一、磁性材料概述

以磁科学进行研究的创始者当数吉尔伯特，后经安笛卡尔、奥斯特、安培、麦克斯韦、法拉第等人开创性的发现和发明，初步奠定了磁学科学的基础。

从1900年到1930年，先后确立了金属电子论、顺磁性理论、分子磁场、磁畴概念、X射线衍射分析、原子磁矩、电子自旋、波动力学、铁磁性理论、金属电子量子论等相关的理论。从而形成了完整的磁学科学体系。在此后的20-30年间，出现了种类繁多的磁性材料。

磁性材料又称磁性功能材料，通常指强磁材料，系具有铁磁性或亚铁磁性并具有实际应用价值的磁有序材料，它与其他材料的一个根本区别是对外加磁场具有敏感的响应性。广义的磁性材料还包括具有实际应用或可能应用价值的反铁磁性材料和其他弱磁性材料。

近年来，磁性材料行业总体需求稳步上涨，光储、风电、新能源汽车、机器人、工业自动化、无线充电等下游应用领域的飞速发展，给磁性材料行业带来发展契机。整体来看，目前国产磁性材料多集中在中低端领域，但磁材的国际竞争力日渐提升，研发水平与发达国家差距持续缩小。伴随着我国经济转型升级，复苏预期向好，以及在“自主可控+国产替代”的政策助力下，磁性材料市场需求不断释放，行业有望步入高速发展期。

二、磁性材料的分类

磁性材料可以按矫顽力大小分为软磁材料和半硬磁材料和硬磁材料。软磁材料，指的是当磁化发生在矫顽力不大于1000A/m，这样的材料称为软磁体。典型的软磁材料，可以用最小的外磁场实现最大的磁化强度。软磁材料（soft magnetic material）具有低矫顽力和高磁导率的磁性材料。软磁材料易于磁化，也易于退磁，广泛用于电工设备和电子设备中。应用最多的软磁材料是硅钢片以及各类软磁铁氧体。



软磁材料用于制造发电机和电动机的定子和转子；变压器、电感器、电抗器、继电器和镇流器的铁芯；计算机磁芯; 磁记录的磁头与磁介质；磁屏蔽；电磁铁的铁芯、极头与极靴；磁路的导磁体等。它们是电机工程、无线电、通讯、计算机、家用电器和高新技术领域的重要功能材料。软磁材料制造的设备与器件大多数是在交变磁场条件下工作，要求其体积小、重量轻、功率大、灵敏度高、发热量小、稳定性好、寿命长。

1. 纯铁和低碳钢

含碳量低于0.04%，包括电磁纯铁、电解铁和羰基铁。其特点是饱和磁化强度高，价格低廉，加工性能好；但其电阻率低、在交变磁场下涡流损耗大，只适于静态下使用，如制造电磁铁芯、极靴、和扬声器磁导体、磁屏蔽罩等。



2. 铁硅系合金

含硅量0.5%-4.8%，一般制成薄板使用，俗称硅钢片。在纯铁中加入硅后，可消除的磁性随使用时间而变化的现象。随着硅含量增加，热导率降低，脆性增加，热导率下降，但其电阻率和磁导率高，矫顽力和涡流损耗减小，从而可应用到交流领域，制造电机、变压器、继电器、互感器等的铁芯。



3. 铁铝系合金

含铝6%-16%，具有较好的软磁性能，磁导率和电阻率高，硬度高、耐磨性好，但性脆，主要用于制造小型变压器、继电器等的铁芯和磁头、超声换能器等。



4. 铁硅铝系合金

在二元铁铝合金中加入硅获得。其硬度、饱和、磁导率和电阻率都较高。缺点是磁性能对成分起伏敏感，脆性大，加工性能差。主要用于音频和视频磁头。

5. 镍铁系合金

镍含量30%-90%，又称坡莫合金，通过合金化元素配比和适当工艺，可控制磁性能，获得高导磁、恒导磁、矩磁等软磁材料。其塑性高，对应力较敏感，可用作脉冲变压器材料、电感铁芯和功能磁性材料。



6. 铁钴系合金

钴含量27%-50%。具有较高的饱和磁化强度，电阻率低。适于制造极靴、电机转子和定子、小型变压器铁芯等。



7. 软磁铁氧体

非金属亚铁磁性软磁材料。电阻率高（10-2-1010Ω·m ），饱和磁化强度比金属低，价格低廉，广泛用作电感元件和变压器元件。

8. 非晶态软磁合金

一种无长程有序、无晶粒合金，又称金属玻璃，或称非晶金属。其磁导率和电阻率高，矫顽力小，对应力不敏感，不存在由晶体结构引起的磁晶各向异性，具有耐蚀和高强度等特点。此外，其居里点比晶态软磁材料低得多，电能损耗大为降低，是一种正在开发利用的新型软磁材料。

9. 超微晶软磁合金

20世纪80年代发现的一种软磁材料。由小于50纳米左右的结晶相和非晶态的晶界相组成，具有比晶态和非晶态更好的综合性能，不仅磁导率高、矫顽力低、铁损耗小，且饱和磁感应强度高、稳定性好。现主要研究的是铁基超微晶合金。

永磁材料又称硬磁材料。一经磁化即能保持恒定磁化强度的材料。具有宽磁滞回线、高矫顽力和高剩磁。实用中，永磁材料工作于深度磁饱和及充磁后磁滞回线的第二象限退磁部分。主要利用永磁体在气隙产生足够强的磁场，利用磁极与磁极的相互作用，磁场对带电物体或离子或载电流导体的相互作用来做功，而实现能量转换。永磁材料已纤在通讯、自动化、音像、计算机、电机、仪器仪表、石油化工、磁分离、磁生物、磁医疗与健身器械、玩具等技术领域得到广泛的应用。



三、磁性材料性能特点

磁性材料的磁性能衡量指标如下：

稳定性：主要参数是剩余磁化强度、最大磁能积。值越高表示磁场强度越强，磁体越能保持自身磁性能。
抗退磁性：主要参数是内禀矫顽力。值越高表示抗退磁能力越强，使用效率值越高。
抗温性：主要参数是内禀矫顽力、最高工作温度、居里温度。值越高表示抗温性能越好，磁材性能越稳定。



四、磁性材料主要应用领域

磁性材料制造产业链主要包括研发、设计、制造、销售、运输、品牌塑造等环节。其中，研发、销售和品牌塑造是决定磁材企业盈利水平的关键环节。目前，中国磁性材料行业的主要经营模式为直销，即磁性材料生产商向下游供应商直接销售产品。影响磁材行业盈利水平不同的关键因素是产品附加值，即技术含量、功能、和质量。



1. 新能源汽车是磁材的关键下游

新能源汽车的蓬勃发展给磁性材料带来巨大的发展空间。我国新能源汽车销量从2016年的的50.7万辆提高到2021年的352.1万辆，年均增长率达到47.34%，2022年1-9月实现销量387.7万辆，已超过去年全年销售量,9月新能源车零售渗透率首次突破30%，我国新能源汽车产业发展已进入规模化快速发展的新阶段。

无论从关键磁材未来的下游占比还是增长率来看，新能源汽车领域的发展都举足轻重，影响深远。磁性材料作为关键电子元器件的基础核心材料，大量应用到了汽车电机、车体、车身底盘和信息部件的各个方面，在汽车工业的发展中扮演越来越重要的角色。据统计，汽车部件通常有2万左右，其中磁性部件多达数千个。

电动化尚未止步，智能化犹有可为。新能源汽车上半场主要围绕电动化进行，电动化更多的是围绕市场需求提高性价比，降本增效展开，磁材作为电动化不可或缺的一部分肩负着提高能效，降低成本的重任。一方面，企业需要改进现有磁材的性能或是研发新一代磁材，提高饱和磁通密度、矫顽力、电阻率等关键指标，从而提高汽车能量的利用率，避免过多的能量损耗；另一方面，磁材制作的电感、电子变压器都是定制性，需要与客户沟通，从材料、工艺、机械生产化等方面探索降低成本的可能性。

智能化方面，主要以电动化为基础，需要全车各关键设备能够根据车载处理器要求自行工作，微特电机等需求进一步增加，车联网趋势下，对图像和信息采集、数据传输，数据即时处理等方面的要求会越来越高，因此对磁性器件数量和性能的要求也在提高。

2. 电机中的磁材——钕铁硼、硅钢居主导地位

驱动电机中构成定子、转子的主要材料是高性能钕铁硼【以速凝甩带法制成、内禀矫顽力Hcj（kOe）和最大磁能积（BH）max（MGOe）之和大于60的烧结钕铁硼永磁】和无取向硅钢（钢中Si含量高于0.5%、具有特定磁性能的Fe-Si或Fe-Si-Al软磁合金）。根据测算，钕铁硼磁材和硅钢片占电机原材料成本的30%和20%，占整车成本的4.5%和3%。

3. 软磁材料是新能源汽车电气电路关键元器件材料

软磁材料在新能源汽车广泛应用。随着汽车电子多功能化应用普及，在汽车电子配套的软磁元器件朝着高频化、低损耗、耐高温、抗干扰性强方向发展。软磁材料主要是作为电感器、变压器、扼流圈、滤波器中的磁芯，应用在车载DC/DC变换器、充电桩、OBC车载充电机、HEV动力系统功率转换、照明系统、ECU（电子控制系统改）、BMS（电池管理系统）、PDU（电源分配单元）、倒车雷达系统、胎压检测系统、无人驾驶感应系统、车身EMI、传感系统等部件，发挥调节电压、滤波、储能等作用。

五、磁性材料的市场、机遇与挑战

我国磁性材料的生产在国际上占有重要的地位。其中, 永磁铁氧体的产量达11×104t，居世界首位；软磁铁氧体产量4×104t，居世界前列；稀土永磁产量4300t，居世界第二。但是，目前我国生产的磁性材料基本上是低性能、低附加值材料,与发达国家存在较大的差距，产值与产量不相称。

我国磁性材料行业的问题：

企业经济规模有待提高。

磁性产品档次有待提高——在国际市场上，30 %的高档产品占市场销售额的70%。我国产品比国际市场价格低50%以上。

生产工艺和设备相对落后。

磁性产品缺少应用开发。

我国稀土资源与产业亟待解决的问题：

美国一份报告统计显示，中国稀土储量占全球的36%，产量则占世界产量的97%。与之形成鲜明对比的是，美国2009年的稀土储量占世界13%，而产量为零；俄罗斯储量占世界19%，产量为零。

中国稀土生产规模和生产量世界第一、出口量第一，但中国却没有稀土定价权。销售粗加工、低附加值、恶性竞争，“黄金”卖“萝卜”价。

在全球产业链上，中国长期以来沦为发达国家廉价的初级产品供应商，特别是在稀土新材料领域，中国几乎没有自主知识产权，不少稀土企业维持在微利和亏损的边缘。NbFeB烧结永磁体、粘结永磁体。

中国稀土开发浪费和环境污染现象严重，稀土生产现状难以持续下去，占世界稀土资源比例已下降。

中国稀土被西方广泛应用于军工等行业，是高科技产品和武器的关键原材料，稀土再廉价也不会被西方国家打入贸易倾销黑名单；可是，西方国家却在高科技产品对华限制出口，尤其在高科技军售方面长期实施禁运。

六、磁性材料未来发展趋势

磁性材料作为电子设备中电磁转换的基础材料之一，是电能与动能转换过程中必不可少的功能材料，伴随下游电子产业的发展，磁性材料的应用场景不断变化，产品自身也在迭代创新。从主材方面看，磁性材料现今已升级至第三代，每一代还存在着多个发展阶段。以史为鉴，未来磁性材料行业在技术与需求的推动下，主流产品也一定会不断更迭，持续发展出功能、效率更优的产品。

磁性材料具有较强的设计灵活性，这一点促进了下游电子产品的更新换代和自身应用领域的拓展，而下游客户也利用这一点，越来越多地要求本行业企业针对磁性材料的品质、规格、性能等产品要素进行多种组合配置，也即市场需求朝向定制化发展。同时，随着高性能磁性材料的普遍应用，产品的生产将由大批量单一生产逐渐向多品种小批量生产转化，行业内企业需要提升针对客户差异化需求进行同步开发、快速响应的能力。磁性材料在从早期的办公设备、普通家电等低端应用领域，过渡到光伏发电、新能源汽车、智能手机等高端应用场景后，产品也随之呈现出轻薄化、小型化的发展趋势。

虽然我国磁材行业在高端化及产能发展较技术发达国家仍有一段距离，但中国磁性材料的技术创新速度已走在世界前列。同时，我国磁性材料产业规模在全球的比重持续提升，行业总体增速明显高于全球水平。加强磁性材料的基础研究和应用基础研究，发展新型的磁性材料，是我国磁性材料行业今后主要研究发展方向。同时，我国企业应紧密关注终端市场变化，以市场应用为牵引，并充分评估上游原料供应情况，避免原材料价格和供应风险，在追求产品差异化的同时，也需进行较好的成本控制，从而提升综合竞争力。随着国内科研机构、企业在研发方面的持续投入及部分“卡脖子”专利的陆续到期，未来我国磁性材料技术与国际先进水平的差距将越来越小。


注：文章内容整理自网络

---