在《中國制造2025》中，核心轉變是從“中國制造”到“中國創造”，改革創新則是勾勒中國制造上天入海藍圖的一條主線。《中國制造2025》重點提及了大力推動十大重點領域突破發展，包括新一代信息技術產業、高檔數控機床和機器人、航空航天裝備、海洋工程裝備及高技術船舶、先進軌道交通裝備、節能與新能源汽車、電力裝備、農機裝備、新材料、生物醫藥及高性能醫療器械。

    筆者就目前重點發展的十大領域所用的核心材料作如下匯總整理，以供參考。

    1、半導體材料

    《中國制造2025》指出的加快新一代信息技術產業。新一代信息技術產業主要運用的材料是半導體材料。

    半導體材料按化學組成來分，再將結構與性能比較特殊的非晶態與液態半導體單獨列為一類。按照這樣分類方法可將半導體材料分為元素半導體、無機化合物半導體、有機化合物半導體和非晶態與液態半導體。

    20世紀中葉，單晶硅和半導體晶體管的發明及其硅集成電路的研制成功，導致了電子工業革命；20世紀70年代初石英光導纖維材料和GaAs激光器的發明，促進了光纖通信技術迅速發展并逐步形成了高新技術產業，使人類進入了信息時代。超晶格概念的提出及其半導體超晶格、量子阱材料的研制成功，徹底改變了光電器件的設計思想，使半導體器件的設計與制造從“雜質工程”發展到“能帶工程”。納米科學技術的發展和應用，將使人類能從原子、分子或納米尺度水平上控制、操縱和制造功能強大的新型器件與電路，深刻地影響著世界的政治、經濟格局和軍事對抗的形式，徹底改變人們的生活方式。

    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研制，大飛機每架需用高溫合金、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。其特點是：密度小（1.8g/cm3鎂合金左右），比強度高，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、運輸、化工、火箭等工業部門。在實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。它是實用金屬中的最輕的金屬，高強度、高剛性。

    在航天的應用：鎂合金是航空器、航天器和火箭導彈制造工業中使用的最輕金屬結構材料。鎂的重量比鋁輕，比重為1.8，強度也較低，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，表面需要經過化學處理或涂漆。

    鎂合金在汽車上的應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、發動機前蓋、氣缸蓋、空調機外殼等。（2）支架類。如方向盤、轉向支架、剎車支架、座椅框架、車鏡支架、分配支架等。根據有關研究，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環境和能源的影響非常大，汽車的輕量化成必然趨勢。手機電話，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。雖然鎂合金的導熱系數不及鋁合金，但是，比塑料高出數十倍，因此，鎂合金用于電器產品上，可有效地將內部的熱散發到外面。

    鈦合金

    鈦合金因具有強度高、耐蝕性好、耐熱性高等特點而被廣泛用于各個領域。世界上許多國家都認識到鈦合金材料的重要性，相繼對其進行研究開發，并得到了實際應用，80年代以來，耐蝕鈦合金和高強鈦合金得到進一步發展，鈦合金主要用于制作飛機發動機壓氣機部件，其次為火箭、導彈和高速飛機的結構件，再次高端的海工裝備、石油和化學工業等高科技工業等。

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

    新進展：高溫鈦合金、鈦鋁化合物、高強高韌β型、阻燃鈦合金、醫用鈦合金。

    鋁合金

    鋁合金是工業中應用最廣泛的一類有色金屬結構材料，在航空、航天、汽車、機械制造、船舶及化學工業中已大量應用。工業經濟的飛速發展，對鋁合金焊接結構件的需求日益增多，使鋁合金的焊接性研究也隨之深入。目前鋁合金是應用最多的合金。

    3、高強度鋼

    《中國制造2025》指出的加快大型飛機研制，而大飛機關鍵零部件需要鋼材來制造。不同的部位對于鋼材的要求也各不相同。飛機齒輪、曲軸等要求鋼材在具備一定硬度的同時還要有良好的韌性，特別是低溫沖擊韌性。并且例如傳動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。而飛機起落架、大梁、骨架用鋼則要求鋼材擁有高屈服強度以及抗高溫性。其中，最為重要、技術要求最高的就是制作飛機起落架、大梁、骨架所用到的超高強度結構鋼。這種超高強度結構鋼的極限屈服強度超過1400MPa，高于極限屈服強度600MPa的鋁合金。

    《中國制造2025》提出大力發展深海探測、資源開發利用、海上作業保障裝備及其關鍵系統和專用設備。海洋工程裝備制造業對高端鋼材的需求量大，其中有海洋平臺（包括采油平臺和鉆井平臺）用鋼，其各項技術指標要求極高，不僅要有很高的耐大氣腐蝕和耐海水腐蝕性能，還要求高強度、高韌性、耐腐蝕、易焊接。尤其是樁腿和升降系統的電動齒輪、齒條等關鍵部位用鋼，其技術標準要求更加苛刻，屈服強度要滿足在690兆帕以上的超高強度指標，確保-40℃的低溫高韌性指標，抗層狀撕裂性能達到Z向35%，并要有完美的焊接性能。目前關鍵部位所用超高強度、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，國內只有個別鋼廠能夠生產，大多鋼廠還處在研發試制階段，多數依賴進口，特別是屈服強度在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、高強度轎車用鋼、高檔電力用鋼和模具鋼、特殊大鍛材等關鍵鋼材品種；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，都需要大力研發和生產。

    4、稀有金屬和稀土材料

    稀有金屬和稀土屬于國家的戰略儲備材料，必須加強收儲力度。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量不低，但在國際上幾乎沒有定價權和話語權。加上行業違規亂猜亂開，二十多年來被當成蘿卜白菜一樣賤賣。以鉭為例，由于其在電子產品上的功能性，已經成了美國的戰略物資。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。然而如此重要的戰略資源，中國鉭金屬生產企業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年底印發的《有色金屬工業“十二五”規劃》中對鎢、鉬、錫、銻、稀土等戰略性小金屬的發展做了專項規劃，并提出要建立完整的國家儲備體系，并鼓勵民間收儲，中國作為稀有金屬大國的地位和優勢才逐漸的顯現出來。

    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備和智能生活設施的需求。比如，金屬銦具有導電透明的特性，是生產各種LED液晶顯示屏的理想材料，近兩年來，在觸控面板上更是發揮了巨大功能。在光伏行業，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電和透光性，是《中國制造2025》中新能源應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、有良好的機械強度、不吸潮等優點，因而在紅外和光學元件中成為很有吸引力的材料。工信部投資4300億進行寬帶改造，實現“光進銅退”， 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、紅外導航等方面也是關鍵材料。

    5、新材料

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

    具體加大重點新材料領域：特種金屬功能材料、高端金屬結構材料、先進高分子材料、新型無機非金屬材料、高性能復合材料、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、儲能材料、新型半導體材料、新一代非晶材料、精細合金等。

    高端金屬結構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、光學功能薄膜、 特種分離膜及組件、環境友好型涂料以及功能性化學品等。

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

    高性能復合材料包括碳纖維、玄武巖纖維、樹脂基、陶瓷基復合材料等。

    前沿新材料包括納米粉體材料、石墨烯、超導 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。其優點是：耐腐蝕、抗地震、節水、衛生（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保材料。

    《中國制造2025勢》必推動一系列高端裝備業的發展。不銹鋼也是這些高端裝備的重要應用材料之一。

    不銹鋼的應用領域

    汽車工業，從不銹鋼應用行業分析，汽車工業是當前發展最快的不銹鋼應用領域。

    水工業，大量實踐證明，不銹鋼是水的準備、貯存、輸送、凈化、再生、海水淡化等水工業最佳選材。

    建筑業，目前，不銹鋼主要用在高層建筑的外墻、室內及外柱的包覆，扶手、地板、電梯壁板、門窗、幕墻等內外裝飾及構件。經表面處理、著色、鍍層的不銹鋼板，解決了觸摸后易出現手印等問題，使不銹鋼的應用范圍進一步擴大。

    家電業，不銹鋼用量大的是自動洗衣機內筒、熱水器內膽、微波爐內外殼體、冰箱內襯，且多采用鐵素體不銹鋼。

    環保工業，工業廢氣、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奧氏體不銹鋼。垃圾焚燒爐、廢水處理等設施都需要采用高性能不銹鋼材料制作。

    工業設施，發達國家工業設施采用的不銹鋼比例一般可到15％-20％，目前國內的應用比例還很小。這一方面是因成套引進的工業設備，不銹鋼材料并未統計，另一方面是因國內材料尚未采用。化工、石化、化纖、造紙、食品、醫藥、能源（核電、火電、燃料電池）等領域都需要不銹鋼。此外，現有進口設備已進入檢修期。隨著國產不銹鋼產品質量的提高及特殊牌號產品的開發，今后國內工業設施方面不銹鋼的應用將會逐年增加。



 

責任編輯：王元

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