中國粉體網(wǎng)訊 近日，就在大家紛紛猜測華為是否也要造車時，作為新能源車增量零部件領(lǐng)域的新入局者，華為研發(fā)制造的車載充電機(jī)(OBC)和電壓變換器(DC/DC)已經(jīng)應(yīng)用在一些新能源汽車上。
那么車載充電機(jī)(OBC)和電壓變換器(DC/DC)是由什么材料構(gòu)成呢？當(dāng)然少不了軟磁復(fù)合材料。
1 什么是軟磁復(fù)合材料
軟磁復(fù)合材料（SMC）是一種新型磁性材料，又稱磁粉芯，由軟磁金屬經(jīng)過制粉、絕緣處理、粘結(jié)、壓制、熱處理制備而成，具有磁各向同性、高磁導(dǎo)率、低矯頑力、高居里溫度以及低損耗等優(yōu)點。
軟磁復(fù)合材料結(jié)合了金屬和鐵氧體軟磁材料的優(yōu)勢，其電阻率較軟磁金屬大幅提高，能有效降低渦流損耗，且比軟磁鐵氧體具有更高的飽和磁化強(qiáng)度，更能滿足電力電子器件小型化、集成化的要求。
軟磁復(fù)合材料可壓制成環(huán)形、E 型、U 型等各種復(fù)雜形狀，實現(xiàn)元器件一體化生產(chǎn)。因此，軟磁復(fù)合材料已成為發(fā)展與應(yīng)用增長速度最快的磁性材料，用于生產(chǎn)各類電感器、濾波器、扼流圈和變壓器等電力電子關(guān)鍵元器件，廣泛應(yīng)用于能源、信息、交通、國防等領(lǐng)域，是國民經(jīng)濟(jì)與國防建設(shè)的關(guān)鍵基礎(chǔ)材料。
圖片來源：東睦科達(dá)官網(wǎng)
2 磁粉芯分類
根據(jù)成分和性能不同軟磁復(fù)合材料可分為合金磁粉芯、鐵粉芯等。
2.1 合金磁粉芯
合金磁粉芯是由鐵基合金材料制成的粉末，經(jīng)表面絕緣包覆與無機(jī)粘合劑混合壓制然后再進(jìn)行高溫處理而成的一種軟磁材料。依據(jù)其合金成分的不同，主要有鐵硅鋁磁粉芯（Sendust Cores）、硅鐵磁粉芯（Si-Fe Cores）、鐵硅鎳磁粉芯（Neu Flux Cores）、高磁通鐵鎳磁粉芯（High Flux Cores）、鐵鎳鉬磁粉芯（MPP Cores）五大類。
2.2 鐵粉芯
鐵粉芯是以高純還原鐵粉或基鐵粉經(jīng)表面絕緣包覆、粘合劑混合壓制而成的一種軟磁化場下不被飽和的軟磁材料。具有良好的直流疊加特性。其生產(chǎn)工藝簡單，價格在各類金屬磁粉芯中是最低的，目前在各類金屬磁粉芯中是使用最普及用量最大的一種。
表1 不同軟磁復(fù)合材料的性能
3 軟磁粉末制備方法
在軟磁復(fù)合材料制備過程中，所選用的磁粉粒徑一般都要小于100μm甚至更低，為了得到較高磁導(dǎo)率，還需要進(jìn)行粒度配比。目前金屬磁粉的制備方法主要：機(jī)械破碎法以及霧化法。
圖片來源：悅安新材官網(wǎng)
3.1 機(jī)械破碎法
這種方法主要是采用球磨工藝制備金屬磁粉，通過高速轉(zhuǎn)動的球磨機(jī)，硬質(zhì)金屬球可以對原料不斷進(jìn)行轟擊、碰撞、攪拌以及研磨，最終將合金破碎成微米級的金屬磁粉。
球磨制粉工藝簡單，成本低廉，是軟磁復(fù)合材料最常使用的制粉工藝，可以分為濕磨和干磨兩種。濕磨過程一般是在球磨罐中加入去離子水或者無水乙醇等液態(tài)的球磨介質(zhì)，在球磨過程中球磨介質(zhì)能夠?qū)⒋欧叟c空氣隔離，避免磁粉的氧化，適合于容易氧化的軟磁合金。
3.2 霧化法
將液態(tài)金屬直接破碎，形成直徑小于150μm的金屬液滴，最終冷凝后形成金屬磁粉，主要包括水霧化與氣霧化兩種。
氣霧法通常是采用惰性氣體如氬氣、氦氣等作為霧化介質(zhì)，能夠有效降低氧氣含量，減少合金的氧化，氣體作為霧化介質(zhì)對金屬液滴的冷卻速度較慢，金屬液滴不會立刻凝固，在下落的過程中逐漸收縮為球形，因此氣霧法容易制備出球形的金屬磁粉。
水霧法則是利用水作為冷卻介質(zhì)，因此冷卻速度較氣霧法快，但是由于合金在水霧法制備過程中存在易氧化問題，這種方法僅適用于成分較為穩(wěn)定的合金。顯然，霧化法制粉的設(shè)備工藝較為復(fù)雜，制粉成本高，且金屬磁粉的產(chǎn)量較低。
4 難點分析
磁復(fù)合材料的制備包括成分設(shè)計、制粉、絕緣處理、粘結(jié)、壓制和高溫?zé)崽幚怼Ｆ涔に嚵鞒虉D如圖3。
圖3 一般軟磁材料制備工藝流程圖
（圖片來源：東睦科達(dá)官網(wǎng)）
其中制備過程中主要存在兩個突出的矛盾：
（1）為盡可能地保證磁環(huán)密度以提高磁導(dǎo)率而采用較大的壓制成型壓力，導(dǎo)致軟磁復(fù)合材料內(nèi)應(yīng)力增加，磁滯損耗增大；
（2）為充分消除內(nèi)應(yīng)力，降低軟磁復(fù)合材料的磁滯損耗，則需要采用較高的退火溫度，但這又會造成一些熱穩(wěn)定性較差的絕緣包覆層分解或破壞，導(dǎo)致電阻率迅速降低，渦流損耗增加。
由此需要在制備過程中平衡磁環(huán)密度、壓制壓力以及退火溫度這三個條件。目前可以通過以下手段進(jìn)行細(xì)致全面的研究工作：設(shè)計研發(fā)新的合金成分，降低磁致伸縮與磁晶各向異性系數(shù)，通過合金化手段提高合金的電阻率以減小磁粉顆粒內(nèi)部的渦流；制備薄而均勻且耐熱溫度高的電絕緣性包覆膜，利用高電阻率的絕緣層降低顆粒之間的渦流。
5 軟磁復(fù)合材料應(yīng)用
金屬軟磁復(fù)合材料在光伏逆變器的應(yīng)用主要包括Boost升壓電感和交流輸出濾波電感；在車載電源行業(yè)的應(yīng)用主要包括車載充電機(jī)（OBC），車載直流變換器(DC/DC)，48V電源系統(tǒng)等；在電源行業(yè)的主要應(yīng)用包括PC電源，服務(wù)器電源，UPS電源，充電樁模塊電源等；在家電行業(yè)的應(yīng)用主要包括：變頻空調(diào)、電磁爐、洗衣機(jī)等。
6 軟磁復(fù)合材料發(fā)展前景
在過去的20多年，我國的金屬磁粉芯有了快速的發(fā)展，特別是隨著新能源和新能源汽車的快速發(fā)展，我國多家企業(yè)也開始了金屬磁粉芯的研制工作，產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)規(guī)模大大提升，與國際上的差距也大大縮小。
鐵硅鋁和超級鐵硅鋁合金粉芯作為高性價比金屬磁粉芯，國內(nèi)廠商已經(jīng)完全取代國際同行，并廣泛應(yīng)用于新能源光伏逆變器，UPS電源，充電樁，高端家用電器等領(lǐng)域。
當(dāng)前，軟磁復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)正處于行業(yè)爆發(fā)前夜，世界各國紛紛投入巨大精力，加大對金屬磁粉芯軟磁的研究開發(fā)及示范應(yīng)用力度�，F(xiàn)代信息技術(shù)及電力電子行業(yè)的高速發(fā)展，有力地促進(jìn)軟磁復(fù)合材料的發(fā)展。
參考文獻(xiàn)：
【1】江西悅安新材料股份有限公司官網(wǎng)
【2】東睦科達(dá)官網(wǎng)
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【5】吳琛，嚴(yán)密.金屬軟磁復(fù)合材料研究進(jìn)展.2018年.
【6】李旺昌，王兆佳等.用于高頻電機(jī)磁芯的金屬軟磁復(fù)合材料研究進(jìn)展.2018年.
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/星耀）
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