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磁性元件与铁氧体材料国际标准现状与发展动态
作者:电子技术标准化研究所 李晓英
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磁性材料展厅
磁芯, 铁氧体, ...
磁性材料按化学组成分金属磁性材料和非金属磁性材料(铁氧体材料)两大类。其应用极为广泛,涉及到电子信息、机电、汽车、冶金、航天、航空、交通运输、系统工程、生物医学等各应用领域。在电子信息中,无论是消费类电子产品、工业产品还是通讯设备、计算机及其外围设备、仪器仪表和现代军事装备中等均大量使用磁性材料及元器件,并在这些设备、装备和系统中起着举足轻重的作用。多年来,世界各国一直致力于磁性材料与元器件的研究及标准的制(修)订工作。各国尤其是发达国家先后制定了磁性材料、元器件的各种系列标准。国际电工委员会(IEC)于1958年成立了IEC/TC51“磁性元件与铁氧体材料”技术委员会,专门负责电子和通讯设备用磁性元件及相关附件、测量和试验方法,电感器、电子变压器、微波铁氧体器件以及各种铁氧体材料的国际标准的制定工作;同时IEC成立了IEC/TC68“磁合金与磁钢”技术委员会,专门负责磁合金和磁钢专业领域的国际标准化工作,目前已发布涉及磁性材料分类、金属软磁、永磁的电磁特性及其测量方法标准14个。我国在1989年成立了与IEC/TC51相对口的CSBTS/TC89“全国磁性元件与铁氧体材料标准化技术委员会”,负责磁性元件与铁氧体材料国家标准和行业标准的制(修)定工作;于1997年成立了与IEC/TC68相对口的CSBTS/TC228“全国电工合金标准化技术委员会”,负责磁合金和磁钢国家标准与行业标准的制(修)定工作。随着市场经济和全球经济一体化的发展,为适应我国加入WTO后对国际标准的趋同的需要,了解国际、国外先进国家标准的现状和发展动态,推动我国磁性材料与元器件的标准化工作至关重要。本文对磁性元件与铁氧体材料的国际标准和国外标准现状及发展动态作一简单介绍。

国外先进标准

国外先进标准是指未经国际标准化组织(ISO)确认并公布的其它国际组织的标准、区域性组织的标准、技术经济发达国家的标准、国际上有权威的团体标准及国际上有影响的公司的先进标准。区域性和技术经济发达国家的标准主要有:欧洲标准化委员会(CEN)、欧洲电工标准化委员会(CENELEC)等制定的标准,美国国家标准(ANSI)、德国国家标准(DIN)、英国国家标准(BS)、日本工业标准(JIS)、法国国家标准(NF)、俄罗斯国家标准(ГОСТ)等。

多年来,以英、法、德为主的西欧和美国,一直致力于国际和区域标准化活动,企图长期控制国际标准的技术大权,并且不遗余力地把本国标准变成国际标准。为实现欧洲标准与国际标准的趋同,1990年CENELEC与IEC签订了双边合作协议,1991年CEN也与ISO签订了技术合作协议。两协议确立了国际标准优先原则,强调进行通力合作,避免工作重复。CEN/CENELEC尽量等同采用现有的国际标准,对由ISO/IEC或CEN/CENELEC承担的标准化项目交由两机构进行平行审批,标准草案通过后,即作为国际标准和欧洲标准同时发布实施。

从我们目前收集的有关磁性材料、电感器、变压器的标准资料发现,英国、法国、德国等国家标准采用欧洲标准(EN)和IEC标准比例较大,且这三国的标准标题有很多相似之处。以德国标准为例,有关磁性材料、电感器、变压器的67个标准中,有39个标准直接等同采用欧洲标准,在EN标准编号前直接冠上DIN;有11个标准直接等同采用IEC标准,在IEC标准编号前直接冠上DIN。上述国家的标准基本集中在三个方面:一是铁氧体磁芯以及电子变压器、电感器、铁心的尺寸标准;二是质量认证用磁心和元件的标准;三是测量方法及一些基础标准。

从标准编号上分析,EN6××××标准实际与IEC标准都是对应的。而当今比较流行的片式表面安装元件标准却是寥寥无几,只有德国标准:(1)DIN EN 60204-1—2000标准等同采用欧洲标准EN 62024-1:2000《高频感性元件——电性能和测量方法》;(2)DIN EN62025-1:2000《高频感性元件——非电性能及其测量方法》,且这两项目标准已作为IEC标准的最终草案即将出版。

此外,还有英、德等同采用的欧洲标准;

(1)EN 129000/A1-96《射频固定线绕电感器总规范》;

(2)EN 129100/A-96,《分规范:绕线表面安装电感器》;

(3)EN 129101/A1-95《空白详细规范:质量评定用表面安装线绕电感器.评定水平E级》;

(4)EN 129102/A1-95《空白详细规范:质量评定用表面安装线绕电感器.评定水平P级》等。

日本的标准可谓自成体系,在仅发布的28项与磁性材料、元件有关的标准中,对应性较好。有磁(元)件产品标准,就有相对应的测试方法标准。在这些标准中,JIS C2561:1992《铁氧体磁芯材料性能测量方法》值得我们借鉴,它将为我国软磁铁氧体磁性材料测量方法标准的制定提供参考。该标准规定了评价磁材的电磁特性、物理性能及机械性能的试验方法,它对试验的试样形状(包括环形、方(圆)棒形、圆片等11种试样)及尺寸做了规定,该标准规定的电、磁、物理性能参数包括:起始磁导率μi、复数磁导率、起始磁导率的温度系数aui 、振幅磁导率μa、Q值、相对损耗系数tanδ/μi、居里温度θC、损耗密度、直流磁化特性中的饱和磁通密度Bs、剩余磁通密度Br、矫顽力Hc、还有体积电阻率、密度及机械性能中的抗弯强度等。

相比之下,俄罗斯标准同国际/欧洲标准和发达国家标准的最大区别,主要表现在标准体系构成和标准的及时更新等方面较差,标准覆盖面窄,标准陈旧。

国际公认的行业性团体标准有我们较为熟知的美国材料与实验协会标准(ASTM)。ASTM标准主要集中在各种材料规范及试验方法上。在磁性材料为数不多的标准中,有两个标准可供我们参考。

(1)ASTM A1009-2000《电源变压器和滤波电感器用高频(10kHz~1MHz)MnZn软磁铁氧体材料规范》,它规定了电源变压器用4个材料牌号及滤波电感器用3个材料牌号的磁性要求;

(2)ASTM A1013-2000《用伏特计-安培计-瓦特计法测量软磁元件规定温度下的高频(10kHz~1MHz)磁心损耗的方法》。

美国军用标准(MIL)同样也是国际上有影响的标准之一。对磁性元件而言,所对应的联邦分类号为FSC5950,主要涉及电感器和变压器二类产品,而涉及磁材、磁心基本没有现行标准。MIL标准迄今为止仍是技术要求较为先进的标准,长期以来,它不仅作为美国联邦采办的技术依据,而且也一直作为我国制定国家军用标准和行业军用标准的重点参考依据。在FSC5950中,共包含了213个现行有效的电感器、变压器标准,而在现行有效标准中有16项非政府标准。

国际电工委员会(IEC)标准

从IEC/TC51最新公布的标准信息中得知,IEC/TC51现行有效出版物有60项(包括补充修改单)。按标准类别和专业分类统计见表1。可以看出,多年来,IEC/TC51一直是从基础标准编制出发,以制定软磁磁心、铁心的基础标准为主流,逐渐向通用元器件、新型元器件标准方向发展的。

表1 IEC/TC51标准分类统计
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近年来,IEC/TC51在围绕着国际上广泛应用的表面安装元件展开了如下工作:

(1)制定了IEC61860:2000《磁性氧化物制成的低矮磁心的尺寸》,它为表面安装用变压器提供了系列化的磁心尺寸标准。

(2)即将出版发行IEC 62024《高频感性元件 电性能和测量方法 第1部分:纳亨范围片式电感器》、IEC 62025《高频感性元件 非电性能及其测量方法 第1部分:电子通讯设备用表面安装固定电感器》等标准,将成为片式电感元件的基础标准。

(3)作为IEC/TC51新工作项目提案,《数字元器件用噪声抑制片 第1部分:术语和定义 第2部分:测量方法》也被提到议事日程;IEC 62211《电感元件 可靠性管理》也将作为IEC新型的标准类型出现。

(4)IEC/TC51在标准体系上也作了一定调整,标准以系列形式出现成为最近几年IEC/TC51标准的一个新特点。如:

(a)IEC 60424系列标准:铁氧体磁心表面缺陷极限导则 第1部分:总则、第2部分:RM磁心、第3部分:EPD磁心和E形磁心、第4部分:环形磁心;

(b)IEC 60401系列标准:软磁材料制成的磁心术语 第1部分:物理缺陷术语、第2部分:参考尺寸、第3部分:变压器和电感器磁心制造厂产品目录数据资料导则;

(c)IEC 62044系列标准:软磁材料制成的磁心 测量方法 第1部分:总则、第2部分;低励磁电平下的磁特性、第3部分:高励磁电平下的磁特性等等。

(5)今年IEC/TC51还推出一个“公众可用规范”(PAS)草案,《电感接近开关用磁性氧化物制成的半罐形磁心尺寸》,以加快发展新技术领域的标准化。

IEC/TC51去年发表的战略方针声明指出,随着无线电通讯如移动电话的增长,对高频电磁兼容(EMC)元件的需求随之增加。因此,“高频化”和“低矮形”将是磁性元件的流行趋势。在今后五年内,IEC/TC51为满足数字电视、汽车电子及网络这些新市场的需求,将加速有关标准的制定。

结语

随着国际贸易和科技文化交流的不断扩大,特别是随着贸易全球化和经济一体化以及高新技术的迅猛发展,对国际标准的需求日益增长。采用国际标准,或者说是标准的国际化或标准的国际趋同,已成为全球普遍的发展趋势。积极采用国际标准,实现标准趋同,将是21世纪一种势不可挡的世界潮流。

磁性元件与铁氧体材料是一种应用极其广泛的关键的基础元器件和功能材料,直接决定和影响着尖端技术水平、国民经济发展速度和人民生活质量提高,而磁性元件与铁氧体材料标准的数量和质量又决定和影响着磁性元件与铁氧体材料产业的发展。因此,加强磁性元件与铁氧体材料标准工作,加速磁性元件与铁氧体材料标准的研究和制定已是摆在我们面前的重大课题。(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (6/11/2007)
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