纳米晶ppt课件

纳米晶材料的生产工艺及应用发展 装备制造产业招商局顾岁岁2016 3 23 变压器 电磁器件工作原理 电磁互感 通过闭合铁芯 利用互感现象实现了 电能 磁场能 电能转化 U1 I1 变化的磁场 U2 I2 软磁材料铁芯发展 常用的软磁磁芯种类 铁 钴 镍三种铁磁性元素是构成磁性材料的基本组元 按 主要成分 磁性特点 结构特点 制品形态分类 1 粉芯类 磁粉芯 包括 铁粉芯 铁硅铝粉芯 高磁通量粉芯 HighFlux 坡莫合金粉芯 MPP 铁氧体磁芯 2 带绕铁芯 硅钢片 坡莫合金 非晶及纳米晶合金 铁基非晶合金 组成 80 Fe 20 Si B类金属元素性能 1 高饱和磁感应强度 1 54T 2 与硅钢片的损耗比较 磁导率 激磁电流和铁损等都优于硅钢片 特别是铁损低 为取向硅钢片的1 3 1 5 代替硅钢做配电变压器可节能60 70 应用 广泛应用于配电变压器 大功率开关电源 脉冲变压器 磁放大器 中频变压器及逆变器铁芯 适合于10kHz以下频率使用 铁基非晶合金 铁镍基非晶合金 坡莫合金 组成 40 Ni 40 Fe及20 类金属元素性能 1 具有中等饱和磁感应强度 0 8T 较高的初始磁导率和很高的最大磁导率以及高的机械强度和优良的韧性 2 在中 低频率下具有低的铁损 3 空气中热处理不发生氧化 经磁场退火后可得到很好的矩形回线 应用 广泛用于漏电开关 精密电流互感器铁芯 磁屏蔽等 铁氧体 组成 铁氧体是由铁的氧化物及其他配料烧结而成 一般可分为永磁铁氧体 软磁铁氧体和旋磁铁氧体三种 软磁铁氧体是由三氧化二铁和一种或几种其他金属氧化物 例如 氧化镍 氧化锌 氧化锰 氧化镁 氧化钡 氧化锶等 配制烧结而成 性能 具有低饱和磁感应强度 0 5T 低矫顽力 高电阻率和较低的居里温度 所以软磁铁氧体的温度稳定性不理想 应用 它主要用作各种电感元件 如滤波器磁芯 变压器磁芯 无线电磁芯 以及磁带录音和录像磁头等 也是磁记录元件的关键材料 铁基纳米晶合金 组成 铁元素为主 加入少量的Nb Cu Si B元素所构成的合金 经快速凝固工艺形成一种非晶态材料 热处理后获得直径为10 20nm的微晶 弥散分布在非晶态的基体上 被称为微晶 纳米晶材料 性能 具有优异的综合磁性能 高饱和磁感 高初始磁导率 低Hc 高磁感下的高频损耗低 电阻率比坡莫合金高 经纵向或横向磁场处理 可得到高Br或低Br值 是目前市场上综合性能最好的材料 应用 广泛应用于大功率开关电源 逆变电源 磁放大器 高频变压器 高频变换器 高频扼流圈铁芯 电流互感器铁芯 漏电保护开关 共模电感铁芯等电磁转换功能的元器件中 铁基纳米晶合金 不同软磁材料的物理性能 不同软磁材料的磁性能 非晶合金与硅钢的主要性能比较 纳米晶与铁氧体铁芯性能比较 牌号和基本成分 材料特性 设备组成 熔炼系统压力包系统铜辊及冷却系统辊嘴间距微控系统在线卷取系统 高性能纳米晶材料生产线介绍 设备示意图 真空炉 控制室 测厚机构 加压包调整 卷取机 熔炼炉示意图 200kg真空 气氛 熔炼及真空 气氛 浇注炉经过特殊定制而成 可以保证在真空或气氛保护环境下将钢水倒入浇注包中 供电方式为可控硅并联 KGPS 功率为200kw倾倒方式为液压驱动 电炉与控制柜采用闭式冷却塔 或板式热交换器 感应线圈 机械泵 罗茨泵 流槽 大轴 压力包示意图 1 包壳与大包盖材料采用钢板加工完成后焊件而成 包盖与包体采用水冷却 技术要求 本包在制造过程中需按压力容器的有关标准进行焊接 还需充0 1MPa的正压 包盖和包体水路能耐0 7MPa的水压 将包壳剩余的孔用盲板封严后 整体漏气率小于10Pa min 压力包容量为200kg 采用12根25mm的硅碳棒进行加热 底部4根 两侧各4根 主要有以下几个方面构成 2 装杯机构材料采用耐热合金 可快速拆卸 内部安装有电热丝加热套 将喷嘴杯安放在内部 3 塞棒控制机构安装在包盖上部 塞棒插入包壳内部 连接处使用波纹管密封 保证塞棒快速打开 且气体不得泄露 接喷嘴 接钢位置 塞棒 水路 硅碳棒 热电偶 喷嘴包支架示意图 六维调节机构 冷却辊示意图 电机 前修磨机构 水管 卷取设备照片 测厚辊 压辊 冷却辊 设备控制系统结构图 设备控制系统结构图 S120矢量控制 卷取控制 S120多轴控制单元 喷嘴间距控制 左侧喷嘴控制 右侧喷嘴控制 塞杆位置控制 铜辊驱动电机 卷取驱动电机 卷取小车驱动电机 数据采集分析系统 SIEMENSPLC 触摸屏人机界面设计 设备运行状态显示及关键参数监视 通过指示灯 按钮 动画和曲线形象展示当前设备运行状态关键参数监视 如铜辊转速 卷筒转速 铜辊膨胀量 冷却水流量 中间包重量等 现场操作人员的操作接口 操作设备 如中频炉小车的启停控制 电动推杆动作 辊嘴微调 中间包塞杆控制等控制参数输入 如铜辊调速 带厚设定值输入 辊嘴伺服电机位移 速度调节等 报警功能 监视关键环节 通过报警提醒现场操作人员 使生产安全稳定 如冷却水流量超低报警 电机过载等 非晶纳米晶的应用 随着非晶纳米晶铁芯的普及和市场应用的拓展 近几年非晶合金铁芯的价格的火热期已过 像漏保 电力互感器 电感器 小功率型及C型变压器等中低端电子器件用的非晶纳米晶铁芯目前相对比较稳定呈缓慢下降趋势 目前价格已经低于4万元 吨 同时一些对性能要求较高的精密电流互感器 共模电感器 中高频大功率变压器等应用器件对非晶纳米晶的需求量在不断上升 个别铁芯价格达10万元 吨 利润可观 精密 高频 电流互感器铁芯 应用领域 电子电度表 精密功率表 机械控制中电流过载保护 工业自动化中电流控制性能特点 高磁导率 低角差 低比差 与坡莫合金相比具有更高的饱和磁通密度 测量电流范围更广 低铁损 较好的温度稳定性 共模滤波电感铁芯 共模噪声抑制作用 在精密设备保护 电网EMI谐波过滤等各种EMC场合广泛应用 应用领域 过滤电路中的电磁干扰信号 开关电源 UPS 不间断电源 变频器 EMC滤波器 逆变焊机 光伏逆变器 风电 电动汽车 电磁炉等性能特点 具有高导磁率 优良的频率特性 极大的磁导率调节范围 突出的抗不平衡电流能力 优良的温度稳定性 大功率变压器铁芯 随着高频逆变技术的成熟 逆变电源体积小 重量轻 效率高的优势愈加明显 作为逆变焊机心脏的主变压器 由于工作频率提高到20KHz以上 传统的铁芯材料硅钢已不能满足使用要求 铁氧体虽高频损耗较低 但因其饱和磁感应值 Bs 较低 铁芯的体积和重量仍较大 此外 铁氧体的居里温度较低 热稳定性差 铁基纳米晶材料具有优良的综合磁性能 集硅钢 坡莫合金 铁氧体的优点于一身 即高磁感 高导磁率 低损耗 大功率变压器铁芯 应用领域 逆变焊机电源 通讯电源 高频感应加热电源 UPS电源 激光电源 电解电镀电源 充电电源 变频调速电源 等离子切割电源 大功率变压器铁芯 性能特点 高饱和磁感应强度 有效缩小变压器体积 铁基纳米晶合金的饱和磁感是铁氧体的3倍 同样体积的铁芯要比铁氧体输出功率大2倍 同时有更大的抗过载能力 高导磁率 低矫顽力 提高变压器效率 减小激磁功率 降低铜损 导磁率是铁氧体的10倍以上 因此激磁功率小 因而也减少了铜损 低损耗 降低变压器的温升 其铁芯损耗在20KHz 50KHz的频率范围是铁氧体损耗的1 2 1 5 优良的温度稳定性 可在 55 130 长期工作 矩形功率变压器铁芯 产品应用 静电除尘高频电源 轨道交通机车电源 X光电源 激光电源 通讯设备电源 高频感应加热电源性能特点用铁基纳米晶带材制造 具有高饱和磁感应强度 高磁导率 低损耗及良好的温度稳定性 高压电流互感器铁芯 简介电力系统电流互感器的重要作用就是当其初级有交流电流输入时 其次级按比例输出电流 通常 它们应用于高压 大电流发电厂和变电站安全快捷的测量和继电保护 电流互感器使测量和控制电路与被测量的高压电路安全的分开 与传统的铁芯材料硅钢和坡莫合金相比较 铁基纳米晶合金具有高磁导率 低损耗的明显优势 在下例产品中的应用更具有竞争力 0 2 0 2s 0 1精度等级的精密电流互感器 环氧灌封套管式电流互感器 气绝缘或油浸开关设备 低压 中压 高压开关设备 以及其它的电力传输和配电系统设备 高压电流互感器铁芯 性能特点 高磁导率 减小电流互感器测量误差 高饱和磁感应强度 比坡莫合金电流互感器尺寸小 重量轻 优越的温度稳定性 长时间工作在 55 130度 低损耗 可替代坡莫合金的理想材料 零序电流互感器铁芯 产品应用 漏电保护开关用互感器环状铁芯产品特性 具有高磁导率 低矫顽力 低损耗 对弱漏电流敏感 具有良好的耐大电流冲击能力 采用铁芯表面防护技术 防止铁芯碎屑 良好的温度稳定性 可以在 25 100 下稳定工作 Uavg 100 25 Uavg 20 0 7 1 2 纳米晶合金材料 导磁率是铁氧体的10倍多 纳米晶合金材料产业状况 企业将近170家 从2008年至今 全国先后投资建设的纳米晶企业共370家 能够正常生产的非晶 纳米晶企业不到170家 其中长三角 珠三角 京津冀地区集中了我国纳米晶产能的90 纳米晶合金材料生产状况 亿元产值仅4家从产能和产值上看 我国纳米晶企业大多小而弱 亿元产值仅4家 研发能力不足 技术创新能力不够等状况 发展潜力和空间巨大 纳米晶合金材料产业状况 约31亿产值 2014年实际纳米晶带材产量在6 6万吨左右 其他纳米晶粉末不足0 02万吨 从日本 德国 美国等进口高品质纳米晶带材和粉末0 05万吨左右 根据中国电器电工行业 磁性材料行业统计 全国2014年纳米晶软磁实际使用用量为7 4万吨 缺口0 8万吨 进口0 05万吨 纳米晶产值31亿元左右 纳米晶市场分析 市场需求1800 2000吨超薄带市场前景好 电子行业需要的优质纳米晶 市场需求量在1800 2000吨 而这类带材只有极少企业能够稳定生产 2014年提供不到800吨 带材价格也较高 一般是普通带材价格的2 3倍 而且容量也较大 我国电子产业各种电子元器件使用纳米晶材料3 左右 部分高端产品约占到7 10 部分产品甚至占到30 只要升级转型发展 以纳米晶为代表的软磁新材料就拥有市场 2015年9月23日的国务院常务工作会议上 对充电桩事宜也进行了部署 这将推动纳米晶在充电桩中的应用 纳米晶主要生产企业纳米晶主要生产企业 安泰科技股份有限公司 青岛云路新能源科技有限公司 佛山中研非晶科技有限公司 江西大有科技有限公司 江苏奥玛德新材料科技有限公司等 各地区铁芯生产的代表厂家 珠三角 佛山中研 康浦森科技 深圳 深圳金鑫非晶 佛山市兆万丰等 长三角 江苏中源非晶