技术前沿:锰锌软磁铁氧体软磁材料——控电逆变、去噪基础材料

日期: 2024-06-28 05:05:49|浏览: 91|编号: 76924

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技术前沿:锰锌软磁铁氧体软磁材料——控电逆变、去噪基础材料

软磁铁氧体材料的电磁性能及一致性是下游电子磁性元件客户产品的关键评价指标,产品性能由原料配方、生产设备、制备工艺、生产过程控制等因素决定。因此,要实现高性能磁性材料产品的规模化生产,不仅需要公司在技术研发层面不断改进原料配方、开发新牌号的产品,更需要拥有专业、经验丰富的生产管理团队,在生产实践中不断调试生产设备、完善生产工艺的各项参数设置,以达到理想的生产工艺控制,充分保证产品的可塑性和一致性。上述实践经验短期内无法复制。以烧结工艺为例,只有通过调整特定的气氛及温度曲线,并适当控制烧结、冷却过程中的氧分压及温度,烧结后的软磁铁氧体磁芯才能达到合适的性能。

在下游电子产品更新换代加速、新兴产业对高性能电子磁性元件需求上升的背景下,软磁铁氧体生产企业对原材料配方的掌握、先进的工艺路线、生产过程的质量控制经验将成为高性能软磁铁氧体材料规模化供应的核心壁垒,新进入者短期内无法掌握最优的生产技术和工艺,无法批量生产电磁性能好、一致性高的产品。

软磁铁氧体材料基本信息

根据磁性的强弱,物质的磁性可分为抗磁性、顺磁性、反铁磁性、铁磁性和亚铁磁性。铁磁性和亚铁磁性物质属于强磁性物质。磁性材料通常指强磁性物质,主要由铁、钴、镍等过渡元素及其合金组成。

根据应用类型的不同,磁性材料可分为软磁材料、永磁材料和功能磁性材料。软磁材料是指矫顽力对磁通密度和磁化强度都较低的磁性材料,与硬磁材料相比,容易磁化和退磁,通常用来制备电感器、电子变压器等各种电子磁性元件,实现电能传输、功率变换、信号筛选等功能。

根据材质和结构不同,软磁材料可分为金属软磁、软铁氧体以及非晶、纳米晶软磁合金。

金属软磁材料的典型代表是硅钢片,是最早出现的软磁材料,由于电阻率低,在高频下损耗大,更适合于低频场景。金属软磁粉芯采用铁镍、铁硅、铁硅铝合金等软磁粉末制成,改善了传统硅钢片高频、损耗大的缺点。软磁铁氧体材料电阻率高,饱和磁通密度低,在中高频场景损耗小,加工性能好,被广泛应用于许多领域。非晶合金软磁材料是通过快速冷却合金溶液制备成非晶合金薄带。纳米晶软磁材料是在非晶合金软磁材料的基础上,通过适当的退火步骤,得到纳米级的软磁合金。上述材料在饱和磁通密度和电阻率方面具有更好的综合性能,但其技术成熟度低于金属软磁材料和软磁铁氧体。 总体来看,不同类型的软磁材料因电磁性能、技术成熟度、产品价格等存在差异,应用于不同的需求场景。

软磁铁氧体根据配方不同主要有锰锌、镍锌、镁锌等类型,其中锰锌软磁铁氧体是应用最广泛、产量最大的软磁铁氧体材料,据统计2020年锰锌软磁铁氧体产量占软磁铁氧体总产量的75.6%。

软磁铁氧体材料的电磁性能是下游客户评估的关键因素,电磁性能磁芯参数主要有起始磁导率μi、饱和磁通密度Bs、功率损耗Pcv、居里温度Tc等,具体参数如下表所示:

软磁材料的制备及工业应用

磁芯的电磁性能很大程度上取决于磁粉材料的特性。

1. 电源产品

功率软磁铁氧体的起始磁导率一般在1000~4000范围内,主要应用于各类开关电源的电子变压器,实现电压变换、电流变换、阻抗变换等功能。开关电源变压器需要在较高频率、较大电流下仍能保持良好的电磁性能,因此功率软磁铁氧体需要具备功率损耗低、饱和磁通密度高、使用温度宽等特点。功率损耗低会减少能量传输过程中的发热和能量损耗,提高转换效率;饱和磁通密度高使磁芯能够在大功率、大电流条件下工作;居里温度高使磁芯能够在较高温度的环境下使用。

根据《中国磁性材料及器件行业年鉴(2020)》统计,功率软磁铁氧体约占软磁铁氧体总量的55%,功率软磁铁氧体应用十分广泛,为满足电子磁性元件轻量化、小型化、高效稳定化的需求,其电磁性能需不断提升。

2. 高导电性产品

高导软磁铁氧体材料的初始磁导率一般可达5000以上,具有高电感、高阻抗的特点。高导软磁铁氧体材料具有较高的初始磁导率,在同样的电感值要求下,可以减少所需的线圈匝数,从而达到减小电子磁性元件体积的目的;同时高导材料的高电感值带来的高阻抗特性,使其可以用来衰减高频电流,从而达到抑制电磁干扰、滤波的作用。高导软磁铁氧体材料主要应用于数字网络、通讯系统等领域的宽带变压器、脉冲变压器等,上述领域的电子变压器对材料体积、磁导率的要求都很高;此外,高导软磁铁氧体材料还可以应用于EMI滤波器等元件中,实现滤波、抑制杂波的作用。

随着电子产品薄型化、小型化、轻量化趋势的日益突出,抑制电磁污染的需求不断增加,电子产品需要降低设备本身对电网的干扰,提高自身的抗干扰能力,因此对高导软磁铁氧体材料的需求日益增加。

过程

软磁铁氧体材料的生产过程可分为前段制粉工序和后段制磁芯工序。

磁性材料市场基本情况

磁性材料是国民经济生产过程中重要的基础材料,广泛应用于电子、电力、信息、机械、交通、新能源、医疗、国防军工等领域,用于储存和传输电能。根据统计和预测数据,2016年至2022年,全球磁性材料产量由186.59万吨增长至241.70万吨,年均增长率为4.4%。预计到2027年,全球磁性材料产量将达到344.23万吨,2021年至2027年年均增长率为7.2%。

我国凭借资源、劳动力优势,以及配套的产业链和市场,已发展成为全球磁性材料主要生产基地和销售市场。据中国电子材料行业协会磁性材料分会统计,2021年我国磁性材料行业总营业收入已突破1000亿元。

软磁铁氧体市场基本情况

软磁铁氧体是软磁材料中的重要一类,其工业化生产可追溯至20世纪40年代。半个世纪以来,软磁铁氧体的电磁性能、工艺成熟度、生产规模、自动化水平不断提升,满足下游不断变化的应用需求。由于软磁铁氧体在中高频条件下的功率损耗小、机械加工特性好、技术路径相对成熟,被广泛应用于家电、计算机、移动通讯等领域,制造电子变压器、电感器等电子磁性元器件。随着无线充电、新能源汽车、光伏发电、绿色照明等新兴市场的兴起,软磁铁氧体的应用范围和市场需求仍将保持较好的增长态势。

我国软磁铁氧体生产起步于20世纪五六十年代,受益于家电产业链的发展,20世纪八九十年代我国软磁铁氧体工业化生产迅速发展,企业数量不断增多,生产规模迅速扩大。国外知名磁性材料厂商也陆续加大在我国建厂投资,带动了我国磁性材料生产规模、生产工艺、产品性能的提升。

据中国电子材料行业协会磁性材料分会统计,2021年我国软磁铁氧体销量约46万吨,同比销量增速10.8%,我国已成为全球最大的软磁铁氧体生产国。同时,未来我国软磁铁氧体产量将以年均10%的增速增长,高于全球软磁铁氧体材料年均6%的增速。

软磁铁氧体产业链上下游

磁粉生产上游主要涉及钢铁行业、化工原料及化学制品制造业,磁粉加工成磁芯后下游主要应用于各类终端场景所需的电子变压器、电感器等电子磁性元器件。

上游行业分析

生产锰锌软磁铁氧体材料的主要原料包括氧化铁、氧化锰、氧化锌等,厂家从上游采购金属氧化物原料按照一定比例混合,经过振动磨、制球、预烧结、喷雾造粒等生产工序加工成磁粉。

氧化铁是钢铁生产加工过程中的副产品,通常是钢板酸洗后的废酸净化处理后得到的。氧化锰通常是电解锰金属粉悬浮液并氧化后得到的,氧化锌通常是烧锌或焙烧锌矿得到的。氧化锰和氧化锌的价格与电解锰、锌锭等大宗商品的价格走势高度相关。

下游行业分析

软磁铁氧体磁粉下游主要是磁芯生产厂家,磁芯主要用于加工成电源电路中不同类型的电子变压器、电感器等电子磁性元件。电子变压器主要利用电磁感应原理在电路中实现电压变换、电流变换、阻抗变换等功能,例如:将输入的220V高压输出为相对的理想低电压、将交流整流成直流等;电感器在电路中主要实现信号筛选、电能储存等功能,例如:对电路中的高频交流信号进行滤波。

电子变压器、电感器是电子信息产业的基础电子元件,对所生产电子设备的性能和质量至关重要。根据中国电子元件行业协会编制的《中国电子元件行业发展“十四五”规划》,2020年我国电子元件行业总体销售额为1883.1亿元,2015年至2020年平均增长率为4.75%。市场需求总体保持平稳增长,目前我国电子元件行业产销规模位居全球第一。根据工信部2022年9月新闻发布会上公布的数据,我国电子元件行业总体规模已突破2万亿元。

其中:电子变压器行业2020年实现销售额639亿元,2015年至2020年年均增长率为2.3%;电感器行业2020年实现销售额279亿元,2015年至2020年年均增长率为6.3%。

由于电子元器件处于产业链中游,其基础作用对我国产业链、供应链安全至关重要,我国《国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》明确提出“加快填补基础零部件、基础软件、基础材料、基础工艺和产业技术基础等瓶颈制约”。

根据中国电子元件行业协会编制的《中国电子元件行业发展“十四五”规划》,到2025年,电子变压器行业计划实现销售额777亿元,对应预计年均增长率为4.0%;电感器行业计划实现销售额410亿元,对应预计年均增长率为8.0%。

综合以上数据,预计以电子变压器、电感器为代表的电子磁性元件未来仍将保持平稳增长,其中汽车电子、光伏发电、5G通讯、新型家电、消费电子等应用领域需求将保持较高增速,电子磁性元件行业需通过技术、工艺升级提升对高端产品的配套供应能力。

①家电基本情况

软磁铁氧体磁芯广泛应用于电视、冰箱、空调、音响等家用电器中,实现电压变换、降噪滤波等功能。据国家统计局统计,2021年我国家电及视听设备零售额9340亿元,同比增长8.98%;2022年,受宏观经济增速放缓、社会消费意愿减弱等影响,2022年我国家电及视听设备零售额8890亿元,同比下降3.90%。

随着城镇化和人口增长速度的放缓,家电行业进入以消费升级为特征的中低速发展阶段,但新型智能化、个性化、健康化家电产品的市场渗透率仍有很大的提升空间。注重高端家电新功能、新款式的开发将成为行业供给侧改革的重要趋势,这也将对软磁铁氧体材料的性能和可靠性提出更高的要求。以电视机为例,目前的产品正由传统彩电逐步向大尺寸、轻薄美观的智能电视转变。轻薄化、小型化要求软磁铁氧体材料在较高的工作频率下,保持较低的功率损耗和较高的饱和磁通密度,从而实现更高的功率密度,减少空间占用;同时,软磁铁氧体磁芯需具有更强的抗电磁干扰能力,以保证图像稳定性。

②光伏行业基本情况

软磁铁氧体材料在光伏行业主要应用在光伏发电系统的逆变器中,逆变器将太阳能电池组件输入的直流电转换为符合电网接入要求的交流电。软磁铁氧体可用来制作逆变器中的高频变压器、驱动变压器、抗电磁干扰滤波电感等磁性元件。

全球面临能源危机和环境污染,光伏发电在资源可持续、环境友好等方面具有明显优势,目前全球多个政府均出台政策鼓励光伏产业发展,大力发展光伏发电替代传统能源对我国实现“碳达峰、碳中和”目标也具有重大战略意义。国家能源局在《关于2021年风电、光伏发电发展规划的通知》中指出,“2025年非化石能源消费占一次能源消费比重达到20%左右”、“2030年非化石能源占一次能源消费比重达到25%左右,风电、太阳能发电总装机容量达到12亿千瓦以上”。目前,我国光伏产业在技术水平、产品竞争力、生产能力等方面已居世界领先地位。 涌现出一批具有全球影响力的行业标杆企业,光伏行业未来有望拥有广阔的发展空间,根据国家能源局数据,2022年我国光伏新增装机容量为87.41GW,同比增长59.3%。而根据中国光伏行业协会预测,“十四五”期间全球年均新增光伏装机容量约为222~287GW,我国年均新增装机容量约为70~90GW。

提高光伏发电的光电转换效率要求软磁铁氧体磁芯具有损耗小的特点,同时要具备在高频、强直流条件下工作的能力和尽可能减小元件体积,这就要求软磁铁氧体磁芯具有较高的饱和磁通密度和较好的直流叠加特性。

③消费电子行业基本情况

软磁铁氧体在消费电子领域主要应用于手机、电脑等众多电子设备中,实现提高充电效率、降低噪音、降低磁场干扰等功能。以电脑领域为例,软磁铁氧体磁芯在电脑中可用于制作液晶显示器、笔记本电脑电源适配器中的各种滤波器、DC-DC转换器、DC-AC逆变器等电子磁性元件。根据IDC统计报告,2021年全球个人电脑出货量3.49亿台,同比增长14.8%,其中中国个人电脑出货量约5720万台,同比增长16.1%。2022年,受宏观经济增长放缓、居民消费意愿减弱等影响,全球消费电子行业销售增速放缓。 据统计报告显示,2022年我国个人电脑整体出货量约4850万台,同比下降约15%。

与发达国家相比,目前我国个人电脑普及率仍有提升空间。根据IDC的预测,2025年我国个人电脑出货量将达到约6970万台。预计未来电脑市场出货量仍将保持平稳增长,轻量化、高性能化趋势将更加明显。因此软磁铁氧体材料也需要具备更好的高频低损耗、饱和磁通密度、抗干扰等特性。

此外,软磁铁氧体材料在手机充电器、消费电子设备、电动汽车等无线充电领域也有广泛应用。无线充电是通过电感耦合的方式发射和接收信号,达到电能传输的效果。由磁性材料与线圈组成的隔磁片是无线充电技术发射端和接收端的重要组成部件,主要用于增强感应磁场、提高转换效率、屏蔽线圈干扰等。无线充电用的软磁铁氧体需要具有更高的饱和磁通密度和更低的功率损耗,还要有更高的可靠性和更小的体积。无线充电在安全性、灵活性、通用性方面表现更佳。以智能手机为代表的无线充电市场未来成长空间广阔,据中国电源学会统计,2019年我国无线充电市场规模达5.38亿元,同比增长121.4%; 2020年我国无线充电市场规模达13.38亿元,同比增长148.70%4。根据预测,2026年全球无线充电市场规模有望达到162.5亿美元。

④新能源汽车产业基本情况

汽车电子是软磁铁氧体材料重要的终端应用领域。随着资源和环境双重压力的不断加大,在政策和技术进步的推动下,新能源汽车成为汽车行业未来发展的方向,纯电动汽车、增程式电动汽车、混合动力汽车等各类新型车型的市场渗透率快速提升。新能源汽车相较于传统汽车,具有更高的电动化、智能化、网联化特征。单车电子设备数量不断增加,需要电子元器件种类也相应增加,以更好地实现能量的传输、存储和转换,这也给上游软磁铁氧体材料带来广阔的发展空间。例如:目前高强度放电照明、42V汽车电源在汽车中的应用比例提升,带动电压转换DC-DC转换器需求规模更大。同时,在有限的空间内装配更多的电子电路也容易产生电磁干扰。 为了保证汽车电子系统的可靠工作,汽车电路中需要更多具有抗干扰功能的高导性软磁铁氧体磁芯。

据中国汽车工业协会统计,2022年中国全年汽车销量将达到2686.4万辆,同比增长2.1%。其中:新能源汽车销量达到688.7万辆,同比大幅增长93.4%,占当年汽车销量的25.6%。根据国务院办公厅《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》,到2025年,新能源汽车占新车销量比重力争达到20%左右,未来几年新能源汽车渗透率将进一步提升。

此外,软磁铁氧体磁芯还用于充电站充电电源中的变压器、输出滤波电感,或用于感应充电系统中,通过初次级间的磁感应耦合实现电能传输。据中国电动汽车充电基础设施推进联盟统计预测,2022年中国将新增公共充电桩65.1万座、车载充电桩194.2万座,同比增长91.6%、225.5%。2023年预计新增公共充电桩97.5万座、车载充电桩340万座。未来县乡充电基础设施建设、高速公路充电桩覆盖率仍有提升空间。

总体来看,以新能源汽车为代表的汽车电子将成为未来软磁铁氧体材料需求增长的重要驱动力,同时由于汽车在运行过程中需要面对更加复杂的温度及运动环境,因此软磁铁氧体材料需要具有更好的宽温特性和更高的一致性水平。

高性能软磁铁氧体具有广阔的发展空间

目前下游终端应用产品逐渐走向薄型化、小型化、集成化,下游电子磁性元件在小型化的同时需要实现更高的功率输出,这就要求软磁铁氧体材料能够实现更高的功率密度。未来软磁铁氧体材料将进一步向宽温、宽频率、高饱和磁通密度等方向发展,以满足消费电子、家电行业产品升级的需求,以及新能源、光伏、5G通讯等新兴产业的发展。对于功率材料而言,未来需要尽可能在更高频率、更大电流的环境下拥有良好的电磁性能,以提高能量转换的效率,因此需要拥有更高的饱和磁通密度和更低的功率损耗;对于高导材料而言,除了提高量产材料的磁导率水平外,还需要让材料在更宽的频率范围内拥有良好的阻抗特性。 此外,以光伏发电、新能源汽车、5G通信等为代表的新兴应用场景均处于更为复杂的室外环境中,因此软磁铁氧体材料需要具有更高的温度稳定性。整体来看,综合性能和可靠性更优异的软磁铁氧体材料更符合下游发展趋势和产业政策方向,在单一产品附加值和应用数量方面均具有更为广阔的发展前景。

行业竞争格局

从全球磁性材料市场来看,日本在磁性材料的研发和生产方面起步较早,以TDK、FDK为代表的日本企业在新型软磁铁氧体材料开发方面拥有较强的能力,在高端产品的技术水平和高附加值产品的市场份额上仍占据主导地位。

我国是全球软磁铁氧体生产规模最大的国家,据中国电子材料行业协会磁性材料分会统计,20205年我国软磁铁氧体产量约占全球的73%。从区域分布来看,我国软磁铁氧体产销主要集中在浙江、江苏的长三角地区、华南地区。

根据中国电子材料行业协会的磁性材料分支的统计数据,江苏和江苏的扬兹河三角洲地区的软铁矿产量占国家产量的53%以上,企业的产量占南方的企业,中国的范围更大,占据了较高的范围,而越来越多。规模和工业链支持设施。

此外,根据中国电子材料行业协会的磁性材料分支,截至2021年12月,截至2021年12月,注册资本大于14.5%的竞争者,竞争性的竞争力仅由300多个制造商提供了4.5%。他们主要依靠低价策略来在市场上竞争,生产能力和产品的增加价值低,并且上游和下游议价能力和耐风险抵抗力较弱。

在国内公司中,亨迪安·蓬梅( )和蒂安东磁化有限公司( Co.

(1)

磁化剂成立于1999年。它主要生产和出售磁性材料,磁性设备,光伏产品和锂电池产品,其中磁性材料主要包括永久磁铁,软磁铁,塑料磁铁,陀螺仪,陀螺仪,,纳米晶体,纳米材料,预插入材料等。

(2)股票

Co.,Ltd。成立于1999年,主要从事电子材料的生产和销售(包括磁性材料和组件,诸如蓝宝石和压电晶体的晶体材料)和高端特殊设备(包括用于晶体材料的特殊设备,粉底材料的特殊设备,包括材料的特殊设备),包括材料和磁性元素,包括磁性材料和磁场。铁氧体材料和金属软磁性材料和产品,用于无线充电和NFC的磁性板等。.,Ltd。在2001年在上海主板上列出了股票代码.sh。

(3) Co.,Ltd.

Co.,Ltd。成立于1988年。其主要业务是磁性材料和设备的研究,开发,生产和销售。

(4) 磁性材料有限公司。

East 磁性材料有限公司,成立于2001年。它主要生产软磁性产品,例如锰锌,镍锌,合金铁粉核心等。该公司是广东东部 Co.,Ltd.(Stock Code:.sh)的全资子公司,一家公司。

(5)智能制造

智能制造(以前称为磁性材料)成立于1975年,主要从事磁性材料的生产,平面式展示设备和精确的结构零件,在2018年在深圳主板上列出。 (深圳)有限公司。交易完成后,磁性材料被更名为 (股票代码:.sz)。

(6) and Co.,Ltd.

and Co.,Ltd。于2015年成立。它主要从事磁性材料和相关电子产品的研究,开发和生产。

平均单价和主要产品销售的变化

主要原材料的平均购买价格

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