非晶合金丝材蓬勃发展的背后
“目前，我们掌握了从巨磁阻抗非晶丝的制备到巨磁阻抗微磁传感器和非晶丝正交磁通门传感器制造的全套技术。中国微磁电子产业的建立已经具备了坚实的技术基础。”
“钴基非晶合金具有低磁各向异性和零磁致伸缩系数，磁导率高，极易磁化和退磁，是对磁最敏感的材料之一。”
“目前，我国非晶合金丝材存在基础研究相对薄弱、装备精细化不足、原材料纯度有待提高、产品质量不稳定等短板，仍无法生产高端产品，‘卡脖子’现象依然存在。”
11月29日，来自国内外非晶合金相关领域的专家通过线上、线下的方式齐聚于广东深圳召开的第三届非晶合金磁敏材料暨传感技术与应用研讨会，围绕非晶合金丝材在磁及相关领域的研发与应用进行了经验交流与分享，并指出该材料目前存在的短板与不足，共同为非晶合金丝材的未来发展集思广益、出谋划策。
在磁及相关领域具有独特优势与发展潜力
非晶合金丝材是一种新型的磁敏感材料，具有优异的软磁特性、巨磁阻抗效应、巨应力阻抗效应等，在磁及相关领域的应用上具有独特优势。
在磁传感器应用上，非晶丝传感器具有精度高、稳定性好、可靠性高、非接触探测、抗极端恶劣环境等优点，综合性能优于传统磁传感器，在高灵敏度、高精度的弱磁和微应力探测领域具有不可比拟的优势。与会嘉宾介绍，非晶丝传感器可在国防军工领域用于弱磁探测，如深海潜航器、水下测绘等设备通过感知地磁场的传感器进行位置标定和导航，导弹飞行轨迹可通过地磁传感器感知飞行方向和角度；可在工业智能领域用于磁测量，如助力自行车传动系统通过磁探头感知由力矩导致磁场发生的变化，从而调控助力大小等；可在医疗设备领域用于电磁跟踪定位，如微型磁传感器嵌入医疗仪器导管、内窥镜或针尖，精度可达亚毫米级，适用于精细或复杂的外科手术，缩短手术时间，提高安全性和治疗效果。
在电子罗盘的应用上，非晶丝电子罗盘非常适合移动设备的超低功耗，可用于智能手机和可穿戴设备的长时间使用。与会嘉宾介绍，电子罗盘是利用地磁场来定北极的一种方法。虽然GPS在导航、定位、测速、定向方面有着广泛的应用，但由于其信号常被地形、地物遮挡，导致精度大大降低，甚至不能使用。而非晶丝地磁传感器检测精度误差在世界上任何地方均可达±0.3度以下。在基于大巴克豪森（LBJ）效应的应用上，非晶合金丝材特别适用于制作谐波式防盗标签，应用于图书馆、书店、超市等地方，也可满足纸币、有价证券、保密文档等的防伪需求（以短纤维的方式分布在其中），还可用于制作磁性ID标签，即将多根具有不同矫顽力的非晶合金丝材集成在一个标签上，实现识别物体多重特征的编码功能。
在生物领域，多位与会嘉宾认为，人体磁图技术和人体电图技术相比，具有不需要直接接触、测量的信息量大、分辨率高等优点，非晶丝传感器在助力人体健康监测、预警危重疾病方面潜力巨大，有尚待开发的空间。
此外，非晶合金微丝具有优异的力学性能和耐腐蚀特性，还可作为高强纤维用作结构材料，应用于丝锯、鱼丝、受拉构件、高质量杆、传动轴、精密弹簧和纺织品增强纤维等制品中。
在降噪、提质等方面仍有较大发展空间
目前，我国非晶合金丝材在磁及相关领域的研发与应用方面取得了较大的进步与发展，但仍有短板与不足。
一是缺乏高质量非晶合金裸丝，存在原丝柔韧性、均匀性、一致性差等问题。与此同时，日本爱知公司垄断高质量非晶合金裸丝，玻璃包覆非晶合金丝材则被以色列等国家掌控，又因涉及军工，被严格出口管制。不过，国内科研院所近年来不断追赶，取得了不错的成绩。与会嘉宾介绍，国内一研究机构研发出一套基于熔体抽拉法的非晶丝制造装备（直径60微米～100微米），实现了冷却辊楔尖与合金液峰尖三维空间位置的准确调节，可获得直径均匀度在96%以上的高质量非晶合金丝材；自主研制的一台内圆水纺丝装备（直径80微米～150微米）通过突破熔潭稳定控制技术制造出的非晶合金丝材的均匀度与日本爱知公司的产品质量相当，且软磁性能更优。
二是部分制备工艺尚存发展瓶颈，亟须突破非晶合金丝材制备及其传感器关键技术。我国缺乏非晶合金丝材自主牌号，且长期未突破非晶合金丝材批量制备技术，同时相关磁传感器研发滞后，目前大多非晶合金丝材及关键部件均依赖进口，材料和器件均受制于人。与会嘉宾介绍，我国目前非晶合金丝材主要制备方法有内圆水纺丝法、熔体淬取纺丝法、玻璃包覆纺丝法等。其中，内圆水纺丝法可制备直径100微米以上的丝，但设备和工艺技术门槛高；熔体淬取纺丝法冷速快，合金成分范围宽，但稳定性差，不易收集丝；玻璃包覆纺丝法可制备万米级连续非晶合金丝材，丝直径<60微米，但成分窄。总的来看，目前国内几种主流制备工艺各有优缺点，仍有进一步完善的空间。同时，新开发的制备工艺尚不能满足批量化稳定生产的要求。
三是非晶合金丝材噪声机理正不断深入研究中，问题改善仍有进一步发展空间。与会嘉宾介绍，此前的实验研究发现，磁致伸缩系数对非晶丝正交磁通门噪声的影响机理是，在一特定区间，磁致伸缩系数达到最低，噪声也最低，但当磁致伸缩系数提高一个数量级时，不论正负，噪声都将增加几十倍。同时，世界上多位专家通过实验对GMI磁传感器低频噪声产生机制进行了分析研判。研究结果表明，通过提高非晶合金丝材的直径、改变成分和进行特殊处理，可以进一步降低GMI磁传感器的噪声。
目前，我国非晶合金丝材已初步形成产业，在无人驾驶、智能制造、半导体、航空航天、军工、生物医疗等领域形成新质生产力，全产业链市场规模已达百亿元。未来，随着相关装备技术、工艺等的不断进步，非晶合金丝材还将在多领域实现快速增长。
