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非晶合金的應用

時間:2021-10-30 百科知識 版權反饋
【摘要】:基于非晶獨特的組織結構和優異的性能,以及高效的制備工藝和廣闊的應用前景,自誕生以來就一直受到廣泛重視,人們也逐漸加大了對其應用技術的研究。非晶合金與硅鋼的主要物理性能比較見表7-1。非晶電機的研發始于20世紀90年代初。因此,在開關電源和接口設備中增加了大量高頻磁性器件,而非晶合金再次大有用武之地。鐵基非晶合金在此類應用中有明顯優勢,將在變頻零電綠色方面發揮重要作用。

基于非晶獨特的組織結構和優異的性能,以及高效的制備工藝和廣闊的應用前景,自誕生以來就一直受到廣泛重視,人們也逐漸加大了對其應用技術的研究。短短的幾十年,非晶已經在很多領域得到廣泛應用。目前,非晶主要被用作磨具材料、切削工具材料、電極材料、耐腐蝕材料、儲氫材料、運動器材材料、軟磁材料等。其在汽車工業、化學工業、運動器材,乃至國防軍事上已經表現出巨大的應用潛力。

在物理性質方面的應用主要基于其卓越的軟磁性。這是由于與傳統的晶態合金磁性材料相比,由于其原子排列無序,故沒有晶體的各向異性,電阻率高,具有高的磁導率。由于非晶能減少渦流,因而可被應用在高頻設備中?,F代工業多用它制造配電變壓器,具有顯著的節能效果。非晶態合金鐵芯還被廣泛地應用在各種高頻功率器件、傳感器、高耐磨音頻視頻磁頭和高頻逆變焊機上。這使得電源工作頻率和效率大大提高,焊機的體積成倍減少。目前,一種體積小、重量輕的非晶態軟磁材料以損耗低、導磁高的優異特性正逐步取代一部分傳統的硅鋼、坡莫合金和鐵氧體材料,成為目前越來越引人注目的新型功能材料之一。專家預計,到2050年,全球的能源消耗將會是目前消費水平的3倍。由于經濟發展與電力供應的不匹配,電力短缺代價也越來越大,因此急需新的技術,以提高電力供應的靈活性,改變當前電網能源利用率低,發電、傳輸、使用過程都存在大量能量損失的現象。電力行業可以采取諸如使用非晶合金變

壓器代替硅鋼配電與啟用需求響應程序,增加電力需求管理等解決方法。非晶合金與硅鋼的主要物理性能比較見表7-1。

表7-1 非晶合金與硅鋼的主要物理性能比較

注:鐵損測量是在50Hz的工作磁場下測試的。

目前我國工業能耗約占總能耗的70%。其中,電機能耗占工業能耗的60%~70%。理論上用非晶材料做成定子鐵芯的非晶電機運行效率可達95%以上,最高可達98%。特別是在一些中高頻的應用場合,傳統硅鋼片電機效率很低,而非晶電機的運行效率也在90%以上,所蘊含的節能潛力非??捎^。這就為非晶材料在高效電機上的應用提供了廣闊的舞臺。

與傳統材料電機相比,非晶電機具有卓越性能和優勢。表7-2以DW47和Met?glas2605SA1為例列出了硅鋼片與非晶材料定子鐵心的不同特性。

表7-2 硅鋼片與非晶材料定子鐵心的不同特性

由此推斷出非晶電機高效節能、功率密度和扭矩密度大的特點。

非晶電機的研發始于20世紀90年代初。1996年美國的LightEngineering,Inc. (LE公司)成功地將非晶材料應用在電機上并實現產業化。經過10多年的研發累積,湘電萊特電氣有限公司開發出系列非晶永磁同步電機及發電機產品,在北美、歐洲及亞洲地區批量銷售,并在國內建立第一條非晶電機生產流水線,成為國內非晶材料應用于高效電機的典范。

化學性質方面,非晶對某些化學反應具有明顯的催化作用,可被用作化工催化劑;某些非晶通過化學反應可吸收或釋放出氫,可被用作儲能材料。由于沒有晶粒、晶界等缺陷,非晶比晶態合金更加耐腐蝕,可被用作腐蝕環境中工作的設備的首選材料。

表7-3列出了非晶合金帶材的典型性能和一些主要應用。

表7-3 非晶納米晶帶材的典型性能及主要應用領域

電子信息領域,隨著計算機、網絡和通信技術的迅速發展,對小尺寸、輕重量、高可靠性和低噪聲的開關電源和網絡接口設備的需求日益增長,要求也越來越高,如:為了減小體積,計算機開關電源的工作頻率已經從20kHz提高到500kHz;為了實現CPU的低電壓、大電流供電方式,采用磁放大器穩定輸出電壓;為了消除各種噪聲,采用抑制線路滋生干擾的共模和差模扼流圈。因此,在開關電源和接口設備中增加了大量高頻磁性器件,而非晶合金再次大有用武之地。

在電子防竊系統中,早期利用鈷基非晶窄帶的諧波式防盜標簽在圖書館中獲得了大量應用。最近利用鐵鎳基非晶帶材的聲磁式防盜標簽克服了諧波式防盜標簽誤報警率高、檢測區窄等缺點,應用市場已經擴展到超市。

在民用產品中,變頻技術有利于節約電能,并減少體積和重量,正在大量普及,但負面效應不可忽視。如果變頻器中缺少必要的抑制干擾環節,就會有大量高次諧波注人電網,使電網總功率因素下降。減少電網污染最有效的方法之一是在變頻器中加人功率因數校正緩解裝置。其中,關鍵部件是高頻損耗低、飽和磁感大的電感鐵芯。鐵基非晶合金在此類應用中有明顯優勢,將在變頻零電綠色方面發揮重要作用。

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