熱搜上的釹磁體 憑啥讓美國擔心卡脖子?

語言: CN / TW / HK

當代“永磁王”釹磁體,成為這幾日熱議的主角。

這是因為呀,美國一聲令下,宣佈“不限制主要從中國進口的釹磁體”。

理由中提到,去年美國進口的燒結釹磁體中,中國出產佔到了75%。(燒結,就是將粉狀物轉變成緻密體,主流製造工藝)

一時間引發了熱議,網友們雖然對這種“雙標”操作習以為常,但依舊被噁心到了:

怎麼可以把可能卡脖子説的這麼清新通俗。

而事實上,作為應用於手機、汽車甚至導彈、戰鬥機中不容或缺的動力材料,起初是由美國參與研發,甚至在90年代,一度還是這個產業鏈上的第二主導者(第一是日本)。

但如今,在美國本土卻沒有一家大型參與制造企業,這究竟是怎麼一回事。

“現代永磁之王”釹磁體到底是啥?

首先,還得從釹磁體這一主角開始説起。

提到磁鐵,相信很多人都很熟悉,但不為大多數人所知的是,它幾乎存在於所有事物中。尤其是其中能長久保持磁性的永磁體。

小到我們日常使用的智能手機、音響,大到電動汽車、紅外製導導彈,永磁體成為大多數電力系統中不容或缺的部分。

前陣子美國發現在F-35戰鬥機的發動機用了中國產的合金磁鐵,於是不得不暫停交付。

這其中,釹磁體,也叫做釹鐵硼(NdFeB)合金,是目前世界上磁性最強的永磁材料,可吸引遠重於自身重量1000倍的物體,有着“現代永磁之王”的美譽。

而且它的體積小、質量輕、能量密度高、穩定性強,可以以較低的成本產生更多的單位功率,飽受行業偏好,主要應用領域包括:汽車、風力發電、智能手機、機器人、計算機硬盤、軍用設備等。

△圖源:Macro Polo智庫

2019年,相較於其他永磁材料,市場佔比高達65.8%。而這種趨勢隨着清潔能源轉型的推動,將變得更加突出。

報告顯示,未來十年,假設沒有重大技術突破,僅電動汽車和風力渦輪行業,就將推動80%的高性能釹磁體的需求,兩個行業需求增長400%。

這其中又以電動汽車為典型。

首先,汽車行業本身就是釹磁體最大的需求方,2019年就佔總需求的49.3%。(其中,燃油車佔比37.5%)

△圖源:Macro Polo智庫,資料來源:華寶證券

而電動車所需的釹磁體則遠高於燃油車的10倍以上,在未來,電動汽車的逐步滲透幾乎是可以預見的。

因此電動汽車對釹磁體的需求將會呈現出爆發式增長,據華寶證券估計,2019年到2025年,電動汽車對磁鐵的需求預計增長600%,超過35000噸。

目前,全球只有十幾家(中國有八家公司)具備為向特斯拉等汽車公司提供相應的產品和質量的能力。

這麼重要的釹磁體以及可預見的爆發式需求,也就不難理解美國此舉。

但如果翻開整個釹磁體的發展歷程,美國曾經在產業鏈上有着舉足輕重的位置。

美國曾主動放棄釹磁體產業

上世紀八十年代,美國的通用汽車和日本的住友幾乎同時研發了釹鐵硼化合物。一經推出,大家都驚歎於它的強大,並有意將它推向更多應用。

但不同的是,兩家企業採用了不同工藝。美國堅持使用粘結釹磁體,日本則採用燒結工藝。

放在當時,粘結工藝應用廣泛價格便宜;但燒結可以產生很強大的功率,因此更受到行業熱捧。

如今,燒結釹磁體成為綜合性最強的材料,前面提到的應用場景也基本上採用這個工藝。

因為沒有受到行業青睞,通用汽車於1995年將磁鐵子公司出售給了一家由中國公司組成的財團;並於2001年關閉了所有在美國的生產線。

從這張圖可以看到,在80年代,美國釹磁體產量最高還佔到了25%,位列全球第二。

△圖源:Macro Polo智庫

而這時候,中國早已解決規模生產問題。在2000年後正式超越日本,成為全球釹磁體生產份額第一的國家。

眾所周知,我國是稀土資源大國。資源等方面帶來的優勢,使得過去幾十年來,我國稀土永磁材料在研製和生產上都發展神速。

2000年代中期,中國佔全球釹磁體產量的近80%。

經過二十餘年發展,如今我國幾乎佔據了整個稀土永磁體產業鏈。擁有近60%的開採量,超過85%的加工能力,產量佔比超過90%。

國內產業鏈上,上游稀土開發集中在內蒙古、四川、江西等地,生產製造集中在浙江。代表企業有中科三環、金力永磁、正海磁材等。

其中,中科三環隸屬中科院,是國內最大的燒結釹磁體生產製造商。2022年公司燒結釹鐵硼的產能為2萬噸,並計劃在今年繼續擴產1萬噸。

金力永磁毛坯產能達到2.3萬噸,並還在進一步擴建產線。

相比之下,美國的釹鐵硼生產製造十分冷清。時至今日,美國沒有一家大型企業有釹鐵硼製造業務,對釹磁體的依賴非常嚴重。

其釹磁體進口總量中, 75%來自中國,9%來自日本,5%來自菲律賓,4%來自德國。

這使得海外企業在使用釹磁體上非常慎重。

比如美國能源局一份研究報告指出,特斯拉一開始沒有選用永磁體電機技術路線,就是因為擔心供應鏈問題。

不過生產製造方面佔據主導地位,並不意味着我國稀土永磁體產業就已經形成絕對長久優勢。

因為在專利技術方面,我國很多企業都還是從日本拿授權。

日立金屬公司在全球保有600多項燒結釹鐵硼專利,幾乎壟斷了從釹鐵硼成分到燒結生產全流程的專利。

目前日立金屬僅把高端燒結技術授權給了我國8家企業,其中就有上面提到的中科三環、正海磁材。

這意味着,國內僅有4%的稀土永磁體企業可以生產高性能磁體。其餘大多數企業,只能生產中低端產品,這在一定程度上還會造成產能過剩。

據2018年數據,我國生產的近16萬噸釹磁體中,只有15%被認為是高性能磁體。

而統計截至2018年的數據,中國生產了全球87%的釹磁體,但高性能類型佔總量的48%,其餘來自日本和德國。

One More Thing

儘管研發起步落後於歐美日本,但我國一直在稀土永磁體研發上奮起直追。

這其中還有則趣事——

1983年,日本住友公司金子秀夫教授宣佈,他們發明了第三代稀土永磁材料,其磁能體積高達36MGOe,也就是釹磁體。

當時,我國材料科學家謝宏祖提問:

先生,釹鐵是組不成合金的,還有什麼元素?

金子秀夫教授笑而不語。

最後,在美國物理學會第29次磁學與磁性材料年會上揭曉答案,即Nd2Fe14B。

之後,正是這位向金子秀夫提問的中國科學家,帶領團隊在採用低氧工藝實驗室,研製出了最大磁能體積為52.2MGOe的釹鐵硼永磁材料,達到了當年世界最高水平。

1994年,丁肇中院士為美國宇航局尋求高性能磁體時,選中的也是謝宏祖發明的永磁體材料。

△著名稀土永磁體專家謝宏祖

據瞭解,謝宏祖曾被評為國家科技進步一等獎一次,國家三等發明獎一次,國家“七五”攻關優秀個人獎,並被評為有突出貢獻的中青年專家,享受政府特殊津貼。

責任編輯:落木

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