成品率超60%：纳米晶粉末如何抢占AI算力高地

随着AI算力持续增长，服务器电源正加速向高效率、高功率密度方向升级，对磁性材料性能提出更高要求。然而，高端纳米晶磁性材料长期被海外厂商掌握，国内用户一度面临价格高昂、供给紧张甚至“有钱难买”的局面。

泉州天智合金科技有限公司长期深耕合金粉末领域，通过持续优化纳米晶粉末制备工艺与关键设备，大幅提升产品成品率，使产品价格降至海外同类产品的约四分之一。

围绕纳米晶粉末的技术特点与产业化进展，天智合金研发总工赵放向《磁性元件与电源》分享了企业的实践观察。

01 从算力需求看纳米晶材料的价值

纳米晶是一种区别于传统合金粉末和非晶粉末的磁性材料，其晶粒尺寸处于纳米级，因此在电磁性能上表现出不同于常规材料的特性。与常见的非晶材料相比，纳米晶在磁导率和功率损耗方面具有更好的综合表现。

赵放介绍，从关键指标来看，纳米晶在磁导率和功率损耗方面具有明显优势。例如常见非晶材料的磁导率通常在30—35之间，而纳米晶材料可以达到38—40。更高的磁导率意味着在电感设计中可以提供更大的设计空间，在满足同等性能要求的情况下，器件体积有望进一步缩小，从而有利于实现小型化和更高功率密度设计。

在损耗方面，纳米晶材料同样具有优势。在1MHz频率、50mT外加磁场条件下，其损耗大约只有非晶材料的50%—60%。随着电子系统不断向高频化发展，对磁性材料损耗控制的要求也在同步提高。

不过，从实际应用情况看，纳米晶粉末的普及程度仍然有限。

赵放坦言，目前部分电感厂商对纳米晶材料的应用经验还不算丰富，对其性能优势的理解也仍在逐步加深。同时，在具体器件设计中，纳米晶粉末往往需要与其他材料进行复配，并且对压制工艺、胶材比例等参数要求较高，这些都在一定程度上提高了应用门槛。

目前纳米晶粉末主要应用于对电磁性能要求极高的高端领域。

从频率段来看，在800 kHz以内的应用中，通常采用合金类粉末，如铁硅铬材料，其也根据气雾化工艺和饱和度等因素分为不同等级，适用于热压电感等产品。

而在800 kHz以上的高频场景，尤其是在1-3 MHz的范围内，纳米晶材料具有不可替代的优势，广泛应用于手机、射频模组、智能终端、手表、耳机、无人机等对小型化和高效率有严苛要求的设备中。

当前，随着算力需求的爆发式增长，纳米晶粉末在AI服务器和高性能显卡服务器等算力设备中的应用尤为突出，典型产品包括芯片电感、一体成型电感、功率电感、以及TLVR电感等，成为支撑高性能计算的关键材料之一。

02 纳米晶粉末制备：真正的难点在材料工艺

如果说纳米晶材料的优势体现在性能指标上，那么真正决定其产业化进程的，则是材料制备技术。

赵放指出，纳米晶粉末的制备主要面临四个关键挑战：

一是成分控制要求极为严格。纳米晶粉末的成分设计需要极高的精度，成分的微小偏差都会导致磁性能发生显著变化，因此对合金配比的精确控制是首要难点。

二是杂质含量的控制。杂质的存在会对粉末的损耗性能产生恶化影响，因此在整个制备过程中必须严格控制杂质混入，确保粉末的纯度。

三是雾化过程中的冷却速度。纳米晶的形成需要在雾化阶段实现极快的冷却速度，这样才能为后续获得良好的晶体结构奠定基础。冷却速度不足会直接影响粉末的微观结构和最终性能。

四是纳米晶化热处理设备工艺。这一过程需要精密的热处理设备，对温度、气氛、时间等参数的控制要求非常严格。同时，热处理设备本身也需要深度开发，不同参数组合会带来性能上的巨大差异，这也是许多厂家难以达到同等水平的关键所在。

长期以来，这些关键技术环节也构成了纳米晶材料的行业技术壁垒。

03 设备突破：国产技术开始打破纳米晶门槛

针对上述技术难题，天智合金在长期从事非晶纳米晶粉末研发的基础上，对设备和工艺进行了持续优化。

赵放介绍，天智最核心的突破在于雾化设备与热处理设备的自主研发。

在设备设计上，天智通过优化雾化设备的结构设计，显著提高了粉末的冷却速度，从而获得更加理想的晶体结构。同时，设备设计也致力于提升粉末的球形度和细粉的成品率。

在热处理工艺上，经过长期的技术实验和摸索，最终形成了最优的纳米晶化热处理工艺技术，能够充分发挥材料的磁性能。

这一技术突破的意义不仅体现在工艺优化上，更在于打通了纳米晶粉末生产中的关键技术环节。长期以来，这类核心装备主要由海外企业掌握，技术门槛较高。通过自主设计和持续迭代，企业逐渐建立起从材料体系到关键设备的完整技术链条。

其中一个重要成果体现在粉末球形度的优化。通过自主设计的雾化设备，天智能够生产出球形度更高、粒度分布更均匀、纯度更高且氧含量更低的纳米晶粉末。

纳米晶粉末微观视图 图/天智合金

另一个关键突破是超细粉末收得率的提升。

传统设备投料100公斤原材料，往往只能获得约10公斤超细粉末，而天智合金的设备能够获得30至40公斤，收得率提升至传统工艺的3—4倍。

这一指标的提升不仅意味着技术能力的进步，也直接决定了材料成本。

04 纳米晶成品率决定成本竞争力

尽管纳米晶材料性能优势明显，但其成本始终是行业关注的重点。

目前，高端纳米晶粉末在高端电感中的应用占比约为三成，国内市场价格根据技术要求有所不同。相比之下，日本进口产品的价格普遍显著高于国内，存在较大价差。

在赵放看来，成本差异的背后，一方面来自技术水平，另一方面则来自生产规模和成品率。

纳米晶粉末生产过程中，成品率直接决定单位成本水平。通过设备与工艺优化，提高粉末收得率，是降低成本的关键路径。

目前，天智合金在常规粒度粉末上的成品率可达到60%以上，在超细粉末领域也能保持30%—40%的水平。赵放提到，这一水平在行业内属于较高水准，因为纳米晶粉末本身成品率普遍偏低，特别是在超细粉领域，传统设备往往连5%的成品率都难以达到。

纳米晶粉末微观视图 图/天智合金

随着成品率提升和产能扩大，纳米晶粉末的成本正逐渐下降，这也为其在更广泛电感产品中的应用创造了条件。

05 从技术优势到规模应用

从材料性能来看，纳米晶已经具备明显优势，但从产业发展节奏看，其应用仍处于逐步导入阶段。技术门槛、应用经验以及成本控制，是影响纳米晶粉末推广速度的关键因素。

随着AI算力需求持续增长，服务器电源对高频、高效率磁性材料的需求不断提升，纳米晶粉末的应用空间也在逐步扩大。

从更长远的产业视角看，这不仅是一种材料的技术升级，也意味着高端磁性材料国产化能力的持续提升。随着关键设备和核心工艺逐步实现自主突破，过去依赖进口、价格高昂甚至“有钱难买”的局面正在被逐渐打破。

在这一过程中，以天智合金为代表的国内厂商，正通过设备与工艺创新提升纳米晶粉末的成品率与性价比，为高端磁性材料国产替代提供新的可能。随着算力基础设施持续扩张，纳米晶材料有望从小众高端应用逐渐走向更广泛的产业场景。

“在国产替代和材料自主方面，我们的长远目标是通过技术突破和产品创新，逐步替代进口产品。同时，我们也在积极拓展海外市场，目前部分非晶、纳米晶产品已在国外客户处进行测试，为未来进入国际市场做准备。”赵放表示。

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审核编辑 黄宇