新2足球网址(www.99cx.vip):软磁材料品种繁多,前景可期,国内企业的发展进程如何?

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这是一个极具潜力但又少有人知的新材料赛道。


非晶合金作为新一代软磁材料,具有高饱和磁感、低矫顽力、高磁导率、高电阻率等优异磁性能,主要用于制作变压器铁芯,纳米晶合金在软磁材料中综合磁性能最优,适用于高频电力电子元器件领域,是极具潜力的软磁材料新星。


那么,软磁材料究竟是一种什么样的材料?前景如何?国内企业的发展进程又如何?


软磁材料品种繁多


磁性材料指能在磁场激发下产生磁性能的材料,主要分为软磁(多用于电气电路控制)、 永磁材料(多用于高性能电机)等。


(1)软磁材料:是具有低矫顽力和高磁导率的磁性 材料,易于磁化,也易于退磁,从磁滞回线上反映更加细长,其主要功能是导磁、电磁 能量的转换与传输,广泛用于各种电气电路,尤其伴随 EV/绿色能源转型,电气电路功 率传输与控制需求大幅提升,催化软磁材料需求及技术工艺快速迭代;


(2)永磁材料: (又称硬磁材料)具有宽磁滞回线、高矫顽力和高剩磁的特性,具备转换、传递、处理、 存储信息和能量等功能,应用范围广泛,如汽车、家电、工业电机等领域对永磁材料有 着广泛需求。


软磁材料主要可分为金属软磁与铁氧体软磁:金属软磁中,工业纯铁、硅钢、坡莫合金 出现最早,后续逐步发展出非晶、纳米晶、磁粉芯等高端软磁材料。铁氧体软磁材料出 现时间较早,目前主要包含锰锌、镍锌、镁锌三类。



衡量软磁材料性能的指标优劣主要指标包括:电阻率、磁导率、饱和磁感应强度、直流 偏置特性等。


软磁材料技术迭代总体围绕以下四大核心参数优化:


1)电阻率(ρ):由 于电磁感应现象存在,交变磁场中磁体内部产生涡流(抵抗磁场变化)从而导致热损耗, 高电阻率有益于降低涡流损耗;


2)磁导率:磁导率表征软磁体对外界信号的灵敏性,高 磁导率有益于电气元件小型化;


3)饱和磁感应强度(Bs,饱和磁密):饱和磁密是磁性 材料磁化到饱和时的磁感应强度,反映磁材储存磁场的能力,高饱和磁密是元件小型化 的另一指标;


4)直流偏置特性:由于交流电力系统中存在直流电成分,会导致磁导率衰 减,直流偏置特性表征材料抗直流信号干扰能力,该值越高越好。


随着电气应用领域向高频化演进,涡流损耗发热成为绕不开的问题,提升电阻率的重要 性日益提升。不同的磁性材料在不同的频率范围内,各类损耗所占比例有所不同,电气 功率传输领域(非晶、纳米晶、磁粉芯对应的主要应用领域)主要集中在音频范围(20- 20kHz),在此范围内,磁损耗以涡流损耗为主,涡流损耗与频率平方(f 2)成正比,电阻 率(ρ)成反比,因此高电阻率的要求日益提升。


前景可期


软磁材料因具有磁电转换的功能,广泛应用于变压器、电感电容、逆变器等领域,下游包含电力电网、新能源车、新能源发电、消费电子、5G 通讯、家电等诸多行业。


在电力工业中,从电能产生(发电机)、传输(变压器)到利用(电动机)的过程中,软磁材料起能量转换作用;在电子工业中,从5G通讯(无线充电)、自动控制(继电器、磁放大器、变换器)到广播电视和电影(声音图像的录、放、抹磁头),再到电子计算技术(各种铁磁性微波器件),软磁材料起着信息变换、传递与存储等重要作用。


按照软磁材料成分划分,可分为金属软磁、铁氧体软磁、非晶、纳米晶合金,其中非晶合金为将熔融的金属快速冷却、抑制结晶而获得原子呈长程无序排列的金属材料,具有“液体金属”之称。



非晶合金可制造成块体非晶材料,具有良好的力学性能和物理性能,但由于工艺技术上存在问题,量产化困难。目前非晶合金主要作为软磁材料,用于制作变压器铁芯,产品主要为非晶带材。


2019年,我国非晶带材和非晶变压器领域为非晶合金行业中专利申请最多的领域,专利数量分别为227件、113件,远超过块体非晶22件和非晶涂层 27 件,非晶带材产业化成熟度较高。非晶带材作为节能变压器铁芯材料,从市场规模来看,2015年以来国内非晶带材快速发展,市场规模从1.30亿美元增长至 2019年的2.08亿美元,年复合增长率为12.47%;非晶带材产量规模从4.97 万吨增长至2019年的9.97万吨,年复合增长率为19.01%。根据云路股份招股说明书测算,2019年全球非晶带材产量约为12.9万吨。


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据中研网,2020年我国输配电损耗占全国发电量 6.6%,变压器损耗约占输配电损耗的 40%,即占全国发电量的约2.6%。


变压器是电力输配中关键的节点,起到连接电网各环节的作用,输配电过程中变压器产生的较大的电力损耗引起严重的电量浪费,在节能减排趋势下,升级改造变压器意义重大。


非晶变压器较传统硅钢材料,可大幅降低空载损耗。变压器损耗分为空载损耗和负载损耗,其中空载损耗约占变压器总损耗的50%-80%。硅钢和非晶合金为制作变压器铁芯的两种核心材料,非晶合金为继取向硅钢后的新一代变压器材料。由于非晶合金具有更高的电阻率,其空载损耗较硅钢可大幅降低,根据《JB/T3837-2016变压器类产品型号编制方法》显示,相同容量的非晶合金变压器比硅钢变压器的空载损耗下降 50%左右,配电网中特别是农网中很多变压器的负载率低于20%,使用非晶合金变压器节能效果显著。


根据国家电网和南方电网的招标数据情况,2020年两网非晶合金变压器的采购数量比例为27.33%,其中国网非晶变压器采购占比为15.49%,南网为58.82%。


国内企业的发展进程如何?


非晶带材最早发展于美国,1982年,美国安装了首台非晶配电变压器,1989年美国联合信号公司开始批量生产非晶合金带材,产能达2.5万吨,2003年日立金属从霍尼韦尔收购其非晶业务并持续开发铁基非晶合金,2007-2010年将产能从2.54万吨/年扩展到10万吨/年,目前日立金属在全球处于领先地位。


我国非晶带材发展较晚,1995年 12 月,国科委建立了国家非晶微晶合金工程技术研究中心,2010年我国建成首个年产 4 万吨铁基非晶带材生产基地,打破国外垄断,成为第二个拥有非晶带材产业技术的国家。


自2010年以来,我国非晶带材产业化应用已经有10多年时间,目前基本实现非晶合金产业全覆盖。


金属软磁主要用于新能源车与光伏逆变器,主要是功率高、体积小。


磁粉—粉体—电感,磁粉壁垒最高,毛利也最高,粉体和电感次之一。所以龙磁科技毛利长期在30%以上,横店东磁的软磁毛利率也超过30%。而可立克、京泉华的毛利率则低于20%。


国内永磁厂家极多,但主要是低端厂家,高端铁氧体永磁还是海外主导。龙磁科技生产的都是高端永磁。


软磁行业,则相对集中,主要是横店东磁与天通股份。金属软磁是新兴产业,铂科新材是龙头。


尽管业内生产企业众多,但规模化量产的企业数量较少,企业之间产能利用率差距较大,呈现两极分化格局,坚持技术创新、产品升级的企业不仅继续占据市场主要份额,且在不断创新中保持着行业龙头地位,其中主要参与者包括安泰科技、云路股份、中研非晶、兆晶科技、江苏国能、河南中岳等。


从市场份额来看,2019 年云路股份非晶合金薄带全球市占率为 41.15%,位居全球第一,国内市占率为 53.17%,大幅领先第二名日立金属,此外安泰科技全球、国内非晶带材市场占有率分别为12.25%、9.26%,整体反映出国内企业在非晶合计带材领域基本实现自主可控,在国际市场中份额领先。



云路股份为全球非晶合金龙头,软磁材料领域领军者。公司专注于磁性金属材料的研发生产和销售,是国内首个突破14μm技术关卡的企业,研发生产出10-12μm的纳米晶产品,解决了高端装备制造“卡脖子”的材料难题。2021年在非晶合金领域的全球市占率超40%,目前已形成非晶合金、纳米晶合金、磁性粉末三大业务板块,相关产品主要用于配电工程、消费电子、新能源发电、新能源汽车、家电等领域。


安泰科技为国内非晶、纳米晶软磁材料的研发先驱,产品面向高端企业。2010 年初,安泰科技成功突破国外技术封锁,在国内首次实现非晶合金带材量产化,使中国成为世界第三个能够自主生产非晶带材的国家。


2014年,安泰科技拥有非晶带材产能4万吨,且当年启动了 1.2 万吨新产能建设,由于2016开始国网对配电变压器采购力度下滑,叠加行业竞争加剧,导致新项目投产后出现亏损,2019公司减资部分亏损非晶业务,调整业务结构,目前公司拥有非晶带材产能约4万吨,原有纳米晶带材产能约为3000吨/年。


安泰科技的非晶带材除用于变压器铁芯,还用于苹果手机SIM卡托以及Lightening 插槽等金属零部件。随着无线充电的发展,作为全球高端纳米晶材料供应商,安泰科技为三星、小米、华为等高端企业的无线充电接收端提供材料。2019年安泰科技的纳米非晶全球市占率达到9.01%,超过德国VAC,位居世界第二。



不过,非晶合金尽管有众多优势,但是其并不是唯一一种具有高强度和高耐磨性的材料。一方面,随着金属合成工艺的进步,铜、银、铝等传统金属的综合性能不断提升;另一方面,部分有机化合物,如高端聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚醚醚酮等材料,也对非晶合金构成了有力的竞争。非晶合体的应用空间还需要更大范围的提升。


来源:每日财报,武汉多少财经,国盛证券




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