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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、錄音機、CD機、VCD機、計算機硬盤、光盤驅(qū)動器，大到汽車、發(fā)電機、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，而國際市場磁體價格卻不斷下降，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，摩根集團關(guān)閉了美國的坩堝公司（Crucible）。2005年摩根集團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。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%，保持了強勁的增長態(tài)勢。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。在計算機硬盤驅(qū)動器（HDD）的主軸電機應(yīng)用方面，大同和上海愛普生兩家企業(yè)就占據(jù)了整個市場份額的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月收購了臺灣的海恩公司，其深圳的海恩美格也是一個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%，基本保持了一個穩(wěn)定增長的態(tài)勢。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，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，但由于強勁的市場需求、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——計算機硬盤驅(qū)動器音圈電機（VCM）應(yīng)用市場；目前，寧波韻聲也涉足VCM磁體。在另外一個高端應(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)用在點火線圈、電動助力轉(zhuǎn)向、氣囊傳感器等汽車零部件中；同時，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。對上述幾個稀土永磁高端應(yīng)用市場的進(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)用市場的不利局面，真正開始與日、歐發(fā)達(dá)國家磁材巨頭爭奪高端應(yīng)用市場。
粘結(jié)釹鐵硼磁體1996年全球產(chǎn)量為1320噸，中國的產(chǎn)量僅為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，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。由于稀土永磁電機需求增加，特別是環(huán)保綠色的混合動力電動汽車帶動，電機用高工作溫度燒結(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。稀土原材料價格大幅上漲，人民幣升值對國內(nèi)釹鐵硼行業(yè)帶來了較大的負(fù)面影響，特別是對于生產(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，同時也給我國的永磁設(shè)備制造商帶來了機遇和挑戰(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。
三、稀土永磁材料應(yīng)用
1、微特電機
在美國、日本和西歐等發(fā)達(dá)國家，稀土永磁材料在電機中的應(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、汽車和機床等領(lǐng)域電機中的用量最大，歐洲則在數(shù)控機床中應(yīng)用最多。
2006年，我國生產(chǎn)稀土永磁電機3700余萬臺，其中大中型節(jié)能電機5萬臺。
2、汽車工業(yè)
據(jù)有關(guān)市場研究機構(gòu)的最新調(diào)查報告顯示，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)濟發(fā)展的第五大支柱產(chǎn)業(yè)，它的發(fā)展必將帶動一系列的產(chǎn)業(yè)，包括磁性材料行業(yè)。稀土永磁電機的最大應(yīng)用潛力市場之一將是汽車工業(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，一般可以有幾十個部位要使用永磁電機，如電動座椅、電動后視鏡、電動天窗、電動門窗、電動雨刮、空調(diào)器等隨著汽車電子技術(shù)要求的不斷提高，其使用電機的數(shù)量將越來越多。
3、電動汽車
當(dāng)前世界各國對電動汽車的關(guān)注熱情愈發(fā)高漲，一些國家投入大量經(jīng)費用于研制和開發(fā)，其中電機和傳動系統(tǒng)是電動汽車的心臟，稀土永磁電機以其體積小、效率高、性能優(yōu)異而成為各國研制新一代電動汽車的首選方案。中國第一汽車集團公司與豐田汽車公司就推動混合動力汽車在中國市場的發(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）混合動力汽車在中國進(jìn)行生產(chǎn)，目前已小批量投入市場�！跋闰�(qū)”（PRIUS）混合動力汽車在日本的產(chǎn)量為10000臺/月左右。最近。日本豐田推出了雷克薩斯LS600h混合動力高檔汽車，V8引擎加上一個高效的電機，整個系統(tǒng)輸出功率430馬力，堪稱混合動力的領(lǐng)先杰作。2008年福特翼虎混合動力SUV，155馬力，油耗為7—8升/100km，只有同功率汽油發(fā)動機的一半。
可以預(yù)見，在不遠(yuǎn)的將來，混合動力電動汽車將大量進(jìn)入普通家庭，成為一種大眾消費。這對于稀土永磁電機及其釹鐵硼永磁材料的帶動作用是相當(dāng)可觀的。
4、電動自行車
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)保意識的增強，近年對電動自行車的需求越來越大。據(jù)中國助力車專業(yè)委員會不完全統(tǒng)計，我國的電動自行車從研制開發(fā)到1997年的小批量投放市場至現(xiàn)在，其生產(chǎn)和銷售呈逐年大幅增長的勢頭，1998年產(chǎn)量為545萬輛，2006年產(chǎn)量已超過1000萬輛。以每輛電動自行國平均需要0.3公斤燒結(jié)釹鐵硼計算，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，其磁場強度提高了一倍，圖像清晰度也大大提高，并節(jié)省了大量原材料。每臺核磁共振成像儀需釹鐵硼永磁體0.5—3噸，按世界市場年需要量1千臺計，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、揚聲器、耳機等電聲元件
揚聲器和耳機是永磁體傳統(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。目前稀土永磁揚聲器和耳機已應(yīng)用到高級隨身聽等領(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、擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的磁懸浮樣車——“中華01號”磁懸浮技術(shù)驗證車2004年10月22日在大連亮相。此次研制成功的“中華01號”采用中國自主研發(fā)的永磁補償式懸浮技術(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，使列車脫離軌道運行。所用磁體為稀土永磁材料；“中華01號”懸浮耗能幾乎為零，其凈懸浮力可達(dá)4噸/米，運輸能力相當(dāng)于現(xiàn)行火車，而且采用車與路一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計，安全性大大提高。中國首個吊軌磁懸浮驗證車“中華06號”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，磁懸浮飛機國際有限公司（Magplane International Ltd）在我國推介美國磁懸浮飛機系統(tǒng)。磁懸浮飛機系統(tǒng)為新型懸浮設(shè)計，采用釹鐵硼永磁體。每公里需配2輛磁懸浮飛機（列車），每一輛磁懸浮飛機（列車）將使用10噸燒結(jié)釹鐵硼材料。試驗線正在籌建之中。
磁懸浮飛機系統(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，不僅造價和運行成本相對較低，而且實現(xiàn)了高速、大容量、智能化的統(tǒng)一。如果磁懸浮飛機系統(tǒng)進(jìn)入實際應(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，同時也是潛在稀土永磁應(yīng)用市場，由于我國豐富的稀土資源，較低的人工成本和廣闊的市場，從而國外的釹鐵硼制造業(yè)逐步向中國轉(zhuǎn)移的態(tài)勢勢不可擋，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，一方面會對中國稀土永磁企業(yè)帶來挑戰(zhàn)，另一方面也會將先進(jìn)的技術(shù)、管理經(jīng)驗帶入中國，從而進(jìn)一步推動中國稀土永磁產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
一方面，我國要繼續(xù)加強新型稀土磁性材料的探索、加強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地位；通過與國外先進(jìn)稀土磁性企業(yè)加強合作，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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