磁芯产业深度调研及未来发展现状趋势

磁芯产业深度调研及未来发展现状趋势

全球软磁铁氧体行业市场现状我国软磁铁氧体的生产起步于20世纪50至60年代。受益于家电产业链的带动，20世纪80至90年代我国软磁铁氧体的工业化生产得到高速发展，企业数量不断增加，产量规模迅速扩大。国外知名磁性材料生产企业亦逐渐加大在我国投资建厂的力度，带动我国磁性材料生产规模、生产技术和产品性能的提升。我国磁材产量增长及应用领域在双碳目标背景下，绿色、智能、高质量发展方向的政策陆续出台，新能源、风电、节能家电、智慧城市等领域持续景气，磁材需求迎来增长，行业空间广阔。近5年，国内铁氧体永磁材料约产量约53万吨，生产企业竞争较为激烈。总量方面，国内产量波动较大。据中国电子元件行业协会数据，2015年以来铁氧体永磁产量在53万吨上下波动。竞争格局方面，产能分散，小型厂商众多。据新材料在线数据，2021年年产能10，000吨以上企业占比不足10%；年产能1，000吨以下企业占比超过40%，中小企业间竞争较为激烈。软磁铁氧体产量庞大，高端市场有待开拓。总量方面，国内软磁铁氧体生产产量稳定、规模庞大。2014年起我国软磁铁氧体产量稳定在约23万吨左右，2020年我国产量为21万吨，在全球总产量中的比例达60%。技术方面，国内软磁铁氧体高端生产力不足。全球高端软磁铁氧体主要由日本生产，代表企业有TDK、FDK等；我国软磁铁氧体生产集中于低成本的中低端产品，在技术与性能方面仍有提升空间。稀土永磁以钕铁硼为主，钕铁硼产量稳步增长。产品方面，烧结钕铁硼以其优异性能成为稀土永磁主流产品，产量持续增长。2020年国内稀土永磁95%产量为烧结钕铁硼永磁材料、4%为粘结钕铁硼永磁材料、1%为钐钴永磁材料。2021年钕铁硼产量为21．94万吨，同比增长12%。电声家电更新迭代扩大永磁铁氧体需求空间。下游应用方面，电声、家电行业是最大应用领域。据智研咨询数据，电声行业在永磁铁氧体下游中占比37．1%、家电行业占比18．2%。电声行业方面，电声产品通常伴随消费电子产品使用，移动智能终端产品的普及使新一代电声产品（如TWS耳机）销量迅速扩张，形成永磁铁氧体需求。家电方面，永磁铁氧体主要用于变频家电、智能家电电机，其市场规模稳中有升。锰锌铁氧体是最常见的软磁铁氧体，主要用于电动机。锰锌铁氧体为我国最主要的软磁铁氧体，其下游应用主要是电动机、变压器、发电机，是电子工业和机电工业的基础材料和支柱产品。以软磁铁氧体为基础的EMI磁性元件发展迅速，是现代电子设备、工业和民用电子仪器不可或缺的组成部分，需求水平持续增长。新能源车核心零部件原材料，强势拉动稀土永磁用量扩张。钕铁硼是永磁同步电机核心材料，用于制造核心零部件永磁转子及其他微小电机，在新能源汽车中作用重大。据中国汽车工业协会，新能源汽车单车钕铁硼用量约3-5千克。新能源车有望强势拉动钕铁硼需求扩张。其他应用场景如变频空调、消费电子等市场规模总体呈上升趋势。软磁铁氧体行业发展前景与其他软磁材料相比，软磁铁氧体在材料中高频损耗和技术成熟度具备一定竞争优势，终端应用场景广泛，其用途的基础性和普遍性使其需求增长呈现出较为稳定的特征；同时，近年来伴随新能源汽车、光伏发电、5G通讯等行业迅速发展，下游电子化场景的增加带动电子磁性元件需求量的增加，对于磁性材料的性能要求也更高，新兴应用场景将成为软磁铁氧体未来重要的需求增长点，高性能、高可靠度、高环境适应性的软磁铁氧体将迎来更广阔的增长空间。软磁铁氧体材料的基本情况根据磁性强弱，物质的磁性可以分为抗磁性、顺磁性、反铁磁性、铁磁性和亚铁磁性，其中铁磁性和亚铁磁性物质为强磁性物质。磁性材料通常指称强磁性物质，主要由过渡族元素铁、钴、镍等元素及其合金组成。根据应用类型的不同，磁性材料可以分为软磁材料、永磁材料和功能磁性材料。软磁材料是对磁通密度及磁化强度具有低矫顽力的磁性材料，与硬磁材料相比，其易于磁化，亦易于退磁，通常用于制备成电感、电子变压器等各类电子磁性元件实现电能传输、电能变换、信号筛选等功能。根据材质和结构的不同，软磁材料可以分为金属软磁、软磁铁氧体和非晶、纳米晶软磁合金。金属软磁以硅钢片为典型代表，是最早的软磁材料，由于其电阻率较低，在高频下损耗较高，更适用于低频场景。金属软磁粉芯由铁镍、铁硅、铁硅铝等合金软磁粉制成，对传统硅钢片高频高损耗的缺点有所改进。软磁铁氧体材料具有较高的电阻率和较低的饱和磁通密度，因在中高频场景内损耗较小，机械加工特性好，在诸多领域被广泛应用。非晶合金软磁由合金溶液在急速冷却的工艺下制备成非晶态合金薄带，纳米晶软磁在非晶合金软磁的基础上通过适当的退火环节得到纳米级别的软磁合金，以上材料在饱和磁通密度和电阻率上具备更优良的综合性能，但在技术成熟度上低于金属软磁和软磁铁氧体。总体来看，不同种类的软磁材料由于在电磁特性、技术成熟度、产品价格上的差异，应用于不同的需求场景。软磁铁氧体按照配方的不同主要包括锰锌系、镍锌系和镁锌系，其中锰锌系铁氧体是应用最广、产量最大的软磁铁氧体材料，根据QYResearch的统计，2020年锰锌软磁铁氧体的产量占软磁铁氧体总产量的75．6%。软磁铁氧体材料的电磁性能是下游客户评价的关键因素，电磁性能的核心参数主要包括初始磁导率μi、饱和磁通密度Bs、功率损耗Pcv、居里温度Tc。磁导率代表磁芯空间中线圈流过电流后，产生磁通的阻力或是其在磁场中导通磁力线的能力，初始磁导率代表磁导率在静态磁化曲线始端的极限值。对于高导类材料而言，磁导率越高则用较少的线圈匝数即可以达到既定电感量，可缩小电子磁性元件的体积。代表磁化到饱和状态的磁通密度，达到饱和状态以后，磁性材料的磁通将不随电流的增加而增加。对于功率类材料而言，高饱和磁通密度意味着电子磁性元件能够承载更高的工作电流，提升电感容量和功率密度，缩小器件体积。某一电网电路能源输入输出转化过程中损失的功耗。低功率损耗可以减小器件发热，提升转换效率。磁性材料中自发磁化强度降到零时的温度，是铁磁性或亚铁磁性物质转变成顺磁性物质的临界点。居里温度越高表明磁性材料可以在更高的温度下依旧保有电感值。合金软磁行业概览磁性材料主要可以分为永磁和软磁两类。永磁材料又称硬磁材料，这类材料能长期保留其剩磁，具有较高的矫顽力，能经受不太强的磁场干扰。软磁材料与之对应，矫顽力低，磁导率高，既容易受外加磁场磁化，又易退磁。其主要功能是导磁、电磁能量的转换与传输，被广泛应用于电能转换设备中，是电子电力时代的重要材料。软磁材料主要可分为金属软磁、铁氧体软磁、非晶及纳米晶三类。金属软磁应用广泛，全世界年产百万吨以上，可继续细分为纯铁、硅钢、坡莫合金、金属软磁粉芯等类别，其中金属软磁粉芯性能最为优异，在光伏、储能、新能源汽车等板块广泛应用。产业政策支持为软磁铁氧体行业提供发展机遇软体铁氧体材料作为电子元器件产品产业链上游的关键电子材料，高性能的软磁铁氧体对制造业体系产业升级具备重要的战略性意义，长期受到国家产业政策的有利支持。国家工信部发布的《基础电子元器件产业发展行动计划（2021-2023年）》中明确要在磁性材料等电子元器件上游配套关键产业实现技术突破，重点发展高磁导率、低磁损耗的软磁元件。产业政策的支持将促进电子元器件及电子材料产业规模扩大、技术水平提升，行业内大型企业综合竞争力的增强。软磁材料发展历程软磁材料在工业应用中已有一百多年的历史，依据时间先后可以划分为四个发展阶段：第一阶段为19世纪末叶至20世纪初，纯铁、硅钢等软磁合金陆续问世。纯铁是工业上应用最早的软磁材料，1886年美国Westinshouse电气公司首先用杂质含量约为0．4%的热轧低碳钢薄板制成变压器叠片铁芯。随着电力工业和电讯技术的兴起，低碳钢制造电机和变压器得以广泛使用。20世纪初，研制出硅钢片代替低碳钢，提高了效率，降低了损耗。至今，硅钢片在电力工业中对于软磁材料的使用仍居首位。同时，随着电话技术的发展，在弱电工程中提出了材料需具有高磁导率的要求，铁镍系等各类软磁合金便应运而生。到20世纪20年代，无线电技术的兴起，更促进了高磁导率合金的发展，坡莫合金（78Ni-Fe）、缪高磁导合金（Mumetal，77Ni-5Cu-Fe）、坡明瓦（Perminvar，43Ni-23Co-Fe）、坡明杜尔合金（50Co-2V-Fe）及坡莫合金磁粉芯等相继出现。第二阶段为20世纪30年代到40年代，金属软磁材料发展迅速，铁氧体软磁材料应运而生。20世纪30年代到40年代，金属软磁材料在品种、性能和应用等方面都有了迅速的发展。这期间研制出了多元坡莫合金、铁硅铝粉状高磁导率合金和单取向硅钢，羰基铁粉被压制成铁粉芯。同时期也开始了对于铁氧体的研究：随着高频无线电技术的发展，生产中迫切需要一种同时具有铁磁性和高电阻率的材料，1935年，荷兰Philips实验室Snoek成功研制出了适合在高频下应用的铁氧体，实现了尖晶石型锌铁氧体的工业化，拉开了软磁铁氧体材料在工业中应用的序幕。第三阶段为20世纪50年代到70年代，铁氧体生产取得重大突破，纳米晶合金的发明成为软磁材料发展的新里程碑。20世纪50年代，人们开发出了石榴石型铁氧体、平面型铁氧体等多种型号的铁氧体，为铁氧体奠定了坚实的工业基础。经过20年的发展至20世纪70年代，生产的铁氧体磁导率显著增大、损耗降低、频带变宽。1988年，日本日立金属公司在非晶合金基础上通过晶化处理开发出纳米晶软磁合金，此类合金的突出优点在于兼备了铁基非晶合金的高磁感应强度和钴基非晶合金的高磁导率、低损耗。其组元少，不含有贵重的Co、Zr、Nb、B等元素，是一种成本低廉的铁基材料。纳米晶合金的发明是软磁材料的一个突破性进展，把非晶态合金研究开发又推向一个新高潮。第四阶段为20世纪80年代至今，高性能软磁复合材料产业化