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高性能软磁材料在节能技术中的应用
能源是人类社会活动的物质基础,也是推动社会发展的基本条件之一。当今世界面临的
人口增加、耕地减少、环境污染等问题,引起了各国的极大关注。 1987 年联合国世界环境
和发展大会提出人类社会可持续发展的概念,其要义是发展不仅要满足当代人的需要,还应
考虑和不损害后代人的需要。因此,保护人类赖以生存的自然环境和资源是全世界都共同关
心的课题。然而目前的环境问题大都是由能源资源的利用所引起的,所以合理开发利用自然
资源,大力发展节能新技术则刻不容缓了。可以看到软磁材料在现代节能技术中起着十分重
要的作用,我们应当努力去探求更新的磁性材料以适应能源技术的发展
所谓节能就是采取技术上可行、经济上合理以及环境和社会可接受的一切措施,以便更
有效地利用能源。我国在 80 年代中期就提出了能源开发与节能并重的方针并取得了显著效
果,但能耗水平仍远高于先进国家水平。表 1、2 分别给出了我国能耗与国外的比较。
可见我国节能的潜力是很大的。那么磁性材料直接与节能技术相关的是电子电力技术。
电子电力技术是节能的主要手段之一,例如采用电子变频器和新型荧光粉的高效荧光灯,节
电率达 80%。据估计全国推广应用电子电力技术,每年可节电 400 亿千瓦时,应用电子电
力技术的多种节能产品,节材率可达 40~90%。
本文旨在介绍软磁材料在电子电力技术中的应用以及相应的高性能软磁材料在节能技术中
的作用。
2 节能软磁材料的发展
电子设备用软磁材料
从历史上看,磁性材料一开始就是电子学中不可缺少的组成部分,只不过是仅仅用来产
生磁通和传导磁通。用以产生磁通的就是永磁材料;在电机及变压器中承担传导磁通的则是
硅钢片一类磁芯(即软磁)材料。变压器就是利用磁芯中随时间变化的磁通将电压及电功率
从初级传到次级的一种装置。为减小电力变压器的波形畸变和降低能量损耗,要选用磁滞损
耗小,应用磁化曲线的线性部分的材料,为此需要一种高μ、高 BS,并有一定强度的磁芯
材料,硅钢片即能充当此任。在第二次世界大战中出现了震惊世界的利用磁化曲线非线性段
的磁放大器,由日本用于自动控制方面,以后又相继出现了磁调制器、磁振荡器、变频器、
变流器等新型磁性器件并与半导体器件组合在一起使用,新的磁芯(软磁)材料围绕其降低
损耗不断被开发出来。
可见,用于电力设备磁芯的软磁材料要具有高 BS 和低损耗的特性,不断降低硅钢片铁
损就是电力磁性材料的历史;随后出现了取向硅钢片、二次结晶、三次再结晶硅钢,直至目
前的非晶薄带材料。非晶合金材料是采用超急冷每秒 100 万度凝固工艺,使合金原子在凝
固时来不及有序排列而得到长程无序晶格的固态合金材料,其生产工艺流程比硅钢片生产工
艺流程短十道工序,被人们称作是对传统冶金工艺的一项革命。
非晶合金磁性材料具有高 BS、低 HC、高频损耗小、μ高、耐腐蚀性好等优点,在 1kHz~
1MHz 频率范围内能充分发挥其优越性,其性能优于铁氧体、硅钢片、坡莫合金软磁材料,
价格比晶态坡莫合金低而工频铁损只是冷轧取向硅钢的 1/10~1/3。做成变压器后的总损耗
减少 40~60%。据日本专家介绍,目前遍布日本各地的配电柱上的变压器使用的都是 Si 钢
片铁芯,每