高磁导率锰锌铁氧体材料的发展2006/12/10

    软磁铁氧体材料是国民经济中一种非常重要的基础功能材料，广泛应用于各类电子产品中，例如：通信设备，家用电器，计算机，汽车等。近年来，电子产品向轻、薄、短、小方向的发展，对软磁铁氧体材料的性能提出了更高的要求，其中高磁导率锰锌材料是随着市场发展变化最快，市场前景最好的材料之一。

     高磁导率锰锌铁氧体材料主要用于电子电路宽带变压器，综合业务数字网（ISDN）、局域网（LAN）、宽域网（WAN）、背景照明等领域的脉冲变压器，抗电磁波滤波器等领域。这些领域的磁心基本上是在弱场下工作，这时材料的高磁导率就会显示出独特的优越性。

     首先，材料的磁导率较高时，较少的线圈匝数就可以获得需求的电感量，进而有效地降低线圈的直流电阻及由其引起的损耗；其次，使用磁导率高的材料能明显减小变压器的体积，有利于器件和系统的小型化、轻量化。这些特点顺应了电子产品的发展趋势，目前其产量已占全部软磁铁氧体总产量的25%以上。随着通信、计算机、网络等电子信息产业的高速发展，其市场需求以年均20%以上的速度高速增长。因此，国内外相关企业对高磁导率MnZn铁氧体的研究都非常重视，研究成果不断涌现。材料研究进展早期高导材料的发展只是片面追求高磁导率和一定的居里温度。然而，这种材料在实际中的应用十分有限，应用市场大量的需求要求材料不仅要具有高的初始磁导率，同时必须具有良好的温度特性、频率特性、低的损耗、高的阻抗和良好的叠加性能等。这就要求在提高磁导率的同时，兼顾其他性能参数，使材料性能达到一个很好的平衡。

    高磁导率领域的研究已经从简单的追求高磁导率方面转移到提高综合性能上来，这是当前高磁导率铁氧体的发展趋势，其市场需求具有以下一些显著特征： 1．普遍的宽温要求目前，市场需求对许多材料性能都提出了宽温的要求。1）磁导率具有宽温特性。现代通信设备的户外设施，如中继器、增音机、微波接力站、海底电缆、光缆水下设备等，不仅要求耐高温，还要承受严寒，要求通信设备都能可靠稳定地工作。因而很多客户都要求材料在-40～+80°C，甚至到125°C的宽温范围，电感都能满足要求，这就要求材料从低温到高温都具有很高的磁导率。TDK公司的H5C4，是这类材料的典型代表。2）具有高居里点。这种材料主要应用在汽车电子中，由于汽车内的特殊条件，要求工作温度在-50～+150℃，一般高磁导率材料的居里温度很难达到这么高，西门子公司为填补这块空白，专门开发了T39等材料，居里温度大于160℃。3）阻抗具有宽温特性。对用于抗电磁干扰的器件共模扼流圈来说最重要的一个元件指标是阻抗，一些客户要求材料在很宽的温度范围内阻抗都能够满足要求。上面提到的T39就是这方面的材料之一。4）低谐波失真（THD）具有宽温特性。随着网络技术的快速发展，xDSL调制解调变压器得到了广泛的应用。这类材料的磁心要求具有低的THD。现在许多下游企业对磁心THD的要求，不再仅仅局限在常温，往往要求材料在-20℃，甚至更宽的温度范围内的都能满足要求。5）高直流叠加具有宽温特性。TDK公司开发出的在-40～+85℃的温度区间具有良好叠加特性的DNW45材料就是为了应对这方面的市场需求。

     2．低谐波失真（THD）要求近年来，通信技术快速发展，xDSL（包含非对称数字用户线ADSL和对称数字用户线SDSL）技术得到广泛引用。对用来实现隔离、阻抗匹配和高低通滤波功能的高磁导率铁氧体磁心的需求量越来越大，同时对铁氧体磁心提出了更高的要求。为了在信号传输过程中减小波形失真，减少传输错误，延长传输距离，要求变压器具有低的总谐波失真。总谐波失真与磁心材料的性能、磁心的几何形状和变压器的设计直接相关。其中与磁心材料性能相关的指标是比磁滞损耗系数ηB，它表征铁氧体材料在一定磁通密度变化情况下的损耗特性。国内外厂家都十分重视这一市场，并积极应对，开发出了各自相应的低THD材料。典型牌号有EPCOS公司的新T38，磁导率为10000±30%，ηB<0.3´10-6/mT；Nicera公司的10TB，磁导率为10000±30%，ηB<0.12´10-6/mT；台湾越峰电子的A101，磁导率为10000±30%，ηB<0.5´10-6/mT；TDK公司的DN40、DN70，磁导率分别为4000±25%、7000±25%，ηB分别为<0.8´10-6/mT和<0.2´10-6/mT；天通的TH10，磁导率10000±30%，ηB<0.3´10-6/mT。

     3．直流叠加要求随着局域网（LAN）大规模发展，100Mbps的传输速度成为主流，为了达到器件的小型化和薄型化，满足直流偏置情况下电感的要求，需要大量具有良好叠加性能的铁氧体磁心。在这方面TDK公司先开发出了DN45材料，μi=4500±25%，其使用温度在0～70℃之间，与传统的HP5材料（5000±25%）相比，其直流叠加特性提高30%以上。随后，随着宽温要求的提出，该公司又开发出了能工作在-40～85℃的DNW45新材料，其μi=4200±25%，与DN45相比，其直流叠加特性又提高23%。Steward公司也开发出了类似的46材料。

    4．高阻抗要求电子技术的迅猛发展，使得电磁污染问题日益突出。为了限制电磁干扰的危害，许多国家都对电子产品制定了电磁兼容标准，要求电子设备本身抗电磁干扰要达到一定的标准，同时对周边的电磁干扰必须限制在一定程度。这就需要大量的抗电磁干扰磁心，其最重要的元件指标就是阻抗。德国EPCOS公司的新T38以及日本TDK公司HS52、 HS72、HS10等材料主要针对的就是这一部分市场。此外，越来越多的客户还要求材料具有高的稳定性，主要包括：1）应力稳定性，要求材料在由于绕线，封装，压簧等使用过程产生应力后电感的跌落要小；2）时间的稳定性，要求材料减落系数要小；3）温度稳定性，要求温度系数、抗热冲击能力等满足要求；4）磁场稳定性，包括弱磁场下品质因数Q值和比磁滞损耗系数ηB的稳定性等。表1列出了当前世界各大公司生产的高磁导率锰锌材料的典型类别和一些具有代表性的牌号，其中：类型1）仅要求材料具有高磁导率和一定的居里温度。典型的代表是日本TDK公司的H5C5，其初始磁导率为30000±30%，为当前国际行业中最高水平。此外还有德国EPCOS公司的T56，其初始磁导率为20000±30%；荷兰Ferroxcube公司的3E8和3E9, 其初始磁导率分别为18000±20%和20000±20%。类型2） 要求材料具有宽温高磁导率特性。典型材料为TDK公司的H5C4，其初始磁导率为12000±25%，-20℃时，μi³9000。此外还有FDK的2H15B, 其初始磁导率为10000±20%，在-40～85℃都具有较高的磁导率；类型3） 强调材料具有宽频特性。典型代表为Steward公司的40材料，其10000的磁导率能够保持到250kHz以上；类型4） 强调低谐波失真（THD），典型材料为上文提到的TDK公司的DN40，DN70，台湾越峰的A101，赢赛拉公司的10TB；类型5）强调材料具有良好的叠加性能。典型材料为上文提到的TDK公司的DN45；类型6）要求材料同时具有高磁导率和高Bs特性。典型材料为TDK公司的DN50,其初始磁导率为5200±20%，Bs=550mT(25℃)，380mT(100℃)；类型7） 强调材料的良好的叠加性能，并且能在很宽的温度实现。典型材料为上文提到的TDK公司的DNW45，Steward公司的46材料；类型8） 强调温度特性和高阻抗特性。典型材料为上文提到的EPCOS公司的T39, 其居里温度大于160℃，并且在从-40～150℃区间有良好的阻抗特性；类型9） 强调材料同时具有宽频特性和高阻抗特性。典型材料牌号为TDK公司的HS52，HS72，HS10。类型10） 强调材料同时具有宽频特性、高阻抗特性和低谐波失真。典型代表为EPCOS公司的新T38，其初始磁导率为10000±30%，阻抗的峰值在700kHz以上，并且比磁滞损耗系数ηB<0.3´10-6/mT。类型11）要求材料同时具有宽频特性、低损耗特性、低谐波失真和良好的温度特性。这方面典型的材料是EPCOS公司2003年推出的T66材料，其初始磁导率为13000±30%，可以保持到100kHz, 10kHz的比损耗小于1x10-6，比磁滞损耗小于0.3x10-6/mT，并且在-40℃～+80℃间μ-T曲线具有很好的线性。所有类型材料都是在各种特性之间进行平衡，进而突出其中的某些特点的结果。

     随着市场需求的变化，新的材料还将不断产生。产业发展趋势近年来，西方发达国家的磁性材料工业纷纷向中国转移。国外主要的高磁导率锰锌材料相关企业，如日本的TDK、FDK、赢赛拉，欧洲的Ferroxcube、EPCOS等都纷纷在大陆投资，创立独资或者合资公司，建立生产基地，产量逐年大幅度增长。并且这种转移还将继续。这主要是由于我国具有：1）廉价的劳动力；2）丰富的原材料资源；3）巨大的国内市场。并且这些特点在今后很长的一段时间仍将存在。这种转移一方面增强了中国的磁性材料生产总量和产品的档次，壮大了中国磁性材料工业队伍，加速了中国成为世界磁性材料生产基地和销售的市场；另一方面使得中国磁性材料市场的竞争更加剧烈。由于这些企业具有技术优势，同时获得了国内廉价的劳动力资源和原材料资源，对国内的企业造成十分大的压力。

      为迎接挑战，增强竞争能力，可以从以下几个方面入手。 1．进一步壮大经营规模中国磁性材料工业发展速度惊人，现在基本形成了自己的产业体系，同时出现了一批行业龙头企业。高磁导率锰锌铁氧体相关企业天通股份和金瑞高科已经上市，天通和东磁，产量上已经排在世界前列。但是与国外大公司相比，经营规模仍然太小。例如2005财政年度中国最大的磁性材料生产企业年销售额在25.2亿；而厦门TDK公司销售额就达到27.6亿,日本TDK公司年净销售收入约61.48亿美元（496.3亿人民币）。中国磁性材料企业只有进一步壮大规模，强强联合，优势互补，在搞好主营业务的前提下，进行多元化经营，才能进一步增强企业的抗风险能力。同时，规模壮大，企业才更有实力进行高端产品开发投入，提高产品的利润率，增强其竞争优势。行业的龙头日本TDK公司2005财政年度用于研究开发的经费达到了363亿日元（25.5亿人民币），比我国最大的磁性材料生产企业的销售额还要多。

     2．提升产品开发能力，实施知识产权战略过去，中国磁性材料行业基本上走的是低成本扩张战略，产品档次主要是中低档。如今，国外具有技术优势的企业进入中国，同样获得了廉价的劳动力，我国企业的低成本优势将不再明显，这导致国内磁性材料企业在竞争中处于劣势，许多企业将被淘汰。在这种情况下，中国高磁导率锰锌铁氧体相关企业必须注重技术进步，提升研发能力，使产品性能紧跟国际市场，并发展出自己的独特优势，获得专有的知识产权，使其他企业无法替代，这样才能在市场竞争中立于不败。在这种背景下，中国高磁导率锰锌铁氧体相关企业开始重视技术进步，加大技术投入。大型企业开始自建研究所，注意人才的引进、培养和使用，许多企业聘请了国内、国外专家指导研究开发和参与生产管理，并加强与大学，科研院所的合作，行业技术水平得到了大幅度提高。今后高磁导率锰锌铁氧体相关企业将在技术进步方面进行更大的努力，这样才能在国际竞争中取得优势。

       3．重视上下游产业的联合上下游产业的联合是企业发展自己的重要方式。与上游原材料企业联合一方面可以稳定原材料供应，保证产品性能的一致性；另一方面可以减小原材料涨价的影响，提高企业的抗市场风险能力。而做好与下游客户的沟通，进行联合开发，根据客户要求，及时做出反馈，开发出适应市场需求的新材料，是企业提高产品利润，占据市场的重要方式。这要求企业有一批高素质的中间人才，既要懂材料、元器件，又要了解下游器件、整机。这样才能进行良好的沟通，提供良好的服务，建立客户对企业的信心，不断扩大自己在同业中的优势。此外，中国高磁导率锰锌铁氧体相关企业还必需提高管理水平和信息化水平并解决行业内部企业自律差、恶性竞争等问题，才能真正在市场竞争中占据优势。