特種金屬材料（special metallic materials）不是通常的鋁合金或者鋼鐵材料，而是能滿足特殊使用要求的金屬材料。例如，具有記憶原始形狀功能的形狀記憶合金、能夠儲存氫原子的儲氫材料、能夠吸聲和吸收沖擊能量的泡沫金屬、不反射電磁波的隱身材料、能夠減少振動的減振阻尼合金、磁性材料、高溫合金、超導材料、耐磨合金、耐腐蝕合金以及金屬基復合材料等。

    這些特種金屬材料的性能十分有趣，在國防和國民生活中時刻發揮著不可替代的作用。例如形狀記憶合金的“記憶”功能在空間的應用就超乎人們的想象。航天器的天線通常直徑達到幾米，把這個龐然大物放到火箭艙里是不可能的，形狀記憶合金的發現給天線設計工程師提供了一個好辦法：利用形狀記憶合金的特性，在高溫環境下制作好天線，然后再在低溫下把它“揉”成一個小網球，體積縮小到原來的1/1000。到達空間之后，在陽光照射下，形狀記憶合金的溫度開始升高，當達到某一個溫度（即轉變溫度）后，天線恢復“記憶”，逐漸展開，回到揉成網球之前的面貌，變成一個巨大的網狀半球，這樣就可以按照需求向地球發回寶貴的宇宙信息了。

    作為國民經濟建設中不可或缺的材料，特種金屬已廣泛應用于國防軍事、航空航天及民用設備中。例如，2010年形狀記憶合金市場規模約為120億元，2011年約為134億元，2016年超過200億元，其最大市場是驅動器和電機。2010年，我國小型儲氫電池所用的儲氫合金產能達到2.4萬噸/年，占全球產量的60%以上，成為全球最大的生產國。在2014年10月召開的2014中國功能新材料學術論壇暨中國稀土行業協會儲氫材料分會年會上，與會專家圍繞功能材料及稀土科學的最新進展情況展開研討，特別討論了儲氫材料的研究、應用以及其產業現狀和市場發展趨勢。與會專家一致認為車用鎳氫電池性能優良，安全可靠，技術成熟穩定，是混合動力車（HEV）比較理想的輔助動力。泡沫金屬已廣泛應用于汽車尾氣催化劑基體，2012年國內市場需求量就超過了100億元，其市場需求在更嚴格的歐洲尾氣6號標準執行后急劇上升；錳—銅（MnCu）系減振阻尼合金的產品應用最多，包括英國的Sonoston合金、蘇聯的ABPOPA合金、美國的Incramute合金和我國的2310合金，這類合金現已普遍應用于潛艇螺旋槳、各種機座、高速箱體、齒輪等。作為潛艇螺旋槳材料，其降噪效果可達5～10分貝，大大提高了潛艇的隱蔽性。而作為21世紀的材料，金屬基復合材料的應用逐漸從軍事領域轉向民用領域，并在陸上運輸（汽車和火車）、熱管理、航空航天、休閑娛樂等諸多領域實現商業化應用。2015年，全球金屬基復合材料的年產量為6500噸。預計到2020年，全球金屬基復合材料的年產量將達8700噸，產值超過25億元。

    特種金屬材料經過幾十年的發展，其家族越來越大，未來的發展顯示出方興未艾的態勢。結合國防和國民經濟需求，未來特種金屬材料的發展重點方向主要為以下幾個方面。

    先進形狀記憶合金材料

    在商業和科研領域，人們對形狀記憶合金材料越來越感興趣，已經提出一些潛在的新應用。只有那些新穎且有價格競爭力的應用才能真正引起人們的興趣，從而最終進入市場。形狀記憶合金材料應用在商業上已有很多成功例子，但實際應用的比例仍然很低。未來可以在三個不同層次期待形狀記憶合金材料的發展：①發展新型或改進的形狀記憶合金。②形狀記憶合金的功能特性與其他材料的結構巧妙結合。③尋找新市場。

    用鎳鈦記憶合金制造出的新型人造血管（來源：新華社）

    先進納米金屬材料

    國家節能減排和可持續發展的戰略需求以及我國新型裝備和工業產品減重節能的技術需求，對裝備提出了更輕質、更高效、更環保的要求。相比于其他領域，航空航天裝備的輕量化需求更加迫切。這一方面需要相關技術的升級換代，另一方面也必然要求所應用的材料更加輕質、更加高性能（包括力學和物理性能的提升，也包括可靠性能、壽命以及功能的提高）。因此，具有更優異性能的納米金屬材料在未來的材料研究和應用發展中占據重要地位。美國于2001年通過“國家納米技術計劃”（NNI）推動納米材料的研發與應用。之后布什政府和奧巴馬政府分別通過2003年的《21世紀納米技術研究開發法案》和2012年的“國家納米技術計劃”來繼續推動納米材料研究。

    高溫合金

    高溫合金由于優異的綜合性能，成為制造現代航空發動機、航天火箭發動機和各種工業用燃氣渦輪發動機的關鍵金屬材料，在世界先進發動機研制中，高溫合金材料用量已占到發動機總量的40%～60%。可以說，沒有高溫合金，就沒有今天先進的航空發動機。伴隨著航空航天領域和工業燃氣輪機領域高速發展帶來的大量增量需求以及自主研發技術的不斷突破，類似單晶葉片等新產品有望逐步國產化，國內高溫合金行業正迎來黃金發展期。根據我國軍用和民用飛機需求預測，未來20年，我國在航空發動機領域對高溫合金的總需求超過22萬噸，市場價值超過850億元，國產發動機逐步進入規模投產后，對高溫合金的需求增速將明顯加快。

    先進特種功能金屬材料

    這類合金主要指國際和國內均不太成熟的新材料和新制造技術研究，如納米材料、膜和多層膜、磁電子材料、智能材料、梯度功能材料、超磁致伸縮材料、磁流體、真空快淬材料、真空氣霧化材料、吸波材料、觸媒合金及生物醫用材料等。這些材料雖然有探索性，距離實際大規模產業化應用還有一定的距離，但是應用需求極大，經濟附加值極高，一旦成功，經濟和社會效益及國防意義重大，應給予充分重視和支持。

    先進金屬基復合材料

    金屬基復合材料作為一種戰略性新材料，其應用廣度、發展速度和生產規模已成為衡量一個國家材料科技水平的重要標志之一。以用量計算，美國、歐盟、日本位列前三，超過總質量2/3的金屬基復合材料為其所用，這與其發達程度相符。輕質高強多功能金屬基復合材料在航天航空、國防先進武器等軍事領域的應用具有不可替代性，是典型的軍民兩用新材料。也正是由于金屬基復合材料特殊的國防應用背景，國外對核心技術和產品嚴格保密。隨著我國在空間技術、航天航空、高速交通、通信電子等領域綜合實力的提升，對高性能金屬基復合材料的需求日益增加，例如，汽車發動機零部件、高速列車制動系統、電子封裝及核廢燃料輻射防護等。為了避免受制于人，必須盡快提升我國金屬基復合材料自主生產和應用水平。

    先進制備設備

    特種金屬材料的性能與其特殊的微觀組織和結構密切相關，而這些特殊微觀組織和結構必須采用特殊的合金化學成分和特殊的工藝技術才能得到。在大多數情況下，材料制備及處理工藝甚至比材料成分的影響更為顯著。在目前采用的特殊工藝中，有許多是借鑒其他類型材料的工藝，或者是完全不同于傳統冶金工藝的創新。這些特殊工藝的實現需要先進的配套設備，而當前我國材料研究著重于材料性能的提升，往往忽視了制備設備的作用；同時制造設備的生產商與材料研發者之間也缺乏交流，并不十分清楚材料研發者的實際需求。事實上，合適的先進制備設備不僅可以提高材料的成品率，也可以提高材料的生產效率。因此國家相關部門在引導材料發展的同時，應注重材料與相關設備生產商的結合，相互促進發展，更高效地推動材料應用水平的提高。

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責任編輯：王元

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