热搜上的钕磁体,凭啥让美国担心被中国卡脖子?(组图)

大鱼新闻 科技 2 months

当代“永磁王”钕磁体,成为这几日热议的主角。

这是因为呀,美国一声令下,宣布“不限制主要从中国进口的钕磁体”。

理由中提到,去年美国进口的烧结钕磁体中,中国出产占到了75%。(烧结,就是将粉状物转变成致密体,主流制造工艺)

一时间引发了热议,网友们虽然对这种“双标”操作习以为常,但依旧被恶心到了:

怎么可以把可能卡脖子说的这么清新通俗。



而事实上,作为应用于手机、汽车甚至导弹、战斗机中不容或缺的动力材料,起初是由美国参与研发,甚至在90年代,一度还是这个产业链上的第二主导者(第一是日本)。

但如今,在美国本土却没有一家大型参与制造企业,这究竟是怎么一回事。

“现代永磁之王”钕磁体到底是啥?

首先,还得从钕磁体这一主角开始说起。

提到磁铁,相信很多人都很熟悉,但不为大多数人所知的是,它几乎存在于所有事物中。尤其是其中能长久保持磁性的永磁体。

小到我们日常使用的智能手机、音响,大到电动汽车、红外制导导弹,永磁体成为大多数电力系统中不容或缺的部分。

前阵子美国发现在F-35战斗机的发动机用了中国产的合金磁铁,于是不得不暂停交付。

这其中,钕磁体,也叫做钕铁硼(NdFeB)合金,是目前世界上磁性最强的永磁材料,可吸引远重于自身重量1000倍的物体,有着“现代永磁之王”的美誉。



而且它的体积小、质量轻、能量密度高、稳定性强,可以以较低的成本产生更多的单位功率,饱受行业偏好,主要应用领域包括:汽车、风力发电、智能手机、机器人、计算机硬盘、军用设备等。



△图源:Macro Polo智库


2019年,相较于其他永磁材料,市场占比高达65.8%。而这种趋势随着清洁能源转型的推动,将变得更加突出。

报告显示,未来十年,假设没有重大技术突破,仅电动汽车和风力涡轮行业,就将推动80%的高性能钕磁体的需求,两个行业需求增长400%。

这其中又以电动汽车为典型。

首先,汽车行业本身就是钕磁体最大的需求方,2019年就占总需求的49.3%。(其中,燃油车占比37.5%)



△图源:Macro Polo智库,资料来源:华宝证券


而电动车所需的钕磁体则远高于燃油车的10倍以上,在未来,电动汽车的逐步渗透几乎是可以预见的。

因此电动汽车对钕磁体的需求将会呈现出爆发式增长,据华宝证券估计,2019年到2025年,电动汽车对磁铁的需求预计增长600%,超过35000吨。

目前,全球只有十几家(中国有八家公司)具备为向特斯拉等汽车公司提供相应的产品和质量的能力。

这么重要的钕磁体以及可预见的爆发式需求,也就不难理解美国此举。

但如果翻开整个钕磁体的发展历程,美国曾经在产业链上有着举足轻重的位置。

美国曾主动放弃钕磁体产业

上世纪八十年代,美国的通用汽车和日本的住友几乎同时研发了钕铁硼化合物。一经推出,大家都惊叹于它的强大,并有意将它推向更多应用。

但不同的是,两家企业采用了不同工艺。美国坚持使用粘结钕磁体,日本则采用烧结工艺。

放在当时,粘结工艺应用广泛价格便宜;但烧结可以产生很强大的功率,因此更受到行业热捧。

如今,烧结钕磁体成为综合性最强的材料,前面提到的应用场景也基本上采用这个工艺。

因为没有受到行业青睐,通用汽车于1995年将磁铁子公司出售给了一家由中国公司组成的财团;并于2001年关闭了所有在美国的生产线。

从这张图可以看到,在80年代,美国钕磁体产量最高还占到了25%,位列全球第二。



△图源:Macro Polo智库

而这时候,中国早已解决规模生产问题。在2000年后正式超越日本,成为全球钕磁体生产份额第一的国家。

众所周知,我国是稀土资源大国。资源等方面带来的优势,使得过去几十年来,我国稀土永磁材料在研制和生产上都发展神速。

2000年代中期,中国占全球钕磁体产量的近80%。

经过二十余年发展,如今我国几乎占据了整个稀土永磁体产业链。拥有近60%的开采量,超过85%的加工能力,产量占比超过90%。

国内产业链上,上游稀土开发集中在内蒙古、四川、江西等地,生产制造集中在浙江。代表企业有中科三环、金力永磁、正海磁材等。

其中,中科三环隶属中科院,是国内最大的烧结钕磁体生产制造商。2022年公司烧结钕铁硼的产能为2万吨,并计划在今年继续扩产1万吨。

金力永磁毛坯产能达到2.3万吨,并还在进一步扩建产线。

相比之下,美国的钕铁硼生产制造十分冷清。时至今日,美国没有一家大型企业有钕铁硼制造业务,对钕磁体的依赖非常严重。

其钕磁体进口总量中,75%来自中国,9%来自日本,5%来自菲律宾,4%来自德国。

这使得海外企业在使用钕磁体上非常慎重。

比如美国能源局一份研究报告指出,特斯拉一开始没有选用永磁体电机技术路线,就是因为担心供应链问题。

不过生产制造方面占据主导地位,并不意味着我国稀土永磁体产业就已经形成绝对长久优势。

因为在专利技术方面,我国很多企业都还是从日本拿授权。

日立金属公司在全球保有600多项烧结钕铁硼专利,几乎垄断了从钕铁硼成分到烧结生产全流程的专利。

目前日立金属仅把高端烧结技术授权给了我国8家企业,其中就有上面提到的中科三环、正海磁材。

这意味着,国内仅有4%的稀土永磁体企业可以生产高性能磁体。其余大多数企业,只能生产中低端产品,这在一定程度上还会造成产能过剩。

据2018年数据,我国生产的近16万吨钕磁体中,只有15%被认为是高性能磁体。

而统计截至2018年的数据,中国生产了全球87%的钕磁体,但高性能类型占总量的48%,其余来自日本和德国。

One More Thing


尽管研发起步落后于欧美日本,但我国一直在稀土永磁体研发上奋起直追。

这其中还有则趣事——

1983年,日本住友公司金子秀夫教授宣布,他们发明了第三代稀土永磁材料,其磁能体积高达36MGOe,也就是钕磁体。

当时,我国材料科学家谢宏祖提问:

先生,钕铁是组不成合金的,还有什么元素?

金子秀夫教授笑而不语。

最后,在美国物理学会第29次磁学与磁性材料年会上揭晓答案,即Nd2Fe14B。

之后,正是这位向金子秀夫提问的中国科学家,带领团队在采用低氧工艺实验室,研制出了最大磁能体积为52.2MGOe的钕铁硼永磁材料,达到了当年世界最高水平。

1994年,丁肇中院士为美国宇航局寻求高性能磁体时,选中的也是谢宏祖发明的永磁体材料。



△著名稀土永磁体专家谢宏祖


据了解,谢宏祖曾被评为国家科技进步一等奖一次,国家三等发明奖一次,国家“七五”攻关优秀个人奖,并被评为有突出贡献的中青年专家,享受政府特殊津贴。

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