導讀：非晶合金就像2000年的碳纖維今天看是奢侈品，明天將成為必需品。 當傳統金屬還在晶體結構的紀律部隊中循規蹈矩，一種打破原子排列規則的叛逆者正在重塑材料科學的邊界它的名字叫 非晶合金 ，更被科幻愛好者稱為 液態金屬 ，正以其混沌狀態的原子排列，創造碾

非晶合金就像2000年的碳纖維——今天看是奢侈品，明天將成為必需品。

當傳統金屬還在晶體結構的“紀律部隊”中循規蹈矩，一種打破原子排列規則的“叛逆者”正在重塑材料科學的邊界——它的名字叫“非晶合金”，更被科幻愛好者稱為“液態金屬”，正以其混沌狀態的原子排列，創造碾壓傳統金屬的超高強度（1600-2200MPa）、超高硬度（500-600Hv）、超高彈性極限（2%）以及耐腐蝕能力。

歷經三十多年技術攻堅，非晶合金的技術上限不斷突破：從日本日立金屬的微米厚度非晶薄帶，到中國企業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。非晶合金的厚度越高，難度越大，甚至可以說是完全不同的技術體系。

這種材料的產業價值，正在隨著厚度提升應用到更多領域而快速爆發：手機折疊屏鉸鏈、智能手表外殼、電機殼體、人造骨骼甚至腦機接口電極等等，這種曾困于實驗室的“液態金屬”，正在印證“從奢侈品轉向必需品”的預言。

無序鍛造：非晶合金的原子密碼

非晶合金的傳奇始于1960年9月3日《Nature》一篇題為《凝固金硅合金的非晶結構》的論文。美國教授Duwez在實驗中偶然發現：當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”成無序狀態，誕生了人類首塊“非晶合金”。從此之后，人們才逐漸認識到這類材料的重要性，并逐漸形成了非晶合金發展的第一個高潮期。就像試圖在巖漿噴發時雕刻冰雕——控制無序原子凝固需要突破熱力學與動力學的雙重枷鎖。

圖：非晶合金原子排列示意

在微觀世界的戰場上，傳統金屬原子如同訓練有素的士兵，以嚴整的晶格方陣構筑鋼鐵長城。而非晶合金的原子卻像一場自由即興的街頭藝術——沒有固定隊形，沒有重復圖案，只有隨機的舞蹈軌跡，這種結構被稱為“長程無序”，即使使用最先進的電子顯微鏡觀察，在微小到僅有數個納米的范圍內，也無法找到一個重復的原子排列模式。原子就像被“凍結”在液態時的隨機狀態，沒有晶體那樣的周期性平移對稱性。這種長程無序結構，正是其化身“六邊形戰士”的終極密碼：

高強度：非晶合金創造了迄今為止金屬材料的超高強度1500-2200MPa（最高已在實驗室實現6000MPa），遠高于鋼鐵材料100-1300MPa、不銹鋼200MPa、鈦合金900MPa等金屬材料。

高硬度：硬度高、耐磨損，硬度可達500-600Hv（最高已在實驗室實現1800Hv），高于不銹鋼200Hv、鈦合金400Hv。

高彈性：彈性極限可達2%，理論極限值為4.2%，而鈦合金和不銹鋼彈性極限僅為0.6%。

耐腐蝕：非晶合金因其無序結構，沒有傳統合金中存在晶界等薄弱位置，擁有優異的耐腐蝕性能。

輕量化：非晶合金的原子結構通常使其密度低于成分相近的晶態合金，質量比不銹鋼輕13-34%。

此外，非晶合金還具備良好的抑菌性、生物相容性、強催化性和強吸附性等。

荊棘征途：微米薄帶到厘米塊材的三十年進化

（1）2000年：“微米薄帶”鐵芯初探

由于非晶合金生產過程難度極高，直到90年代才第一次實現產業化。

初期的非晶合金以具備軟磁性的鐵基材料為原材料，主要采用“甩帶工藝”進行生產。這項工藝主要用于鐵基非晶合金，產品厚度僅為20-80um，也被稱為鐵基非晶薄帶，由于厚度過薄，主要用于變壓器鐵芯中替代硅鋼片，可以降低變壓器空載損耗70-80%。

（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。這項工藝良品率低，生產成本高，材料厚度上限增加至2mm，主要用于在3C領域高端產品中薄壁件。

（3）2020年：“厘米塊材”應用擴展

2020年以后，業內出現技術領先企業率先將非晶合金厚度進一步突破厘米級，原材料來源也進一步豐富，鋯基、鈦基、銅基等金屬材料均可加工。通過更為先進的“氣氛保護壓鑄工藝”，可以有效提高良品率，降低生產成本。應用領域擴展至消費電子、醫療器械、機械配件、航空航天等。

全球競速：帶材領先與塊材突破

非晶合金材料根據產品形態主要分為“非晶帶材”和“非晶塊材”兩大領域，兩者在制備技術、應用場景和主導企業上均有顯著不同。

其中，非晶帶材以鐵基為主；非晶塊材以鋯基為主，其他包括鈦基、銅基等。

（1）非晶帶材：中國領先

非晶帶材領域，產品主要用于電力配電領域，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，也是全球非晶合金的技術先驅。日立金屬1977年投入研發，發展至今日本工廠和美國工廠合計達到10萬噸的產能規模，約占全球非晶帶材20%的市場份額。生產工藝采用“多爐連續式”生產模式，能夠連續生產8小時以上，技術水平和產品質量國際領先。這些產品廣泛應用于高效節能變壓器、非晶電機和太陽能發電裝置中的電抗器鐵芯。

圖源：日本日立株式會社官網

在中國，非晶帶材的研發與產業化主要包括安泰科技股份有限公司（簡稱“安泰科技”）和青島云路先進材料技術股份有限公司（簡稱“青島云路”）。

青島云路正在成為全球非晶帶材的“新王”，非晶帶材產能布局達到10萬噸以上，也是全球最大的非晶帶材生產企業，2024年非晶帶材及其制品營業收入超過14億元，產品用于電力配送（變壓器）、新能源汽車、軌道交通等方向，約占全球非晶帶材40%的市場份額。

安泰科技的發展植根于中國鋼鐵研究總院的技術積累，非晶帶材產能布局超過5萬噸，產品用于電力配送（變壓器）、新能源汽車等方向，約占全球非晶帶材10%的市場份額。

在非晶帶材領域，中國企業的優勢在于國家政策對節能產品的支持、相對較低的成本以及本地化服務的快速響應。劣勢在于早期在高磁感等尖端產品研發上與日立金屬存在一定差距，以及多爐連續式生產工藝的穩定性方面仍需提升。

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

根據中國電器工業協會非晶合金材料應用分會相關統計，2024年全國共有各類非晶合金材料生產企業近300家，其中鐵基非晶合金帶材企業7家，產線24條，啟用產線16條，年設計產能19萬噸。鐵基非晶帶材產量約14.5萬噸，占全球產量近70%，同比增長23.9%。鐵基非晶帶材出口接近9萬噸，主要集中在越南、菲律賓、印尼等東南亞國家，用于出口的非晶帶材占比國內生產總量超60%。2024年變壓器招標數近5萬臺，非晶變壓器占比近30%。

按照鐵基非晶合金帶材18元/kg的價格計算，2024年國內市場需求14.5萬噸，國內市場容量約為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，雖然有時被歸為非晶合金的一種，但是二者在制備工藝和應用場景上存在顯著差異。納米晶合金是在非晶合金的基礎上，經過精細控制的退火過程進一步形成具有納米級微晶體與非晶混合結構的材料。這種材料在軟磁性能和機械性能方面都表現出卓越的特性。

根據中國電器工業協會非晶合金材料應用分會相關統計，2024年納米晶合金企業128家，產線350余條，年設計產能4萬噸，產量近4萬噸，占全球產量近60%。青島云路、安泰科技也有布局納米晶合金產品，其中，安泰科技重點發展納米晶合金相關方向，也是納米晶合金行業的領導者。

按照鐵基納米晶合金50元/kg的價格計算，2024年國內市場需求4萬噸，國內市場容量約為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

在非晶塊材領域，美國Liquid Metal Technologies是該領域的先驅和知名企業，其技術源于早期對鋯基、鈦基等非晶塊材合金體系的研究。該公司在非晶塊材的成分開發、精密壓鑄成型技術方面擁有較多知識產權，并與消費電子等領域知名企業有過合作，試圖將非晶塊材應用于手機結構件和高爾夫球頭等產品。

圖源：美國Liquid Metal Technologies公司官網

非晶塊材作為非晶合金的重要分支，由于受制于生產能力，非晶塊材的制備對冷卻速率和合金非晶形成能力要求極高，大尺寸構件生產難度大、成本高昂，并且材料本身通常表現材料脆性、加工性差等，這些因素在一定程度上限制了非晶塊材的大規模的商業化應用。

因此，目前難以準確統計非晶塊材的市場數據，但是非晶塊材的應用領域極寬，隨著非晶塊材的發展，可以逐步替代部分綜合性能要求較高的場景。例如在消費電子領域，可以用于手機結構件、可穿戴設備等，滿足高強度、高硬度和耐磨性等要求；在航空航天與軍工領域，可以用于制造發動機部件、輕量化結構件等，滿足高強度、耐腐蝕、抗輻照等要求；在醫療領域，可以用于手術刀、人造骨、人造牙齒等，滿足生物相容和耐腐蝕等要求。

非晶塊材因其工藝難度，價格也更加昂貴，以鋯基非晶塊材為例，價格可以達到2000元/kg以上，在當前應用場景還在萌芽階段，國內市場容量已在10億元人民幣左右，隨著應用場景逐步釋放，預計市場容量將呈幾何級數增長。

在中國，非晶塊材領域也涌現出一批新晉企業，例如江蘇混沌新材料科技有限公司、常州世竟液態金屬有限公司、東莞逸昊金屬材料科技有限公司、上海馳聲金屬科技有限公司等。

2025年初，一則新聞引起媒體關注，國家知識產權局公布了華為技術有限公司、江蘇混沌新材料科技有限公司申請的一項名為“鋯基非晶合金材料、制備方法、轉軸組件及電子設備”的發明專利。

圖源：國家知識產權局

在非晶合金領域牽手華為，商業價值不言而喻。

技術突破：2厘米的技術極限

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品精密成型的全套技術，依托自研“全周期氣氛保護壓鑄法”及其核心裝備，混沌新材率先實現2厘米厚度非晶合金塊材的工業化，可以提供鋯基、鈦基、銅基等多種材料體系，多達200余種材料配方，獲得非晶合金領域國際頂級權威專家、美國兩院院士、加州理工學院教授W.L.Johnson的高度評價。

圖：混沌新材鹽城基地

混沌新材創始人張啟東博士2011年開始研究非晶合金材料，2019年博士畢業創辦公司。現任中國非晶合金材料應用協會理事，副秘書長，鹽城市創新創業領軍人才。

張啟東博士對于非晶合金的技術壁壘提到：非晶合金的性能，比如強度、硬度、耐腐蝕性能等，和其內部原子是否高度非晶化（無序排列）強相關。非晶合金成型產品時，在極低含氧量（ppm級）下通過快速冷卻技術才能實現產品內部原子高度非晶化，達到預期性能。原理并不復雜，但是難點在于：

穩定降溫：生產工藝等能否均勻保證每秒百萬攝氏度的超速冷卻；

氣體氛圍：極低的含氧量在批產階段非常難以實現，技術不當將會大大增加生產成本；

心部冷卻：產品形態越厚，產品心部的快速冷卻也越難實現，導致非晶塊材難以形成均勻性能；

高精模具：高精模具可以降低二道加工成本，但是復雜的模具又會對穩定降溫造成影響，導致二道加工成本居高不下；

次品重煉：次品最多回爐熔煉2次，因為含氧量的增加會導致材料徹底報廢，良品率低下也會增加生產成本。

因此，傳統技術只能做很薄的非晶合金產品，一般小于2毫米厚度，產品各項性能往往欠佳或者不穩定（受到非晶化程度影響），容易產生氣孔等缺陷，良品率低下，限制了非晶塊材產業應用。多數非晶塊材生產企業一般使用“真空壓鑄法”，推動了薄壁非晶合金產品在3C以及其他部分領域的應用。

2021年，“全周期氣氛保護壓鑄法”這種全新的量產技術在混沌新材自研成功，全套裝備與生產工藝均為混沌新材自主研發，成為量產非晶塊材的核心保障。這種工藝可以在低氧環境完成全部工序，實現非晶合金產品的一步成型，尺寸精度可以做到±0.02mm，達到勝于MIN、媲美CNC的加工精度，并且無需MIN、CNC涉及的燒結、熱處理等二次處理工序，有效提高非晶塊材的生產效率、降低加工成本。

張啟東博士提到：“這項工藝至關重要的一點，是對非晶塊材的‘均勻極凍’，技術難度遠遠大于非晶帶材，心部冷卻是必須跨過的一座大山”。

圖：混沌新材非晶塊材突破2厘米厚度

正是因為能夠在如此苛刻的反應條件下達到均勻快速的冷卻效果，混沌新材可以突破傳統真空壓鑄法只能生產薄壁非晶合金零件的限制，可將產品厚度上限由原來的2毫米提高到當前的2厘米，提高10倍。張啟東博士表示：“這項技術讓我們可以向客戶靈活提供非晶合金的球體、板材以及精密加工制品，大大拓展了市場邊界”。

圖源：混沌新材公司官網

同時，混沌新材的非晶塊材還擁有優異的耐腐蝕性能，大氣環境可以十年不銹，浸泡海水兩年沒有腐蝕現象，甚至在20%濃鹽酸里可以浸泡3個月，耐腐蝕性能是316不銹鋼的十倍，這種特性在軍工方面也有廣闊的應用前景。

應用爆發：非晶塊材點燃千億市場

2019年，華為手機首代Mate X量產，鉸鏈使用鋯基非晶塊材，華為折疊屏手機發布時，將此材料作為核心技術進行推介。2025年6月27日，華為常務董事、終端BG董事長余承東在視頻號中推介其折疊屏電腦，再次稱其華為折疊屏電腦鉸鏈采用了鋯基液態金屬（即鋯基非晶塊材）這一材料。2025年9月4日，在華為舉行的Mate XTs非凡大師及全場景新品發布會上，余承東表示：“一年前，我們發布了全球首款三折疊屏手機，迄今為止仍然是折疊屏領域的唯一”。

華為Mate XTs非凡大師采用了天工鉸鏈系統，讓手機實現了雙軌聯動和極致纖薄，和傳統折疊屏手機相比，外折轉軸厚度下降了23%，內折轉軸厚度降低了16%，尤其是鉸鏈疲勞壽命更是大大提高。支撐這一奇跡的，正是鋯基非晶塊材。

根據中國電器工業協會非晶合金材料應用分會2025年7月發布的行業分析報告稱，傳統金屬（如不銹鋼、鈦合金）在使用10~20萬次折疊后易出現塑性變形，非晶塊材的原子無序排列特性，從根源上抑制裂紋萌生，壽命提升2倍以上，官方測試壽命達50萬次。

圖源：華為公司官網

IDC預測2025年中國折疊屏出貨量達947萬臺，其中僅鉸鏈材料中的非晶塊材需求就接近10億元。中國電器工業協會非晶合金材料應用分會負責人表示，鋯基非晶合金在消費電子結構件應用領域的競爭優勢尚未有材料可完美替代，未來市場還將進一步擴大。如果蘋果折疊屏手機采用鋯基非晶塊材鉸鏈，按折疊屏手機年出貨量1500萬臺計，結合其他手機企業用量，鋯基非晶塊材鉸鏈年需求量十分龐大。

折疊屏手機只是非晶塊材的“開場秀”。同時，非晶塊材的應用正從消費電子快速滲透至高端制造與醫療科技領域，并展現出可觀的市場規模：

在汽車制造領域：非晶塊材可以用于汽車鎖閉結構以及其他部件，例如門鎖、拉手、鉸鏈等精密零件，對于傳統材料的替代空間巨大。

在智能穿戴領域：非晶塊材因其超高強度與耐腐蝕性，可以廣泛用于智能穿戴設備殼體，例如智能手表殼體等。根據中商產業研究院統計，2024年中國智能手表市場出貨量達4317萬臺，同比增長18.8%，市場規模達到374.7億元。預計2025年出貨量將達到6240萬臺，市場規模將達到413.8億元。

在工業機電領域：高速電機全球市場規模已達數百億元，非晶塊材作為新型電機殼體材料，可以減輕電機重量15%-20%，潛在規模隨高速電機對于傳統材料替代趨勢持續擴大。諧波減速器是機器人的核心部件，成本占比可達30%，其中的柔性齒輪（柔輪） 是其關鍵。非晶合金的高強度和高硬度使其能承受更大的載荷而不易發生塑性變形或齒面點蝕，其高彈性極限特別適合制造需要反復進行彈性變形來傳遞動力的諧波減速器柔輪，從而顯著提升諧波減速器的精度、剛度和壽命。

在醫療健康領域：非晶塊材人造骨植入物憑借其促進骨整合和抑菌特性，市場需求增長顯著，骨科植入物市場整體擴容為市場應用帶來巨大潛力，同時精密手術器械如非晶合金手術鉗等在神經外科等高端領域的需求也在提升。鋯基非晶人造骨植入物骨整合速度提高50%，并且自帶抑菌屬性；非晶合金手術鉗，在神經外科手術中實現0.1毫米級震顫抑制。

在腦機接口領域：非晶塊材憑借其優異的生物相容性和電學性能，開始嘗試用于新一代腦機接口電極，增長潛力巨大。

其他細分領域：航空航天領域非晶塊材的熱端部件與衛星支架、精密儀器領域的微型傳感器和執行器、能源領域的燃料電池雙極板以及環保領域的工業耐磨部件等新領域也展現出應用潛力，這些領域的細分市場預計可帶來數十億乃至上百億元的增量空間。

根據非晶中國大數據中心測算，未來我國鋯基非晶塊材合金每年市場增幅將達到30%-40%。未來3-5年，市場潛在年需求總額將超100億元。

非晶合金開啟“厘米時代”

站在2025年的科技拐點回望，非晶合金的征途恰似一場微觀世界的長征：從Duwez實驗室的意外發現，到日立金屬統治的薄帶王朝；從中國制造非晶帶材的逆襲反超，到非晶塊材2厘米厚度為標志的技術突破；從折疊屏手機鉸鏈中的“性能擔當”，到航空航天的“幕后英雄”。每一次厚度的跨越，都拓展了性能的邊界，也打開了應用的新天地。

厘米級非晶塊材，標志著非晶合金產業正在經歷從技術突破邁向規模化應用的關鍵拐點。它不再僅僅是實驗室的珍品，而是驅動消費電子極致體驗、賦能高端制造升級、守護人類健康福祉的核心材料之一。

隨著制備技術的持續優化、成本的不斷下探以及應用場景的深度挖掘，非晶合金必將深度融入千行百業，與前沿科技共振，共同塑造一個更輕、更強、更智能的未來。這場由無序原子締造的有序變革，“厘米時代”的帷幕，才剛剛拉開。

正如張啟東博士感嘆：“非晶合金就像2000年的碳纖維——今天看是奢侈品，明天將成為必需品”。

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