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稀土永磁材料及其應用發展現狀

2010-07-01 來源: 磁性材料協會
稀土永磁釹鐵硼材料最重要的應用領域之一是支撐現代電子信息產業的重要基礎材料,與人們的生活息息相關,小到手表、照相機、錄音機、CD機、VCD機、計算機硬盤、光盤驅動器,大到汽車、發電..
稀土永磁釹鐵硼材料最重要的應用領域之一是支撐現代電子信息產業的重要基礎材料,與人們的生活息息相關,小到手表、照相機、錄音機、CD機、VCD機、計算機硬盤、光盤驅動器,大到汽車、發電機、醫療儀器等,永磁材料無所不在。正是由于廣泛應用了稀土永磁材料,眾多電子產品的尺寸進一步縮小,性能大幅度改善。
一、全球稀土永磁產業近況
近年來,由于發達國家生產成本高,而國際市場磁體價格卻不斷下降,在這些國家繼續生產磁體已難以為繼,因此以美、歐為代表的西方發達國家磁材企業紛紛進行了產業調整,使釹鐵硼產業的國際格局發生了重大變化。
燒結磁體方面,2000年美國的Ugimag公司被賣給了麥格昆磁,2003年麥格昆磁進行了產業調整將其關掉,將磁材生產轉移到中國來。21世紀初,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,美國的稀土產業已從昔日的輝煌到今日的全部沒落。在歐洲只有兩家燒結釹鐵硼的生產廠家,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企業,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。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,一家是TDK,這是一家老牌磁性材料生產企業;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與中科三環合作,2005年在北京成立了燒結釹鐵硼合資企業。除了歐洲和日本兩地外,其余的燒結釹鐵硼磁體生產企業全部集中在中國。
自1990年以來,全球燒結釹鐵硼磁體產量增長迅猛,年均增長率保持在25%左右。進入二十一世紀,盡管日、美、歐等發達國家稀土永磁產業的發展止步不前,但由于中國稀土永磁產業的超常發展,使得全球稀土永磁產業依然保持了迅猛增長的態勢。2005年,全球燒結釹鐵硼產量為42300噸,中國的產量為33000噸,占世界總產量的78%,保持了強勁的增長態勢。日本燒結釹鐵硼磁體原地踏步,處于維持狀態。美國燒結釹鐵硼磁體2004年后全部消亡。
粘結磁體方面,全球的生產能力大部分集中在日本企業。有代表性的兩家企業,一家是精工愛普生,他們的磁材生產已經全部轉到上海愛普生磁性器件有限公司;另一家是日本大同公司。在計算機硬盤驅動器(HDD)的主軸電機應用方面,大同和上海愛普生兩家企業就占據了整個市場份額的90%以上。2002年底,中科三環參股了上海愛普生磁性器件有限公司,2004年3月進一步擴大股權,目前中科三環已持有該公司70%的股權,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磁體工廠,加上國內成長起來的成都銀河,粘結磁體企業除日本的大同外,其余基本在中國。
全球粘結釹鐵硼磁體產量年均增長率為18%,基本保持了一個穩定增長的態勢。2005年,雖然全球粘結釹鐵硼磁體產量比2004年略有下降(1%左右),但中國的粘結釹鐵硼產量保持了11%的增長。中國粘結釹鐵硼磁體產量已超過全球產量的40%,帶動了全球產業的發展。
二、中國稀土永磁產業現狀
至1983年底,國內的稀土永磁生產廠家不到10個,隨著第三代稀土永磁釹鐵硼磁體的發展,大量的工廠在1985年以后涌現了出來。據初步統計表明,目前全國有稀土永磁生產企業百余家,其中年生產能力超過3000噸的有4家,年生產能力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、京津地區形成了中國三角鼎立的稀土永磁產業格局。2004年,山西掀起了燒結釹鐵硼生產的投資高潮,全省一年內新增工廠近30家,目前毛坯工廠已達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下,在全國稀土永磁行業工作者的共同努力下,中國的稀土永磁產業取得了巨大的成就和發展。1996年,全球燒結釹鐵硼產量為6250噸,中國的產量為2600噸,占世界總產量的29%;2000年,全球產量為13940噸,中國為6500噸,占世界總產量的47%;2005年,全球產量為42300噸,中國為33000噸,占世界總產量的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、燒結釹鐵硼的產量仍然保持了相當幅度的增長,中國燒結釹鐵硼的產量達到了39000噸。
自2003年以來,中科三環公司通過努力,進入到了長期以日本、歐美等發達國家磁材企業所壟斷的釹鐵硼高端應用領域——計算機硬盤驅動器音圈電機(VCM)應用市場;目前,寧波韻聲也涉足VCM磁體。在另外一個高端應用領域——汽車應用領域方面,中科三環的釹鐵硼磁體已經成功應用在點火線圈、電動助力轉向、氣囊傳感器等汽車零部件中;同時,京磁公司、中科三環,寧波韻聲和山西恒磁的產品還先后進入了核磁共振成像儀領域。對上述幾個稀土永磁高端應用市場的進入,標志著中國的稀土永磁產品結束了以往大部分只局限于中低端應用市場的不利局面,真正開始與日、歐發達國家磁材巨頭爭奪高端應用市場。
粘結釹鐵硼磁體1996年全球產量為1320噸,中國的產量僅為50噸;2000年,全球粘結釹鐵硼產量達到3150噸,中國為620噸,雖然占世界總產量的比例僅為20%,但年平均增長率卻達到60%。近年來,我國粘結釹鐵硼產量快速增長,平均年增長率超過40%。據最新統計,2005年,中國粘結釹鐵硼產量達到了2100噸,占全球產量的47%。自三環公司于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,成為國內第一家擁有釹鐵硼產品銷售專利許可權的磁體企業。2000年以來,國內先后還有四家釹鐵硼磁體企業購買了該專利,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資源,在國家宏觀調控政策強有力執行下,規范和整頓了礦山開采秩序,稀土行業進行了全面整頓。2005年以來,稀土價格持續攀升,造成了稀土釹和鐠的供應緊張。由于稀土永磁電機需求增加,特別是環保綠色的混合動力電動汽車帶動,電機用高工作溫度燒結釹鐵硼使用量急劇增加,給重稀土Tb、Dy的供應造成了一定的壓力。稀土原材料價格大幅上漲,人民幣升值對國內釹鐵硼行業帶來了較大的負面影響,特別是對于生產低端產品的工廠,正面臨較大的挑戰。
近年來,我國稀土永磁的生產裝備也有長足的進步,特別是在滿足一些新的生產工藝方面的裝備有了突破,例如國產速凝薄片爐和氫破碎爐已在一些磁體生產廠使用。一些國外發達國家的永磁設備制造商也瞄準了中國這塊寶地,紛紛在中國設立生產基地,同時也給我國的永磁設備制造商帶來了機遇和挑戰。2004年9月,沈陽中北真空技術有限公司與日本真空株式會社共同投資在沈陽高新技術產業開發區興建國內先進的真空爐生產基地,第一批連續燒結爐和速凝薄片爐已開始投放市場。
三、稀土永磁材料應用
1、微特電機
在美國、日本和西歐等發達國家,稀土永磁材料在電機中的應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用情況不盡相同。日本在VCM中的應用量占稀土永磁的50%左右,美國則在航空、航天、軍工、汽車和機床等領域電機中的用量最大,歐洲則在數控機床中應用最多。
2006年,我國生產稀土永磁電機3700余萬臺,其中大中型節能電機5萬臺。
2、汽車工業
據有關市場研究機構的最新調查報告顯示,2004年全球轎車和輕型車總產量達到5490萬輛,至2005年,將達到6000萬輛大關,創歷史最高紀錄。
1997年中國汽車產量為158.3萬輛,2001年達到234.2萬輛,其中轎車產量為69.5萬輛。轎車在全部汽車產量中所占的比例不到30%,2002年是中國加入世界貿易組織后的第一年,當年中國汽車產量一舉超過300萬輛大關,達到325.1萬輛,增長38.3%,轎車產量更是增長了52.84%,首次突破百萬輛大關,達到106.924萬輛,轎車比重達到32.7%。進入2003年,這一行情得以持續,當年生產各類汽車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,中國汽車總產量在571萬輛,其中轎車比重達到48.49%。2006年,中國汽車總產量達728萬輛,躍居世界第三位,其中轎車比重已經達到53.15%左右。
由于汽車工業已經成為中國國民經濟發展的第五大支柱產業,它的發展必將帶動一系列的產業,包括磁性材料行業。稀土永磁電機的最大應用潛力市場之一將是汽車工業。汽車工業是釹鐵硼永磁應用最多的領域之一。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、空調器等隨著汽車電子技術要求的不斷提高,其使用電機的數量將越來越多。
3、電動汽車
當前世界各國對電動汽車的關注熱情愈發高漲,一些國家投入大量經費用于研制和開發,其中電機和傳動系統是電動汽車的心臟,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展與普及進行合作,2005年已將豐田目前最先進的“綠色環保節能車”——“先驅”(PRIUS)混合動力汽車在中國進行生產,目前已小批量投入市場。“先驅”(PRIUS)混合動力汽車在日本的產量為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,整個系統輸出功率430馬力,堪稱混合動力的領先杰作。2008年福特翼虎混合動力SUV,155馬力,油耗為7—8升/100km,只有同功率汽油發動機的一半。
可以預見,在不遠的將來,混合動力電動汽車將大量進入普通家庭,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可觀的。
4、電動自行車
自行車是我國的傳統支柱產業之一,隨著人民生活水平的提高和環保意識的增強,近年對電動自行車的需求越來越大。據中國助力車專業委員會不完全統計,我國的電動自行車從研制開發到1997年的小批量投放市場至現在,其生產和銷售呈逐年大幅增長的勢頭,1998年產量為545萬輛,2006年產量已超過1000萬輛。以每輛電動自行國平均需要0.3公斤燒結釹鐵硼計算,年需用磁體3000噸(折合成毛坯近6000噸)。
5、現代醫療設備
永磁式RMI-CT核磁共振成像設備過去采用鐵氧體永磁,磁體重量達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備生產基地。
6、揚聲器、耳機等電聲元件
揚聲器和耳機是永磁體傳統應用領域。稀土永磁材料出現后在同樣輸出功率與音質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用到高級隨身聽等領域。隨著電聲器材技術革新向高保真和小型化發展,要求使用性能更高的磁體,在這個領域,釹鐵硼永磁材料已經開始得到廣泛應用。
7、磁懸浮列車
可乘坐32人、擁有自主知識產權的磁懸浮樣車——“中華01號”磁懸浮技術驗證車2004年10月22日在大連亮相。此次研制成功的“中華01號”采用中國自主研發的永磁補償式懸浮技術。
其原理是利用車載磁體與軌道磁體間產生的排斥力和吸引力共同作用,從而產生向上懸浮力,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4噸/米,運輸能力相當于現行火車,而且采用車與路一體化結構設計,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。磁懸浮飛機系統為新型懸浮設計,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噸燒結釹鐵硼材料。試驗線正在籌建之中。
磁懸浮飛機系統是建立在磁懸浮理論基礎上的一種最新型地面軌道交通系統。據介紹,該系統優化了各類交通資源,集合了多樣性技術特征,不僅造價和運行成本相對較低,而且實現了高速、大容量、智能化的統一。如果磁懸浮飛機系統進入實際應用,將使市內短程交通與城際間中長途交通系統融為一體,為一體化解決城市繁雜的交通系統提供幫助。
四、展望
目前中國已經成為全球最大的稀土永磁生產基地,同時也是潛在稀土永磁應用市場,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逐步向中國轉移的態勢勢不可擋,中國必將成為世界一流的稀土永磁材料供應基地。國外先進的釹鐵硼永磁材料制造商進入中國,一方面會對中國稀土永磁企業帶來挑戰,另一方面也會將先進的技術、管理經驗帶入中國,從而進一步推動中國稀土永磁產業的發展。
一方面,我國要繼續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、使我國稀土磁性材料能持續發展。另一方面,我國的稀土磁性企業要加強自身的整合,不斷提高管理和技術水平,在稀土產業向中國轉移的過程中保持主動地位;通過與國外先進稀土磁性企業加強合作,互助互利,使稀土磁性產業更好地扎根于中國,以便中國的稀土磁性產業更好地服務于全球。

本文關鍵詞:

稀土 磁性材料 永磁材料

責任編輯:劉利娟
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