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(chǔ)存氫原子的儲(chǔ)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(dòng)的減振阻尼合金、磁性材料、高溫合金、超導(dǎo)材料、耐磨合金、耐腐蝕合金以及金屬基復(fù)合材料等。

    這些特種金屬材料的性能十分有趣，在國(guó)防和國(guó)民生活中時(shí)刻發(fā)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(yīng)用就超乎人們的想象。航天器的天線通常直徑達(dá)到幾米，把這個(gè)龐然大物放到火箭艙里是不可能的，形狀記憶合金的發(fā)現(xiàn)給天線設(shè)計(jì)工程師提供了一個(gè)好辦法：利用形狀記憶合金的特性，在高溫環(huán)境下制作好天線，然后再在低溫下把它“揉”成一個(gè)小網(wǎng)球，體積縮小到原來(lái)的1/1000。到達(dá)空間之后，在陽(yáng)光照射下，形狀記憶合金的溫度開(kāi)始升高，當(dāng)達(dá)到某一個(gè)溫度（即轉(zhuǎn)變溫度）后，天線恢復(fù)“記憶”，逐漸展開(kāi)，回到揉成網(wǎng)球之前的面貌，變成一個(gè)巨大的網(wǎng)狀半球，這樣就可以按照需求向地球發(fā)回寶貴的宇宙信息了。

    作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中不可或缺的材料，特種金屬已廣泛應(yīng)用于國(guó)防軍事、航空航天及民用設(shè)備中。例如，2010年形狀記憶合金市場(chǎng)規(guī)模約為120億元，2011年約為134億元，2016年超過(guò)200億元，其最大市場(chǎng)是驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)。2010年，我國(guó)小型儲(chǔ)氫電池所用的儲(chǔ)氫合金產(chǎn)能達(dá)到2.4萬(wàn)噸/年，占全球產(chǎn)量的60%以上，成為全球最大的生產(chǎn)國(guó)。在2014年10月召開(kāi)的2014中國(guó)功能新材料學(xué)術(shù)論壇暨中國(guó)稀土行業(yè)協(xié)會(huì)儲(chǔ)氫材料分會(huì)年會(huì)上，與會(huì)專(zhuān)家圍繞功能材料及稀土科學(xué)的最新進(jìn)展情況展開(kāi)研討，特別討論了儲(chǔ)氫材料的研究、應(yīng)用以及其產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀和市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)。與會(huì)專(zhuān)家一致認(rèn)為車(chē)用鎳氫電池性能優(yōu)良，安全可靠，技術(shù)成熟穩(wěn)定，是混合動(dòng)力車(chē)（HEV）比較理想的輔助動(dòng)力。泡沫金屬已廣泛應(yīng)用于汽車(chē)尾氣催化劑基體，2012年國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求量就超過(guò)了100億元，其市場(chǎng)需求在更嚴(yán)格的歐洲尾氣6號(hào)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行后急劇上升；錳—銅（MnCu）系減振阻尼合金的產(chǎn)品應(yīng)用最多，包括英國(guó)的Sonoston合金、蘇聯(lián)的ABPOPA合金、美國(guó)的Incramute合金和我國(guó)的2310合金，這類(lèi)合金現(xiàn)已普遍應(yīng)用于潛艇螺旋槳、各種機(jī)座、高速箱體、齒輪等。作為潛艇螺旋槳材料，其降噪效果可達(dá)5～10分貝，大大提高了潛艇的隱蔽性。而作為21世紀(jì)的材料，金屬基復(fù)合材料的應(yīng)用逐漸從軍事領(lǐng)域轉(zhuǎn)向民用領(lǐng)域，并在陸上運(yùn)輸（汽車(chē)和火車(chē)）、熱管理、航空航天、休閑娛樂(lè)等諸多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。2015年，全球金屬基復(fù)合材料的年產(chǎn)量為6500噸。預(yù)計(jì)到2020年，全球金屬基復(fù)合材料的年產(chǎn)量將達(dá)8700噸，產(chǎn)值超過(guò)25億元。

    特種金屬材料經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，其家族越來(lái)越大，未來(lái)的發(fā)展顯示出方興未艾的態(tài)勢(shì)。結(jié)合國(guó)防和國(guó)民經(jīng)濟(jì)需求，未來(lái)特種金屬材料的發(fā)展重點(diǎn)方向主要為以下幾個(gè)方面。

    先進(jìn)形狀記憶合金材料

    在商業(yè)和科研領(lǐng)域，人們對(duì)形狀記憶合金材料越來(lái)越感興趣，已經(jīng)提出一些潛在的新應(yīng)用。只有那些新穎且有價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力的應(yīng)用才能真正引起人們的興趣，從而最終進(jìn)入市場(chǎng)。形狀記憶合金材料應(yīng)用在商業(yè)上已有很多成功例子，但實(shí)際應(yīng)用的比例仍然很低。未來(lái)可以在三個(gè)不同層次期待形狀記憶合金材料的發(fā)展：①發(fā)展新型或改進(jìn)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(jié)構(gòu)巧妙結(jié)合。③尋找新市場(chǎng)。

    用鎳鈦記憶合金制造出的新型人造血管（來(lái)源：新華社）

    先進(jìn)納米金屬材料

    國(guó)家節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略需求以及我國(guó)新型裝備和工業(yè)產(chǎn)品減重節(jié)能的技術(shù)需求，對(duì)裝備提出了更輕質(zhì)、更高效、更環(huán)保的要求。相比于其他領(lǐng)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(guān)技術(shù)的升級(jí)換代，另一方面也必然要求所應(yīng)用的材料更加輕質(zhì)、更加高性能（包括力學(xué)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(yōu)異性能的納米金屬材料在未來(lái)的材料研究和應(yīng)用發(fā)展中占據(jù)重要地位。美國(guó)于2001年通過(guò)“國(guó)家納米技術(shù)計(jì)劃”（NNI）推動(dòng)納米材料的研發(fā)與應(yīng)用。之后布什政府和奧巴馬政府分別通過(guò)2003年的《21世紀(jì)納米技術(shù)研究開(kāi)發(fā)法案》和2012年的“國(guó)家納米技術(shù)計(jì)劃”來(lái)繼續(xù)推動(dòng)納米材料研究。

    高溫合金

    高溫合金由于優(yōu)異的綜合性能，成為制造現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)、航天火箭發(fā)動(dòng)機(jī)和各種工業(yè)用燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵金屬材料，在世界先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)研制中，高溫合金材料用量已占到發(fā)動(dòng)機(jī)總量的40%～60%。可以說(shuō)，沒(méi)有高溫合金，就沒(méi)有今天先進(jìn)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)。伴隨著航空航天領(lǐng)域和工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)領(lǐng)域高速發(fā)展帶來(lái)的大量增量需求以及自主研發(fā)技術(shù)的不斷突破，類(lèi)似單晶葉片等新產(chǎn)品有望逐步國(guó)產(chǎn)化，國(guó)內(nèi)高溫合金行業(yè)正迎來(lái)黃金發(fā)展期。根據(jù)我國(guó)軍用和民用飛機(jī)需求預(yù)測(cè)，未來(lái)20年，我國(guó)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域?qū)Ω邷睾辖鸬目傂枨蟪^(guò)22萬(wàn)噸，市場(chǎng)價(jià)值超過(guò)850億元，國(guó)產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)逐步進(jìn)入規(guī)模投產(chǎn)后，對(duì)高溫合金的需求增速將明顯加快。

    先進(jìn)特種功能金屬材料

    這類(lèi)合金主要指國(guó)際和國(guó)內(nèi)均不太成熟的新材料和新制造技術(shù)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(yī)用材料等。這些材料雖然有探索性，距離實(shí)際大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用還有一定的距離，但是應(yīng)用需求極大，經(jīng)濟(jì)附加值極高，一旦成功，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益及國(guó)防意義重大，應(yīng)給予充分重視和支持。

    先進(jìn)金屬基復(fù)合材料

    金屬基復(fù)合材料作為一種戰(zhàn)略性新材料，其應(yīng)用廣度、發(fā)展速度和生產(chǎn)規(guī)模已成為衡量一個(gè)國(guó)家材料科技水平的重要標(biāo)志之一。以用量計(jì)算，美國(guó)、歐盟、日本位列前三，超過(guò)總質(zhì)量2/3的金屬基復(fù)合材料為其所用，這與其發(fā)達(dá)程度相符。輕質(zhì)高強(qiáng)多功能金屬基復(fù)合材料在航天航空、國(guó)防先進(jìn)武器等軍事領(lǐng)域的應(yīng)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(fù)合材料特殊的國(guó)防應(yīng)用背景，國(guó)外對(duì)核心技術(shù)和產(chǎn)品嚴(yán)格保密。隨著我國(guó)在空間技術(shù)、航天航空、高速交通、通信電子等領(lǐng)域綜合實(shí)力的提升，對(duì)高性能金屬基復(fù)合材料的需求日益增加，例如，汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)零部件、高速列車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)、電子封裝及核廢燃料輻射防護(hù)等。為了避免受制于人，必須盡快提升我國(guó)金屬基復(fù)合材料自主生產(chǎn)和應(yīng)用水平。

    先進(jìn)制備設(shè)備

    特種金屬材料的性能與其特殊的微觀組織和結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，而這些特殊微觀組織和結(jié)構(gòu)必須采用特殊的合金化學(xué)成分和特殊的工藝技術(shù)才能得到。在大多數(shù)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(lèi)型材料的工藝，或者是完全不同于傳統(tǒng)冶金工藝的創(chuàng)新。這些特殊工藝的實(shí)現(xiàn)需要先進(jìn)的配套設(shè)備，而當(dāng)前我國(guó)材料研究著重于材料性能的提升，往往忽視了制備設(shè)備的作用；同時(shí)制造設(shè)備的生產(chǎn)商與材料研發(fā)者之間也缺乏交流，并不十分清楚材料研發(fā)者的實(shí)際需求。事實(shí)上，合適的先進(jìn)制備設(shè)備不僅可以提高材料的成品率，也可以提高材料的生產(chǎn)效率。因此國(guó)家相關(guān)部門(mén)在引導(dǎo)材料發(fā)展的同時(shí)，應(yīng)注重材料與相關(guān)設(shè)備生產(chǎn)商的結(jié)合，相互促進(jìn)發(fā)展，更高效地推動(dòng)材料應(yīng)用水平的提高。

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