2毫米到2厘米：非晶合金突破10倍厚度极限！

非晶合金就像2000年的碳纤维——今天看是奢侈品，明天将成为必需品。

当传统金属还在晶体结构的“纪律部队”中循规蹈矩，一种打破原子排列规则的“叛逆者”正在重塑材料科学的边界——它的名字叫“非晶合金”，更被科幻爱好者称为“液态金属”，正以其混沌状态的原子排列，创造碾压传统金属的超高强度（1600-2200MPa）、超高硬度（500-600Hv）、超高弹性极限（2%）以及耐腐蚀能力。

历经三十多年技术攻坚，非晶合金的技术上限不断突破：从日本日立金属的微米厚度非晶薄带，到中国企业以每秒百万摄氏度超速冷却突破2厘米非晶合金厚度极限。非晶合金的厚度越高，难度越大，甚至可以说是完全不同的技术体系。

这种材料的产业价值，正在随着厚度提升应用到更多领域而快速爆发：手机折叠屏铰链、智能手表外壳、电机壳体、人造骨骼甚至脑机接口电极等等，这种曾困于实验室的“液态金属”，正在印证“从奢侈品转向必需品”的预言。

无序锻造：非晶合金的原子密码

非晶合金的传奇始于1960年9月3日《Nature》一篇题为《凝固金硅合金的非晶结构》的论文。美国教授Duwez在实验中偶然发现：当熔融合金以每秒百万摄氏度超速冷却，原子来不及有序排列便“冻结”成无序状态，诞生了人类首块“非晶合金”。从此之后，人们才逐渐认识到这类材料的重要性，并逐渐形成了非晶合金发展的第一个高潮期。就像试图在岩浆喷发时雕刻冰雕——控制无序原子凝固需要突破热力学与动力学的双重枷锁。

图：非晶合金原子排列示意

在微观世界的战场上，传统金属原子如同训练有素的士兵，以严整的晶格方阵构筑钢铁长城。而非晶合金的原子却像一场自由即兴的街头艺术——没有固定队形，没有重复图案，只有随机的舞蹈轨迹，这种结构被称为“长程无序”，即使使用最先进的电子显微镜观察，在微小到仅有数个纳米的范围内，也无法找到一个重复的原子排列模式。原子就像被“冻结”在液态时的随机状态，没有晶体那样的周期性平移对称性。这种长程无序结构，正是其化身“六边形战士”的终极密码：

高强度：非晶合金创造了迄今为止金属材料的超高强度1500-2200MPa（最高已在实验室实现6000MPa），远高于钢铁材料100-1300MPa、不锈钢200MPa、钛合金900MPa等金属材料。

高硬度：硬度高、耐磨损，硬度可达500-600Hv（最高已在实验室实现1800Hv），高于不锈钢200Hv、钛合金400Hv。

高弹性：弹性极限可达2%，理论极限值为4.2%，而钛合金和不锈钢弹性极限仅为0.6%。

耐腐蚀：非晶合金因其无序结构，没有传统合金中存在晶界等薄弱位置，拥有优异的耐腐蚀性能。

轻量化：非晶合金的原子结构通常使其密度低于成分相近的晶态合金，质量比不锈钢轻13-34%。

此外，非晶合金还具备良好的抑菌性、生物相容性、强催化性和强吸附性等。

荆棘征途：微米薄带到厘米块材的三十年进化

（1）2000年：“微米薄带”铁芯初探

由于非晶合金生产过程难度极高，直到90年代才第一次实现产业化。

初期的非晶合金以具备软磁性的铁基材料为原材料，主要采用“甩带工艺”进行生产。这项工艺主要用于铁基非晶合金，产品厚度仅为20-80um，也被称为铁基非晶薄带，由于厚度过薄，主要用于变压器铁芯中替代硅钢片，可以降低变压器空载损耗70-80%。

（2）2010年：“毫米带材”薄壁试水

2010年前后，非晶合金开始以锆基材料作为原材料，采用“真空压铸工艺”生产。这项工艺良品率低，生产成本高，材料厚度上限增加至2mm，主要用于在3C领域高端产品中薄壁件。

（3）2020年：“厘米块材”应用扩展

2020年以后，业内出现技术领先企业率先将非晶合金厚度进一步突破厘米级，原材料来源也进一步丰富，锆基、钛基、铜基等金属材料均可加工。通过更为先进的“气氛保护压铸工艺”，可以有效提高良品率，降低生产成本。应用领域扩展至消费电子、医疗器械、机械配件、航空航天等。

全球竞速：带材领先与块材突破

非晶合金材料根据产品形态主要分为“非晶带材”和“非晶块材”两大领域，两者在制备技术、应用场景和主导企业上均有显著不同。

其中，非晶带材以铁基为主；非晶块材以锆基为主，其他包括钛基、铜基等。

（1）非晶带材：中国领先

非晶带材领域，产品主要用于电力配电领域，例如变压器铁芯，全球市场长期以来由日本日立金属（Hitachi Metals）主导，也是全球非晶合金的技术先驱。日立金属1977年投入研发，发展至今日本工厂和美国工厂合计达到10万吨的产能规模，约占全球非晶带材20%的市场份额。生产工艺采用“多炉连续式”生产模式，能够连续生产8小时以上，技术水平和产品质量国际领先。这些产品广泛应用于高效节能变压器、非晶电机和太阳能发电装置中的电抗器铁芯。

图源：日本日立株式会社官网

在中国，非晶带材的研发与产业化主要包括安泰科技股份有限公司（简称“安泰科技”）和青岛云路先进材料技术股份有限公司（简称“青岛云路”）。

青岛云路正在成为全球非晶带材的“新王”，非晶带材产能布局达到10万吨以上，也是全球最大的非晶带材生产企业，2024年非晶带材及其制品营业收入超过14亿元，产品用于电力配送（变压器）、新能源汽车、轨道交通等方向，约占全球非晶带材40%的市场份额。

安泰科技的发展植根于中国钢铁研究总院的技术积累，非晶带材产能布局超过5万吨，产品用于电力配送（变压器）、新能源汽车等方向，约占全球非晶带材10%的市场份额。

在非晶带材领域，中国企业的优势在于国家政策对节能产品的支持、相对较低的成本以及本地化服务的快速响应。劣势在于早期在高磁感等尖端产品研发上与日立金属存在一定差距，以及多炉连续式生产工艺的稳定性方面仍需提升。

目前，以青岛云路和安泰科技为代表的中国企业已经打破了国外垄断，并使中国成为全球最大的非晶带材产业基地。

根据中国电器工业协会非晶合金材料应用分会相关统计，2024年全国共有各类非晶合金材料生产企业近300家，其中铁基非晶合金带材企业7家，产线24条，启用产线16条，年设计产能19万吨。铁基非晶带材产量约14.5万吨，占全球产量近70%，同比增长23.9%。铁基非晶带材出口接近9万吨，主要集中在越南、菲律宾、印尼等东南亚国家，用于出口的非晶带材占比国内生产总量超60%。2024年变压器招标数近5万台，非晶变压器占比近30%。

按照铁基非晶合金带材18元/kg的价格计算，2024年国内市场需求14.5万吨，国内市场容量约为26亿元人民币，全球市场需求20.7万吨，全球市场容量约为37亿元人民币。

此外，纳米晶合金也是铁基非晶合金的重要下游，虽然有时被归为非晶合金的一种，但是二者在制备工艺和应用场景上存在显著差异。纳米晶合金是在非晶合金的基础上，经过精细控制的退火过程进一步形成具有纳米级微晶体与非晶混合结构的材料。这种材料在软磁性能和机械性能方面都表现出卓越的特性。

根据中国电器工业协会非晶合金材料应用分会相关统计，2024年纳米晶合金企业128家，产线350余条，年设计产能4万吨，产量近4万吨，占全球产量近60%。青岛云路、安泰科技也有布局纳米晶合金产品，其中，安泰科技重点发展纳米晶合金相关方向，也是纳米晶合金行业的领导者。

按照铁基纳米晶合金50元/kg的价格计算，2024年国内市场需求4万吨，国内市场容量约为20亿元人民币，全球市场需求6-7万吨，全球市场容量约为33亿元人民币。

（2）非晶块材：潜力巨大

在非晶块材领域，美国Liquid Metal Technologies是该领域的先驱和知名企业，其技术源于早期对锆基、钛基等非晶块材合金体系的研究。该公司在非晶块材的成分开发、精密压铸成型技术方面拥有较多知识产权，并与消费电子等领域知名企业有过合作，试图将非晶块材应用于手机结构件和高尔夫球头等产品。

图源：美国Liquid Metal Technologies公司官网

非晶块材作为非晶合金的重要分支，由于受制于生产能力，非晶块材的制备对冷却速率和合金非晶形成能力要求极高，大尺寸构件生产难度大、成本高昂，并且材料本身通常表现材料脆性、加工性差等，这些因素在一定程度上限制了非晶块材的大规模的商业化应用。

因此，目前难以准确统计非晶块材的市场数据，但是非晶块材的应用领域极宽，随着非晶块材的发展，可以逐步替代部分综合性能要求较高的场景。例如在消费电子领域，可以用于手机结构件、可穿戴设备等，满足高强度、高硬度和耐磨性等要求；在航空航天与军工领域，可以用于制造发动机部件、轻量化结构件等，满足高强度、耐腐蚀、抗辐照等要求；在医疗领域，可以用于手术刀、人造骨、人造牙齿等，满足生物相容和耐腐蚀等要求。

非晶块材因其工艺难度，价格也更加昂贵，以锆基非晶块材为例，价格可以达到2000元/kg以上，在当前应用场景还在萌芽阶段，国内市场容量已在10亿元人民币左右，随着应用场景逐步释放，预计市场容量将呈几何级数增长。

在中国，非晶块材领域也涌现出一批新晋企业，例如江苏混沌新材料科技有限公司、常州世竟液态金属有限公司、东莞逸昊金属材料科技有限公司、上海驰声金属科技有限公司等。

2025年初，一则新闻引起媒体关注，国家知识产权局公布了华为技术有限公司、江苏混沌新材料科技有限公司申请的一项名为“锆基非晶合金材料、制备方法、转轴组件及电子设备”的发明专利。

图源：国家知识产权局

在非晶合金领域牵手华为，商业价值不言而喻。

技术突破：2厘米的技术极限

江苏混沌新材料科技有限公司（简称“混沌新材”），拥有从非晶合金材料合成开始到产品精密成型的全套技术，依托自研“全周期气氛保护压铸法”及其核心装备，混沌新材率先实现2厘米厚度非晶合金块材的工业化，可以提供锆基、钛基、铜基等多种材料体系，多达200余种材料配方，获得非晶合金领域国际顶级权威专家、美国两院院士、加州理工学院教授W.L.Johnson的高度评价。

图：混沌新材盐城基地

混沌新材创始人张启东博士2011年开始研究非晶合金材料，2019年博士毕业创办公司。现任中国非晶合金材料应用协会理事，副秘书长，盐城市创新创业领军人才。

张启东博士对于非晶合金的技术壁垒提到：非晶合金的性能，比如强度、硬度、耐腐蚀性能等，和其内部原子是否高度非晶化（无序排列）强相关。非晶合金成型产品时，在极低含氧量（ppm级）下通过快速冷却技术才能实现产品内部原子高度非晶化，达到预期性能。原理并不复杂，但是难点在于：

稳定降温：生产工艺等能否均匀保证每秒百万摄氏度的超速冷却；

气体氛围：极低的含氧量在批产阶段非常难以实现，技术不当将会大大增加生产成本；

心部冷却：产品形态越厚，产品心部的快速冷却也越难实现，导致非晶块材难以形成均匀性能；

高精模具：高精模具可以降低二道加工成本，但是复杂的模具又会对稳定降温造成影响，导致二道加工成本居高不下；

次品重炼：次品最多回炉熔炼2次，因为含氧量的增加会导致材料彻底报废，良品率低下也会增加生产成本。

因此，传统技术只能做很薄的非晶合金产品，一般小于2毫米厚度，产品各项性能往往欠佳或者不稳定（受到非晶化程度影响），容易产生气孔等缺陷，良品率低下，限制了非晶块材产业应用。多数非晶块材生产企业一般使用“真空压铸法”，推动了薄壁非晶合金产品在3C以及其他部分领域的应用。

2021年，“全周期气氛保护压铸法”这种全新的量产技术在混沌新材自研成功，全套装备与生产工艺均为混沌新材自主研发，成为量产非晶块材的核心保障。这种工艺可以在低氧环境完成全部工序，实现非晶合金产品的一步成型，尺寸精度可以做到±0.02mm，达到胜于MIN、媲美CNC的加工精度，并且无需MIN、CNC涉及的烧结、热处理等二次处理工序，有效提高非晶块材的生产效率、降低加工成本。

张启东博士提到：“这项工艺至关重要的一点，是对非晶块材的‘均匀极冻’，技术难度远远大于非晶带材，心部冷却是必须跨过的一座大山”。

图：混沌新材非晶块材突破2厘米厚度

正是因为能够在如此苛刻的反应条件下达到均匀快速的冷却效果，混沌新材可以突破传统真空压铸法只能生产薄壁非晶合金零件的限制，可将产品厚度上限由原来的2毫米提高到当前的2厘米，提高10倍。张启东博士表示：“这项技术让我们可以向客户灵活提供非晶合金的球体、板材以及精密加工制品，大大拓展了市场边界”。

图源：混沌新材公司官网

同时，混沌新材的非晶块材还拥有优异的耐腐蚀性能，大气环境可以十年不锈，浸泡海水两年没有腐蚀现象，甚至在20%浓盐酸里可以浸泡3个月，耐腐蚀性能是316不锈钢的十倍，这种特性在军工方面也有广阔的应用前景。

张启东博士也向斤风透露了混沌新材的最新市场进展：“我们正在向全球某知名厂商量产供应非晶块材产品”。 

应用爆发：非晶块材点燃千亿市场

2019年，华为手机首代Mate X量产，铰链使用锆基非晶块材，华为折叠屏手机发布时，将此材料作为核心技术进行推介。2025年6月27日，华为常务董事、终端BG董事长余承东在视频号中推介其折叠屏电脑，再次称其华为折叠屏电脑铰链采用了锆基液态金属（即锆基非晶块材）这一材料。2025年9月4日，在华为举行的Mate XTs非凡大师及全场景新品发布会上，余承东表示：“一年前，我们发布了全球首款三折叠屏手机，迄今为止仍然是折叠屏领域的唯一”。

华为Mate XTs非凡大师采用了天工铰链系统，让手机实现了双轨联动和极致纤薄，和传统折叠屏手机相比，外折转轴厚度下降了23%，内折转轴厚度降低了16%，尤其是铰链疲劳寿命更是大大提高。支撑这一奇迹的，正是锆基非晶块材。

根据中国电器工业协会非晶合金材料应用分会2025年7月发布的行业分析报告称，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，非晶块材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。

图源：华为公司官网

IDC预测2025年中国折叠屏出货量达947万台，其中仅铰链材料中的非晶块材需求就接近10亿元。中国电器工业协会非晶合金材料应用分会负责人表示，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块材铰链，按折叠屏手机年出货量1500万台计，结合其他手机企业用量，锆基非晶块材铰链年需求量十分庞大。

折叠屏手机只是非晶块材的“开场秀”。同时，非晶块材的应用正从消费电子快速渗透至高端制造与医疗科技领域，并展现出可观的市场规模：

在汽车制造领域：非晶块材可以用于汽车锁闭结构以及其他部件，例如门锁、拉手、铰链等精密零件，对于传统材料的替代空间巨大。

在智能穿戴领域：非晶块材因其超高强度与耐腐蚀性，可以广泛用于智能穿戴设备壳体，例如智能手表壳体等。根据中商产业研究院统计，2024年中国智能手表市场出货量达4317万台，同比增长18.8%，市场规模达到374.7亿元。预计2025年出货量将达到6240万台，市场规模将达到413.8亿元。

在工业机电领域：高速电机全球市场规模已达数百亿元，非晶块材作为新型电机壳体材料，可以减轻电机重量15%-20%，潜在规模随高速电机对于传统材料替代趋势持续扩大。谐波减速器是机器人的核心部件，成本占比可达30%，其中的柔性齿轮（柔轮） 是其关键。非晶合金的高强度和高硬度使其能承受更大的载荷而不易发生塑性变形或齿面点蚀，其高弹性极限特别适合制造需要反复进行弹性变形来传递动力的谐波减速器柔轮，从而显著提升谐波减速器的精度、刚度和寿命。

在医疗健康领域：非晶块材人造骨植入物凭借其促进骨整合和抑菌特性，市场需求增长显著，骨科植入物市场整体扩容为市场应用带来巨大潜力，同时精密手术器械如非晶合金手术钳等在神经外科等高端领域的需求也在提升。锆基非晶人造骨植入物骨整合速度提高50%，并且自带抑菌属性；非晶合金手术钳，在神经外科手术中实现0.1毫米级震颤抑制。

在脑机接口领域：非晶块材凭借其优异的生物相容性和电学性能，开始尝试用于新一代脑机接口电极，增长潜力巨大。

其他细分领域：航空航天领域非晶块材的热端部件与卫星支架、精密仪器领域的微型传感器和执行器、能源领域的燃料电池双极板以及环保领域的工业耐磨部件等新领域也展现出应用潜力，这些领域的细分市场预计可带来数十亿乃至上百亿元的增量空间。

根据非晶中国大数据中心测算，未来我国锆基非晶块材合金每年市场增幅将达到30%-40%。未来3-5年，市场潜在年需求总额将超100亿元。

非晶合金开启“厘米时代”

站在2025年的科技拐点回望，非晶合金的征途恰似一场微观世界的长征：从Duwez实验室的意外发现，到日立金属统治的薄带王朝；从中国制造非晶带材的逆袭反超，到非晶块材2厘米厚度为标志的技术突破；从折叠屏手机铰链中的“性能担当”，到航空航天的“幕后英雄”。每一次厚度的跨越，都拓展了性能的边界，也打开了应用的新天地。

厘米级非晶块材，标志着非晶合金产业正在经历从技术突破迈向规模化应用的关键拐点。它不再仅仅是实验室的珍品，而是驱动消费电子极致体验、赋能高端制造升级、守护人类健康福祉的核心材料之一。

随着制备技术的持续优化、成本的不断下探以及应用场景的深度挖掘，非晶合金必将深度融入千行百业，与前沿科技共振，共同塑造一个更轻、更强、更智能的未来。这场由无序原子缔造的有序变革，“厘米时代”的帷幕，才刚刚拉开。

正如张启东博士感叹：“非晶合金就像2000年的碳纤维——今天看是奢侈品，明天将成为必需品”。