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稀土永磁材料及其應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀 |
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稀土永磁釹鐵硼材料最重要的應(yīng)用領(lǐng)域之一是支撐現(xiàn)代電子信息產(chǎn)業(yè)的重要基礎(chǔ)材料，與人們的生活息息相關(guān)，小到手表、照相機(jī)、錄音機(jī)、CD機(jī)、VCD機(jī)、計(jì)算機(jī)硬盤、光盤驅(qū)動(dòng)器，大到汽車、發(fā)電機(jī)、醫(yī)療儀器等，永磁材料無所不在。正是由于廣泛應(yīng)用了稀土永磁材料，眾多電子產(chǎn)品的尺寸進(jìn)一步縮小，性能大幅度改善。
一、全球稀土永磁產(chǎn)業(yè)近況
近年來，由于發(fā)達(dá)國家生產(chǎn)成本高，而國際市場(chǎng)磁體價(jià)格卻不斷下降，在這些國家繼續(xù)生產(chǎn)磁體已難以為繼，因此以美、歐為代表的西方發(fā)達(dá)國家磁材企業(yè)紛紛進(jìn)行了產(chǎn)業(yè)調(diào)整，使釹鐵硼產(chǎn)業(yè)的國際格局發(fā)生了重大變化。
燒結(jié)磁體方面，2000年美國的Ugimag公司被賣給了麥格昆磁，2003年麥格昆磁進(jìn)行了產(chǎn)業(yè)調(diào)整將其關(guān)掉，將磁材生產(chǎn)轉(zhuǎn)移到中國來。21世紀(jì)初，英國的摩根集團(tuán)收購了德國西門子下屬的真空冶煉公司（Vacuumschmelze或VAC）和美國的坩堝公司，但是在2003年6月份，摩根集團(tuán)關(guān)閉了美國的坩堝公司（Crucible）。2005年摩根集團(tuán)把德國真空冶煉公司賣給了美國的JPMorgan。目前，美國的稀土產(chǎn)業(yè)已從昔日的輝煌到今日的全部沒落。在歐洲只有兩家燒結(jié)釹鐵硼的生產(chǎn)廠家，一家是在德國的真空冶煉公司，一個(gè)是在芬蘭的Neorem公司。2003年6月，日立金屬購買了住友金屬下住友特金的股份，成為全球最大的釹鐵硼生產(chǎn)企業(yè)，并于2004年4月1日更名為NEOMAX，并停止了日立金屬在美國的磁體生產(chǎn)。2007年4月1日NEMOMAX在日本退市，成為日立金屬的全資子公司。日本還有兩家企業(yè)，一家是TDK，這是一家老牌磁性材料生產(chǎn)企業(yè)；還有一家就是信越化工。NEMOAX、TDK和Neorem在中國已建立磁體后加工基地。德國VAC與中科三環(huán)合作，2005年在北京成立了燒結(jié)釹鐵硼合資企業(yè)。除了歐洲和日本兩地外，其余的燒結(jié)釹鐵硼磁體生產(chǎn)企業(yè)全部集中在中國。
自1990年以來，全球燒結(jié)釹鐵硼磁體產(chǎn)量增長迅猛，年均增長率保持在25%左右。進(jìn)入二十一世紀(jì)，盡管日、美、歐等發(fā)達(dá)國家稀土永磁產(chǎn)業(yè)的發(fā)展止步不前，但由于中國稀土永磁產(chǎn)業(yè)的超常發(fā)展，使得全球稀土永磁產(chǎn)業(yè)依然保持了迅猛增長的態(tài)勢(shì)。2005年，全球燒結(jié)釹鐵硼產(chǎn)量為42300噸，中國的產(chǎn)量為33000噸，占世界總產(chǎn)量的78%，保持了強(qiáng)勁的增長態(tài)勢(shì)。日本燒結(jié)釹鐵硼磁體原地踏步，處于維持狀態(tài)。美國燒結(jié)釹鐵硼磁體2004年后全部消亡。
粘結(jié)磁體方面，全球的生產(chǎn)能力大部分集中在日本企業(yè)。有代表性的兩家企業(yè)，一家是精工愛普生，他們的磁材生產(chǎn)已經(jīng)全部轉(zhuǎn)到上海愛普生磁性器件有限公司；另一家是日本大同公司。在計(jì)算機(jī)硬盤驅(qū)動(dòng)器（HDD）的主軸電機(jī)應(yīng)用方面，大同和上海愛普生兩家企業(yè)就占據(jù)了整個(gè)市場(chǎng)份額的90%以上。2002年底，中科三環(huán)參股了上海愛普生磁性器件有限公司，2004年3月進(jìn)一步擴(kuò)大股權(quán)，目前中科三環(huán)已持有該公司70%的股權(quán)，成為其第一大股東。安泰科技2003年3月收購了臺(tái)灣的海恩公司，其深圳的海恩美格也是一個(gè)科技水平很高的粘結(jié)磁體工廠，加上國內(nèi)成長起來的成都銀河，粘結(jié)磁體企業(yè)除日本的大同外，其余基本在中國。
全球粘結(jié)釹鐵硼磁體產(chǎn)量年均增長率為18%，基本保持了一個(gè)穩(wěn)定增長的態(tài)勢(shì)。2005年，雖然全球粘結(jié)釹鐵硼磁體產(chǎn)量比2004年略有下降（1%左右），但中國的粘結(jié)釹鐵硼產(chǎn)量保持了11%的增長。中國粘結(jié)釹鐵硼磁體產(chǎn)量已超過全球產(chǎn)量的40%，帶動(dòng)了全球產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
二、中國稀土永磁產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀
至1983年底，國內(nèi)的稀土永磁生產(chǎn)廠家不到10個(gè)，隨著第三代稀土永磁釹鐵硼磁體的發(fā)展，大量的工廠在1985年以后涌現(xiàn)了出來。據(jù)初步統(tǒng)計(jì)表明，目前全國有稀土永磁生產(chǎn)企業(yè)百余家，其中年生產(chǎn)能力超過3000噸的有4家，年生產(chǎn)能力1000噸—3000噸的6家，500噸—1000噸的8家。
山西由于得天獨(dú)厚的自然和低成本條件，目前已與滬杭地區(qū)、京津地區(qū)形成了中國三角鼎立的稀土永磁產(chǎn)業(yè)格局。2004年，山西掀起了燒結(jié)釹鐵硼生產(chǎn)的投資高潮，全省一年內(nèi)新增工廠近30家，目前毛坯工廠已達(dá)60余家。
自1985年以來的十幾年間，在國家主管部門及地方政府的支持和引導(dǎo)下，在全國稀土永磁行業(yè)工作者的共同努力下，中國的稀土永磁產(chǎn)業(yè)取得了巨大的成就和發(fā)展。1996年，全球燒結(jié)釹鐵硼產(chǎn)量為6250噸，中國的產(chǎn)量為2600噸，占世界總產(chǎn)量的29%；2000年，全球產(chǎn)量為13940噸，中國為6500噸，占世界總產(chǎn)量的47%；2005年，全球產(chǎn)量為42300噸，中國為33000噸，占世界總產(chǎn)量的78%。雖然2006年稀土原材料的上漲了一倍多，但由于強(qiáng)勁的市場(chǎng)需求、燒結(jié)釹鐵硼的產(chǎn)量仍然保持了相當(dāng)幅度的增長，中國燒結(jié)釹鐵硼的產(chǎn)量達(dá)到了39000噸。
自2003年以來，中科三環(huán)公司通過努力，進(jìn)入到了長期以日本、歐美等發(fā)達(dá)國家磁材企業(yè)所壟斷的釹鐵硼高端應(yīng)用領(lǐng)域——計(jì)算機(jī)硬盤驅(qū)動(dòng)器音圈電機(jī)（VCM）應(yīng)用市場(chǎng)；目前，寧波韻聲也涉足VCM磁體。在另外一個(gè)高端應(yīng)用領(lǐng)域——汽車應(yīng)用領(lǐng)域方面，中科三環(huán)的釹鐵硼磁體已經(jīng)成功應(yīng)用在點(diǎn)火線圈、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向、氣囊傳感器等汽車零部件中；同時(shí)，京磁公司、中科三環(huán)，寧波韻聲和山西恒磁的產(chǎn)品還先后進(jìn)入了核磁共振成像儀領(lǐng)域。對(duì)上述幾個(gè)稀土永磁高端應(yīng)用市場(chǎng)的進(jìn)入，標(biāo)志著中國的稀土永磁產(chǎn)品結(jié)束了以往大部分只局限于中低端應(yīng)用市場(chǎng)的不利局面，真正開始與日、歐發(fā)達(dá)國家磁材巨頭爭(zhēng)奪高端應(yīng)用市場(chǎng)。
粘結(jié)釹鐵硼磁體1996年全球產(chǎn)量為1320噸，中國的產(chǎn)量?jī)H為50噸；2000年，全球粘結(jié)釹鐵硼產(chǎn)量達(dá)到3150噸，中國為620噸，雖然占世界總產(chǎn)量的比例僅為20%，但年平均增長率卻達(dá)到60%。近年來，我國粘結(jié)釹鐵硼產(chǎn)量快速增長，平均年增長率超過40%。據(jù)最新統(tǒng)計(jì)，2005年，中國粘結(jié)釹鐵硼產(chǎn)量達(dá)到了2100噸，占全球產(chǎn)量的47%。自三環(huán)公司于1993年購買了日本住友公司和美國通用汽車公司的專利許可權(quán)，成為國內(nèi)第一家擁有釹鐵硼產(chǎn)品銷售專利許可權(quán)的磁體企業(yè)。2000年以來，國內(nèi)先后還有四家釹鐵硼磁體企業(yè)購買了該專利，分別為北京京磁、銀鈉金科、寧波韻升和安泰科技。
為了保護(hù)和合理利用我國稀土礦產(chǎn)資源，在國家宏觀調(diào)控政策強(qiáng)有力執(zhí)行下，規(guī)范和整頓了礦山開采秩序，稀土行業(yè)進(jìn)行了全面整頓。2005年以來，稀土價(jià)格持續(xù)攀升，造成了稀土釹和鐠的供應(yīng)緊張。由于稀土永磁電機(jī)需求增加，特別是環(huán)保綠色的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車帶動(dòng)，電機(jī)用高工作溫度燒結(jié)釹鐵硼使用量急劇增加，給重稀土Tb、Dy的供應(yīng)造成了一定的壓力。稀土原材料價(jià)格大幅上漲，人民幣升值對(duì)國內(nèi)釹鐵硼行業(yè)帶來了較大的負(fù)面影響，特別是對(duì)于生產(chǎn)低端產(chǎn)品的工廠，正面臨較大的挑戰(zhàn)。
近年來，我國稀土永磁的生產(chǎn)裝備也有長足的進(jìn)步，特別是在滿足一些新的生產(chǎn)工藝方面的裝備有了突破，例如國產(chǎn)速凝薄片爐和氫破碎爐已在一些磁體生產(chǎn)廠使用。一些國外發(fā)達(dá)國家的永磁設(shè)備制造商也瞄準(zhǔn)了中國這塊寶地，紛紛在中國設(shè)立生產(chǎn)基地，同時(shí)也給我國的永磁設(shè)備制造商帶來了機(jī)遇和挑戰(zhàn)。2004年9月，沈陽中北真空技術(shù)有限公司與日本真空株式會(huì)社共同投資在沈陽高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)興建國內(nèi)先進(jìn)的真空爐生產(chǎn)基地，第一批連續(xù)燒結(jié)爐和速凝薄片爐已開始投放市場(chǎng)。
三、稀土永磁材料應(yīng)用
1、微特電機(jī)
在美國、日本和西歐等發(fā)達(dá)國家，稀土永磁材料在電機(jī)中的應(yīng)用已占稀土永磁總銷售額的60%以上。各國國情不同，稀土永磁在電機(jī)中的應(yīng)用情況不盡相同。日本在VCM中的應(yīng)用量占稀土永磁的50%左右，美國則在航空、航天、軍工、汽車和機(jī)床等領(lǐng)域電機(jī)中的用量最大，歐洲則在數(shù)控機(jī)床中應(yīng)用最多。
2006年，我國生產(chǎn)稀土永磁電機(jī)3700余萬臺(tái)，其中大中型節(jié)能電機(jī)5萬臺(tái)。
2、汽車工業(yè)
據(jù)有關(guān)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)的最新調(diào)查報(bào)告顯示，2004年全球轎車和輕型車總產(chǎn)量達(dá)到5490萬輛，至2005年，將達(dá)到6000萬輛大關(guān)，創(chuàng)歷史最高紀(jì)錄。
1997年中國汽車產(chǎn)量為158.3萬輛，2001年達(dá)到234.2萬輛，其中轎車產(chǎn)量為69.5萬輛。轎車在全部汽車產(chǎn)量中所占的比例不到30%，2002年是中國加入世界貿(mào)易組織后的第一年，當(dāng)年中國汽車產(chǎn)量一舉超過300萬輛大關(guān)，達(dá)到325.1萬輛，增長38.3%，轎車產(chǎn)量更是增長了52.84%，首次突破百萬輛大關(guān)，達(dá)到106.924萬輛，轎車比重達(dá)到32.7%。進(jìn)入2003年，這一行情得以持續(xù)，當(dāng)年生產(chǎn)各類汽車444萬輛，銷量439萬輛，分別增長75.28%，在世界的排名由2002年第5位上升至2003年的第4們。2004年，中國汽車總產(chǎn)量為507萬輛，增長14.2%左右，其中轎車240萬輛，增長16%左右。2005年，中國汽車總產(chǎn)量在571萬輛，其中轎車比重達(dá)到48.49%。2006年，中國汽車總產(chǎn)量達(dá)728萬輛，躍居世界第三位，其中轎車比重已經(jīng)達(dá)到53.15%左右。
由于汽車工業(yè)已經(jīng)成為中國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的第五大支柱產(chǎn)業(yè)，它的發(fā)展必將帶動(dòng)一系列的產(chǎn)業(yè)，包括磁性材料行業(yè)。稀土永磁電機(jī)的最大應(yīng)用潛力市場(chǎng)之一將是汽車工業(yè)。汽車工業(yè)是釹鐵硼永磁應(yīng)用最多的領(lǐng)域之一。在每輛汽車中，一般可以有幾十個(gè)部位要使用永磁電機(jī)，如電動(dòng)座椅、電動(dòng)后視鏡、電動(dòng)天窗、電動(dòng)門窗、電動(dòng)雨刮、空調(diào)器等隨著汽車電子技術(shù)要求的不斷提高，其使用電機(jī)的數(shù)量將越來越多。
3、電動(dòng)汽車
當(dāng)前世界各國對(duì)電動(dòng)汽車的關(guān)注熱情愈發(fā)高漲，一些國家投入大量經(jīng)費(fèi)用于研制和開發(fā)，其中電機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的心臟，稀土永磁電機(jī)以其體積小、效率高、性能優(yōu)異而成為各國研制新一代電動(dòng)汽車的首選方案。中國第一汽車集團(tuán)公司與豐田汽車公司就推動(dòng)混合動(dòng)力汽車在中國市場(chǎng)的發(fā)展與普及進(jìn)行合作，2005年已將豐田目前最先進(jìn)的“綠色環(huán)保節(jié)能車”——“先驅(qū)”（PRIUS）混合動(dòng)力汽車在中國進(jìn)行生產(chǎn)，目前已小批量投入市場(chǎng)�！跋闰�(qū)”（PRIUS）混合動(dòng)力汽車在日本的產(chǎn)量為10000臺(tái)/月左右。最近。日本豐田推出了雷克薩斯LS600h混合動(dòng)力高檔汽車，V8引擎加上一個(gè)高效的電機(jī)，整個(gè)系統(tǒng)輸出功率430馬力，堪稱混合動(dòng)力的領(lǐng)先杰作。2008年福特翼虎混合動(dòng)力SUV，155馬力，油耗為7—8升/100km，只有同功率汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的一半。
可以預(yù)見，在不遠(yuǎn)的將來，混合動(dòng)力電動(dòng)汽車將大量進(jìn)入普通家庭，成為一種大眾消費(fèi)。這對(duì)于稀土永磁電機(jī)及其釹鐵硼永磁材料的帶動(dòng)作用是相當(dāng)可觀的。
4、電動(dòng)自行車
自行車是我國的傳統(tǒng)支柱產(chǎn)業(yè)之一，隨著人民生活水平的提高和環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，近年對(duì)電動(dòng)自行車的需求越來越大。據(jù)中國助力車專業(yè)委員會(huì)不完全統(tǒng)計(jì)，我國的電動(dòng)自行車從研制開發(fā)到1997年的小批量投放市場(chǎng)至現(xiàn)在，其生產(chǎn)和銷售呈逐年大幅增長的勢(shì)頭，1998年產(chǎn)量為545萬輛，2006年產(chǎn)量已超過1000萬輛。以每輛電動(dòng)自行國平均需要0.3公斤燒結(jié)釹鐵硼計(jì)算，年需用磁體3000噸（折合成毛坯近6000噸）。
5、現(xiàn)代醫(yī)療設(shè)備
永磁式RMI-CT核磁共振成像設(shè)備過去采用鐵氧體永磁，磁體重量達(dá)50噸，如今采用最新釹鐵硼永磁材料，其磁場(chǎng)強(qiáng)度提高了一倍，圖像清晰度也大大提高，并節(jié)省了大量原材料。每臺(tái)核磁共振成像儀需釹鐵硼永磁體0.5—3噸，按世界市場(chǎng)年需要量1千臺(tái)計(jì)，年需磁體500—3000噸。目前，美國通用電器和德國西門子在中國均有核磁共振成像設(shè)備生產(chǎn)基地。
6、揚(yáng)聲器、耳機(jī)等電聲元件
揚(yáng)聲器和耳機(jī)是永磁體傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域。稀土永磁材料出現(xiàn)后在同樣輸出功率與音質(zhì)不采用釹鐵硼永磁體可減小尺寸和提高性能。目前稀土永磁揚(yáng)聲器和耳機(jī)已應(yīng)用到高級(jí)隨身聽等領(lǐng)域。隨著電聲器材技術(shù)革新向高保真和小型化發(fā)展，要求使用性能更高的磁體，在這個(gè)領(lǐng)域，釹鐵硼永磁材料已經(jīng)開始得到廣泛應(yīng)用。
7、磁懸浮列車
可乘坐32人、擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的磁懸浮樣車——“中華01號(hào)”磁懸浮技術(shù)驗(yàn)證車2004年10月22日在大連亮相。此次研制成功的“中華01號(hào)”采用中國自主研發(fā)的永磁補(bǔ)償式懸浮技術(shù)。
其原理是利用車載磁體與軌道磁體間產(chǎn)生的排斥力和吸引力共同作用，從而產(chǎn)生向上懸浮力，使列車脫離軌道運(yùn)行。所用磁體為稀土永磁材料；“中華01號(hào)”懸浮耗能幾乎為零，其凈懸浮力可達(dá)4噸/米，運(yùn)輸能力相當(dāng)于現(xiàn)行火車，而且采用車與路一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，安全性大大提高。中國首個(gè)吊軌磁懸浮驗(yàn)證車“中華06號(hào)”2005年5月亮相大連。使用Nd-Fe-B磁體的3km永磁懸浮列車線已列入建設(shè)日程。
近年為，磁懸浮飛機(jī)國際有限公司（Magplane International Ltd）在我國推介美國磁懸浮飛機(jī)系統(tǒng)。磁懸浮飛機(jī)系統(tǒng)為新型懸浮設(shè)計(jì)，采用釹鐵硼永磁體。每公里需配2輛磁懸浮飛機(jī)（列車），每一輛磁懸浮飛機(jī)（列車）將使用10噸燒結(jié)釹鐵硼材料。試驗(yàn)線正在籌建之中。
磁懸浮飛機(jī)系統(tǒng)是建立在磁懸浮理論基礎(chǔ)上的一種最新型地面軌道交通系統(tǒng)。據(jù)介紹，該系統(tǒng)優(yōu)化了各類交通資源，集合了多樣性技術(shù)特征，不僅造價(jià)和運(yùn)行成本相對(duì)較低，而且實(shí)現(xiàn)了高速、大容量、智能化的統(tǒng)一。如果磁懸浮飛機(jī)系統(tǒng)進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用，將使市內(nèi)短程交通與城際間中長途交通系統(tǒng)融為一體，為一體化解決城市繁雜的交通系統(tǒng)提供幫助。
四、展望
目前中國已經(jīng)成為全球最大的稀土永磁生產(chǎn)基地，同時(shí)也是潛在稀土永磁應(yīng)用市場(chǎng)，由于我國豐富的稀土資源，較低的人工成本和廣闊的市場(chǎng)，從而國外的釹鐵硼制造業(yè)逐步向中國轉(zhuǎn)移的態(tài)勢(shì)勢(shì)不可擋，中國必將成為世界一流的稀土永磁材料供應(yīng)基地。國外先進(jìn)的釹鐵硼永磁材料制造商進(jìn)入中國，一方面會(huì)對(duì)中國稀土永磁企業(yè)帶來挑戰(zhàn)，另一方面也會(huì)將先進(jìn)的技術(shù)、管理經(jīng)驗(yàn)帶入中國，從而進(jìn)一步推動(dòng)中國稀土永磁產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
一方面，我國要繼續(xù)加強(qiáng)新型稀土磁性材料的探索、加強(qiáng)高檔稀土磁性材料的開發(fā)、使我國稀土磁性材料能持續(xù)發(fā)展。另一方面，我國的稀土磁性企業(yè)要加強(qiáng)自身的整合，不斷提高管理和技術(shù)水平，在稀土產(chǎn)業(yè)向中國轉(zhuǎn)移的過程中保持主動(dòng)地位；通過與國外先進(jìn)稀土磁性企業(yè)加強(qiáng)合作，互助互利，使稀土磁性產(chǎn)業(yè)更好地扎根于中國，以便中國的稀土磁性產(chǎn)業(yè)更好地服務(wù)于全球。
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