"卡脖子"重災區(qū)，九大關鍵戰(zhàn)略材料介紹
2023-10-30 11:08:32
作者：中國表面工程 來源：中國表面工程
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導語
材料產(chǎn)業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎，具有舉足輕重的地位。隨著我國國力和國家地位的提高，南海石油的開采，以及國防、海洋開發(fā)、航空航天、先進軌道交通、核電和平利用等大型工程的建設均急需高溫合金、高性能碳纖維等核心關鍵材料。
在國民經(jīng)濟需求的百余種關鍵材料中，約三分之一國內(nèi)完全空白，約一半性能穩(wěn)定性較差，部分產(chǎn)品受到國外嚴密控制，突破受制于人的關鍵戰(zhàn)略材料，具有十分重要的戰(zhàn)略意義。高端新材料是重大工程成功的保障，需要高端新材料核心技術全面突破時代已經(jīng)到來。我國的關鍵工程戰(zhàn)略材料轉(zhuǎn)移高端、加大國產(chǎn)化比重迫在眉睫。關鍵戰(zhàn)略材料的發(fā)展重點主要有高端裝備用特種合金、高性能分離膜材料、高性能纖維及復合材料、新型能源材料、新一代生物醫(yī)用材料、電子陶瓷和人工晶體、稀土功能材料、先進半導體材料、顯示材料等。
“卡脖子”重災區(qū)
關鍵戰(zhàn)略材料主要包括高端裝備用特種合金、高性能分離膜材料、高性能纖維及其復合材料、新型能源材料、電子陶瓷和人工晶體、生物醫(yī)用材料、稀土功能材料、先進半導體材料、新型顯示材料等高性能新材料，是實現(xiàn)戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略的重要物質(zhì)基礎，且關鍵戰(zhàn)略材料是支撐和保障海洋工程、軌道交通、艦船車輛、核電、航空發(fā)動機、航天裝備等領域高端應用的關鍵核心材料，也是實施智能制造、新能源、電動汽車、智能電網(wǎng)、環(huán)境治理、醫(yī)療衛(wèi)生、新一代信息技術和國防尖端技術等重大戰(zhàn)略需要的關鍵保障材。但我國部分核心關鍵戰(zhàn)略材料受制于人，約50%關鍵戰(zhàn)略材料性能穩(wěn)定性較差，使高端制造面臨“無材可用”和“有材不敢用”困境。2019年工業(yè)和信息化部的調(diào)研顯示，130多種關鍵戰(zhàn)略材料中，中國有32%處于空白、52%依賴進口，存在巨大的國產(chǎn)化替代空間。《科技日報》曾從2018年4月起陸續(xù)報道的中國當時尚未掌握的35項關鍵技術中，近50%與關鍵戰(zhàn)略材料相關。關鍵材料依賴進口導致中國制造企業(yè)被鎖定在全球制造業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈與價值鏈中低端。關鍵戰(zhàn)略材料“卡脖子”，已成為中國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的突出短板。近年來，國際形勢變化給中國關鍵戰(zhàn)略材料技術創(chuàng)新乃至智造強國戰(zhàn)略實施帶來了嚴峻的挑戰(zhàn)。實現(xiàn)關鍵戰(zhàn)略材料的國產(chǎn)化替代，不僅是緩解技術斷供風險和保障供應鏈安全可控的重要手段，更是突破“卡脖子”瓶頸、實現(xiàn)經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展和塑造國際競爭新優(yōu)勢的必然選擇。加速中國關鍵戰(zhàn)略材料的國產(chǎn)化替代進程時不我待。
發(fā)展瓶頸突破困難
相較于其他產(chǎn)業(yè)，關鍵戰(zhàn)略材料產(chǎn)業(yè)國產(chǎn)化替代具有“長研發(fā)周期、高投入”“長驗證周期、高難度”“長應用周期、高門檻”的突出特點。關鍵戰(zhàn)略材料產(chǎn)業(yè)自身具有5大典型特征，這些特征使得我國現(xiàn)階段該各行業(yè)面臨瓶頸問題。第一，原創(chuàng)性基礎研究能力是核心壁壘。新材料是科學規(guī)律與物質(zhì)世界之間的橋梁，物理和化學領域的重大發(fā)現(xiàn)（很多是諾獎級的發(fā)現(xiàn)）直接或間接推動新材料技術發(fā)展。因此，美國、日本和西歐等基礎科研強國在關鍵戰(zhàn)略材料領域獲得了大量原創(chuàng)性突破，并在全球構建專利壁壘，占領產(chǎn)業(yè)價值鏈的頂端。而且我國研發(fā)投入分配失調(diào)，多用于應用技術的研發(fā)，基礎研究研發(fā)投入占比低，導致關鍵核心技術攻關后勁不足。另外，基礎研究與工業(yè)生產(chǎn)結(jié)合黏度低，限制了研究成果的轉(zhuǎn)化，導致原始創(chuàng)新能力不足。第二，研發(fā)和商業(yè)化投入巨大。材料行業(yè)屬于典型的重資產(chǎn)產(chǎn)業(yè)，其研發(fā)、生產(chǎn)需大量專用設備投入，設備不斷更新產(chǎn)生高折舊率及相應維護費用。更重要的原因是，其研發(fā)和商業(yè)化應用的不確定性相較于其他新興產(chǎn)業(yè)更高，研發(fā)和商業(yè)化開銷更大。根據(jù)Nature Material報道，在研發(fā)開銷上，新材料企業(yè)分別是生物和軟件企業(yè)的2倍和6倍；在商業(yè)化開銷上，新材料企業(yè)是軟件企業(yè)的50倍。第三，研發(fā)試驗過程復雜導致工程化產(chǎn)業(yè)化周期漫長。材料最終進入市場投入使用包括理論層面突破及應用層面反復驗證，需經(jīng)歷多環(huán)節(jié)多周期方可正式投入應用；即使通過理論實驗或示范生產(chǎn)階段，仍存在極大可能性因設備、工藝等因素無法進入大規(guī)模生產(chǎn)階段。關鍵戰(zhàn)略材料從研發(fā)到應用周期往往長達10-20年，產(chǎn)業(yè)的長周期性導致中國關鍵戰(zhàn)略材料的某些技術雖然實現(xiàn)了突破，但在短期內(nèi)難以轉(zhuǎn)化為進入市場的國產(chǎn)化替代產(chǎn)品。第四，材料創(chuàng)新需要基礎設備和技術協(xié)同支撐。材料從基礎技術變?yōu)閯?chuàng)新產(chǎn)品，需要包括設備技術、工藝技術、量產(chǎn)技術、應用技術、測量技術及表征技術在內(nèi)的多種基礎技術的高度支撐。比如，我國目前已突破超高純稀土金屬制備技術，但離實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化、保障集成電路等電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展還有很長距離，很大程度上原因在于共性關鍵技術研發(fā)和中試平臺的缺失，限制了已有研發(fā)能力向市場產(chǎn)品的應用轉(zhuǎn)化力。第五，材料應用擴散依存于下游場景需求。作為典型產(chǎn)業(yè)間共性技術，材料技術開發(fā)需滿足各種應用需求，需要配合應用場景改進，下游應用中需求的變化影響著材料創(chuàng)新的生死存亡，因此，特別需要材料開發(fā)與下游應用企業(yè)間的“共生共融、協(xié)同發(fā)展”。例如，稀土永磁材料生產(chǎn)企業(yè)和應用端的電機企業(yè)間缺乏有效協(xié)作，導致磁性材料性能難以滿足電機不同場景的設計需求，阻礙產(chǎn)品的應用和國產(chǎn)化替代進程；新型顯示材料缺乏從材料、器件、終端到最終應用的全產(chǎn)業(yè)鏈創(chuàng)新生態(tài)體系，產(chǎn)品難以單兵突破。
九大領域破局
2016年7月，國務院印發(fā)《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》，面向2030年，再選擇一批體現(xiàn)國家戰(zhàn)略意圖的重大科技項目，其中提到重點新材料研發(fā)及應用，重點研制碳纖維及其復合材料、高溫合金、先進半導體材料、新型顯示及其材料、高端裝備用特種合金、稀土新材料、軍用新材料等，突破是制備、評價、應用等核心關鍵技術。2017年2月，《新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展指南》提出，要緊緊圍繞新一代信息技術產(chǎn)業(yè)、高端裝備制造業(yè)等重大需求，以耐高溫及耐蝕合金、高強輕型合金等高端裝備用特種合金，反滲透膜、全氟離子交換膜等高性能分離膜材料，高性能碳纖維、芳綸纖維等高性能纖維及復合材料，高性能永磁、高效發(fā)光、高端催化等稀土功能材料，寬禁帶半導體材料和新型顯示材料，以及新型能源材料、生物醫(yī)用材料等為重點，突破材料及器件的技術關和市場關，完善原輔料配套體系，提高材料成品率和性能穩(wěn)定性，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化和規(guī)模應用。《中國制造2025》重點領域技術路線路進一步明確了高端裝備用特種合金、高性能分離膜材料、高性能纖維及復合材料、新型能源材料、新一代生物醫(yī)用材料、電子陶瓷和人工晶體、稀土功能材料、先進半導體材料、顯示材料等九大領域的重點發(fā)展方向。
5.新一代生物醫(yī)用材料
6.電子陶瓷和人工晶體
2021年3月發(fā)布的“十四五”規(guī)劃第八章“深入實施制造強國戰(zhàn)略”提出，依托行業(yè)龍頭企業(yè)，加大重要產(chǎn)品和關鍵核心技術攻關力度，加快工程化產(chǎn)業(yè)化突破。實施重大技術裝備攻關工程，完善激勵和風險補償機制，推動首臺（套）裝備、首批次材料、首版次軟件示范應用。健全產(chǎn)業(yè)基礎支撐體系，在重點領域布局一批國家制造業(yè)創(chuàng)新中心，完善國家質(zhì)量基礎設施，建設生產(chǎn)應用示范平臺和標準計量、認證認可、檢驗檢測、試驗驗證等產(chǎn)業(yè)技術基礎公共服務平臺，完善技術、工藝等工業(yè)基礎數(shù)據(jù)庫。強化要素保障和高效服務，鞏固拓展減稅降費成果，降低企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營成本，提升制造業(yè)根植性和競爭力。推動工業(yè)用地提容增效，推廣新型產(chǎn)業(yè)用地模式。擴大制造業(yè)中長期貸款、信用貸款規(guī)模，增加技改貸款，推動股權投資、債券融資等向制造業(yè)傾斜。允許制造業(yè)企業(yè)全部參與電力市場化交易，規(guī)范和降低港口航運、公路鐵路運輸?shù)任锪魇召M，全面清理規(guī)范涉企收費。建立制造業(yè)重大項目全周期服務機制和企業(yè)家參與涉企政策制定制度，支持建設中小企業(yè)信息、技術、進出口和數(shù)字化轉(zhuǎn)型綜合性服務平臺。
2021年12月，工信部發(fā)布《重點新材料首批次應用示范指導目錄（2021年版）》，其中共提到高性能纖維及復合材料、稀土功能材料、先進半導體材料和新型顯示材料、新型能源材料、生物醫(yī)用及高性能醫(yī)療器械用材料等五大類107種關鍵戰(zhàn)略材料。2021年12月，工信部、科技部、自然資源部發(fā)布《“十四五”原材料工業(yè)發(fā)展規(guī)劃》。其中提到，堅持材料先行和需求牽引并重，聚焦國防建設、民生短板和制造強國建設重大需求，滾動制定關鍵材料產(chǎn)品目錄，制定發(fā)布技術路線圖。實施關鍵短板材料攻關行動，采用“揭榜掛帥”“賽馬”等方式，支持材料生產(chǎn)、應用企業(yè)聯(lián)合科研單位，開展寬禁帶半導體及顯示材料、集成電路關鍵材料、生物基材料、碳基材料、生物醫(yī)用材料等協(xié)同攻關。實施大宗基礎材料鞏固提升行動，引導企業(yè)在優(yōu)化生產(chǎn)工藝的基礎上，利用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術，提升先進制造基礎零部件用鋼、高強鋁合金、稀有稀貴金屬材料、特種工程塑料、高性能膜材料、纖維新材料、復合材料等綜合競爭力。實施前沿材料前瞻布局行動，支持科研單位聯(lián)合企業(yè)，把握新材料技術與信息技術、納米技術、智能技術等融合發(fā)展趨勢，發(fā)展超導材料、智能仿生、增材制造材料等，推動新的主干材料體系化發(fā)展，強化應用領域的支持和引導。實施材料基因工程計劃，探索材料研發(fā)新模式的試點應用。
貫徹國家區(qū)域重大戰(zhàn)略、區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展戰(zhàn)略、主體功能區(qū)戰(zhàn)略，依據(jù)國土空間規(guī)劃，推動原材料工業(yè)空間布局調(diào)整優(yōu)化，聚焦產(chǎn)業(yè)基礎好、比較優(yōu)勢突出、技術領先的行業(yè)細分領域或重點產(chǎn)品，發(fā)揮產(chǎn)業(yè)鏈龍頭企業(yè)引領帶頭作用，推動要素聚集和價值提升，強化專業(yè)化協(xié)作和配套能力，打造一批石化化工、鋼鐵、有色金屬、稀土、綠色建材、新材料產(chǎn)業(yè)集群。做大做強龍頭企業(yè)，堅持市場主導和政府推動相結(jié)合，清除跨地區(qū)兼并重組障礙，清理市場分割、地區(qū)封鎖等限制，協(xié)調(diào)解決企業(yè)跨地區(qū)兼并重組重大問題，支持企業(yè)加快跨區(qū)域、跨所有制兼并重組，提高產(chǎn)業(yè)集中度，開展國際化經(jīng)營。在石化化工、鋼鐵、有色金屬、建材等行業(yè)，培育一批具有生態(tài)主導力和核心競爭力的產(chǎn)業(yè)鏈領航企業(yè)，做強做大稀土企業(yè)集團，鼓勵稀有金屬企業(yè)加快整合。完善行業(yè)規(guī)范管理，促進市場要素向優(yōu)勢企業(yè)集中。鼓勵金融機構按照風險可控、商業(yè)可持續(xù)原則，向?qū)嵤┘娌⒅亟M、轉(zhuǎn)型升級的原材料企業(yè)提供綜合性金融服務。培育壯大中小企業(yè)，提高原材料行業(yè)中小企業(yè)創(chuàng)新能力和專業(yè)化水平，鼓勵龍頭企業(yè)將配套中小企業(yè)納入共同的產(chǎn)業(yè)鏈管理、質(zhì)量管理、標準管理、合作研發(fā)管理等，建立穩(wěn)定的供應、生產(chǎn)、銷售等協(xié)作配套關系，實現(xiàn)大中小企業(yè)融通發(fā)展。重點圍繞原材料產(chǎn)業(yè)鏈先進基礎工藝、核心基礎零部件等方面，培育一批專精特新“小巨人”企業(yè)、制造業(yè)單項冠軍企業(yè)。加強上下游銜接聯(lián)動。原材料企業(yè)加強與上下游企業(yè)協(xié)同共生、耦合發(fā)展，向生產(chǎn)零部件、部品化延伸，向提供一體化的材料系統(tǒng)化解決方案轉(zhuǎn)變。采用研發(fā)早期介入、后期持續(xù)改進的合作模式，推動商業(yè)模式創(chuàng)新和業(yè)態(tài)創(chuàng)新，促進生產(chǎn)型制造向服務型制造轉(zhuǎn)變。支持行業(yè)協(xié)會搭建供需銜接平臺。建立健全航空材料、重型燃氣輪機材料、集成電路材料、新能源汽車驅(qū)動電機用稀土永磁材料、生物醫(yī)用材料、建筑用熱軋型鋼等上下游合作機制。發(fā)揮龍頭企業(yè)對新材料創(chuàng)新應用帶動作用。支持第三方機構組織開展重點材料“一條龍”應用示范推進工作。
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