在《中國制造2025》中，核心轉(zhuǎn)變是從“中國制造”到“中國創(chuàng)造”，改革創(chuàng)新則是勾勒中國制造上天入海藍(lán)圖的一條主線。《中國制造2025》重點(diǎn)提及了大力推動(dòng)十大重點(diǎn)領(lǐng)域突破發(fā)展，包括新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)、高檔數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人、航空航天裝備、海洋工程裝備及高技術(shù)船舶、先進(jìn)軌道交通裝備、節(jié)能與新能源汽車、電力裝備、農(nóng)機(jī)裝備、新材料、生物醫(yī)藥及高性能醫(yī)療器械。

    筆者就目前重點(diǎn)發(fā)展的十大領(lǐng)域所用的核心材料作如下匯總整理，以供參考。

    1、半導(dǎo)體材料

    《中國制造2025》指出的加快新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)。新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)主要運(yùn)用的材料是半導(dǎo)體材料。

    半導(dǎo)體材料按化學(xué)組成來分，再將結(jié)構(gòu)與性能比較特殊的非晶態(tài)與液態(tài)半導(dǎo)體單獨(dú)列為一類。按照這樣分類方法可將半導(dǎo)體材料分為元素半導(dǎo)體、無機(jī)化合物半導(dǎo)體、有機(jī)化合物半導(dǎo)體和非晶態(tài)與液態(tài)半導(dǎo)體。

    20世紀(jì)中葉，單晶硅和半導(dǎo)體晶體管的發(fā)明及其硅集成電路的研制成功，導(dǎo)致了電子工業(yè)革命；20世紀(jì)70年代初石英光導(dǎo)纖維材料和GaAs激光器的發(fā)明，促進(jìn)了光纖通信技術(shù)迅速發(fā)展并逐步形成了高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，使人類進(jìn)入了信息時(shí)代。超晶格概念的提出及其半導(dǎo)體超晶格、量子阱材料的研制成功，徹底改變了光電器件的設(shè)計(jì)思想，使半導(dǎo)體器件的設(shè)計(jì)與制造從“雜質(zhì)工程”發(fā)展到“能帶工程”。納米科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，將使人類能從原子、分子或納米尺度水平上控制、操縱和制造功能強(qiáng)大的新型器件與電路，深刻地影響著世界的政治、經(jīng)濟(jì)格局和軍事對(duì)抗的形式，徹底改變?nèi)藗兊纳罘绞健?/p>

    2、有色輕金屬：鎂鈦鋁合金

    《中國制造2025》指出的加快大型飛機(jī)研制，大飛機(jī)每架需用高溫合金、鈦合金近100噸。

    鎂合金

    鎂合金是以鎂為基加入其他元素組成的合金。其特點(diǎn)是：密度小（1.8g/cm3鎂合金左右），比強(qiáng)度高，比彈性模量大，散熱好，消震性好，承受沖擊載荷能力比鋁合金大，耐有機(jī)物和堿的腐蝕性能好。主要合金元素有鋁、鋅、錳、鈰、釷以及少量鋯或鎘等。目前使用最廣的是鎂鋁合金，其次是鎂錳合金和鎂鋅鋯合金。主要用于航空、航天、運(yùn)輸、化工、火箭等工業(yè)部門。在實(shí)用金屬中是最輕的金屬，鎂的比重大約是鋁的2/3，是鐵的1/4。它是實(shí)用金屬中的最輕的金屬，高強(qiáng)度、高剛性。

    在航天的應(yīng)用：鎂合金是航空器、航天器和火箭導(dǎo)彈制造工業(yè)中使用的最輕金屬結(jié)構(gòu)材料。鎂的重量比鋁輕，比重為1.8，強(qiáng)度也較低，只有200～300兆帕（20～30公斤/毫米2），主要用于制造低承力的零件。鎂合金在潮濕空氣中容易氧化和腐蝕，因此零件使用前，表面需要經(jīng)過化學(xué)處理或涂漆。

    鎂合金在汽車上的應(yīng)用零部件可歸納為兩類：（1）殼體類。如離合器殼體、閥蓋、儀表板、變速箱體、曲軸箱、發(fā)動(dòng)機(jī)前蓋、氣缸蓋、空調(diào)機(jī)外殼等。（2）支架類。如方向盤、轉(zhuǎn)向支架、剎車支架、座椅框架、車鏡支架、分配支架等。根據(jù)有關(guān)研究，汽車所用燃料的60%是消耗于汽車自重，汽車自重每減輕10%，其燃油效率可提高5%以上；汽車自重每降低100 kg，每百公里油耗可減少0.7 L左右，每節(jié)約1 L燃料可減少CO2排放2.5 g，年排放量減少30%以上。所以減輕汽車重量對(duì)環(huán)境和能源的影響非常大，汽車的輕量化成必然趨勢。手機(jī)電話，筆記本電腦上的液晶屏幕的尺寸年年增大，在它們的枝撐框架和背面的殼體上使用了鎂合金。雖然鎂合金的導(dǎo)熱系數(shù)不及鋁合金，但是，比塑料高出數(shù)十倍，因此，鎂合金用于電器產(chǎn)品上，可有效地將內(nèi)部的熱散發(fā)到外面。

    鈦合金

    鈦合金因具有強(qiáng)度高、耐蝕性好、耐熱性高等特點(diǎn)而被廣泛用于各個(gè)領(lǐng)域。世界上許多國家都認(rèn)識(shí)到鈦合金材料的重要性，相繼對(duì)其進(jìn)行研究開發(fā)，并得到了實(shí)際應(yīng)用，80年代以來，耐蝕鈦合金和高強(qiáng)鈦合金得到進(jìn)一步發(fā)展，鈦合金主要用于制作飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)部件，其次為火箭、導(dǎo)彈和高速飛機(jī)的結(jié)構(gòu)件，再次高端的海工裝備、石油和化學(xué)工業(yè)等高科技工業(yè)等。

    鈦合金的性能：強(qiáng)度高、熱強(qiáng)度高、抗蝕性好、低溫性能好、化學(xué)活性大、導(dǎo)熱彈性小 。比重、強(qiáng)度和使用溫度介于鋁和鋼之間，但比鋁、鋼強(qiáng)度高并具有優(yōu)異的抗海水腐蝕性能和超低溫性能。

    新進(jìn)展：高溫鈦合金、鈦鋁化合物、高強(qiáng)高韌β型、阻燃鈦合金、醫(yī)用鈦合金。

    鋁合金

    鋁合金是工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一類有色金屬結(jié)構(gòu)材料，在航空、航天、汽車、機(jī)械制造、船舶及化學(xué)工業(yè)中已大量應(yīng)用。工業(yè)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，對(duì)鋁合金焊接結(jié)構(gòu)件的需求日益增多，使鋁合金的焊接性研究也隨之深入。目前鋁合金是應(yīng)用最多的合金。

    3、高強(qiáng)度鋼

    《中國制造2025》指出的加快大型飛機(jī)研制，而大飛機(jī)關(guān)鍵零部件需要鋼材來制造。不同的部位對(duì)于鋼材的要求也各不相同。飛機(jī)齒輪、曲軸等要求鋼材在具備一定硬度的同時(shí)還要有良好的韌性，特別是低溫沖擊韌性。并且例如傳動(dòng)軸之類受力截面不均勻的零件，則要求鋼材在受力較大的表面有較好的性能。而飛機(jī)起落架、大梁、骨架用鋼則要求鋼材擁有高屈服強(qiáng)度以及抗高溫性。其中，最為重要、技術(shù)要求最高的就是制作飛機(jī)起落架、大梁、骨架所用到的超高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼。這種超高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的極限屈服強(qiáng)度超過1400MPa，高于極限屈服強(qiáng)度600MPa的鋁合金。

    《中國制造2025》提出大力發(fā)展深海探測、資源開發(fā)利用、海上作業(yè)保障裝備及其關(guān)鍵系統(tǒng)和專用設(shè)備。海洋工程裝備制造業(yè)對(duì)高端鋼材的需求量大，其中有海洋平臺(tái)（包括采油平臺(tái)和鉆井平臺(tái)）用鋼，其各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)要求極高，不僅要有很高的耐大氣腐蝕和耐海水腐蝕性能，還要求高強(qiáng)度、高韌性、耐腐蝕、易焊接。尤其是樁腿和升降系統(tǒng)的電動(dòng)齒輪、齒條等關(guān)鍵部位用鋼，其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求更加苛刻，屈服強(qiáng)度要滿足在690兆帕以上的超高強(qiáng)度指標(biāo)，確保-40℃的低溫高韌性指標(biāo)，抗層狀撕裂性能達(dá)到Z向35%，并要有完美的焊接性能。目前關(guān)鍵部位所用超高強(qiáng)度、大厚度鋼板、抗層狀撕裂的Z向鋼和深海天然氣工程用的海底大壁厚深海用管線鋼等，國內(nèi)只有個(gè)別鋼廠能夠生產(chǎn)，大多鋼廠還處在研發(fā)試制階段，多數(shù)依賴進(jìn)口，特別是屈服強(qiáng)度在690兆帕以上、高韌性、耐腐蝕、易焊接的海洋工程用鋼完全依賴進(jìn)口。

    未來高端制造裝備需要高端鋼材，主要有：核電用鋼、高速鐵路用鋼、高強(qiáng)度轎車用鋼、高檔電力用鋼和模具鋼、特殊大鍛材等關(guān)鍵鋼材品種；超超臨界火電用鋼及核電用特厚鋼板和高壓鍋爐管、25萬千伏安以上變壓器用高磁感低鐵損取向硅鋼，等等，都需要大力研發(fā)和生產(chǎn)。

    4、稀有金屬和稀土材料

    稀有金屬和稀土屬于國家的戰(zhàn)略儲(chǔ)備材料，必須加強(qiáng)收儲(chǔ)力度。在過去的很多年，稀有稀土資源并沒有得到很好的重視。我國雖然稀有稀土金屬儲(chǔ)量不低，但在國際上幾乎沒有定價(jià)權(quán)和話語權(quán)。加上行業(yè)違規(guī)亂猜亂開，二十多年來被當(dāng)成蘿卜白菜一樣賤賣。以鉭為例，由于其在電子產(chǎn)品上的功能性，已經(jīng)成了美國的戰(zhàn)略物資。美國國防部后勤署是鉭金屬最大的擁有者，曾一度買斷了世界三分之一的鉭粉。然而如此重要的戰(zhàn)略資源，中國鉭金屬生產(chǎn)企業(yè)并沒有因此獲得多少利潤，出口到國外僅僅獲得微利而已。直到2011年底印發(fā)的《有色金屬工業(yè)“十二五”規(guī)劃》中對(duì)鎢、鉬、錫、銻、稀土等戰(zhàn)略性小金屬的發(fā)展做了專項(xiàng)規(guī)劃，并提出要建立完整的國家儲(chǔ)備體系，并鼓勵(lì)民間收儲(chǔ)，中國作為稀有金屬大國的地位和優(yōu)勢才逐漸的顯現(xiàn)出來。

    銦、鍺、鎵、鎢、鉍、鈷、銻、釩、銠、硒、碲等稀有金屬材料和各種稀土具備各種特殊的功能，而這些功能正滿足了智能制造設(shè)備和智能生活設(shè)施的需求。比如，金屬銦具有導(dǎo)電透明的特性，是生產(chǎn)各種LED液晶顯示屏的理想材料，近兩年來，在觸控面板上更是發(fā)揮了巨大功能。在光伏行業(yè)，被人們看好的銅銦鎵硒太陽能電池也是基于銦材料的良好導(dǎo)電和透光性，是《中國制造2025》中新能源應(yīng)用中潛力巨大的部分。金屬“鍺”具有高折射率、低色散、容易加工、有良好的機(jī)械強(qiáng)度、不吸潮等優(yōu)點(diǎn)，因而在紅外和光學(xué)元件中成為很有吸引力的材料。工信部投資4300億進(jìn)行寬帶改造，實(shí)現(xiàn)“光進(jìn)銅退”， 光纖用鍺約占30%。此外，鍺將用于各種紅外傳感、熱敏元件以及航空航天、紅外導(dǎo)航等方面也是關(guān)鍵材料。

    5、新材料

    與“十二五”規(guī)劃的整體思路不同，由中國工程院院士參與起草的 《中國制造2025》，弱化了“五年”規(guī)劃的時(shí)間限制，直接考慮的是未來十年的工業(yè)發(fā)展政策。

    具體加大重點(diǎn)新材料領(lǐng)域：特種金屬功能材料、高端金屬結(jié)構(gòu)材料、先進(jìn)高分子材料、新型無機(jī)非金屬材料、高性能復(fù)合材料、前沿新材料。

    特種金屬功能材料包括高純金屬及靶材、稀貴金屬、儲(chǔ)能材料、新型半導(dǎo)體材料、新一代非晶材料、精細(xì)合金等。

    高端金屬結(jié)構(gòu)材料包括高溫合金及耐蝕合金、耐 蝕鋼、特種不銹鋼、工模具鋼、軸承鋼、齒輪鋼，軌道交通 用鋁合金、特種鎂合金及鈦合金等。

    先進(jìn)高分子材料包括丁基橡膠等特種橡膠及專用助劑、聚酰胺等工程塑料及制品、電池隔膜、光學(xué)功能薄膜、 特種分離膜及組件、環(huán)境友好型涂料以及功能性化學(xué)品等。

    新型無機(jī)非金屬材料包括電光陶瓷、壓電陶瓷、碳化硅陶瓷等先進(jìn)陶瓷，微晶玻璃、高純石英玻璃及專用原 料，閃爍晶體、激光晶體等。

    高性能復(fù)合材料包括碳纖維、玄武巖纖維、樹脂基、陶瓷基復(fù)合材料等。

    前沿新材料包括納米粉體材料、石墨烯、超導(dǎo) 材料及原料、生物材料及制品、智能材料等。

    6、不銹鋼

    不銹鋼是不銹耐酸鋼的簡稱。其優(yōu)點(diǎn)是：耐腐蝕、抗地震、節(jié)水、衛(wèi)生（無鐵銹及銅綠色）、重量輕（減輕1/3）、少維修、壽命長（可使用40年）、壽命周期成本（LCC）低、屬可回收再利用的綠色環(huán)保材料。

    《中國制造2025勢》必推動(dòng)一系列高端裝備業(yè)的發(fā)展。不銹鋼也是這些高端裝備的重要應(yīng)用材料之一。

    不銹鋼的應(yīng)用領(lǐng)域

    汽車工業(yè)，從不銹鋼應(yīng)用行業(yè)分析，汽車工業(yè)是當(dāng)前發(fā)展最快的不銹鋼應(yīng)用領(lǐng)域。

    水工業(yè)，大量實(shí)踐證明，不銹鋼是水的準(zhǔn)備、貯存、輸送、凈化、再生、海水淡化等水工業(yè)最佳選材。

    建筑業(yè)，目前，不銹鋼主要用在高層建筑的外墻、室內(nèi)及外柱的包覆，扶手、地板、電梯壁板、門窗、幕墻等內(nèi)外裝飾及構(gòu)件。經(jīng)表面處理、著色、鍍層的不銹鋼板，解決了觸摸后易出現(xiàn)手印等問題，使不銹鋼的應(yīng)用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。

    家電業(yè)，不銹鋼用量大的是自動(dòng)洗衣機(jī)內(nèi)筒、熱水器內(nèi)膽、微波爐內(nèi)外殼體、冰箱內(nèi)襯，且多采用鐵素體不銹鋼。

    環(huán)保工業(yè)，工業(yè)廢氣、垃圾和污水處理裝置需采用不銹鋼制造。在煙氣脫硫過程中，為抵御二氧化硫及氯離子、鐵離子的腐蝕，在吸收塔、冷卻器、泵、閥門、煙道等處需要采用雙相不銹鋼及高牌號(hào)奧氏體不銹鋼。垃圾焚燒爐、廢水處理等設(shè)施都需要采用高性能不銹鋼材料制作。

    工業(yè)設(shè)施，發(fā)達(dá)國家工業(yè)設(shè)施采用的不銹鋼比例一般可到15％-20％，目前國內(nèi)的應(yīng)用比例還很小。這一方面是因成套引進(jìn)的工業(yè)設(shè)備，不銹鋼材料并未統(tǒng)計(jì)，另一方面是因國內(nèi)材料尚未采用。化工、石化、化纖、造紙、食品、醫(yī)藥、能源（核電、火電、燃料電池）等領(lǐng)域都需要不銹鋼。此外，現(xiàn)有進(jìn)口設(shè)備已進(jìn)入檢修期。隨著國產(chǎn)不銹鋼產(chǎn)品質(zhì)量的提高及特殊牌號(hào)產(chǎn)品的開發(fā)，今后國內(nèi)工業(yè)設(shè)施方面不銹鋼的應(yīng)用將會(huì)逐年增加。



 

責(zé)任編輯：王元

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