工業(yè)的“血液”叫石油,,工業(yè)的“糧食”是芯片,而工業(yè)的“維生素”,,名曰稀土,。在全球的工業(yè)體系中,中東控制了“血液”,,美國控制了“糧食”,,而中國則占據(jù)了“維生素”大部分市場。
稀土金屬是位于元素周期表ⅢB族中鈧,、釔,、鑭系17種元素的總稱,第一個稀土元素發(fā)現(xiàn)距今已有227年,。之所以命名為稀土,,是當(dāng)時受到古希臘哲學(xué)的影響,認為世間萬物皆由空氣、水,、火和土構(gòu)成,,所有氧化物都稱作“土”,而這種“土”非常罕見,,就叫它稀土,。
但事實上,隨著科學(xué)的發(fā)展人類已經(jīng)意識到了“稀土不稀”這個事實,,比如,,稀土中的鈰,在地殼中的儲量跟銅差不多,,最罕見的稀土金屬是銩,,儲量是黃金的200多倍。
半導(dǎo)體中的稀土
稀土金屬,,稀有金屬和稀散金屬共同組成了“三稀金屬”,,而三稀金屬被應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域的各個方面,尤其是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè),。比如第二代半導(dǎo)體材料砷化鎵,碲化銦,,第三代半導(dǎo)體材料氮化鎵等,,此外稀土金屬還在拋光、靶材,、激光燈方面,,以其優(yōu)異的物理和化學(xué)屬性發(fā)揮著巨大作用。
稀土常被用作拋光材料,,氧化鈰是拋光粉最常用的材料,,其中高鈰拋光粉主要用于石英、光學(xué)鏡頭等硬質(zhì)玻璃長時間循環(huán)拋光,;中鈰拋光粉用于中等精度的光學(xué)鏡頭及液晶顯示器等工件的拋光,;低鈰拋光粉主要用于平板、顯像管玻璃等拋光,。
在半導(dǎo)體靶材領(lǐng)域,,也有稀土相關(guān)身影出現(xiàn),雖然絕大多數(shù)半導(dǎo)體芯片的濺射靶材都是采用的銅,、鋁等傳統(tǒng)金屬,,但仍有相當(dāng)一部分采用的是鉭靶、鉬靶等為主,。比如鉬和氧化銦常被用做平板顯示靶材,,鉭被用做芯片的靶材,鎢被用作存儲器芯片的靶材。
稀土的另一大用途則是在激光方面,,甚至有觀點認為稀土孕育了人造激光,。
目前已知約有320種激光晶體,其中約290種是摻入稀土作為激活離子的,,比如摻釹釔鋁石榴石晶體,,可以用作重復(fù)頻率高的脈沖激光器,氟化鋰釔可以被用作二極管泵浦的激光晶體,。
在半導(dǎo)體制造中,,激光扮演著重要角色,無論是激光切割,,還是光刻機的光源,。ASML的激光器是由德國通快提供的,而位于福建的福晶科技是通快的供應(yīng)商,。福晶科技是全球激光晶體龍頭,,雖然沒有直接證據(jù)表明福晶科技與ASML有必然聯(lián)系,但至少證明中國的稀土在全球產(chǎn)業(yè)鏈中都有舉足輕重的地位,。
除此之外,,鋱元素可以作為磁光貯存材料,并得到了大規(guī)模使用,,用該材料做的磁光光盤,,存儲能力能夠提高10~15倍;在需要放大波長1550nm光信號的電信網(wǎng)絡(luò)中,,摻鉺光纖放大器是必不可少的光學(xué)器件,;霍尼韋爾等企業(yè)曾用鍶制作光子芯片;日本的昭和電工也曾經(jīng)開發(fā)出基于鈷元素的耐高溫半導(dǎo)體材料,,稀土相關(guān)金屬在半導(dǎo)體領(lǐng)域可謂無處不在,。
稀土與軍工
半導(dǎo)體與稀土在很多領(lǐng)域都是如影隨形的,比如在軍工領(lǐng)域,,沒有稀土與半導(dǎo)體的軍工,,無法形成強大的威懾力。
如今,,幾乎所有的大中型武器都實現(xiàn)了電子信息化,,小到夜視儀,大到飛機,、坦克和航母,,半導(dǎo)體無處不在,而稀土在特定的軍事領(lǐng)域,,也發(fā)揮著極強的作用,。
根據(jù)美國國防部的相關(guān)資料稱,,每架隱身的F-35打擊戰(zhàn)斗機都需要920磅(417公斤)稀土材料;每艘阿利伯克級驅(qū)逐艦需要5200磅(2.4噸),;一艘SSN-774弗吉尼亞級潛艇需要9200磅(4.2噸),。
在激光制導(dǎo)等領(lǐng)域,半導(dǎo)體常常與稀土共同出現(xiàn),,甚至一些武器直接是用稀土命名,。比如坦克使用的摻釹釔鋁石榴石激光測距機,這是現(xiàn)代先進坦克的標(biāo)配裝備,,從美國的M1到英國的“挑戰(zhàn)者”和德國的“豹2”,,無一例外,它的測量距離達到20公里,,精度比普通的光學(xué)測距儀高很多,。
稀土與汽車
稀土和半導(dǎo)體的另一個大的交集則在汽車產(chǎn)業(yè)。汽車電子如今已經(jīng)成為一個專有名詞,,截止目前,,全球的汽車電子市場已經(jīng)逼近2萬億元的市場規(guī)模,隨著新能源汽車與自動駕駛技術(shù)的持續(xù)發(fā)力,,汽車電子還將持續(xù)高速增長,,而稀土也將迎來更大的成長空間。
稀土在汽車方面的應(yīng)用也是無處不在,,比如釔被用來生產(chǎn)緊湊型熒光燈,,氧化鈰以其優(yōu)異的催化性能,已經(jīng)可以取代傳統(tǒng)的鉑(Pt)和銠(Rh)等貴金屬,,用于汽車尾氣處理,每年用在汽車尾氣凈化方面的氧化鈰消耗量大約1.15萬噸,。
鋱和鏑被用來生產(chǎn)能在高溫下良好運行的磁鐵,,而磁鐵是汽車動力系統(tǒng)的重要組成部分,這些元素大部分國家都需要從中國進口,,尤其是日本,。
據(jù)悉,一般汽車整車有30多個部件要用到稀土永磁磁鐵,,而高端車更是有70多個部件需要用到稀土永磁材料,,用以完成各種控制動作。
一輛高級轎車需要稀土永磁材料約0.5kg-3.5kg,,在新能源汽車上這些量更大,。每輛混合動力車較傳統(tǒng)汽車要多消耗5kg釹鐵硼;純電動車中,,稀土永磁電機替代傳統(tǒng)電機要多使用5-10KG釹鐵硼,。
稀土VS半導(dǎo)體
最近幾年,,稀土市場會拿出來和半導(dǎo)體一起進行討論。但值得注意的是,,稀土與半導(dǎo)體在產(chǎn)業(yè)規(guī)模上不可相提并論,。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示,2018年中國稀土產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)值約900億元人民幣,,而2017年,,全球的半導(dǎo)體產(chǎn)值為4767億美元,稀土與半導(dǎo)體的產(chǎn)值比起來小太多了,,甚至不及半導(dǎo)體一個零頭,。
在技術(shù)上,稀土的技術(shù)門檻和涉及的上下游也和半導(dǎo)體差距很大,。
稀土的核心門檻是精煉能力,,在這方面中國是全球第一。但別國若想在技術(shù)上追平我國,,或許比我們在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)投入的資金與時間少許多,。
在上下游產(chǎn)業(yè)鏈中,半導(dǎo)體牽扯到的產(chǎn)業(yè)鏈無疑更為廣泛,,從設(shè)計到制造,、還有設(shè)備,材料等一大堆產(chǎn)業(yè),,就拿臺積電來說,,其供應(yīng)商的數(shù)量就超過了3000家,稀土無疑不需要這么長的產(chǎn)業(yè)鏈條,。
綜述,,從產(chǎn)業(yè)規(guī)模來說,稀土與半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)或許不能相提并論,,但重要性而言,,工業(yè)缺少“糧食”會萎縮,缺少“維生素”也會衰退,,兩者的區(qū)別只是在于哪種衰落的更快而已,,不過由于稀土規(guī)模小,有時候可以達到四兩撥千斤的效果,。