2012-2016年中国液态金属技术研发现状

——中国液态金属技术研发历程

一、国家非晶微晶合金工程技术研究中心研发历程

国家非晶微晶合金工程技术研究中心位于中国北京，是国内生产非晶微晶磁性材料首屈一指的企业。

国家非晶微晶合金工程技术研究中心的前身是钢铁研究总院于1975年建立的一个研究室。在1999年，作为非晶制品分公司被划入新成立的安泰科技股份有限公司。

国家非晶微晶合金工程技术研究中心是国内非晶纳米晶合金的研发先驱，有着集科研成果、专利及专业技术的背景，开发并生产非晶和纳米晶软磁合金带材、铁芯以及元件，广泛的应用于包括家用电器、计算机及其外围设备、开关电源、UPS不间断电源、汽车音响系统、高低压配电系统中的传感器和保护装置、无线电通讯和更多的领域。在国内非晶磁性产品市场中，占有70%的市场份额，现在正致力于拓展国际市场。

国家非晶微晶合金工程技术研究中心，承担着非晶纳米晶合金高科技成果的集成和实现产业化的重任，随着近几年对北京、上海、河北等生产基地投资力度的加大，我们已建成了年产超千吨非晶带材和超过500万支铁芯生产能力的生产线。而且新产品的研发和相关生产能力的扩充也正在进行当中。

二、宜安科技研发历程

公司于2010年开始研发液态金属，现已拥有先进的新材料生产技术、成熟的生产工艺和完整的产业链，在液态金属领域掌握了行业领先的核心技术，是行业内极少数实现液态金属产品在消费电子领域商用的供应商之一，形成了较高的技术壁垒。作为行业内最早进行液态金属研发的企业之一，公司的液态金属生产技术不仅在小件产品成型方面日益成熟，而且也具备大块成型产品的生产能力。中国科学院金属研究所块状非晶及其复合材料制备研究代表全球最高水平，公司与其建立紧密的股权关系，有利于联合开展新材料的制备及成型关键技术的深度研究，紧握材料、工艺以及相关设备制备的核心技术，占领液态金属产业制高点。

——非晶纳米晶软磁合金材料研究进展

一、非晶和纳米晶合金

近些年来国外非晶薄带生产企业已完全解决非晶制带技术关键，生产出高性能高质量合金薄带，达到可以剪切加工。国内企业积极进行技术改造和技术进步，基本解决非晶制带技术关键。

二、非晶纳米晶合金粉末及粉末制品

非晶纳米晶合金粉末及粉末制品研究开发拓宽了该类合金材料在电子技术领域，用作各种高频电源的滤波电感、贮能电感和pfc技术中电感器件的磁粉芯产品已经产业化、系列化，其磁导率μe在100以内，基本满足高频电感器件的需要。

由于目前非晶纳米晶合金粉末大多是以非晶薄带破碎制粉，在粉末制备及纳米晶化处理方面存在一些问题，难以采用常规粉末冶金工艺思路解决，如非晶粉末颗粒硬而扁平，成形加工难等。但如借助于纳米科学技术及快速凝固技术是有可能获得球形或近球形非晶纳米晶粉末颗粒，这对粉末制品制备大大有利，且可以大大提高粉末磁芯性能。

三、非晶纳米晶薄膜材料

随着表面安装技术、器件集成化技术和微制造技术迅速发展，把电子设备的小型化、轻量化、薄型化及微型化向前推进了一大步，实现上述要求的重要手段就是提高它的工作频率。传统软磁铁氧体材料虽然其电阻率高，但饱和磁感太低，工作频率只能到5~10mhz，超过这一频率其晶界将出现部分"短路"，磁芯损耗急剧增加，导致磁性下降，因而超过上述频率后大都使用金属薄膜材料，研究开发应用新型具有高电阻率和高饱和磁感的薄膜磁芯材料也就有了应用市场，这也为非晶纳米晶薄膜、颗粒膜等材料开发应用提供了空间。另外由于目前研制的高电阻率和高饱和磁感的薄膜磁芯材料基本上都是采用溅射或电镀等工艺制备，这些工艺和设备早已应用于工业大生产中，这也将大大有利于非晶纳米晶薄膜材料、颗粒膜材料等产业化。

四、大块铁磁性液态金属

铁基纳米晶合金是在非晶基础上经晶化处理获得。仍然采用冷却速度大约为106 ℃/s的超急冷凝固技术制备。近年来日本学者井上明久发明了铜模铸造法制取大块铁磁性非晶合金,虽然磁性能尚达不到现有铁基纳米晶合金材料的性能,但经过成分和工艺调整,提高磁性能,并结合非晶合金固有的高强度、高耐磨性及耐腐蚀性等特性,有望在某些特殊场合具有良好的应用前景。

五、FeCuNbZrB纳米晶软磁合金

国外加入Cu和Nb的FeZrB系纳米晶软磁合金(商品牌号为Nanoperm)的磁导率已达到FeCuNbSiB(Finemet)纳米晶合金水平,但其Bs值更高,达1.45～1.70T,该合金既可用于kHz频段,性能与Finemet、钴基非晶和高镍铁系坡莫合金相当;又可用于工频,其损耗低于硅钢、铁硅硼系非晶合金。

六、复合薄膜磁性材料

通常当工作频率在1MHz以上时,软磁合金薄带厚度应小于5μm,以前非晶晶化法获得的纳米晶合金已难于满足这种需求。国外有学者利用复合材料方法制备磁性薄膜应用于超高频领域。1)利用磁性膜(FM)和非磁性膜(NM)交替间隔的方法制备多层调制膜。FM为非晶或纳米晶铁磁性薄膜,NM为SiO2、Al2O3、AlN、Si3N4等陶瓷膜,无论是FM还是NM均采用镀膜技术,使其厚度为几十nm。2)将非晶或纳米晶的金属软磁颗粒弥散镶嵌在高电阻非磁性材料中,构成两相组织的纳米颗粒薄膜,这种薄膜最大特点电阻率高,在100MHz以上超高频段显示出优良的软磁特性。

——中国液态金属主要研发机构

一、云南省液态金属企业重点实验室

按照《云南省重点实验室管理办法》和《依托企业认定云南省重点实验室暂行办法》的规定，云南省科技厅组织专家对依托云南科威液态金属谷研发有限公司建设的“云南省液态金属企业重点实验室”进行了认定评审，专家组一致同意推荐为云南省企业重点实验室，经省科技厅厅务会审议通过，批准“云南省液态金属企业重点实验室”为云南省企业重点实验室。

专家认为：由中科院物理研究所研究员、清华大学教授刘静博士领衔研究的液态金属相关成果，将广泛应用于3D打印、柔性电路、航空航天、医疗卫生等领域。公司为组建实验室做了大量卓有成效的工作，已具备设立省级企业重点实验室的相关条件。专家一致同意：通过评审。

二、上海市金属功能材料应用开发重点实验室

上海市金属功能材料应用开发重点实验室于1995年成立。2002年，同济大学与上海钢铁研究所实施了共建，共建后的重点实验室分为两个分部，研究分部设在同济大学金属基材料研究所，而上海钢铁研究所作为中试和试生产的基地，并在03年、08年顺利通过上海市科委组织的评估。重点实验室在软磁材料、轻金属、大块非晶、材料的疲劳分析等研究领域形成了研究特色，并在应用基础研究、工程技术服务和专业人才培养方面做了大量的工作。