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1 前言
按化学成分，软磁材料分为金属软磁材料和铁氧体软磁材料，在铁氧体软磁材料出现以前均是金属及其合金如纯铁、坡莫合金、铁硅合金、铁硅铝合金等金属软磁材料，它们具有高μ、高Bs的特点，但电阻率低（约为10-6~10-9Ω.cm），在高频下由于涡流损耗随频率升高而增大无法使用；如果将铁的粉末与绝缘介质均匀混合压制成磁心的话，其电阻率因含绝缘介质而比金属及其合金要大得多，用在高频下的涡流损耗大大减小；而且这种磁心Bs较大还能在高功率中使用。金属磁粉心就是这种用金属或合金软磁材料制成的粉末，通过特殊的工艺压制而成的一种具有良好综合性能的新型软磁材料。它既保留了金属软磁和铁氧体软磁的一些优良特性，同时又最大限度地克服了它们的某些缺陷，使得金属磁粉心磁导率较小但线性度好、饱和磁密较高，工作频率范围较宽，这对于电子产品向高精度、高灵敏度和大容量、小型化方向发展具有极为重要的意义。由于这种磁心用的原材料是铁粉，所以最初将其称为铁粉心。
随着科学技术的发展，在上世纪40年代出现了铁氧体包括软磁铁氧体，其最大优点是在高频下具有较高的磁导率和电阻率（102~106Ω.cm），因此曾一度取代了铁粉心；但是它的Bs比金属材料低得多故而只能在低功率下使用。而铁粉心又显现出了它的特有功能，它恰好填补了金属软磁材料与铁氧体之间的空隙，即使用频率由低到高是金属—粉心—铁氧体，承受功率由低到高则是铁氧体—粉心—金属。
由于应用的需要，除了铁粉外还有其它金属合金粉末，因此铁粉心就不能代表了，日本磁学界将其叫做压粉心，我国普遍则称为磁粉心。至目前按磁粉心的性能可分为低损耗、高Bs、低成本与低损耗等几种；若按成分与应用看仍以金属磁粉心为主，尽管现在已出现非晶、纳米非晶磁粉心，但还在金属之列。常用的还是羰基铁、铁硅铝、坡莫合金，目前发展比较快的还有铁(Fe)基和钴(Co)基非晶合金磁粉心。
2 金属磁粉心的发展历史
2.1 国外
金属磁粉心的发展具有悠久的历史，早在1921年美国西方电气公司C.W.Elmen等首先成功地用电解铁粉压制成用作电话加感线圈的粉心，但这种粉心损耗大，Q小。1923年它们又发明了高μ坡莫合金，1927年首次制成了坡莫合金磁粉心。1940年美国贝尔实验室的F.J.Given等开发了含铜坡莫合金磁粉心，由于加了2~4％少量钼，该磁心具有高的磁导率和电阻率、时间稳定性好、温度系数小、损耗低等特点而受重视。此间德国西门子公司于1935年研制成了羰基铁磁粉心，日本东北大学金属材料研究所山本等人开发出了铁硅铝合金(Sendust)磁粉心并将其商品化。
自1940年开发了钼坡莫合金磁粉心后，其加工工艺不断完善成熟，磁粉心的生产达到定型并形成系列化，实现了商品化生产，当时仅美国年产这种磁粉心已达2000万只。在美国除西方电气公司外巴特勒磁性材料公司等也生产钼坡莫合金磁粉心。此外英国标准电话电缆有限公司、前苏联有关厂家也生产磁粉心，并在二十世纪50年代得到广泛应用。二次大战后由于铁氧体的迅速开发，在一般应用中代替了磁粉心。但因铁氧体的Bs低只能在低功率下使用，因此80年代初日本开发了用于高频整流电源扼流圈用的新磁心（HP磁心）它使用的原材料价格便宜，磁心性能可与钼坡莫粉心妣美。与此同时美国还开发了非晶态合金粉末，1984年美国联合公司的D.Raybould用Fe79B16Si5（联合公司牌号，Metglas2605S3）非晶粉末压制非晶磁粉心，这为磁粉心的再开发与应用注入了新的活力。
国外生产磁粉心的企业并不多，主要是以下几家：
美国MAGNETICS：主要生产高磁通，铁硅铝，铁镍钼，不生产铁粉心，产量及技术水平处世界领先。韩国CSC：产品和MAGNETICS雷同。美国ARNOLD：产品和MAGNETICS雷同。韩国DONGBU：产品和MAGNETICS雷同，产品技术水平较低。英国MMG：专业生产铁硅合金粉心。美国MICROMETALS：专业生产铁粉心。俄罗斯生产的铁镍钼产品技术水平很高，综合指标超过MAGNETICS水平，但仅在国内作专用配套。
2.2 国内
近十年我国的金属磁粉心也有了较快的发展，特别是随着绿色能源的快速发展，我国多家企业也开始了金属磁粉心的研制工作，产品质量和生产规模大大提升，促进了我国金属磁粉心项目的发展，缩小了和国际上的差距。
我国金属磁粉心的研发起步较晚，大约在二十世纪60年代中期冶金部钢铁研究总院、上海钢铁研究所、武汉钢铁研究所和北京无线电三厂（798厂）等单位先后开始研究钼坡莫合金磁粉心。在粉末制备、包复绝缘粘结剂、压型及磁粉心热处理等方面进行了大量实验研究，建立了具有中国特色的生产工艺。例如在制粉不采用国外鳞片化扎制而用浇豆后研磨制粉而作成的粉心性能达到美国鳞片粉心水平。在不断完善机械破碎法的同时，还发展了雾化法制粉技术。在母合金粉末中加入少量负温度系数的补偿合金粉末，研制出了低温度系数的钼坡莫合金磁粉心。我国首先在世界上开发了高饱和磁感的中Ni(50Ni)磁粉心；还开发了飞机测高仪谐振滤波器用的具有高Q(＞80)的磁粉心；开关电源用的高稳定型恒导磁粉心；用作偏转环无线电抗干扰滤波器的高频磁粉心；同时开发了用于大电流、频率高的FeNi50磁粉心；用雾化粉末制成了Ni80Mo4高频磁粉心。1985年我国率先制定了镍铁磁粉心国家标准(GBn251-85)。该标准列出了Ni81Mo2、Ni50Fe50两种合金9个等级（按有效磁导率分级）的磁粉心，并与国际标准尽可能保持一致，表明我国磁粉心生产已走上了系列化、标准化的道路。
上海钢铁研究所在国内首次采用模式识别和回归分析了工艺参数对磁粉心性能的影响，按分析结果指导粉心生产，得到高磁导率、高品质因数、高稳定的磁粉心，其性能达到了美国样品先进水平。钢铁研究总院研制出用于混响抑制滤波器、双调谐带通滤波器的高恒磁导率、高Q（Q≥700、低温度系数的粉心。这些钼坡莫粉心的性能、规格等已达到国外产品水平，并进行了非晶粉心的开发。上海钢铁研究所研制出高频粉心Fe47Ni29V2Si8B14，这种粉心在频率1kHz-1MHz宽的范围内，电感变化量为0.77％，100kHz时的Q值是钼坡莫粉心的8倍，恒导磁范围上限已达7960A/m，接近国际先进水平。
上世纪末，台商进入这个行业，并在中国大陆设厂，主要是珠海可达、东莞嘉城及居磁等厂商。
随着铁粉心进入微利时代，同时考虑到铁粉心损耗较大，温升高，进入二十一世纪随着逆变电路的高频、高功率和EMC的更高要求，以及光伏、风电领域的需求，加上人们对金属磁粉心材料的认识的进一步加深，合金磁粉心引起了很多厂商的关注，其产业化近几年得到快速的发展。
目前国内金属磁粉心材料生产厂家估计大大小小的也有四十余家。主要集中在华南和华东地区，普通材质的品质基本上和国外水平相差不大，产品标准都以Micrometals的产品为基准。在国内上市企业仅有五家，分别是横店集团东磁股份有限公司、北京七星飞行电子股份有限公司、安泰科技股份有限公司、天通控股股份有限公司、吉恩镍业股份有限公司。技术上占有优势的比较突出的有北京七星飞行电子、横店东磁、浙江科达磁电及早期的武汉浩源磁材等，这些企业的部分产品已经达到国际标准。同时也出现了安徽首文（首钢投资）、杭州波峰、德清奥真、江西大有、佛山中研、湖南益阳新纪元、江西大友科技、青岛云路新能源、湖州市天静电子等新型企业。据不完全统计，在本世纪初，国内金属磁粉心生产规模年产量在几百吨，其中95%以上是铁粉心。以后金属磁粉心生产规模基本以每年20%左右的速度增长。然而，国内生产的金属磁粉心仅占市场需求的很少部分，绝大部分的市场需求还依赖进口。北京七星飞行电子生产高磁通、铁硅铝、铁镍钼、铁粉心，品种类别齐全，部分材料处于世界领先水平，产品销售国内大多数市场。新世纪初，北京七星飞行电子研制成功了新型高磁导率125铁硅铝材料，并形成批量化生产，其性能达到了国际先进水平。特别是在2006年，通过优化生产工艺，进一步提高了铁硅铝系列材料的技术水平，其功率损耗比国外技术水平最高的美国MAGNETICS公司同规格产品低10%~30%，处于国际领先水平。横店集团东磁股份有限公司可以批量生产的产品有铁镍钼DM572160、铁硅铝DS572125等。浙江科达磁电有限公司(KDM)从2000年9月成立之初就开始铁粉心的研发和规模化生产，经过10多年的发展，产品性能和产量大大提升，目前公司拥有铁硅铝磁粉心(Sendust Cores)、硅铁磁粉心(Si-Fe Cores)、高磁通磁粉心(High Flux Cores)、铁镍钼磁粉心(MPP Cores)、铁硅镍磁粉心(Neu Flux Cores)等全系列合金磁粉心产品线，年产量为4000吨，产品性能与Micrometals相当，具有很强的市场竞争力。公司开发出了耐高温铁粉心(HTC200 Iron Powder Core)，现有-75材，-76材，能够耐高温200℃，是性价比非常高的产品。
新世纪初，在国内处于先进水平的北京七星飞行股份有限公司和信息产业部标准化研究所共同起草了本行业通用规范SJ20829-2002 《金属磁粉心总规范》，为金属磁粉心的发展奠定了基础。
2.3 金属磁粉心的新发展
为适应磁性器件向小型化、智能化、高集成与SMT等方向发展的需要，电感器件必须在高频下具有优良的动态性能和较低的交流损耗，特别是在现代通讯设备中电感器件应在很宽的频率范围内具有高而恒定的磁导率，即具有高频、宽恒导磁与高Q，为此近几年来，各国科技人员从金属磁粉心到非晶、超微晶、纳米晶、复合磁粉心等方面都作了大量研发工作，取得了不少进展。例如非晶磁粉心早在上世纪80年代中期D.Raybould等用Metglass2605-S3(Fe79B16Si5)非晶，以简单的压制方法作成非晶磁粉心，在频率10kHz、Bm=0.1T时，μ=30，而用交变压制时μ高达60；上世纪80年代末上海钢研所首先用Fe47Ni29V2Si8B14粉末机械压制成非晶磁粉心在100kHz时的Q值为80NiFeMo的8倍。由于材料研发的进展，超微晶磁粉心便开发出来。于是在非晶和超微晶粉末的制取与粉碎、粉末包复与压制、超微晶磁粉的晶粒尺寸和晶化率的控制等工艺上都取得了良好进展；美国罗宝爱兰超微粉公司研制了尺寸小于1μm的50NiFe、50CoFe、FeSiAl和FeSi微粉；日本Sugayg等利用氧化膜作绝缘膜，在纯铁中添加少量的Si和Al制成10~20μm的微粉，为超微粉磁粉心的开发提供了先决条件。
目前非晶粉末磁心真正能批量生产并上市的厂家也很少，主要是由日本和韩国掌握，如日本的日立金属和古河（FAA系列）、韩国AMOSENSE（APH系列），特别是AMOSENSE的(APH)系列已经被广泛的应用，据说每月达到2KK的量，而且又推出了APM系列的纳米晶粉末磁心，克服了原来非晶粉末磁心强度差，有噪音的问题，而且损耗又进一步降低，到达MPP的标准。近年国内也有厂家如北京安泰科技、江西大有科技等在这方面进行了尝试。但没有看到真正的批量上市。浙江科达磁电(KDM)于2011年11月成功开发出新一代的纳米晶磁粉心产品—Nanodust材料，该材料具有低损耗、高Bs、低成本的特点。目前该材料有KAH和KAM两大系列。目前都已能批量上市。
非晶和超微晶磁粉心虽有优良的磁性能，但温度稳定性没有金属磁粉心好，制作工艺还比较复杂，目前大多企业还难以大规模化生产，它仍处于发展初期。虽然还有诸多问题需要解决，但前景则是不言而喻的。
3 金属磁粉心的工艺技术
金属磁粉心生产的一般工艺流程如下：合金冶炼→制粉→粉分级→粉处理→配料→绝缘包覆→压制→烧结与处理→性能检测→浸溶→干燥→涂覆→验收→包装入库
在金属磁粉心的生产中，通常是用下面两种方法来制粉的：一种是通过雾化法来制取球状或类球状的粉末。这里需要控制的主要工艺因素有合金的液流速度、雾化介质及雾化介质的压力、冷却介质等。另一种方法是用哈密塔磨粉机制粉。这种方法得到的是鳞片状的粉。它是在惰气保护下进行，并通过惰气流将磨细的粉末带入收集桶里。
粉处理的目的是为了使合金粉进一步得到净化，使合金的结晶状况尽可能完好或是使制粉过程中被破坏了的晶粒得到一定程度的恢复。还可使在制粉过程中产生的应力得到消除。
配料与绝缘在金属磁粉心的制备过程中是很关键的工序。根据金属磁粉心的性能要求，首先确定配料工艺。如合金粉料的组成与配比、合金粉的粒度分布与组成及各组成的配比等都应正确的选择与控制。绝缘是将金属磁粉末粒子的表面均匀地包覆一层绝缘膜。
经过绝缘包覆好的磁性粉末进行磁心的成型压制，压制好的磁心必须具有一定的尺寸规格、密度和强度。
烧结处理在磁粉心的生产中是最关键的工序，也是工艺因素影响最敏感的工序。它可以是在空气中进行，也可以在氢或惰气保护下进行。
金属磁粉心的生产工艺是比较复杂的，各种工艺因素也很多，这些工艺因素都直接或间接地影响着磁心的性能，有的甚至对磁粉心的性能起着决定性的影响。因此，在磁粉心的研制、生产过程中，必须严格、正确地控制各种工艺因素的影响。特别是要注意控制好一些主要因素的影响，合理的控制磁粉心生产制备过程中的各种工艺条件，就可以生产出具有最佳性能的磁粉心，这也是磁粉心生产的最关键环节。
4 金属磁粉心的性能及分类
4.1 金属磁粉心的分类
金属磁粉心主要有铁粉心(Iron core)、铁硅铝磁粉心(Sendust core)、铁镍50磁粉心(High flux core)、铁镍钼磁粉心(MPP core)和铁硅磁粉心(FeSi core)以及非晶、纳米晶软磁磁粉心等六大类材料。除铁粉心外，其它磁粉心一般统称合金磁粉心。
4.2 金属磁粉心的性能
几种常见的金属磁粉心的磁性能如表1所示。
表1 几种常见金属磁粉心的磁性能
材料 Bs /T TC/℃ 直流叠加磁场7958 A/m时，磁导率跌落至 损耗/mW·cm－3 (100kHz, 50mT)
铁粉心 1.2 750 50% 800
高磁通磁粉心 1.5 500 74% 260
铁镍钼磁粉心 0.75 400 55% 120
铁硅铝磁粉心 1.05 600 45% 200
铁硅磁粉心 1.6 700 75% 380
非晶磁粉心 1.56 410 70% 200
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