德國(guó)EPCOS公司的T56,其初始磁導(dǎo)率為20000±30%;荷蘭Ferroxcube公司的3E8和3E9, 其初始磁導(dǎo)率分別為18000±20%和20000±20%。類型2) 要求磁性材料具有寬溫高磁導(dǎo)率特性。典型磁性材料為TDK公司的H5C4,其初始磁導(dǎo)率為12000±25%,-20℃時(shí),μi39000。此外還有FDK的2H15B, 其初始磁導(dǎo)率為10000±20%,在-40~85℃都具有較高的磁導(dǎo)率;類型3) 強(qiáng)調(diào)磁性材料具有寬頻特性。典型代表為Steward公司的40磁性材料,其10000的磁導(dǎo)率能夠保持到250kHz以上;類型4) 強(qiáng)調(diào)低諧波失真(THD),典型磁性材料為上文提到的TDK公司的DN40,DN70,臺(tái)灣越峰的A101,贏賽拉公司的10TB;類型5)強(qiáng)調(diào)磁性材料具有良好的疊加性能。典型磁性材料為上文提到的TDK公司的DN45;類型6) 要求磁性材料同時(shí)具有高磁導(dǎo)率和高Bs特性。典型磁性材料為TDK公司的DN50,其初始磁導(dǎo)率為5200±20%,Bs=550mT(25℃),380mT(100℃);類型7) 強(qiáng)調(diào)磁性材料的良好的疊加性能,并且能在很寬的溫度實(shí)現(xiàn)。典型磁性材料為上文提到的TDK公司的DNW45,Steward公司的46磁性材料;類型8) 強(qiáng)調(diào)溫度特性和高阻抗特性。典型磁性材料為上文提到的EPCOS公司的T39, 其居里溫度大于160℃,并且在從-40~150℃區(qū)間有良好的阻抗特性;類型9) 強(qiáng)調(diào)磁性材料同時(shí)具有寬頻特性和高阻抗特性。典型磁性材料牌號(hào)為TDK公司的HS52,HS72,HS10。類型10) 強(qiáng)調(diào)磁性材料同時(shí)具有寬頻特性、高阻抗特性和低諧波失真。典型代表為EPCOS公司的新T38,其初始磁導(dǎo)率為10000±30%,阻抗的峰值在700kHz以上,并且比磁滯損耗系數(shù)ηB<0.3′10-6/mT。類型11)要求
磁性材料同時(shí)具有寬頻特性、低損耗特性、低諧波失真和良好的溫度特性。這方面典型的磁性材料是EPCOS公司2003年推出的T66磁性材料,其初始磁導(dǎo)率為13000±30%,可以保持到100kHz, 10kHz的比損耗小于1x10-6,比磁滯損耗小于0.3x10-6/mT,并且在-40℃~+80℃間μ-T曲線具有很好的線性。所有類型磁性材料都是在各種特性之間進(jìn)行平衡,進(jìn)而突出其中的某些特點(diǎn)的結(jié)果。
隨著市場(chǎng)需求的變化,新的磁性材料還將不斷產(chǎn)生。產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)近年來(lái),西方發(fā)達(dá)國(guó)家的磁性材料工業(yè)紛紛向中國(guó)轉(zhuǎn)移。國(guó)外主要的高磁導(dǎo)率錳鋅磁性材料相關(guān)企業(yè),如日本的TDK、FDK、贏賽拉,歐洲的Ferroxcube、EPCOS等都紛紛在大陸投資,創(chuàng)立獨(dú)資或者合資公司,建立生產(chǎn)基地,產(chǎn)量逐年大幅度增長(zhǎng)。并且這種轉(zhuǎn)移還將繼續(xù)。這主要是由于我國(guó)具有:1)廉價(jià)的勞動(dòng)力;2)豐富的原材料資源;3)巨大的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。并且這些特點(diǎn)在今后很長(zhǎng)的一段時(shí)間仍將存在。這種轉(zhuǎn)移一方面增強(qiáng)了中國(guó)的磁性材料生產(chǎn)總量和產(chǎn)品的檔次,壯大了中國(guó)磁性材料工業(yè)隊(duì)伍,加速了中國(guó)成為世界磁性材料生產(chǎn)基地和銷售的市場(chǎng);另一方面使得中國(guó)磁性材料市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)更加劇烈。由于這些企業(yè)具有技術(shù)優(yōu)勢(shì),同時(shí)獲得了國(guó)內(nèi)廉價(jià)的勞動(dòng)力資源和原磁性材料資源,對(duì)國(guó)內(nèi)的企業(yè)造成十分大的壓力。
為迎接挑戰(zhàn),增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)能力,可以從以下幾個(gè)方面入手:1.進(jìn)一步壯大經(jīng)營(yíng)規(guī)模。中國(guó)磁性材料工業(yè)發(fā)展速度驚人,現(xiàn)在基本形成了自己的產(chǎn)業(yè)體系,同時(shí)出現(xiàn)了一批行業(yè)龍頭企業(yè)。高磁導(dǎo)率錳鋅鐵氧體相關(guān)企業(yè)天通股份和金瑞高科已經(jīng)上市,天通和東磁,產(chǎn)量上已經(jīng)排在世界前列。但是與國(guó)外大公司相比,經(jīng)營(yíng)規(guī)模仍然太小。例如2005財(cái)政年度中國(guó)最大的磁性材料生產(chǎn)企業(yè)年銷售額在25.2億;而廈門TDK公司銷售額就達(dá)到27.6億,日本TDK公司年凈銷售收入約61.48億美元(496.3億人民幣)。中國(guó)磁性材料企業(yè)只有進(jìn)一步壯大規(guī)模,強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合,優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),在搞好主營(yíng)業(yè)務(wù)的前提下,進(jìn)行多元化經(jīng)營(yíng),才能進(jìn)一步增強(qiáng)企業(yè)的抗風(fēng)險(xiǎn)能力。同時(shí),規(guī)模壯大,企業(yè)才更有實(shí)力進(jìn)行高端產(chǎn)品開(kāi)發(fā)投入,提高產(chǎn)品的利潤(rùn)率,增強(qiáng)其競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。行業(yè)的龍頭日本TDK公司2005財(cái)政年度用于研究開(kāi)發(fā)的經(jīng)費(fèi)達(dá)到了363億日元(25.5億人民幣),比我國(guó)最大的磁性材料生產(chǎn)企業(yè)的銷售額還要多。2.提升產(chǎn)品開(kāi)發(fā)能力,實(shí)施知識(shí)產(chǎn)權(quán)戰(zhàn)略過(guò)去,中國(guó)磁性材料行業(yè)基本上走的是低成本擴(kuò)張戰(zhàn)略,產(chǎn)品檔次主要是中低檔。如今,國(guó)外具有技術(shù)優(yōu)勢(shì)的企業(yè)進(jìn)入中國(guó),同樣獲得了廉價(jià)的勞動(dòng)力,我國(guó)企業(yè)的低成本優(yōu)勢(shì)將不再明顯,這導(dǎo)致國(guó)內(nèi)
磁性材料企業(yè)在競(jìng)爭(zhēng)中處于劣勢(shì),許多企業(yè)將被淘汰。在這種情況下,中國(guó)高磁導(dǎo)率錳鋅鐵氧體相關(guān)企業(yè)必須注重技術(shù)進(jìn)步,提升研發(fā)能力,使產(chǎn)品性能緊跟國(guó)際市場(chǎng),并發(fā)展出自己的獨(dú)特優(yōu)勢(shì),獲得專有的知識(shí)產(chǎn)權(quán),使其他企業(yè)無(wú)法替代,這樣才能在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗。在這種背景下,中國(guó)高磁導(dǎo)率錳鋅鐵氧體相關(guān)企業(yè)開(kāi)始重視技術(shù)進(jìn)步,加大技術(shù)投入。大型企業(yè)開(kāi)始自建研究所,注意人才的引進(jìn)、培養(yǎng)和使用,許多企業(yè)聘請(qǐng)了國(guó)內(nèi)、國(guó)外專家指導(dǎo)研究開(kāi)發(fā)和參與生產(chǎn)管理,并加強(qiáng)與大學(xué),科研院所的合作,行業(yè)技術(shù)水平得到了大幅度提高。今后高磁導(dǎo)率錳鋅鐵氧體相關(guān)企業(yè)將在技術(shù)進(jìn)步方面進(jìn)行更大的努力,這樣才能在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中取得優(yōu)勢(shì)。3.重視上下游產(chǎn)業(yè)的聯(lián)合上下游產(chǎn)業(yè)的聯(lián)合是企業(yè)發(fā)展自己的重要方式。與上游原材料企業(yè)聯(lián)合一方面可以穩(wěn)定原材料供應(yīng),保證產(chǎn)品性能的一致性;另一方面可以減小原材料漲價(jià)的影響,提高企業(yè)的抗市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)能力。而做好與下游客戶的溝通,進(jìn)行聯(lián)合開(kāi)發(fā),根據(jù)客戶要求,及時(shí)做出反饋,開(kāi)發(fā)出適應(yīng)市場(chǎng)需求的新磁性材料,是企業(yè)提高產(chǎn)品利潤(rùn),占據(jù)市場(chǎng)的重要方式。這要求企業(yè)有一批高素質(zhì)的中間人才,既要懂
磁性材料、元器件,又要了解下游器件、整機(jī)。這樣才能進(jìn)行良好的溝通,提供良好的服務(wù),建立客戶對(duì)企業(yè)的信心,不斷擴(kuò)大自己在同業(yè)中的優(yōu)勢(shì)。此外,中國(guó)高磁導(dǎo)率錳鋅鐵氧體相關(guān)企業(yè)還必需提高管理水平和信息化水平并解決行業(yè)內(nèi)部企業(yè)自律差、惡性競(jìng)爭(zhēng)等問(wèn)題,才能真正在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)優(yōu)勢(shì)。