隨著AI算力持續(xù)增長，服務(wù)器電源正加速向高效率、高功率密度方向升級，對磁性材料性能提出更高要求。然而，高端納米晶磁性材料長期被海外廠商掌握，國內(nèi)用戶一度面臨價格高昂、供給緊張甚至“有錢難買”的局面。

泉州天智合金科技有限公司長期深耕合金粉末領(lǐng)域，通過持續(xù)優(yōu)化納米晶粉末制備工藝與關(guān)鍵設(shè)備，大幅提升產(chǎn)品成品率，使產(chǎn)品價格降至海外同類產(chǎn)品的約四分之一。

圍繞納米晶粉末的技術(shù)特點與產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展，天智合金研發(fā)總工趙放向《磁性元件與電源》分享了企業(yè)的實踐觀察。

01 從算力需求看納米晶材料的價值

納米晶是一種區(qū)別于傳統(tǒng)合金粉末和非晶粉末的磁性材料，其晶粒尺寸處于納米級，因此在電磁性能上表現(xiàn)出不同于常規(guī)材料的特性。與常見的非晶材料相比，納米晶在磁導(dǎo)率和功率損耗方面具有更好的綜合表現(xiàn)。

趙放介紹，從關(guān)鍵指標(biāo)來看，納米晶在磁導(dǎo)率和功率損耗方面具有明顯優(yōu)勢。例如常見非晶材料的磁導(dǎo)率通常在30—35之間，而納米晶材料可以達(dá)到38—40。更高的磁導(dǎo)率意味著在電感設(shè)計中可以提供更大的設(shè)計空間，在滿足同等性能要求的情況下，器件體積有望進(jìn)一步縮小，從而有利于實現(xiàn)小型化和更高功率密度設(shè)計。

在損耗方面，納米晶材料同樣具有優(yōu)勢。在1MHz頻率、50mT外加磁場條件下，其損耗大約只有非晶材料的50%—60%。隨著電子系統(tǒng)不斷向高頻化發(fā)展，對磁性材料損耗控制的要求也在同步提高。

不過，從實際應(yīng)用情況看，納米晶粉末的普及程度仍然有限。

趙放坦言，目前部分電感廠商對納米晶材料的應(yīng)用經(jīng)驗還不算豐富，對其性能優(yōu)勢的理解也仍在逐步加深。同時，在具體器件設(shè)計中，納米晶粉末往往需要與其他材料進(jìn)行復(fù)配，并且對壓制工藝、膠材比例等參數(shù)要求較高，這些都在一定程度上提高了應(yīng)用門檻。

目前納米晶粉末主要應(yīng)用于對電磁性能要求極高的高端領(lǐng)域。

從頻率段來看，在800 kHz以內(nèi)的應(yīng)用中，通常采用合金類粉末，如鐵硅鉻材料，其也根據(jù)氣霧化工藝和飽和度等因素分為不同等級，適用于熱壓電感等產(chǎn)品。

而在800 kHz以上的高頻場景，尤其是在1-3 MHz的范圍內(nèi)，納米晶材料具有不可替代的優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于手機、射頻模組、智能終端、手表、耳機、無人機等對小型化和高效率有嚴(yán)苛要求的設(shè)備中。

當(dāng)前，隨著算力需求的爆發(fā)式增長，納米晶粉末在AI服務(wù)器和高性能顯卡服務(wù)器等算力設(shè)備中的應(yīng)用尤為突出，典型產(chǎn)品包括芯片電感、一體成型電感、功率電感、以及TLVR電感等，成為支撐高性能計算的關(guān)鍵材料之一。

02 納米晶粉末制備：真正的難點在材料工藝

如果說納米晶材料的優(yōu)勢體現(xiàn)在性能指標(biāo)上，那么真正決定其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的，則是材料制備技術(shù)。

趙放指出，納米晶粉末的制備主要面臨四個關(guān)鍵挑戰(zhàn)：

一是成分控制要求極為嚴(yán)格。納米晶粉末的成分設(shè)計需要極高的精度，成分的微小偏差都會導(dǎo)致磁性能發(fā)生顯著變化，因此對合金配比的精確控制是首要難點。

二是雜質(zhì)含量的控制。雜質(zhì)的存在會對粉末的損耗性能產(chǎn)生惡化影響，因此在整個制備過程中必須嚴(yán)格控制雜質(zhì)混入，確保粉末的純度。

三是霧化過程中的冷卻速度。納米晶的形成需要在霧化階段實現(xiàn)極快的冷卻速度，這樣才能為后續(xù)獲得良好的晶體結(jié)構(gòu)奠定基礎(chǔ)。冷卻速度不足會直接影響粉末的微觀結(jié)構(gòu)和最終性能。

四是納米晶化熱處理設(shè)備工藝。這一過程需要精密的熱處理設(shè)備，對溫度、氣氛、時間等參數(shù)的控制要求非常嚴(yán)格。同時，熱處理設(shè)備本身也需要深度開發(fā)，不同參數(shù)組合會帶來性能上的巨大差異，這也是許多廠家難以達(dá)到同等水平的關(guān)鍵所在。

長期以來，這些關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)也構(gòu)成了納米晶材料的行業(yè)技術(shù)壁壘。

03 設(shè)備突破：國產(chǎn)技術(shù)開始打破納米晶門檻

針對上述技術(shù)難題，天智合金在長期從事非晶納米晶粉末研發(fā)的基礎(chǔ)上，對設(shè)備和工藝進(jìn)行了持續(xù)優(yōu)化。

趙放介紹，天智最核心的突破在于霧化設(shè)備與熱處理設(shè)備的自主研發(fā)。

在設(shè)備設(shè)計上，天智通過優(yōu)化霧化設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計，顯著提高了粉末的冷卻速度，從而獲得更加理想的晶體結(jié)構(gòu)。同時，設(shè)備設(shè)計也致力于提升粉末的球形度和細(xì)粉的成品率。

在熱處理工藝上，經(jīng)過長期的技術(shù)實驗和摸索，最終形成了最優(yōu)的納米晶化熱處理工藝技術(shù)，能夠充分發(fā)揮材料的磁性能。

這一技術(shù)突破的意義不僅體現(xiàn)在工藝優(yōu)化上，更在于打通了納米晶粉末生產(chǎn)中的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)。長期以來，這類核心裝備主要由海外企業(yè)掌握，技術(shù)門檻較高。通過自主設(shè)計和持續(xù)迭代，企業(yè)逐漸建立起從材料體系到關(guān)鍵設(shè)備的完整技術(shù)鏈條。

其中一個重要成果體現(xiàn)在粉末球形度的優(yōu)化。通過自主設(shè)計的霧化設(shè)備，天智能夠生產(chǎn)出球形度更高、粒度分布更均勻、純度更高且氧含量更低的納米晶粉末。

納米晶粉末微觀視圖 圖/天智合金

另一個關(guān)鍵突破是超細(xì)粉末收得率的提升。

傳統(tǒng)設(shè)備投料100公斤原材料，往往只能獲得約10公斤超細(xì)粉末，而天智合金的設(shè)備能夠獲得30至40公斤，收得率提升至傳統(tǒng)工藝的3—4倍。

這一指標(biāo)的提升不僅意味著技術(shù)能力的進(jìn)步，也直接決定了材料成本。

04 納米晶成品率決定成本競爭力

盡管納米晶材料性能優(yōu)勢明顯，但其成本始終是行業(yè)關(guān)注的重點。

目前，高端納米晶粉末在高端電感中的應(yīng)用占比約為三成，國內(nèi)市場價格根據(jù)技術(shù)要求有所不同。相比之下，日本進(jìn)口產(chǎn)品的價格普遍顯著高于國內(nèi)，存在較大價差。

在趙放看來，成本差異的背后，一方面來自技術(shù)水平，另一方面則來自生產(chǎn)規(guī)模和成品率。

納米晶粉末生產(chǎn)過程中，成品率直接決定單位成本水平。通過設(shè)備與工藝優(yōu)化，提高粉末收得率，是降低成本的關(guān)鍵路徑。

目前，天智合金在常規(guī)粒度粉末上的成品率可達(dá)到60%以上，在超細(xì)粉末領(lǐng)域也能保持30%—40%的水平。趙放提到，這一水平在行業(yè)內(nèi)屬于較高水準(zhǔn)，因為納米晶粉末本身成品率普遍偏低，特別是在超細(xì)粉領(lǐng)域，傳統(tǒng)設(shè)備往往連5%的成品率都難以達(dá)到。

納米晶粉末微觀視圖 圖/天智合金

隨著成品率提升和產(chǎn)能擴大，納米晶粉末的成本正逐漸下降，這也為其在更廣泛電感產(chǎn)品中的應(yīng)用創(chuàng)造了條件。

05 從技術(shù)優(yōu)勢到規(guī)模應(yīng)用

從材料性能來看，納米晶已經(jīng)具備明顯優(yōu)勢，但從產(chǎn)業(yè)發(fā)展節(jié)奏看，其應(yīng)用仍處于逐步導(dǎo)入階段。技術(shù)門檻、應(yīng)用經(jīng)驗以及成本控制，是影響納米晶粉末推廣速度的關(guān)鍵因素。

隨著AI算力需求持續(xù)增長，服務(wù)器電源對高頻、高效率磁性材料的需求不斷提升，納米晶粉末的應(yīng)用空間也在逐步擴大。

從更長遠(yuǎn)的產(chǎn)業(yè)視角看，這不僅是一種材料的技術(shù)升級，也意味著高端磁性材料國產(chǎn)化能力的持續(xù)提升。隨著關(guān)鍵設(shè)備和核心工藝逐步實現(xiàn)自主突破，過去依賴進(jìn)口、價格高昂甚至“有錢難買”的局面正在被逐漸打破。

在這一過程中，以天智合金為代表的國內(nèi)廠商，正通過設(shè)備與工藝創(chuàng)新提升納米晶粉末的成品率與性價比，為高端磁性材料國產(chǎn)替代提供新的可能。隨著算力基礎(chǔ)設(shè)施持續(xù)擴張，納米晶材料有望從小眾高端應(yīng)用逐漸走向更廣泛的產(chǎn)業(yè)場景。

“在國產(chǎn)替代和材料自主方面，我們的長遠(yuǎn)目標(biāo)是通過技術(shù)突破和產(chǎn)品創(chuàng)新，逐步替代進(jìn)口產(chǎn)品。同時，我們也在積極拓展海外市場，目前部分非晶、納米晶產(chǎn)品已在國外客戶處進(jìn)行測試，為未來進(jìn)入國際市場做準(zhǔn)備。”趙放表示。

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