中国冶金报社
记者 赵萍 报道
会务组 供图
图为张华
“固态变压器是新型电力系统的必由之路。作为高频软磁材料重要代表的纳米晶合金，则是固态变压器的核心战略材料。”4月15日，中国电器工业协会非晶合金材料应用分会秘书长张华在第二届固态变压器产业发展与技术进步研讨会（春季）上做主旨报告时指出，谁能破局当前纳米晶合金应用难点，谁就能占据下一代电力装备制高点。
张华指出，除了备受业内外关注的成本高问题外，纳米晶合金材料自身现存4大瓶颈问题。
一是高频损耗还有下降空间。在50千赫兹频率、0.2特斯拉磁密的工作条件下，纳米晶合金的铁损比非晶合金好，但仍占系统损耗较大比例。目前，12微米的极薄带材虽能把损耗降低一半，不过成本也更高，14微米及以下厚度产品成为行业竞争焦点。
二是成型加工难度大。纳米晶合金本身比较脆，机械加工起来很受限，想做成大尺寸的磁芯特别难。且大功率固态变压器需要用多块磁芯拼接，拼接处的气隙处理现阶段仍是难点。
三是高温环境下稳定性有待提升。纳米晶合金工作温度上限为105摄氏度～120摄氏度，虽优于铁氧体，但高温下饱和磁感应强度仍会衰减。而大功率固态变压器的散热条件往往不好，很容易出现局部过热的风险，进一步影响材料性能。
四是高频工作时容易产生噪音。虽然纳米晶合金的磁致伸缩比非晶合金小，但在高频工况下还是会振动产生噪音，通常需要用环氧浸渍之类的封装胶来固定磁芯，以此减小噪音。
与此同时，当前在纳米晶合金加工制备中仍有4方面难题待攻克。一是切割退火损伤，包括纳米晶合金带材切割边缘性能退化、退火工艺不当导致晶粒异常长大。二是拼接气隙问题，包括多块拼接引入有效磁导率下降、气隙边缘涡流损耗增加。三是纳米晶合金对机械应力极其敏感，绕制、封装过程中的残余应力易导致损耗增加。四是涂层工艺直接影响高频损耗，目前仍缺乏行业通用标准。
此外，张华指出，在固态变压器的实际应用上，纳米晶合金目前存在三大痛点。一是工作磁密只能大幅“缩水”使用。纳米晶合金的饱和磁感应强度能达到1.2特斯拉，可一旦到了50千赫兹的工作环境中，实际设计时能用到的最大磁感应强度却只有0.25特斯拉～0.35特斯拉。只要超过0.35特斯拉，铁损指数就会提升，最终导致设备的热点温度不受控制，材料本身的潜力无法发挥。
二是高频损耗精确计算难。纳米晶合金在高频工作状态下会出现带间涡流、动态损耗等复杂的非线性效应。这使得用理论公式计算出来的损耗结果和实际情况偏差特别大。目前只能依靠有限元法仿真模拟和制作样机实际测试两种方式的“双管齐下”，才能得到相对准确的数据。
三是高压高频环境下的绝缘设计难度大。当固态变压器要实现20千伏的电压隔离，同时又在50千赫兹的方波电压下工作时，局部放电的风险会变得极高。为了满足绝缘要求，仅仅是爬电距离要达到32毫米以上、间隙距离要达到16毫米以上这两项要求，就占去了设备近40%的体积。且还必须给纳米晶磁芯加上0.2毫米厚的聚酰亚胺筒，再用灌封硅胶进行密封处理，才能确保绝缘安全。
“从技术发展趋势来看，下一代高频软磁材料呈现定制化、超薄化、复合化，以及低应力控制的研发侧重。”对此，张华指出了纳米晶合金产业破局发展的三大路径。
一是发展模式转型。产业要摆脱低水平同质化的“内卷”竞争，转向以提升内在实力为核心的内涵式发展，将重心聚焦于产品质量打磨与性能升级，通过持续的技术创新筑牢产品护城河，以精细化的质量管理保障品质稳定性，并依托系统性的人才培养积蓄发展动能，全方位增强企业核心竞争力。
二是提前布局前瞻技术。产业要主动锤炼对新市场需求、新技术趋势的敏锐洞察力，精准捕捉行业变革的先机。持续加大研发资金与资源投入，为技术突破提供坚实支撑；积极参与行业标准的制定过程，在规则层面抢占发展主动权；强化知识产权保护意识，通过专利、技术秘密等方式，将创新成果转化为企业的长期竞争优势。
三是培养跨学科人才。产业发展要重点培养兼具材料、电力电子、电磁场等多领域知识的复合型人才，打破单一学科的能力边界；构建包容开放、激励创新的人才发展环境，从薪酬待遇、成长通道、工作氛围等多维度为人才保驾护航，以高素质人才队伍引领技术创新方向，在行业标准制定中掌握更多话语权，驱动企业实现高质量发展。
