5.1　產(chǎn)業(yè)發(fā)展的背景需求及戰(zhàn)略意義

　呼吸機(jī)產(chǎn)業(yè)背景分析

呼吸機(jī)為治療呼吸衰竭患者的重要器械。呼吸機(jī)用于機(jī)械輔助通氣，實(shí)現(xiàn)幫助患者正常呼吸。當(dāng)患者呼吸功能失常時(shí)，呼吸機(jī)可以模仿人的呼吸速率將含氧量不同的氣體（21%～100%）送進(jìn)肺部，并規(guī)律性地進(jìn)行氣體交換，幫助患者改善缺氧、二氧化碳滯留狀態(tài)。呼吸機(jī)能夠?yàn)榛颊咛峁┪醴?wù)，以及幫助呼吸功能存在障礙的患者恢復(fù)正常生活，隨著現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的迅猛發(fā)展，呼吸機(jī)的應(yīng)用越來(lái)越普遍，發(fā)展也越來(lái)越快。

呼吸機(jī)主要分為單水平呼吸機(jī)、單水平全自動(dòng)呼吸機(jī)和雙水平呼吸機(jī)，其中單水平呼吸機(jī)及單水平全自動(dòng)呼吸機(jī)主要適用于睡眠呼吸暫停綜合征患者，雙水平呼吸機(jī)主要適用于慢性肺阻等肺部疾病患者。

5.1.1.1　呼吸機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

呼吸機(jī)于2000年前后進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)，近年來(lái)隨著電商渠道的崛起，呼吸機(jī)的購(gòu)買渠道更加多樣化，市場(chǎng)呈現(xiàn)快速發(fā)展態(tài)勢(shì)，同時(shí)伴隨著國(guó)內(nèi)基層醫(yī)院的設(shè)備升級(jí)，呼吸機(jī)消費(fèi)需求持續(xù)增長(zhǎng)，我國(guó)呼吸機(jī)市場(chǎng)規(guī)模從2014年的55.8億元增至2018年的116.1億元（圖5-1）。

呼吸機(jī)作為常規(guī)的救治儀器，已普遍應(yīng)用于臨床搶救、治療各種原因引起的急慢性呼吸衰減或呼吸功能不全，在醫(yī)院ICU搶救危重病人時(shí)起著至關(guān)重要的作用。2013—2018年我國(guó)醫(yī)用呼吸機(jī)需求量呈現(xiàn)逐年增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，2018年中國(guó)醫(yī)用呼吸機(jī)需求量達(dá)1.47萬(wàn)臺(tái)，同比2017年增長(zhǎng)了14.8%（圖5-2）。

5.1.1.2　新冠病毒肺炎疫情下醫(yī)用呼吸機(jī)的重大需求

醫(yī)用呼吸機(jī)為三類醫(yī)療器械，常規(guī)家用呼吸機(jī)為二類醫(yī)療器械。根據(jù) 2017 年版《醫(yī)療器械分類目錄》來(lái)看，家用呼吸支持設(shè)備（非生命支持）、睡眠呼吸暫停治療設(shè)備屬于二類醫(yī)療器械，一般用于家庭；治療呼吸機(jī)（生命支持）、急救和轉(zhuǎn)運(yùn)用呼吸機(jī)、高頻呼吸機(jī)、家用呼吸機(jī)（生命支持）屬于三類醫(yī)療器械，兼具無(wú)創(chuàng)與有創(chuàng)的連接方式，多在醫(yī)療機(jī)構(gòu)使用。呼吸機(jī)為抗擊疫情的重要戰(zhàn)略物資。新冠病毒肺炎的多數(shù)患者伴有呼吸困難等下呼吸道感染癥狀，在缺少特效藥的情況下，患者出現(xiàn)呼吸困難癥狀就需要給予及時(shí)的呼吸支持，確保患者血氧飽和度在安全范圍內(nèi)，緩解病程向重癥、危重癥轉(zhuǎn)化。呼吸機(jī)已成為重要的戰(zhàn)略物資，但是各國(guó)當(dāng)下儲(chǔ)備不足。歐盟委員會(huì)已決定建立囊括呼吸機(jī)和防護(hù)口罩等的戰(zhàn)略性“拯救歐洲”醫(yī)療設(shè)備儲(chǔ)備庫(kù)。美國(guó)已啟動(dòng)《國(guó)防生產(chǎn)法案》，批準(zhǔn)福特、通用和特斯拉等汽車企業(yè)制造呼吸機(jī)。

（1）受新冠疫情影響，海內(nèi)外醫(yī)用呼吸機(jī)儲(chǔ)備需求快速增長(zhǎng)

重癥診療方案中，呼吸機(jī)、人工肺不可或缺。由于缺乏抗病毒特效藥，新冠病毒肺炎患者的治療以對(duì)癥治療為主，針對(duì)性地使用藥物及支持手段，其中，推薦重型患者使用鼻導(dǎo)管或無(wú)創(chuàng)呼吸機(jī)治療，以及其他支持治療；危重患者需要有創(chuàng)呼吸機(jī)進(jìn)行通氣，如果進(jìn)一步惡化，則使用體外膜肺氧合（ECMO）治療，同時(shí)輔以更加精細(xì)化的對(duì)癥手段。

呼吸機(jī)為重癥、危重癥病房必需配置。根據(jù)中國(guó)確診患者的發(fā)病統(tǒng)計(jì)來(lái)看，新冠病毒肺炎患者中重癥、危重癥的發(fā)病占比分別為13%、6%，重癥、危重癥患者需要更加集中、高端的重癥監(jiān)護(hù)治療資源，環(huán)ICU重癥醫(yī)療設(shè)備需求急速增加，其中呼吸支持類醫(yī)療設(shè)備為重要設(shè)備。

（2）疫情刺激公共衛(wèi)生應(yīng)急儲(chǔ)備，國(guó)產(chǎn)呼吸機(jī)大幅供應(yīng)滿足醫(yī)療需求

中國(guó)急需國(guó)家級(jí)公共衛(wèi)生應(yīng)急儲(chǔ)備應(yīng)對(duì)重大疫情，環(huán)ICU醫(yī)療設(shè)備鏈中呼吸機(jī)需求大。呼吸機(jī)為救治重癥患者的必需設(shè)備，疫情暴發(fā)后，武漢地區(qū)重癥監(jiān)護(hù)資源急速擴(kuò)張7.6倍。假設(shè)應(yīng)對(duì)全國(guó)范圍內(nèi)的武漢級(jí)別新冠疫情，估計(jì)全國(guó)范圍所需重癥監(jiān)護(hù)床位數(shù)將達(dá)到23.5萬(wàn)張，合計(jì)擴(kuò)張床位數(shù)為18.2萬(wàn)張，估計(jì)至少急需新增無(wú)創(chuàng)呼吸機(jī)88261臺(tái)、有創(chuàng)呼吸機(jī)28781臺(tái)以滿足國(guó)家級(jí)公共衛(wèi)生應(yīng)急儲(chǔ)備。

后疫情期，ICU重點(diǎn)擴(kuò)建將大幅拉動(dòng)呼吸機(jī)需求。按照ICU設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)估算，未來(lái)將新增的84142張ICU床位，ICU每床必備的醫(yī)療設(shè)備將按比例同量增加，其中，呼吸機(jī)有望增加84142臺(tái)以滿足ICU建設(shè)需求。

疫情期間，國(guó)內(nèi)企業(yè)呼吸機(jī)月度累計(jì)供貨量超過1.5萬(wàn)臺(tái)。自國(guó)內(nèi)疫情暴發(fā)至3月3日，工信部重點(diǎn)監(jiān)測(cè)企業(yè)共為湖北（主要是武漢）提供了無(wú)創(chuàng)呼吸機(jī)約1.4萬(wàn)臺(tái)、有創(chuàng)呼吸機(jī)2900余臺(tái)。受疫情刺激，月度供貨量已基本覆蓋2019年的全年銷售量。

國(guó)產(chǎn)呼吸機(jī)企業(yè)擴(kuò)產(chǎn)迅速，大幅供貨滿足疫情需求。疫情期間，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)呼吸機(jī)訂單猛增，國(guó)產(chǎn)呼吸機(jī)企業(yè)積極響應(yīng)，迅速擴(kuò)產(chǎn)。在國(guó)內(nèi)抗疫期間，魚躍醫(yī)療的月度累計(jì)供貨量超過7500臺(tái)，誼安醫(yī)療的月度累計(jì)供貨量達(dá)2000余臺(tái)，明康中錦（斯百瑞）月度累計(jì)供貨量約3000臺(tái)呼吸支持設(shè)備，邁瑞醫(yī)療月度累計(jì)供貨量在1000臺(tái)以上。隨著國(guó)內(nèi)疫情平穩(wěn)，海外疫情暴發(fā)，國(guó)內(nèi)企業(yè)開始接海外訂單，魚躍醫(yī)療呼吸機(jī)訂單已排至4月底，邁瑞醫(yī)療海外呼吸機(jī)訂單量高達(dá)上萬(wàn)臺(tái)，訂單約排至6月份。

（3）海外疫情全面暴發(fā)，呼吸機(jī)面臨巨大缺口

海外疫情全面暴發(fā)，醫(yī)用呼吸機(jī)需求快速釋放。環(huán)ICU醫(yī)療設(shè)備需求將隨著重癥、危重癥人數(shù)增加繼續(xù)加大，急需進(jìn)口儲(chǔ)備。海外市場(chǎng)呼吸機(jī)緊缺，加急訂單難以滿足臨床需求，各大洲國(guó)家的呼吸機(jī)整體需求緊張。

5.1.1.3　高速靜音呼吸機(jī)電機(jī)用非晶材料的重大需求

市面上呼吸機(jī)的種類繁多，但是基本都是由濕化器、控制電路、傳感器、電機(jī)等組成，這里完成壓力輸送的就是呼吸機(jī)電機(jī)。目前呼吸機(jī)電機(jī)主要應(yīng)用的是無(wú)刷電機(jī)，無(wú)刷電機(jī)在醫(yī)療應(yīng)用領(lǐng)域獲得了大力推廣，轉(zhuǎn)速高、壽命長(zhǎng)、噪聲低的優(yōu)勢(shì)廣泛用到醫(yī)療器械中。作為呼吸機(jī)的核心部件，電機(jī)性能對(duì)呼吸機(jī)起到最核心的影響。呼吸機(jī)電機(jī)技術(shù)壁壘高，決定呼吸機(jī)質(zhì)量?jī)?yōu)劣與使用效果。以醫(yī)用有創(chuàng)呼吸機(jī)來(lái)看，按照核心技術(shù)難度、供氣方式分為低、中、高檔，呼吸機(jī)電機(jī)技術(shù)是影響呼吸機(jī)質(zhì)量的關(guān)鍵因素。其中高檔產(chǎn)品主要為外資產(chǎn)品，高檔呼吸機(jī)運(yùn)營(yíng)的穩(wěn)定性好，可靠性高，價(jià)格約為35萬(wàn)～40萬(wàn)元，中檔價(jià)格次之，價(jià)格約為20萬(wàn)～25萬(wàn)元。呼吸機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速通常在30000r/s以上，同時(shí)要求電機(jī)安靜、可靠、高效，能夠在夜間、轉(zhuǎn)院途中、急救車或洲際飛行期間通過電池供電高效地驅(qū)動(dòng)呼吸機(jī)鼓風(fēng)機(jī)。

非晶合金在磁性能方面兼具高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度、高磁導(dǎo)率和低損耗特征，現(xiàn)已成功應(yīng)用于非晶配電變壓器，其空載損耗可比傳統(tǒng)硅鋼變壓器降低60%～80%。隨著頻率升高，硅鋼鐵芯損耗呈級(jí)數(shù)快速增加，非晶鐵芯節(jié)能優(yōu)勢(shì)越來(lái)越顯著（圖5-3）。

高速靜音呼吸機(jī)向著高效性、高可靠性、輕量小型化等更高目標(biāo)發(fā)展。電機(jī)高轉(zhuǎn)速、高功率密度和高轉(zhuǎn)矩密度的實(shí)現(xiàn)，必須通過提高電機(jī)頻率得以實(shí)現(xiàn)，然而頻率的提升會(huì)導(dǎo)致電機(jī)鐵芯損耗呈級(jí)數(shù)增長(zhǎng)，嚴(yán)重影響電機(jī)效率、溫升和穩(wěn)定性，解決這一矛盾的關(guān)鍵就是開發(fā)具有高頻低損耗的新型電機(jī)定子鐵芯及軟磁材料（圖5-4）。

相對(duì)于傳統(tǒng)的電機(jī)鐵芯硅鋼材料，非晶合金應(yīng)用于高速靜音呼吸機(jī)電機(jī)鐵芯，不僅可以降低電機(jī)鐵芯損耗，還因其具有高磁導(dǎo)率的特征，可以降低電機(jī)的啟動(dòng)電流、提高電機(jī)的響應(yīng)速度，降低電機(jī)的銅損；而且，非晶材料在電機(jī)的工作頻率范圍（50～2000Hz），磁導(dǎo)率隨頻率升高衰減緩慢，使非晶電機(jī)頻率越高綜合性能優(yōu)勢(shì)越顯著。非晶高速電機(jī)效率大幅提升，是高速靜音呼吸機(jī)電機(jī)理想軟磁材料。

　非晶合金材料及相關(guān)產(chǎn)業(yè)分析

5.1.2.1　非晶合金的定義

作為一類高新技術(shù)材料，非晶合金具有優(yōu)異的物理、化學(xué)性質(zhì)。非晶合金也稱為金屬玻璃或液態(tài)金屬，被譽(yù)為鋼鐵、塑料之后的第三次材料科技革命（圖5-5）。

金屬在熔化后，內(nèi)部原子處于活躍狀態(tài)，一旦金屬開始冷卻，原子就會(huì)隨著溫度的下降，而慢慢地按照一定的晶態(tài)規(guī)律有序地排列起來(lái)，形成晶體。如果冷卻過程很快，原子的長(zhǎng)程輸運(yùn)和重排來(lái)不及進(jìn)行就被“凍結(jié)”了，由此就產(chǎn)生了非晶合金。非晶合金的原子最終以混亂方式排列，類似于液體，因此非晶合金又稱為液態(tài)金屬，也稱金屬玻璃。鐵基非晶合金作為一種新型軟磁功能材料，具有典型的“雙綠色”節(jié)能特征。首先，鐵基非晶帶材一般采用平面流鑄造法（Planar Flow Casting，PFC）制備，以106℃/s的冷卻速率從鋼液直接凝固形成厚度為20～30μm的條帶。與傳統(tǒng)的硅鋼材料的制備過程相比，非晶材料的制造過程省去了澆鑄、軋制、再結(jié)晶退火、表面絕緣處理等諸多工序，實(shí)現(xiàn)了冶金領(lǐng)域最短的工藝流程，制造過程可以節(jié)省約80%的生產(chǎn)能耗。同時(shí)，非晶材料具有原子排列長(zhǎng)程無(wú)序的微觀結(jié)構(gòu)，從而表現(xiàn)出了優(yōu)異的物理、化學(xué)和力學(xué)性能。

5.1.2.2　非晶合金的優(yōu)點(diǎn)

非晶合金既具有金屬的優(yōu)異特性，又具有非晶的無(wú)缺陷結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)。正是由于非晶合金具有不同于常規(guī)的晶態(tài)材料的特殊結(jié)構(gòu)，非晶合金具有很多晶態(tài)材料所不具備的力、熱、光、電、磁等物理性質(zhì)和很多獨(dú)特的化學(xué)性質(zhì)。下面是已經(jīng)廣泛應(yīng)用的幾個(gè)性質(zhì)：

（1）磁性能

在電力電子技術(shù)中，非晶態(tài)軟磁合金將以其高效、低損耗、高磁導(dǎo)等優(yōu)異的物理性能有力地促進(jìn)電力電子元器件向高頻、高效、節(jié)能、小型化方向發(fā)展，并可部分替代傳統(tǒng)的硅鋼、鐵氧體材料等，被稱為跨世紀(jì)的新型功能材料。

在電力技術(shù)中，采用非晶態(tài)軟磁合金作為鐵芯材料的配電變壓器，其空載損耗比同容量的硅鋼芯變壓器大幅度降低，因此減少了二氧化碳、二氧化硫等的排放量，又被認(rèn)為是綠色環(huán)保材料（圖5-6）。

與傳統(tǒng)硅鋼、坡莫合金和鐵氧體等傳統(tǒng)材料相比，非晶合金材料具有以下的優(yōu)點(diǎn)：

① 能耗低：由于非晶軟磁材料比傳統(tǒng)晶體金屬軟磁材料電阻率高，軟磁性能好，非晶磁芯的鐵損極低，是普通硅鋼片鐵芯的1/5～1/3。采用非晶合金作為鐵芯材料的配電變壓器，其空載損耗比同容量的硅鋼鐵芯變壓器低80%。變壓器損耗約占配電網(wǎng)損耗的30%～60%，其中空載損耗約占變壓器總損耗的50%～80%，因此使用非晶合金變壓器節(jié)能效果顯著。

② 磁性能優(yōu)異：由于非晶材料原子排列無(wú)序，沒有晶體的各向異性，因而非晶合金具有高的磁導(dǎo)率和低的矯頑力，鐵基非晶合金的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度可達(dá)1.4～1.7T。

③ 生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、環(huán)保：一般來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)晶態(tài)軟磁合金（例如硅鋼和坡莫合金）的生產(chǎn)工藝通常包括熔煉、鑄造、熱軋、冷軋、加工、退火等十余道工序。而非晶合金采用噴帶一次成型，相比于傳統(tǒng)晶態(tài)軟磁合金具有流程短、工藝簡(jiǎn)單、能耗少的特點(diǎn)。同時(shí)，減少了“三廢”的排放，非晶軟磁材料的生產(chǎn)周期短，更節(jié)能，更環(huán)保。因此，快速凝固工藝的發(fā)明被譽(yù)為冶金工藝的一次革命。

④ 價(jià)格低：由于工藝簡(jiǎn)單，因此非晶磁芯的生產(chǎn)成本比較低，與硅鋼片接近，而遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于坡莫合金，具有較高的性價(jià)比。

⑤ 溫度穩(wěn)定性高：常用的磁性材料，當(dāng)溫度高于一定值時(shí)，材料原有磁性能喪失，該溫度稱為居里溫度（或居里點(diǎn)）。非晶材料居里溫度大于400℃，高于鐵氧體磁性材料，并與坡莫合金相當(dāng)。硅鋼的居里點(diǎn)最高，但只能在低頻使用。另外，由于非晶材料在高溫下要發(fā)生晶化，因此其使用溫度受晶化溫度的限制。非晶材料的晶化溫度一般在450～600℃之間，可以適應(yīng)互感器應(yīng)用環(huán)境溫度。因此，非晶互感器具有較強(qiáng)的溫度穩(wěn)定性。

⑥ 時(shí)效穩(wěn)定性高：由于非晶材料處于亞穩(wěn)態(tài)，在一定溫度條件下有晶化趨勢(shì)，從而導(dǎo)致非晶材料的磁性能將隨時(shí)間而降低。但是，這種趨勢(shì)隨溫度的降低而呈指數(shù)規(guī)律迅速遞減。美國(guó)自20世紀(jì)80年代使用的非晶變壓器一直運(yùn)轉(zhuǎn)正常，國(guó)內(nèi)也未見因?yàn)殍F芯性能惡化導(dǎo)致變壓器失效的例子。國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用和試驗(yàn)已經(jīng)證明，非晶材料在130℃以下使用是可靠的，有些品種的使用溫度甚至可以達(dá)到150℃。這充分說(shuō)明非晶材料在時(shí)效穩(wěn)定性方面非常安全。

⑦ 磁沖擊穩(wěn)定性好：非晶磁芯在使用過程中，有時(shí)會(huì)受到來(lái)自電源內(nèi)部或外部的強(qiáng)磁場(chǎng)沖擊。在強(qiáng)磁場(chǎng)沖擊后，鐵芯保持原有性能是非常關(guān)鍵的。否則，鐵芯性能的惡化會(huì)降低電源效率，嚴(yán)重的甚至造成鐵芯工作點(diǎn)偏移，使鐵芯飽和，損壞開關(guān)管。目前，試驗(yàn)表明，非晶材料經(jīng)過適當(dāng)處理后，磁性能完全可以經(jīng)受強(qiáng)磁場(chǎng)的沖擊而基本復(fù)原。

⑧ 機(jī)械穩(wěn)定性高：非晶合金在使用前，一般要經(jīng)過熱處理。而經(jīng)過熱處理后，材料比較脆。作為非晶鐵芯使用時(shí)，大多數(shù)要放在保護(hù)盒中或表面注塑后使用。同時(shí)，在鐵芯裝入保護(hù)盒時(shí)通常還要加入某些襯墊物，如硅脂、海綿等。這些措施完全可以保證鐵芯在使用中不發(fā)生損壞和磁性能惡化，具有好的機(jī)械穩(wěn)定性。

⑨ 頻率適應(yīng)范圍寬：不同的非晶態(tài)合金具有不同的飽和磁通密度和居里點(diǎn)，分別可以應(yīng)用于高頻和低頻。因此，采用不同配料的非晶互感器能夠分別較好地適應(yīng)高頻和低頻應(yīng)用場(chǎng)合。

總之，非晶材料的磁導(dǎo)率、勵(lì)磁電流和鐵損等軟磁性能優(yōu)于硅鋼片，其制造過程節(jié)能，同時(shí)磁性能優(yōu)良，可降低互感器使用過程中的損耗，因此代替普通硅鋼片將是技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

（2）力學(xué)性能

由于沒有晶態(tài)合金常有的晶界和位錯(cuò)等缺陷，與傳統(tǒng)晶態(tài)合金材料相比，非晶合金的力學(xué)性能明顯更加優(yōu)異。非晶合金的力學(xué)性能有以下優(yōu)點(diǎn)：

① 極高的斷裂強(qiáng)度。與常用的晶態(tài)材料、高分子材料、木材和氧化硅玻璃等相比，非晶合金的壓縮斷裂強(qiáng)度要高得多，這是非晶合金最為顯著的力學(xué)性能特征，幾乎所有合金系的非晶合金的最高強(qiáng)度都達(dá)到了同類合金系晶態(tài)材料的數(shù)倍。

② 高彈性應(yīng)變和高彈性極限。非晶合金在壓縮變形過程中彈性應(yīng)變值大多接近甚至超過2%，比晶態(tài)合金高幾倍。非晶合金的彈性極限接近理想彈性極限（圖5-7），其根源在于它的結(jié)構(gòu)無(wú)序性，即不能像晶態(tài)材料那樣通過位錯(cuò)的滑移很快使材料達(dá)到屈服。

③ 低楊氏模量。其高彈性和低楊氏模量的特點(diǎn)有很多應(yīng)用。

④ 高硬度。

⑤ 過冷液相區(qū)內(nèi)的超塑性加工能力。

（3）化學(xué)性能

由于非晶合金是單向無(wú)定形結(jié)構(gòu)，不存在晶界、位錯(cuò)和層錯(cuò)等結(jié)構(gòu)缺陷，也沒有成分偏析和第二相析出，這種組織和成分的均勻性使其具備了良好的抗腐蝕能力的先決條件。同時(shí)非晶態(tài)合金自身的活性很高，能夠在表面上迅速形成均勻的鈍化膜，因此非晶合金具有良好的抗腐蝕性。在Zr基和Mg基非晶合金中還發(fā)現(xiàn)它們有很好的吸氫性能，特別是后者，氫氣吸附率接近100%。Pd基非晶合金用作電極材料時(shí)，具有高效率產(chǎn)生氫氣的能力，在500周期后，僅消耗不到10%，而普通型材料用20周期后則下降許多。因此非晶合金在新型電極材料領(lǐng)域具有非常好的應(yīng)用前景。

綜上所述，非晶合金力學(xué)性能好、耐腐蝕性好，而且具有優(yōu)異的磁學(xué)性能，可節(jié)能、污染少，是一種綠色的環(huán)保材料，對(duì)人類的可持續(xù)性發(fā)展具有非常重要的意義。隨著研究的不斷深入，它的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?huì)不斷擴(kuò)大，對(duì)高新技術(shù)的發(fā)展將起重要的推動(dòng)作用。

5.1.2.3　非晶合金的應(yīng)用

基于獨(dú)特的組織結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的性能，以及高效的制備工藝和廣闊的應(yīng)用前景，非晶合金自誕生以來(lái)就一直受到廣泛重視，人們也逐漸加大了對(duì)其應(yīng)用技術(shù)的研究。短短的幾十年，非晶合金已經(jīng)在很多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，可以預(yù)見，其作為一種性能優(yōu)異的材料必將獲得廣泛應(yīng)用（圖5-8）。

目前非晶合金主要用作軟磁材料、模具材料、切削工具材料、電極材料、耐腐蝕材料、儲(chǔ)氫材料、運(yùn)動(dòng)器材等，其在汽車工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、運(yùn)動(dòng)器材乃至國(guó)防軍事上已經(jīng)表現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。

在化學(xué)性質(zhì)方面，非晶合金對(duì)某些化學(xué)反應(yīng)具有明顯的催化作用，可用作化工催化劑；某些非晶合金通過化學(xué)反應(yīng)可吸收和釋放出氫，可用作儲(chǔ)能材料。由于沒有晶粒、晶界等缺陷，非晶合金比晶態(tài)合金更加耐腐蝕，可作為腐蝕環(huán)境中應(yīng)用設(shè)備的首選材料。

由于非晶合金在過冷液相區(qū)具有超塑成型能力，容易加工成不同的形狀，現(xiàn)已用來(lái)制作微型模具，也可以進(jìn)行微型零件的成型，以及具有復(fù)雜形狀的零件的近終成型。非晶合金具有高的彈性極限和低的楊氏模量，相對(duì)于晶態(tài)材料而言具有更好的彈性。用大塊Zr基非晶合金制作的高爾夫球頭，由于沒有晶界、位錯(cuò)等缺陷，在受到?jīng)_擊時(shí)能量損失很少，可以把更多的能量傳遞給球，將球擊得更遠(yuǎn)，同時(shí)球與桿作用的時(shí)間加長(zhǎng)，有利于對(duì)球的控制。目前在美國(guó)市場(chǎng)上已有這種高爾夫球桿出售。

大塊非晶合金的彈性模量約為鋼的一半，作復(fù)合裝甲的夾層可以延長(zhǎng)射彈與裝甲車的作用時(shí)間，減小沖擊；同時(shí)由于它的無(wú)定形的結(jié)構(gòu)，使破甲彈爆炸產(chǎn)生的噴流對(duì)裝甲車的沖擊得到分散，避免了晶體材料制備的裝甲車被擊中時(shí)產(chǎn)生的沿結(jié)晶結(jié)構(gòu)邊緣破裂。用這種強(qiáng)化的大塊非晶合金來(lái)做穿甲彈的彈芯，具有“自銳”效應(yīng)。普通的金屬射彈在沖擊力的作用下變成一種扁平的蘑菇狀，而大塊非晶射彈不同，相反沖擊力的作用會(huì)將它的四周撕裂開來(lái)，在它鉆進(jìn)物體的時(shí)候，實(shí)際上變得更加尖銳，大大提高了其摧毀力。另外，新型大塊非晶合金還具有類似于貧鈾合金的高絕熱剪切敏感性和更高的強(qiáng)度，這種特殊性能使得它適合用來(lái)制造穿甲彈，因而已引起美國(guó)軍方的高度重視。據(jù)報(bào)道，美國(guó)軍方已經(jīng)與加州理工學(xué)院、約翰-霍普金斯大學(xué)及橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室合作，研究大塊非晶合金穿甲彈從而代替現(xiàn)役的貧鈾穿甲彈。另外，大塊非晶合金還具有耐磨、抗疲勞、延展性優(yōu)良的性質(zhì)。最近制備出的輕型、抗輻照、高強(qiáng)度的大塊Ti基金屬玻璃在航天領(lǐng)域有很大的應(yīng)用前景。

目前，非晶合金材料應(yīng)用最成熟的是基于其卓越的軟磁性能。與傳統(tǒng)的晶態(tài)合金磁性材料相比，其原子排列無(wú)序，沒有晶體的各向異性，電阻率高，具有高的磁導(dǎo)率，因而可以應(yīng)用在高頻設(shè)備中，具有顯著的節(jié)能效果。非晶合金鐵芯還廣泛地應(yīng)用在各種高頻功率器件、傳感器、高耐磨音頻視頻磁頭和高頻逆變焊機(jī)上，這使得電源工作頻率和效率大大提高，焊機(jī)的體積成倍減小。目前，一種體積小、重量輕的非晶態(tài)軟磁材料以損耗低、導(dǎo)磁高的優(yōu)異特性正逐步代替一部分傳統(tǒng)的硅鋼、坡莫合金和鐵氧體材料，成為目前最引人注目的新型功能材料之一。

5.1.2.4　非晶合金相關(guān)產(chǎn)業(yè)分析

在非晶節(jié)能材料的產(chǎn)業(yè)鏈中，包括如下環(huán)節(jié)：首先是上游的非晶節(jié)能材料生產(chǎn)用原材料，主要包括鐵、硼、硅等；然后是非晶節(jié)能鐵芯，其使用非晶合金帶材通過剪切、疊裝、固定成型及磁場(chǎng)熱處理等環(huán)節(jié)制成；最后是產(chǎn)業(yè)鏈的終端產(chǎn)品，包括非晶節(jié)能電力變壓器、節(jié)能電機(jī)、節(jié)能電感器等，各領(lǐng)域應(yīng)用對(duì)非晶節(jié)能材料的性能都有特殊要求，且都涉及大量相應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)（圖5-9）。

在這些環(huán)節(jié)中，上游的非晶合金帶材是關(guān)鍵的制約環(huán)節(jié)。從技術(shù)難度、工藝復(fù)雜性等方面來(lái)看，非晶合金帶材>非晶合金鐵芯>非晶合金變壓器。從非晶變壓器與非晶合金鐵芯的技術(shù)掌握與生產(chǎn)廠家數(shù)量規(guī)模情況，可以發(fā)現(xiàn)一個(gè)比較有趣的現(xiàn)象：一般來(lái)說(shuō)，從上游至下游產(chǎn)品技術(shù)含量由高往低排列應(yīng)該是下游、中游、上游，但非晶合金產(chǎn)業(yè)鏈條卻剛好相反，技術(shù)堡壘基本集中在上游地區(qū)，掌握了上游生產(chǎn)技術(shù)就能決定下游產(chǎn)品的規(guī)模與生產(chǎn)廠家數(shù)量，所以掌握產(chǎn)業(yè)鏈上游非晶合金帶材生產(chǎn)技術(shù)尤為關(guān)鍵。

隨著電子技術(shù)向高頻、小型化方向發(fā)展，非晶納米晶軟磁合金材料已制成各種各樣磁性器件代替硅鋼、鐵氧體和坡莫合金等，應(yīng)用于電力工業(yè)、電子工業(yè)及電力電子技術(shù)領(lǐng)域，用作電流互感器、大功率開關(guān)電源、逆變電源和程控交換機(jī)電源的變壓器、電抗器、濾波器、互感器及傳感器等。

（1）非晶合金生產(chǎn)用原材料產(chǎn)業(yè)

非晶節(jié)能材料生產(chǎn)用的原材料主要有工業(yè)純鐵、工業(yè)純硅和工業(yè)鐵硼等。原材料并不緊缺，采購(gòu)?fù)緩揭草^多，但原材料中的雜質(zhì)含量差別較大，且價(jià)格隨市場(chǎng)供求關(guān)系波動(dòng)較大。總的來(lái)說(shuō)，非晶節(jié)能材料生產(chǎn)的上游原材料供應(yīng)是比較充足的，只需做好雜質(zhì)含量分析和成本控制即可。

（2）非晶變壓器產(chǎn)業(yè)分析

非晶節(jié)能變壓器是非晶節(jié)能材料目前用量最大的領(lǐng)域，且其市場(chǎng)仍將不斷擴(kuò)大。非晶合金變壓器是在20世紀(jì)80年代初由美國(guó)開始研發(fā)生產(chǎn)的，當(dāng)時(shí)美國(guó)認(rèn)識(shí)到非晶合金變壓器對(duì)電力線路節(jié)約能源的巨大潛能，由美國(guó)電力委員會(huì)組織了GE（通用電氣）公司、霍尼韋爾公司、美國(guó)超導(dǎo)能源公司、美國(guó)南方電力公司等八大相關(guān)機(jī)構(gòu)，聯(lián)合對(duì)非晶合金變壓器產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行等環(huán)節(jié)進(jìn)行技術(shù)研發(fā)和實(shí)際運(yùn)行可靠性驗(yàn)證，至20世紀(jì)90年代初，歷時(shí)10年獲得成功，非晶變壓器開始了真正的規(guī)模化、商業(yè)化經(jīng)營(yíng)。

自美國(guó)開創(chuàng)并發(fā)展到中國(guó)、日本、印度、韓國(guó)等世界各國(guó)起，非晶合金材料制成的變壓器已被各國(guó)列為節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品。國(guó)際能源署（IEA）2001年在推廣節(jié)能配電變壓器行動(dòng)建設(shè)材料中已將非晶合金變壓器列為節(jié)能配電變壓器首選品種。近年來(lái)國(guó)際上已將非晶合金變壓器列為節(jié)能配電變壓器的首選、列為改變大氣熱污染的戰(zhàn)略措施之一，從而推動(dòng)了該產(chǎn)品的應(yīng)用。近年來(lái)，幾萬(wàn)臺(tái)非晶變壓器在網(wǎng)上正常運(yùn)行，證明了它的可靠性及經(jīng)濟(jì)性，得到了人們的共識(shí)。

至今，非晶變壓器規(guī)模化生產(chǎn)已近20年，目前在全世界范圍內(nèi)被廣泛推崇，其中美國(guó)、加拿大、墨西哥、日本、印度、韓國(guó)等國(guó)家和中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)均有大量非晶合金變壓器在掛網(wǎng)運(yùn)行。特別是在日本，政府鑒于節(jié)約能源對(duì)國(guó)家發(fā)展的重要性，從2000年開始逐步提高非晶合金變壓器的上網(wǎng)比例，到2005年時(shí)已規(guī)定所有新增配電變壓器必須使用非晶合金變壓器，在配電領(lǐng)域徹底淘汰相對(duì)高耗能的硅鋼變壓器。

我國(guó)很早就開始了非晶節(jié)能變壓器的研制工作。1986年5月，上海鋼鐵研究所與寧波變壓器廠合作，用該所研制的非晶合金帶材試制出國(guó)內(nèi)第一臺(tái)單相3kV·A非晶合金變壓器。1995年8月，根據(jù)三委三部“促進(jìn)非晶配電變壓器在中國(guó)應(yīng)用”工作小組的決定，委托沈陽(yáng)變壓器研究所根據(jù)美國(guó)聯(lián)信公司非晶合金帶材性能統(tǒng)一設(shè)計(jì)，組織了天津、上海、北京、佛山、遼陽(yáng)和保定等六個(gè)變壓器廠，試制出SHll-160kV·A、200kV·A、315kV·A、500kV·A四種規(guī)格共六臺(tái)樣機(jī)，并通過國(guó)家鑒定。1998年2月，上海置信公司引進(jìn)美國(guó)GE公司的非晶變壓器制造技術(shù)，開始了我國(guó)非晶合金變壓器的規(guī)模化生產(chǎn)時(shí)代。目前，除置信電氣以外，我國(guó)其他知名變壓器生產(chǎn)企業(yè)，如順特電氣、江蘇華鵬、特變電工、杭州錢江電器、天威保變、西變、天津特變等均掌握了非晶合金變壓器的生產(chǎn)技術(shù)。非晶合金帶材的國(guó)產(chǎn)化使我國(guó)形成了從帶材生產(chǎn)、鐵芯加工到非晶合金變壓器制造的完整產(chǎn)業(yè)鏈，這就為國(guó)網(wǎng)公司大規(guī)模推廣非晶合金變壓器提供了有利的條件。2010年南方電網(wǎng)已經(jīng)開始對(duì)非晶合金變壓器招標(biāo)。

非晶合金配電變壓器在制造工藝上具有特殊性，其技術(shù)門檻是一般企業(yè)較難掌握的。首先，非晶合金帶材的質(zhì)量要求高。非晶合金帶材硬度遠(yuǎn)大于硅鋼片，同時(shí)厚度很薄，給切割和加工帶來(lái)不便。另外，由于非晶合金的磁致伸縮系數(shù)比硅鋼片高約10%，將導(dǎo)致非晶合金鐵芯變壓器噪聲升高，需要進(jìn)行退火處理，從而降低噪聲。而退火處理關(guān)鍵點(diǎn)在于控制好退火溫度和時(shí)間，否則會(huì)導(dǎo)致帶材的晶化；并且，退火處理后的非晶合金材料易碎，對(duì)機(jī)械應(yīng)力非常敏感，在制作工藝上還需要采取特殊緊固措施。其次，非晶合金配電變壓器的鐵芯制作工藝也較為復(fù)雜。要通過下料、沖剪、疊裝、固定成型、檢測(cè)、磁場(chǎng)熱處理、冷卻、涂膠、再檢測(cè)等眾多環(huán)節(jié)。其中，磁場(chǎng)熱處理屬于核心技術(shù)，要通過磁場(chǎng)熱處理裝置使磁疇定向后才能減少非晶合金帶材的應(yīng)力，最終起到降低損耗的效果。最后，在組裝變壓器時(shí)，需要打開鐵芯的下鐵軛接縫，套入繞組，再重新閉合接縫。這一開一合，需要設(shè)計(jì)水平和工人的熟練經(jīng)驗(yàn)，否則可能導(dǎo)致鐵芯的縫隙過大，增加接縫的磁阻，最終增加空載損耗和變壓器的噪聲。

隨著國(guó)內(nèi)用戶對(duì)非晶合金變壓器提出越來(lái)越高的要求，產(chǎn)品制造企業(yè)也不斷地推出更多類型的新產(chǎn)品。針對(duì)國(guó)內(nèi)用戶需求，非晶合金變壓器制造商已開發(fā)出包括20kV、35kV的適合各種環(huán)境應(yīng)用的產(chǎn)品。而且，近年來(lái)國(guó)內(nèi)企業(yè)又相繼開發(fā)出適合風(fēng)電、太陽(yáng)能等新能源專用的非晶合金變壓器。此外，在降噪方面，國(guó)內(nèi)企業(yè)已經(jīng)形成了一套完整的非晶合金變壓器降噪加工工藝，使我國(guó)非晶合金變壓器的生產(chǎn)技術(shù)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。以上海置信電氣公司為例，經(jīng)過近十年的發(fā)展，已經(jīng)開發(fā)的品種有非晶合金油浸配變、非晶合金地埋變、非晶合金歐變等，共有40多個(gè)系列、350多個(gè)規(guī)格。

非晶合金鐵芯配電變壓器，空載損耗相比硅鋼片變壓器大幅下降，節(jié)能效果明顯，而且其全壽命期的綜合成本也低于傳統(tǒng)的變壓器，經(jīng)濟(jì)效益良好。由于非晶合金變壓器采用了新材料和新技術(shù)，工藝復(fù)雜，因此其產(chǎn)品價(jià)格較傳統(tǒng)變壓器高，一般比同型號(hào)傳統(tǒng)變壓器高30%～55%，相對(duì)于業(yè)內(nèi)具有一定品牌和服務(wù)優(yōu)勢(shì)的ABB等企業(yè)的硅鋼片變壓器，其綜合成本也大概要高20%。但由于其節(jié)能效果顯著，運(yùn)營(yíng)成本較低，所以其綜合成本較傳統(tǒng)變壓器低。國(guó)外許多國(guó)家對(duì)非晶合金鐵芯變壓器從不同角度的研究，包括使用壽命的加速老化、現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行和特殊試驗(yàn)證明：非晶合金變壓器在30年壽命期內(nèi)，其空載特性穩(wěn)定，不存在運(yùn)行中空載損耗有所變化的情況，有較高的可靠性。

安泰科技股份有限公司（簡(jiǎn)稱安泰科技）非晶合金帶材量產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)，打破了日立金屬的市場(chǎng)壟斷地位，有利于國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的快速啟動(dòng)。據(jù)專家估算國(guó)內(nèi)非晶合金變壓器市場(chǎng)容量上千億元，隨著上游原材料的量產(chǎn)、下游非晶合金變壓器技術(shù)的成熟以及國(guó)網(wǎng)公司的積極推進(jìn)，非晶合金變壓器市場(chǎng)將邁入高速增長(zhǎng)期。

（3）非晶電機(jī)產(chǎn)業(yè)分析

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，很多應(yīng)用領(lǐng)域?qū)﹄姍C(jī)轉(zhuǎn)速的要求越來(lái)越高，例如高速電機(jī)主軸、高速離心機(jī)、高速紅外掃描儀、高速飛輪儲(chǔ)能等領(lǐng)域。電機(jī)的轉(zhuǎn)速與電機(jī)鐵芯內(nèi)的電磁頻率成正比，所以要實(shí)現(xiàn)電機(jī)的高轉(zhuǎn)速，必須提高電機(jī)的頻率。還有一些應(yīng)用領(lǐng)域要求電機(jī)具有高功率密度，比如飛機(jī)螺旋槳和燃油泵的驅(qū)動(dòng)電機(jī)、雷達(dá)和天線的驅(qū)動(dòng)電機(jī)、魚雷和機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)電機(jī)等。電機(jī)的功率密度和電機(jī)鐵芯內(nèi)的磁通密度Bm與電磁頻率的乘積成正比，但是受軟磁材料飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs的限制，要大幅度提高電機(jī)的功率密度也必須提高電機(jī)的頻率。然而，電機(jī)定子鐵芯的總損耗又與頻率的1.3～1.5次方成正比。當(dāng)電機(jī)的工作頻率從50Hz提高到500Hz時(shí)，假設(shè)磁通密度Bm不變，電機(jī)的鐵損不是增加10倍，而是增加200多倍。因此隨著頻率的升高，硅鋼電機(jī)鐵芯的損耗將變得非常嚴(yán)重，直接導(dǎo)致電機(jī)效率顯著下降，甚至造成電機(jī)的過熱損壞。在電機(jī)的工作頻率范圍內(nèi)，F(xiàn)e基非晶合金的損耗可降低為硅鋼的1/5～1/3，因此使用非晶合金做電機(jī)鐵芯可顯著提高電機(jī)效率。在工頻或更低頻率下，電機(jī)鐵損占總損耗的比重不大，而且非晶合金的Bs值低于硅鋼，所以使用非晶合金替代硅鋼意義不大；然而在幾百赫茲以上電機(jī)鐵損明顯升高，使用非晶合金鐵芯對(duì)于降低電機(jī)鐵損和鐵芯的溫升變得意義重大。Fe基非晶合金除了低損耗的優(yōu)勢(shì)外，還具有硅鋼幾倍的磁導(dǎo)率，所以可以在很大程度上降低電機(jī)的勵(lì)磁電流，進(jìn)而降低電機(jī)的銅損。此外，在相同的勵(lì)磁磁場(chǎng)強(qiáng)度下，硅鋼鐵芯的磁通密度Bm會(huì)隨著頻率的升高而迅速下降，然而非晶合金鐵芯的磁通密度Bm隨著電磁場(chǎng)頻率升高而下降的幅度很小，基本可以忽略不計(jì)。可見，在較高的頻率下使用非晶鐵芯比硅鋼鐵芯更具優(yōu)勢(shì)。綜上所述，非晶合金應(yīng)用于電機(jī)的定子鐵芯可以顯著降低電機(jī)的損耗，提高電機(jī)效率，尤其對(duì)于高頻下工作的高轉(zhuǎn)速或者高功率密度電機(jī)更能發(fā)揮出顯著優(yōu)勢(shì)。

國(guó)外從事非晶電機(jī)研發(fā)的公司主要有日本日立（Hitachi）公司和美國(guó)萊特（LE）公司。日立金屬在電機(jī)生產(chǎn)方面擁有悠久的歷史和先進(jìn)的技術(shù)，而且是當(dāng)今世界上最大的非晶合金材料制造商。聶尊譽(yù)在2009年2月28日《功能材料》的科技信息中報(bào)道：日立公司運(yùn)用在非晶變壓器開發(fā)過程中所積累的技術(shù)，已經(jīng)解決了非晶帶材薄、脆且硬難于加工的難題，并且制備出了鐵芯使用非晶金屬而不使用釹和鏑等昂貴稀有金屬的電機(jī)，該電機(jī)的效率可達(dá)86%，比普通電機(jī)提高了約5個(gè)百分點(diǎn)。但是，日立公司仍沒有非晶電機(jī)商品進(jìn)入市場(chǎng)，表明他們的非晶電機(jī)產(chǎn)品尚未完全成熟。

目前， 美國(guó)萊特技術(shù)股份有限公司（Light Engineering Inc.， LE） 是世界上唯一一家已經(jīng)將非晶電機(jī)推入產(chǎn)業(yè)化的公司。LE自1996年開始研究非晶定子在電機(jī)中的應(yīng)用，至今已申請(qǐng)美國(guó)專利近20項(xiàng)，其中部分也在中國(guó)申請(qǐng)了專利。從這些專利可以看出該公司在非晶合金應(yīng)用于雙定子軸向氣隙永磁同步電機(jī)方面已經(jīng)掌握了世界上最先進(jìn)的技術(shù)。LE生產(chǎn)的非晶電機(jī)均為軸向永磁電機(jī)，其工作原理是三相交流定子電樞繞組產(chǎn)生一個(gè)圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。對(duì)于非晶定子鐵芯的加工，LE的加工方法是首先將非晶帶材卷繞成固定尺寸的三維環(huán)形鐵芯，再進(jìn)行退火、浸漆、固化處理，最后通過銑削的方法制成定子鐵芯。電機(jī)的轉(zhuǎn)子由非磁性的軸結(jié)構(gòu)材料和NdFeB永磁材料組成。LE通過提高非晶電機(jī)極數(shù)和頻率以及優(yōu)化SPP值和控制等手段，使其生產(chǎn)的非晶電機(jī)具有高效率、高轉(zhuǎn)矩和高功率密度、低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和可利用變頻高精度調(diào)速等優(yōu)勢(shì)。

在國(guó)內(nèi)，安泰科技借助非晶節(jié)能材料的產(chǎn)能優(yōu)勢(shì)，通過多年的非晶電機(jī)研發(fā)工作，也取得了一定的成果。筆者所在的課題組研究了鐵基非晶合金在高速電機(jī)定子鐵芯方面的應(yīng)用，使用帶材切片、軸向疊壓、整體退火、浸漆固化、切割成型的工藝路線已經(jīng)成功制備出了各種形狀復(fù)雜的徑向磁場(chǎng)非晶定子鐵芯，并且該定子鐵芯應(yīng)用于高速電機(jī)展示出了良好的性能（圖5-10）。

（4）其他電力電子器件

如前所述，非晶節(jié)能電力電子器件的種類多、用途廣。由于這些電力電子器件大多尺寸不大，對(duì)帶材寬度要求不高，技術(shù)難度低，投資小，所以發(fā)展較早，而且推廣也較普及，是國(guó)內(nèi)眾多中小非晶節(jié)能材料生產(chǎn)企業(yè)的主要市場(chǎng)。

5.1.2.5　非晶合金產(chǎn)業(yè)資源現(xiàn)狀分析

與傳統(tǒng)冶金行業(yè)相比，非晶合金帶材的生產(chǎn)工藝具有噴帶一次成型，流程短、工藝簡(jiǎn)單、節(jié)約能耗的特點(diǎn)，生產(chǎn)過程減少了“三廢”的排放。由于其生產(chǎn)過程周期更短、更節(jié)能、更環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，因此，快速凝固工藝的發(fā)明被譽(yù)為冶金工藝的一次革命。

非晶合金帶材生產(chǎn)過程中，鋼液經(jīng)過噴嘴細(xì)縫到達(dá)銅輥表面冷卻即形成最終的成品，質(zhì)量不合格產(chǎn)品也很難進(jìn)行后續(xù)加工彌補(bǔ)，生產(chǎn)周期短。生產(chǎn)工藝的特點(diǎn)決定了其產(chǎn)品質(zhì)量控制需要在極短的時(shí)間內(nèi)完成，生產(chǎn)工藝波動(dòng)極易造成設(shè)備損壞和生產(chǎn)中斷，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。因此，生產(chǎn)設(shè)備精度要求高，控制難度大。另外，由于非晶節(jié)能材料的微觀結(jié)構(gòu)和性能對(duì)雜質(zhì)元素含量非常敏感，原材料選擇和生產(chǎn)過程中的雜質(zhì)含量控制要求嚴(yán)格。

國(guó)內(nèi)非晶節(jié)能材料生產(chǎn)企業(yè)除安泰科技的設(shè)備實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)和在線控制，設(shè)備自動(dòng)化水平和控制精度較高外，其他大部分企業(yè)的設(shè)備簡(jiǎn)易，有的甚至沒有基本的工藝參數(shù)檢測(cè)裝置和雜質(zhì)含量控制、產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)價(jià)體系，生產(chǎn)控制和檢測(cè)完全依賴工人的經(jīng)驗(yàn)判斷。

非晶節(jié)能材料產(chǎn)業(yè)對(duì)物質(zhì)資源的需要主要體現(xiàn)在高精度設(shè)備保障，雜質(zhì)含量準(zhǔn)確控制的原材料供應(yīng)，高品質(zhì)耐火材料等生產(chǎn)耗材供應(yīng)等方面。受限于中國(guó)加工、制造業(yè)整體水平和國(guó)外的進(jìn)出口限制，國(guó)內(nèi)無(wú)法成套采購(gòu)高水平非晶節(jié)能材料生產(chǎn)線及其關(guān)鍵零部件。安泰科技依靠企業(yè)自身多年的研究經(jīng)驗(yàn)和強(qiáng)大的人才隊(duì)伍，自行研發(fā)了自己的生產(chǎn)線，雖然整體與日立還有差距，但是已明顯領(lǐng)先于國(guó)內(nèi)其他生產(chǎn)企業(yè)。裝備水平的進(jìn)一步提升依然是非晶節(jié)能材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要解決的一大問題。原材料供應(yīng)方面，目前整個(gè)行業(yè)尚缺乏統(tǒng)一的雜質(zhì)控制標(biāo)準(zhǔn)，各供應(yīng)商供應(yīng)的原材料雜質(zhì)含量差別很大，且價(jià)格差別很大。耐火材料是非晶節(jié)能材料生產(chǎn)用的有限的幾種耗材之一，其質(zhì)量直接影響生產(chǎn)工藝的穩(wěn)定性和產(chǎn)品質(zhì)量，由于非晶節(jié)能材料的合金成分和生產(chǎn)工藝特殊性，噴嘴材料、感應(yīng)熔煉用坩堝耐火材料、除渣保溫材料、中間包耐火材料、塞桿用耐火材料等都需要進(jìn)行針對(duì)性改良和設(shè)計(jì)，目前國(guó)內(nèi)在這方面的研究大多是借鑒鋼鐵等傳統(tǒng)冶金行業(yè)，缺乏系統(tǒng)性和針對(duì)性。

能源方面，與其他冶金行業(yè)相比，非晶節(jié)能材料的生產(chǎn)過程生產(chǎn)工藝短，能源消耗量少，且只消耗電力資源，不涉及煤、天然氣等物質(zhì)能源，無(wú)污染物排放顧慮。但是，非晶節(jié)能材料仍然屬于冶金行業(yè)，生產(chǎn)過程涉及母合金熔煉、二次熔煉等高耗能過程，投資該產(chǎn)業(yè)前需考慮電力保障。另外，由于非晶節(jié)能材料產(chǎn)業(yè)遠(yuǎn)不能算成熟，各企業(yè)的生產(chǎn)工藝差別較大，生產(chǎn)工藝依然存在很大的改善空間，單位能耗仍然有很大改善空間。

人力資源方面，非晶節(jié)能材料產(chǎn)業(yè)屬于高科技含量產(chǎn)業(yè)，涉及冶金、金屬材料、機(jī)械自動(dòng)化、耐火材料、電氣工程等眾多領(lǐng)域，本身對(duì)人力資源要求較高。另外，由于國(guó)內(nèi)除安泰科技外大部分企業(yè)設(shè)備水平較低，工藝參數(shù)檢測(cè)、雜質(zhì)含量控制、產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)價(jià)和設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)等都對(duì)工人的經(jīng)驗(yàn)有很高的要求。安泰科技非晶產(chǎn)業(yè)的技術(shù)來(lái)源是國(guó)家非晶微晶合金工程技術(shù)研究中心，該中心憑借多年積累起來(lái)的技術(shù)、人才優(yōu)勢(shì)成為安泰科技的人力資源保障。但是，由于國(guó)內(nèi)開展非晶節(jié)能材料應(yīng)用研究的高校和研究機(jī)構(gòu)較少，人才培養(yǎng)模式比較單一，產(chǎn)學(xué)研結(jié)合不夠密切等原因，非晶節(jié)能材料產(chǎn)業(yè)需求的專業(yè)技術(shù)人才和管理人才資源極為匱乏，各企業(yè)為了解決眼前的困難，常依靠臨時(shí)引進(jìn)的熟練工人，沒有合理的人才培養(yǎng)和培訓(xùn)體制，已經(jīng)明顯制約了產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，并將在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)制約產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

5.1.2.6　非晶合金產(chǎn)業(yè)地位分析

目前，我國(guó)年均生產(chǎn)配電變壓器2.4億千伏安，如30%改用非晶材料，年生產(chǎn)非晶變壓器為7200萬(wàn)千伏安。以每臺(tái)變壓器500kV·A為例，年產(chǎn)非晶變壓器14.4萬(wàn)臺(tái)，這將降低變壓器空載損耗13萬(wàn)千瓦，一年可節(jié)約電11.4億千瓦時(shí)，相當(dāng)于節(jié)約煤43.3萬(wàn)噸，減少燃煤有害氣體1.1萬(wàn)噸。因此，非晶合金變壓器的市場(chǎng)空間在未來(lái)的幾年內(nèi)將會(huì)高速擴(kuò)容。

（1）對(duì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的推動(dòng)作用

中國(guó)政府在2009年9月的聯(lián)合國(guó)氣候變化峰會(huì)上提出爭(zhēng)取到2020年，中國(guó)的單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放（碳排放強(qiáng)度）比2005年顯著下降，這是中國(guó)節(jié)能減排政策的一個(gè)質(zhì)變。隨著工業(yè)化、城鎮(zhèn)化加速發(fā)展，配電系統(tǒng)中節(jié)能降耗已是勢(shì)在必行。電力系統(tǒng)中電力變壓器的損耗占比突出。因此，非晶合金鐵芯變壓器必然是建設(shè)“環(huán)境友好型社會(huì)”的首選產(chǎn)品，其市場(chǎng)拓展空間巨大。非晶納米晶軟磁材料是有著遠(yuǎn)大發(fā)展前景、正在茁壯成長(zhǎng)、其地位和影響力趨于上升的產(chǎn)業(yè)，對(duì)于推進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變，提升自主發(fā)展能力和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

非晶合金鐵芯變壓器是用新型導(dǎo)磁材料——非晶合金制作鐵芯而成的變壓器，它比硅鋼片做鐵芯變壓器的空載損耗（指變壓器次級(jí)開路時(shí)，在初級(jí)測(cè)得的功率損耗）下降80%左右，空載電流（變壓器次級(jí)開路時(shí)，初級(jí)仍有一定的電流，這部分電流稱為空載電流）下降約85%，是目前節(jié)能效果較理想的配電變壓器，特別適用于農(nóng)村電網(wǎng)和發(fā)展中地區(qū)等負(fù)載率較低的地方。非晶合金變壓器是配電網(wǎng)節(jié)能降耗的關(guān)鍵設(shè)備。變壓器損耗約占配電網(wǎng)損耗的30%～60%，其中空載損耗約占變壓器總損耗的50%～80%。非晶合金變壓器比傳統(tǒng)硅鋼變壓空載損耗下降約80%；配電網(wǎng)中特別是農(nóng)網(wǎng)中很多變壓器的負(fù)載率低于20%，因此使用非晶合金變壓器替代傳統(tǒng)高能耗變壓器，節(jié)能效果顯著。如北京某城區(qū)供電公司配網(wǎng)運(yùn)行592座開閉站（配電室、箱變），運(yùn)行變壓器為1131臺(tái)，總?cè)萘?0.6萬(wàn)kV·A。運(yùn)行變壓器多為S7/S8/S9 類型，運(yùn)行負(fù)載率在10%以下的為79臺(tái)，約占7%；運(yùn)行負(fù)載率在10%～50%的為1014臺(tái)，約占89.7%；負(fù)載率在50%以上的為38臺(tái)，占3.4%，整體負(fù)載率低，變壓器空載損耗大。農(nóng)網(wǎng)配電變壓器更低，大部分都低于20%，因此如果采用非晶合金變壓器，可顯著降低變壓器空載損耗，降低線損并提高經(jīng)濟(jì)效益。

（2）對(duì)環(huán)境保護(hù)的推動(dòng)作用

因能源資源具有無(wú)法重復(fù)使用及消耗后不能再生的特性，所以能源資源只會(huì)愈來(lái)愈少，這就導(dǎo)致電價(jià)愈來(lái)愈高。且因全球二氧化碳排放愈來(lái)愈高，形成的溫室效應(yīng)使全球氣候異常，氣候反常對(duì)人類的影響也日趨明顯。作為新一代名副其實(shí)的綠色環(huán)保重點(diǎn)產(chǎn)品，它可帶來(lái)少建電廠，減少溫室氣體排放，大大地減輕對(duì)環(huán)境的直接污染等良好的環(huán)保效益。非晶質(zhì)鐵芯變壓器符合國(guó)家倡導(dǎo)的“節(jié)約資源，保護(hù)環(huán)境，建設(shè)節(jié)約性社會(huì)”的產(chǎn)業(yè)政策，發(fā)展正逢其時(shí)。

非晶合金鐵芯配電變壓器的最大優(yōu)點(diǎn)是，空載損耗值特低。非晶合金變壓器若能完全替代新S9系列配變，如10kV級(jí)配電變壓器年需求量按5000萬(wàn)千伏安計(jì)算時(shí)，那么一年便可節(jié)電100億千瓦時(shí)以上。同時(shí)，還可帶來(lái)少建電廠的良好的環(huán)保效益，少向大氣排放溫室氣體，這樣會(huì)大大地減輕對(duì)環(huán)境的直接污染，使其成為新一代名副其實(shí)的綠色環(huán)保產(chǎn)品。

就SCBH15-1250非晶合金變壓器與相同容量常規(guī)變壓器舉例說(shuō)明。投資回報(bào)年限=設(shè)備差價(jià)/年運(yùn)行電費(fèi)差價(jià)。目前一臺(tái)SCBH15-1250非晶合金變壓器與相同容量相關(guān)常規(guī)變壓器的差價(jià)為59000元，每年平均理論經(jīng)濟(jì)效益為13122元，則投資回報(bào)年限為N=59000/13122=4.5（年）。一般非晶合金變壓器銷售價(jià)格為常規(guī)變壓器的1.3倍，投資回報(bào)年限為4.5年。

非晶合金電機(jī)在效率上比傳統(tǒng)電機(jī)有了很大的提升，但是在電機(jī)體積和重量上卻大大減小，從而極大提升了能源和資源的利用率。非晶合金電機(jī)未來(lái)將是替代傳統(tǒng)電機(jī)的下一代高效電機(jī)，前景一片光明。

以我國(guó)2009年發(fā)電量為36506億千瓦時(shí)計(jì)算，其中近70%電力都要通過電機(jī)轉(zhuǎn)換為機(jī)械能應(yīng)用于生產(chǎn)生活中，目前我國(guó)傳統(tǒng)電機(jī)的效率平均僅為50%左右，即12780億千瓦時(shí)的電力在轉(zhuǎn)化過程中被白白地?fù)p失，如果全國(guó)10%的電機(jī)應(yīng)用非晶合金電機(jī)可以節(jié)約1200億千瓦時(shí)發(fā)電量，約相當(dāng)于1.5個(gè)三峽水電站的年發(fā)電量（2009年三峽發(fā)電站的年發(fā)電總量為846.8億千瓦時(shí)），同時(shí)非晶合金電機(jī)可減少60%鋼材使用量、50%的銅材使用量。

（3）對(duì)新基建的推動(dòng)作用

新基建中，5G基站、光伏逆變器、軌道交通變壓器、新能源汽車及充電樁、大數(shù)據(jù)中心變電站以及特高壓控制柜等關(guān)鍵配套設(shè)備或者元器件對(duì)非晶合金材料有重大需求。

5G關(guān)鍵電感要求容量范圍大、體積超小、額定電壓高、高頻特性好等特性。5G基礎(chǔ)建設(shè)帶來(lái)被動(dòng)元件需求的增加。5G的高傳輸速度和廣覆蓋將需要搭建更多更復(fù)雜的基站，帶來(lái)非晶合金材料制作的電感需求的攀升。5G基站功率放大器需要實(shí)現(xiàn)更大的輸出功率和更高的工作頻率，對(duì)相關(guān)器件成本材料的需求增大。而在介質(zhì)濾波器和表面聲波濾波器方面，隨著頻率的提升和精度要求的提高，器件設(shè)計(jì)將轉(zhuǎn)向新型材料的支撐。更多指標(biāo)顯示，非晶合金材料符合這些器件的功能要求。

城市軌道交通動(dòng)力照明負(fù)荷率較低，非運(yùn)營(yíng)時(shí)間接近空載，非晶變壓器通過掛網(wǎng)實(shí)測(cè)，能大大降低供電系統(tǒng)的自損耗。非晶干式變壓器有著明顯的節(jié)能優(yōu)勢(shì)，噪聲滿足規(guī)范要求，不影響推廣應(yīng)用，尺寸和重量不影響建筑規(guī)模及安裝，壽命比硅鋼變壓器更長(zhǎng)，綜合經(jīng)濟(jì)效益非常可觀。根據(jù)城市軌道交通牽引負(fù)荷的特點(diǎn)，非晶變壓器作為整流變壓器應(yīng)用于城市軌道交通，節(jié)能前景較為廣闊。2019年，上海地鐵1～17號(hào)線設(shè)計(jì)使用了“35kV干式非晶合金牽引整流變壓器”，該變壓器可持續(xù)使用30～40年，比原先節(jié)能70%。另外，北京地鐵8號(hào)線、燕房線實(shí)際工程中完成了示范應(yīng)用。其他城市如廣州、南京、成都等城市軌道交通均把非晶變壓器作為首選。

目前新能源汽車單車粉芯模壓電感用量平均已經(jīng)超過1000只，高端汽車的用量則達(dá)到10000只/輛，且仍在繼續(xù)增長(zhǎng)。非晶和納米晶材料由于其特殊的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的綜合軟磁性能，主要用途是制造各類中高頻變壓器、高性能電感和濾波器、高精度電磁測(cè)量和傳感器，以及高性能電磁屏蔽和吸波材料等。電動(dòng)汽車的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、充電系統(tǒng)以及充電樁用到大量的磁性器件，非晶和納米晶合金是目前最為理想的軟磁材料。特斯拉Modle3單車非晶等模壓電感用量約為9200只，Modle S和Modle X的單車用量均在10000只以上。

2020年全國(guó)規(guī)劃建設(shè)1.2萬(wàn)個(gè)充電站和480萬(wàn)個(gè)充電樁。充電站位于商業(yè)中心、行政中心、居民中心等人員密集地方，充電站的需求對(duì)所用變壓器提出了新的要求，所用干式變壓器（簡(jiǎn)稱干變）需要更環(huán)保、更安全、更可靠和體積緊湊。非晶立體卷鐵芯敞開式干變具有低損耗低噪聲、防火防爆、過負(fù)荷能力強(qiáng)、體積小、諧波濾除效果好等特點(diǎn)，相比傳統(tǒng)干變更適合新能源汽車充電站的使用要求，具有廣闊的發(fā)展前景。

大數(shù)據(jù)中心能夠?yàn)榻?jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)的“數(shù)字底座”。綠色數(shù)據(jù)中心更是這個(gè)時(shí)代的呼喚，建設(shè)高等級(jí)綠色、節(jié)能環(huán)保的新一代數(shù)據(jù)中心更是IT人不懈的追求和目標(biāo)。數(shù)據(jù)顯示，機(jī)房電費(fèi)占據(jù)IDC總成本的一半。百度在山西陽(yáng)泉建立數(shù)據(jù)中心，建設(shè)團(tuán)隊(duì)選擇采用了非晶合金變壓器；京東的第一個(gè)自建數(shù)據(jù)中心在江蘇宿遷總投資30億元，建設(shè)團(tuán)隊(duì)選擇采用了非晶合金變壓器，與普通干式變壓器技術(shù)參數(shù)相比較，空載損耗下降65%～70%。