一種打破原子排列規(guī)則的新型材料在重塑科學(xué)邊界——它的名字叫“非晶合金”，創(chuàng)造碾壓傳統(tǒng)金屬的超高能力。

歷經(jīng)三十多年技術(shù)攻堅(jiān)，非晶合金的技術(shù)上限不斷突破：中國企業(yè)以每秒百萬攝氏度超速冷卻突破2厘米非晶合金厚度極限。

這種材料的產(chǎn)業(yè)價(jià)值，正在隨著厚度提升應(yīng)用到更多領(lǐng)域而快速爆發(fā)。

一、無序鍛造：非晶合金的原子密碼

非晶合金的傳奇始于1960年《Nature》的一篇論文。美國教授Duwez偶然發(fā)現(xiàn)：當(dāng)熔融合金以每秒百萬攝氏度超速冷卻，原子來不及有序排列便“凍結(jié)”成無序狀態(tài)，誕生了人類首塊“非晶合金”。

圖：非晶合金原子排列示意

非晶合金的原子沒有固定隊(duì)形，沒有重復(fù)圖案，只有隨機(jī)軌跡，這種結(jié)構(gòu)被稱為“長程無序”，原子就像被“凍結(jié)”在液態(tài)時(shí)的隨機(jī)狀態(tài)，沒有晶體那樣的周期性平移對(duì)稱性。這種長程無序結(jié)構(gòu)，正是其超高性能的終極密碼：

高強(qiáng)度：超高強(qiáng)度1500-2200MPa。

高硬度：硬度可達(dá)500-600Hv。

高彈性：彈性極限可達(dá)2%，理論極限值為4.2%。

耐腐蝕：擁有優(yōu)異的耐腐蝕性能。

輕量化：質(zhì)量比不銹鋼輕13-34%。

此外，非晶合金還具備良好的抑菌性、生物相容性、強(qiáng)催化性和強(qiáng)吸附性等。

二、荊棘征途：微米薄帶到厘米塊材的三十年進(jìn)化

（1）2000年：“微米薄帶”鐵芯初探

由于非晶合金生產(chǎn)過程難度極高，直到90年代才第一次實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

初期的非晶合金主要采用“甩帶工藝”進(jìn)行生產(chǎn)，主要用于鐵基非晶合金，產(chǎn)品厚度僅為20-80um，也被稱為鐵基非晶薄帶，主要用于變壓器鐵芯。

（2）2010年：“毫米帶材”薄壁試水

2010年前后，非晶合金開始以鋯基材料作為原材料，采用“真空壓鑄工藝”生產(chǎn)。這項(xiàng)工藝良品率低，生產(chǎn)成本高，材料厚度上限增加至2mm，主要用于在3C領(lǐng)域高端產(chǎn)品中薄壁件。

（3）2020年：“厘米塊材”應(yīng)用擴(kuò)展

2020年以后，業(yè)內(nèi)出現(xiàn)技術(shù)領(lǐng)先企業(yè)率先將非晶合金厚度進(jìn)一步突破厘米級(jí)，原材料來源也進(jìn)一步豐富，鋯基、鈦基、銅基等金屬材料均可加工。通過更為先進(jìn)的“氣氛保護(hù)壓鑄工藝”，可以有效提高良品率，降低生產(chǎn)成本。應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展至消費(fèi)電子、醫(yī)療器械、機(jī)械配件、航空航天等。

三、全球競速：帶材領(lǐng)先與塊材突破

非晶合金材料根據(jù)產(chǎn)品形態(tài)主要分為“非晶帶材”和“非晶塊材”兩大領(lǐng)域，兩者在制備技術(shù)、應(yīng)用場景和主導(dǎo)企業(yè)上均有顯著不同。

（1）非晶帶材：中國領(lǐng)先

非晶帶材領(lǐng)域，產(chǎn)品主要用于電力配電領(lǐng)域，例如變壓器鐵芯，全球市場長期以來由日本日立金屬（Hitachi Metals）主導(dǎo)，也是全球非晶合金的技術(shù)先驅(qū)。

在中國，非晶帶材的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化主要包括安泰科技股份有限公司（簡稱“安泰科技”）和青島云路先進(jìn)材料技術(shù)股份有限公司（簡稱“青島云路”）。

目前，以青島云路和安泰科技為代表的中國企業(yè)已經(jīng)打破了國外壟斷，并使中國成為全球最大的非晶帶材產(chǎn)業(yè)基地。

鐵基非晶合金帶材2024年國內(nèi)市場需求14.5萬噸，國內(nèi)市場容量約為26億元人民幣，全球市場需求20.7萬噸，全球市場容量約為37億元人民幣。

此外，納米晶合金也是鐵基非晶合金的重要下游，雖然有時(shí)被歸為非晶合金的一種，但是二者在制備工藝和應(yīng)用場景上存在顯著差異。鐵基納米晶合金2024年國內(nèi)市場需求4萬噸，國內(nèi)市場容量約為20億元人民幣，全球市場需求6-7萬噸，全球市場容量約為33億元人民幣。

（2）非晶塊材：潛力巨大

在非晶塊材領(lǐng)域，美國Liquid Metal Technologies是該領(lǐng)域的知名企業(yè)，技術(shù)源于早期對(duì)鋯基、鈦基等非晶塊材合金體系的研究。

非晶塊材作為非晶合金的重要分支，但是由于受制于生產(chǎn)技術(shù)，一定程度上限制了非晶塊材的商業(yè)化應(yīng)用。

2025年初，國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局公布了華為技術(shù)有限公司、江蘇混沌新材料科技有限公司申請(qǐng)的一項(xiàng)發(fā)明專利。

圖源：國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局

在非晶合金領(lǐng)域牽手華為，商業(yè)價(jià)值不言而喻。

四、技術(shù)突破：2厘米的技術(shù)極限

江蘇混沌新材料科技有限公司（簡稱“混沌新材”），擁有從非晶合金材料合成開始到產(chǎn)品精密成型的全套技術(shù)，依托自研“全周期氣氛保護(hù)壓鑄法”及其核心裝備，混沌新材率先實(shí)現(xiàn)2厘米厚度非晶合金塊材的工業(yè)化，可以提供鋯基、鈦基、銅基等多種材料體系。

混沌新材創(chuàng)始人張啟東博士對(duì)于非晶合金的技術(shù)壁壘提到，非晶合金的原理并不復(fù)雜，但是難點(diǎn)在于：穩(wěn)定降溫、氣體氛圍、心部冷卻、高精模具、次品重?zé)?/strong>等。