熱搜上的釹磁體，憑啥讓美國擔心卡脖子？

熱搜上的釹磁體，憑啥讓美國擔心卡脖子？

楊凈 明敏 發自 凹非寺

量子位 | 公眾號 QbitAI

當代“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口的釹磁體”。

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

一時間引發了熱議，網友們雖然對這種“雙標”操作習以為常，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，作為應用于手機、汽車甚至導彈、戰斗機中不容或缺的動力材料，起初是由美國參與研發，甚至在90年代，一度還是這個產業鏈上的第二主導者（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，這究竟是怎么一回事。

“現代永磁之王”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。

小到我們日常使用的智能手機、音響，大到電動汽車、紅外制導導彈，永磁體成為大多數電力系統中不容或缺的部分。

前陣子美國發現在F35戰斗機的發動機用了中國產的合金磁鐵，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，可吸引遠重于自身重量1000倍的物體，有著“現代永磁之王”的美譽。

而且它的體積小、質量輕、能量密度高、穩定性強，可以以較低的成本產生更多的單位功率，飽受行業偏好，主要應用領域包括：汽車、風力發電、智能手機、機器人、計算機硬盤、軍用設備等。

△圖源：Macro Polo智庫

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

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

這其中又以電動汽車為典型。

首先，汽車行業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見的。

因此電動汽車對釹磁體的需求將會呈現出爆發式增長，據華寶證券估計，2019年到2025年，電動汽車對磁鐵的需求預計增長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的產品和質量的能力。

這么重要的釹磁體以及可預見的爆發式需求，也就不難理解美國此舉。

但如果翻開整個釹磁體的發展歷程，美國曾經在產業鏈上有著舉足輕重的位置。

美國曾主動放棄釹磁體產業

上世紀八十年代，美國的通用汽車和日本的住友幾乎同時研發了釹鐵硼化合物。一經推出，大家都驚嘆于它的強大，并有意將它推向更多應用。

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

放在當時，粘結工藝應用廣泛價格便宜；但燒結可以產生很強大的功率，因此更受到行業熱捧。

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

因為沒有受到行業青睞，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；并于2001年關閉了所有在美國的生產線。

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

△圖源：Macro Polo智庫

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

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

2000年代中期，中國占全球釹磁體產量的近80%。

經過二十余年發展，如今我國幾乎占據了整個稀土永磁體產業鏈。擁有近60%的開采量，超過85%的加工能力，產量占比超過90%。

國內產業鏈上，上游稀土開發集中在內蒙古、四川、江西等地，生產制造集中在浙江。代表企業有中科三環、金力永磁、正海磁材等。

其中，中科三環隸屬中科院，是國內最大的燒結釹磁體生產制造商。2022年公司燒結釹鐵硼的產能為2萬噸，并計劃在今年繼續擴產1萬噸。

金力永磁毛坯產能達到2.3萬噸，并還在進一步擴建產線。

相比之下，美國的釹鐵硼生產制造十分冷清。時至今日，美國沒有一家大型企業有釹鐵硼制造業務，對釹磁體的依賴非常嚴重。

其釹磁體進口總量中，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路線，就是因為擔心供應鏈問題。

不過生產制造方面占據主導地位，并不意味著我國稀土永磁體產業就已經形成絕對長久優勢。

因為在專利技術方面，我國很多企業都還是從日本拿授權。

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

目前日立金屬僅把高端燒結技術授權給了我國8家企業，其中就有上面提到的中科三環、正海磁材。

這意味著，國內僅有4%的稀土永磁體企業可以生產高性能磁體。其余大多數企業，只能生產中低端產品，這在一定程度上還會造成產能過剩。

據2018年數據，我國生產的近16萬噸釹磁體中，只有15%被認為是高性能磁體。

而統計截至2018年的數據，中國生產了全球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

盡管研發起步落后于歐美日本，但我國一直在稀土永磁體研發上奮起直追。

這其中還有則趣事——

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

當時，我國材料科學家謝宏祖提問：

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，在美國物理學會第29次磁學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家，帶領團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，達到了當年世界最高水平。

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明的永磁體材料。

△著名稀土永磁體專家謝宏祖

據了解，謝宏祖曾被評為國家科技進步一等獎一次，國家三等發明獎一次，國家“七五”攻關優秀個人獎，并被評為有突出貢獻的中青年專家，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

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