[学习]非晶材料在PFC上的应用
非晶材料的应用原理及举例
非晶材料的应用原理及举例1. 引言非晶材料是一种特殊的材料结构，其原子排列无规律，表现出非晶态或准非晶态的特性。
非晶材料具有一些独特的物理、化学和电子性质，在各个领域有着广泛的应用。
本文将介绍非晶材料的应用原理，并给出一些举例进行说明。
2. 非晶材料的应用原理非晶材料的应用原理可以概括为以下几点：2.1 高硬度和强韧性非晶材料具有高硬度和强韧性的特点，这使得它们在制造工具、刀具和导电材料中有广泛的应用。
由于非晶材料的结构无规则，原子相互之间的结合力较大，因此具有较高的硬度；而且非晶材料的结构中存在着大量的缺陷，这使得非晶材料表现出较高的强韧性。
2.2 优异的磁性能非晶材料在磁性材料中具有广泛的应用。
与晶态材料相比，非晶材料在磁性性能方面表现出更高的饱和磁化强度、更低的磁滞回线以及较高的磁导率。
这使得非晶材料在电感器、传感器和电动机等领域有着重要的应用。
2.3 优良的光学特性非晶材料具有一系列的优良光学特性，例如透明性、抗紫外线性能和抗辐射性能。
这使得非晶材料在光学器件、光学传感器和光纤通信中具有广泛的应用。
2.4 高温稳定性和耐腐蚀性非晶材料在高温和腐蚀环境下具有较好的稳定性和耐腐蚀性。
这使得非晶材料在航空航天、核工程和化学工业等领域有着重要的应用。
3. 非晶材料的应用举例下面将举例介绍一些非晶材料的应用：3.1 钠钙玻璃钠钙玻璃是一种常见的非晶材料，具有优异的光学特性和耐腐蚀性。
它被广泛应用于光学器件、光学传感器和光纤通信中。
另外，钠钙玻璃还可以作为医用材料，用于制造人工骨骼和牙科修复材料。
3.2 铁基非晶合金铁基非晶合金具有优异的磁性能和高温稳定性。
它们被广泛应用于电感器、变压器和电动机等领域。
铁基非晶合金还可以用作磁存储材料，用于制造高密度的硬盘驱动器。
3.3 金属玻璃金属玻璃是一种特殊的非晶材料，具有高硬度和强韧性。
它被广泛应用于制造工具、刀具和导电材料。
金属玻璃还可以用来制备纳米材料和先进的材料合金。
非晶材料在PFC上的应用
铁基非晶磁芯的材料特性
AMORPH OUS(Fe+)
磁通密度 1.56
(T)
铁氧体 0.35
磁导率 1500（μ） 3500
3500
损耗
150
80
（W/kg）
铁粉芯 1.4 75 680
硅钢片 1.7
9001100 >400
更低的损耗
饱和磁通密度温度特性曲线
磁导率变化温度特性曲线
2170
302
29.8
277
AMCC-320
2820
393
29.8
348
AMCC-400
2900
404
34.0
386
AMCC-500
3670
511
34.0
488
AMCC-630
4450
620
34.0
592
AMCC-800A
5930
826
38.0
799
AMCC-800B
7060
983
42.0
967
AMCC-1000
250
34.8
5.2
12.0
AMCC-16A
280
38.0
6.5
15.0
AMCC-16B
340
47.4
6.5
17.6
AMCC-20
380
52.9
8.4
22.7
AMCC-25
460
64.1
8.4
26.9
AMCC-32
530
73.8
8.4
31.2
AMCC-40
590
82.2 14.0
有源功率因数校正电路中磁性元件的设计
闭合磁路的金属磁粉心磁环是最合适的，因为这三种磁心
材料在偏磁场下具有极好的电感量保持能力。
3.3 尖峰抑制器的设计
尖峰抑制器要求铁芯材料具有较高的磁导率，以得到较
大的电感量；高矩形比可使铁芯饱和时，电感量应迅速下降
到零；矫顽力小、高频损耗低,否则铁芯放热不能正常工作。
0 引言十分重要的磁性元件，如图2所示（以ZVT有源软开关PFC
随着当前人们对电源质量的要求不断提高，绿色能源
电路为例）。
的呼声越来越高。因此能够抑制谐波污染，提高电源质量
的有源功率因数校正技术（APFC）的应用日益广泛，对其
的性能要求也是不断提高。磁性元件是构成各种电力电子
装置的重要基础，在有源功率因数校正电路（APFC）磁性
（2）磁心规格的选择
用AP法来确定磁芯的规格。
电感器可储能量： （4）
计算面积积AP值: （5）
其中：.. BW为工作磁感应强度，取.. BW =0.4T，.. K0为窗口面
积使用系数，一般取为0.4，.. J为电流密度，取500A/cm 2。
根据计算的AP值，然后查磁心手册，取AP值略大于
元件中，磁心材料、型式的选择以及磁性元件的具体参数
设计同样对电路的性能有极大的影响。
针对APFC电路中磁性元件的重要性，本文以最常用
的BOOST PFC电路为例，指出了其中磁性元件的类型和适
图1 基本的BOOST PFC电路中的磁性元件
用的磁心材料，并给出了各个磁性元件的详细设计方法。
在一个磁芯上绕制两组电流方向相反的导线。
设计要求是滤波器在500KHz～10MHz之间提供最小为
非晶纳米晶软磁材料
非晶/纳米晶软磁材料一．应用领域非晶态软磁合金材料为20世纪70年代问世的一种新型材料，因具有铁芯损耗小、电阻率高、频率特性好、磁感应强度高、抗腐蚀性强等优点，引起了人们的极大重视，被誉为21世纪新型绿色节能材料。
其技术特点为：采用超急冷凝固技术使合金钢液到薄带材料一次成型；采用纳米技术，制成介于巨观和微观之间的纳米态(10-20nm)软磁物质。
非晶、纳米晶合金的优异软磁特性都来自于其特殊的组织结构，非晶合金中没有晶粒和晶界，易于磁化；纳米晶合金的晶粒尺寸小于磁交换作用长度，导致平均磁晶各向异性很小，并且通过调整成分，可以使其磁致伸缩趋近于零。
【表1】列出了非晶/纳米晶近年来，随着信息处理和电力电子技术的快速发展，各种电器设备趋向高频化、小型化、节能化。
在电力领域，非晶、纳米晶合金均得到大量应用。
其中铁基非晶合金的最大应用是配电变压器铁芯。
由于非晶合金的工频铁损仅为硅钢的1/5～1/3，利用非晶合金取代硅钢可使配电变压器的空载损耗降低60﹪～70﹪。
因此，非晶配电变压器作为换代产品有很好的应用前景。
纳米晶合金的最大应用是电力互感器铁芯。
电力互感器是专门测量输变电线路上电流和电能的特种变压器。
近年来高精度等级（如0.2级、0.2S级、0.5S级）的互感器需求量迅速增加。
传统的冷轧硅钢片铁芯往往达不到精度要求，虽然高磁导率玻莫合金可以满足精度要求，但价格高。
而采用纳米晶铁芯不但可以达到精度要求、而且价格低于玻莫合金。
在电力电子领域，随着高频逆变技术的成熟，传统大功率线性电源开始大量被高频开关电源所取代，而且为了提高效率，减小体积，开关电源的工作频率越来越高，这就对其中的软磁材料提出了更高的要求。
硅钢高频损耗太大，已不能满足使用要求。
铁氧体虽然高频损耗较低，但在大功率条件下仍然存在很多问题，一是饱和磁感低，无法减小变压器的体积；二是居礼温度低，热稳定性差；三是制作大尺寸铁芯成品率低，成本高。
目前采用功率铁氧体的单个变压器的转换功率不超过20kW。
颗粒流软件PFC及其在岩土工程中的应用
颗粒流软件 PFC及其在岩土工程中的应用摘要：PFC在岩土工程中的应用证明了PFC在模拟非连续岩体力学性能方面的应用，PFC不仅能够解决岩石的静、动力问题，还可以替代室内实验，也可以对模型的结果进行仿真，甚至可以在原始数据较为详尽的条件下进行仿真。
在缺乏实际测量数据的前提下，对岩土工程的初始应力、不连续性等问题的分析，可以利用PFC方法，对系统的一些参数特征进行分析，便于对系统的建模。
PFC还可以模拟粒子之间的相互作用、大变形和断裂等问题，PFC具有很大的应用前景。
关键词：岩土工程；颗粒流；PFC软件；工程应用1.引言颗粒材料广泛存在于生产生活中，其在不同条件下会表现出不同的相态。
颗粒材料力学特性的研究一般分为室内物理实验和数值模拟两个方面，其中离散元法作为数值模拟方法的代表之一，由于可以直接考虑颗粒运动与接触等物理本质特性而被广泛采用。
影响颗粒材料力学性质的因素有很多，如初始密实度、初始接触各向异性、加载历史和加载路径、颗粒间接触特性以及颗粒形状等。
由于颗粒材料的离散性，颗粒形状对其力学特性的影响显得尤为重要。
他是基于连续媒质理论的数值计算方法，其计算结果与实际情况有很大差别，PFC可以很好地解决这一问题。
本文对PFC软件的理论和特性进行了分析，对PFC与常规数值软件仿真的相似性进行了分析，总结了PFC在岩土本构模型、地质灾害分析、基坑及基础处理等方面的应用，并对PFC在岩土工程中的应用进行了探讨。
并指出了当前PFC软件在岩土工程中的应用和发展趋势。
2.颗粒流软件PFC概述PFC方法既可直接模拟圆形颗粒的运动与相互作用问题，也可以通过两个或多个颗粒与其直接相邻的颗粒连接形成任意形状的组合体来模拟块体结构问题。
PFC中颗粒单元的直径可以是一定的，也可按高斯分布规律分布，单元生成器根据所描述的单元分布规律自动进行统计并生成单元。
通过调整颗粒单元直径，可以调节孔隙率，通过定义可以有效地模拟岩体中节理等弱面。
非晶材料在电机中的应用及发展
非晶材料在电机中的 应用及发展
.10.
传统电机
在高频工 作的状态 下,硅钢电 机铁芯的 损耗严重, 甚至造成 电机的过 热损坏。
低损耗
非晶电机
损耗可降低 为硅钢的 1/3~1/5 。
可长时间应 用于高频工 作
.11.
传统电机
体积大 不易应用 到高科技 领域
重量轻
非晶电机
重量轻，耗 材少（8.5%） 总体能耗降 低
.12.
传统电机
铁损高
温度高
无法长时 间在潮湿、 易爆场所 使用
安全性高
非晶电机
发热量少 稳定性高 不产生电火 花
可在260°高 温下连续工 作上万小时
.13.
二、非晶态合金材料在电机领域 的应用难点
硬度大，不易切割 退火工艺复杂，要求高 环氧树脂粘结剂无法承受高温
.14.
三、非晶材料在电机领域应用 的发展现状及前景
ü 2011年11月，华任兴科技在高科技交流会上第一次展示出非晶电机，并 表示已经产业化。
ü 2014年7月，安泰科技在官网上表示，已成功研制出非晶电机，目前还 在测试阶段。
.18.
发展前景
1
非晶合金材料性能 优良，良好的市场 前景。
2
核心材料（非晶带 材和永磁材料）的 优势产业都在中国 。钕铁硼产量在全 球占有绝对优势 非晶带材综合产量 第一
发展背景
ü 自2005年起-2012年，日本日立公司也锁定家电和小型工业驱动领域， 研发出了相关的非晶电机，但一直未推向市场。
PFC 及其在矿山崩落开采研究中的应用
块体的位移、特别是在整体破坏阶段，个体的非连 续流动性表现得非常突出。
(3) 岩土体有关机制性问题研究中涉及破坏的 产生与传播、波动问题、力学指标时间效应问题等， 比如岩土体工程中锚固机制及长期有效性问题，归 根结底，这类问题还是受岩土体细观特性控制。
本文的目的就是介绍粒子流方法的基本特点及 粒子流软件的工程应用示例，为 PFC 的爱好者正确 理解 PFC 和如何应用提供参考。
1引言
岩土工程数值计算总体上可以分为两大类：一 类是基于连续介质力学理论方法，如有限元法(FEM) 和快速拉格朗日法(FLAC)；另一类则是不连续介质 力学方法，如离散元方法(UDEC，PFC)和块体理论 (DDA)。离散元方法按其用途，又可以分为宏观和 细观离散元，前者主要针对解决规模相对较大的不 连续面，如断层、节理、结构与基础之间的结合面
粒子间的接触关系可以处理成非黏结和黏结两 种方式，当黏结强度达到一定程度时，黏结介质对 粒子集合体基本特性的影响所起的作用就开始起到 重要作用，这也是粒子流所研究的对象不局限于颗 粒状介质的一个基本原因。
ITASCA 公司开发的 PFC 系列软件，作为离 散元理论的软件方法，同样具有以下 2 个最基本的 特征[1]：
第 25 卷 第 9 期 2006 年 9 月
岩石力学与工程学报 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering
Vol.25 No.9 Sept.，2006
PFC 及其在矿山崩落开采研究中的应用
朱焕春
(ITASCA(武汉)咨询有限公司，湖北 武汉 430072；ITASCA(加拿大)咨询公司，加拿大 萨德伯里 ONP3E 1G1)
(1) 模型介质的宏观基本物理力学特征不可能 通过直接赋值的形式实现，只有粒子的几何特性和 粒子间接触的细(微)观力学参数可以赋值。粒子的 几何参数包括介质颗粒大小和分布(土体的颗粒级 配和岩石的结构)，接触特性包括接触方式和接触 力学特征(刚度和强度)。介质的总体力学特征取决 于粒子的这些基本特性，改变这些基本特性，就意 味着显著改变了介质的宏观力学特性。
非晶带材成型过程熔潭特性的数值模拟
非晶带材成型过程熔潭特性的数值模拟作者：张斐然程舟济潘永军来源：《现代信息科技》2021年第09期DOI：10.19850/ki.2096-4706.2021.09.011摘要：平面流铸技术的出现为非晶带材中宽带的制取提供了可能，而位于喷嘴和铜辊表面之间熔潭的状态则决定了带材的性能和质量。
通过对熔潭初始形成过程的数值模拟，详细分析了熔潭外形尺寸的变化及其内部温度场、速度场随时间的分布，进而推算出熔体的冷却速率这一制带关键参数。
实验结果表明：在非晶带材的制取过程中，周围气体及熔潭内部出现的回流会影响到温度的表现，并计算出熔体的平均冷却速率为2.1×106 K/s，对比已有的实验结论，验证了该数值模拟的可靠性。
关键词：平面流铸;熔潭;温度场;速度场;冷却速率中图分类号：TG249;TG244+.3 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2021）09-0038-04Numerical Simulation of Molten Pool Characteristics inAmorphous Strip Formation ProcessZHANG Feiran，CHENG Zhouji，PAN Yongjun（Wuhan Second Ship Design and Research Institute，Wuhan 430064，China）Abstract：The appearance of planar flow casting technology makes it possible to produce wide strip in amorphous strip，and the state of molten pool between nozzle and copper roller surface determines the performance and quality of the strip. Through the numerical simulation of the initial formation process of the molten pool，the change of the overall size of the molten pool and the distribution of its internal temperature field and velocity field with time are analyzed in detail，and then the key parameter of strip making，the cooling rate of the melt material，is calculated. The experimental results show that during the production of amorphous strip，the reflux coming from surrounding gas and the internal molten pool will affect the temperature performance，and the average cooling rate of melt material is calculated to be 2.1×106 K/s，compared with the existing experimental conclusions，the reliability of the numerical simulation is verified.Keywords：planar flow casting;molten pool;temperature field;velocity field;cooling rate0 引言非晶带材以其独特的机械、物理、化学和电磁特性，被广泛应用在各工业领域中。
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d (mm)
20+0.5 20+0.5 20+0.5 25+0.5 25+0.5 30+0.5 25+0.5 30+0.5 35+0.5 25+0.5 30+0.5 40+1 45+1 35+1 40+1 50+1 60+1 50+1 65+1 55+1 70+1 85±1.5 85±1.5 85±1.5
磁导率变化温度特性曲线
铁基非晶磁芯优点(一)
铁基非晶磁芯优点(二)
•1、更低的损耗（磁芯用25um厚的铁基非晶带材制成 ） •2、更低的温升
铁基非晶磁芯优点(三)
•C形绕线较容易，可根据实际 使用调整气隙，使磁芯不易饱和
标准磁芯系列
CORE NUMBER
a (mm)
b (mm)
C-6.3
10±0.5
Wa (cm2
) 3.6 3.9 5.2 5.2 6.5 6.5 8.4 8.4 8.4 14.0 14.0 14.0 14.0 20.8 20.8 20.8 22.5 29.8 29.8 34.0 34.0 34.0 38.0 42.0
WaAc (cm4)
5.8 7.0 9.4 12.0 15.0 17.6 22.7 26.9 31.2 46.2 54.7 72.9 82.7 112 135 162 210 277 348 386 488 592 799 967
e (mm)
31+1 35+1 35+1 35+1 35+1 35+1 41+1 41+1 41+1 52+1 52+1 52+1 52+1 63+1 63+1 63+1 63+1 79+1 79+1 90+1 90+1 90+1 100+1 106+1
f (mm)
53±2 52±2 62±2 62±2 72±2 72±2 82±2 82±2 82±2 102±3 102±3 102±3 102±3 121±3 121±3 121±3 128±3 129±4 129±4 135±4 135±4 135±4 155±4 171±5
ιm (cm)
13.1 13.2 15.4 15.1 16.9 17.5 19.6 20 19.9 24.9 25.3 25.4 25 30.2 28.5 29.8 31.4 32.5 33.6 35.6 35.6 35.6 39.3 42.7
Ac (cm2)
1.59 1.79 1.81 2.31 2.31 2.71 2.70 3.20 3.71 3.30 3.91 5.21 5.91 5.40 6.50 7.81 9.31 9.30 11.7 11.3 14.4 17.4 21 23
[学习]非晶材料在PFC上的 应用
非晶带材的生产
铁基非晶磁芯的材料特性
AMORPH OUS(Fe+ )
磁通密度 1.56
(T)
铁氧体 0.35
磁导率（ 1500-
μ）
3500
3500
损耗（ 150
80
W/kg）
铁粉芯 1.4 75 680
硅钢片
1.7
9001100 >400
•更低的损耗
饱和磁通密度温度特性曲线
11
C-8
11±0.8
13
C-10
11±0.8
13
C-16A
11±0.8
13
C-16B
11±0.8
13
C-20
11±0.8
13
C-25
13±0.8
15
C-32
13±0.8
15
C-40
13±0.8
15
C-50
16±1
20
C-63
16±1
20C-801来自±120C-100
16±1
20
C-125
19±1
25
Metglas@
AMCC-6.3 AMCC-8 AMCC-10 AMCC-16A AMCC-16B AMCC-20 AMCC-25 AMCC-32 AMCC-40 AMCC-50 AMCC-63 AMCC-80 AMCC-100 AMCC-125 AMCC-160 AMCC-200 AMCC-250 AMCC-320 AMCC-400 AMCC-500 AMCC-630 AMCC-800A AMCC-800B AMCC-1000
C-160
19±1
25
C-200
19±1
25
C-250
19±1
25
C-320
22±1
35
C-400
22±1
35
C-500
25±1
40
C-630
25±1
40
C-800A
25±1
40
C-800B
30±1
40
C-1000
33±1
40
c (mm)
33 30 40 40 50 50 56 56 56 70 70 70 70 83 83 83 90 85 85 85 85 85 95 105
MASS (g)
150 170 200 250 280 340 380 460 530 590 710 950 1060 1170 1330 1670 2100 2170 2820 2900 3670 4450 5930 7060
VOL (cm3
) 20.9 23.7 27.9 34.8 38.0 47.4 52.9 64.1 73.8 82.2 98.9 132 148 163 185 233 292 302 393 404 511 620 826 983