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中国软磁铁氧体材料与器件产业现状与发展趋势

一、产业现状
1.软磁材料分类及性能与应用
  软磁材料主要是指对于磁感应强度以及磁极化强度具有低矫顽性的磁性材料,主要分为4类:①合金薄带或薄片:FeNi(Mo)、硅铁(FeSi)、FeAl等;②非晶态合金薄带:铁(Fe)基、钴(Co)基、FeNi基或FeNiCo基等配以适当的硅(Si)、硼(B)、磷(P)和其他掺杂元素,又称磁性玻璃;③磁介质(磁粉芯):FeNi(Mo)、FeSiAl、羰基铁和铁氧体等粉料,经电绝缘介质包覆和粘合后按要求压制成形;④铁氧体软磁材料:主要含锰锌系(含功率和高导,占约70%)、镍锌系和镁锌系等。几种主要的软磁材料性能比较见表1。
  软磁铁氧体主要应用于电子系统中电磁信号的感应、耦合、转换、变换、传输、隔离、吸收,最大的用途是制作各种电子变压器、电感器、滤波器(EMI)等。
表1  几种软磁材料性能比较
材料名称及磁特性
硅钢片
铁氧体
坡莫合金
非晶合金
纳米晶合金
Mn-Zn
50Ni
80Ni
钴基非晶
铁基非晶
铁基纳米晶
饱和磁感应强度/T
2.03
0.5
1.55
0.74
0.55
1.56
1.25
矫顽力/(A/m)
40
8
12
2.4
<1
<4
<2
起始磁导率/104
0.15
0.3
0.6
4
10
0.5
8
最大磁导率/104
2
0.6
6
20
80
5
40
电阻率/(µΩ·cm)
50
5×107
30
60
120
130
90
居里温度/℃
750
220
500
450
400
410
570
 
2.软磁粉料现状
(1)三氧化二铁原料供应情况
  软磁铁氧体用原料主要是三氧化二铁(Fe2O3)、四氧化三锰、氧化镍和氧化锌等。其中,Fe2O3是最重要、最主要的原料,表2所示为国内Fe2O3主要生产企业及大致产量情况。
 
表2  国内Fe2O3主要生产企业及大致产量
企业名称
产量/t
企业名称
产量/t
上海宝钢集团有限公司
70 000
首钢集团
8 000
上海梅山钢铁股份有限公司
8 000
绍兴钢铁集团有限公司
16 000
鞍山钢铁集团有限公司
32 000
攀钢集团有限公司
60 00
本溪钢铁(集团)有限责任公司
20 000
包头钢铁(集团)有限责任公司
12 000
马鞍山钢铁股份有限公司
17 500
新疆八一钢铁股份有限公司
12 000
邯郸钢铁集团有限责任公司
16 000
华菱钢铁集团有限责任公司
10 500
武汉钢铁(集团)公司
40 000
(2)软磁粉料供应情况
  国外供应商主要企业在日本、韩国,还有中国台湾少量的供应,供应量约为15万t左右,大量粉料在中国大陆生产。
  中国软磁粉料上万吨规模的企业约有9家,上海宝钢磁业有限公司最大,产能约6万t。其次较大的企业有常熟市三佳磁业有限公司、天通控股股份有限公司(以下简称“天通控股”)、横店集团东磁股份有限公司(以下简称“横店东磁”)、临沂春光磁业有限公司、南京金宁电子集团有限公司、JSF、绵阳开元磁性材料公司(以下简称“绵阳开元磁材”)、陕西金山电器有限公司、广东肇庆微硕电子有限公司、东阳光实业发展有限公司、南京新康达磁业股份有限公司(以下简称“南京新康达”)、海宁联丰磁业股份有限公司(以下简称“联丰磁业”)、绵阳赛茂科技有限公司、金川电子有限公司、浙江国石磁业有限公司、惠州市通达磁材科技有限公司等等大大小小约30家企业生产软磁粉料(含锰锌、镍锌,功率和高导),产能大致超过35万t/a,今年实际产量估计约为28万t。
  此外,日本、韩国在国内都有软磁粉料销售,供应中国的市场约每年6万~8万t。
3.国内软磁铁氧体企业规模及分布
  截至2016年,我国从事软磁铁氧体生产的企业共约230多家,初具规模的企业约110多家。2016年软磁铁氧产量约37万t,实际产能约50万t。
  国内产值上亿前10名的企业是:天通控股、横店东磁、联丰磁业、乳源东阳光实业有限公司、风华高科、南京新康达、绵阳开元磁材、成都恒力磁性材料有限责任公司、南京金宁三环富士电气有限公司、无锡斯贝尔磁性材料有限公司等。表3为我国主要磁铁氧体企业的区域分布。
表3  磁铁氧体企业分布
省市地区
企业数
产量比例/%
浙江、江苏长三角地区
约80家
>53
广东、广西、湖南、福建、海南华南地区
约50家
17
北京、天津、河北、吉林、辽宁等华北地区
约35家
6
山东、山西
约25家
7
陕西、河南、湖北、安徽
约23家
9
四川、重庆、贵州等西部地区
近30家
8
二、应用市场
  目前,软磁新材料的开发方向主要为以下3方面:①复合软磁材料;②纳米及纳米复合软磁材料;③稀土软磁材料。有关研究表明,易面稀土软磁材料在微波频段应用前景广阔,现在已经证明在吸波材料领域具备应用发展前景。软磁器件技术发展趋势主要为小型轻量化、微型化、片式化、集成化(向混合集成方向发展)、高性能、高可靠、长寿命、高环境适应性。我国软磁器件技术已形成“块体——粉体——薄膜化延伸”和“集成一体化(电感、变压器)”,技术逐渐成熟。
  目前整机电子产品核心和关键技术正迅速向元器件转移。轻、薄、短、小,高性能、高可靠、高环境适应性的应用需求推动电子无源元件和有源器件向小型化、微型化、片式化和集成化方向发展,磁性功能器件集成化技术已成为了当代发展电子新技术的一个突出亮点,也成为世界各国技术竞争和技术封锁的重要焦点;由于低温共烧陶瓷(LTCC)等技术的突破和PCB基板内埋置元件技术的迅速发展,使无源集成技术进入了实用化和产业化阶段,新一代无源元件和相关集成技术,在未来几年必将得到更加迅速的发展。全球电子元件技术正呈现出超小型、柔性化、嵌入式的发展趋势,而产业融合(半导体技术工艺)推进了电子元件向模块化、集成化(LTCC、光电集成)发展,同时新型材料的使用(石墨烯、碳纤维等)带动了新工艺的发展,3D打印、机器人、智能制造等先进制造技术也正在改变电子元件传统生产方式。
1.传统应用领域增长的市场
(1)通讯领域
  4C(计算机/通信/广电/内容服务)融合和4G、5G方向的发展,推动市场对高频率、小型化、高性能、低损耗和抗EMI磁性材料需求。
(2)数字终端及智能控制系统领域
  智慧城市、智能制造需要大量的智能控制系统和数字终端,智能化要求磁性元件进一步向高性能、高频化、片式化、低损耗和抗电磁干扰方向发展,将推动数字终端及智能控制系统用磁性材料市场快速发展。
(3)移动通讯
  智能手机、移动智能终端在健康、移动支付等方面的应用必将进一步普及。各种微型片式电感元件、微型射频元器件、微型传感器等稳定增长。 
(4)汽车电子领域
  汽车电子系统、混合动力汽车、无人驾驶车电子系统、EMC装置、汽车娱乐设备、控制系统、照明系统、EV充电装置、HEV动力系统功率转换变压器和扼流圈、DC-DC变换器、传感器用软磁材料将快速增长。
(5)消费类电子
  高清晰3D、健康环保LCD、LED大屏幕彩色电视、数字化视音频设备、数码相机、娱乐电子、医疗电子、绿色照明(如LED、高频无级灯)对高性能磁性材料需求旺盛。搭载通信功能、传感技术的智能化家电的渗透率必然增长,射频元件、传感器等电子元件在家电行业将迎来扩张机遇。
(6)计算机设备市场
  微型计算机是几乎囊括所有电子元件类产品的传统应用领域,在商业应用上仍保持着优势,随着大数据、云计算等技术的发展,服务器市场在“十三五”期间将持续增长。
2.快速发展中的新兴应用市场
(1)高端装备制造市场
  高铁、大飞机、航空发动机及燃气轮机、民用航天、海洋工程装备及船舶、核电装备等高端装备制造的发展对电子元器件的需求持续增长。
(2)工业自动化设备市场
  工业领域“机器换人”,以及3D打印技术的进步,相关设备市场快速发展推动配套的传感器等关键电子元件市场增长。
(3)节能环保市场
  电子元件将在节能环保产业各种环境监测仪器、半导体照明、净水设备、降噪设备、除尘设备、汽车尾气净化设备、垃圾处理设备等市场中获得比以往更快的增长空间。
(4)健康及医疗设备市场
  未来健康及医疗设备市场的爆发式增长、各种新型诊疗技术如远程医疗、手术机器人等都将获得推广,推高配套的电子元器件产品的需求。
(5)互联网、物联网和智能穿戴市场
  随着互联网的全球和全民普及,基于大数据的物联网的快速发展,以及智能可穿戴市场的增长,终端、基站、移动支付、射频技术、传感器技术等等将爆发出许多新的市场需求。
(6)电力与新能源市场
  风力发电、太阳能中转换器、变换器、逆变器对高性能磁材需求大幅度增长,3C认证和抗EMI铁氧体器件(除电力新能源领域还包括音视频、信息技术、照明、电信终端等多种电子设备)市场容量巨大。
3.重要市场
(1)软磁材料在新能源汽车中的应用市场
  软磁材料在新能源汽车中的应用主要包括:①充电桩用磁心规格及磁性器件。未来5年,我国新增充电桩应达到480万个,新增充电站应达到1.2万座。充电桩的电源用到较多电子变压器、电感器,电感器多一些。用量视充电桩功率大小而定,一个充电桩起码要用到20多个磁性元件,要求体积小、性能优、高频化,防水、防腐、高效率、高可靠。②汽车无线充电桩作为有线充电桩的一种补充方式,由于应用环境复杂,需要使用具有宽温、高 Bs低损耗特性的软磁铁氧体材料。③车载充电机。④DC/DC变换器。⑤其相关部件。
  除了充电桩、车载充电机和车载DC/DC变换器3大主要部件外,在新能源汽车上其他部件也使用了较多的软磁材料,包括照明系统、ECU(电子控制系统)、BMS(电池管理系统)、PDU(电源分配单元)、倒车雷达系统、胎压监测系统、无钥匙进入系统、无人驾驶感应系统、车身 EMI、传感系统等等。
(2)太阳能光伏发电中磁性材料应用
  在光伏逆变器中,使用软磁材料有:输入回路的直流EMI滤波器;高频DC-DC变换电路的储能电感器(非隔离系统);高频DC-DC变换电路的隔离变压器(隔离系统);工频逆变电路的电抗器;工频逆变电路的交流EMI滤波器;工频逆变电路的隔离变压器;取样电路的电流互感器等。
在各种光伏逆变系统中,作为抑制高次谐波的电抗器和抑制EMI的交、直流滤波器所用的软磁材料,随系统的功率(电流)大小、频率高低及重量、体积、成本等设计要求不同,包括铁氧体磁心、金属磁粉芯、硅钢片和非晶薄带等。
(3)无线充电器中软磁材料应用
软磁材料在充电器中应用主要包括:NiZn铁氧体薄磁片、MnZn铁氧体薄磁片、柔性铁氧体磁片;用软磁铁氧体材料制作的各种隔磁片,起增高感应磁场和屏蔽线圈干扰的作用。无线充电器对软磁铁氧体材料性能和产品尺寸、可靠性等要求较高,接收端对其要求更高。
  无线充电4大技术:磁感应技术、磁共振技术、微波技术、电场耦合技术,其中主要的是2大技术,磁感应技术和磁共振技术,现在量产的产品基本都是磁感应技术的产品。目前,整个无线充电的技术发展开始趋于成熟,相关的配套产业链也完整了。
  无线充电最大的市场是手机市场,除了手机市场还有很多其他的应用领域,像其他消费电子产品市场,家电、平板电脑、穿戴设备、无机机、电动汽车、电力、工业市场等,以及家具、办公、游戏、玩具市场和对防水等要求高的市场。
4  2020年软磁铁氧体主要市场需求预测
产品
该行业产品的变化及发展趋势
软磁铁氧体在该产品中的主要用途、功能
主要使用该材料品种及型号及其趋势
单机用量
 /(kg/台)
国内总量测算/万t
单机用量趋势
家电
电视机
功耗低、普及超高清显示、数字化
变压、降噪滤波
U、EC、EE、UF、偏转磁芯、工形、螺   纹磁芯等
0.5~0.7
2
音响
低损耗、低噪声
变压、滤波分频
工形、环形
0.02~0.1
5
其他
低损耗、体积小
变压、滤波
U、EE、EC、罐形、偏转磁芯、工形、环形
0.04~0.1
3
——

 讯
 类
手机及充电器
低能耗、功能多元化
磁性天线、电磁兼容
EE、工形、罐形、环形
0.015~0.2
1.5
程控交换机
体积小、容量大、速度快、灵活性强
滤波、变压
EE、EP、RM、罐形、环形磁芯等
200kg/万线
5
基站
大功率密度
功率变换
EC、EE、EY、CI等
0.5~10
3
互联网、物联网
传输速率加快;
应用于电感器、LC滤波器、隔离或匹配作用的宽带变压器、高通滤波器等
高磁导率低失真材料EP或EPX型
0.02~0.1
2
器件的尺寸逐渐减少
电脑及周边
显示器
高Bs低功耗
AC-DC、DC-DC用高频变压器
低功耗磁心以EE、EI为主、EMI磁心以环形为主
0.1~0.4
4
NB
元件高频化,片式化
DC-DC高频变压器
SMD电感为主
0.01~0.2
产品
该行业产品的变化及发展趋势
软磁铁氧体在该产品中的主要用途、功能
主要使用该材料品种及型号及其趋势
单机用量
 (kg/台)
单机用量趋势
工控类
0.1~0.7
汽车音响
低功耗、高频化
开关电源
EE、EC、环形
0.05~0.2
控制系统、混合动力
低功耗、高能量密度
开关电源、EMI滤波
EE、EC、RM、环形
0.05~0.5
娱乐电子
照明
节能灯
能耗低,工作寿命长
用于开关电路与谐振电路
EE、EC、环形
0.05~0.5
4
LED、电子镇流器
低功率、小型化、高频化
滤波、高频振荡、抑扼流
EFD、EQ、EE、EI、环形、磁棒形
0.01~0.2
2
EMS、EMI类
高磁导率、高阻抗、良好的高频特性
EMI抑制、滤波、扼流
EFD、EQ、EE、EI、环形、磁棒形
0.1~0.6
3
其他新兴产业
光伏
低功率、小型化、高频化
滤波、DC-DC变换器、逆变
EE、PQ、PM、Planar EE
0.5~6/kW
5
风力发电
装机容量大、轻量化、
滤波、DC-DC变换器、逆变
EE、PQ、PM、Planar EE
0.5~6/kW
2
电动车
小型化、轻量化
滤波、电压变换
0.5~1..5
2
电子变压器
小型化、轻量化、损耗低、高频化
功率传递、电压变换、纹波抑制
EE、EI、PQ、Planar EE/EI
0.1~0.5
1
合    计
51.5
三、中国软磁材料与器件产业行业发展建议
1.市场环境与竞争
  材料、器件市场牵引的源头是现代及未来军民应用市场的发展,2个市场牵引磁性器件发展推动磁性材料的进步。当前,国际经济待续低迷,出口外需不足;国内经济下行压力大,国内需求不旺,中低端产品市场供应远大于需求,市场竞争异常激烈。另一方面,汇率波动对出口型企业的经营和收益造成影响,能源和人工成本持续增长不断增加企业成本。企业同行为求生存打价格战已经成为常态。由于中国软磁材料生产技术不断进步,进入高端产品市场的企业越来越多,市场竞争和价格战已经开始向中高端产品传递。
2.当前软磁材料与器件产业存在的问题
(1)自主创新能力有所提高,但整体水平偏低
  以企业为核心的自主创新体系已初步建立,并在逐渐完善,行业的自主创新水平进一步提高。但是,相对于国外电子元件发达国家和地区,我国磁性材料及器件行业的整体技术水平依然不高,尤其缺乏国际领先的技术,国际磁性材料及器件大企业在许多技术领域布下专利壁垒,对中国磁性材料及器件企业的技术创新产生不利影响。
(2)自动化水平快速提高,但整体自动化智能化需要提升
  在劳动力成本持续提高的影响下,整个电子元件制造业“机器换人”的需求被拉动。不少国内磁性材料及器件生产企业通过引进、合作开发、自主研发等方式在生产线中增加自动化设备的使用比例、加快自动化设备的更新换代,使劳动生产率大幅提升。一些行业内的优秀企业已经在使用工业机器人来开展生产,如江粉磁材和横店东磁已经投入数千万上亿元实施“机器换人”。
  但是,从行业整体来看,磁性材料及器件制造产业仍属于劳动密集型产业,尤其是电子变压器、电接插元件等以小批量、多批次、定制化为主要生产特点的电子元件分支行业,自动化设备的普及难度较大,自动化程度仍然偏低。
(3)社会责任意识有所提升,行业诚信问题突出
  近年来,中国磁性材料及器件生产企业的社会责任意识大大提高,自觉履行环保义务、合法用工已成行业共识,通过SA8000、OHSAS18000等社会责任标准体系的企业越来越多。
  但是,中国磁性材料及器件行业主要以中小企业为主,大多处于产业链的价值低端,企业诚信问题较为突出,不规范的市场行为增多。主要表现在:拖欠货款、产品偷工减料、侵犯知识产权、缺乏环保措施等现象有所抬头,拖欠员工工资、超时加班加点、逃避为劳动者缴纳社会保险费等现象也时有发生。
(4)从业人员整体素质稳步提升,但高端人才和熟练技工稀缺
  随着中国磁性材料及器件生产企业整体实力的增强,国内磁性材料及器件行业从业人员的平均知识水平已有较大程度的提高。
  尽管国内多所高校已有磁学相关专业,但毕业人才最后进入磁性材料及元器件研发生产企业的很少,造成行业高端人才极为稀缺,熟练技工也紧张。
(5)部分企业生产现场和环保不达标受政策影响大
  近年来,由于国家政策强力加强环境保护,软磁材料既是电子技术必需的高新功能材料,又是高耗能劳动和技术密集型产业,又有一定粉尘和噪音。在新的环保政策下,新项目必需要通过排放和环保双论证,一二线城市现有企业不达标必须要整改才能开工。
3.发展建议
⑴完善创新体系,强化研发能力
  进一步完善以企业为主体,“产、学、研、用”相结合的自主创新体系,在有条件的地区开展公共技术服务平台的建设试点,提高磁性材料及器件关键性技术的研发水平,加强磁性材料及器件行业的技术储备。
⑵提高产品质量,建设自主品牌
  在稳步增强企业供货能力的同时,通过标准化建设等手段进一步提高磁性材料及器产品的整体质量和一致性水平,提升中国磁性材料及器件产品在国际竞争中的性价比。同时,通过对优秀企业的培育,在行业内形成自主品牌建设示范标杆,树立中国磁性材料及器件制造业的世界级品牌,增强中国磁性材料及器件制造的国际声誉。
⑶优化产业结构,增强竞争实力
  急需推进“大公司”战略,鼓励并推动企业间的兼并重组,提升中国磁性材料及器件的集中度,增强企业的抗风险能力。进一步提高本土民族企业的实力,推动优秀企业“走出去”。加强为重点领域配套的高端磁性材料及器件产品的研发和产业化速度,在关键领域逐步实现国产化替代。
⑷提倡社会责任,体现环保理念
  在行业内推动社会责任管理体系的建设,促进合法用工,维护社会和谐稳定。同时,对某些磁性材料及器件生产过程中的高耗能、高耗水、废水废气排放等环保问题开展深入研究,通过制订标准在行业内进一步普及节能减排技术。
⑸培养高端人才,提升职工素质
  通过推动企业与高校的合作,在相关高校内开设磁性材料及器件技术类专业或课程,增加磁性材料及器件类技术硕士点和博士点的数量,推动各地方政府对海外磁性材料及器件类高端技术和管理人才引进政策措施的制订和实施。同时,鼓励企业与中职校的合作,提升新一代磁性材料及器件制造业一线工人的平均素质。
⑹产业链联合发展
  企业根据自身实情和需要,有选择融合、整合、并购上下游企业共同发展才能提高竞争力、降低市场风险。
⑺同行企业整合互补融合发展
  融合或联合区域内同行企业,收购兼并重组,相互互补融合共同发展是今后行业竞争中洗牌的必然选择。
 

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