液态金属行业研究报告
来源丨广证创投
摘要
1.液态金属结构独特，性能优异，但仍处于发展初期，尚未起量
液态金属材料的本质是非晶合金，相比于晶态合金长程有序的晶体结构，液态金属原子空间结构不存在周期性和平移对称性，只具有某种短程或者中程有序。这种特殊微观结构的非晶合金相对传统晶态合金不存在位错、晶界等晶体缺陷。
块状液态金属拥有众多优异的性能，尤其是强大的力学性能，应用领域十分广泛，涉及制造业的方方面面，还可用作生物医学材料、能源材料等。但发展至今，行业仍处于产业化初期以及市场推广初期，已在电力电子、消费电子、医疗、高端体育用品等领域开始使用，需求尚未起量，主要的原因在供给端。
2.目前大块液态金属制备技术尚未成熟，且国内量产企业较少，但长期发展仍然看好
近年来，虽然液态金属的研究取得重大突破，但是目前还没有一套完整的理论或成熟的物理模型用来指导大块非晶的研制，而且现在制备出的非晶尺寸还不够大。
国内已有多家公司企业开始了液态金属领域的布局，从已经市场化的产品来看，目前仍然以小块液态金属3C结构件为主，侧面反映目前大块液态金属生产尚未成熟；从涉足的公司主营业务看，主要是做金属加工和加工设备的企业在往液态金属延伸。上市公司宜安科技是行业的领先者，液态金属产品已量产供货并实现数千万元规模的营收。台一盈拓、常州世竟、富驰高科紧随宜安之后，陆续量产液态金属产品，开始市场推广。
短期内，由于国内液态金属公司数量较少，消费电子产品类的大客户的供应商选择不足，所以采购尚未上量。但长期来看，随着大块液态金属量产技术不断成熟，行业参与者逐渐增加，终端消费者对产品（如3C产品、汽车等）要求逐步提高，预计3-5年内液态金属的需求将有明显上升。
3.风险提示
1、液态金属产业化不及预期；2、原料价格波动。
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液态金属结构独特，性能优异，但仍处于产业化初期，尚未起量
液态金属名称起源于美国液态金属公司（Liquidmetal Technologies），材料的本质是非晶合金，一种有别于晶态合金的结构。传统晶态合金内部原子在三维空间内通常按周期性规则排列，为长程有序结构。而在一些特殊情况下，如当合金熔体在快速冷却凝固时，熔体原子来不及有序排列结晶，就形成了在一定温度和时间范围内相对稳定的无序结构，即为非晶合金。由于非晶合金原子空间结构不存在周期性和平移对称性，只具有某种短程或者中程有序。这种特殊微观结构的非晶合金相对传统晶态合金不存在位错、晶界等晶体缺陷。
图表1：晶态和非晶态材料内部原子结构示意图 |
资料来源：CNKI、广证创投 |
图表2：主要的非晶合金体系 |
资料来源：CNKI、广证创投 |
液态金属，尤其是块状液态金属拥有众多优异的性能，应用领域十分广泛，涉及制造业的方方面面，还可用作生物医学材料、能源材料等。
图表3：块状液态金属的性能及应用 |
资料来源：CNKI、广证创投 |
块体液态金属最显著的特点是其独特的力学性能，如超高强度和断裂韧性、高硬度、低弹性模量、独特的形变和断裂行为等，是迄今为止发现的最强、最硬、最软和最韧的金属结构材料。
图表4：大块非晶态合金和晶态合金的力学性能 |
资料来源：CNKI、广证创投 |
图表5：不同块状液态金属断裂强度比较 |
资料来源：CNKI、广证创投 |
图表6：液态金属与其他材料比强度比较 |
资料来源：Liquidmetal、广证创投 （注：比强度是指材料的强度与其表观密度的比例。） |
液态金属发展至今，其实仍处于产业化初期以及市场推广初期，已在部分领域开始渗透使用，比如电力电子、消费电子、医疗、高端体育用品等。
（1）电力电子用途
液态金属最成熟和广泛的应用是在非晶磁性方面。Fe、Ni、Co基液态金属条带因为其优异的软磁特性已经得到广泛的应用，已成为各种变压器、电感器和传感器、磁屏蔽材料、无线电频率识别器等的理想铁芯材料，是电力、电力电子和电子信息领域不可缺少的重要基础材料，其制造技术也已经相当成熟。
（2）消费电子用途
3C产品对材料的要求就是要轻薄小巧，且耐磨、耐摔、抗刻划，恰好是液态金属最大的优势。液态金属有注塑、压铸的塑型方式，可以满足五花八门的形状诉求，同时表面的光亮度高，在实际加工工艺中还可以通过改变原子结构来获得不同的颜色，提高了液态金属的适用性。另外，由于液态金属在工艺上接近“净成形”，所需要的后期加工较少，可以有效降低过多的后加工成本。目前，液态金属已广泛应用在消费电子产品结构件，如手机卡托、手环表壳、手机中框、卡锁块、USB接口、光学镜头支架等。
（3）医疗用途
液态金属另一个重要的特性是生物兼容性、可降解（如Ca-，Mg-基液态金属）和不会引起过敏，这在医学上可用于修复移植和制造外科手术器件，如外科手术刀、人造骨头、用于电磁刺激的体内生物传感材料、人造牙齿等。镁基液态金属因为其可降解性、较高的强度、接近骨头的弹性模量可能成为新一代为体内支架类材料。
（4）高端体育用品
液态金属用于体育用品所能提供的高性能主要体现在高强度、高抗永久变形能力，高弹性，优异的固有低频振动阻尼，耐腐蚀。液态金属已经在高尔夫球、滑雪、棒球、滑冰、网球拍、自行车和潜水装置等许多体育项目中得到应用。
总体而言，液态金属的性能出众，但需求尚未起量，主要的原因在供给端。
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大块液态金属制备技术尚未成熟，且量产企业较少，但长期发展仍然看好
近年来，虽然液态金属的研究取得重大突破，但是目前还没有一套完整的理论或成熟的物理模型用来指导大块非晶的研制，而且现在制备出的非晶尺寸还不够大。从非晶态合金自身来讲，由于其处于亚稳态，在热力学上是不稳定的，因此必须设法提高其热稳定性。在应用生产方面，液态金属的生产效率不高，很难实现液态金属的连续制备。
图表7：晶体与非晶体的形成途径 |
资料来源：CNKI、广证创投 |
目前，大块液态金属的制备方法基本可以分为两大类：一类是直接凝固法，主要包括水淬法、铜模铸造法、吸入铸造法、高压铸造、磁悬浮熔炼等；另一类是粉末固结成形法，即在过冷液相区采用热压或温压的办法将非晶粉末压制成大块液态金属。
图表8：常用大块液态金属的制备方法 |
资料来源：CNKI、广证创投 |
国内已有多家公司企业开始了液态金属领域的布局，从已经市场化的产品来看，目前仍然以小块液态金属3C结构件为主，侧面反映目前大块液态金属生产尚未成熟；从涉足的公司主营业务看，主要是做金属加工和加工设备的企业在往液态金属延伸。
国内涉足液态金属领域的公司中，宜安科技在液态金属的应用研究与产业转化方面已取得行业领先优势，在合金成分、成型技术设备等方面均拥有核心关键技术及自主知识产权，并在大块成型、表面处理等关键技术和工艺难点上拥有核心优势。宜安科技自主研发生产的液态金属机器设备可全流程高真空，精密部件一次成型，能达到极高的精度、强度和表面效果，部件一致性接近精密机加工水平。宜安科技的液态金属制特斯拉的汽车门锁扣、手机卡托、转轴、USB装饰件等产品进入量产阶段。
宜安科技还成功将产品应用于摄像头模组中。目前国内已有数款新机型应用了Face ID技术，Face ID支架具备长条、薄壁、复杂等特点，且对尺寸精度和平面度有极高的要求，液态金属本身的优良特性，使其在最终成型的产品在尺寸精度和可重复性上具备得天独厚的优势。宜安科技生产的液态金属Face ID支架已向小米、OPPO等国内知名手机厂商批量供货。宜安科技液态金属销售收入2017年为5,383.57万元，同比增长71.95%，2018年上半年为2,134.87万元，同比增长14.28%。
与宜安科技同处东莞的台一盈拓也是液态金属行业的先驱者，旗下控股子公司帕姆蒂昊宇成立于2014年，已开发一定的产能与设备来满足客户对移动电子设备、可穿戴电子产品、奢侈品、运动用品、医疗设备和其他相关产业的要求。团队由具备丰富研发及量产经验的专家所组成，成员拥有多样化的背景，具有在富士康、宏达电、发那科、现代起亚汽车及液态金属科技等高科技和大规模量产企业工作经验。
常州世竟液态金属成立于2014年，是一家初创的、专业从事液态金属材料研发、制造、销售的高科技公司，致力于为全球消费电子、智能装备及先进医疗设备客户提供完整的液态金属解决方案。主要团队是一批具有专业知识背景和丰富的液态金属研发、生产经验的人才，拥有从材料到设备、工艺的全制程开发能力与核心技术，同时与中科院金属所、北京科技大学新金属国家重点实验室等科研机构开展全面的技术合作。
富驰高科在2017年成立了控股子公司上海驰声新材料，开始涉足液态金属领域。目前上海驰声已经布局完成液态金属手机中框外观件全套生产线，从模具设计制造、母合金熔炼、全真空压铸成型、二次加工到表面抛光处理等，包括产品的各项检测都可以在厂内完成，并建成多个保密车间，很好的保证了新产品开发过程中的保密需求。
图表9：主要液态金属（非晶合金）公司 |
资料来源：公司公告、公开资料整理、广证创投 |
目前，国内液态金属公司数量较少，实现量产供货的仅宜安科技一家，而消费电子产品类的大客户，都会同时选择三家及以上供应商同时供货，因此液态金属的推广受限。为了打开液态金属市场，同时让客户有更多的选择，宜安科技也在积极寻求合作伙伴（例如河南中岳非晶），一起把液态金属产业做起来。但长期来看，随着大块液态金属量产技术不断成熟，行业参与者逐渐增加，终端消费者对产品（如3C产品、汽车等）要求逐步提高，预计3-5年内液态金属的需求将有明显上升。
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风险提示
（1）液态金属产业化不及预期；
（2）原料价格波动。
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