全球稀土新材料的技术演进及中国稀土产业链延伸的方向选择

罗翔， 李政， 赖丹

（江西理工大学经济管理学院，江西 赣州 341000）

稀土新材料主要包括稀土永磁材料、稀土催化材料、稀土光功能材料、稀土抛光材料、稀土储氢材料和稀土合金等，是支撑新一代信息技术、航空航天、先进轨道交通、节能与新能源汽车、高端医疗器械和高端装备制造等战略性新兴产业发展及建设国防科技工业的关键材料[1-2]，对于维护国家安全和实现“双碳”目标具有不可替代的保障作用。近年来，在国际关系日趋复杂和大国竞争愈演愈烈的形势下，稀土新材料战略价值的日益凸显使其持续成为全球关注的焦点，引发中、美、日等国展开了激烈的大国博弈。主要表现为以美国为首的西方发达国家以“举国体制+全球阵营”的战略手段加速重构稀土产业链和供应链，逐步摆脱对中国稀土矿产品和稀土新材料的进口依赖，试图通过“全面脱钩”的方式对中国稀土产业链和供应链进行战略遏制和围堵孤立[1,3]。由此看来，稀土大国博弈必将逐渐重塑全球稀土格局，也势必对中国稀土产业链的比较优势和安全稳定造成巨大挑战。

实际上，中国仅在稀土产业链的上游（稀土资源→稀土矿物→稀土冶炼分离产品）和中游（稀土新材料）具备一定的比较优势。但历史上较长时期大规模无序开采导致稀土资源消耗过快，资源储量占全球总储量的比例持续下降[4-5]；在高端稀土新材料领域与日本等发达国家存在实质性差距[1]，近年来自主研发生产的部分高端稀土新材料并不具备成本优势。此外，中国稀土产业链的安全稳定系数较低，突出表现在尚未有效延伸至具有高附加值的产业链下游（稀土元器件和零部件等稀土高端应用产品→稀土高端制成品）[6]，一些重要元器件、关键零部件乃至整机等稀土高端应用产品和终端制成品基本依赖进口，这也是中国在全球稀土价值链中长期呈现“低端锁定”态势的根本原因。面对西方国家重构稀土产业链和供应链的严峻挑战，倘若中国未能及时优化和调整产业链结构，“低端锁定”的不利困局则必将会被进一步束缚和加重[7]。因此，驱动稀土产业链向高附加值的下游环节实现延伸刻不容缓。

然而，中国稀土产业链延伸面临着“久推难延”的现实困境[6]，究其原因之一在于稀土产业链延伸的重点方向未能形成共识。稀土新材料产品种类的多样性和应用领域的广泛性决定稀土产业链延伸方向选择的复杂性。中国在稀土高端应用领域研发起步较晚、科技积累不足，短时间内在所有稀土高端应用的领域都有实质性突破并不现实，需要明确重点延伸方向，集中力量加紧推进[8]。理论上，延伸重点方向的确定需要兼顾技术可行性和经济可行性，应根据稀土新材料的技术发展趋势及其应用产业的技术门槛和经济价值等尺度来综合确定稀土产业链延伸的重点方向。因此，开展稀土新材料及应用产业技术演进研究，有助于客观认识全球稀土新材料产业的技术演进趋势以及科学探寻稀土产业链延伸的重点方向。

近年来，以内蒙古大学许振亮教授为代表的学者从专利申请人、专利内容、区域特征等方面对整个稀土产业[9-12]、产业链上游[13-16]、产业链中游[17-19]及某一稀土新材料[20-24]的技术专利进行分析与评价，但普遍存在以下不足或可拓展之处：一是准确选取检索词是有效分析技术专利的前提和关键，但以往相关研究在检索稀土技术专利时，普遍仅将“稀土”一词作为基础检索词进行检索，尚未将各种稀土元素的名称和元素符号加入基础检索词，这种做法显然会遗漏一些技术专利，导致检索结果无法真实和全面地揭示稀土技术专利水平，而本文研究恰好证实加入各种稀土元素的名称和元素符号与否会导致检索出的专利数量存在巨大差异。二是已有研究普遍采用专利申请数来反映技术水平的做法，忽略了专利权人为扩大技术领先优势在多个国家或地区申请同一专利的可能性，会导致同一项技术因多次申请专利而被重复统计，因而难以揭示真实的技术水平。三是很少有学者对稀土新材料细分领域的技术专利水平进行比较，然而，从技术可行性视角分析与比较各种稀土新材料技术专利水平的演变趋势，不仅有助于探寻全球稀土新材料产业的未来发展趋势，而且有利于判断稀土新材料产业的重点延伸方向。

基于此，本文首先全面搜集与整理稀土新材料技术专利数据；其次，利用统计分析和知识图谱等方法，从专利申请时间趋势、新材料类别、国家（地区）分布、热点技术领域等多个角度深入分析了全球稀土新材料产业的技术演进状况；最后，对中国稀土产业链延伸的重点方向进行了判断与技术演进分析。以期为中国准确把握稀土新材料的未来发展趋势，合理选择产业链延伸的重点方向，优化和调整产业链结构，提升稀土全产业链的国际竞争力和话语权提供参考。

1 全球稀土新材料的技术演进分析

1.1 数据来源与检索方法

专利是对科研主体发明创造成果的保护，同样的发明创造仅能授予一项专利权。由于专利的内容存在不可重复性，因此，特定国家在某个领域的专利数量能够直接反映其在该领域取得的发明创造成果数量。据世界知识产权组织统计，全球90%以上的技术创新会在专利文献中有所体现[25]，专利数据已经成为进行核心技术识别和技术演进分析的重要数据来源[26]。基于此，本文选取专利数量来分析稀土新材料的技术演进态势。具体地，以全球国际专利信息收录最全且更新速度最快的德温特专利索引数据库（Derwent Innovations Index，简称DII）作为专利数据检索源，通过查找主题关键词确定检索结果。具体检索时，先以“稀土”一词以及各稀土元素的名称和元素符号作为基础检索词（即：CTB=（rare earth OR lanthanum OR cerium OR praseodymium OR neodymium OR promethium OR samarium OR europium OR gadolinium OR terbium OR dysprosium OR holmium OR erbium OR thulium OR ytterbium OR lutetium OR yttrium OR scandium OR La OR Ce OR Pr OR Nd OR Pm OR Sm OR Eu OR Gd OR Tb OR Dy OR Ho OR Er OR Tm OR Yb OR Lu OR Sc OR Y OR lanthanide）），再加入各种稀土新材料技术领域的检索词（见表1）。考虑到DII中的专利数据收录始于1966年，且专利信息公开普遍存在12～18个月的滞后期，本文将检索区间设定为1966—2020年，数据最后更新时间为2022年6月17日。最终得到201 182个专利家族，共607 765条专利信息。

表1 稀土新材料技术专利检索词及IPC分布Table 1 Search terms and IPC distribution of rare earth new material technology patents

需要特别说明的是，本文充分考虑到专利家族是相同专利内容在不同国家申请专利的集合，与专利申请数相比，专利家族数不包括对同一专利内容的重复统计，能够更准确地反映技术水平。因此，本文以专利家族数为基础来分析稀土新材料的技术演进状况。

1.2 全球及主要国家稀土新材料技术演进趋势的总体分析

为了揭示全球及主要国家稀土新材料技术的总体演进趋势，依据前文检索出的专利家族数，绘制1966—2020年全球及主要国家稀土新材料技术演进趋势及其分布图，分别如图1和图2所示。

图1 1966—2020年全球及主要国家稀土新材料技术演进趋势Fig.1 Global and major countries of technology trends in the evolution of rare earth new material from 1966 to 2020

图2 1966—2020年全球稀土新材料技术的国家（地区）分布结构Fig.2 Distribution structure of global rare earth new material technology by country and region from 1966 to 2020

由图1和图2可知，从总体上看，全球稀土新材料专利家族数呈现快速上升的演进态势，基本符合y=-0.000 05x6+0.007 7x5-0.441 6x4+11.414x3-132.42x2+693.28x-583.92的变动曲线，拟合程度R2=0.975 3。从技术的国家（地区）分布来看，中国和日本占据了全球稀土新材料专利家族数的半壁江山，在全球中的比例分别为36.42%和32.14%。其中，中国稀土新材料技术研发起步较晚，但发展速度较快，已成为全球稀土新材料专利家族数最多的国家；日本对稀土新材料技术研发起步较早，且总体上保持着较为稳定的增长态势，拥有的专利家族数仅次于中国。虽然中国稀土新材料专利家族数略高于日本，但从图3所呈现的中、日两国稀土新材料专利类型构成来看，日本专利家族数中有高达99.85%的比例为发明专利，明显高于中国专利家族中发明专利所占比例88.52%，两国的发明专利家族数相差无几，且日本的专利家族公开时间普遍早于中国。此外，美国和欧盟的研发起步相对较早，且每年新增的专利家族数比较稳定，但增长幅度缓慢，占全球的比例较低，分别为12.84%和9.05%。

图3 中、日两国稀土新材料专利类型构成：（a）中国；（b）日本Fig.3 Patent type composition of rare earth new material of China and Japan：（a）China；（b）Japan

从新增专利家族数的演变趋势来看，大致可将全球稀土新材料技术演进分为以下4个阶段：①第1阶段为1966—1980年，全球稀土新材料技术处于萌芽起步期，美国、日本和欧盟率先开展了稀土新材料技术研发，专利家族数呈现缓慢上升的趋势，新增专利家族数由1966年的184个增长至1980年的1 246个，并经历了以美国为主要引领（1966—1973年）向日本为主要引领（1974—1980年）的转变。②第2阶段为1981—1990年，全球稀土新材料技术处于初步增长期，专利家族数呈现快速增长的趋势，新增专利家族数由1981年的1 566个增长至1990年的4 709个。该阶段的增长主要得益于日本稀土新材料技术研发力度的持续加大，基本形成了以日本为主要引领者的全球稀土新材料技术格局。美国和欧盟虽然研发起步也较早，但增长规模和速度均远远落后于日本。由于《中华人民共和国专利法》于1985年开始实施，之前的专利信息处于空白，其稀土新材料领域专利信息最早出现于1987年，因此，在此阶段的专利家族数仅有114个。③第3阶段为1991—2007年，全球稀土新材料技术处于雏形探索期，新增专利家族数总体上不仅有所下降，而且波动较大，具体表现为由期初的4 709个下降到2007年的3 780个，并经历了两次相继上升（1997年,2000—2007年）和相继下降（1991—1996年,1998—1999年）的演变轨迹。这一阶段日本的新增专利家族数总体上有所下降，但在全球稀土新材料技术中仍发挥着主导作用；美国和欧盟的新增专利家族数一直保持在低位徘徊；中国仍然处于技术萌芽期，新增专利家族数始终未突破600个。④第4阶段为2008年至今，全球稀土新材料技术进入了高速增长期，专利家族数呈现迅速增长的趋势，新增专利家族数由2008年的5 776个增长至2020年的10 699个。这一阶段的根本性转折是中国加大了对稀土新材料的研发力度，在较短的时间内抢占了稀土新材料的战略制高点，成为了全球稀土新材料技术的主要引领者。具体表现为2008年开始中国新增专利家族数呈现爆发式增长，于2009年成功赶超日本，并一直保持至今。主要原因在于进入21世纪后，稀土新材料在战略性新兴产业及国防科技工业的应用价值日益凸显，中国将其列为国家重点管控和发展的战略资源，并在《中国制造2025》等国家中长期发展规划中列入重点发展对象，特别是《国务院关于促进稀土行业持续健康发展的若干意见》等相关政策的出台有力地推动了中国稀土新材料技术的创新发展。与此同时，日本的新增专利家族数不断放缓，美国新增专利家族数一直维持在600个左右，呈平稳增长趋势。需要说明的是，由于专利公开的滞后性，截至检索时间仍有部分专利尚未被收录，故在2019年开始出现新增专利家族数下降的迹象，实际上可能是上升态势。

1.3 不同类型稀土新材料技术演进趋势分析

为了深入分析不同类型稀土新材料的技术演进状况及其差异，依据前文检索出的专利家族数，绘制1966—2020年全球各种稀土新材料技术演进趋势及其分布图，分别如图4和图5所示。

图4 1966—2020年全球各种稀土新材料技术演进趋势Fig.4 Global technology trends in the evolution of various rare earth new materials from 1966 to 2020

图5 1966—2020年全球各种稀土新材料技术的国家（地区）分布结构：（a）全球稀土新材料专利技术分布；（b）全球稀土新材料专利技术结构Fig.5 Global distribution structure of various rare earth new material technologies by country and region from 1966 to 2020：（a）global distribution of rare earth new material patents；（b）the structure of global rare earth new material patent technology

由图4可知，稀土新材料技术的专利家族数从多到少依次是稀土催化材料（59 618个）、稀土永磁材料（56 945个）、稀土光功能材料（45 290个）、稀土合金（28 964个）、稀土抛光材料（7 514个）和稀土储氢材料（2 851个）。除稀土抛光材料和稀土储氢材料发展较为缓慢外，其他各种稀土新材料技术水平总体上均呈现出快速发展的演进态势，特别是稀土永磁材料、稀土催化材料和稀土光功能材料持续成为全球稀土新材料技术的三大研发热点。稀土永磁材料是目前应用领域最广泛、生产规模最大、产量增长最快、产值规模最高的稀土新材料，在推动全球稀土新材料技术发展过程中发挥了重要作用，成为了稀土新材料领域的“上甘岭”[1,8]。稀土催化材料、稀土光功能材料和稀土合金的研发起步和技术基础较好，技术发展轨迹颇为相似。稀土抛光材料在前3个发展阶段技术发展速度十分缓慢，在第4阶段取得了一定发展，主要是由于平板显示设备的普及使得市场对稀土抛光材料的性能提出了更高要求[27]；稀土储氢材料的技术发展始终维持在较低水平，主要原因在于其应用范围狭窄，且主流的稀土储氢材料经过长期发展性能逐渐达到极限[28]。

结合图5进一步分析可以发现，中国和日本是全球稀土新材料技术发展最全面的2个国家。在稀土催化材料、稀土光功能材料、稀土抛光材料和稀土合金等4种稀土新材料中，中国都是专利家族数最多的国家，其次是日本；在稀土永磁材料和稀土储氢材料中，日本专利家族数位居全球第一，中国第二。美国的稀土新材料技术优势主要体现在稀土催化材料，在全球发展速度最快的稀土永磁材料领域的技术布局较少，这与美国稀土催化材料生产使用的稀土资源量占据其稀土资源总消耗量一半以上的资源消耗现状相契合。稀土催化材料是所有稀土新材料中分布结构最均衡的领域。

1.4 全球稀土新材料热点技术领域演进趋势分析

利用VOSviewer软件绘制不同技术演进阶段全球稀土新材料技术领域共现网络图谱，如图6所示。图6中节点大小反映技术领域的受关注程度，由IPC代码的共现频次决定，节点由小到大，共现频次逐渐增多，即技术关注度逐渐提高。

图6 不同技术演进阶段全球稀土新材料技术领域共现网络图谱：（a）第一阶段（1966—1980年）；（b）第二阶段（1981—1990年）；（c）第三阶段（1991—2007年）；（d）第四阶段（2008年至今）Fig.6 Coexistence network mapping of global rare earth new material technology field at different stages of technology evolution：（a）the first stage（from 1966 to 1980）；（b）the second stage（from 1981 to 1990）；（c）the third stage（from 1991 to 2007）；（d）the forth stage（since 2008）

从图6可以看出不同技术演进阶段全球稀土新材料热点技术变化情况如下：

图6（a）反映1966—1980年热点技术领域，按密度大小排名前十的技术领域依次是：C07c-000/00（无环或碳环化合物）、C09k-011/46（发光材料，例如电致发光材料、化学发光材料）、B01j-000/00（化学或物理方法，例如，催化作用或胶体化学；其有关设备）、C22c-019/07（钴基合金）、B01j-011/00（催化作用及其有关设备）、C07f-000/00（含除碳、氢、卤素、氧、氮、硫、硒或碲以外的其他元素的无环，碳环或杂环化合物）、C22c-019/00（镍或钴基合金）、B01d-053/34（废气的化学或生物净化）、H01f-001/08（压制的、烧结的或黏结在一起的磁体、电磁铁）、C08f-000/00（仅用碳-碳不饱和键反应得到的高分子化合物）。

图6（b）反映1981—1990年热点技术领域，按密度大小排名前十的技术领域依次是：C22c-038/00（铁基合金）、G11b-011/10（使用激磁或退磁进行记录的信息存储）、H01f-001/08（压制的、烧结的或黏结在一起的磁体、电磁铁）、H01f-001/04（金属或合金磁体、电磁铁）、C22c-019/07（钴基合金）、C07b-061/00（有机化学的其他一般方法，纯化；分离；稳定化）、B01d-053/36（废气，例如发动机废气、烟气、烟雾、烟道气、气溶胶的化学或生物净化）、C04b-035/00（以成分为特征的陶瓷成型制品；陶瓷组合物；准备制造陶瓷制品的无机化合物的加工粉末）、B01j-023/10（包含稀土族金属或金属氧化物或氢氧化物的催化剂）、H01f-041/02（用于制造磁芯、线圈或磁体的设备或方法）。

图6（c）反映1991—2007年热点技术领域，按密度大小排名前十的技术领域依次是：C22c-038/00（铁基合金）、C07b-061/00（有机化学的其他一般方法，纯化；分离；稳定化）、H01f-001/053（含稀土金属的磁体、电磁铁）、H01f-001/08（压制的、烧结的或黏结在一起的磁体、电磁铁）、H01f-041/02（用于制造磁芯、线圈或磁体的设备或方法）、B01d-053/94（通过催化方法进行废气净化）、C08f-010/00（只有1个碳-碳双键的不饱和脂族烃的均聚物或共聚物）、B22f-001/00（金属粉末；金属粉末的处理，例如使之易于加工或改善其性能）、C09k-011/08（含无机发光材料）、G11b-011/10（使用激磁或退磁进行记录的信息存储）。

图6（d）反映2008—2020年热点技术领域，按密度大小排名前十的技术领域依次是：C22c-038/00（铁基合金）、C07b-061/00（有机化学的其他一般方法，纯化；分离；稳定化）、H01f-001/08（压制的、烧结的或黏结在一起的磁体、电磁铁）、H01f-001/053（含稀土金属的磁体、电磁铁）、H01f-041/02（用于制造磁芯、线圈或磁体的设备或方法）、G11b-011/10（使用激磁或退磁进行记录的信息存储）、B01d-053/94（通过催化方法进行废气净化）、B01j-023/10（包含稀土族金属或金属氧化物或氢氧化物的催化剂）、C08f-010/00（只有1个碳-碳双键的不饱和脂族烃的均聚物或共聚物）、B22f-001/00（金属粉末；金属粉末的处理，例如使之易于加工或改善其性能）。

为了更为直观地反映稀土新材料热点技术领域演进情况，借鉴相关研究的做法[14]，根据不同技术演进阶段的技术领域共现网络图谱，绘制全球稀土新材料热点技术领域演进坐标图，如图7所示。

图7 全球稀土新材料热点技术领域演进Fig.7 Global hot technology field evolution of rare earth new materials

由图7可知，全球稀土新材料热点技术研究领域较多，且不同时期的热点技术领域存在较大的差异。总体而言，在萌芽起步期，含稀土元素的无环、碳环、杂环或高分子化合物是稀土新材料技术的核心研究领域。进入初步增长期后，伴随市场发展和研究的不断深入，稀土永磁材料技术（含稀土金属的磁体、电磁铁，压制的、烧结的或黏结在一起的磁体、电磁铁，用于制造磁芯、线圈或磁体的设备或方法）成为稀土新材料技术研发中长久不衰的热点技术领域。此外，稀土催化材料（催化作用及其有关设备，废气的化学或生物净化，有机化学的纯化、分离、稳定化，包含稀土族金属元素的催化剂，通过催化方法进行废气净化等）和稀土光功能材料（电致发光材料，化学发光材料，含无机发光材料，电致发光光源）也同属于长期以来稀土新材料技术研究热度较高的领域。

2 中国稀土产业链延伸的方向选择分析

通过对稀土新材料技术演进趋势的分析可知，中国在各种稀土新材料技术研发中均有较大布局，总体上正处于全球主导地位，除稀土永磁材料和稀土储氢材料的专利量居全球第2外，其他均居全球第1。这种全方位的技术研发格局，在显著提升中国稀土新材料国际竞争力的同时，也不可避免地导致各界在选择产业链延伸重点方向上难以达成共识。具体表现为稀土永磁材料和稀土催化材料是6种稀土新材料中专利数量最多且几乎不相伯仲的两大领域，很容易导致各界在甄选产业链延伸的重点方向时，针对应选择其中何种新材料的应用领域作为重点延伸方向存在某种程度的争议与分歧。本文认为，应选择对国民经济影响大、未来发展潜力大、技术水平领先或不存在难以克服的技术障碍或技术突破可能性大的新材料应用领域，作为稀土产业链延伸的重点方向。

目前，在所有稀土新材料中，稀土永磁材料的生产规模最大、产量增长最快且产值规模最高[1,8,29]，表明稀土永磁材料的应用领域最具发展潜力。稀土永磁材料可应用于永磁电机、医疗器械、军工设备等众多领域，其中，使用稀土永磁材料生产种类繁多的稀土永磁电机是对国民经济影响大、未来发展潜力大的重要应用领域[8,30]。首先，电机行业产值巨大，2019年中国电机市场规模已接近万亿元[31]，中国电机市场中97%以上仍然是普通能效等级的传统异步电机，而节能率高达11%～18%的稀土永磁电机占比不到3%[8,30]，在国家“双碳”目标导向下开发和推广使用稀土永磁电机迫在眉睫。其次，稀土永磁电机应用领域十分广泛，可应用于交通与运载、高效风机与泵、压缩机、电动汽车、发电设备、数控机床、智能机器人、航空航天、航海和军工等领域，《中国制造2025》列出的十大重点领域中有7个领域涉及对稀土永磁电机的广泛应用需求。最后，国外受稀土永磁材料供应限制尚未大规模应用稀土永磁电机，而中国恰好具备材料供应优势。由此可见，从经济角度而言，发展稀土永磁电机具有极大的可行性。但重点延伸方向的选择，不仅需要考虑经济可行性，而且还需要综合考虑技术可行性。基于此，下文对稀土永磁电机这一重要稀土新材料应用领域的技术演进进行剖析。

2.1 全球稀土永磁电机技术演进趋势的总体分析

参照文献[32-37]的研究结果及访谈相关专家，依据稀土永磁电机的产品结构及技术特征选取关键词，构建专利检索式为：CTB=（motor OR rotor OR generator OR electric machine）AND CTB=（rare earth OR neodymium OR samarium）AND CTB=（magnet OR magnetic material OR alloy），检索区间、数据来源及其最后更新时间与前文稀土新材料专利检索一致，最终得到17 659个专利家族，共35 267条专利信息。据此绘制1966—2020年全球及主要国家稀土永磁电机技术演进趋势图，如图8所示。

由图8可知，从总体上看，全球稀土永磁电机专利家族数呈现快速上升的发展态势，基本符合y= 0.000 000 7x6-0.000 1x5+ 0.005 3x4-0.154 4x3+2.403 3x2-14.266x+ 22.778的增长曲线，拟合程度R2= 0.991 2。从新增专利家族数的演变趋势来看，大致可分为以下3个阶段：①第1阶段为1966—1988年，全球稀土永磁电机技术处于萌芽起步期，1975年之前，每年的全球稀土永磁电机新增专利家族数都不到10个，持续到1988年均未破百；在此阶段日本的专利家族数最多（186个），而中国仅有21个。②第2阶段为1989—2008年，全球稀土永磁电机技术处于缓慢增长期，新增专利家族数由1989年的110个增加至2008年的356个，基本形成以日本为主导的稀土永磁电机技术格局。③第3阶段为2009年至今，全球稀土永磁电机技术处于高速发展期，2009年新增专利家族数跃升至506个，2020年增至2 023个；在此阶段中国稀土永磁电机技术水平迅速提升，逐渐赶超日本并成为了全球稀土永磁电机专利家族数最多的国家。

2.2 全球稀土永磁电机热点技术领域分析

采用与全球稀土新材料技术领域共现网络图谱一致的做法，绘制全球稀土永磁电机技术领域共现网络图谱，如图9所示。由图9可知，节点H02k-001/27（有永久磁体的转子铁芯的磁路的转动零部件）和H01f-041/02（用于制造磁芯、线圈或磁体的设备或方法）分别形成明显的局部中心，这意味着目前全球稀土永磁电机领域主要围绕电机零部件设计与制造和永磁材料的生产工艺开展技术研究。进一步分析可得出，以电机零部件设计与制造为中心的技术研究可以划分为电机零部件（H02k-001：磁路零部件；H02k-005：机壳、外罩、支撑物等）、稀土永磁电机整机（H02k-021：有永久磁体的同步电动机、发电机；H02k-029：具有非机械换向装置的换向器电动机或发电机等）和稀土永磁专用电机（B60k-007：装在牵引轮上或靠近牵引轮的汽车发动机；F04b-035：弹性流体泵的驱动装置等）3部分；对永磁材料生产工艺的技术研究同样由3个主要方面构成，相关度由高到低依次是稀土永磁材料的研发和生产工艺（H01f-001：按所用磁性材料区分的磁体或磁性物体；H01f-041：专用于制造磁性材料或装配磁体、电感器、变压器的设备或方法等）、合金材料的生产（C22c-038：铁基合金；C22c-019：镍或钴基合金等）和金属粉末的加工和处理（B22f-003：压实或烧结金属粉末制造工件或制品的方法及其专用设备；B22f-009：制造金属粉末或其悬浮物的方法及专用装置或设备等）。

图9 全球稀土永磁电机技术领域共现网络图谱Fig.9 Coexistence network mapping of global rare earth permanent magnet motor technology field

3 结论与建议

3.1 结 论

本文打破以往相关研究专利检索词构建单一的片面做法，创建相对全面而合理的专利检索体系，从专利申请时间趋势、新材料类别、国家（地区）分布、热点技术领域等多个角度深入分析了全球稀土新材料产业的技术演进状况，并在此基础上，对中国稀土产业链延伸的重点方向进行了判断与技术演进分析，得到以下主要研究结论：

1）从稀土新材料专利申请时间趋势来看，全球稀土新材料专利家族数总体上呈现快速上升的演进态势，基本符合y=-0.000 05x6+0.007 7x5-0.441 6x4+11.414x3- 132.42x2+ 693.28x- 583.92的变动曲线；从技术演进历程来看，大致可分为萌芽起步期（1966—1980年）、初步增长期（1981—1990年）、雏形探索期（1991—2007年）和高速增长期（2008年至今）等4个阶段，经历了“美国→日本→中国”的技术引导演变格局。

2）从稀土新材料的类别差异来看，全球稀土新材料专利家族数从多到少依次是稀土催化材料、稀土永磁材料、稀土光功能材料、稀土合金、稀土抛光材料和稀土储氢材料；除稀土抛光材料和稀土储氢材料发展速度较为缓慢外，其他各种稀土新材料技术水平都表现出强劲的增长势头，特别是稀土永磁材料、稀土催化材料和稀土光功能材料持续成为引领全球稀土新材料技术发展的三大“主力军”。

3）从稀土新材料的国家（地区）分布来看，中国和日本占据了全球稀土新材料专利家族数的半壁江山，占全球总量之比分别为36.42%和32.14%。其中，中国后发优势明显，发展速度最快；日本研发起步较早，增长态势稳定。进一步分析中、日两国的专利类型构成发现，日本的发明专利比例明显高于中国。美国虽然研发起步较早，且每年的专利家族数比较稳定，但增长幅度缓慢，占全球总量之比仅有12.84%。

4）将稀土新材料的类别差异和国家（地区）分布结合一起来看，在稀土催化材料、稀土光功能材料、稀土抛光材料和稀土合金方面，中国都是专利家族数最多的国家，其次是日本；在稀土永磁材料和稀土储氢材料方面，日本居全球第一，中国第二。美国的稀土新材料技术优势主要体现在稀土催化材料，在全球发展速度最快的稀土永磁材料方面的专利布局较少。

5）从稀土新材料热点技术领域可视化分析来看，在萌芽起步期，含稀土元素的无环、碳环、杂环或高分子化合物是稀土新材料产业的热点技术领域。进入初步增长期后，伴随市场发展和研究的不断深入，稀土永磁材料技术（含稀土金属的磁体、电磁铁，压制的、烧结的或黏结在一起的磁体、电磁铁，用于制造磁芯、线圈或磁体的设备或方法）成为稀土新材料技术研发中长久不衰的热点领域。

6）从稀土永磁电机专利申请趋势来看，全球稀土永磁电机专利家族数呈现稳步增长的演进态势，基本符合y=0.000 000 7x6- 0.000 1x5+ 0.005 3x4-0.154 4x3+ 2.403 3x2- 14.266x+ 22.778的增长曲线；从技术演进历程来看，大致可分为萌芽起步期（1966—1988年）、缓慢增长期（1989—2008年）和高速发展期（2009年至今）等3个阶段，经历了由日本向中国演变的技术引导格局。

7）从经济角度而言，使用稀土永磁材料生产种类繁多的稀土永磁电机是对国民经济影响大、未来发展潜力大的稀土新材料应用产业；从技术角度而言，中国已成为全球稀土永磁电机专利家族数最多的国家，将稀土永磁电机作为稀土产业链延伸的重点方向不仅具备经济可行性，而且具备技术可行性。但也必须清楚地认识到中国在稀土永磁电机基础研究方面与日本尚存在一定的差距。

3.2 建 议

基于上述结论，结合稀土产业链现状，提出如下相关建议：

1）持续加大创新政策支持力度，切实提高科技创新成果质量。虽然中国在稀土新材料专利数量上已居全球领先地位，但在一些关键核心领域与日本等国还存在较大差距，面对西方发达国家加速重构稀土产业链带来的严峻挑战，中国政府亟待加大政策扶持力度以防被国外赶超。一是瞄准稀土产业链延伸的重点方向及国家重大发展战略，针对“双碳”目标和战略性新兴产业等对稀土新材料的需求，优化稀土新材料国家级重点研发平台的定位和研究方向，加快形成稀土新材料研发及产业化全流程协同创新体系。二是完善创新投融资体系和风险投资机制，发挥稀土新材料企业在技术创新投入中的主体地位，优化财政资金技术研发配套补助政策。三是将制约稀土新材料产业链延伸的“卡脖子”关键核心技术列入《国家重点研发计划“稀土新材料”重点专项》，实施“揭榜挂帅”“赛马”等机制，保持科技创新政策实施的延续性和连续性，尤其是对影响稀土产业链延伸的关键稀土新材料技术攻关形成长期稳定的国家支持。

2）加快完善专利产权保护机制，推广中国稀土行业技术标准。一方面，在以美国为首的西方发达国家加速重构稀土产业链的背景下，从技术角度保障中国稀土产业链的安全稳定至关重要，中国政府亟需规避专利知识外溢风险，当务之急是尽快完善专利产权保护法律体系及其执行机制，切实发挥“中国稀土产业知识产权运营中心”的作用。另一方面，抢抓全球稀土格局剧变的契机，争取在更多核心技术领域获取国际技术标准制定权，择机在海外布局中国稀土新材料技术研究分院，通过牵头组建产业专利联盟，促进中国稀土新材料企业积极主导或参与国际技术标准制定，将中国稀土新材料技术标准上升至国际技术标准。

3）进一步深化产学研合作机制，大力推动专利成果有效转化。研究表明，虽然近年来中国稀土新材料专利量增长迅猛，但与产业规模的扩张速度有所失衡，意味着相当部分专利成果并未有效转化落地，在一定程度上限制了稀土产业链向下游延伸。目前，中国稀土新材料技术研发仍然是以高校和科研院所为主，企业创新活力稍显不足。因此，需要进一步发挥企业的创新主体作用，不断加强产学研联盟建设。一是要进一步激发龙头企业的科技创新能力，引导企业合理增加科技创新投入。二是加大对企业、高校与科研院所联合创建研发机构的支持力度，激励各主体共同承担重大科技攻关项目。三是建立与完善专利成果转化与孵化中心，推广技术要素参与企业收益分配的激励手段，提升高校和科研院所的专利成果转化效率，推动稀土新材料技术的市场化进程，促进稀土新材料技术与产业链延伸方向的有效融合。

4）明确大力发展稀土永磁电机，破解稀土全产业链延伸障碍。研究表明，将稀土永磁电机作为中国稀土产业链延伸的重点方向，兼备经济可行性和技术可行性。一是在《电机能效提升计划（2021—2023年）》的基础上出台稀土永磁电机产业专项发展规划，加大对稀土永磁电机核心技术的研发攻关，推动以稀土永磁电机生产为核心的电机产业整合，尽快形成稀土永磁电机大企业集团，促进稀土永磁电机产业在包头和赣州等稀土资源地形成集聚。二是鼓励稀土永磁电机企业、终端用户和稀土新材料企业签订供应链合同，或以参股、控股等方式建立产业联盟，共同开发和推广稀土永磁电机。三是稳定稀土矿产品和稀土新材料价格，切实保障稀土永磁电机企业的原料供应，破解稀土产业链延伸的障碍因子。