成果名称: 面向高频/宽频应用的高导低损电磁材料
完成单位: 三桥惠(佛山)新材料有限公司,华南理工大学
主要人员: 龙克文,刘仲武,钟喜春,余红雅,吴雅祥,张虎,梁粤鹏
介绍:

    一、课题来源与背景; 本课题为项目组自主选题,项目基于电子工业的发展的背景,特别是电子信息产业的发展和5G技术的到来,对电磁材料的性能要求也越来越高,不仅需要较高的磁导率,还需要较低的功率损耗和较高的居里温度,同时具有较强的EMI屏蔽能力,能适用于当前5G通信和新型电子设备带来的高频/宽频环境。磁性材料是国家级战略的核心储备资源,新型高性能电磁材料成为了世界各国竞相研发的对象。 项目团队立足国内外前沿产业对高性能电磁材料的需求,进军国际电磁产品高端产品市场,通过对材料配方、生产工艺创新、模组整体优化等手段,立项开发面向高频/宽频环境的高导低损电磁材料,提高磁性材料及其产品的整体质量和一致性水平,提升中国磁性材料及器件产品在国际竞争中的性价比。

     二、技术原理及性能指标; 1、技术原理 项目通过设计面向高频/宽频应用的高磁导低损耗电磁材料,开发还原致密化和氧化烧结法成型制备工艺,研发出超低损耗电磁感应材料及其制品,使其性能指标全面达到国际领先水平,同时利用ANSYS电磁模拟仿真来进行热场、电磁场有限元分析,对气隙损耗、磁密度和IGBT选型和电路进行整体设计优化。项目产品能明显提升EMC滤波能力和电磁感应加热性能,推动5G通信、智能家电、新能源汽车等前沿行业的发展。同时,依靠项目的研究结果揭示三元配比、掺杂成分、加工工艺与电磁加热效果的相关关系,为行业带来标准化的IH磁条选用标准,引领我国电磁感应加热行业的发展。 2、性能指标 起始磁导率:3425;饱和磁感应强度:526.44 mT(23℃),420.23 mT(100℃);功率损耗:323.10 mW/cm3(23℃),297.83 mW/cm3(80℃),315.42 mW/cm3(100℃);居里温度:222℃;剩磁:52.57 mT;矫顽力:11.22 mT 。

    三、技术的创造性与先进性; 1、创新磁性材料成分精确优化技术 本项目新型电磁材料以Mn-Zn-Fe为三元体系为基础,通过掺杂稀土元素获得各方面的性能提升。IH电磁加热材料在国内处于起步阶段,缺乏对成分配方的精确控制技术。本项目根据IH电磁加热产品中磁条的工作温度需求,通过调整磁条材料的配方和工艺来调整材料的本征功率损耗曲线,使功率损耗低点出现在60℃附近,并保持向低温方向功率损耗缓慢上升,向高温方向功率损耗上升略快,新开发出了一种宽温高磁导低损耗,适用于针对高频/宽频应用的新型电磁材料。 2、首创氧分压控制烧结工艺 传统的烧结氧分压控制一般是以通入流动的氮气的方式进行的,这将不利于降低锰锌铁氧体的材料成本和制备成本。本项目首创氧分压控制烧结工艺,在通入氮气控制氧分压为0.5%-15%后,停止通气并升温烧结,保温烧结阶段密封烧结腔体。本工艺不需连续地通入流动的氮气,有效地减少了Zn元素的挥发,避免了因Zn元素挥发而导致的锰锌铁氧体软磁性能恶化现象,使磁性材料在10-100千赫兹的频率下磁导率提升20%-25%,软磁性能大大提高。 3、运用有限元模拟技术的应用研究 IH电磁加热系统的磁条排列结构密切影响加热效果,由于涉及空间排布问题,实物实验无法研究磁条数量、方向、位置等指标连续变化时,IH加热系统的能效变化情况。本项目在华南理工大学的技术支持下,运用有限元模拟分析方法,将实际IH加热系统的工作过程中连续电磁场问题转换为有限元问题,深入研究高频交变磁场、磁路设计以及磁力线引导与屏蔽等过程的控制与优化,是国内IH电磁加热领域应用研究的开拓性探索。

    四、技术的成熟程度,适用范围和安全性; 本项目于2019年2月完成开发,并快速开展成果转化与产业化落地,在4个月内已获得翊罗杉等数家出口企业、富乐喜电子、捷邦电子等国内企业的意向性供货合同,产品年销量就意向供货合同已超2000万磁条/年、1500万磁环/年,合同总额超2000万元,凸显出企业快速的成长速度和较强的盈利能力。 项目产品作为新型高性能电磁材料,适用于磁条、磁环、磁芯、环形器等电子元器件的制备,安全可靠,性能达到国际一流水平,广泛适用于航空航天、通信、汽车、家电、计算机、绿色照明等领域,尤其在新能源汽车、5G通信、智能家电的前沿技术发展下,高性能电磁材料的市场缺口快速拉大,高导低损的高性能电磁材料将迎来重大的发展机遇。

    五、应用情况及存在的问题; 相对于同行产品,本项目产品能明显提升MnZn铁氧体电磁材料磁导性能和抗EMI性能,具有高磁导率、高饱和磁化强度和高居里温度点的三高特性和低损耗、低矫顽力的两低特性。项目产品已在中国及日韩地区开拓应用市场,获得用户一致好评。 六、历年获奖情况 项目产品“低损耗磁性元器件”获得2019年广东省高新技术产品认定。

批准登记号:
登记日期: 2019-12-04
研究起止时间: 2018-03-01至2019-03-30
所属行业: 制造业
所属高新技术类别: 新材料
评价单位名称: 广东省电子信息行业协会
评价日期: 2019-10-16