热搜上的钕磁体，凭啥让美国担心卡脖子？

杨净 明敏 发自 凹非寺
量子位 | 公众号 QbitAI

当代“永磁王”钕磁体，成为这几日热议的主角。

这是因为呀，美国一声令下，宣布“不限制主要从中国进口的钕磁体”。

理由中提到，去年美国进口的烧结钕磁体中，中国出产占到了75%。（烧结，就是将粉状物转变成致密体，主流制造工艺）

一时间引发了热议，网友们虽然对这种“双标”操作习以为常，但依旧被恶心到了：

怎么可以把可能卡脖子说的这么清新通俗。

而事实上，作为应用于手机、汽车甚至导弹、战斗机中不容或缺的动力材料，起初是由美国参与研发，甚至在90年代，一度还是这个产业链上的第二主导者（第一是日本）。

但如今，在美国本土却没有一家大型参与制造企业，这究竟是怎么一回事。

“现代永磁之王”钕磁体到底是啥？

首先，还得从钕磁体这一主角开始说起。

提到磁铁，相信很多人都很熟悉，但不为大多数人所知的是，它几乎存在于所有事物中。尤其是其中能长久保持磁性的永磁体。

小到我们日常使用的智能手机、音响，大到电动汽车、红外制导导弹，永磁体成为大多数电力系统中不容或缺的部分。

前阵子美国发现在F-35战斗机的发动机用了中国产的合金磁铁，于是不得不暂停交付。

这其中，钕磁体，也叫做钕铁硼（NdFeB）合金，是目前世界上磁性最强的永磁材料，可吸引远重于自身重量1000倍的物体，有着“现代永磁之王”的美誉。

而且它的体积小、质量轻、能量密度高、稳定性强，可以以较低的成本产生更多的单位功率，饱受行业偏好，主要应用领域包括：汽车、风力发电、智能手机、机器人、计算机硬盘、军用设备等。

△图源：Macro Polo智库

2019年，相较于其他永磁材料，市场占比高达65.8%。而这种趋势随着清洁能源转型的推动，将变得更加突出。

报告显示，未来十年，假设没有重大技术突破，仅电动汽车和风力涡轮行业，就将推动80%的高性能钕磁体的需求，两个行业需求增长400%。

这其中又以电动汽车为典型。

首先，汽车行业本身就是钕磁体最大的需求方，2019年就占总需求的49.3%。（其中，燃油车占比37.5%）

△图源：Macro Polo智库，资料来源：华宝证券

而电动车所需的钕磁体则远高于燃油车的10倍以上，在未来，电动汽车的逐步渗透几乎是可以预见的。

因此电动汽车对钕磁体的需求将会呈现出爆发式增长，据华宝证券估计，2019年到2025年，电动汽车对磁铁的需求预计增长600%，超过35000吨。

目前，全球只有十几家（中国有八家公司）具备为向特斯拉等汽车公司提供相应的产品和质量的能力。

这么重要的钕磁体以及可预见的爆发式需求，也就不难理解美国此举。

但如果翻开整个钕磁体的发展历程，美国曾经在产业链上有着举足轻重的位置。

美国曾主动放弃钕磁体产业

上世纪八十年代，美国的通用汽车和日本的住友几乎同时研发了钕铁硼化合物。一经推出，大家都惊叹于它的强大，并有意将它推向更多应用。

但不同的是，两家企业采用了不同工艺。美国坚持使用粘结钕磁体，日本则采用烧结工艺。

放在当时，粘结工艺应用广泛价格便宜；但烧结可以产生很强大的功率，因此更受到行业热捧。

如今，烧结钕磁体成为综合性最强的材料，前面提到的应用场景也基本上采用这个工艺。

因为没有受到行业青睐，通用汽车于1995年将磁铁子公司出售给了一家由中国公司组成的财团；并于2001年关闭了所有在美国的生产线。

从这张图可以看到，在80年代，美国钕磁体产量最高还占到了25%，位列全球第二。

△图源：Macro Polo智库

而这时候，中国早已解决规模生产问题。在2000年后正式超越日本，成为全球钕磁体生产份额第一的国家。

众所周知，我国是稀土资源大国。资源等方面带来的优势，使得过去几十年来，我国稀土永磁材料在研制和生产上都发展神速。

2000年代中期，中国占全球钕磁体产量的近80%。

经过二十余年发展，如今我国几乎占据了整个稀土永磁体产业链。拥有近60%的开采量，超过85%的加工能力，产量占比超过90%。

国内产业链上，上游稀土开发集中在内蒙古、四川、江西等地，生产制造集中在浙江。代表企业有中科三环、金力永磁、正海磁材等。

其中，中科三环隶属中科院，是国内最大的烧结钕磁体生产制造商。2022年公司烧结钕铁硼的产能为2万吨，并计划在今年继续扩产1万吨。

金力永磁毛坯产能达到2.3万吨，并还在进一步扩建产线。

相比之下，美国的钕铁硼生产制造十分冷清。时至今日，美国没有一家大型企业有钕铁硼制造业务，对钕磁体的依赖非常严重。

其钕磁体进口总量中，75%来自中国，9%来自日本，5%来自菲律宾，4%来自德国。

这使得海外企业在使用钕磁体上非常慎重。

比如美国能源局一份研究报告指出，特斯拉一开始没有选用永磁体电机技术路线，就是因为担心供应链问题。

不过生产制造方面占据主导地位，并不意味着我国稀土永磁体产业就已经形成绝对长久优势。

因为在专利技术方面，我国很多企业都还是从日本拿授权。

日立金属公司在全球保有600多项烧结钕铁硼专利，几乎垄断了从钕铁硼成分到烧结生产全流程的专利。

目前日立金属仅把高端烧结技术授权给了我国8家企业，其中就有上面提到的中科三环、正海磁材。

这意味着，国内仅有4%的稀土永磁体企业可以生产高性能磁体。其余大多数企业，只能生产中低端产品，这在一定程度上还会造成产能过剩。

据2018年数据，我国生产的近16万吨钕磁体中，只有15%被认为是高性能磁体。

而统计截至2018年的数据，中国生产了全球87%的钕磁体，但高性能类型占总量的48%，其余来自日本和德国。

One More Thing

尽管研发起步落后于欧美日本，但我国一直在稀土永磁体研发上奋起直追。

这其中还有则趣事——

1983年，日本住友公司金子秀夫教授宣布，他们发明了第三代稀土永磁材料，其磁能体积高达36MGOe，也就是钕磁体。

当时，我国材料科学家谢宏祖提问：

先生，钕铁是组不成合金的，还有什么元素？

金子秀夫教授笑而不语。

最后，在美国物理学会第29次磁学与磁性材料年会上揭晓答案，即Nd2Fe14B。

之后，正是这位向金子秀夫提问的中国科学家，带领团队在采用低氧工艺实验室，研制出了最大磁能体积为52.2MGOe的钕铁硼永磁材料，达到了当年世界最高水平。

1994年，丁肇中院士为美国宇航局寻求高性能磁体时，选中的也是谢宏祖发明的永磁体材料。

△著名稀土永磁体专家谢宏祖

据了解，谢宏祖曾被评为国家科技进步一等奖一次，国家三等发明奖一次，国家“七五”攻关优秀个人奖，并被评为有突出贡献的中青年专家，享受政府特殊津贴。

参考链接：
[1]https://macropolo.org/analysis/permanent-magnets-case-study-industry-chinese-production-supply/#:~: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/section-232-investigations/3142-2022-09-fact-sheet-biden-harris-administration-announces-actions-to-secure-rare-earth-element/file
[3]http://www.sic.ac.cn/xwzx/kj/202005/t20200513_5578735.html
[4]https://www.politico.com/news/2022/09/07/pentagon-suspends-f-35-deliveries-china-00055202
[5]https://www.eet-china.com/news/202205111004.html

— 完 —

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