性工程技术研究中心组建项目可行性研究报告

性工程技术研究中心组建项目可行性研究报告内容摘要：

00 亿美元以上。 随着传统磁性材料性能的提高，生产规模的扩大，应用领域的拓展，以及新现象、新原理、新技术和新工艺的不断涌现并呈现出的高新技术特征，磁性材料的研究与开发正向着广度和深度两个方面发展。 随着全球经济的一体化，发达国家部分磁性生产企业转移到我国生产，进行产业结构调整，但其产品主要以中档产品为主，而对于电子信息产业的高 性能产品及其制造的关键技术仍对我国封 17 锁。 而我国的磁性材料以中低档产品为主，其附加值低，市场竞争力弱。 目前，通讯类整机产品主要使用国外进口的磁芯，我国生产的磁芯与国际上同类磁性材料部分性能基本相同，但产品的外观质量差，一致性不好，还不能被大量接受。 程控交换机电源模块对磁芯的要求是高频低损耗材料，表面安装技术用的片式电感、 LC 滤波器、片式混合电路器件，耦合变压器用的起始磁导率 μi 12020—15000 的高磁导率材料等，其技术含量高，产品价格是普通中低档产品的数十倍，并且也是衡量制造企业软磁铁氧体生产技术水平 的标志，国内尚未开始涉足。 从汽车用软磁材料看，国际市场基本没有我国的份额，国内市场也大部分靠进口；无线寻呼用磁性元件、手机用的电磁兼容磁芯，如高频段的防寄生振荡用磁芯、混频器磁芯、耦合器用磁芯、以及片式电感等、移动交换机用软磁磁芯，这方面国内市场需求量近百亿只，但对产品的性能要求高，国内还不能达到批量供货的要求。 高清晰电视机、数字化电视对磁性材料性能要求更加严格：频率高段化，要求铁氧体电源磁芯有较高的工作频率；高清晰化，要求电源变压器性能稳定，材料功率损耗小，饱和磁化强度大；图像稳定，色彩鲜丽，要求使用高磁 导率材料、抗电磁干扰软磁磁芯和高性能聚焦片。 计算机产品用软磁铁氧体主要是主机的开关电源变压器材料，显示器回扫变压器材料、彩偏磁芯、电磁兼容磁芯等，随着计算机的频率提高，显示器向高清晰、大屏幕、响应速度快方向发展，要求磁芯材料有较高的工作频率和较低的功率损耗，这类磁芯国内生产质量尚不稳定。 我省有一大批磁性材料生产企业，但大多生产规模偏小，研发能力差，仅个别企业有研发能力，但市场竞争能力差，缺乏灵活的市场机制 18 和激励机制，全省至今没有一个专门从事软磁铁氧体磁性材料研究开发的高层次机构，这将严重制约我省的电子信息 产业的发展。 因此，组建某磁性工程技术研究中心是十分必要的，这对推动我省乃至全国电子信息产业的发展具有极其重要的社会意义和良好的经济效益。 国内外研究进展情况 磁性材料、产品的发展趋势 随着电子信息产业的发展，电子整机系统技术发展趋势呈现如下三个方面的显著特征 ： ① 由低频、恒频向高频、变频方向发展 ② 由模拟向数字发展 ③ 由插针式集中参数向表贴式分布 参数发展，因此应用于计算机、网络技术产品、仪器仪表、家电工业、通讯等行业的各种高档软磁铁氧体材料及其器件产品必须适应这种发展趋势，有线电话和移动电话装置需要越 来越多的抗干扰磁芯、片式微型化电感器；节能灯的应用在国外发展很迅速，需要使用大量的高档铁氧体软磁滤波磁芯、抗干扰磁芯等。 由于产业结构的发展变化，各种电子设备朝高性能发展，对配套元器件的性能提出更高要求，磁性材料进一步向高频、高磁导率和低损耗发展，也就是两高一低方向发展；器件向小型化、片式化和表面贴装化发展，也就是三化方向发展。 功率铁氧体如日本 TDK 公司的 PC50 牌号材料，这种材料进一步为开关电源的轻、小、薄作出贡献，是今后软磁铁氧体的发展方向，而软磁铁氧体产品中电感、线圈趋向小型化、片式化，这对高磁导率材料 提出了更高的要求，目前，移动通讯用的片式电感、线圈磁芯，市场缺口约有三分之一；另外，电子变压器主要向小型、轻量、高效和表面贴装技术发展。 随着高清晰度电视和高频显示器的普及以及便携式电脑、掌上系统（ PDA）的发展，用于这类整机系 统 19 的高中性能磁芯材料及磁性器件的要求量越来越大。 磁性材料生产技术的发展趋势 就软磁铁氧体而言，其最终电磁性能取决于材料配方组成与制备工艺技术， 近 15 年来，发达国家通过深入研究软磁铁氧体原材料特性要求（如粒度、含杂等）、铁氧体合成工艺技术、添加剂作用机理以及铁氧体烧结技术等，在软 磁铁氧体生产技术方面取得了长足的进展，在高频功率铁氧体领域，上世纪 80 年代，日本 TDK 公司、 FDK 公司以及荷兰 Philip公司推出了最高实用频率达 150KHz 左右的功率铁氧体，牌号分别为PC H45 和 3C8， 1984 年通过调整工艺和优化配方， TDK 公司推出了第三代功率铁氧体材料（ PC40），其主要特点是高频功耗大幅度降低，在100KHz， 200mT 时功耗比用普通陶瓷工艺制备的材料功耗下降 25％，1989 年， 该公司又采用喷雾培烧工艺制备铁氧体粉体，推出了用于 ～1MHz 的高频低功耗铁氧体材料（ PC50），其在此频率范围内功耗比 PC40下降了 50％，同时， FDK、 Tokin、德国 Siemenz、荷兰 Philip 等也相继开发了可用于 100～ 500KHz 工作频率的功率铁氧体，其牌号分别为H49N、 H63B、 2500B 2500B N6 3C85 和 3F3，日立铁氧体公司开发了覆盖 250KHz～ 1MHz 的功率铁氧体系列（ SB－ 7C、 SB－ 9C、 SB－ 1M 等）， 1992 年日本 Tokin 开发了用于 ～ 2MHz的 B40 材料，而 1996年，日本 TDK 公司在兼顾磁导率和功率损耗双重性能的思想指导下，开发了 PC44 功率铁氧体，进一步提高了高频功率铁氧体的综合性能，表 2列出了部分功 率铁氧体的电磁性能，据有关资料报道，这些材料都是通过晶粒细化、控制掺杂、调整材料显微结构等工艺技术来实现材料性能的改善。 在高磁导率软磁铁氧体材料（ 简称高 μ 材料）领域，日本和西 20 方工业国家早在上世纪七十年代就开始研究了高 μ 材料工艺技术，并且取得了可喜的研究成果。 在实验室， μi 值已达 40000，若在工艺上进一步采取措施， μi 值还可提高。 但是，实际工业生产与实验 室研究之间存在较大差距，工业生产时，材料的 μ值很难超过 20200，绝大多数工厂生产的材料 μ 值在 10000 左右，至今市场上能够买到 μi 最高的材料也不过18000，一般为 10000～ 15000。 国内当前可生产 μi 最高达 10000 的材料，并且其一致性和生产工艺稳定性有待进一步提高，表 3 为国外部分铁氧体公司高 μ材料的主要性能。 表 2 高频功率铁氧体材料的性能 生产厂家及牌号 μi Bs (mT) Br (mT) Hc (A/m) Tc (℃ ) Ρ (Ωm) fmax (KHz) Pc(mW/cm3) (100KHz,200mT) 2 60、 100(℃ ) C xz 2300177。 20% 1400177。 20% 510 470 95 190 35 215 249 500 500~1000 600 450 410 130 80 80 FDK H49N H63B 1600177。 20% 2020177。 20% 500 500 150 150 230 200 1 1 100 300 640 440 410 ToKin 2500B2 2500B3 B40 2500177。 20% 2500177。 20% 1400177。 25% 500 500 530 130 80 250 205 205 225 9 200 500 450 200 荷兰飞利浦 3C85 3F3 2020177。 20% 2020177。 20% 500 500 140 15 200 200 200 500 230 165 10 80 日立铁氧体 SB7C SB9C 2400 2600 500 490 150 140 220 200 5 5 300 200 680 450 400 21 表 3 国外部分铁氧体公司高 μ 材料的主要性能 性能 日本 TDK 日本东北金属 荷兰 飞利浦 德国 西门子 法国 汤姆逊 H5C H5E 7000H 12020H 3E5 T38 T4A 磁导率 μi l 10000 177。 30% 18000 177。 30% 7000 177。 20% 12020 177。 30% 10000 177。 20% 10000 177。 30% 6000 177。 25% 比损耗系数tgδ/μi 106 7 (10KHz) 45 (100KHz) 15 (10KHz) 75 (100KHz) 饱和磁感应强度 Bs mT 400 400 350 340 380 380 350 矫顽力 Hc A/m 比温度系数αF 106/℃ ~ ~ 0~ 0~ 0~ 居里温度 ℃ 120 115 110 120 120 130 140 密度 d g/cm3 ~ 因此，从软磁铁氧体材料生产技术的发展趋势来看，可以主要归纳为如下几点： 材料合成技术的研究与发展：如日本 TDK 公司的喷雾培烧合成工艺，高 μ材料的湿法化学合成工艺，俄罗斯的自蔓延高温合成技术等 利用添加剂改善 材料电磁性能，如 SiO2CaO 等导致晶界高阻层来降低损耗， Nb2O5 、 Bi2O V2O5 等降低烧结温度，促进材料致密，提高磁导率等。 气氛烧结控制材料组成和性能：如富氧烧结防止高 μ材料出现另相和空位，平衡气氛控制材料电阻率，从而降低损耗等。 22 低温烧结和陶瓷增韧技术，如通过提高铁氧体粉体活性，实现低温烧结、在晶界处控制成分梯度，减小铁氧体材料的脆性，改善力学性质，提高铁氧体加工中的成品率等。 国内发展现状 我国大多数厂家的软磁铁氧体产品开发、生产技术处于中低水平，但一些大型民营企业和 上市公司已在不断调整产品结构，加强研发力度，攻占高档产品市场。 目前，中国软磁铁氧体产品相对集中在消费类产品，如用功率铁氧体材料制成的 U 型、 E 型磁芯，主要用于开关电源变压器、回扫变压器、推挽变压器和行推动变压器，用高电阻率 MgMnZn 系铁氧体材料制成偏转磁芯，用高 μMnZn 铁氧体制成电源滤波器磁芯，如 UF型、 EE 型、 ET 型、 T 型等，还有用 MnZn、 NiZn 材料制成的各种电感线圈、线性变压器等，如 T 型、 EP 型、 RM 型、 PQ 型、 G 型等。 而工业类磁芯的产量较少，质量要求也高，我国大部分产品集中在中低档次，价格低廉， 赢利极微薄。 国内能大批量生产的功率铁氧体材料的性能仅相当于日本 TDK 公司的 PC30 牌号， PC40 档次的铁氧体材料只能在少数企业小批量生产；高磁导率铁氧体产品 μ值 8000 左右，少数企业能小批量生产磁导率 10000 的产品。 抗干扰磁性材料目前能大量生产的 μi 在5000—8000 的材料， μi 在 10000 以上的材料也只能少数几个企业小批量生产，且极不稳定， μi 15000的材料尚处于试制阶段。 当前，随着电子技术应用的日益广泛，特别是数字电路和开关电源应用的进一步普及，电磁干扰（ EMI）问题日益严重，各国对电子整机的抗 EMI 性能要求越来越高，以铁氧体磁芯为基础的抗 EMI 元器件发展相当快，产品种类繁多，市场需求量庞大，成为电子行业一个不容忽视的 23 新经济增长点。 对于抗 EMI 磁性元器件的研制，我国起步不久，特别是在开发低噪声滤波器和铁氧体吸收与抑制元件方面，与国外的差距还很大，尚未系列化、标准化。 因此，我国目前在软磁铁氧体领域内与国外的差距是明显的，必须奋起直追。 存在的主要问题 目前国内磁性行业在技术方面存在以下主要问题： （ 1）当前世界范围内应用的功率铁氧体主流材料电磁性能相当于日本 TDK 公司 PC40～ PC44 材料， PC50 材料在 MHz 级功率转换系统已有小规模的应用。 而我国目前大多数中小企业仅能生产相当于 PC30 水平的功率铁氧体，少数规模企业能生产 PC40 材料，但在工艺稳定性方面尚待进一步提高，日本正向国际市场大量供应 PC44～ PC50 功率铁氧体，而我国要批量生产 PC44 材料还存在设备和工艺技术上的困难。