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稀土永磁材料及其应用发展现状

   稀土永磁钕铁硼材料最重要的应用领域之一是支撑现代电子信息产业的重要基础材料,与人们的生活息息相关,小到手表、照相机、录音机、CD机、VCD机、计算机硬盘、光盘驱动器,大到汽车、发电机、医疗仪器等,永磁材料无所不在。正是由于广泛应用了稀土永磁材料,众多电子产品的尺寸进一步缩小,性能大幅度改善。
    一、全球稀土永磁产业近况
    近年来,由于发达国家生产成本高,而国际市场磁体价格却不断下降,在这些国家继续生产磁体已难以为继,因此以美、欧为代表的西方发达国家磁材企业纷纷进行了产业调整,使钕铁硼产业的国际格局发生了重大变化。
    烧结磁体方面,2000年美国的Ugimag公司被卖给了麦格昆磁,2003年麦格昆磁进行了产业调整将其关掉,将磁材生产转移到中国来。21世纪初,英国的摩根集团收购了德国西门子下属的真空冶炼公司(Vacuumschmelze或VAC)和美国的坩埚公司,但是在2003年6月份,摩根集团关闭了美国的坩埚公司(Crucible)。2005年摩根集团把德国真空冶炼公司卖给了美国的JPMorgan。目前,美国的稀土产业已从昔日的辉煌到今日的全部没落。在欧洲只有两家烧结钕铁硼的生产厂家,一家是在德国的真空冶炼公司,一个是在芬兰的Neorem公司。2003年6月,日立金属购买了住友金属下住友特金的股份,成为全球最大的钕铁硼生产企业,并于2004年4月1日更名为NEOMAX,并停止了日立金属在美国的磁体生产。2007年4月1日NEMOMAX在日本退市,成为日立金属的全资子公司。日本还有两家企业,一家是TDK,这是一家老牌磁性材料生产企业;还有一家就是信越化工。NEMOAX、TDK和Neorem在中国已建立磁体后加工基地。德国VAC与中科三环合作,2005年在北京成立了烧结钕铁硼合资企业。除了欧洲和日本两地外,其余的烧结钕铁硼磁体生产企业全部集中在中国。
    自1990年以来,全球烧结钕铁硼磁体产量增长迅猛,年均增长率保持在25%左右。进入二十一世纪,尽管日、美、欧等发达国家稀土永磁产业的发展止步不前,但由于中国稀土永磁产业的超常发展,使得全球稀土永磁产业依然保持了迅猛增长的态势。2005年,全球烧结钕铁硼产量为42300吨,中国的产量为33000吨,占世界总产量的78%,保持了强劲的增长态势。日本烧结钕铁硼磁体原地踏步,处于维持状态。美国烧结钕铁硼磁体2004年后全部消亡。
    粘结磁体方面,全球的生产能力大部分集中在日本企业。有代表性的两家企业,一家是精工爱普生,他们的磁材生产已经全部转到上海爱普生磁性器件有限公司;另一家是日本大同公司。在计算机硬盘驱动器(HDD)的主轴电机应用方面,大同和上海爱普生两家企业就占据了整个市场份额的90%以上。2002年底,中科三环参股了上海爱普生磁性器件有限公司,2004年3月进一步扩大股权,目前中科三环已持有该公司70%的股权,成为其第一大股东。安泰科技2003年3月收购了台湾的海恩公司,其深圳的海恩美格也是一个科技水平很高的粘结磁体工厂,加上国内成长起来的成都银河,粘结磁体企业除日本的大同外,其余基本在中国。
     全球粘结钕铁硼磁体产量年均增长率为18%,基本保持了一个稳定增长的态势。2005年,虽然全球粘结钕铁硼磁体产量比2004年略有下降(1%左右),但中国的粘结钕铁硼产量保持了11%的增长。中国粘结钕铁硼磁体产量已超过全球产量的40%,带动了全球产业的发展。 
    二、中国稀土永磁产业现状
    至1983年底,国内的稀土永磁生产厂家不到10个,随着第三代稀土永磁钕铁硼磁体的发展,大量的工厂在1985年以后涌现了出来。据初步统计表明,目前全国有稀土永磁生产企业百余家,其中年生产能力超过3000吨的有4家,年生产能力1000吨—3000吨的6家,500吨—1000吨的8家。
    山西由于得天独厚的自然和低成本条件,目前已与沪杭地区、京津地区形成了中国三角鼎立的稀土永磁产业格局。2004年,山西掀起了烧结钕铁硼生产的投资高潮,全省一年内新增工厂近30家,目前毛坯工厂已达60余家。
    自1985年以来的十几年间,在国家主管部门及地方政府的支持和引导下,在全国稀土永磁行业工作者的共同努力下,中国的稀土永磁产业取得了巨大的成就和发展。1996年,全球烧结钕铁硼产量为6250吨,中国的产量为2600吨,占世界总产量的29%;2000年,全球产量为13940吨,中国为6500吨,占世界总产量的47%;2005年,全球产量为42300吨,中国为33000吨,占世界总产量的78%。虽然2006年稀土原材料的上涨了一倍多,但由于强劲的市场需求、烧结钕铁硼的产量仍然保持了相当幅度的增长,中国烧结钕铁硼的产量达到了39000吨。
    自2003年以来,中科三环公司通过努力,进入到了长期以日本、欧美等发达国家磁材企业所垄断的钕铁硼高端应用领域——计算机硬盘驱动器音圈电机(VCM)应用市场;目前,宁波韵声也涉足VCM磁体。在另外一个高端应用领域——汽车应用领域方面,中科三环的钕铁硼磁体已经成功应用在点火线圈、电动助力转向、气囊传感器等汽车零部件中;同时,京磁公司、中科三环,宁波韵声和山西恒磁的产品还先后进入了核磁共振成像仪领域。对上述几个稀土永磁高端应用市场的进入,标志着中国的稀土永磁产品结束了以往大部分只局限于中低端应用市场的不利局面,真正开始与日、欧发达国家磁材巨头争夺高端应用市场。
    粘结钕铁硼磁体1996年全球产量为1320吨,中国的产量仅为50吨;2000年,全球粘结钕铁硼产量达到3150吨,中国为620吨,虽然占世界总产量的比例仅为20%,但年平均增长率却达到60%。近年来,我国粘结钕铁硼产量快速增长,平均年增长率超过40%。据最新统计,2005年,中国粘结钕铁硼产量达到了2100吨,占全球产量的47%。自三环公司于1993年购买了日本住友公司和美国通用汽车公司的专利许可权,成为国内第一家拥有钕铁硼产品销售专利许可权的磁体企业。2000年以来,国内先后还有四家钕铁硼磁体企业购买了该专利,分别为北京京磁、银钠金科、宁波韵升和安泰科技。
    为了保护和合理利用我国稀土矿产资源,在国家宏观调控政策强有力执行下,规范和整顿了矿山开采秩序,稀土行业进行了全面整顿。2005年以来,稀土价格持续攀升,造成了稀土钕和镨的供应紧张。由于稀土永磁电机需求增加,特别是环保绿色的混合动力电动汽车带动,电机用高工作温度烧结钕铁硼使用量急剧增加,给重稀土Tb、Dy的供应造成了一定的压力。稀土原材料价格大幅上涨,人民币升值对国内钕铁硼行业带来了较大的负面影响,特别是对于生产低端产品的工厂,正面临较大的挑战。
    近年来,我国稀土永磁的生产装备也有长足的进步,特别是在满足一些新的生产工艺方面的装备有了突破,例如国产速凝薄片炉和氢破碎炉已在一些磁体生产厂使用。一些国外发达国家的永磁设备制造商也瞄准了中国这块宝地,纷纷在中国设立生产基地,同时也给我国的永磁设备制造商带来了机遇和挑战。2004年9月,沈阳中北真空技术有限公司与日本真空株式会社共同投资在沈阳高新技术产业开发区兴建国内先进的真空炉生产基地,第一批连续烧结炉和速凝薄片炉已开始投放市场。
    三、稀土永磁材料应用
    1、微特电机
    在美国、日本和西欧等发达国家,稀土永磁材料在电机中的应用已占稀土永磁总销售额的60%以上。各国国情不同,稀土永磁在电机中的应用情况不尽相同。日本在VCM中的应用量占稀土永磁的50%左右,美国则在航空、航天、军工、汽车和机床等领域电机中的用量最大,欧洲则在数控机床中应用最多。
    2006年,我国生产稀土永磁电机3700余万台,其中大中型节能电机5万台。
    2、汽车工业
    据有关市场研究机构的最新调查报告显示,2004年全球轿车和轻型车总产量达到5490万辆,至2005年,将达到6000万辆大关,创历史最高纪录。
    1997年中国汽车产量为158.3万辆,2001年达到234.2万辆,其中轿车产量为69.5万辆。轿车在全部汽车产量中所占的比例不到30%,2002年是中国加入世界贸易组织后的第一年,当年中国汽车产量一举超过300万辆大关,达到325.1万辆,增长38.3%,轿车产量更是增长了52.84%,首次突破百万辆大关,达到106.924万辆,轿车比重达到32.7%。进入2003年,这一行情得以持续,当年生产各类汽车444万辆,销量439万辆,分别增长75.28%,在世界的排名由2002年第5位上升至2003年的第4们。2004年,中国汽车总产量为507万辆,增长14.2%左右,其中轿车240万辆,增长16%左右。2005年,中国汽车总产量在571万辆,其中轿车比重达到48.49%。2006年,中国汽车总产量达728万辆,跃居世界第三位,其中轿车比重已经达到53.15%左右。
    由于汽车工业已经成为中国国民经济发展的第五大支柱产业,它的发展必将带动一系列的产业,包括磁性材料行业。稀土永磁电机的最大应用潜力市场之一将是汽车工业。汽车工业是钕铁硼永磁应用最多的领域之一。在每辆汽车中,一般可以有几十个部位要使用永磁电机,如电动座椅、电动后视镜、电动天窗、电动门窗、电动雨刮、空调器等随着汽车电子技术要求的不断提高,其使用电机的数量将越来越多。
    3、电动汽车
    当前世界各国对电动汽车的关注热情愈发高涨,一些国家投入大量经费用于研制和开发,其中电机和传动系统是电动汽车的心脏,稀土永磁电机以其体积小、效率高、性能优异而成为各国研制新一代电动汽车的首选方案。中国第一汽车集团公司与丰田汽车公司就推动混合动力汽车在中国市场的发展与普及进行合作,2005年已将丰田目前最先进的“绿色环保节能车”——“先驱”(PRIUS)混合动力汽车在中国进行生产,目前已小批量投入市场。“先驱”(PRIUS)混合动力汽车在日本的产量为10000台/月左右。最近。日本丰田推出了雷克萨斯LS600h混合动力高档汽车,V8引擎加上一个高效的电机,整个系统输出功率430马力,堪称混合动力的领先杰作。2008年福特翼虎混合动力SUV,155马力,油耗为7—8升/100km,只有同功率汽油发动机的一半。
    可以预见,在不远的将来,混合动力电动汽车将大量进入普通家庭,成为一种大众消费。这对于稀土永磁电机及其钕铁硼永磁材料的带动作用是相当可观的。
    4、电动自行车
    自行车是我国的传统支柱产业之一,随着人民生活水平的提高和环保意识的增强,近年对电动自行车的需求越来越大。据中国助力车专业委员会不完全统计,我国的电动自行车从研制开发到1997年的小批量投放市场至现在,其生产和销售呈逐年大幅增长的势头,1998年产量为545万辆,2006年产量已超过1000万辆。以每辆电动自行国平均需要0.3公斤烧结钕铁硼计算,年需用磁体3000吨(折合成毛坯近6000吨)。
    5、现代医疗设备
    永磁式RMI-CT核磁共振成像设备过去采用铁氧体永磁,磁体重量达50吨,如今采用最新钕铁硼永磁材料,其磁场强度提高了一倍,图像清晰度也大大提高,并节省了大量原材料。每台核磁共振成像仪需钕铁硼永磁体0.5—3吨,按世界市场年需要量1千台计,年需磁体500—3000吨。目前,美国通用电器和德国西门子在中国均有核磁共振成像设备生产基地。
    6、扬声器、耳机等电声元件
    扬声器和耳机是永磁体传统应用领域。稀土永磁材料出现后在同样输出功率与音质不采用钕铁硼永磁体可减小尺寸和提高性能。目前稀土永磁扬声器和耳机已应用到高级随身听等领域。随着电声器材技术革新向高保真和小型化发展,要求使用性能更高的磁体,在这个领域,钕铁硼永磁材料已经开始得到广泛应用。
    7、磁悬浮列车
    可乘坐32人、拥有自主知识产权的磁悬浮样车——“中华01号”磁悬浮技术验证车2004年10月22日在大连亮相。此次研制成功的“中华01号”采用中国自主研发的永磁补偿式悬浮技术。
    其原理是利用车载磁体与轨道磁体间产生的排斥力和吸引力共同作用,从而产生向上悬浮力,使列车脱离轨道运行。所用磁体为稀土永磁材料;“中华01号”悬浮耗能几乎为零,其净悬浮力可达4吨/米,运输能力相当于现行火车,而且采用车与路一体化结构设计,安全性大大提高。中国首个吊轨磁悬浮验证车“中华06号”2005年5月亮相大连。使用Nd-Fe-B磁体的3km永磁悬浮列车线已列入建设日程。
    近年为,磁悬浮飞机国际有限公司(Magplane International Ltd)在我国推介美国磁悬浮飞机系统。磁悬浮飞机系统为新型悬浮设计,采用钕铁硼永磁体。每公里需配2辆磁悬浮飞机(列车),每一辆磁悬浮飞机(列车)将使用10吨烧结钕铁硼材料。试验线正在筹建之中。
    磁悬浮飞机系统是建立在磁悬浮理论基础上的一种最新型地面轨道交通系统。据介绍,该系统优化了各类交通资源,集合了多样性技术特征,不仅造价和运行成本相对较低,而且实现了高速、大容量、智能化的统一。如果磁悬浮飞机系统进入实际应用,将使市内短程交通与城际间中长途交通系统融为一体,为一体化解决城市繁杂的交通系统提供帮助。
    四、展望
    目前中国已经成为全球最大的稀土永磁生产基地,同时也是潜在稀土永磁应用市场,由于我国丰富的稀土资源,较低的人工成本和广阔的市场,从而国外的钕铁硼制造业逐步向中国转移的态势势不可挡,中国必将成为世界一流的稀土永磁材料供应基地。国外先进的钕铁硼永磁材料制造商进入中国,一方面会对中国稀土永磁企业带来挑战,另一方面也会将先进的技术、管理经验带入中国,从而进一步推动中国稀土永磁产业的发展。
    一方面,我国要继续加强新型稀土磁性材料的探索、加强高档稀土磁性材料的开发、使我国稀土磁性材料能持续发展。另一方面,我国的稀土磁性企业要加强自身的整合,不断提高管理和技术水平,在稀土产业向中国转移的过程中保持主动地位;通过与国外先进稀土磁性企业加强合作,互助互利,使稀土磁性产业更好地扎根于中国,以便中国的稀土磁性产业更好地服务于全球。
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