熱搜上的釹磁體，憑啥讓美國擔(dān)心卡脖子？

熱搜上的釹磁體，憑啥讓美國擔(dān)心卡脖子？

楊凈 明敏 發(fā)自 凹非寺

量子位 | 公眾號 QbitAI

當(dāng)代“永磁王”釹磁體，成為這幾日熱議的主角。

這是因為呀，美國一聲令下，宣布“不限制主要從中國進(jìn)口的釹磁體”。

理由中提到，去年美國進(jìn)口的燒結(jié)釹磁體中，中國出產(chǎn)占到了75%。（燒結(jié)，就是將粉狀物轉(zhuǎn)變成致密體，主流制造工藝）

一時間引發(fā)了熱議，網(wǎng)友們雖然對這種“雙標(biāo)”操作習(xí)以為常，但依舊被惡心到了：

怎么可以把可能卡脖子說的這么清新通俗。

而事實上，作為應(yīng)用于手機、汽車甚至導(dǎo)彈、戰(zhàn)斗機中不容或缺的動力材料，起初是由美國參與研發(fā)，甚至在90年代，一度還是這個產(chǎn)業(yè)鏈上的第二主導(dǎo)者（第一是日本）。

但如今，在美國本土卻沒有一家大型參與制造企業(yè)，這究竟是怎么一回事。

“現(xiàn)代永磁之王”釹磁體到底是啥？

首先，還得從釹磁體這一主角開始說起。

提到磁鐵，相信很多人都很熟悉，但不為大多數(shù)人所知的是，它幾乎存在于所有事物中。尤其是其中能長久保持磁性的永磁體。

小到我們?nèi)粘Ｊ褂玫闹悄苁謾C、音響，大到電動汽車、紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈，永磁體成為大多數(shù)電力系統(tǒng)中不容或缺的部分。

前陣子美國發(fā)現(xiàn)在F35戰(zhàn)斗機的發(fā)動機用了中國產(chǎn)的合金磁鐵，于是不得不暫停交付。

這其中，釹磁體，也叫做釹鐵硼（NdFeB）合金，是目前世界上磁性最強的永磁材料，可吸引遠(yuǎn)重于自身重量1000倍的物體，有著“現(xiàn)代永磁之王”的美譽。

而且它的體積小、質(zhì)量輕、能量密度高、穩(wěn)定性強，可以以較低的成本產(chǎn)生更多的單位功率，飽受行業(yè)偏好，主要應(yīng)用領(lǐng)域包括：汽車、風(fēng)力發(fā)電、智能手機、機器人、計算機硬盤、軍用設(shè)備等。

△圖源：Macro Polo智庫

2019年，相較于其他永磁材料，市場占比高達(dá)65.8%。而這種趨勢隨著清潔能源轉(zhuǎn)型的推動，將變得更加突出。

報告顯示，未來十年，假設(shè)沒有重大技術(shù)突破，僅電動汽車和風(fēng)力渦輪行業(yè)，就將推動80%的高性能釹磁體的需求，兩個行業(yè)需求增長400%。

這其中又以電動汽車為典型。

首先，汽車行業(yè)本身就是釹磁體最大的需求方，2019年就占總需求的49.3%。（其中，燃油車占比37.5%）

△圖源：Macro Polo智庫，資料來源：華寶證券

而電動車所需的釹磁體則遠(yuǎn)高于燃油車的10倍以上，在未來，電動汽車的逐步滲透幾乎是可以預(yù)見的。

因此電動汽車對釹磁體的需求將會呈現(xiàn)出爆發(fā)式增長，據(jù)華寶證券估計，2019年到2025年，電動汽車對磁鐵的需求預(yù)計增長600%，超過35000噸。

目前，全球只有十幾家（中國有八家公司）具備為向特斯拉等汽車公司提供相應(yīng)的產(chǎn)品和質(zhì)量的能力。

這么重要的釹磁體以及可預(yù)見的爆發(fā)式需求，也就不難理解美國此舉。

但如果翻開整個釹磁體的發(fā)展歷程，美國曾經(jīng)在產(chǎn)業(yè)鏈上有著舉足輕重的位置。

美國曾主動放棄釹磁體產(chǎn)業(yè)

上世紀(jì)八十年代，美國的通用汽車和日本的住友幾乎同時研發(fā)了釹鐵硼化合物。一經(jīng)推出，大家都驚嘆于它的強大，并有意將它推向更多應(yīng)用。

但不同的是，兩家企業(yè)采用了不同工藝。美國堅持使用粘結(jié)釹磁體，日本則采用燒結(jié)工藝。

放在當(dāng)時，粘結(jié)工藝應(yīng)用廣泛價格便宜；但燒結(jié)可以產(chǎn)生很強大的功率，因此更受到行業(yè)熱捧。

如今，燒結(jié)釹磁體成為綜合性最強的材料，前面提到的應(yīng)用場景也基本上采用這個工藝。

因為沒有受到行業(yè)青睞，通用汽車于1995年將磁鐵子公司出售給了一家由中國公司組成的財團(tuán)；并于2001年關(guān)閉了所有在美國的生產(chǎn)線。

從這張圖可以看到，在80年代，美國釹磁體產(chǎn)量最高還占到了25%，位列全球第二。

△圖源：Macro Polo智庫

而這時候，中國早已解決規(guī)模生產(chǎn)問題。在2000年后正式超越日本，成為全球釹磁體生產(chǎn)份額第一的國家。

眾所周知，我國是稀土資源大國。資源等方面帶來的優(yōu)勢，使得過去幾十年來，我國稀土永磁材料在研制和生產(chǎn)上都發(fā)展神速。

2000年代中期，中國占全球釹磁體產(chǎn)量的近80%。

經(jīng)過二十余年發(fā)展，如今我國幾乎占據(jù)了整個稀土永磁體產(chǎn)業(yè)鏈。擁有近60%的開采量，超過85%的加工能力，產(chǎn)量占比超過90%。

國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈上，上游稀土開發(fā)集中在內(nèi)蒙古、四川、江西等地，生產(chǎn)制造集中在浙江。代表企業(yè)有中科三環(huán)、金力永磁、正海磁材等。

其中，中科三環(huán)隸屬中科院，是國內(nèi)最大的燒結(jié)釹磁體生產(chǎn)制造商。2022年公司燒結(jié)釹鐵硼的產(chǎn)能為2萬噸，并計劃在今年繼續(xù)擴(kuò)產(chǎn)1萬噸。

金力永磁毛坯產(chǎn)能達(dá)到2.3萬噸，并還在進(jìn)一步擴(kuò)建產(chǎn)線。

相比之下，美國的釹鐵硼生產(chǎn)制造十分冷清。時至今日，美國沒有一家大型企業(yè)有釹鐵硼制造業(yè)務(wù)，對釹磁體的依賴非常嚴(yán)重。

其釹磁體進(jìn)口總量中，75%來自中國，9%來自日本，5%來自菲律賓，4%來自德國。

這使得海外企業(yè)在使用釹磁體上非常慎重。

比如美國能源局一份研究報告指出，特斯拉一開始沒有選用永磁體電機技術(shù)路線，就是因為擔(dān)心供應(yīng)鏈問題。

不過生產(chǎn)制造方面占據(jù)主導(dǎo)地位，并不意味著我國稀土永磁體產(chǎn)業(yè)就已經(jīng)形成絕對長久優(yōu)勢。

因為在專利技術(shù)方面，我國很多企業(yè)都還是從日本拿授權(quán)。

日立金屬公司在全球保有600多項燒結(jié)釹鐵硼專利，幾乎壟斷了從釹鐵硼成分到燒結(jié)生產(chǎn)全流程的專利。

目前日立金屬僅把高端燒結(jié)技術(shù)授權(quán)給了我國8家企業(yè)，其中就有上面提到的中科三環(huán)、正海磁材。

這意味著，國內(nèi)僅有4%的稀土永磁體企業(yè)可以生產(chǎn)高性能磁體。其余大多數(shù)企業(yè)，只能生產(chǎn)中低端產(chǎn)品，這在一定程度上還會造成產(chǎn)能過剩。

據(jù)2018年數(shù)據(jù)，我國生產(chǎn)的近16萬噸釹磁體中，只有15%被認(rèn)為是高性能磁體。

而統(tǒng)計截至2018年的數(shù)據(jù)，中國生產(chǎn)了全球87%的釹磁體，但高性能類型占總量的48%，其余來自日本和德國。

One More Thing

盡管研發(fā)起步落后于歐美日本，但我國一直在稀土永磁體研發(fā)上奮起直追。

這其中還有則趣事——

1983年，日本住友公司金子秀夫教授宣布，他們發(fā)明了第三代稀土永磁材料，其磁能體積高達(dá)36MGOe，也就是釹磁體。

當(dāng)時，我國材料科學(xué)家謝宏祖提問：

先生，釹鐵是組不成合金的，還有什么元素？

金子秀夫教授笑而不語。

最后，在美國物理學(xué)會第29次磁學(xué)與磁性材料年會上揭曉答案，即Nd2Fe14B。

之后，正是這位向金子秀夫提問的中國科學(xué)家，帶領(lǐng)團(tuán)隊在采用低氧工藝實驗室，研制出了最大磁能體積為52.2MGOe的釹鐵硼永磁材料，達(dá)到了當(dāng)年世界最高水平。

1994年，丁肇中院士為美國宇航局尋求高性能磁體時，選中的也是謝宏祖發(fā)明的永磁體材料。

△著名稀土永磁體專家謝宏祖

據(jù)了解，謝宏祖曾被評為國家科技進(jìn)步一等獎一次，國家三等發(fā)明獎一次，國家“七五”攻關(guān)優(yōu)秀個人獎，并被評為有突出貢獻(xiàn)的中青年專家，享受政府特殊津貼。

參考鏈接：[1]https://macropolo.org/analysis/permanentmagnetscasestudyindustrychineseproductionsupply/:~:text=As%20of%202018%2C%20China%20produced,rest%20(see%20Figure%205).&text=Note%3A%20Japan%20and%20Germany%20likely,%E2%80%9CROW%E2%80%9D%20essentially%20means%20Germany[2]https://www.bis.doc.gov/index.php/documents/section232investigations/3142202209factsheetbidenharrisadministrationannouncesactionstosecurerareearthelement/file[3]http://www.sic.ac.cn/xwzx/kj/202005/t20200513_5578735.html[4]https://www.politico.com/news/2022/09/07/pentagonsuspendsf35deliverieschina00055202[5]https://www.eetchina.com/news/202205111004.html

— 完 —

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