铁基非晶带材产品生产技术发展趋势分析

第一节 产品生产技术发展现状

国内非晶材料研究始于1976年，国家科委从“六五”开始连续5个五年计划均将非晶、纳米晶合金研究开发和产业化列入重大科技攻关项目。其中标志性的成果分别是：“七五”期间建成百吨级非晶带材中试生产线，带材宽度达到100mm；“八五”期间突破了非晶带材在线自动卷取技术，并建成年产20万只非晶铁心中试生产线；“九五”期间，成立了国家非晶微晶合金工程技术研究中心，建成了千吨级铁基非晶带材生产线，带材宽度达到220mm，同时建成年产600吨非晶配电变压器铁心生产线。通过前4个五年科技攻关计划的实施，我国基本实现了非晶合金带材及制品产业化。在十五期间，纳米晶带材及其制品产业化开发又被列入重大科技攻关计划，国家给予重点支持，旨在推动纳米晶材料应用开发快速发展，满足电力电子和电子信息等高新技术领域日益增长的迫切需求。目前,国内从事非晶软磁合金材料生产的单位约20多家,其中安泰科技股份有限公司（原钢铁研究总院部分转制上市）是国内非晶材料研究开发力量最强、产业规模最大的单位，也是上述国家科技攻关项目的主要承担单位。目前具有年产非晶带材3000吨，纳米晶带材300吨的生产能力。

通过这４个五年科技攻关计划的实施，我国基本实现了非晶合金带材及制品产业化。在十五期间，纳米晶带材及其制品产业化开发仍然被列入国家重大科技攻关计划，给予重点支持，旨在推动非晶纳米晶材料应用开发快速发展，满足电力电子和电子信息等高新技术领域日益增长的迫切需求。

2005年，凝聚着两代人希望的国家十五重点攻关项目和北京市重大科技攻关项目“非晶、纳米晶制品研究及产业化”今天通过验收,标志着我国非晶、纳米晶材料在系统集成上实现了自主创新,在材料体系、工艺装备、产业化能力各方面都实现了跨越式发展,跃居世界前三强,可与日本、德国两强平起平坐。

这项技术将对我国高新技术产业的发展起到有力的提升作用,可以广泛用于电力、电子、家电、交通、通信、安全等诸多领域,可以极大地提升这些领域产品的性能、技术含量和附加值,使这些领域产品实现高效、节能、降耗。比如,可以有效提高汽车速度传感器的灵敏度,从而进一步提高汽车的安全性;用粗细仅为头发丝1/3到1/4的非晶丝制做的防盗磁条更具隐蔽性,可以进一步提高防盗效果;为解决我国的电磁兼容问题,提供了新材料和新方案;可以进一步提高漏电保护器的安全性能等。

该项目包括四个课题 “纳米晶合金超薄带产业化”、“非晶、纳米晶材料及其应用研究”、“大块非晶材料技术研究”、“非晶、纳米晶共性技术平台及信息化”。该项目的实施,开发了系列非晶、纳米晶新材料,突破了非晶、纳米晶生产关键技术,建成了国际先进水平的生产线,共申请了18项国家发明专利,制订并颁布了3个国家标准,同时,建立了非晶、纳米晶材料应用研究和产品开发共性技术平台。
作为从“六五”开始持续开展科研攻关的重点领域,非晶、纳米晶材料及应用的研究经过了25个年头。经过前4个五年科技攻关计划的实施,我国基本实现了非晶材料及产品的产业化,但产品一直处于中低端应用领域。近年来,随着电子信息技术的迅猛发展,各国对小型、高效、节能的基础电子元器件的需求量迅速增加,对非晶、纳米晶材料提出了迫切的要求。此前我国该领域高端产品主要依赖进口,在应用上受到了很大限制。

第二节 产品生产工艺特点或流程
 

从理论上说，任何物质只要它的液体冷却足够迅速，原子来不及整齐的排列就被凝固，那么原子在液态时的杂乱无序排列被迅速冻结，就可以形成非晶。但是，不同的物质形成非晶所需要的冷却速度大相径庭。例如，普通的玻璃只要慢慢冷却下来，得到的玻璃就是非晶态的。而单一的金属则需要每秒降温一亿摄氏度以上的冷却速度才能形成非晶态。由于目前工艺水平的限制，实际生产中难以达到如此高的冷却速度，也就是说，普通的单一的金属难以从生产上制成非晶。

使用快速凝固技术，金属或合金的凝固速度非常快，例如以106℃/S 的速率冷却并固化成薄肋状——厚度0.02-0.06mm 的固体薄带（因淬火形成的高内应力必须用200-280℃之间的退火来减小，以便成为好的磁特性材料），原子来不及整齐排列便被冻结住了，最终的原子排列方式类似于液体，是杂乱无序的，这便形成了非晶合金。

第三节 国内外生产技术发展趋势分析

在非晶合金的产业化发展过程中，非晶纳米晶合金带材及其铁心制品一直是主流，非晶丝材的研究开发和产业化是重要分支。1980年，日本Hagiwara首先提出采用内圆水纺法制备非晶合金丝材，随后日本的Unitika公司开始利用此法商业生产Fe基和Co基非晶丝，作为产业化的软磁材料，应用重点集中在图书馆和超市用防盗标签。此外，利用非晶丝材各种独特的物理效应开发各类高性能传感器一直受到特别关注。尤其最近在钴基非晶丝材中发现巨磁阻抗效应以来，高精度磁敏传感器的开发成为热点。1999年日本科学技术振兴事业团委托名古屋大学和爱知钢铁公司联合开发MI微型磁传感器和专用集成电路心片，目标是将非晶丝MI传感器用于高速公路汽车自动导航和安全监测系统。随着纳米科学技术和快淬技术的迅速发展，非晶纳米晶软磁合金材料也在不断进步，不仅现已产业化的薄带产品性能和质量大大提高，而且还在研制开发非晶纳米晶合金粉末及粉末制品、薄膜材料、复合材料等，这些新型纳米材料的研制开发及产业化将对电子变压器行业产生极大的潜在影响。

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