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稀土功能材料2035 发展战略研究

作者:湖南中资混合搅拌机电科技有限公司时间:2022-05-1416 次浏览

信息摘要:   摘要       稀土功能材料作为我国最具有资源特色的关键战略材料之一,是支撑新一代信息技术、航空航天与现代武器装备、先进轨道交通、节能与新能源汽车、高性能医疗器械等高技术领域的核心材料。本文介绍了稀土功能材料产业的背景和发展现状,分···

   摘要

       稀土功能材料作为我国最具有资源特色的关键战略材料之一,是支撑新一代信息技术、航空航天与现代武器装备、先进轨道交通、节能与新能源汽车、高性能医疗器械等高技术领域的核心材料。本文介绍了稀土功能材料产业的背景和发展现状,分析了我国稀土功能材料产业发展存在的问题,提出了面向新材料强国2035 发展战略的发展思路和重点发展方向,从强化稀土领域的战略预判和政策扶植、加强稀土领域的基础研究和应用基础、加强稀土优势团队和人才建设等方面提出政策建议,为促进稀土功能材料的领域发展,实现我国从稀土大国向稀土强国的战略性转变提供参考。

关键词

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稀土功能材料,关键战略材料,新材料强国2035

一、前言

稀土元素(15 个镧系元素、钇、钪共 17 个元素的总称)因其独特的电子层结构,使其具有优异的磁、光、电等物理和化学特性,在新能源汽车、新型显示与照明、工业机器人、电子信息、航空航天、国防军工、节能环保及高端装备制造等战略性新兴产业中均发挥着重要的作用,是不可或缺的核心基础材料 。

以稀土功能材料为代表的稀土新材料已成为全球竞争的焦点之一。欧美和日本等发达国家和地区均将稀土元素列入“21 世纪的战略元素”,进行战略储备和重点研究。美国能源部制定的“关键材料战略”、日本文部科学省制定的“元素战略计划”、欧盟制定的“欧盟危急原材料计划”均将稀土元素列为重点研究领域。特别是,近年来美国重启稀土产业来获得可用于军事用途的稀土磁铁。可以说,稀土永磁材料已成为稀土功能材料领域的“上甘岭”。

正因如此,我国将稀土列为国家重点管控和发展的战略资源,并在《中国制造2025》等国家中长期发展规划中将稀土功能材料列为关键战略材料予以重点发展。《国务院关于促进稀土行业持续健康发展的若干意见》等相关规定也有利地推动了稀土功能材料领域科技创新,优化稀土产业结构,促进了我国稀土功能材料发展水平和质量的不断提升。

二、稀土功能材料的发展现状

稀土是我国具有国际话语权的重要战略资源和优势领域。我国是世界稀土资源储量大国,据探测全球稀土资源总储量约为 1.2×108 t,其中我国储量达到 4.4×107 t,占比约为 37.8% [2,3],是全球最大的稀土矿生产国。2019 年全球稀土矿产量为 2.1×105 t,其中,我国的稀土矿产量达到 1.32×105 t,约占全球稀土矿产量的 63%。同时,我国也是具有完整独立工业体系的稀土产业化国家,涵盖从上游的选矿,中游的冶炼分离、氧化物和稀土金属生产,下游的稀土新材料以及应用的全部产业链。2018 年中国稀土产业链产值约为 900 亿元,其中稀土功能材料占比为 56%,产值约为 500 亿元,冶炼分离占比为 27%,产值约为 250 亿元。其中,稀土功能材料中占比最高的是稀土永磁材料,占 75%,产值约为 375 亿元,催化材料占比为 20%,产值约为 100 亿元。以稀土功能材料在我国的稀土消费结构来看,稀土永磁材料受益于新能源汽车和电子工业等领域的高速发展,在消费结构中的占比最高超过 40%;冶金和机械、石油化工、玻璃陶瓷占比分别为 12%、9% 和 8%,储氢材料和发光材料各占比约 7%;催化材料、抛光材料和农业轻纺各占 5% 。

稀土永磁材料领域

稀土永磁材料不仅是整个稀土领域发展最快、产业规模最大最完整的发展方向,是国防工业领域不可替代和不可或缺的关键原材料,也是稀土消耗量最大的应用领域。自 2000 年以后,我国稀土永磁材料应用的产业规模不断扩大,烧结钕铁硼磁体毛坯产量由“十二五”初期的 8×104 t 增加到 2019 年的 1.8×105 t,增幅超过 1 倍,占全球产量的 85% 以上;钐钴永磁材料的产量为 2400 t,占全球产量的 80% 以上。

烧结钕铁硼磁体在风力发电、混合动力和电动汽车等新能源汽车、节能家电、工业机器人、高速和磁悬浮列车等高新技术行业中的广泛发展,为稀土永磁材料行业发展提供了重要支撑以及较为可观的行业增长潜力。我国在高性能稀土永磁材料、重稀土减量化技术、高丰度稀土永磁材料的平衡利用和磁体回收利用技术等领域都接近世界同行先进水平。

尽管我国已成为全球最大的稀土永磁材料生产国,以高丰度稀土永磁材料为代表的部分稀土永磁制备技术已处于世界领先地位,但我国的稀土永磁材料产品,目前还无法满足高档机器人、第五代移动通信技术(5G)、光刻机等新兴产业对高端永磁体的技术需求。同时,在整个稀土永磁材料的核心知识产权、热压 \ 热变形、晶粒细化等最先进的制备技术及连续化智能化装备等领域,仍然同美国、日本等发达国家存在不小的差距。

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稀土功能材料未来发展思路、重点发展方向和发展目标

(一)发展思路

紧密结合国家战略,结合未来智能机器人、智慧城市、海洋与星际开发、大数据社会和人机对接等应用场景,重点开展工程化及产业化关键技术研究,着力突破稀土永磁材料、稀土发光材料、稀土催化材料、稀土晶体材料、高纯稀土金属及靶材等先进稀土功能材料的核心制备技术、智能生产装备、专用检测仪器及其应用技术;通过全产业链同步创新,推进先进成果推广实施,保障战略性新兴产业、国防军工、智能制造等重大战略需求的关键材料的有效供给,最终实现高端应用稀土功能材料的自主供给;开展前沿基础理论和实验研究,通过科学问题的深入探究和积累,提出更多原创理论,做出原创发现,获得一批稀土新材料和新应用原创性成果;实现我国从稀土大国向稀土强国的战略性转变,引领未来稀土科技和产业发展,为实现我国“到 2035 年跻身创新型国家前列”的战略目标提供材料支撑。

(二)重点发展方向

1. 超高性能稀土永磁材料制备及稀土高效平衡利用关键技术

针对未来智能社会对具有更高磁性能永磁材料的期待和新技术装备对永磁材料功能多样性的要求,结合知识更新与技术变革的历史规律,以及当前对发展高性能稀土永磁材料晶粒细化和晶界优化等关键技术的认识,拟定重点发展内容。

(1)钕铁硼永磁材料方面:重点开展高综合性能烧结钕铁硼的制备技术研究,重稀土在烧结钕铁硼磁体中晶界扩散机理研究,烧结钕铁硼回收技术及应用研究,烧结钕铁硼磁体服役性能预测技术与理论研究等。

(2)钐钴永磁材料方面:重点开展高剩磁钐钴磁体的元素调控机制研究,开展高性能钐钴永磁工程化制备中纳米结构及微区成分调控研究,高使用温度钐钴抗氧化技术研究,高温钐钴永磁表面防护技术研究等。

(3)热压永磁材料方面:重点开展薄壁热压磁环各向异性形成机理研究,热压磁环用高性能磁粉制备技术研究,高性能热压永磁环制备技术及应用,高性能热压磁环工程化制备装备及工艺技术开发等。

(4)高丰度永磁材料方面:重点开展高丰度(La、Ce 等)稀土在永磁材料中的平衡利用,双主相铈磁体结构与矫顽力机理及矫顽力提升技术研究等。

(5)结合材料基因、机器学习等方法,开展具有普适性的磁性功能材料结构设计和性能计算等分析方法及软件的研究;针对第一代稀土永磁材料高磁能积和高矫顽力的关键性能指标,开展材料新体系和新结构的探索。

(6)针对磁性功能材料的特点,研究测试检测新原理、新设备,逐步摆脱分析检测装备对国外的依赖。

发展目标

1. 2025 年目标:完成稀土产业由跟跑到并跑的过渡

到 2025 年,迈入稀土功能材料领域强国行列。面向新一代信息技术、现代交通、新一代照明及显示、节能环保、集成电路、生物医药、国防军工等领域的重大发展需求,初步掌握具有自主知识产权的稀土磁性材料及其制造装备的关键核心技术,新能源汽车、航空航天、工业伺服电机等高端磁性材料应用领域,稀土永磁材料换代达标率达到 70%。突破稀土发光材料的批量、稳定制备技术,国产化率提高到 80% 以上;突破高性能稀土晶体材料、高纯稀土金属及靶材等新型稀土功能材料关键制备技术,达到高端医疗装备、智能探测、集成电路等的要求,部分替代进口;开发出新型稀土功能材料及其制备技术,并拓展新的应用领域。到 2025 年,掌握一批重点稀土新材料的关键核心技术,优势领域形成一批具有较强国际竞争力的跨国公司和产业集群,在全球产业价值链中的地位明显提升,完成稀土产业由跟跑到并跑的过渡。

2. 2030 年目标:初步建成世界稀土强国

到 2030 年,在稀土功能材料领域,创新能力得到大幅提升,能够实现引领全球稀土永磁材料研究和产业发展,初步实现世界稀土产业强国目标。超高性能永磁体在机器人、医疗装备、航空航天、物联网、舰船、石油化工等重大装备和工程上得到全面应用,掌握具有自主知识产权的稀土磁性材料及其制造装备的关键核心技术,在新能源汽车、航空航天、工业伺服电机等高端磁性材料应用领域,稀土永磁材料换代达标率达到 80%。

3. 2035 年目标:建成世界稀土强国

到 2035 年,在稀土功能材料领域取得重大突破,创新能力大幅提升,稀土新材料领域的整体创新水平达到世界高水平国家行列,整体竞争力明显加强,部分优势方向形成全球创新引领能力,全面建成世界稀土功能材料强国。

稀土永磁材料、催化材料、发光材料等达到国际先进水平,实现完全自给,国防应用的光功能晶体、超纯稀土等自给率大于 95%;实现稀土磁性材料及其制造装备的关键核心技术和知识产权的自主可控,在新能源汽车、国防军工、航空航天、智能制造、医疗卫生、海洋工程等高端磁性材料领域,稀土永磁材料换代达标率达到 85%,形成一批原创型稀土功能材料并实现应用,其中将新一代稀土永磁材料的原创知识产权掌握在中国手中。中国自主制定的标准在国际标准中的占比达到 30% 以上,拥有高端材料标准制定中的话语权;培养稀土功能材料创新人才及创新团队,实现以稀土功能材料带动新应用的新发展模式,建立全球领先的技术创新体系和产业体系,为原创技术提供平台。

 

参考文献

[1]  中国科学技术协会, 中国稀土学会. 稀土科学技术学科发展报 告(2014—2015) [M]. 北京: 中国科学技术出版社, 2016. China Association for Science and Technology, The Chinese Society of Rare Earths. Report on advances in rare earth science and technology (2014—2015) [M]. Beijing: China Science and Technology Press, 2016.

[2]  中国科学技术协会,中国稀土学会. 稀土科学技术学科发展报告 (2016—2017) [M]. 北京: 中国科学技术出版社, 2018. China Association for Science and Technology, The Chinese Society of Rare Earths. Report on advances in rare earth science and technology (2016—2017) [M]. Beijing: China Science and Technology Press, 2018.

[3]  国家发展和改革委员会创新和高技术发展司, 工业和信息化 部原材料工业司, 中国材料研究会. 中国新材料产业发展报告 (2018) [M]. 北京: 化学工业出版社, 2018. Innovation and High Technology Development Division of National Development and Reform Commission, Department of Raw Material Industry of Ministry of Industry and Information Technology of the PRC, Chinese Material Research Society. China new material industry development report (2018) [M]. Beijing: Chemical Industry Press, 2018.

[4]  于佳欣. 2019年稀土市场分析 [J]. 稀土信息, 2020 (4): 28–34. Yu J X. Analysis of rare earth market in 2019 [J]. Rare Earth Information, 2020 (4): 28–34. 链接1

[5]  中国半导体照明工程研发战略联盟. 2017年中国半导体照明产 业发展现状与趋势(上) [J]. 新材料产业, 2018 (5): 46–52. China Semiconductor Lighting Engineering R & D Strategic Alliance. Development status and trend of China’s semiconductor lighting industry in 2017 (I) [J]. Advanced Materials Industry, 2018 (5): 46–52. 链接1


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    发布时间:2022/05/14
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