中國粉體網訊 稀土是全球公認的關鍵戰略資源,被譽為“21世紀的戰略元素”,對發展現代高新技術和國防尖端產業、改造提升傳統產業等發揮著不可替代的關鍵作用。稀土永磁材料作為稀土材料領域的“上甘嶺”,已經成為當今世界廣為研究和共同開發的一類大科學材料,廣泛應用于風力發電、汽車電驅、家用電器、節能電梯、醫療設備、IT通訊等各大領域。
圖片來源:廈門鎢業官網
1 稀土永磁材料的發展現狀
在“工業4.0”和“中國制造2025”兩大背景下,工業自動化和智能制造對稀土永磁材料的需求大幅增長。稀土永磁材料是整個稀土領域發展最快、產業規模最大最完整的發展方向,也是國防工業領域不可替代和不可或缺的關鍵原材料,還是稀土消耗量最大的應用領域。
目前,我國在高性能稀土永磁材料、高豐度稀土永磁材料的平衡利用和磁體回收利用技術等領域都接近世界同行先進水平。
但我國的稀土永磁材料產品,目前還無法滿足高檔機器人、第五代移動通信技術(5G)、光刻機等新興產業對高端永磁體的技術需求。同時,在整個稀土永磁材料的核心知識產權、熱壓/熱變形、晶粒細化等最先進的制備技術及連續化智能化裝備等領域,仍然同美國、日本等發達國家存在不小的差距。
2 稀土永磁材料發展的困難與挑戰
盡管我國的稀土資源和稀土采選冶煉等工藝技術處于國際領先地位,同時也擁有一系列原創技術,然而在整個稀土永磁材料發展中仍然面臨著不少困難和挑戰。
其中外部挑戰主要來源于美國以“舉國體制+全球陣營”,試圖通過“全面脫鉤”方式擺脫對中國稀土永磁產品的依賴,同時煽動其他國家放棄應用中國的稀土永磁材料,以此來圍堵和遏制我國稀土科技和應用產業的快速發展。另一方面,在稀土永磁材料的中下游應用領域,我國大部分研究開發處于跟隨國外領先技術方式狀態。盡管近年來我國在稀土材料領域的專利申請量快速上升,但絕大部分屬于改進型專利或邊緣專利,擁有核心自主知識產權的成果尤其是具有原創性的國際專利還不多,很多核心技術受國外專利技術壁壘的制約,嚴重影響了稀土產業的高質量發展和國際化步伐。
稀土永磁材料的內部挑戰主要來自于稀土產業基礎短板問題突出,“鍛長板”重視程度不足;企業和科研機構更傾向于支持短期見效的研仿型技術,對開發難度大、開發成本高、技術突破周期長的原創技術的支持力度不足;稀土永磁材料領域的多學科、跨行業協同研發能力有待加強。歸根到底,還是我國的原始創新能力不足,對稀土永磁材料核心技術的掌控能力較弱。
3 稀土永磁材料的未來發展
3.1 發展思路
♦緊密結合國家戰略,結合未來智能機器人、智慧城市、海洋與星際開發、大數據社會和人機對接等應用場景,重點開展工程化及產業化關鍵技術研究,著力突破稀土永磁材料的核心制備技術、智能生產裝備、專用檢測儀器及其應用技術。
♦通過全產業鏈同步創新,推進先進成果推廣實施,保障戰略性新興產業、國防軍工、智能制造等重大戰略需求的關鍵材料的有效供給,最終實現高端應用稀土永磁材料的自主供給。
♦開展前沿基礎理論和實驗研究,通過科學問題的深入探究和積累,提出更多原創理論,做出原創發現,獲得一批稀土新材料和新應用原創性成果。
♦實現我國從稀土大國向稀土強國的戰略性轉變,引領未來稀土科技和產業發展,為實現我國“到2035年躋身創新型國家前列”的戰略目標提供材料支撐。
3.2 重點發展方向
(1)超高性能稀土永磁材料制備及稀土高效平衡利用關鍵技術
♦釹鐵硼永磁材料方面:重點開展高綜合性能燒結釹鐵硼的制備技術研究,重稀土在燒結釹鐵硼磁體中晶界擴散機理研究,燒結釹鐵硼回收技術及應用研究,燒結釹鐵硼磁體服役性能預測技術與理論研究等。
♦釤鈷永磁材料方面:重點開展高剩磁釤鈷磁體的元素調控機制研究,開展高性能釤鈷永磁工程化制備中納米結構及微區成分調控研究,高使用溫度釤鈷抗氧化技術研究,高溫釤鈷永磁表面防護技術研究等。
♦熱壓永磁材料方面:重點開展薄壁熱壓磁環各向異性形成機理研究,熱壓磁環用高性能磁粉制備技術研究,高性能熱壓永磁環制備技術及應用,高性能熱壓磁環工程化制備裝備及工藝技術開發等。
♦高豐度永磁材料方面:重點開展高豐度(La、Ce等)稀土在永磁材料中的平衡利用,雙主相鈰磁體結構與矯頑力機理及矯頑力提升技術研究等。
♦結合材料基因、機器學習等方法,開展具有普適性的磁性功能材料結構設計和性能計算等分析方法及軟件的研究;針對第一代稀土永磁材料高磁能積和高矯頑力的關鍵性能指標,開展材料新體系和新結構的探索。
♦針對磁性功能材料的特點,研究測試檢測新原理、新設備,逐步擺脫分析檢測裝備對國外的依賴。
(2)新型稀土永磁材料及定制化應用關鍵技術
在低碳經濟席卷全球的大勢之下,世界各國都把環境保護、低碳排放作為關鍵科技領域給予關注。重點發展內容包括:開發智能軌道交通與智能工業制造體系;開發以永磁懸浮軸承技術、永磁渦流傳動技術、永磁渦流制動技術等為代表的節能高效的永磁材料及磁動力系統;開發具備海洋腐蝕環境服役的高耐蝕性永磁直驅發電機用稀土永磁材料及風電系統;開發機器人與智慧城市等應用場景的高磁能積、高矯頑力、小型化、高精度的永磁材料。
4 我國稀土永磁材料戰略目標
♦2025年目標:完成稀土產業由跟跑到并跑的過渡
2025年,邁入稀土永磁材料領域強國行列。面向新一代信息技術、現代交通、新一代照明及顯示、節能環保、集成電路、生物醫藥、國防軍工等領域的重大發展需求,初步掌握具有自主知識產權的稀土磁性材料及其制造裝備的關鍵核心技術,新能源汽車、航空航天、工業伺服電機等高端磁性材料應用領域,稀土永磁材料換代達標率達到70%。到2025年,掌握一批重點稀土新材料的關鍵核心技術,優勢領域形成一批具有較強國際競爭力的跨國公司和產業集群,在全球產業價值鏈中的地位明顯提升,完成稀土產業由跟跑到并跑的過渡。
♦2030年目標:初步建成世界稀土強國
到2030年,在稀土永磁材料領域,創新能力得到大幅提升,能夠實現引領全球稀土永磁材料研究和產業發展,初步實現世界稀土產業強國目標。超高性能永磁體在機器人、醫療裝備、航空航天、物聯網、艦船、石油化工等重大裝備和工程上得到全面應用,掌握具有自主知識產權的稀土磁性材料及其制造裝備的關鍵核心技術,在新能源汽車、航空航天、工業伺服電機等高端磁性材料應用領域,稀土永磁材料換代達標率達到80%。
♦2035年目標:建成世界稀土強國
2035年,在稀土永磁材料領域取得重大突破,創新能力大幅提升,稀土新材料領域的整體創新水平達到世界高水平國家行列,整體競爭力明顯加強,部分優勢方向形成全球創新引領能力,全面建成世界稀土功能材料強國。
稀土永磁材料達到國際先進水平,實現完全自給,實現稀土磁性材料及其制造裝備的關鍵核心技術和知識產權的自主可控,在新能源汽車、國防軍工、航空航天、智能制造、醫療衛生、海洋工程等高端磁性材料領域,稀土永磁材料換代達標率達到85%,形成一批原創型稀土功能材料并實現應用,其中將新一代稀土永磁材料的原創知識產權掌握在中國手中。
5 企業發展建議
目前,稀土永磁材料業成為我國稀土應用領域發展速度最快、產業規模最大產業。我國稀土永磁材料企業界應加強技術標準研發力量,增強永磁材料開發產業綜合監管的力度,制定既具有國際先進水平,又具備自主知識產權的技術標準,以標準化新時代模式,迎接挑戰,且適時、合理、科學、有效地整體式突破各技術阻礙,以戰略標準及戰略標準化模式,戰略應戰。
參考來源:
【1】朱明剛,等.稀土功能材料2035發展戰略研究.中國工程科學.2020.
【2】丁鋒.稀土永磁材料標準化的新時代研究技術阻礙及戰略應戰.第十八屆中國標準話論壇論文集.2021.
(中國粉體網編輯整理/星耀)
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