近年来,非晶合金新材料产业发展较快。非晶合金软磁功能材料在电力电子产业中展示出节能减碳特点,在新能源产业中有广泛应用,表现出巨大市场潜力。非晶合金另一形态——块体非晶,一般作为结构件材料,以形成能力较好的锆基合金为主,其在消费电子、精密仪表、军工等领域有广阔应用前景。虽发展多年,但块体非晶合金产业尚未形成规模。
最近,有消息说美国苹果公司明年折叠屏手机拟采用块体非晶作为铰链。如果信息可靠,将对块体非晶产业应用推广起到很好示范。
中国电器工业协会非晶合金材料应用分会秘书处(下称中电协非晶分会)也注意到,锆基非晶合金铰链产业成熟度、良率、效率、成本及规模化等问题是苹果公司咨询的重点。
块体非晶产业发展,我国该领域在全球中处于什么位次?好材料为什么没有形成大市场?
铰链:折叠屏消费电子关键的“关节”
块体非晶铰链作为折叠屏消费电子关键的“关节”,其性能直接决定了设备的耐用性、顺滑度和轻薄化水平。块体非晶因其独特的非晶态结构(无晶界、高硬度、低摩擦系数等)成为铰链材料的理想选择,其核心优势突出:一是高强度与高耐磨性。块体非晶的屈服强度为1.8~2.2 GPa,远超不锈钢(0.5 GPa)、钛合金(1 GPa)和MIM钢(1.4 GPa)等,可减少铰链厚度(如从0.3mm降至0.1mm),实现更轻薄设计,同时可承受折叠屏数十万次弯折的疲劳载荷。二是弹性极限高。块体非晶的弹性应变极限可达2%(传统金属<1%),使铰链在反复开合后不易发生塑性变形,保持屏幕平整度。三是疲劳性能优异。块体非晶合金的原子无序排列特性,从根源上抑制裂纹萌生,寿命提升2倍以上,官方测试寿命达50万次(每日折叠100次可用13.7年)。而传统金属(如不锈钢、钛合金)在使用10~20万次折叠后易出现塑性变形。其他,还具有耐腐蚀性能强和抗菌等特性等等。
华为公司率先尝试用锆基非晶合金结构件。2019年,华为手机首代Mate X量产,铰链用了锆基非晶合金,华为折叠屏手机发布时,将此材料作为核心技术进行推介。
今年6月27日,华为余承东在视频号中推介其折叠屏电脑,再次称其核心技术折叠屏铰链采用了块体非晶这一材料。
苹果公司折叠屏手机即将发布,其关键零部件铰链选用什么材料制备是行业最为关心的话题。
两年前,苹果公司相关技术人员已调研折叠屏铰链材料。苹果公司对材料的选择始终被行业奉为发展的风向标。
当然,因为成本问题,韩国三星等公司折叠屏手机铰链使用特殊钢或者MIM注射成型技术,且开始增量,势头上升很快。
但同时,折叠屏手机企业也不断收到投诉:手机出现很多问题,其折痕、卡顿、变形等难题引起行业关注。众多消费电子企业均认可,选用块体非晶做铰链是高品质折叠屏手机最优方案之一,也能从根本上解决投诉问题。
产业:举起的锤子如何找到钉子?
十多年前,传苹果公司拟将块体非晶作为其手机外壳件,且申报了若干专利。国内企业闻风而动。深圳富士康专门成立液态金属研发机构。华为公司也和相关高校科研单位合作研发先试先行。比亚迪中央研究院也成立相关部门,开展相关技术攻关和试生产。其他,如帕姆蒂昊宇、宜安科技、东莞逸昊、常州世竟、三祥新材、江苏混沌、上海富驰、沈阳非晶科技、歌尔声学、瑞声科技等公司纷纷调研布局。装备企业如力劲集团、海天集团等开始参与装备研发,产业一度形成热潮。
一直在布局却不入局。苹果公司对块体非晶“只听楼梯响不见人下来”的态度让很多国内企业失去了耐心,这是影响锆基非晶发展的主因,且受制于当时条件,制备锆基块体非晶产品效率低、良率低、成本高,手机厂商均放弃其作为外框方案。2017年始,大部分企业不再跟进,或停止或转型。
最终,只有宜安科技、东莞逸昊、常州世竟、江苏混沌、帕姆蒂昊宇等少数企业在坚守,零星地为手机、耳机等部分零部件加工。多年来,年总销售额在不到10亿的基数上努力跳跃。部分企业生产边缘产品,如耳机、新能源汽车配件、眼镜外框等。由于数量和价格原因,并未形成规模化市场。
一直以来,块体非晶生产技术日渐成熟,但应用在哪里?如同举起的锤子找不到钉子。
信心:企业有动作市场有反响
市场对产业发展十分敏感。最近很多关联信息均对块体非晶合金发展营造出积极氛围。下面几则信息对行业人士来说,也许能嗅到什么。
7月2日,宜安科技公告称,公司拟以自有资金对控股子公司逸昊金属增资人民币1.2亿元。2天后,他们在杭州合作投资一个块体非晶合金项目。
也是这天,荣耀在深圳发布了其Magic V5折叠屏旗舰手机,以8.8毫米的厚度刷新了行业最薄纪录;此后不到一周,vivo、三星等多款折叠屏相继登场,小米一款手机也有望在8月份亮相。
还是这天,有消息称,美国苹果公司的折叠屏iPhone已于今年6月正式进入P1(第一阶段原型机)开发流程,并有望在2026年下半年发布。
中电协非晶分会秘书处也发现,近期锆基非晶合金生产企业得到资本市场的积极反应:江苏混沌得到大客户公司研发投资和其他资本注入;宜安科技股票价格从不到7元到今年最高接近15元;其他相关生产企业也得到基金的关注,有的已开始为上市做准备等。
得益于华为折叠屏手机,国内块体非晶市场才开始有起色。2024年华为三折叠Mate XT推向市场,今年上半年销量达40万台,高端市场接受度显著突破。华为折叠屏电脑开始走向市场。
锆基非晶合金在医疗器械、精密仪器仪表等领域也开始形成市场。另外,军工需求量大,国内部分有资质企业开始提供测试样件。
中电协非晶分会负责人在接受企业咨询时表示,锆基非晶合金在消费电子结构件应用领域的竞争优势尚未有材料可完美替代,未来市场还将进一步扩大。如果苹果折叠屏手机采用锆基非晶铰链,按折叠屏手机年出货量1500万台计,结合其他手机企业用量,锆基非晶铰链年需求量十分庞大。
据非晶中国大数据中心测算,未来我国锆基非晶合金以年30%~40%增幅呈现于市场。今后3~5年内,其市场潜在年需求总额将超100亿元。
问题:需多角度多举措破局开新局
当前,我国块体非晶合金产业化无论从认知上还是设备工艺上,还需要从多方面着手破局,夯实基础,立足需求,展示材料不可替代性,努力做到像非晶软磁材料市场应用一样。
首先需要破除思维固化。块体非晶也要努力向功能方向开发。选择一款高形成能力的铁基块体非晶合金,其具有高饱和磁感应强度、高磁导率、低损耗、易于加工等特点,可以直接铸造或加工成各种复杂结构的微磁芯,制成微型变压器或电感器,应用于各种电子或通讯设备中,具有十分广阔的应用前景和市场潜力。目前有企业开始尝试。
其次,关键要研发出高质量生产结构件的“工业母机”。当前,锆基非晶合金产品已多次迭代和升级,产品机械性能和力学性能均有大幅提升。新的压铸设备开始争抢主角,热塑成型、半固态成型,梯度冷却、工艺指纹等新设备新工艺得到下游客户支持。需要承认的是,块体非晶装备是集机械、电控、耐火材料、冶炼材料、算法等多学科交叉融合,是一个跨学科开发出来的装备。未来,锆基非晶装备更是集成化、模块化和多功能系统,为非晶合金铸造出崭新的未来。“如果苹果等折叠屏手机选择块体非晶,装备市场是个不可忽视的机会,国内至少需要高质量母机500台套。”一位行业分析师判断,“好产品是好设备生产出来的。”
第三,标准缺失也是制约其发展的关键因素之一。块体非晶合金的产业亟需从“材料—工艺—产品—检测”全链条建立标准体系,以降低生产不确定性、提升市场接受度。材料名称、检测方式、性能要求,等等,均需要一个行业认可的统一标准,这方面一直没有得到企业重视。可喜的是,中电协非晶合金标准专委会负责人表示,块体非晶标准是他们今年标准研制工作重点,他们将先从团体标准入手,解决行业发展的痛点。同时,他表示,因国际上我国块体非晶产业做得最好,他们制定的标准将积极提交国际标委会,争取成为国际标准。
多年来,我国块体非晶合金产业在困难中摸爬滚打,有经验有历练。可以说,产业化雏形已形成,技术积累有储备,实践验证得到充分认可,市场开拓也取得一定成绩,这些优势是其他国家无法比拟的。我们也要知道,知名企业带头示范能加快产业发展速度,但实实在在的产业化“临门一脚”还是要靠自己来踢。
今秋,我们向往“红芳满园苹果香”,但也要有“欲摘还远自悲伤”的准备。
华为三折叠手机天工铰链
(作者单位:中国电器工业协会非晶合金材料应用分会)
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