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中国软磁铁氧体材料的发展前景

2012-06-07 10:47:10 来源:《磁性元件与电源》2012年6月刊 点击:13229

摘要:  近年来,随着软磁铁氧体材料在绿色照明和节能设备、光伏发电、通信网络新能源汽车和汽车电子、IT产业、计算机等新兴应用领域的不断开拓,高性能软磁铁氧体材料的需求在不断增加。中国是最大的软磁铁氧体材料生产国家,我们有必要对软磁铁氧体材料行业的现状和未来发展做出预测。本文拟从中国软磁铁氧体材料的现状入手,对下游行业的需求做相应分析,对中国软磁铁氧体材料的发展方向进行了探讨;并对中国软磁铁氧体材料未来市场和发展前景作出了预测。

关键字:  软磁铁氧体产业现状应用市场发展前景

1 前言
1932~1933年,日本人加藤和武井两人研制出铜锌复合铁氧体软磁材料和钴铁氧体永磁材料后,荷兰菲利普公司以Snoek为首进行了各种尖晶石铁氧体的系统研究,1946年出现了软磁铁氧体的商品生产,1950年初立方晶系软磁铁氧体材料(Ferroxcube)才进入商品化。1952年日本冈村敏彦发明了锰锌(Mn-Zn)铁氧体,从而为以后的软磁铁氧体材料工业化打下了基础。
20世纪60年代是软磁铁氧体材料发展历程中重要的时间。1960年开始对MnZn铁氧体的生成气氛进行研究,对控制Fe2+浓度、Mn离子的变价起着重要的作用,从而为制备高质量MnZn铁氧体铺平了道路。
在七十年代初TDK、FDK、飞利浦等相继开发出了第一代功率铁氧体材料H35/H45/3C81,这些材料虽然还存在不少缺陷,功耗也还较高,但为工作在20kHz左右的开关电源诸如彩电行输出变压器、开关电源变压器等提供了基础条件,使得电子装备抛掉了传统笨重、输出不昜稳定的模拟电源,从而实现了电子装备电源的革命性进步。
由于第一代材料的功耗较大,只能用在中心工作频率为20kHz左右的开关电源中。TDK于八十年代初开发出了H7C1(PC30)材质,不仅将中心工作频率提高到了100kHz左右,大大提高了开关电源的使用频率,减小了开关电源的体积,同时这种材料功耗随着器件温度的升高,功耗呈现下降趋势,在器件温度达100℃左右时损耗达最低,也即目前众所周知的功耗温度系数在一定温度范围内呈负相关特性。这是铁氧体功率材料的又一开创性发展,在100℃或120℃以下的功耗-温度负相关特性不仅适应开关电源的工作状态、保持器件较低的功耗,同时使整个器件在较低的功耗下达到热平衡,提高了整个部件的可靠性。同一时期FDK开发出H63B(6H10),西门子开发出N27等同等材料,为同一时期蓬勃发展的IC相关产业的迅速发展提供了基础。
八十年代中后期,电子产品小型化、轻量化、薄型化、高效化的发展要求更加迫切,笔记本电脑等办公设备的普及速度日益加快,提高电源效率的要求再次催生新一代功率材料。第三代功率材料(PC40/6H20/N67/3F3等)问世,在将开关电源频率提高到100kHz,同时还大大降低了材料的功耗,提高开关电源的效率。
进入九十年代末二十一世纪初,TDK、FDK等公司又相继开发成功了具有超低损耗的功率铁氧体材料PC47/6H45等,其在100kHz、200mT、100℃条件下的功耗水平达到250kW/m3左右,并成功地进行了批量生产。九十年代器件小型化、轻量化、薄型化、高效化的发展趋势有增无减,开关电源的工作频率直指500kHz,为更小体积的发展提供保证。TDK、FDK、飞利浦、西门子等开发的第四代功率铁氧体材料PC50/7H10/3F35/N49等,中心工作频率可达500kHz以上,满足了开关电源进一步对轻、小、薄的需要,这一发展方向进入新世纪以来继续快速发展,国外几大著名公司所推出的改进型材料可用于1MHz至3MHz的场合。
随着铁氧体功率材料应用于汽车工业的快速发展,要求大量高温下具有高饱和磁通密度的功率铁氧体,用于小型紧凑的各种功能的变压器,同时在高温状态下能够正常工作,诸如邻近马达或其它高温条件下的车载设备,如汽车的前照明大灯的变压器等,要求高温下功率转换的高效率。
2003年3月FDK开发出4H45材料,该材料在100℃条件下饱和磁通密度Bs为450mT,其后相继开发成功4H47材料,饱和磁通密度Bs为470mT。这个突破使功率转换效率明显提高,也使得FDK的高Bs材料达到国际领先水平,JSF己经开始量产。
2004年9月TDK推出PC90材料,在100℃条件下Bs为450mT,与4H45相当,但其时功耗为320kW/m3比4H45低20%,接近PC44水平。这些突破性的进展推动了铁氧体业界新一轮发展的热潮。
而随着环境问题越来越引起世人的注目,EV(电动汽车)、HEV(混合动力汽车)、FCEV(燃料电池汽车)等低燃耗汽车得到迅猛发展。众所周知,汽车对其各系统组成部分适应温度的能力有非常苛刻的要求(温度跨度大),而作为新型混合动力汽车动力系统枢纽的DC-DC转换器则更必须适应大范围的温度变化,这就需要其主要部品的铁氧体材料具有非常宽的温度适应性。虽然材料进步而致使功耗波谷点的功耗已从最早的600降至410,300,甚至250左右,但在室温延伸的较宽温度范围内几代材料的功耗均处于较高的水平,这引导业内许多公司开发从室温起延伸至100℃左右均具有较低功耗特性的材料,如TDK开发宽温低功耗材料PC95。
随着应用领域的拓展和材料开发的深化,在IT产业、电力电子,特别是网络通信等用户的苛求下,为保证设备系统稳定、可靠、高效运行,一种求新、求全的理念已经逐步主导着锰锌铁氧体软磁材料的研发方向,不少多种特性兼备的新材料先后推向市场。这些材料具有更高的饱和磁通密度Bs,更好的直流偏置特性DC-Bias,更低的损耗(低磁通密度下的损耗因子tgδ/μ、高磁通密度下的功耗Pc),更低的总谐波失真系数(THD),更宽的使用频率和更广的温度范围等综合性能。即所谓两宽(宽温,宽频)、两高(高Bs,高DC-Bias)、两低(低损耗,低失真)兼具的特点。目前,锰锌铁氧体材料的研究已经到了低温、高温和更宽与更高频段领域。[#page#]
在高μ和超高μ材料研究方面,纷繁的国外专利报导中,大多把低频μi作得很高,以保证100kHz时不至于降到15000以下。μi 10000最高水平300kHz不下降,μi 12000的材料可达200kHz不下降;μ-T曲线平缓单调上升,因而宽温特性和宽频特性俱佳。
高磁导率材料为降低非线性失真,满足THD指标要求,TDK公司在DN40材料磁滞常数ηB为0.8×10-6基础上推出DN70,ηB降到0.2×10-6,但是NICERA公司的10TB材料则让ηB降到了0.12×10-6,EPCOS公司T66材料,磁导率已比DN70高出近一倍,μi 13000时,ηB为0.5×10-6,HITACHI公司的MP15T材料,磁导率15000,μ-f 特性更是令人刮目相看,直到100kHz,μi仍保存15000不掉。T66和MP15T是目前超高μ材料中综合性能最好的两种,因为它们还具有宽温、低损耗的特点,高磁导率μi 10000的材料宽频特性首推STEWARD公司的40#材料最好,直到300kHz,其μi仍能保持10000,可惜今年公布的曲线稍有修正。
直流叠加特性的改善是近两年高μ材料的热门话题。TDK公司推出DN45材料后,又推出宽温DNW45材料,美国STEWAD公司也推出了性能相同的46#材料,这些材料μi都在4500左右,Bs不高,但Br较低,且温度特性好。针对同样的市场和产品DC-Bias特性的要求,FERRONICS则推出了μi 6000,-40℃~+85℃间满足DC-Bias要求的新材料。川崎(JFE)推出的SK-202G材料除与上述公司技术指标相同部分外,还新增了比损耗tgδ/μ及比温度系数αμr的分段要求。
超高μ方面真正达到T66和MP15的水平是不容易的,纵览纷繁的国外专利,大多是把低频μi作得很高,以保证100kHz时不至于降到15000以下。与低温、超低温和高温软磁材料的发展同步,贫铁高μi高频Mn-Zn铁氧体,在抗EMI和EMC领域的应用,又打破了过去人们锁定的Mn-Zn材料频率范围,带着高磁导率μ,高介电常数ε,高阻抗Z的优势,贫铁锰锌材料大踏步进入了几十、几百兆赫领域,这一切都得益于高效掺杂。
逆变器电源的设计技术突破了传统的模式,迅速发展的新模式要求逆变器磁心材料的表面电阻更高,诸如平板变压器所采用的多管兼用的高压逆变器,要求输出电压更高,原先通常采用的MnZn铁氧体材料已不再满足这一要求。MnZn材料的电阻率远远不满足在短短几厘米承受数千伏的要求,而NiZn材料的电阻率高达106,为此业界转向将传统仅用在其它场合的NiZn材料尝试开发应用在功率转换方面。JSF-FDK联合开发出NiZn铁氧体材料 L47H,该材料不仅具备功率铁氧体的一般特性,同时还具有特别高的表面电阻,该铁氧体材料为国际首创,它一方面迎合了平板显示发展的最新科技,变压器在高输出电压下也能获得了高可靠性,很好地解决了变压器高压击穿打火的问题,另一方面也开辟了在功率转换领域NiZn铁氧体材料的更多的应用可能和开发方向。
IC产业的快速发展使得频率高达MHz的大功率开关管应用加速,因此高效、小型、平面贴装的装备日新月异,小型、便携的民用品及大型尖端工程的应用SMT的开关电源对铁氧体功率的要求不仅仅是能够应用在MHz的频率和低功耗,而且必须高电阻防击穿,具有磁导率的高频稳定性。这些要求引导NiZn功率材料的开发在充分发挥其高电阻率特性的同时,还必须将磁导率和饱和磁化强度提高到一定水平。
近年来随着电子器件小型化及表面安装技术(SMT)的快速发展,以及功率电子元件向更高频率发展而要求镍锌铁氧体材料高频低功耗、阻抗特性好、高饱和磁通密度、低烧结温度、直流迭加特性和宽频吸波特性及对应力不敏感特性好等。
由于适于表面安装,并采用多层印刷技术制成的积层型片式电感器年产量的快速增长,而采用低烧结温度的高频铁氧体材料引起世界各铁氧体公司的重视。
随着应用领域的拓展和材料开发的深化,在IT产业、电力电子,特别是网络通信等用户的苛求下,为保证设备系统稳定、可靠、高效运行,一种求新、求全的理念已经逐步主导着锰锌铁氧体软磁材料的研发方向,不少多种特性兼备的新材料先后推向市场,受到了热心客户的追捧与亲睐。
2 中国软磁铁氧体材料产业概况
我国软磁铁氧体材料产量在近30多年间平均每5年翻一番,现已成为全世界软磁铁氧体材料生产产量和市场需求量增长最快的国家,年增长速度长期保持在14%~21%范围,年产量约占全球产量的50%。行业企业主要分布在东部地区,行业属于技术和资本密集型企业,市场的需求主要来自于国外及国内中、东、南部地区。全国软磁铁氧体材料企业主要集中在浙江省、江苏省和广东省等,截至2010年10月底,这三个地区的规模企业占全部规模企业的60%以上。[#page#]
近几十年我国的软磁铁氧体材料有了突飞猛进的发展,不但产量扩大,技术水平也有了质的飞跃,目前规模企业都可以稳定、批量生产PC40的功率材料,μ≤10000的高磁导率材料,部分企业可批量生产PC50、PC44的材料,缩短了与日、美、欧的差距。
2010年是我国软磁铁氧体材料大发展的一年,磁心需求就呈现供不应求的销售行情,形成了难得的卖方市场,由于磁心市场的持续供不应求,订单应接不暇,致使国内不少软磁铁氧体企业纷纷实施扩能工程,在此大好形势下,2010年新增生产企业相比两三年前大幅度增加,新增和扩能的增幅约占原先产能的15~20%。
据不完全统计,2010年底中国从事软磁铁氧体材料生产的企业大约300家,其中镍锌和镁锌约70家,初具规模以上企业约120家。在中国证卷市场上市的有:天通控股、横店东磁、风华高科、江粉磁材、金瑞科技。间接上市的有宝钢股份、武钢股份、邯钢股份、七星电子等。软磁铁氧体材料年总产能超过40万吨。大多数企业生产规模较小,多数企业生产能力在500~1000吨/年,1000吨以上的企业约80家,只有少数几家企业能达到上万吨的产能。产值上亿前十名的企业是:天通控股、横店东磁、东阳光、江粉磁材、联丰磁业、风华高科、开元磁材、恒力磁材、金宁三环富士、南京精研等(未将日资企业TDK、台资企业越峰电子等计入)。
国内电子消费产品和电子信息产品的飞速发展带动了我国软磁铁氧体的发展,品种从天线磁棒、中周磁心扩大到为电视机、家用电器、通信和计算机等领域配套的开关电源变压器磁心、回扫变压器磁心、滤波器磁心和电感器磁心等。中国已成为全世界软磁铁氧体生产产量和市场需求量增长最快的国家。年增长速度长期保持在14%~21%范围,年产量约占全球产量的1/3。
软磁铁氧体材料的发展带动了开关电源、射频通讯、抗电磁干扰、高清晰度电视、新型节能照明灯具及环保等新兴产业的发展;也使家电产业、汽车、传真机、程控交换机等传统工业长久不衰;促进了我国计算机、电子元器件、视听产品、集成电路、新型显示器件、软件、通信设备、信息服务、信息技术应用等九大重点领域的繁荣兴盛。
3 中国软磁铁氧体材料产业生产工艺技术现状
3.1 中国软磁铁氧体材料产业生产现状
目前中国大批量生产软磁铁氧体的技术质量水平并不高,功率铁氧体的性能相当于日本TDK公司产品的PC40牌号;高磁导率铁氧体的μ值约在8000~12000间;少数企业能稳定批量生产PC44牌号功率铁氧体和μ值在10000以上的高磁导率铁氧体。从国内生产产品性能水平来看,中国软磁铁氧体中低档产品占据国内外市场的60%以上,高档产品逐渐开始形成竞争力,从2009年起,40%的工厂开始进行产品结构调整,异型、小尺寸、扁平化产品迅速增加。2007年,PC44以上(PC47、PC95、PC50)性能的功率软磁铁氧体,在国内总产量中约占10%,2010年迅速增加到30%左右。但生产中的主要问题还是合格率低,产品一致性差,成本高和效能低。我国规模以上软磁铁氧体的企业均已实现自动或半自动生产线,一些企业安装有自动化程度较高的全封闭粉料生产线。既节省了人力、物力,又减少了污染;既提高了生产效率,又降低了劳动强度。
从国际市场售价来看,我国产品十分低廉,家用电器大磁心每吨售价约在2万元左右,通讯磁心每吨售价约在3万元左右,仅为日本同类产品价格的1/2~1/4。这除了销售渠道的原因外,与我国产品档次低下、性能一致性差、外观差、缺少名牌、供货不及时,无序竞争等因素有直接关系。
3.2 中国铁氧体软磁材料产业技术水平
国内软磁铁氧体企业积极跟踪国外先进技术,多数单位均以日本TDK产品为标准,在材料性能研究水平上向TDK靠齐。如横店东磁的DMR47、海宁联丰磁业的NH2G材料等相当于TDk的超低损耗的功率铁氧体材料PC47/6H45;横店东磁DMR50、天通TP5材料、海宁联丰磁业的NH9材料等都与TDK公司PC50相当。
3.3 中国铁氧体软磁材料产业研究进展
进入九十年代末二十一世纪初,TDK、FDK等公司相继开发成功了具有超低损耗的功率铁氧体材料PC47/6H45等,其在100kHz、200mT、100℃条件下的功耗水平达到250kW/m3左右,并成功地进行了批量生产。横店东磁报导其开发的DMR47能达到这一水平。
九十年代器件小型化、轻量化、薄型化、高效化的发展趋势有增无减,开关电源的工作频率直指500kHz,为更小体积的的发展提供保证。TDK、FDK、飞利浦、西门子等开发的第四代功率铁氧体材料PC50/7H10/3F35/N49等,中心工作频率可达500kHz以上,飞磁就开发出适用于3MHz的3F5材料,东磁也报导在此领域的研发也有新进展,其DMR50针对500kHz、DMR51和DMR52分别针对1MHz和3MHz。[#page#]
由于软磁铁氧体材料的发展,6H40的功耗在100℃时仅为6H10的60%,材料损耗的大幅降低为降低变压器的工作温度创造了有利条件。同时变压器设计技术的发展使得散热较为容易,因此降低变压器的工作温度不仅成为可能而且在实际中得以实现。为了促进这一趋势的发展,JSF-FDK开发成功功耗波谷点温度在80℃的功率铁氧体材料6H41和在50~60℃的6H42,使得此类材料的最低功耗点与变压器及电源整机的工作温度一致,可将变压器有效控制在较低温度状态下工作,从而可提高变压器及电源整机的工作效率,减小体积,降低损耗,为各类电子部件及设备向小型化、便携化、节能化等方面发展创造条件。
而随着环境问题越来越引起世人的注目,EV(电动汽车)、HEV(混合动力汽车)、FCEV(燃料电池汽车)等低燃耗汽车将得到迅猛发展。人所共知,汽车对其各系统组成部分适应温度的能力有非常苛刻的要求(温度跨度大),而作为新型混合动力汽车动力系统枢纽的DC-DC转换器则更必须适应大范围的温度变化,这就需要其主要部品的铁氧体材料具有非常宽的温度适应性。虽然材料进步而致使功耗波谷点的功耗已从最早的600降至410、300,甚至250左右,但在室温延伸的较宽温度范围内几代材料的功耗均处于较高的水平,这引导业内许多公司开发从室温起延伸至100℃左右均具有较低功耗特性的材料如TDK开发宽温低功耗材料PC95,JSF-FDK联合开发的宽温超低功耗6H60,横店东磁开发出宽温低功耗材料DMR95。
横店东磁报导开发出DMR96材料,在140℃下功耗为380kW/m3。南京精研开发的FPT材料在将25℃左右的功耗降到400kW/m3的同时,在100℃功耗也下降至400kW/m3,这就使材料在上述宽温环境的设备中不仅在工作温度功耗较低,同时在待机状态的室温下大为降低待机功耗,据分折可降低30%的待机功耗。
2003年3月FDK开发出4H45材料,该材料在100℃条件下饱和磁通密度Bs为450mT,其后相继开发成功4H47材料,饱和磁通密度Bs为470mT。
2004年9月TDK推出PC90材料,在100℃条件下Bs为450mT,与4H45相当,但其时功耗为320kW/m3比4H45低20%,接近PC44水平。
横店东磁公司也积极开发相应材料,相继推出DMR90材质,性能已接近上述指标。海宁联丰磁业于最近两年也相继开发出了NH45、NH90高饱和磁通密度材料。
JSF-FDK联合开发出NiZn铁氧体材料L47H,该材料不仅具备功率铁氧体的一般特性,同时还具有特别高的表面电阻,使变压器在高输出电压下也能获得了高可靠性,很好地解决了变压器高压击穿打火的世界级难题,该铁氧体材料为国际首创,它一方面迎合了平板显示发展的最新科技,另一方面也开辟了在功率转换领域NiZn铁氧体材料的更多的应用可能和开发方向。
电子科大与东阳光联合开发了磁导率在1200、Bs达到360mT、Tc>160℃的HN120B镍锌功率铁氧体,在具有高饱和磁通密度和高居里温度的同时,也具有较高的磁导率和较低的功率损耗,在市场应用上有很好的期待。
4 中国软磁铁氧体材料技术发展方向
由于今后电子元器件向高稳定、高可靠、轻薄短小、宽适应性等方向发展,对各种磁性材料提出了更高的要求:即高性能、高稳定和高可靠、宽适应性。
为适应应用市场而大力开发适用的新型材料是中国软磁铁氧体生产企业的当务之急。随着应用领域的拓展和材料开发的深化,在IT产业、电力电子,特别是在用户的苛求下,为保证设备系统稳定、可靠、高效运行,一种求新、求全的理念已经逐步主导着国内锰锌铁氧体软磁材料的研发方向,不少多种特性兼备的新材料先后推向市场。软磁铁氧体材料向所谓两宽(宽温,宽频)、两高(高Bs,高DC-Bias)、两低(低损耗,低失真)兼具和高稳定性方向发展。
4.1 高磁导率铁氧体(μi=2000~40000)
①高磁导率铁氧体材料,主要用于低频宽带变压器和小型脉冲变压器。
②低损耗、高μQ材料(μQ≥ (50~100)×104),主要用于低、中频载波机滤波器磁芯、高频调谐回路及扫描回路电感磁芯。低损耗、高稳定性材料,用于通信滤波器磁芯。
③ 低谐波失真系数高μ材料,用于xDSL(数字用户线)调制解调器、变压器,以减小失真、增加通信路数、缩小体积。[#page#]
④ 宽温、高直流叠加高μ材料,用于局域网(LAN)系统。低温高导材料,用于室外工作的综合业务数字网(ISDN)脉冲变压器。
⑤ 宽频高μ材料,用于滤波器。
⑥ 高Bs高μ的双高材料,用于载波机滤波器。
4.2 功率铁氧体
(在直流偏磁场下具有低损耗并能稳定地传输高频高功率信号)
①高Bs(≥0.5T)低功耗材料;
②高频低功耗材料;
③宽温功率铁氧体;
④高直流叠加功率铁氧体。它们主要用于kHz~MHz开关电源及低频功率变压器,发射机极间耦合变压器、跟踪接收机高功率变压器等。
4.3 射频软磁铁氧体
主要是NiZn铁氧体。用于射频传输宽带、变压器、电磁干扰(EMI)滤波器等。
4.4 超高频(GHz)软磁铁氧体、六角铁氧体和铁氧体复合材料
用于抗EMI和电波吸收材料。
4.5 低温共烧软磁铁氧体材料
满足新一代电子整机发展需求的新型片式化、小型化、集成化磁电元件产品;
超小型片式电子变压器用材料;0201型(0.6mm×0.3mm)、01005型(0.4mm×0.2mm)超小型片式电感器用低温共烧软磁材料;基于LTCC、LTCF磁电材料的无源集成产品和技术;
低温共烧NiCuZn铁氧体材料,低温共烧MnZn铁氧体材料;
低温烧结六角晶系铁氧体,低温烧结复合铁氧体材料;
4.6 为风电领域配套高效低损耗逆变器用软磁材料
软磁材料和器件技术已形从块体—粉体—薄膜化延升和集成一体化(电感、变压器),技术逐渐成熟,混合集成值、阻磁双性材料,多相复合特性材料——开始出现,值得关注。
5 中国软磁铁氧体材料行业发展方向
5.1“十二·五“中国软磁铁氧体材料产业的工作重点
提升产业价值链、构建新的产业形态、发展新型商业模式、加强自主创新能力、发展新兴市场和高性价比产品,如开发LED、风能、太阳能、3G、电子书、智能掌机、智能电网、物联网、节能空调、节能冰箱、节能洗衣机、节能电机(2010年节能减排中央安排补贴资金700亿元,其中:专项500亿,新能源109亿,再生能源100亿)等新兴市场配套产品。新材料、新工艺、新应用紧密结合将创造更大的软磁铁氧体材料产业发展空间。
5.2 结构调整目标
中国的软磁铁氧体材料产业在不断增加出口增长的同时,要积极以内需为导向,紧紧围绕低碳经济的中心,调整产业和产品结构,力争2011年国内高档软磁铁氧体材料产品生产占总量的比例达到60%以上;到2015年,力争年销售额超过10亿元人民币的软磁铁氧体材料磁性材料龙头大企业超过五家,国内软磁铁氧体材料功率材料PC44、高导12000以上产品达到主流,可以正常量产PC47、PC50功率材料和15000的高导材料。
5.3 主要经济指标
“十二五”末,软磁铁氧体材料达到48万吨,占全球的比例70%。
5.4 开发的新型软磁铁氧体材料
开发高频低损耗、大功率的软磁铁氧体材料,宽温、宽频、高Bs软磁铁氧体材料。
5.5 投资和投入产出率
按国际经验数据和测算惯例,考虑到中国的软磁铁氧体磁材料产业的特殊性,中国软磁铁氧体磁材料产业的投入产出率的平均值约为3∶2。
5.6 重组、并购、整合,以达到规模化、集团化的现代企业模式
软磁铁氧体材料产业为了适应目前新的经济形式需要,行业内的重组、并购、整合以达到规模化、集团化的现代企业模式,这将是未来的发展方向,也是大势所趋。[#page#]
6 软磁铁氧体材料产业国外发展分析
2008年金融危机后,以美国为代表的发达国家纷纷制定了新一轮经济发展新战略,他们正在利用自身的技术优势,构建未来竞争新高地。近期包括智慧地球、物联网、低碳经济等都是他们战略布局的体现。未来,发达国家将通过他们的战略布局,利用他们的优势,继续与发展中国家争夺人才、市场等资源,并以低碳、绿色等壁垒限制发展中国家的崛起。
随着电子技术应用的日益广泛,特别是数字电路和开关电源应用的普及,EMI问题日趋严重,各国对电子仪器和设备的EMC性能提出了越来越高的要求,以软磁铁氧体磁心为基础的抗EMI元器件发展相当快,产品种类繁多,如美国Filter公司有16个系列。美国软磁铁氧体材料目前是负增长。
欧洲、日本厂商为适应开关电源市场的需要,开发出第一代功率铁氧体,这类材料由于功耗较大,且使用时温升显著,故一般只用于16kHz~25kHz的民用开关电源。上世纪80年代初,经改进实用频率为25kHz~100kHz的第二代功率铁氧体被开发出来,其最大特点是呈现负温度系数功耗(20℃~100℃,随温度升高,功耗呈下降趋势),能有效防止温升造成的电磁性能下降,且综合指标较好,代表性的产品有德国西门子的N27和荷兰飞利浦的3C80。
随后欧洲又开发出高频功耗大幅降低、实用频率一般可达100kHz~500kHz的第三代材料,如:西门子的N72、飞利浦的3C85和3F3,典型性能指标为:Bs=490mT~510mT,θf>200℃,P0=400mW/cm3~500mW/cm3(100kHz, 200mT, 100℃),这类材料特别适用于频率为数百kHz的高频开关电源。
进入21世纪后,第四代功率铁氧体又开发成功,代表牌号有西门子的N49和N59、飞利浦的3F4等,其功耗大大低于第三代材料,使用频率一般达500kHz~1000kHz,为开关电源的进一步轻、小、薄奠定了基础。
随着数字技术、光纤通信和互联网的发展,对电感器、滤波器、扼流圈、宽带和脉冲变压器的需求大大增加,它们使用的软磁铁氧体要求μ(磁导率)值很高,而且希望提高工作频率。西门子和飞利浦公司均在批量生产10000~15000的高μ材料。
为适应计算机显示器和数字高清晰电视发展的需要,TDK公司在上世纪90年代先后推出了专门用于制作回扫变压器的HV22和HV45功率材料,它们具有高Bs和低功耗的特点,其磁心的直流叠加特性优良。日本TDK公司还推出了具有划时代意义的新一代功率铁氧体PC95,它具有高磁导率高Bs、低Br以及比PC4X(PC44~PC47)系列材料更低的常温和高温功耗(P25℃≤350kW/m3,P80℃≤280kW/m3,P100℃≤350kW/m3,测试条件:100kHz,200mT)等特点,创造了世界软磁界的又一奇迹。
世界功率铁氧体代表牌号是TDK的PC40、PC44、PC50、FDK的6H20、6H40、7H10和7H20、日立铁氧体的SM-1M、东京铁氧体(TOKIN)的B40和西门子的N49和N59等。
从总的情况看,在各类磁性材料中,近几年日本磁性材料的产量和产值均为负增长或基本持平。软磁铁氧体产量约占世界的16%,产品主要应用于消费类家用电器(包括小家电)、开关电源及抗电磁干扰等领域。值得一提的是,虽然日本磁性材料的产量和产值在逐年减少,但这并不意味着日本磁性材料需求的下降,该国正继续将铁氧体材料的生产向海外转移,以低成本来对付日元升值、劳动力成本增加以及满足日本海外整机企业的需求。
日本约有60家厂商从事磁性材料的开发与生产,其中TDK公司生产各类磁性材料元件及磁应用制品是全球磁性材料品种最全的生产厂家,在铁氧体抗电磁干扰材料及元件方面,目前TDK公司已开发出六种以上EMI吸收材料、二十三个抗EMI器件、七十一个以上品种,是目前世界上开发生产铁氧体吸收材料及抗EMI元器件品种最全、水平最高的企业。该公司在铁氧体软磁、铁氧体永磁生产上长期稳居世界第一位,是举世公认的磁性材料王国中的王中王。
2010年TDK的销售额为8800亿日元,纯利600亿日元。
日本政府把开发新材料列为国家的第二大目标,认为新材料技术是推动21世纪创新和社会繁荣的力量,提出以新材料为基础,促进其它高新技术产业发展,从而巩固其经济大国的地位。[#page#]
7 中国软磁铁氧体材料产业市场分析
中国已经成为世界磁性材料中心,进入21世纪后中国各类磁体的产量均已稳居世界首位。中国已经形成了品种齐全的磁性材料体系,中国磁性材料行业已经形成了一定数量的大规模骨干企业,产品质量和技术档次都有了较大幅度的提升,产品应用范围正逐步向高档领域扩展。目前中国软磁铁氧体应用情况:高技术产品领域应用占22%,如数字通信、电磁兼容(EMC)、射频宽带、抗电磁干扰(EMI)、高清显示及汽车电子等。传统中低档产品领域应用占78%,如电视机、电源适配器、电子镇流器、普通开关电源变压器及天线棒等。由于国情等各方面的因素,中国磁性材料行业落后欧美、日韩,中高端基本上都控制在国外企业手中,总体来看中国磁性材料产量虽然高居世界第一,但产值并不理想。统计显示,磁材出口均价还不到进口磁材均价的一半,而这些出口磁材产品还是相对比较高档的产品。
发达国家的软磁铁氧体制造企业,由于本土生产成本过高,将产能和技术转移到兼具成本和产业链优势的中国,这些企业进入中国既推动了中国软磁铁氧体产业发展,同时又让中国的磁性材料企业面临着更大更强的竞争。
随着国际产业结构的调整,我国正在形成全球最大的电子元件的消费市场;这将带动我国磁性材料的持续发展,在新型电子产品中,无源器件平均占生产总成本的9.1%,无源电子元件近20年间的增速平均保持在20%左右。巨大的市场容量为软磁产业提供了快速持久发展的空间。快速增长的新兴电子信息技术渗透到工业经济、社会的各个方面,全球节能产品市场需求旺盛导致目前软磁产品产销两旺的火爆局面。
从供需来看,软磁铁氧体行业基本能实现供需平衡,主要增长在高端领域。
7.1 绿色照明和节能设备
节能环保是全人类面临的共同课题,前景无限美好。绿色照明节能设备正在成为全球数亿个家庭的必用品,这形成了目前和未来软磁材料最庞大的市场之一。 2011~2015年绿色照明的复合增长率将达到97.4%。全球调研机构D isplaySearch发布最新季度LED市场供需预测报告显示,预估2011年LED使用量将较2010年增长20%。2010年LED背光和照明总营收为72亿美金,2014年预计将达到127亿美金。
目前,LED的主要应用包括照明和背光应用等,比如液晶电视。“LED总体市场需求持续提升,但LED背光需求逐渐减少,并开始朝LED照明应用转移。”D isplaySearch资深分析师LeoLiu表示,由于2010年第四季、2011年第一季和第二季早期LED背光电视库存较高且销售迟缓,LED背光市场需求因此减少。目前,LED背光应用在所有中小尺寸液晶产品中,移动PC的渗透率将近100%,液晶显示器和液晶电视的渗透率也持续提高,但每台LED封装数量减少。D isplaySearch数据指出,2011年LED背光总需求为459亿颗。自2010年后,液晶电视成为LED背光的主要应用,占需求量的50%,预计2012年达到最高值。但随着每台LED封装数量的减少,2013年电视需求将有微幅下降。
随着技术的进一步发展,未来LED的应用市场结构也将产生较大的变化。LED背光源市场规模将超过景观装饰照明,成为最大应用领域,功能性及普通照明的市场规模也将快速增长。
LED需要使用驱动电源,在各种驱动电源设计中,通常在电感储能升压电路和开关恒流电路中,需要使用铁氧体磁心。电感储能升压式恒流源中的储能电感一般使用由NiZn材料制成的SMD功率电感器。开关恒流电路中,则使用锰锌铁氧体材料制成的薄型及超薄型DS、EE 、EEL、 EFD、 EQ、CQ、QP、RM等结构磁心,磁心材质主要为:PC44、PC47等。
每台LCD TV背光源逆变器要用12~26付铁氧体磁心,LEDNB、LEDTV等应用无疑将成为软磁行业近期最重要的新经济增长点
2011年11月4日,国家发展改革委、商务部、海关总署、国家工商总局、国家质检总局联合印发了《关于逐步禁止进口和销售普通照明白炽灯的公告》。《公告》决定从2012年10月1日起,按照功率大小分阶段逐步禁止进口和销售普通照明白炽灯。
发改委表示,中国照明用电约占全社会用电量的12%左右,采用高效照明产品替代白炽灯,节能减排潜力巨大。逐步淘汰白炽灯,对于促进中国照明电器行业结构优化升级、推动实现“十二五”节能减排目标任务、积极应对全球气候变化具有重要意义。与此同时,中国节能灯产品质量水平日益提高及半导体照明技术发展迅速,其在家庭照明、商业照明、道路照明等领域逐步得到应用,不同高效照明产品的发展及日益成熟的技术为逐步淘汰白炽灯提供了重要的保障。[#page#]
《公告》明确中国逐步淘汰白炽灯路线图分为五个阶段:2011年11月1日至2012年9月30日为过渡期;2012年10月1日起禁止进口和销售100瓦及以上普通照明白炽灯;2014年10月1日起禁止进口和销售60瓦及以上普通照明白炽灯;2015年10月1日至2016年9月30日为中期评估期;2016年10月1日起禁止进口和销售15瓦及以上普通照明白炽灯,或视中期评估结果进行调整。通过实施路线图,将有力促进中国照明电器行业健康发展,取得良好的节能减排效果,预计可新增照明电器行业产值约80亿元(人民币)、新增就业岗位约1.5万个,形成年节电480亿千瓦时、年减少二氧化碳排放4800万吨的能力。
发改委表示,2011年是中国“十二五”规划开局之年,联合国气候变化德班会议开幕在即。值此之际,中国发布逐步淘汰白炽灯路线图,再次表明中国政府深入开展绿色照明工程、大力推进节能减排、积极应对全球气候变化的坚强决心和采取的积极行动,将会对中国乃至全球淘汰白炽灯进程产生重要而深远的影响。除此之外,发改委领导在会上还表示,政府将大力鼓励半导体照明产品的生产和推广,预计该产业产值将在五年内翻两番,半导体照明“十二五”发展规划也正在起草中,关于半导体照明产品推广补贴政策也正在和财政部进行研究制定,希望能够不久后发布。
2010年,中国节能灯总产量约42.6亿只,约占全球总产量的80%;其中,年产量5000万只以上规模企业约20家,占全行业总产量的82.2%。2010年LED灯具出口额达34.1亿美元,同比增长63.3%,超出照明行业出口额31.7%的增长率。据中国照明电器协会估算,2010年LED灯具的出口约为10亿美元,占到2010年中国LED产业照明应用产值的34%。经过多年努力,中国节能灯产品质量水平日益提高,一些企业产品质量和工艺水平已达到世界领先水平。此外,半导体照明等新兴高效照明技术发展迅速,在射灯、筒灯、隧道灯等领域逐步得到应用。高效照明产品及技术的日益成熟为逐步淘汰白炽灯提供了保障。
中国是白炽灯的生产和消费大国。去年,白炽灯产量和国内销量分别为38.5亿个和10.7亿个。据推算,如果把在用的白炽灯全部换成节能灯,我国年可节电480亿千瓦时,相当于减少二氧化碳排放4800万吨。DisplaySearch分析,2011年中国将成为最大的LED路灯市场,占全球55%市占率,但2014年将微幅下降到50%。绿色照明2010年到2015年,我国半导体照明市场的年平均复合增长率可达到40%,合计增长约3.84倍。到2015年时,LED在中国照明市场的占有率将达到20%,带动产业规模达5000亿元,中国将进入全球LED照明市场前三强。
7.2 光伏发电产业
光伏发电是21世纪最有发展前途一种可再生能源发电方式。由于它利用洁净太阳光能,有利于环境保护,无可动部件,可分散灵活配置,将得到年增长率超过20%快速发展。因此,太阳光发电站不仅受到能源和环境保护部门重视,而且也受到电源和电力电子行业关注。
由于太阳能光伏系统和建筑的完美结合体现了可持续发展的理想范例,国际社会十分重视,许多国家相继制定了本国的屋顶光伏计划。
根据德国《金融时报》的报道,甚至称中国太阳能产业的蓬勃兴起,将冲击德国乃至全世界太阳能市场,中国未来太阳能产业市场有望为相关行业及企业带来新的经济增长点。
光伏发电用逆变器有三个不同于其他逆变器特点。
①工作效率高。一般要求10kVA以下逆变器效率要>90%,10kVA以上逆变器效率要>95%。
②波形畸变小,功率因数高。并网型太阳光发电站输出要与外电网相联,逆变器输出波形必须与外电网相一致。要求波形畸变<5%,高次谐波含量<3%,功率因数接近1。独立型太阳光发电站用逆变器,波形畸变可以大一些(<10%),但是,为了降低输电线路损耗,也希望波形接近正弦波,功率因数接近1,减少无功功率损耗。
③能满足使用条件要求。大多数独立型太阳光发电站用于偏远山区和海岛,要求逆变器能承受比较恶劣使用条件,同时保证能在少维护条件下长期工作。由于大多数并网型太阳光发电站用于家庭,要求逆变器电磁干扰小,不影响人生活环境,也不妨碍其他家用电器正常工作。
光伏发电系统的逆变器中,需要使用软磁铁氧体磁心的器件主要有以下几类:
①高频变压器
在逆变器采用高频变压器绝缘主电路中,起绝缘及功率变换作用的器件是高频变压器,通常需要使用MnZn软磁铁氧体磁心。 [#page#]
②驱动变压器
在逆变器中,进行信号变换和驱动开关器件是驱动变压器。工频驱动变压器采用冷轧取向硅钢冲片叠装磁芯。高频驱动变压器需要使用MnZn软磁铁氧体磁心。
高频“正弦脉冲宽度调制”(SPWM)逆变电路中驱动变压器,载波频率一般都高于20kHz,需要进行“正弦脉冲宽度调制”(SPWM),使得脉冲宽度时间占空比按正弦规率排列,这样输出波形经过适当的滤波可以做到正弦波输出。一般都需要使用MnZn软磁铁氧体磁心,来制作SPWM驱动变压器。
③抗电磁干扰滤波电感器
在太阳光发电站逆变器主电路中,输入和输出端都应当接抗共模和差模干扰滤波电路,其中滤波电感器参照抗电磁干扰标准设计。抗电磁干扰共模滤波电感器和差模滤波电感器,都需要使用软磁铁氧体磁心。
7.3 通信网络
磁性电子元器件,特别是软磁器件在通讯中有着极其重要的作用。如高频段的防寄生振荡用磁心、混频器用磁心、耦合线圈用磁心以及片式电感等。移动通讯手机向多媒体和3G发展,今后数年内,中国3G制式手机发展成为重点,产量将超过GSM制式。由于功能的增加和技术的提高,这对磁性材料性能提出更高的要求。磁性材料必须满足高频率、小型化、高磁性能、低损耗和抗电磁干扰的要求。
3C认证包括音视频、信息技术、照明、三网融合等。以铁氧体磁心为主体的抗EMI器件就成为不可或缺的部件之一。
通信网络市场近年来不断产生新品种、新产品,如智能手机、3G手机、虚拟超市、上网本等等,也引来消费者的青睐。如今中国大陆已替代台湾成为全球最大的手机设计地,手机制造商将直接受益于智能手机和3G手机市场的强劲增长。
2010年底,全国移动电话用户累计8万万户以上。互联网用户:基础电信企业的互联网用户进一步趋向宽带化。
在通讯网络的ADSL领域中,磁性器件主要应用于POTS滤波器、隔离或匹配作用的宽带变压器、高通滤波器等。需要使用高频、低谐波失真系列材料。该系列材料的最大特点是磁滞常数ηB小,用其制成的宽带变压器,在相同的传输距离和传输速率时,信号失真明显小于传统材料;同时,该系列材料的高磁导率又使得用其制成的宽带变压器尺寸减小,该系列材料型号通常为EP或EPX型等。
手机的增长,必然增加移动交换机的容量和地面站的数量,移动交换机的小型化和无人化管理对磁性材料提出了更高的要求,需要更宽的温度范围、更低的功率损耗和高导磁率。目前整机上使用的大部份是进口的磁心,中国生产的磁心与进口同类材料性能基本相同,但产品的外观质量差,还不能被大量接受。程控交换机中的磁心主要是电源用的高频低损耗材料,以及表面安装技术用的片式电感、LC滤波器、片式混合电磁器件,还有耦合变压器用的磁导率12000至15000的高导磁率材料和高饱和磁通及双5000材料。
7.4 新能源汽车和汽车电子
经过30年的努力,特别是过去10多年国家汽车生产和消费政策的调整,我国汽车产业呈现爆发式增长,我国汽车工业发展为世界瞩目,虽然在传统燃油汽车领域与发达国家有很大差距,但在新能源汽车上的差距却没有那么大。特别在电动汽车领域,我国企业在关键的电池技术上获得了突破,具备了率先启动产业化的条件,有实现跨越的机会。电动汽车为我国汽车产业缩短差距、实现跨越提供了难得的重大战略机遇。
到2010底,全国共有25个城市加入“十城千辆”节能与新能源汽车示范推广工程,50多家企业的184个车型进入《节能与新能源汽车示范推广应用工程推荐车型目录》,各地示范运行各类电动汽车超过1万辆,示范运行里程超过2亿公里,累计载客90亿人次以上。电动汽车关键技术总体水平和应用规模位于国际前列,部分领域实现突破性进展。到2011年3月底,我国已有73款混合动力汽车、126款纯电动汽车、9款燃料电池汽车进入汽车新产品公告。
电动汽车不论是可插电混合动力汽车还是纯电动汽车,都离不开充电站的支持。大力发展电动汽车等新能源汽车已经成为大势所趋,当务之急是要发展多种方便用户的充电服务。近年来,随着新能源汽车的快速发展,电动汽车在全球范围内销量持续增长,有力带动了电动汽车充电站的发展步伐。
汽车电子的迅猛发展,给软磁铁氧体提供了一个广阔的应用领域。2010年中国汽车电子产业规模高达2000亿元。为软磁行业提供了未来看好的一个高端市场。汽车导航系统被认为是汽车的“大脑”,并且在日益计算机化,磁性材料主要是DC-AC逆变器,DC-DC变换器,EMC噪声滤波器HDD及DVD和电机磁体。[#page#]
7.5 IT产业
随着笔记本电脑里电子元件的时钟频率的提高和小型化,应用的元件也必须相应的高频化,片式化,如:1)降低电源/稳压器线与地间产生噪声的铁氧体软磁共模滤波器;2)出去让数字信号失真的高次谐波噪声成分的片式磁珠滤波器,3)噪声屏蔽吸收体,4)夹持在电缆线上的噪声滤波器,5)电池供给的直流变为电路所需的直流电压用DC-DC变换器磁心,6)液晶背光源高交流电压用DC-AC逆变器,7)需大幅降低磁损耗,以达到电脑低发热、节能的铁氧体变压器磁心,8)HDD/DVD/FDD驱动器,巨磁阻磁头、音圈电机磁体、主轴电机和光拾音电机用磁体等,9)IEEE1394/USB接口抗干扰片式磁珠、共模滤波器磁心。
7.6 彩色电视机
彩电在中国消费类电子产品中一直占主导地位,2010年全球产量2亿台,中国超过了一亿台。今后的发展热点是向高清晰度、大屏幕和数字化过渡,平板电视将占60%左右。这对磁性材料产品要求更加严格:1)频率高段化,要求铁氧体电源磁心有较高的工作频率;2)高清晰化,要求电源变压器功率稳定,材料功率损耗小、饱和磁化强度大;3)图像稳定、色彩鲜艳,要求使用高磁导率材料,抗电磁干扰软磁磁心和高性能聚焦片;4)数字化的发展,对软磁材料的功率损耗、磁导率、使用频率的要求均比模拟的高;5)国际能源署规定彩电的待机功率要降到1瓦,对低损耗功率铁氧体材料提出了新的要求。从彩电市场发展看,高性能的软磁铁氧体将占总量的80%。
8 中国软磁铁氧体材料产业发展前景展望
由于开关电源、射频通讯、抗电磁干扰、高清晰度电视、新型节能照明灯具及环保等新兴产业的发展,加上家电产业和计算机、传真机、程控交换机等工业发展长盛不衰,世界软磁铁氧体应用范围及市场需求保持高速增长。国际市场上,收录机和收音机世界产量将稳定在2亿台左右,工业类电子产品增长速度将更快些(10~15%),世界软磁铁氧体应用范围及市场需求保持高速增长。假如电视机、计算机等整机每年按3~5%比例增长,那么世界软磁铁氧体需求量也将按比例不断增长。美国继续保持负增长,日本、西欧很可能在现有能力上徘徊或减少,而以中国和印度为代表的亚洲发展中国家或地区,将呈现快速发展趋势,其软磁铁氧体产量将占全球总产量的3/4以上,这是因为这些国家或地区具有廉价的劳动力、丰富的原材料资源及能源,还有大量的电子变压器和电感器厂家以及全球最大的彩色电视机、显示器、电脑及外设制造业。
在世界各国白炽灯禁令之下,作为其替代品的节能照明市场需求将迎来快速增长。按平均每户两室一厅居住单元,每户至少需6~7盏灯,这样需普通电子节能灯约20亿盏。按平均每盏灯耗用磁心30克计,全世界有65亿人口计,约16亿个家庭,这样就需要软磁铁氧体磁心约30万吨,如果加上交通(含飞机、汽车、火车、轮船、机场、码头、车站)、医院、隧道、桥梁、商业网点、超市、娱乐场所、露天公园、广场、体育场和展览馆,各级政府机关、事业单位、学校、工厂等照明,全球需要照明软磁铁氧体磁心数量之大就可想而知了。
受消费信心回升、消费刺激政策的持续、收入政策的改革以及收入绝对水平上台阶等因素的影响,2010年美国消费者信心指数也显著回升,提升了与消费密切相关电子产业景气度。PC、液晶面板等家用电器终端需求都显著增加,这必然会对世界整机设备相关电子制造业出口回升起到积极作用。
近年来,电脑、移动通信、光纤通信、EMC、DVD、数字电视以及新型照明灯具等发展很快,为软磁铁氧体的应用开辟了更大的市场,在这一市场中,发展较快的软磁铁氧体产品主要有以下几类:功率铁氧体,约占软磁铁氧体总量的50%;高磁导率铁氧体,约占总量的25%;宽带射频和电子镇流器与照明变压器用软磁铁氧体,约占总量的10%;抗电磁干扰(EMI)铁氧体元件,约占总产量的5%。
乐观预测,在未来五年内,国际市场上软磁铁氧体可保持年均6~12%的增长水平;软磁铁氧体材料2015年需求量将达100万吨(其中,MnZn系占~60%、MgMnZn系~30%、NiZn系约占10%,以上按重量计),2011~2015年世界软磁铁氧体产量及增长速度预测见表1。
表 1  2011~2015年世界软磁铁氧体产量及增长速度预测
年份 产能(万吨) 产量(万吨) 增长速度(%)
2011年 60 56 10
2012年 70 62 11
2013年 75 69 12
2014年 85 77 11
2015年 90 85 11[#page#]

我国《电子信息产业调整和振兴规划》提出:今后三年要围绕:计算机、电子元器件、视听产品、集成电路、新型显示器件、软件、通信设各、信息服务、信息技术应用等9个重点领域:确保产业稳定增长、战略核心产业实现突破、通过新应用带动新增长三大任务,以上项目无一不与软磁铁氧体材料相关,我们有理由相信软磁铁氧体材料行业未来发展的空间很广阔。
政府刺激内需措施加强(家电、摩托车、汽车下乡、以旧换新,3G通讯,4C融合,智能电网、物联网、高速公路网、高速铁路网、全民医保、社保体系建设、新农村建设、新能源计划等约16亿投资)对宏观经济已经产生了积极影响。投资、出口、消费的增长,对中国磁性材料与器件产业直接的拉动作用将进一步显现出来。
受消费信心回升、消费刺激政策的持续、收入政策的改革以及收入绝对水平上台阶等因素的影响,2011年国内消费品零售名义增速持续提升,美国消费者信心指数也显著回升,提升了与消费密切相关电子产业景气度。PC、液晶面板等家用电器终端需求都显著增加,这必然会对我国整机设备相关电子制造业出口回升起到积极作用。
低碳经济的核心内容是通过使用新能源、新技术等减少二氧化碳排放,缓解全球变暖的危机。由于软磁铁氧体磁心制造业,受到现行生产工艺的制约,其单位能耗产值很低,受到减排限制的可能性极大。在没有革命性技术和工艺改变现有生产流程的情况下,只能通过限产而达到减排的目标,但同时低碳经济对于新能源汽车、智能电网、半导体照明节能、变频器、风电、光伏发电等行业的发展又迎来了大发展;软磁铁氧体材料大量应用于上述相关行业,可以预期,随着国家相关政策的逐步落实,低碳经济相关行业会呈现持续快速的增长,其对软磁铁氧体材料的需求也会不断加大。
LED、无极灯等第四代电光源具有高效节能、绿色环保、超长寿命等诸多优点,完全符合目前国家节能减排的要求。在国家推动节能减排的大背景下,在消费者节能、节约、环保意识提高及节能灯产品性能不断提升等多层面推动下,LED、无极灯等第四代电光源的应用具有相当大的市场空间,尤其是在路灯、汽车灯、液晶显示背光源等新兴应用市场,将成为市场增长的新动力。
我国的第四代电光源产业经过2007年和2008年的快速成长期后,2011年迎来发展高峰期。LED、无极灯等第四代电光源对软磁铁氧体磁性材料的需求也将会随之达到高峰。
全国约13亿多人口,近3亿个家庭,按平均每户两室一厅居住单元,每户至少需6~7盏灯,这样需普通电子节能灯约20亿盏。按平均每盏灯耗用磁心30克计,这样就需要磁心6万吨。而目前普通电子节能灯寿命按6个月计算,年消耗磁心至少还需要3万吨,才能使全国的家庭获得正常的照明。
综上所述,以中国为首的发展中国家将成为软磁铁氧体材料的生产中心,中国的发展速度将加快,预计增长速度将超过世界软磁铁氧体材料6%/年左右的增长率,按15%/年均增长率向前发展,稳居世界第一生产大国。
按照全国磁性行业“十二五”规划,2015年,我国除台湾省外软磁铁氧体产量计划达到48万吨。
从市场分布情况看,开关电源变压器用功率铁氧体、高μ铁氧体、电子镇流器及照明变压器用铁氧体、宽带射频铁氧体、抗电磁干扰器件用铁氧体的需求将会有较大的发展。
随着我国工业化程度的提高,投资类产品所需软磁铁氧体比重正在迅速提高,彩电、计算机市场的扩大,为其配套的软磁铁氧体磁芯需求量仍在稳步增长。2011~2015年我国软磁铁氧体生产情况预测见表2。
表 2  2011~2015年我国软磁铁氧体生产情况预测
年份 产能(万吨) 产量(万吨)
2011年 40 36
2012年 45 40
2013年 50 45
2014年 55 51
2015年 60 57

在软磁铁氧体的产品中,高磁导率材料约占20%、功率铁氧体材料约占25%,宽带射频铁氧体占15%,高频软磁铁氧体材料约占40%。增长最快的将是MnZn铁氧体。2011-2015年我国软磁铁氧体增长情况预测见表3。
表 3  2011-2015年我国软磁铁氧体增长情况预测
年份 增长速度 (%)
2011年 12
2012年 13
2013年 14
2014年 13
2015年 13[#page#]


8.1 近年发展较快的市场
1)通讯领域——4C(计算机/通信/广电/内容服务)融合和3G方向的发展推动市场对高频率、小型化、高性能、低损耗和抗电磁干扰的磁性材料需求。
2)计算机领域——上网本、笔记本电脑要求磁性元件进一步向高频化,片式化、低损耗和抗电磁干扰方向发展,推动计算机用软磁铁氧体的市场发展。
3)汽车电子领域——汽车电子系统EMC装置、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变换器用软磁铁氧体将增长快速。
4)消费类电子——高清晰3D、健康环保LCD、LED、PDP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、电子镇流器荧光灯、高频无级灯)对高性能软磁铁氧体需求旺盛。
5)环保能源领域——风能、太阳能中转换器、变换器、逆变器对高性能软磁需求增长。
8.2 新兴市场领域
1) TV背光源逆变器
画面清晰、健康环保的大屏幕TV随着第八代屏的量产化,制造成本和售价迅速下降,产销出现高峰。每台LCD TV背光源逆变器要用12~26付铁氧体磁心,将成为软磁行业近期最重要的新经济增长点。
2) 3C认证和抗EMI器件
3C认证包括音视频、信息技术、照明、电信终端等多种电子设备。以铁氧体磁心为主体的抗EMI器件已成为不可或缺的主要部件,其市场容量之大,令人难以想像。 
3)汽车电子和节能电子
汽车电子的迅猛发展,给软磁铁氧体提供了一个令人鼓舞的应用领域。2009年中国汽车电子产业规模将高达1600亿元。令人瞩目的是环保节能的混合动力汽车核心部件之一是电能转换变换器,其中使用了类似TDK PC95的高性能的宽温低损耗铁氧体磁心,这是近来软磁铁氧体行业技术进步的标志性成果之一,也为这一行业提供了未来看好的一个高端市场。 
4) 3G移动通讯和模块式电源及表面贴装器件
3G移动通信技术以卓越的多媒体数据传输能力和高速互联网连通为特点,无疑将取代目前的GSM/CDMA技术。需要新建数量庞大的3G基站(覆盖面30公里/站)方能构成完善的通讯网络。基站设备需用多种软磁铁氧体器件,尤其是二次电源普遍为模块式电源,需大量平面型或表面贴装型磁心。3G时代的到来,为软磁铁氧体开辟了新应用的乐土。 
5)绿色照明和节能设备的磁性功率器件
紧凑型电子节能荧光灯和荧光灯用电子镇流器正在成为全球数亿个家庭的必用品,此外各种新型节能电光源,如HID、LED、高压钠灯、高频无级灯等运用也愈来愈广泛。由于节能环保是全人类面临的共同课题,前景无限美好。在绿色照明节能设备中大都需用软磁铁氧体磁心作为功率器件,这形成了目前和未来软磁材料最庞大的市场之一。
8.3 结论
总的说来,随着国际产业结构的调整,我国正在形成全球最大的电子元件的消费市场;这将带动我国软磁铁氧体磁性材料的持续发展,在新型电子产品中,无源器件平均占生产总成本的9.1%,无源电子元件近20年增速平均保持在20%左右。巨大的市场容量为软磁铁氧体产业提供了快速持久发展的空间。快速增长的新兴电子信息技术渗透到工业经济、社会的各个方面、全球节能产品市场需求旺盛导致软磁铁氧体产品产销两旺的火爆局面。
各种新兴产业的快速发展以及传统产业的升级改造,将给软磁铁氧体材料带来更为广阔的市场空间。预计,在“十二五”期间,太阳能和风能为代表的新能源产业将成为我国电力供应的重要组成部分;以电动汽车、高速铁路机车为代表的新型交通工具将进入实用阶段;以蓝光播放器、平板高清电视为代表的新型视听设备将进一步在我国广大家庭中普及;以WIFI、光纤宽带技术为代表的新一代通信技术将在全国范围内覆盖。新兴产业的发展,将大大拓展软磁铁氧体材料产品的应用领域,给软磁铁氧体材料产业起到前所未有的推动作用。
随着经济的发展,软磁铁氧体材料行业的国际竞争将更加激烈,印度、巴西、俄罗斯和东南亚各国也将逐渐成为软磁铁氧体材料新的生产区域,对我国软磁铁氧体行业“世界工厂”的地位产生冲击。
由于能源、上游原材料以及人力资源成本的压力逐渐增大,单纯依靠低廉劳动力开展生产经营的企业将步履维艰,通过产业转移降低人力成本,提高自动化水平,提高产品的附加值,将成为软磁铁氧体材料生产企业发展壮大的重要途径。
人民币的逐步升值以及国际贸易摩擦的增多将给我国软磁铁氧体材料产业的对外贸易产生巨大影响。而与此同时,我国扩大内需的政策将为软磁铁氧体材料产业的贸易转型提供广阔的空间。
低碳、节能环保等观念开始在全国工业领域中推广,并对中国软磁铁氧体材料制造业产生深远影响。
总体上,由于软磁铁氧体的应用促进了应用项目的高效、节能和环保化,使其在应用上不断发展,是典型的低碳经济产业,并在许多领域存在巨大的发展潜力,从而使软磁铁氧体材料产业这一节能环保的朝阳产业在整体上呈现巨大的发展空间。我们认为从长远来看,我国市场消费结构向国外靠拢是大势所趋,新兴应用推动软磁铁氧体行业需求增长,传统需求受涨价影响不大,中高端软磁铁氧体材料未来增长前景非常广阔。

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