微波暗室用NiZn鐵氧體吸波體工藝技術(shù)與市場(chǎng)前景

微波暗室用NiZn鐵氧體吸波體工藝技術(shù)與市場(chǎng)前景1.引言微波暗室是電磁兼容（EMC）試驗(yàn)、測(cè)試的關(guān)鍵裝備和理想場(chǎng)地，微波暗室又稱(chēng)屏蔽暗室、電波暗室、無(wú)反射屏蔽室等。目前用于EMC微波暗室的吸波材料主要有三類(lèi)：介電損耗型吸波材料、鐵氧體磁性吸波材料以及復(fù)合吸波材料等。鐵氧體吸波體直接貼在屏蔽暗室的金屬壁上，可最大限度地吸收電磁波的低頻部分。FCC和歐盟標(biāo)準(zhǔn)要求EMC測(cè)試的頻率下限為30MHz，因此EMC微波暗室必須在這一頻率范圍內(nèi)提供可接受的測(cè)試精度。國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）定義了測(cè)試電子設(shè)備輻射敏感度的均勻場(chǎng)要求的頻率范圍最低到26MHz，所以微波暗室的低頻性能十分引人注目，鐵氧體磁性吸波材料因此成了微波暗室質(zhì)量的關(guān)鍵。本文簡(jiǎn)要介紹了本公司以R3K射頻寬帶NiZn鐵氧體材料為基礎(chǔ)，開(kāi)發(fā)EMC微波暗室用鐵氧體吸波體（磚）系列產(chǎn)品的大生產(chǎn)工藝技術(shù)，并討論了該產(chǎn)品的市場(chǎng)發(fā)展前景。2.產(chǎn)品技術(shù)性能尖晶石型立方晶系鐵氧體材料是使用最早也是目前最為廣泛應(yīng)用的磁性吸波材料，包括MnZn、NiZn、NiCuZn、MnMgZn等系列，其中尤以NiZn鐵氧體的寬帶吸波性能為最佳。關(guān)于微波暗室用鐵氧體吸波材料性能分析和吸波體（磚）的吸波性能與其磁損耗角正切之間的理論分析，已有專(zhuān)文介紹，在此不再贅述。本公司以R3K射頻寬帶NiZn鐵氧體材料為基礎(chǔ)，研制成的XFT—100系列鐵氧體吸波體產(chǎn)品，具有頻帶寬、吸波好、性/價(jià)比優(yōu)等特點(diǎn)，已通過(guò)了四川省科技廳組織的科技成果鑒定，經(jīng)江蘇省電磁兼容測(cè)試站檢測(cè)和專(zhuān)家鑒定，認(rèn)為其性能處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先，達(dá)到國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品水平。公司現(xiàn)已制定了Q/MXD107—2002企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，其主要技術(shù)性能指標(biāo)如表1、2所示，當(dāng)然也可按用戶(hù)要求組織生產(chǎn)。目前本公司已形成年產(chǎn)100噸的微波暗室用寬帶NiZn鐵氧體吸波材料中試生產(chǎn)線，每年可穩(wěn)定生產(chǎn)鐵氧體吸波體（也可稱(chēng)為吸波磚或吸波瓦）系列產(chǎn)品約30萬(wàn)塊（片），合格率達(dá)95%以上，正擬進(jìn)一步建設(shè)產(chǎn)業(yè)化基地。表1

XFT—100系列鐵氧體吸波體產(chǎn)品的技術(shù)性能指標(biāo)初始磁導(dǎo)率μi：2500±20%；吸波性能（反射損耗）RL-20dB頻率范圍f30—400MHz鐵氧體吸波材料密度ρ≥5.0g/cm3鐵氧體吸波體尺寸100×100系列（見(jiàn)表2）表2

XFT—100系列鐵氧體吸波體產(chǎn)品的外形尺寸型號(hào)尺寸(mm)厚度(mm)重量(g)備注XFT-100100×1006.0300中心無(wú)孔XFT-100h100×1006.0300中心有φ10mm孔XFT-100G100×10019.0570帶網(wǎng)格3.大生產(chǎn)工藝流程與技術(shù)創(chuàng)新公司在現(xiàn)有年產(chǎn)100噸微波暗室用寬帶NiZn鐵氧體吸波材料中試生產(chǎn)線的基礎(chǔ)上，正在進(jìn)一步實(shí)施產(chǎn)業(yè)化，其大生產(chǎn)工藝技術(shù)途徑采用美、日等國(guó)先進(jìn)的鐵氧體干法生產(chǎn)工藝，又稱(chēng)為氧化物工藝，其工藝流程如圖1所示。

圖1

微波暗室用鐵氧體吸波體生產(chǎn)工藝流程在建設(shè)年產(chǎn)100噸微波暗室用射頻寬帶NiZn鐵氧體吸波材料中試線過(guò)程中，公司集中精力，以科技為先導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)了配方優(yōu)化設(shè)計(jì)、1000噸大型液壓機(jī)自動(dòng)成型、精密控溫保形燒結(jié)和全六面高精度研磨等技術(shù)創(chuàng)新，并申請(qǐng)了兩項(xiàng)專(zhuān)利（專(zhuān)利號(hào)02336737.7等）。眾所周知，為了獲得頻率范圍寬、吸波性能好的鐵氧體吸波材料，首先應(yīng)從配方入手，通過(guò)適當(dāng)摻雜，提高μ值，包括μi和μ″，以改善低微波頻段的吸波性能；其次，由于吸波性能與吸波體匹配厚度d密切相關(guān)，所以從制造工藝上應(yīng)確保吸波體的高致密性，以減小吸波材料的體積和重量；最后，根據(jù)鐵氧體材料硬而脆的特點(diǎn)，必須提高吸波材料的可加工性，以滿(mǎn)足電波暗室的整體裝配要求。因此，如何以技術(shù)創(chuàng)新為動(dòng)力，提高批量產(chǎn)品合格率，大幅度降低生產(chǎn)成本，也就成為該系列產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵?！飳拵iZn鐵氧體吸波材料組合摻雜技術(shù)創(chuàng)新根據(jù)微波暗室用鐵氧體吸波材料性能分析，公司在原有R3K射頻寬帶NiZn鐵氧體材料系列科技成果的基礎(chǔ)上，強(qiáng)化了高純?cè)牧系亩c(diǎn)和入庫(kù)分析檢驗(yàn)，同時(shí)，采用本公司自主開(kāi)發(fā)的特殊制粉工藝，重點(diǎn)進(jìn)行合理?yè)诫s配方和優(yōu)化設(shè)計(jì)試驗(yàn)。通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)和不懈努力，最后找到了以Co、Cu離子為主體的組合摻雜新配方，以提高μi和μ″值，從而既保持了R3K射頻NiZn鐵氧體材料原有的寬頻帶和μi為2500以上的高磁導(dǎo)率特性，同時(shí)又具有良好的低微波頻段的吸波性能?！?000噸大噸位液壓機(jī)自動(dòng)成型技術(shù)創(chuàng)新目前廣泛用于電腦、通訊、網(wǎng)絡(luò)和各種家電產(chǎn)品中的NiZn鐵氧體元件越來(lái)越小，最小的環(huán)形小磁芯僅0.05克，通常采用多工位精密旋轉(zhuǎn)壓機(jī)自動(dòng)成型，最小的旋轉(zhuǎn)壓機(jī)壓力為1噸，而微波暗室用寬帶NiZn鐵氧體吸波體根據(jù)暗室的整體裝配要求和TDK、村田等國(guó)外著名大公司的標(biāo)準(zhǔn)，均需將鐵氧體吸波體加工成100×100×（5—7）mm的大塊貼磚或磁瓦，有的還需要加工成中間具有安裝孔或網(wǎng)格狀產(chǎn)品。此時(shí)，吸波體成品單件重為300—400克，幾乎是上述小磁芯的1000倍。目前國(guó)產(chǎn)自動(dòng)成型液壓機(jī)最大壓力為230噸，為保證NiZn鐵氧體吸波體的高密度成型，公司利用生產(chǎn)高檔瓷磚的1000噸大型液壓機(jī)，將其改造為可生產(chǎn)120×120×（7—8）mm大塊鐵氧體生坯的自動(dòng)壓機(jī)，在工藝技術(shù)和專(zhuān)用設(shè)備改造方面取得了重大突破，解決了制粉質(zhì)量與自動(dòng)進(jìn)料、一模多件自動(dòng)模具設(shè)計(jì)、生坯密度均勻性等一系列工藝技術(shù)問(wèn)題，在國(guó)內(nèi)率先實(shí)現(xiàn)了采用1000噸大型精密液壓機(jī)自動(dòng)成型的新技術(shù)?！锞芸販乇Ｐ螣Y(jié)技術(shù)創(chuàng)新采用氧化物法生產(chǎn)NiZn鐵氧體的工藝技術(shù)中，配方是基礎(chǔ)，成型是保證，燒結(jié)是關(guān)鍵。在通常情況下，無(wú)論何種窯爐設(shè)備、采用何種燒結(jié)制度，要將外形尺寸大于120×120×（7—8）mm的大而薄的鐵氧體生坯經(jīng)1200—1300℃的高溫?zé)Y(jié)而保持不變形是非常困難的。本公司經(jīng)過(guò)多次失敗和試驗(yàn)，終于建立起了一套獨(dú)具特色的精密控溫保形燒結(jié)工藝技術(shù)，包括隧道窯窯腔高度及出料口改造，采用定制的承燒板和特殊的生坯裝料方法，再輔以精密控溫、慢速推進(jìn)等適合大而薄的鐵氧體生坯燒結(jié)曲線，終于比較徹底地解決了因燒結(jié)時(shí)不均勻收縮而變形、開(kāi)裂等現(xiàn)象，從而將NiZn鐵氧體磁性吸波體的燒結(jié)合格率提高到95%以上?！锶娓呔茸詣?dòng)研磨技術(shù)創(chuàng)新按照微波暗室的整體設(shè)計(jì)規(guī)范，成品為100×100×（5~7）mm的大塊吸波體或鐵氧體磁瓦需緊貼于暗室的金屬壁上，所以對(duì)寬帶NiZn鐵氧體吸波體外形尺寸和表面質(zhì)量要求都非常苛刻，不但需要六面磨光，無(wú)缺角、掉邊及微裂紋，而且尺寸精度和形位公差要求很高，使吸波體之間的裝配縫隙足夠小，否則將影響微波暗室的整體技術(shù)性能，甚至需返工重建。為此，公司借鑒永磁鐵氧體如6×6×1英寸的大磁塊雙端面磨加工技術(shù)，投資購(gòu)買(mǎi)了通過(guò)式自動(dòng)磨床、超聲波清洗機(jī)和紅外烘干設(shè)備，設(shè)計(jì)制作了專(zhuān)用夾具，并針對(duì)容易缺角、崩邊等難題，一方面通過(guò)組合摻雜配方、控制燒結(jié)溫度等措施，提高寬帶NiZn鐵氧體吸波體的可加工性，另一方面獨(dú)劈蹊徑，摸索出了一套技術(shù)訣竅，使磨加工合格率幾乎達(dá)到100%。4.市場(chǎng)應(yīng)用前景4.1中國(guó)建設(shè)微波暗室的重要意義——微波暗室是營(yíng)造綠色電磁環(huán)境的重要技術(shù)手段二十一世紀(jì)是信息爆炸的時(shí)代，信息的產(chǎn)生、傳遞、接收、處理和存儲(chǔ)等大都依賴(lài)電磁信號(hào)作為載體。電子信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，不但使人類(lèi)的文明與進(jìn)步上了一個(gè)新臺(tái)階，同時(shí)也給這個(gè)世界帶來(lái)了電磁污染問(wèn)題。實(shí)際上，電磁污染已成為繼水源、大氣、噪聲之后的第四大環(huán)境污染源。為了實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的綠色電磁環(huán)境，任何電子電氣產(chǎn)品除了本身能夠承受一定的外來(lái)電磁干擾（Electro-MagneticInterference，EMI）而能保持正常工作外，還必須做到不對(duì)其它電子電氣設(shè)備產(chǎn)生無(wú)法容忍的電磁干擾。此類(lèi)產(chǎn)品就可認(rèn)為抗EMI性能高，亦即具有良好的電磁兼容（Electro-MagneticCompatibility，EMC）性。而為了提高電子電氣產(chǎn)品EMC性能，首先要從系統(tǒng)集成、電路設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和軟件方面抓起；然后需優(yōu)選各種電子材料和電子元器件，采取吸收、屏蔽、濾波、抑制等各種手段；最后還得進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬仿真和測(cè)試檢驗(yàn)。而微波暗室就是研究和測(cè)試電子電氣產(chǎn)品EMC性能的重要和關(guān)鍵手段之一?！⒉ò凳沂谴_保國(guó)家信息安全的重要技術(shù)保證從信息安全角度來(lái)看，一方面，軍事電子裝備和作戰(zhàn)武器平臺(tái)必須具有強(qiáng)有力的抗EMI性能，另一方面，自身的信號(hào)輻射、泄漏應(yīng)盡可能降低，以保證軍事信息的安全性。另外，隨著經(jīng)濟(jì)全球化進(jìn)程的加速，大至一個(gè)國(guó)家，小到一個(gè)企業(yè)，經(jīng)濟(jì)信息的安全性也已提高到十分重要的地位。尤其是財(cái)政、金融、規(guī)劃計(jì)劃、核心技術(shù)及市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)等要害部門(mén)更是如此。早在上個(gè)世紀(jì)四、五十年代，美國(guó)軍方就開(kāi)始關(guān)注電子裝備的EMC問(wèn)題，到八十年代，美國(guó)已形成軍用MIL-F-15773無(wú)線電干擾總規(guī)范和民用FCC標(biāo)準(zhǔn)兩大系列EMC標(biāo)準(zhǔn)；德國(guó)制訂了VDE標(biāo)準(zhǔn)，并被作為歐共體EMC標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)，1993年開(kāi)始強(qiáng)制執(zhí)行；日本和前蘇也相繼制訂了各自的EMC標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)從1998年起正式推行EMC系列標(biāo)準(zhǔn)，至今已發(fā)表47項(xiàng)以上，并從2003年8月1日起強(qiáng)制執(zhí)行。從軍事應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)看，EMC微波暗室不但用來(lái)測(cè)試、檢查、驗(yàn)證軍事電子裝備和軍用電子元器件的EMC性能，還可用作三軍協(xié)同指揮中心、各級(jí)軍事單位的核心要害部門(mén)等?！⒉ò凳沂峭苿?dòng)外貿(mào)出口發(fā)展高新產(chǎn)品的重要技術(shù)基礎(chǔ)我國(guó)加入WTO后，必須全面貫徹執(zhí)行EMC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，尤其是作為IT和家電生產(chǎn)大國(guó)，凡是EMC未達(dá)標(biāo)的產(chǎn)品，就不能銷(xiāo)售，更無(wú)法進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)。在降低和取消關(guān)稅壁壘之后，EMC技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等非關(guān)稅壁壘必將成為國(guó)際貿(mào)易中競(jìng)爭(zhēng)各方手中的一個(gè)重要砝碼。同時(shí)，為了改善我國(guó)人民的生存和生活環(huán)境，將電磁污染超標(biāo)的“垃圾產(chǎn)品”拒之于國(guó)門(mén)之外，也已成為各級(jí)政府和有關(guān)主管部門(mén)的頭等大事。要在國(guó)際貿(mào)易糾紛中立于不敗之地，我們必須建設(shè)符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的EMC微波暗室，對(duì)進(jìn)出口的電子電氣產(chǎn)品和相關(guān)產(chǎn)品，按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行檢測(cè)和檢驗(yàn)，用數(shù)據(jù)說(shuō)話，嚴(yán)格把關(guān)，一絲不茍，在國(guó)際上樹(shù)立起負(fù)責(zé)任的大國(guó)形象。去年，我國(guó)進(jìn)出口總量達(dá)到創(chuàng)記錄的6000億美元，居全球第五位。為了實(shí)現(xiàn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)跨越式發(fā)展，擴(kuò)大進(jìn)出口貿(mào)易，增強(qiáng)綜合國(guó)力，不斷提高電子電氣產(chǎn)品EMC性能，已經(jīng)迫在眉睫?？萍际堑谝簧a(chǎn)力。為了發(fā)展高科技，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，不斷向國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)推出高新技術(shù)產(chǎn)品，逐步改善中國(guó)作為“世界工廠”的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，促使我國(guó)電子電氣產(chǎn)品的快速升級(jí)換代，在新產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)、檢測(cè)等各個(gè)重要環(huán)節(jié)中，進(jìn)一步全面貫徹執(zhí)行EMC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，也已成為我國(guó)科技界、產(chǎn)業(yè)界不可等閑視之的一個(gè)非常現(xiàn)實(shí)的問(wèn)題。而微波暗室正是各類(lèi)研究院所、大專(zhuān)院校和有關(guān)的大中型企業(yè)發(fā)展高科技產(chǎn)品的重要技術(shù)基礎(chǔ)。4.2中國(guó)的“微波暗室熱”剛剛拉開(kāi)序幕我國(guó)在電磁兼容（EMC）技術(shù)領(lǐng)域和微波暗室技術(shù)的研究方面起步較晚。隨著我國(guó)對(duì)外貿(mào)易迅速增長(zhǎng)，融入經(jīng)濟(jì)全球化的速度加快，隨著我國(guó)強(qiáng)制性產(chǎn)品認(rèn)證辦法的公布和實(shí)施，相關(guān)電子電氣產(chǎn)品要獲得3C認(rèn)證均必須進(jìn)行EMC檢測(cè)，以便盡快實(shí)現(xiàn)與國(guó)際接軌。受到這一巨大商機(jī)的吸引，國(guó)際上著名的電磁兼容測(cè)試及設(shè)備，包括微波暗室供應(yīng)商，如美國(guó)ETS、比利時(shí)愛(ài)默生—卡門(mén)（Emerson&CumingMicrowaveProducts）、德國(guó)FRANKONIA公司以及臺(tái)灣的程智集團(tuán)等紛紛涌入中國(guó)大陸建暗室、賣(mài)設(shè)備、作認(rèn)證等。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，僅電腦、通訊和家電行業(yè)正在建設(shè)和近兩年計(jì)劃建設(shè)EMC微波暗室的單位就有數(shù)十家，總投資超過(guò)6億元，而鐵氧體吸波材料約占微波暗室總造價(jià)的20%，目前絕大部分均采用國(guó)外進(jìn)口產(chǎn)品，如美國(guó)ETS、比利時(shí)愛(ài)默生—卡門(mén)、日本TDK、FDK、住友、村田和韓國(guó)SAMWHA生產(chǎn)的鐵氧體吸波體，而我國(guó)至今還沒(méi)有一家能夠批量生產(chǎn)滿(mǎn)足微波暗室需要的鐵氧體吸波材料的企業(yè)。其中，引領(lǐng)全球磁性行業(yè)科技潮流的TDK公司大量生產(chǎn)鐵氧體吸波體已有20多年的歷史，占有大部分市場(chǎng)份額，而韓國(guó)SAMWHA公司則是后起之秀，近年來(lái)依靠?jī)r(jià)格與服務(wù)，向TDK等日本公司挑戰(zhàn)，面對(duì)中國(guó)大陸加入WTO后經(jīng)濟(jì)起飛、國(guó)際貿(mào)易倍增而引發(fā)的“微波暗室熱”，臺(tái)灣程智集團(tuán)等最近也進(jìn)軍大陸市場(chǎng)，與日、韓公司展開(kāi)了激烈的競(jìng)爭(zhēng)。從中國(guó)市場(chǎng)層面上看，目前韓國(guó)產(chǎn)品的性/價(jià)比具有相對(duì)的優(yōu)勢(shì)。進(jìn)入21世紀(jì)，中國(guó)已成為全世界磁性材料生產(chǎn)大國(guó)，在鐵氧體永磁、軟磁及稀土永磁等領(lǐng)域內(nèi)取得了引人注目的技術(shù)進(jìn)步。因此，充分發(fā)揮我國(guó)資源、勞動(dòng)力及生產(chǎn)技術(shù)方面的優(yōu)勢(shì)，積極開(kāi)發(fā)和大量生產(chǎn)微波暗室用的鐵氧體吸波材料，敢于與國(guó)外廠商一爭(zhēng)高下，不但滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)需求，而且還可出口海外，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義和經(jīng)濟(jì)意義。5.結(jié)論——聯(lián)合起來(lái)、占領(lǐng)市場(chǎng)本公司是四川省認(rèn)定的一家高科技民營(yíng)企業(yè)，先后開(kāi)發(fā)成功的R3K射頻寬帶NiZn鐵氧體和R15K高導(dǎo)MnZn鐵氧體磁芯系列產(chǎn)品，均榮獲四川省科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)。在此基礎(chǔ)上，公司根據(jù)國(guó)內(nèi)外有關(guān)信息，著手研發(fā)微波暗室用鐵氧體吸波材料。經(jīng)過(guò)兩年多的努力，公司已研制成功三種規(guī)格的鐵氧體吸波體，在工藝技術(shù)方面實(shí)現(xiàn)了一系列重大突破，并申請(qǐng)了兩項(xiàng)國(guó)家專(zhuān)利。產(chǎn)品經(jīng)江蘇省計(jì)量測(cè)試網(wǎng)絡(luò)電磁兼容測(cè)試站及日、德、法等國(guó)廠商的檢測(cè)與批量試用，并由四川省和綿陽(yáng)市有關(guān)部門(mén)組織東南大學(xué)、西南科技大學(xué)、中國(guó)西南應(yīng)用磁學(xué)研究所等國(guó)內(nèi)專(zhuān)家對(duì)該系列產(chǎn)品進(jìn)行了科技成果鑒定，與會(huì)專(zhuān)家一致認(rèn)為，本公司研發(fā)的微波暗室用寬帶NiZn鐵氧體吸波體系列產(chǎn)品具有頻帶寬、吸波好、性/價(jià)比優(yōu)等特點(diǎn)，各項(xiàng)性能指標(biāo)處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先，達(dá)到了國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品水平。目前