新基建用稀土功能材料产业的国际发展现状及趋势

（1）稀土磁性材料
高性能稀土永磁材料在新基建中扮演着非常重要的角色，带动或促进几乎所有领域发生了以绿色、智能为特征的群体性技术，已经广泛应用于新一代信息技术产业、先进轨道交通装备、与新能源汽车、电力装备、智能移动终端等领域。


在烧结钕铁硼方面，国外主要以日本为主，日本已能够大规模稳定生产磁能积（MGOe） 和矫顽力（kOe）之和大于 75 的烧结磁体；稀土永磁产量虽不及我国，但生产的磁体性能高， 大部分应用在音圈电机（VCM）、核磁共振（MRI）、汽车电机等领域，特别是随着混合 动力汽车（HEV）的兴起，其驱动电机用高矫顽力、耐高温磁体的研发和应用代表了日本磁体的发展水平和趋势。国外稀土永磁产业自动化水平、研发能力、装备控制水平与精度均明 显优于我国，在磁体综合性能测试评价及应用器件开发方面的优势则更为明显。近几年，随着新基建的发展，电机、风力发电和电动汽车等领域用高性能稀土永磁材料的市场 需求日益增加，也进一步加快了对低重或无重稀土高矫顽力新型永磁材料的研究。


在黏结磁体方面，黏结稀土永磁材料具有精度高、形状复杂、一致性好、原料利用率高等优点，主要应用于人工智能机器人和数控机床、工业互联网用高性能计算机与服务器、 城际高铁和城市轨道交通以及与新能源汽车等领域。根据黏结剂的不同加工特性，黏结磁体成型方式分为压缩、注射、挤出和压延四种。日本大同电子、爱普生和 TDK 是压缩成 型高精度磁环的典型代表，爱普生还同时拥有注射和挤出成型技术，欧美以自动化程度高的 注射成型为主，日本的 MATE、户田工业、大同电子等在注射成型用颗粒料方面占据垄断地位。美国相关研究人员采用大区域增材制造（Big Area Additive Manufacturing）的方法 制备得到近终成型的黏结磁体，黏结剂 Nylon-12 含量在 35%（体积分数），磁体磁能积达到 5.5MG·Oe。目前黏结磁体用磁粉为快淬方法制备的各向同性永磁粉，该种磁粉的成分与工艺均由美国麦格昆磁公司的前身 GE 磁体事业部发明，经过几十年的发展，仍然依据其成熟 的技术与垄断的专利占据市场 80% 以上份额。


随着我国稀土永磁产业的不断壮大，国外的永磁产业逐渐向国内转移，目前在欧洲，烧结钕铁硼企业只有一家—德国的真空熔炼公司（VAC），其两个生产基地一个位于德国的 Hanau（VAC 总部），另一个位于芬兰的 Pori（VAC 子公司 Neorem 公司）。日本除了大同特殊钢的 IMJ 公司以外，日立金属、信越化学、TDK 三大磁体厂均在中国设立合资公司。


（2）稀土发光材料
稀土发光材料作为照明、显示和信息探测器件的核心配套材料，目前已广泛应用于照明和新型智能显示等领域，是新基建领域内的建筑和室内照明、液晶平板显示和光电子器件与夜间应急指示等的应用主力。目前国内白光 LED 在通用照明和显示领域渗透率分别 超过 50% 和 90%。传统稀土发光材料已进入成熟发展期，国内外研究聚焦在全光谱照明、高能量密度激发和广色域显示的新兴应用领域，配套荧光材料的质量要求越来越高、需求量越 来越大，较好地满足了新基建的发展需求，也为 LED 荧光粉、三基色荧光粉和长余辉荧光粉的高质化提供新的发展空间。此外，随着新基建中工业互联网和人工智能的发展，对更高灵 敏度的非可见光源探测器件的需求量将快速增长；采用成熟蓝光 LED 芯片配合荧光粉技术方 案的荧光转换型近红外光源，在食品检测和安防监控等领域应用前景广泛，预期打破国外对红外芯片的技术和市场垄断。

自从德国欧司朗提出了食品检测领域用荧光转换型近红外 LED 光源的理念，该技术成为了全球关注焦点。荧光转换型近红外发光材料的竞争主要来自两方面。一方面是与近红外芯片的竞争，芯片是近红外光源的传统实现方式，如德国欧司朗（OSRAM OS）、韩国三星、 美国高通等企业正针对芯片技术展开激烈竞争。截至目前，荧光转换型近红外发光材料在老 化性能等方面还无法完全取代近红外芯片，竞争压力较大。另一方面则是针对荧光转换性近 红外 LED 的技术、市场竞争，近红外发光材料面前处于全球同步开发的阶段。
针对安防监控在工业互联网中的重要作用，未来国外的发展趋势为重点研究安防监控领域用短波近红外发光材料，开发其关键制备技术和装备，针对安防监控服役需求，重点开展其应用技术研究， 填补该领域研究空白（表 17-1）。

（3）稀土抛光材料
国外对稀土抛光材料的生产主要围绕高端领域展开，涉及高世代 TFT 玻璃基板用稀土抛光粉产品和集成电路用纳米氧化铈抛光液产品等。针对高世代 TFT 玻璃基板领域，由于该行 业属于典型的技术密集型和资本密集型行业，制造工艺复杂，技术门槛高，核心技术只被少数国家所掌握。当前国际上大尺寸 TFT 玻璃基板的精密研磨抛光技术只有日本 AGC 公司能够掌握，采用的稀土抛光粉主要是三井公司生产的含氟铈基稀土抛光粉，由于技术垄断，稀 土抛光材料的销售价格是普通稀土抛光粉材料的 10 倍。

对于新基建所需的集成电路领域，CeO2 抛光液产品主要用于该领域浅沟道隔离和层间介质层的 CMP 工艺中。国际上，日本 Hitachi 公司是 CeO2 抛光液的开创者。1998 年，该公司 将 13% ～ 15%（质量分数）CeO2 粉末与多种添加剂配制成抛光液，使其具备较高的氧化 物 / 氮化物抛光选择去除比，取代了传统抛光工艺用 SiO2 抛光液，首次将 CeO2 抛光液应用 于集成电路制造过程中浅沟道隔离的 CMP 工艺（CN1746255），并奠定了该公司在浅沟道 隔离工艺 CMP 抛光液领域的霸主地位。2018 年，Hitachi 公司新推出的纳米 CeO2 粉体抛光液， 浆料外观颜色由原来的白色乳液变成了透明液体，极大地提升了浆料悬浮稳定性。纳米 CeO2 含量降至 1%（质量分数），抛光液具有 300nm/min 的高去除率，SiO2/Si3N4 选择去除比高达 30。此外，美国 Cabot 公司、Ferro 公司和法国 Solvay 公司等大型企业也有 CeO2 系列抛光液 产品，但集成电路 CMP 工艺用的 CeO2 抛光液市场份额较少，主要以光学玻璃用 CMP 抛光 液为主导产品。随着集成电路沿着摩尔定律飞速发展，即集成电路上可容纳的元器件数目约每隔 18 ～ 24 个月便会增加一倍，作为一种可以满足集成电路加工精度要求的 CMP 工 艺技术要求也不断提高，这意味着其关键耗材 CMP 抛光液的技术开发也以同样的速度提升， 因此对于集成电路领域，CMP 抛光液的技术迭代速率远高于精密仪器用光学玻璃、超大屏幕 显示器用高世代玻璃等其他领域用 CMP 抛光液的开发，开发特定制程特定工序所需的 CMP 抛光液将是未来的发展方向。

（4）稀土金属及特种合金材料
高纯稀土金属的主要应用领域是磁性材料、电子信息用溅射靶材、闪烁晶体、大功率激光晶体和光纤材料等，以及新型稀土功能材料的研发等。随着轨道交通、新能源汽车等新基建及相关领域的发展，稀土金属及合金靶材才具有广阔的发展空间。

目前，高纯稀土金属生产及应用主要集中在日本和美国，相关生产企业不少于 10 家，2016 年底，日矿金属、东曹、霍尼韦尔等企业已实现大尺寸 4N 级高纯稀土金属溅射靶材的生产，控制了面向电子信息配套的高端大尺寸稀土靶材的供应。

稀土特种合金方面，5G 基建射频滤波器用高钪含量铝钪合金靶材，目前已大量应用于新型钪铝氮压电薄膜制程中。作为滤波器用高纯铝钪合金靶材，由于铝和钪金属的熔点差异性大，钪含量越大，制备难度越大，越容易出现成分偏析、合金相不均匀、难加工成型等系列 的难题。日本日矿金属、东曹、美国霍尼韦尔、Material 等公司是主要铝钪合金靶材供应商， 批量供应钪含量 5% ～ 15%（原子分数）Sc 含量铝钪合金靶材，成功应用于射频滤波器件中。

轻量化稀土合金材料也有较大发展。铝合金中添加少量稀土，可以降低硅含量，提高导电率，改善铝合金的电导及热导性能，同时极大地提高铝合金的延展性能，这类铝合金大量 用于高压传输导线。Sc 作为新一代高性能铝合金微合金化元素，在西方工业发达国家的工业 体系中发展迅速，并已开发出含 Sc 铝合金应用于各个领域，尤其是在科技领域取得了辉 煌应用成就。在交通运输轻量化领域，国外对等汽车车身板用铝合金中加入微量（0.2% 左右） 稀土和快凝 Al-5Ti-1B 粉末，改善加工性能和热处理性能，为汽车车身板铝化和汽车轻量化 创造了良好的条件。

（5）稀土功能陶瓷材料
MLCC 制造需要综合材料制备技术、精密制造技术和设备关联技术。水热法和稀土掺杂钛酸钡是电介质陶瓷和高端 MLCC 常用的优化手段。MLCC 的关键技术目前基本由国外企业垄断，尤其是日韩企业。而国内产能主要分布于中低端产品，技术也处于追赶地位。MLCC 主要朝着高容量化、微型化、高压化、高频化和高温化方向发展（见图 17-2）。


实现以上优化的基础条件是高质量电介质陶瓷粉体。目前高端电介质陶瓷粉体及 MLCC 制备技术和产能被国外企业垄断。根据图 17-3，全球超过 65% 的电介质陶瓷粉来自日本企业。日本堺化学 是全球大的陶瓷粉体供应商，也是一家实现水热法量产纳米钛酸钡的企业。目前其可以量产粒度 100nm、高分散、高纯度的水热法钛酸钡陶瓷粉，且产品在高端 MLCC 中应用广 泛。此外，由于 MLCC 生产中陶瓷粉体与后续工艺的高关联性，器件生产企业也非常重视粉体技术的开发。MLCC 龙头企业日本村田电子虽然不以陶瓷粉为主营业务，但近年也与多家 粉体生产企业合作积极开展粉体开发。目前村田电子也具备 100nm 的湿法钛酸钡生产能力。并在此陶瓷粉基础上添加稀土氧化物掺杂改性，生产出微小尺寸、电容值高达 10 ～ 100μF 的 MLCC。据 Paumanok 报道，2009—2014 年村田电子自产电介质陶瓷材料占公司总用量的 80% 以上，远高于第二名风华高科的 43%。


基于高质量稀土掺钛酸钡制备技术，以及配套流延、共烧技术，日本村田电子已经实现 了 0.5μm 介电薄膜和 0.4μm 内电极多达 1200 的堆叠，如图 17-4 所示，而国内厂商普遍叠层 水平只能达到 300 ～ 500 层。